Prueba de incremento del factor de potencia (tip-up): propósito, método y evaluación

Qué es

La prueba de incremento del factor de potencia, conocida como tip-up, es una extensión de la medición ordinaria del factor de potencia o del factor de disipación del aislamiento. En lugar de una sola lectura con un voltaje, la pérdida del aislamiento se mide con un voltaje bajo y luego con una serie de voltajes mayores, hasta un nivel determinado por la capacidad del devanado y el procedimiento. El incremento es la diferencia entre la pérdida en el paso más alto y la del más bajo, y muestra cuánto cambia el comportamiento del aislamiento al aumentar el esfuerzo eléctrico. La prueba se solicita como medición opcional en los devanados del estator de motores y generadores de inducción y sincrónicos grandes y en transformadores grandes de tipo seco enfriados por aire, donde el aislamiento del devanado es sólido y puede contener huecos internos. Se realiza con un analizador de aislamiento o un puente capaz de subir a los voltajes mayores, y se evalúa junto con el factor de potencia ordinario, la capacitancia y otras pruebas de aislamiento. La pregunta que responde es si el aislamiento mantiene una pérdida constante al aumentar el esfuerzo, o si algo en su interior comienza a descargar y a disipar energía adicional.

Por qué se realiza

Los devanados hechos de mica, resina y vidrio son resistentes en conjunto, pero pueden ocultar huecos, delaminaciones y zonas mal impregnadas, sobre todo en máquinas antiguas y en las sometidas a ciclos térmicos, vibración o arranques repetidos. Una medición a bajo voltaje no somete esos huecos a esfuerzo suficiente para que se ionicen, de modo que el aislamiento puede parecer sano mientras el defecto espera que el voltaje de trabajo lo active. Cuando comienza la descarga dentro de un hueco, erosiona el aislamiento que lo rodea y el proceso se alimenta a sí mismo, lo que puede terminar en una falla del aislamiento a tierra, un núcleo dañado, una máquina perdida y una salida prolongada. La prueba de incremento encuentra este tipo de condición durante una parada programada, con tiempo para planificar un rebobinado, una limpieza con nuevo barnizado o un examen más detallado con pruebas de descargas parciales. En la aceptación confirma la calidad del proceso de fabricación e impregnación de devanados nuevos o rebobinados y fija una línea base para el futuro. En el mantenimiento sigue cómo se desarrollan los huecos. Complementa las pruebas de resistencia y de polarización, que son poco sensibles a este tipo de defecto, y ofrece una indicación general rápida que luego las pruebas de descargas parciales exploran en detalle.

El principio

A bajo voltaje, la pérdida dieléctrica de un aislamiento sano es pequeña y casi constante, y proviene del propio material. Si el aislamiento contiene huecos con gas, a bajo voltaje no ocurre nada especial porque el gas todavía soporta el esfuerzo. Al subir el voltaje aplicado, sube también el esfuerzo en el gas del hueco y, en algún punto, el gas se ioniza y ocurre una pequeña descarga en cada ciclo. Esas descargas disipan energía real, que aparece como corriente de pérdida adicional en fase con el voltaje, y el factor de potencia medido aumenta. El incremento es, por tanto, una medida de cuántos huecos descargan y con qué intensidad lo hacen entre el voltaje bajo y el alto. Un devanado con pocos huecos casi no muestra cambio de pérdida con el voltaje, y uno con muchos huecos muestra un aumento claro. La medición refleja también otros efectos que dependen del voltaje, como la fuga superficial en cabezales de bobina contaminados, el efecto corona en la zona de las cabezas de bobina y la humedad, y un buen procedimiento ayuda a separarlos. El resultado es una relación de comportamientos, no una pérdida absoluta, de modo que el significado está en las diferencias entre devanados semejantes y entre pruebas a lo largo del tiempo.

Cómo se realiza

La máquina o el transformador se desenergiza, se aísla de toda fuente, se comprueba la ausencia de tensión y se pone a tierra según los procedimientos de bloqueo y permiso del propietario, y se retiran del devanado en prueba los conductores conectados, los cables, la protección contra sobretensiones y cualquier dispositivo electrónico. Las superficies y los terminales del devanado se limpian y se secan, porque la fuga superficial y el efecto corona en las cabezas de bobina distorsionarían las lecturas que dependen del voltaje. Cada devanado de fase se prueba por turno con los demás, y el núcleo y la carcasa, conectados a tierra, o la guarda del instrumento se emplean para excluir las vías que no interesan. El analizador se conecta al devanado y primero se toma la medición con un voltaje bajo como lectura base. Después el voltaje se sube en pasos controlados, manteniendo cada uno el tiempo suficiente para que la lectura se estabilice, hasta el nivel más alto que permiten la capacidad del equipo y el procedimiento, con lecturas de factor de potencia y de capacitancia en cada paso. El voltaje se lleva a cero antes de mover los cables, y el devanado se pone a tierra después. Se registran la temperatura del devanado, la temperatura ambiente y la humedad, porque tanto la lectura base como el aumento dependen de ellas, y se usa la misma secuencia de pasos en todas las fases y en cada prueba posterior para poder comparar los resultados.

Qué se registra

El registro contiene el factor de potencia o el factor de disipación y la capacitancia medidos en cada paso de voltaje para cada devanado o fase probada, junto con el incremento derivado de los pasos más bajo y más alto. Anota el voltaje de prueba en cada paso, el arreglo de conexiones y de guarda, la temperatura del devanado y del entorno, la humedad relativa y el estado de las cabezas de bobina y de los terminales tal como se encontraron. También se anotan la identidad y el estado de calibración del instrumento. Como el incremento es una diferencia entre lecturas, debe documentarse la manera en que se preparó cada paso para poder repetir una prueba posterior paso por paso y compararla con justicia.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si un aislamiento es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. El resultado del incremento se juzga de varias maneras que se usan en conjunto. La primera es la magnitud del aumento en sí, leída frente a la guía de ANSI/NETA ATS-2025 para las pruebas de aceptación y de ANSI/NETA MTS-2023 para las de mantenimiento, y frente a cualquier límite de los datos del fabricante o de la especificación de la máquina. La segunda es la comparación entre las fases del mismo devanado, donde una fase que se aparta de las demás sugiere un problema localizado. La tercera es la tendencia frente a resultados anteriores de la misma máquina, donde un incremento creciente es más revelador que un valor único. La cuarta es leer el incremento junto con el factor de potencia base y la capacitancia, ya que un valor base alto combinado con un aumento sugiere una causa distinta de la de un valor base bajo con un aumento. La quinta es contrastar con los resultados de descargas parciales, de resistencia y de polarización. Como la prueba es opcional en las normas, los criterios del propietario y la experiencia de la agencia de pruebas tienen peso. Consulte su propia copia con licencia de las normas mencionadas para el texto que rige.

Variaciones

Las pruebas de aceptación y de mantenimiento difieren en su propósito. En la aceptación, el incremento verifica la fabricación y la impregnación de devanados nuevos o rebobinados y crea la línea base, por lo que se hace con cuidado y con documentación. En el mantenimiento sigue el cambio, y la comparación más útil es con las pruebas anteriores del mismo devanado en los mismos pasos. La clase de equipo condiciona el trabajo. En motores y generadores grandes, los pasos de voltaje llegan hasta un nivel determinado por la capacidad del devanado y el procedimiento, y la prueba se hace fase por fase en el devanado del estator, con el rotor colocado o retirado según lo permita la situación. En transformadores grandes de tipo seco se usa el mismo enfoque en los devanados primario y secundario, pero la geometría y los espacios de aire cambian el significado de las lecturas. Los devanados recién limpiados o secados dan resultados distintos de los que tienen contaminación superficial. La prueba suele combinarse con mediciones de resistencia de aislamiento, polarización, comparación de impulsos y descargas parciales, pues cada una detecta fallas que las demás pueden pasar por alto, y no las sustituye.