Prueba de reactancia de dispersión en transformadores y reguladores

Qué es

La reactancia de dispersión es la parte de la impedancia de un transformador causada por el flujo magnético que enlaza un devanado pero no el otro, es decir, el flujo que se dispersa por el espacio entre los devanados y a su alrededor. La prueba la mide poniendo en cortocircuito los terminales de un devanado, aplicando un voltaje alterno reducido a otro devanado y midiendo la corriente y el voltaje resultantes, de los cuales se derivan la impedancia y la reactancia. También se conoce como medición de impedancia de cortocircuito, y el resultado se expresa comúnmente por fase o como porcentaje de la base del transformador. Se utiliza en transformadores de potencia y de distribución en líquido, en reguladores de voltaje de pasos y en el devanado serie de las unidades con cambiador de derivaciones bajo carga. Las normas la presentan como una prueba opcional en varias secuencias, que se aplica cuando el propietario desea una verificación adicional de la integridad mecánica de los devanados o cuando se forma una referencia para una unidad que podría sufrir fallas o traslados.

Por qué se realiza

La reactancia de dispersión queda fijada por las dimensiones y la separación de los devanados. Cuando un devanado se desplaza, se abomba, se comprime o se telescopa por las fuerzas de un cortocircuito, por un manejo brusco durante el transporte o por un sismo, la geometría cambia, y con ella el flujo de dispersión y la reactancia medida. Esto convierte la prueba en un indicador sensible del daño mecánico que no aparece en las pruebas simples de relación o de aislamiento. Detectar a tiempo el movimiento de un devanado permite al propietario retirar el transformador de servicio para inspeccionarlo antes de una falla eléctrica y no después. La prueba también es valiosa para confirmar que una unidad de reemplazo o reparada coincide con el diseño, que los devanados de una unidad polifásica son coherentes entre sí y que un regulador no ha sido dañado por una falla pasante. Hallar una desviación durante la puesta en servicio establece la referencia con la que se leerán los cambios posteriores.

El principio

En un transformador ideal, todo el flujo que produce un devanado enlaza al otro. En uno real, parte del flujo se dispersa por el espacio entre los devanados y hacia el aislamiento, el aceite y la estructura circundante. Ese flujo de dispersión se comporta como una inductancia en serie con el devanado, que es la reactancia de dispersión. Cuando un devanado se pone en cortocircuito, el voltaje necesario para hacer circular corriente por el transformador queda limitado por esta impedancia en serie, mayormente reactiva, junto con una pequeña parte resistiva debida a la resistencia del devanado. Un voltaje aplicado bajo produce entonces una corriente medible, y el cociente entre ambos da la impedancia. Como la reactancia depende sobre todo de la geometría de los devanados, como el espacio radial y la altura, se mantiene constante en una unidad sana y se desplaza si los devanados se mueven. Como a este voltaje bajo el núcleo no se lleva hacia la saturación, la medición refleja solo los devanados y es relativamente insensible al estado del núcleo.

Cómo se realiza

El transformador se desenergiza, se aísla y se pone a tierra conforme a los procedimientos de seguridad del propietario, con las conexiones externas retiradas de las boquillas. El cambiador de derivaciones se coloca en una posición definida que se anota, pues las espiras activas, y por lo tanto la reactancia, dependen de ella. En cada fase se pone en cortocircuito un devanado con un conductor de calibre adecuado y buen contacto, porque la resistencia del cortocircuito afecta el resultado. Se conecta una fuente alterna de bajo voltaje al otro devanado y se miden el voltaje, la corriente y, si el instrumento lo ofrece, la potencia. Las unidades trifásicas pueden probarse fase por fase o con una fuente trifásica según la conexión de la unidad y el instrumento usado. Los equipos de prueba diseñados para este fin calculan automáticamente la impedancia y la reactancia y las informan en ohmios o como porcentaje. La medición se repite en cada fase y en las posiciones de derivación que requiera el procedimiento, incluidas las del devanado serie de un regulador. Las pruebas que magnetizan el núcleo se programan después de esta para que el magnetismo residual no influya en la lectura. Se registran la calibración del instrumento, la temperatura del devanado y las conexiones utilizadas.

Qué se registra

El registro indica la unidad y el par de devanados probados, la fase, la posición de derivación, y la fuente y la disposición de medición. Contiene la impedancia o reactancia medida en cada fase, en las unidades que informa el instrumento o convertidas a la misma base que la placa, junto con el voltaje y la corriente de la fuente aplicados. Se anotan el instrumento y su estado de calibración, la fecha, la temperatura del devanado y las condiciones ambientales. Se describe el estado en que se encontró la unidad, por ejemplo nueva de fábrica, recién transportada o devuelta tras una falla. El registro conserva la configuración para poder repetir la misma prueba de manera idéntica más adelante.

Cómo se juzgan los resultados

Los resultados se juzgan por comparación y no por un límite absoluto, y esta página no ofrece ninguno. El valor medido se compara con la impedancia de la placa o con el informe de pruebas de fábrica, y se espera una concordancia estrecha en una unidad con devanados intactos. Los valores de las tres fases se comparan entre sí, ya que una fase que difiere de las demás sugiere una deformación local del devanado. La comparación con resultados anteriores de la misma unidad, tomados con la misma configuración, es la forma de evaluación más sensible, pues un cambio gradual o repentino apunta a un desplazamiento. Una desviación se interpreta junto con otras evidencias, como el análisis de respuesta en frecuencia, el análisis de gases disueltos y la corriente de excitación, ya que cada uno aborda un aspecto distinto de la misma unidad. El método de comparación y el tratamiento de los reguladores se tratan en IEEE C57.15-2017, y ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 incluyen la reactancia de dispersión como prueba opcional; consulte sus copias con licencia para conocer los valores y criterios.

Variaciones

En la aceptación, la reactancia de dispersión se realiza a veces para confirmar la unidad frente a los datos de fábrica y fijar una referencia, y se aplica con más frecuencia a las unidades más grandes o más críticas. En el mantenimiento se usa después de una falla pasante, de un traslado o de cualquier evento que pudiera haber movido los devanados, y cuando otras pruebas, como el análisis de respuesta en frecuencia, dan un resultado dudoso. Los reguladores de voltaje de pasos se prueban a través del devanado serie en cada posición de derivación de interés, y las unidades con cambiador bajo carga se prueban con el cambiador en posiciones definidas. Los transformadores trifásicos con devanados en delta o en zigzag requieren que la disposición de la prueba corresponda a la conexión. Los transformadores de distribución pequeños se despachan rápido con un equipo portátil, mientras que los grandes transformadores de potencia necesitan una fuente de mayor capacidad y cuidado con las conexiones. El caso más informativo es siempre la comparación con el resultado anterior de la propia unidad.