Resistencia dinámica de devanados: prueba de cambiadores de tomas

Qué es

La prueba de resistencia dinámica de devanados es una verificación eléctrica de un cambiador de tomas bajo carga que se realiza mientras el mecanismo está operando. Se hace circular una corriente continua estable por un devanado y el instrumento registra de forma continua la resistencia resultante a medida que el cambiador pasa de una toma a la siguiente. El resultado es una traza en el tiempo y no un valor único. Cada cambio de toma aparece como un evento breve y característico en el que la trayectoria de la corriente se transfiere de un contacto al siguiente, normalmente a través de una resistencia o un reactor de transición que mantiene el flujo de la corriente de carga durante la transferencia. La prueba se aplica a transformadores de potencia llenos de líquido con cambiador de tomas bajo carga, al compartimiento del cambiador como elemento aparte y a reguladores de voltaje de pasos, que emplean el mismo principio. Complementa la medición ordinaria de resistencia de devanados, que se toma con el cambiador en reposo en cada posición y no dice nada de lo que sucede entre ellas. Los técnicos la usan para saber si el selector, el diverter y el circuito de transición se comportan según el diseño durante la transferencia.

Por qué se realiza

El cambiador de tomas bajo carga es una de las pocas partes móviles de un transformador y transporta corriente mientras se mueve. Los contactos se desgastan, se acumulan carbón y coque, los resortes y las piezas del accionamiento pierden su sincronía y las resistencias de transición pueden envejecer, agrietarse o abrirse. Ninguna de estas fallas cambia necesariamente la resistencia medida en reposo en una toma, pero cada una puede interrumpir la corriente de carga por un instante, producir arcos y gases o dejar a un contacto cargando más de lo que le corresponde. Las consecuencias van desde una erosión acelerada de los contactos y la generación de gases en el compartimiento hasta un cambio de toma fallido que daña el devanado o saca la unidad de servicio. Como el cambiador de tomas es una de las fuentes más comunes de fallas y salidas forzadas en transformadores, resulta valiosa una prueba que muestre su comportamiento durante la transferencia sin abrir el compartimiento. Ayuda a decidir si el mecanismo puede dejarse como está, requiere una inspección más detallada o necesita una revisión general, y deja un registro comparable con el resultado de fábrica y con pruebas posteriores.

El principio

La prueba se apoya en que un devanado de transformador se comporta de manera muy distinta ante una corriente continua estable que ante una variable. Una vez que una corriente constante ha saturado el núcleo, el devanado es esencialmente una resistencia y el instrumento puede calcularla a partir del voltaje a través de él. Cuando el cambiador inicia una transferencia, la trayectoria por el devanado cambia. En un diseño de tipo resistivo la corriente de carga se comparte brevemente a través de una resistencia de transición, de modo que la resistencia medida sube un instante y luego se estabiliza en el valor de la nueva toma. En un diseño de tipo reactor, la posición de puenteo produce su propio escalón característico. Un contacto desgastado o sucio añade resistencia de contacto y se ve como una protuberancia o ruido, un contacto que rebota se ve como un pico y una interrupción del circuito se ve como un salto repentino hacia un circuito abierto. La forma, el orden y la duración de estos rasgos constituyen una huella del mecanismo sano. Una falla altera esa huella de manera reconocible y, como el mismo instrumento observa todos los cambios de la misma forma, comparar trazas aporta mucho más que leer un solo valor.

Cómo se realiza

El transformador se desenergiza, se aísla y se conecta a tierra según los procedimientos de seguridad del propietario, y se desconectan los enlaces que podrían llevar corriente o voltaje a otros equipos. Como la prueba satura el núcleo con corriente continua y luego la interrumpe, los procedimientos de descarga son importantes: los cables solo se manipulan cuando la fuente está apagada y el devanado está descargado de forma segura. El instrumento se conecta al devanado de interés con cables separados de corriente y de voltaje en los bujes, de modo que la resistencia de los cables y las pinzas no forme parte de la lectura. Se sube la corriente y se deja estabilizar antes de operar el cambiador, porque una corriente estable es lo que permite leer la traza. Luego se recorre el rango del cambiador con el motor normal o con el método manual que permita el fabricante, y el registrador captura cada cambio de toma en el sentido de subir y después en el de bajar. La prueba se repite en cada fase y se anotan la indicación de posición y el contador de operaciones. También importa el ambiente: se anotan la temperatura del devanado y la del aceite, pues afectan el nivel de resistencia, y en pruebas repetidas se usan los mismos cables, ajustes del instrumento y corriente para poder comparar las trazas con las anteriores. Al terminar, la corriente se reduce lentamente y el devanado se descarga antes de retirar los cables.

Qué se registra

El registro es un conjunto de trazas de resistencia en el tiempo para cada fase y cada sentido de recorrido, junto con la corriente de la fuente empleada, las posiciones de toma cubiertas y el número de cambios capturados. Incluye también la temperatura del devanado y del aceite, la identidad y el estado de calibración del instrumento y la lectura del contador de operaciones antes y después de la prueba. Se anotan observaciones sobre la condición encontrada, como ruidos inusuales durante una operación o señales de fugas en el compartimiento, así como cualquier conexión que se haya levantado. Estos datos permiten que quien revise el resultado después compare una traza nueva con la de fábrica y con pruebas de campo anteriores, y decida si una diferencia refleja el mecanismo o solo la manera en que se hizo la prueba.

Cómo se juzgan los resultados

Los resultados se juzgan por la forma de la traza y no por un solo límite, y esta página no ofrece criterios numéricos. La primera comparación es con la traza de fábrica o de puesta en servicio de la misma unidad, que sirve de referencia para la secuencia esperada de eventos en cada cambio de toma. La segunda es la comparación entre fases y entre el sentido de subir y el de bajar, donde una diferencia notable apunta a un problema local. La tercera es la revisión de la transición misma: la transferencia debe ser ordenada, sin caídas inexplicables, picos ni excursiones prolongadas, y la resistencia al final de cada cambio debe asentarse en el nivel esperado para la nueva toma. La cuarta es la tendencia frente a pruebas de campo anteriores, donde los cambios graduales importan aunque cada traza parezca aceptable. Los datos del fabricante para el modelo específico de cambiador definen qué es normal en su diseño. El alcance y las circunstancias en que se pide esta medición están en ANSI/NETA ATS-2025 para trabajos de aceptación y en ANSI/NETA MTS-2023 para trabajos de mantenimiento, donde aparece como una medición opcional para los equipos cubiertos. Para el texto vigente y los valores, consulte su propia copia con licencia de estas normas.

Variaciones

Las aplicaciones de aceptación y de mantenimiento difieren en su propósito. En la aceptación la traza se captura para confirmar que el cambiador no sufrió daños durante el envío y la instalación, y se convierte en la base contra la cual se compara cada prueba posterior. En el mantenimiento se usa para seguir el desgaste, por lo que una preparación repetible y una corriente constante importan más que cualquier otra cosa. El diseño del cambiador modifica la interpretación: los mecanismos de tipo resistivo, de tipo reactor y los diseños con interruptores de vacío producen cada uno un patrón de transición distinto, por lo que la referencia del fabricante es esencial. Los reguladores de voltaje de pasos, que se prueban de la misma manera, suelen tener mecanismos más sencillos y menos posiciones. Las unidades con solo un cambiador sin carga no obtienen nada de esta prueba, porque nunca operan bajo carga. Las mediciones dinámicas se combinan normalmente con la resistencia estática en cada toma, la relación de transformación y el análisis de gases disueltos, que juntos ofrecen una imagen más completa del cambiador y del transformador.