PRUEBAS ELEMENTALES DE LOS TRANSFORMADORES

I. OBJETIVOS:

Determinar la continuidad para cada bobina. Hallar la resistencia de aislamiento para cada bobina. Determinar la resistencia óhmica para cada bobina. Halar la polaridad para cada bobina

II. FUNDAMENTO TEORICO:

2.1 EL TRANSFORMADOR:

El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica. A reserva de estudios con mayor detalle, la construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizando devanados, uno denominado primario que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí.

El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente contante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente.

El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en la bobina. La corriente, a través de la bobina, varía en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente, varia también en magnitud con el tiempo. El flujo cambiante con el tiempo que se aplica en uno de los devanados, induce un voltaje E1 (en el primario).

Si se desprecia por facilidad, la caída de voltaje por resistencia del devanado primario, el valor de é1 será igual y de sentido opuesto al voltaje aplicado V1. De la ley de inducción electromagnética, se sabe que este voltaje inducido E1 en el devanado primario y también al índice de cambio del flujo en la bobina. Se tienen dos relaciones importantes.

2.1.1 PRUEBAS DE CONTINUIDAD:

Este es la medida más simple que podemos realizar con un multìmetro. Se llama Continuidad en los circuitos y aparatos eléctricos a una medida de resistencia muy baja, generalmente del orden de cero ohmios que indica conducción o unión directa entre dos elementos. La continuidad generalmente se utiliza para la comprobación del buen estado o conducción de un fusible, una lámpara, un conductor, etc.

2.1.2 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO:

Cada uno de los conductores eléctricos de una instalación sea que se encuentre alimentado un motor, generador, transformador, etc. esta cubierta cuidadosamente con alguna forma de aislamiento eléctrico. El alambre en si, generalmente de cobre o aluminio, es un buen conductor de la corriente eléctrica que da potencia a sus equipos. El aislamiento debe ser justamente lo opuesto de un conductor. Debe resistir la corriente y mantenerla en su trayectoria a lo largo del conductor. Las pruebas de aislamiento se basan en la Ley de Ohm. El propósito del aislamiento que envuelve a un conductor es similar al de un tubo que lleva agua, y la Ley de Ohm en electricidad puede ser entendida más fácilmente por comparación.

En la siguiente figura se muestra esta comparación. La presión del agua de una bomba ocasiona el flujo a lo largo del tubo. Si el tubo tuviera fuga, se gastaría agua y se perdería cierta presión. En la electricidad, el voltaje es similar a la presión de la bomba y ocasiona que la electricidad fluya a lo largo de los alambres de cobre. Como en un tubo de agua, existe cierta resistencia al flujo, pero es mucho menor a lo largo del alambre que a través del aislamiento. El sentido común nos dice a mayor voltaje se tendrá mayor corriente, También, que a menor resistencia del alambre se tendrá más corriente con el mismo voltaje.

Realmente, esta es la Ley de Ohm, que se expresa de esta manera en forma de ecuación, como:

V = I * R

Donde: V= Voltaje en voltios. I= Corriente en amperios. R= Resistencia en Ohm.

Sin embargo, ningún aislamiento es perfecto (su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de electricidad fluye a lo largo del aislamiento o a través de el a tierra. Tal corriente puede ser solo de un millonésimo de Amper (un microamper) pero es la base del equipo de prueba del aislamiento. Esta pequeña cantidad de corriente, por supuesto no dañaría un buen aislamiento pero seria un problema si el aislamiento se ha deteriorado.

Porque el Aislamiento se Deteriora: Cuando el sistema eléctrico o conductor de su planta son nuevos, el aislamiento eléctrico debe estar en la mejor forma. Además, los fabricantes del conductor han mejorado continuamente su aislamiento para los servicios de la industria. A pesar de todo, aun hoy en día, es aislamiento esta sujeto a muchos efectos que pueden ocasionar que falle: daños mecanices, vibraciones, calor o frío excesivo, suciedad, aceite, vapores corrosivos, humedad de los procesos, o simplemente la humedad de un día nublado. En distintos grados, estos enemigos del aislamiento están trabajando conforme pasa el tiempo combinados con el esfuerzo eléctrico que existe. Conforme se desarrollan picaduras o grietas, la humedad y las materias extrañas penetran en la superficie del aislamiento y proporcionan una trayectoria de baja resistencia para la fuga de corriente. Una vez que comienzan, los distintos enemigos tienden a ayudarse entre si y permiten una corriente excesiva a través del aislamiento.

Como se mide Resistencia de Aislamiento: Un buen aislamiento tiene alta resistencia; un aislamiento pobre tiene baja resistencia relativamente. Los valores reales de resistencia pueden ser más altos o más bajos, dependiendo de factores como la temperatura o el contenido de humedad (la resistencia disminuye con la temperatura o la humedad). Sin embargo, con los registros y poco de sentido común, usted puede tener una buena Imagen de las condiciones del aislamiento de valores que son solo relativos. El probador de aislamiento es un instrumento que da una lectura directa de la resistencia de aislamiento en Ohm o megaohms.

2.1.3 PRUEBA DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LA BOBINA:

Los puntos con alta resistencia en partes de conducción, son fuente de problemas en los circuitos eléctricos, ya que originan caídas de voltaje, fuentes de calor, pérdidas de potencia, etc.; ésta prueba nos detecta esos puntos. En general, ésta se utiliza en todo circuito eléctrico en el que existen puntos de contacto a presión deslizables, tales circuitos se encuentran en interruptores, restauradores, dedos de contacto de reguladores, o de cambiadores de derivaciones y cuchillas seccionadoras.

Esta prueba tiene la finalidad de verificar la Resistencia Ohmica de los Devanados. Con su aplicación se detectan los falsos contactos y espiras en corto circuito al compararse con los datos anteriores en caso de no tenerlos considerarlos como iniciales.

2.1.4 LA PRUEBA DE POLARIDAD.

Cuando en un transformador no está especificada la polaridad o se desconoce, se puede determinar por una simple medición de voltaje como se indica a continuación:

Hacer una conexión entre las terminales de alto voltaje y bajo voltaje del lado derecho cuando se ve al transformador desde el lado de las boquillas y de bajo voltaje.

Aplicar un voltaje bajo, por ejemplo 120 volts a las terminales de alto voltaje y medir este voltaje con un voltímetro.

Medir el voltaje de la terminal del lado izquierdo del lado de alto voltaje al terminal del lado Iz quiero de bajo voltaje. Si el voltaje anterior es menor que el voltaje a través de las terminales de alto voltaje, el transformador tiene polaridad sustractiva. Si este voltaje es mayor, entonces la polaridad es aditiva.

III. MATERIALES:

Transformadores Fuente variable A.C.

Megger Multimetro

IV. PROCEDIMIENTO:

4.1Prueba de continuidad para el primer transformador:

Este es el esquema del transformador:

En (1-2) si hay continuidad. En (3-4) si hay continuidad. (1-3) no hay continuidad. (2-4) no hay continuidad.

4.2 Prueba de la resistencia de aislamiento:

Para la primera bobina, resistencia de aislamiento (tierra-bobina): R.A= Resistencia de Aislamiento

R.A1=23MΩ

R.A2=23MΩ

R.A3=59MΩ

R.A4=59MΩ

Para la primera bobina, resistencia de aislamiento entre bobinas:

R.A1−4=100MΩ

R.A2−4=100MΩ

R.A1−3=100MΩ

R.A2−3=100MΩ

4.3 PRUEBA DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LA BOBINA:

Se midió la resistencia de cada bobina con la ayuda de un multímetro: Para la primera bobina:

R.A1−2=2.3Ω

R.A3−4=1.5MΩ

4.4 PRUEBA DE LA POLARIDAD DE LAS BOBINAS:

Para la primera bobina:

V 1=+20.5V

V 2=+49.5V

V 3=+72.4V

La polaridad es la correcta.

V.CUESTIONARIO

¿Por qué es necesario la prueba de aislamiento y que ocurre cuando esta tiene un valor muy bajo?

La prueba de resistencia de aislamiento en transformadores sirve no solo ara verificar la calidad del aislamiento en transformadores, también permite verificar el grado de humedad y en ocasiones defectos severos en el aislamiento.

Para evaluar las condiciones del aislamiento de los transformadores de potencia, es conveniente analizar la tendencia de los valores que se obtengan en las pruebas periódicas. Para facilitar este análisis se recomienda graficar las lecturas, para obtener las curvas de absorción dieléctrica; las pendientes de las curvas indican las condiciones del aislamiento, una pendiente baja indica que el aislamiento esta húmedo o sucio.En la evaluación de las condiciones de los aislamientos, deben calcularse los índices de absorción y polarización, ya que tienen relación con la curva de absorción. El índice de absorción se obtiene de la división del valor de la resistencia a 1 minuto entre el valor de ½ minuto y el índice de polarización se obtiene dividiendo el valor de la resistencia a 10 minutos entre el valor de 1 minuto. Los valores mínimos de los índices deben ser de 1.2 para el índice de absorción y 1.5 para el índice de polarización, para considerar el transformador aceptable. El envejecimiento de los aislamientos o el requerimiento de mantenimiento, provocan un aumento en la corriente de absorción que toma el aislamiento y se detecta con un decremento gradual de la resistencia de aislamiento.

Establece diferencias en comportamiento de un transformador alimentado con corriente AC y DC.

Diferencias

La de DC proporciona un campo magnetico estático y ademas una vez estabilizada la intesidad solo tiene resistencia óhmica, pues la parte inductiva desaparece al estabilizarse el campo magnético.

La de AC proporciona un camplo magnético dinámico y alterno, manteniendose una impedancia ohmica+inductiva.

Por campo magnético: El campo magnetico alterno pasa por valor cero y cambia de polaridad (de forma similar a la señal de AC), ello supone que si se usa para atraer una pieza metélica con un resorte antagonista (Caso factible con un rele) entonces dicha pieza adquiere un movimiento en "vibración", de forma similar a los timbres eléctricos tipo "chicharra".

Por impedancias: Esto supone que si se conecta un rele de pongamos 12VDC a 12VAC seguramente funcionara bien, pero si conectamos

uno de 12VAC a 12VDC es posible que se queme la bobina puesto que presenta menos impedancia de la que se prevee. En AC tenemos IAC = V / (R2 + XL2)1/2 en una bobina calculada para AC el término XL suele ser mayor que el R. En DC tenemos IDC = V / R. Por tanto IDC>IAC siendo muy probable que el la bobina calculada para AC se queme en DC

Una señal rectificada si no se filtra es equivalente a una señal contínua sumada a una alterna, basta usar el conmutador AC/DC de un osciloscopio para comprobarlo, por tanto el efecto de vibración puede darse perfectamente

Describa como se realiza la prueba de rigidez dieléctrica

Esta prueba al aceite es una de las más frecuentes, ya que al conocer la tensión de ruptura que un aceite soporta es mucho más valioso, además, esta prueba revela cualitativamente la resistencia momentánea de la muestra del aceite al paso de la corriente y el grado de humedad, suciedad y sólidos conductores en suspensión. Como es sabido en los transformadores sumergidos en aceite, éste hace dos funciones: de refrigerante y de aislante.

En cuanto a la función de aislante, es necesario determinar la rigidez dieléctrica del aceite, para lo cual se emplea un equipo probador que se le conoce como probeta y que en cuyo interior tiene dos electrodos calibrados, a los cuales se les aplica un potencial variable que provoca que al llegar a cierto valor dicho potencial se rompa el dieléctrico del aceite y se registre dicho valor de tensión aplicada.

La prueba se puede realizar con electrodos planos o semiesféricos y cuyo diámetro y separación esta normalizado de acuerdo al tipo de prueba. Para electrodos semiesféricos la separación es de 1.016 mm y para planos de 2.54 mm

Los electrodos y la probeta deben limpiarse perfectamente de preferencia enjuagándolos con gasolina, bencina o algún solvente adecuado, libre de toda humedad. Hasta que se encuentren libres de fibras o bien deberá lavarse la copa previamente con el mismo aceite que se va a probar. El aceite se debe tomar de la parte inferior del transformador (ya que es la parte donde posiblemente tenga mayor número de impurezas el mismo). La evaporación de la gasolina de los electrodos puede enfriarlos lo suficiente para que haya una condensación de humedad en la superficie. Por esta razón después del enjuague final con gasolina, la copa debe llenarse inmediatamente con el aceite a probar. La temperatura de la copa de prueba y del aceite cuando se esté probando debe ser igual a la del ambiente, a fin de reducir al mínimo la absorción de humedad. La temperatura ambiente no debe ser menor de 20°C.

La mayoría de los equipos que se tienen son de electrodos planos, por lo que la descripción se hará tomando de base este tipo de electrodos.

Descripción de la prueba

A. Cerciórese que el control gradual de potencial esté en cero. B. Calibre los electrodos del probador a 2.5 mm. (0.1 pulg.). C. Conecte el probador a una fuente de alimentación de C.A. de 127 Volts. D. Limpie perfectamente la probeta y electrodos como se menciona anteriormente. E. Tome una muestra de aceite de la parte inferior del transformador y déjela en la probeta tres minutos hasta que esté en completo reposo y sin burbujas (debe tenerse cuidado que el aceite cubra los electrodos). F. Tape la probeta con el cristal protector para mayor seguridad. G. Mediante el control gradual de voltaje aplique tensión a razón de 3 kV por segundo, aproximadamente hasta lograr la ruptura del dieléctrico, registre la lectura correspondiente a la cual se rompió el dieléctrico. H. Deje reposar mínimo durante un minuto el aceite y aplique nuevamente potencial, repitiendo la operación anterior, registre nuevamente la lectura a que se rompió el dieléctrico. I. Repita una vez la operación del punto h). J. Registre la temperatura ambiente del lugar donde se esté haciendo la prueba. K. Vacié sus resultados obtenidos en el formato correspondiente. L. Calcule el valor promedio de tensión a que rompió el dieléctrico (ese promedio será representativo para esa primera muestra). M. Repita para otras dos muestras más el proceso de los puntos e, f, g, h, i, j, k, l. N. El promedio de cada muestra es válido siempre que ninguna prueba sea diferente en más de 5 kV., si existe una variación mayor deberán efectuarse más pruebas con nuevas muestras. O. Calcule el promedio total con la base del promedio de cada una de las tres muestras (ese promedio será el representativo de todo el aceite sujeto a prueba) y si el valor es 25 kV (mínimo), nos indicará que es de aceptarse su condición y por lo tanto se usará.

Que nos indica el índice de polarización y el índice de absorción dieléctrica

Se define el índice de polarización (IP) como la relación entre la resistencia de aislamiento medida a 1 minuto y a 10 minutos después de aplicada la tensión continua de prueba. Durante esos 10 minutos la tensión debe de ser mantenida. Se ver, a como va cayendo la corriente y por tanto aumentando la resistencia a tierra.

IP = R1min/R10 min = I10 min/I1min =aproximadamente a (Icond + Iabs )/ Icond = 1+ (Iabs /Icond)

Siendo:

Iabs :es la corriente de absorción Icond :es la corriente de conducción a tierra

El índice de polarización es un valor que nos informa sobre el estado de humedad y limpieza de la máquina, basado en la suposición de que transcurrido un cierto tiempo desde el comienzo del ensayo, la

corriente de absorción se habrá anulado. Un valor bajo del índice de polarización nos indicará que existe una corriente alta de conducción o de fugas, originada por suciedad y humedad. En sistemas aislantes modernos, la corriente de absorción puede hacerse próxima a cero en dos o tres minutos desde el comienzo del ensayo. Así, se utiliza en estos casos una variante del índice de polarización que calcula la relación entre las resistencias de aislamiento a 1 minuto y 30 s, después de iniciado el ensayo. Este valor es denominado "índice de absorción" (IA).

Los valores del índice de polarización están muy poco afectados por la temperatura, por lo que salvo en condiciones en que la prueba se haya realizado a elevada temperatura (por encima de los 40°C) no necesitan corrección. Asimismo, en este sentido, debemos considerar que no se produce un cambio de temperatura importante durante el tiempo en que dura el ensayo. El índice de polarización de un aislamiento es un valor adimensional que nos va a permitir hacer comparaciones sobre el estado del aislamiento de máquinas de distintas características (tamaño, potencias, tensiones).

La norma CEI 60085.01 indica que, para aislamientos de clase A, el índice de polarización debe ser superior a 1,5, mientras que para aislamientos de clase B, F o H, este valor debe ser superior a 2. No obstante, existen recomendaciones por parte de fabricantes de equipos de medida y usuarios que proporcionan una información más cualitativa a partir del valor obtenido del índice de polarización y de absorción, como la siguiente:

Valores del índice de polarización y diagnóstico del aislamiento IP<1 estado aislamiento: mal estado 1<=IP<2 estado aislamiento: cuestionable 2<=IP<4 estado aislamiento: bueno 4<=IP estado aislamiento: muy bueno

En cuanto al siguiente se define la Relación de Absorción Dieléctrica o Índice de Absorción (IA = RA medida a 1 minuto / RA medida a los 30 segundos). Este parámetro nos provee información acerca del grado de calidad del material aislante, evaluando el comportamiento del mismo en la etapa de predominancia de la corriente de absorción. Se establecen los siguientes límites:

- Aislación en estado inaceptable → IA < 1,1- Aislación en estado cuestionable → 1,1 ≤ IA < 1,25- Aislación en estado aceptable → 1,25 ≤ IA < 1,4- Aislación en estado satisfactorio → 1,4 ≤ IA < 1,6

VI. CONCLUSIONES:

Estas pruebas realizadas en el laboratorio nos ayudan a saber si un transformador está funcionando correctamente.

También nos permite encontrar las posibles fallas de un transformador, como que no haya continuidad, tenga una resistencia de aislamiento muy baja, etc.

Hemos hallado la polaridad de un transformador con la ayuda de tres voltímetros.

Este laboratorio es de gran interés para el futuro ingeniero electricista.

Conocimiento de los instrumentos a utilizar siempre en una prueba a los trasformadores

Poder identificar el numero de bobinas de un transformador Poder observar y deducir si son bornes correspondientes o no

correspondientes Se entiende que cuando se tiene un transformador recién

adquirido se debe hacer las pruebas necesarias para saber si el transformador esta en buenas condiciones antes de usarlo en un circuito porque si no se hace las debidas comprobaciones puede ocurrir un desperfecto en el circuito que estemos trabajando o pero aun dañar un sistema eléctrico.

VII. SUGERENCIAS

Tener una buena apreciación en la lectura de las pruebas realizadas

Utilizar apropiadamente los instrumentos de medición Realizar la consultas al profesor de cualquier paso no entendido

VIII. BIBLIOGRAFIA

http://manelca.com/lamonofe.htm http://www.scribd.com/doc/8163949/transformador trifasico?

secret_password=&autodown=pdf http://www.nichese.com/polar-trans.html http://www.enelec.es/web/pdfs/castellano/90-2E.pdf http://www.unicrom.com/Tut_polaridad_transformador.asp http://www.die.eis.uva.es/~daniel/docencia/te/

transformadores_1.pdf