Aislamiento y dieléctrico
La prueba de factor de potencia y capacitancia de pasatapas aplica una tensión alterna y mide las pérdidas dieléctricas y la capacitancia del pasatapas. Un aumento de las pérdidas indica humedad o contaminación, y un cambio de la capacitancia indica capas en cortocircuito o dañadas, de modo que se detectan problemas antes de que se conviertan en fallas violentas.
La prueba de factor de potencia y capacitancia de un pasatapas revisa el estado del aislamiento interno de los pasatapas de alta tensión que llevan un conductor a través de la pared del tanque de un transformador, de un interruptor, de un reactor o de un regulador. Se aplica una tensión alterna de prueba al conductor del pasatapas y el instrumento mide dos cosas: la pérdida dieléctrica del aislamiento, expresada como factor de potencia o factor de disipación, y la capacitancia del aislamiento. La mayoría de los pasatapas de tensiones elevadas se construyen como un capacitor, con el conductor central envuelto en capas de papel o de material aglomerado con resina separadas por láminas conductoras delgadas, y cuentan con una derivación de prueba o de potencial cerca de la base que da acceso a la capa exterior. Esa construcción permite hacer dos lecturas distintas en un mismo pasatapas, una para el aislamiento principal y otra para el aislamiento de la derivación. La prueba se realiza en pasatapas nuevos tal como llegan, en pasatapas instalados en el equipo y de forma periódica en equipos en servicio. Complementa las pruebas de aislamiento de la unidad completa, porque los pasatapas tienen poco volumen y un problema en uno de ellos puede quedar diluido en la medición de todo el transformador.
Los pasatapas figuran entre las fuentes más comunes de fallas graves en transformadores e interruptores. La humedad que entra por un empaque dañado o por una porcelana agrietada, la contaminación del aceite o del compuesto, la descarga parcial entre capas de lámina y el envejecimiento térmico debilitan el aislamiento poco a poco. A medida que aumentan las pérdidas, el pasatapas se calienta a sí mismo, lo que acelera el daño, y el final de ese proceso puede ser una falla violenta que revienta la porcelana, provoca un incendio en el transformador y pone en riesgo a las personas cercanas. La falla de un pasatapas también deja al transformador fuera de servicio durante una reparación larga y costosa. La ventaja de la prueba de factor de potencia y capacitancia es que responde temprano. La pérdida aumenta cuando aparece humedad o contaminación, mucho antes de que se mueva una lectura de resistencia de aislamiento, y la capacitancia cambia cuando se ponen en cortocircuito algunas capas. Hacer la prueba en la aceptación demuestra que el pasatapas resistió el transporte y el almacenamiento, y hacerla periódicamente forma un historial que vuelve visible un cambio lento y da tiempo para planificar un reemplazo.
Un pasatapas capacitivo se comporta como una pila en serie de capacitores, uno por cada capa aislante. Con una tensión alterna aplicada, una pila casi perfecta toma una corriente que adelanta a la tensión casi un cuarto de ciclo, y la pequeña componente de corriente en fase con la tensión representa la pérdida en el aislamiento. La relación entre la parte en fase y la corriente total es el factor de potencia, y para valores pequeños es prácticamente igual al factor de disipación. Un aislamiento limpio y seco tiene una pérdida muy baja. La humedad, el carbón producido por descargas parciales, el aceite contaminado y el papel envejecido añaden corriente en fase, y por eso la lectura sube. La capacitancia depende de la geometría y de la permitividad de los materiales. Cuando una capa se pone en cortocircuito por una ruptura, la pila tiene menos capacitores en serie y la capacitancia total aumenta en una cantidad relacionada con el número de capas. Como la capacitancia se compara con el valor de placa, incluso un cambio modesto merece atención. La temperatura modifica ambas magnitudes, de modo que los resultados se corrigen a una temperatura de referencia, y la fuga superficial sobre la porcelana se mantiene fuera de la medición mediante guarda o mediante la limpieza y el secado de la superficie.
El equipo se desenergiza, se aísla de toda fuente y se pone a tierra según los procedimientos del propietario. Los conductores, las barras y los pararrayos se desconectan de los terminales del pasatapas para medir solamente el pasatapas y su equipo anfitrión, y la porcelana se limpia y se seca porque la fuga superficial falsea la lectura. Se conecta un equipo de factor de potencia con el cable de alta tensión en el conductor del pasatapas y el cable de medición en la derivación de prueba cuando el pasatapas la tiene. En la configuración de espécimen no puesto a tierra, el cable de medición lee solamente la corriente a través del aislamiento principal, con la derivación conectada al circuito de medición. En la configuración con puesta a tierra de un pasatapas con derivación, la derivación se conecta a tierra y la medición abarca también el aislamiento de la derivación. En los pasatapas sin derivación, una prueba de collar caliente aplica tensión a un collar conductor sujeto alrededor de la falda de porcelana y mide la respuesta del aislamiento situado debajo. Se retira la tapa de la derivación para acceder a ella, y la derivación se restituye y se pone a tierra al terminar, porque una derivación abierta puede causar una falla en servicio. La tensión aplicada se elige dentro de los límites del pasatapas y de su derivación, nunca por estimación. Se anotan la temperatura del pasatapas, las condiciones ambientales y la humedad, y se emplean el mismo método y el mismo instrumento en las pruebas repetidas para poder trazar tendencias.
El registro anota la identificación del pasatapas y su posición en el equipo, la configuración de cada medición, la capacitancia medida y el factor de potencia o de disipación del aislamiento principal y de la derivación cuando se midió, la tensión y la frecuencia aplicadas, la temperatura del pasatapas y del ambiente, la humedad, y la identidad del instrumento con su estado de calibración. Se anotan también el estado de la superficie y cualquier limpieza realizada, así como el estado en que se encontró la tapa de la derivación. Estos detalles importan porque la lectura depende mucho de las condiciones, y quienes revisen después necesitan separar un cambio real del pasatapas de una diferencia causada por la temperatura, la fuga superficial o la forma de montar la prueba.
Ninguna lectura aislada decide si un pasatapas es aceptable, y esta página no ofrece límites. Los criterios publicados toman varias formas que se usan en conjunto. Primero, el factor de potencia medido se compara con el valor de la placa del pasatapas o de los datos del fabricante, después de corregir la lectura a la temperatura de referencia. Segundo, la capacitancia medida se compara con el valor de placa, porque un cambio señala capas en cortocircuito. Tercero, las tres fases del mismo equipo, o pasatapas hermanos del mismo tipo, se comparan entre sí, ya que un valor atípico indica un problema localizado. Cuarto, los resultados se comparan con pruebas anteriores del mismo pasatapas, donde un aumento sostenido importa aunque los números todavía parezcan aceptables. Quinto, la medición de la derivación se juzga por separado del aislamiento principal. La guía publicada establece los umbrales a partir de los cuales un pasatapas se investiga o se reemplaza. ANSI/NETA ATS-2025 cubre la aceptación y ANSI/NETA MTS-2023 cubre las pruebas de mantenimiento de los pasatapas; consulte su propia copia con licencia de las normas para los criterios, y al fabricante para los datos específicos del pasatapas.
En la aceptación, la prueba establece una línea base y confirma que el pasatapas tal como llegó coincide con su placa. En el mantenimiento interesa el cambio desde la última prueba, por lo que un montaje repetible importa más que una lectura aislada. La construcción del pasatapas modifica los detalles: los diseños de papel impregnado en aceite, papel aglomerado con resina y papel impregnado en resina difieren en cómo responden a la humedad y a la temperatura, y los pasatapas sólidos sin derivación dependen del método de collar caliente. En los transformadores, los pasatapas suelen probarse junto con el aislamiento de los devanados con el mismo instrumento, mientras que en los interruptores en aceite y en gas los pasatapas pueden probarse montados en el interruptor, con los contactos en una posición definida. En reguladores y reactores se aplican los mismos enfoques, a la escala del equipo. Probar la unidad completa no sustituye la prueba del pasatapas, porque las pérdidas de un devanado grande pueden ocultar un problema pequeño pero peligroso en un pasatapas.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
El factor de potencia describe las pérdidas dieléctricas del aislamiento y aumenta con la humedad, la contaminación y el envejecimiento. La capacitancia describe la geometría de las capas aislantes y cambia cuando las capas se ponen en cortocircuito o cuando el pasatapas se daña. Juntos ofrecen un cuadro más completo que cualquiera de los dos por separado.
Es la prueba que se usa en un pasatapas sin derivación de prueba. Se sujeta un collar conductor alrededor de la porcelana, se le aplica tensión y se mide la pérdida del aislamiento situado debajo. Es un método local de tamizaje y los resultados se comparan con pasatapas similares.
En un pasatapas capacitivo la derivación se conecta a la capa más externa, que en servicio debe estar al potencial de tierra. Si queda abierta o sin buena puesta a tierra puede aparecer tensión en ella y causar una falla. La tapa de la derivación y su conexión a tierra deben reinstalarse y comprobarse.
Sí. Los pasatapas se prueban normalmente en su lugar, con las conexiones externas retiradas de los terminales. La configuración se elige de modo que la medición aísle al pasatapas del devanado. Los resultados se comparan con los valores de placa y con los demás pasatapas de la misma unidad.
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