Resistencia de aislamiento del núcleo del transformador: cómo detectar puestas a tierra no previstas

Qué es

La prueba de resistencia de aislamiento del núcleo verifica el aislamiento que separa el núcleo magnético de un transformador de su tanque, su estructura y sus elementos de sujeción. Un núcleo de transformador se construye con láminas delgadas de acero que deben mantenerse a un potencial eléctrico definido, por lo que se conecta intencionalmente a tierra en un solo punto. En todos los demás lugares debe estar aislado del tanque y de las abrazaderas. La prueba abre esa única conexión prevista y emplea un probador de aislamiento para medir la resistencia del núcleo a tierra. Una lectura alta significa que el núcleo está aislado en todas partes excepto en la puesta a tierra normal. Una lectura baja significa que existe una segunda vía a tierra, que puede ser un residuo que hace puente, una lámina aislante dañada, una pieza desplazada o contaminación. La prueba se hace en transformadores de potencia y de distribución sumergidos en líquido donde se saca una conexión de tierra del núcleo, y en transformadores grandes de tipo seco enfriados por aire donde se puede acceder al aislamiento del núcleo y de las abrazaderas. Es una medición sencilla y rápida que respalda el conjunto mayor de pruebas eléctricas de un transformador, incluidas las pruebas de aislamiento de los devanados y la prueba de corriente de excitación.

Por qué se realiza

Un núcleo puesto a tierra en dos lugares forma un lazo cerrado con el tanque o la estructura. El flujo magnético alterno del transformador enlaza ese lazo e induce en él una corriente circulante, y esa corriente calienta las láminas, la conexión de tierra y el aislamiento y el aceite cercanos. El calentamiento es local y puede ser considerable, y puede degradar el líquido aislante y producir gases combustibles que aparecen en el análisis de gases disueltos mucho antes de que se vea algo desde el exterior. En el peor caso, el calentamiento daña aún más el aislamiento del núcleo, quema la trenza de tierra o conduce a una falla. Otra razón de la prueba es la seguridad de la disposición. Un núcleo que no está a tierra en absoluto puede desarrollar un potencial flotante que descarga hacia el tanque. Encontrar una segunda puesta a tierra en la aceptación, antes de energizar la unidad, permite rastrearla y eliminarla mientras el fabricante o el instalador todavía están disponibles. Encontrarla en el mantenimiento, cuando el análisis de gases o las tendencias de temperatura señalan un punto caliente, ayuda a distinguir una falla del núcleo de otras causas de calentamiento.

El principio

El núcleo y sus abrazaderas están aislados del tanque por láminas delgadas, recubrimientos y separadores. Las pruebas de aislamiento se basan en aplicar un voltaje directo y medir la pequeña corriente que circula a través de ese aislamiento. Cuando el aislamiento está íntegro, la corriente es muy pequeña y la resistencia es muy alta. Si una partícula metálica, un trozo de alambre, una pieza doblada, un depósito conductor o un aislamiento dañado crea una segunda vía, la resistencia cae bruscamente. La lectura mide la vía, no la calidad de un material en particular, y un valor bajo cercano a cero significa un contacto sólido, mientras que un valor moderado apunta a una película conductora o a contaminación, que puede ser humedad, lodo o polvo metálico. Como el flujo del transformador es intenso, incluso una segunda puesta a tierra modesta puede sostener una corriente circulante considerable, y por eso esta medición sencilla es tan útil. El voltaje directo que se emplea se elige para someter a un esfuerzo moderado el aislamiento del núcleo sin dañar el aislamiento delgado. La humedad, la calidad del aceite y la temperatura afectan el resultado, por lo cual se anotan las condiciones. En algunos casos aparece una lectura transitoria porque un puente conductor se quema y se libera al aplicar el voltaje de prueba.

Cómo se realiza

El transformador se desenergiza, se aísla de toda fuente y se pone a tierra según los procedimientos de bloqueo y permiso del propietario, y los devanados se ponen a tierra por seguridad. Se localiza la conexión de tierra del núcleo. En muchas unidades sumergidas en líquido sale por una pequeña boquilla o un terminal accesible en la tapa o el tanque, en otras se alcanza por una apertura de mano o de inspección, y en las unidades de tipo seco es accesible en las abrazaderas del núcleo o en la estructura. La trenza de tierra prevista del núcleo se desconecta para que el núcleo quede aislado, un paso que nunca debe olvidarse porque un transformador no debe energizarse con el núcleo sin tierra. Un probador de aislamiento ajustado a un voltaje de prueba apropiado para la construcción se conecta entre el terminal del núcleo y el tanque o la estructura. El voltaje se aplica durante el breve periodo que pide el procedimiento, se toma la lectura y el circuito se descarga. Donde se han sacado varias tierras, por ejemplo el núcleo, las abrazaderas de la estructura y la conexión entre núcleo y abrazaderas, cada una se prueba por separado. Después de la medición, la conexión de tierra del núcleo se restablece, se aprieta y se verifica con una prueba de continuidad, y se anotan el tanque, la temperatura del aceite o del entorno y la humedad. La lectura se compara con la prueba de fábrica y con pruebas anteriores de la misma unidad.

Qué se registra

El registro contiene la resistencia de aislamiento medida entre el núcleo y el tanque o la estructura, y para cada tierra adicional del núcleo o de las abrazaderas que se probó por separado, con el voltaje de prueba aplicado y la duración de su aplicación. Anota la temperatura del aceite o del entorno, la humedad relativa, la forma en que se levantó la tierra del núcleo y el estado de la conexión, el instrumento y su estado de calibración, y la confirmación de que la conexión de tierra se restableció. Se registra el nivel del aceite o una referencia a los resultados del análisis de gases relacionados cuando corresponde. Estos datos ayudan a un lector posterior a comparar los resultados con justicia y a confirmar que la unidad volvió a servicio con su núcleo a tierra.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si el aislamiento del núcleo es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. La lectura se juzga mediante varias observaciones que se usan en conjunto. La primera es el nivel absoluto de resistencia, leído frente a la guía publicada para el tipo de equipo, con ANSI/NETA ATS-2025 para las pruebas de aceptación y ANSI/NETA MTS-2023 para las de mantenimiento, y frente al resultado de la prueba de fábrica del fabricante. Una lectura cercana a cero indica una segunda tierra sólida, mientras que una lectura muy alta es la condición esperada. La segunda es la tendencia frente a resultados anteriores del mismo transformador, donde una disminución importa aunque la lectura siga siendo alta. La tercera es la comparación entre las diversas vías de aislamiento del núcleo y de las abrazaderas de la misma unidad, donde una que se aparta de las demás sugiere dónde está el problema. La cuarta es la correlación con otras evidencias, incluidos el análisis de gases disueltos, los patrones de temperatura, la corriente de excitación y los resultados de factor de potencia del aislamiento. La quinta es la estabilidad de la lectura, ya que un valor que deriva o salta durante la prueba sugiere un puente conductor o humedad. La prueba figura como opcional en algunas secciones de las normas, de modo que importan la práctica del propietario y las recomendaciones del fabricante. 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 objetivo. En la aceptación, la medición confirma que el aislamiento del núcleo sobrevivió al transporte, el manejo y la instalación, y el resultado se añade al registro de fábrica como línea base. En el mantenimiento se hace cuando un transformador muestra señales de calentamiento o generación anormal de gases, después de una inspección interna o una reparación, y a veces según un programa. La construcción cambia el acceso. En los transformadores sumergidos en líquido, la tierra del núcleo puede sacarse a un terminal externo, caso en el cual la prueba se hace sin abrir el tanque, o puede estar dentro del tanque, donde solo se alcanza por una abertura, y el trabajo se planifica en consecuencia. En las unidades grandes de tipo seco enfriadas por aire, el núcleo y sus abrazaderas se alcanzan directamente. Algunos transformadores tienen secciones de núcleo aisladas por separado, o tierras de núcleo y de estructura que salen por separado, y cada vía se prueba. El voltaje de prueba y la evaluación dependen del diseño de la unidad y de la guía del fabricante. En todos los casos la tierra debe restablecerse antes de energizar la unidad, y la medición complementa la resistencia de aislamiento de los devanados, el factor de potencia, la corriente de excitación y el análisis de gases, sin sustituirlos.