2338 Tesis Noviembre 2010 985294077 Funcionamiento de TC

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA FUNCIONAMIENTO, PRUEBAS Y OPERACIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE


ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

FUNCIONAMIENTO, OPERACIÓN Y PRUEBAS DE

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

ALUMNO:

EDGAR ANDRADE HERNÁNDEZ



ÍNDICE

OBJETIVO 1

INTRODUCCIÓN 2

CAPITULO 1

GENERALIDADES

1.1.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 8

1.2.- PARTES QUE INTEGRAN UN TRANSFORMADOR DE CORRI ENTE 9

1.3.- POLARIDAD 13

1.4.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMA DORES

DE CORRIENTE 15

1.5.- CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRI ENTE 17

1.6.- TIPOS DE CONEXIÓN 22

1.7.- ESPECIFICACIONES Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS D E LOS

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 27



CAPITULO 2

OPERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

2.1.- CLASES DE PRECISIÓN PARA MEDICIÓN 28

2.2.- PRECISIÓN PARA PROTECCIÓN 29

2.3.-CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE LOS TRANSFORMADORE S DE

CORRIENTE A LOS CORTOCIRCUITOS 33

2.4.-TIPO DE AISLAMIENTO 36

2.5.-CORRIENTES NORMALIZADAS PARA TRANSFORMADORES

DE CORRIENTE 37

2.6.-POTENCIA NOMINAL 40

2.7.- DESMAGNETIZACIÓN. 41

CAPITULO 3

PRUEBAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

3.1.- TIPOS DE PRUEBAS 46

3.2.- PRUEBAS DE CAMPO 50

3.3.- PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO 52

3.4.- PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENT OS 60

3.5- PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y POLAR IDAD 78

3.6.- PRUEBA DE SATURACIÓN 83



CAPITULO 4

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 88

BIBLIOGRAFÍA 91

AGRADECIMIENTOS

A MI MADRE

Por haberme dado la vida, sus consejos, sus

Enseñanzas, pero lo mas significativo es su

Capacidad para luchar día a día, sacándome

Adelante, haciéndome un hombre de provecho,

Por eso y otras cosas le doy gracias.

A MIS SINODALES

Les doy gracias, por el apoyo y tiempo

Que me han dedicado, para que pueda

Seguir avanzando en mi carrera profesional.

Atentamente:

Edgar Andrade Hernández

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 1

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA FUNCIONAMIENTO, OPERACIÓN Y PRUEBAS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

OBJETIVO:

CONOCER EL PRINCIPIO BÁSICO DEL FUNCIONAMIENTO DE L OS

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE ASÍ COMO LAS DIFERENTE S PRUEBAS A

LAS QUE DEBEN SER SOMETIDOS PARA SU PUESTA EN SERVI CIO, A FIN DE QUE

CUMPLAN SU FUNCIÓN CON CALIDAD Y EFICIENCIA, APLICA NDO LA

NORMATIVIDAD VIGENTE.



INTRODUCCIÓN.

En los sistemas eléctricos de potencia, las subestaciones de distribución son las

instalaciones que interconectan las líneas de alta tensión a las redes de media tensión

para el suministro de energía eléctrica a usuarios en media y baja tensión.

El equipo primario de las Subestaciones debe mantenerse en las mejores condiciones

operativas, para reducir las probabilidades de falla; garantizando así, la continuidad del

servicio.

Analizando lo anterior, es necesario que los trabajos de preparación del equipo primario

para su puesta en servicio y las actividades de mantenimiento sean de calidad, para evitar

la salida prematura del equipo en operación.

El presente trabajo es de utilidad para el personal encargado del mantenimiento al equipo

eléctrico primario, en especial para el Ingeniero de subestaciones y técnicos de

mantenimiento, con la finalidad de proporcionar los elementos fundamentales de

información y apoyo en la manera de efectuar y evaluar las pruebas.

Los resultados obtenidos en las pruebas, deben cumplir con los valores que se

mencionan en el presente procedimiento que serán la base para decidir si el equipo que

se encuentra en operación requiere de mantenimiento o la puesta en servicio de un nuevo

equipo es apropiado.

Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea

y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos y

otros dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de

corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de



corriente podrían ser: 600:5, 800:5, 1000:5. Los valores nominales de los transformadores

de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este

transformador está constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a

él.

En los sistemas de protección eléctrica los transformadores para instrumento

desempeñan un papel importante; estos transformadores suministran aislamiento de las

altas tensiones del sistema de potencia, con lo que se protege al personal operativo y a

los aparatos, además alimentan a los relevadores para protección eléctrica con

cantidades proporcionales a las del circuito de potencia, estas magnitudes se reducen lo

suficiente de tal manera que se pueden utilizar relevadores relativamente pequeños,

normalizados y baratos.

En la aplicación adecuada de los transformadores de corriente para protección se deben

considerar varios requerimientos tales como: relación de transformación, clase de

precisión, condiciones de servicio, clase y nivel de aislamiento, capacidad térmica

continua, corriente térmica de corto circuito, corriente dinámica de corto circuito y

construcción mecánica.

En nuestro país las normas nacionales "NMX-J-1O9 TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE" , suministran la información de los requisitos mínimos que deben cumplir

los fabricantes para los conceptos anteriores.

En todos los transformadores de corriente hay un estado de equilibrio entre la intensidad

de corriente, el flujo magnético y la tensión, parte de la intensidad de corriente primaria

produce el flujo magnético, el cual a su vez genera la tensión en el devanado secundario

y parte es para balancear los amperes-espiras secundarios.



Los transformadores de corriente se conectan con su devanado primario en serie con el

circuito que se quiere proteger y puesto que las corrientes primarias son relativamente

grandes, este tiene muy pocas espiras; generalmente el devanado primario está formado

por un sólo conductor el cuál pasa a través de un núcleo en forma de anillo alrededor del

cual se devana el secundario como un toroide uniforme, como se muestra en la

figura numero 1 .

FIGURA No. 1 DIAGRAMA DE CONEXIONES DE UN TRANSFORM ADOR DE

CORRIENTE



FIGURA No. 2 CIRCUITO EQUIVALENTE Y DIAGRAMA FASOR IAL DE UN DE

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE CON PRIMARIO REFERIDO AL SECUNDARIO



En la figura número 2 se muestra el circuito equivalente de un transformador de corriente

con su primario referido al secundario, y su diagrama fasorial correspondiente.

En la figura número 3 , se muestran las características magnéticas de los materiales de

las laminaciones de hierro que comúnmente se usan en los núcleos de los

transformadores de corriente. En ella se puede observar que el acero con una baja

corriente de excitación tiende a saturarse con bajas densidades de flujo.

Para mejorar esta condición algunos transformadores de corriente principales y la mayoría

de los transformadores de corriente auxiliares que se usan como parte de los relevadores

estáticos tienen núcleos compuestos de laminaciones de dos o más de esos materiales

con el objeto de obtener los resultados adecuados, tales como permeabilidad más

uniforme sobre un campo amplio del flujo y por consiguiente en el campo de la corriente

primaria.

Es necesario mantener siempre el secundario de un transformador de corriente en corto

circuito a través de una impedancia relativamente baja, debido a que en circuito abierto

toda la corriente primaria actúa como corriente de magnetización, y por consiguiente la

tensión secundaria viene a ser peligrosa; la saturación magnética del núcleo de hierro no

limita la tensión de circuito abierto, puesto que esta es proporcional a la relación de

cambio máximo de flujo, lo que ocurre cuando el flujo pasa a través de cero.



FIGURA No. 3 CURVAS DE EXCITACIÓN DE NÚCLEOS DE TRA NSFORMADORES

DE CORRIENTE

Los transformadores de corriente para protección a diferencia de los que se utilizan

exclusivamente para medición, en la mayor parte de sus aplicaciones deben de dar una

respuesta adecuada en condiciones de falla del circuito principal, de aquí que sus

requerimientos de exactitud se refieran a esas condiciones.

Los transformadores de corriente son los encargados de alimentar a los relevadores, por

lo que es importante analizar su funcionamiento.

Es importante señalar que la normatividad vigente a nivel nacional corresponde a la

NOM-J-109-1977, sin embargo, de acuerdo a la global ización los transformadores de

corriente deben ser fabricados de acuerdo a la norm a internacional

IEC 60044-1-1996.



CAPITULO 1

GENERALIDADES

1.1 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

Un transformador de Corriente es un aparato que transforma la corriente de un valor a

otro, usualmente a uno menor, o que transforma una corriente la cual está en un voltaje

superior a una corriente proporcional a un voltaje menor.

Los transformadores de corriente tienen por finalidad transformar la corriente que se

desea medir a valores cómodos para registrarla.

El Transformador de Corriente es un aparato en donde la corriente secundaria es dentro

de las condiciones normales de operación, prácticamente proporcional a la corriente

primaria y ésta desfasada de esta en un ángulo cercano a cero grados, para un sentido

apropiado a las conexiones.

El devanado primario de este transformador está conectado en serie con el circuito que

se desea medir, en tanto el devanado secundario está conectado en serie a los circuitos

de corriente de uno o varios aparatos de medición, o relevadores.

Los transformadores de corriente, presenta errores de relación y ángulo de fase, debido a

la corriente requerida para magnetizar el núcleo y la corriente correspondiente a las

pérdidas en el mismo.

En la práctica se adoptó una cierta razón de corriente secundaria normal, siendo 5A y 1A

las más comúnmente usadas, que permite emplear también relevadores normales e

instrumentos de corriente racionalizados.



Esta racionalización tiene considerables ventajas técnicas y comerciales para todos los

componentes concernientes (relevadores, instrumentos y transformadores de corriente).

El aislamiento eléctrico necesario de estos relevadores e instrumentos en el circuito

secundario del transformador de corriente, de la posible alta tensión del circuito primario,

se obtiene con un mayor aislamiento entre los devanados primario y secundario y entre

estos devanados y tierra.

Los problemas del diseño del aislamiento se presentan en el diseño y manufactura de los

TC`s y son, en general, iguales a los que se presentan en otros equipos eléctricos. Sin

embargo, ocurren casos en la práctica donde la corriente primaria es de tal magnitud que

uno podría fácilmente usar un instrumento “directamente conectado”, pero por el alto

potencial del circuito primario, se utiliza un transformador de corriente únicamente por su

función de aislamiento.

1.2 PARTES QUE INTEGRAN UN TRANSFORMADOR DE CORRIEN TE

Los transformadores de corriente utilizados en sistemas de potencia están constituidos

por las siguientes partes, cuyas características se describen a continuación:

ARROLLAMIENTOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS

Son de cobre electrolítico, están uniformemente repartidos sobre el circuito magnético. La

forma como se sujetan dichos devanados al núcleo se diseña de tal manera, que

proporciona muy alta resistencia a las corrientes de corto circuito, pero en especial, el

devanado primario, el cual está conectado en serie con el circuito y sujeto a los mismos

esfuerzos dinámicos y térmicos que el resto del sistema, es decir que los esfuerzos son

más críticos en este devanado que en el secundario.



El devanado secundario recibe energía eléctrica del circuito primario por inducción

electromagnética y sus terminales se conectan a los relevadores o a los instrumentos de

medición.

CIRCUITO MAGNÉTICO

Los TC`s que se emplean en alta tensión tienen su circuito magnético generalmente de

chapa magnética de grano orientado o de aleación de níquel.

AISLAMIENTO

Para aislar el devanado primario del secundario y tierra y así proteger los instrumentos de

medición y al personal, se emplea papel aislante impregnado en aceite.

AISLADOR

Es porcelana y constituye el recipiente del TC, y se fija en sus extremos a las bridas

metálicas mediante de un resorte de acero inoxidable que ofrece una presión uniforme en

todo el contorno del aislador.

Las partes principales y los accesorios de un TC se muestran en la figura 1.1:

� 1. Diafragma.

� 2. Domo metálico.

� 3. Indicador de nivel de aceite.

� 4. Bornes terminales primarios.

� 5. Arrollamiento primario.

� 6. Arrollamiento secundario.

� 7. Aislamiento de papel aceite.

� 8. Aceite aislante.

� 9. Bushing interno.

� 10. Soportes aislantes.

� 11. Aislador de porcelana.



� 12. Conexiones secundarias.

� 13. Grampas sujeción aislador.

� 14. Caja de terminales secundarios.

� 15. Base metálica de fijación.

Figura 1.1. Transformadores de corriente



PUNTOS A REVISAR EN UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

1.- NIVEL DE ACEITE.

2.- FUGAS DE ACEITE.

3.- EXPLOSORES.

4.- SILICA.

5.- BARRAS DE CONEXIÓN DEL PRIMARIO.

NIVEL DE ACEITE .- El dieléctrico utilizado entre devanados es el aceite el cual debe

tener un nivel determinado por lo que es importante verificarlo.

FUGAS DE ACEITE .- Si hay manchas de aceite en la porcelana o en la base del

transformador, puede ser indicio de que existe una fisura en la porcelana o el empaque

esta defectuoso.

EXPLOSORES.- Se encuentran en la parte superior del TC y cuya función es limitar los

efectos de las sobretensiones entre espiras del devanado primario los explosores se

deben calibrar a 4 mm.

SILICA.- Cuando el transformador contiene silica y esta ha absorbido demasiada

humedad, se procede a regenerarla. La silica seca es de color azul y cuando se

humedece se torna de color azul.

BARRAS DE CONEXIÓN.- Se deberá tener cuidado que estas barras no están dañadas y

que el par de apriete de sus tornillos de sujeción sea el adecuado, el par de apriete

recomendado es de 29.32 pies-libra.



1.3 POLARIDAD

Solo una de las terminales del devanado primario y secundario debe estar marcada para

indicar, la relativa dirección instantánea de la corriente primaria y secundaria.

Una terminal primaria y secundaria tiene la misma polaridad, cuando en un instante dado,

la corriente fluye entrando a la terminal. La polaridad de estos transformadores está

indicada por las marcas en el primario (Hi) y secundaria (Xi) como polaridad.

Si un par de terminales adyacentes de los devanados son conectados entre sí y se aplica

potencial a uno de los devanados; sucede lo siguiente:

a) La terminal de polaridad es ADITIVA si el potencial entre las otras dos terminales de

ambos devanados es mayor que el potencial aplicado al devanado.

b) La terminal de polaridad es SUBSTRACTIVA si el voltaje entre las otras dos terminales

de ambos devanados es menor que el potencial aplicado.

La comprobación de la polaridad es de verdadera importancia ya que una conexión

incorrecta de un medidor a un transformador de potencial y de corriente causa giro

negativo del disco y por lo tanto lecturas negativas.

La relación real de un transformador de corriente está dada por:



Donde: Relación real = Relación de Transformación.

Relación real = Ip / Is Ip = Corriente primaria en Amperes.

Is = Corriente secundaria en Amperes.

Este valor no es constante y depende fundamentalmente de la carga secundaria,

corriente primaria y las características propias de cada transformador.

Al dividir la relación real del transformador entre la relación marcada en la placa,

obtendremos el factor de corrección de la relación para el TC.

FCR = relación real / relación de placa

El devanado primario se representa por medio de una línea recta, el devanado secundario

se representa de forma parecida a una “M”.

Marcas de polaridad: indican los sentidos relativos de las corrientes primaria y

secundaria durante un medio ciclo y se muestran en la figura 1.2.

marcas de polaridad

devanado primario

devanado secundario

Notación Europea

Figura 1.2. Marcas de polaridad



Interpretación de las marcas de polaridad

“Si la corriente primaria entra por marca de polaridad, la corriente inducida en el

secundario sale por marca de polaridad. Si la corriente primaria sale por marca de

polaridad, la corriente inducida en el secundario entra por marca de polaridad. ” Como se

muestra en la figura 1.3.

Ip

Isó

Is

Ip

Figura 1.3. Interpretación de las marcas de polarid ad.

1.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMAD ORES

DE CORRIENTE

En los sistemas eléctricos de corriente alterna, se manejan normalmente diferencias de

intensidades de corriente, considerablemente altas, por ello para proteger al personal y

aislar eléctricamente de los equipos primarios, los equipos de protección y medición,

estos últimos son alimentados por magnitudes proporcionalmente menores, copiadas

fielmente del sistema, a través de dispositivos especiales llamados transformadores de

corriente.

La relación de las magnitudes de corriente, logra también una disminución de los niveles

de aislamiento y capacidad y por lo mismo del tamaño y costo del equipo.



El comportamiento y la selección de los transformadores de corriente es crítico para la

protección y medición, ya que esta será solo tan eficientemente exacta como lo sean los

transformadores de corriente.

Un transformador de corriente “TC” es el dispositivo que nos alimenta una corriente

proporcionalmente menor a la del circuito, su principio de funcionamiento puede ser

obtenido a través del modelo del transformador ideal; haciendo algunas consideraciones

derivadas de su diseño y conexión dentro del sistema.

Función: Reducir la magnitud de la corriente en función de su relación de transformación

sin alterar la frecuencia, la forma de onda ni el ángulo de fase. Y aislar de la alta tensión

para poder alimentar a los relevadores en baja tensión y con baja corriente.

El aislamiento del TC depende de la tensión a la que se conecta.

Los bornes de los TC se representan como P1 P2 para el devanado primario, y como S1

S2 para el devanado secundario. Como se muestra en la figura 1.4.



* P1 P2

* S1 S2

Figura 1.4. Bornes de la primarios y secundarios de un transformador de corriente

1.5 CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIEN TE

Los TC por su utilización, se clasifican:

T. C. PARA MEDICIÓN: Se saturan con 2 veces su corriente nominal.

T. C. PARA PROTECCIÓN: Se saturan con 20 veces su corriente nominal.

Cuando hay fallas la IN se incrementa a varias veces por eso los TC de protección se

saturan con 20 veces la IN y pueda actuar la protección. Los TC de medición se deben

saturara con baja corriente para que en caso de falla la corriente de cortocircuito no llegue



a los instrumentos de medición. La característica de saturación depende del material del

núcleo.

Los TC por su construcción, se clasifican:

1.- TIPO DEVANADO: Es una unidad independiente. Su error es de 5% ó menor. Se

muestra en la figura 1.5.

S2* S1

* P1 P2

devanado primario

devanado secundario

pedestal de concreto

porcelana (depende de la tensión de operación)

Figura 1.5. Transformador de corriente tipo devanad o.

En un diagrama eléctrico se representa en la figura 1.6.

P2 P2 P1P1

52

S1 S2 S3 S4 S6 S5 S4 S3 S1S2

la polaridad va alejada del interruptor

Figura 1.6. Diagrama eléctrico de conexión de los T C`s.



2.- TIPO BOQUILLA (BUSHING): En este caso los devanados primarios de estos T. C

son las mismas terminales del transformador de potencia o del interruptor de potencia. Se

acepta un error de hasta 10% en este tipo de T. C. y se muestra en la figura 1.7.

Bushing (porcelana)

Interruptor de potencia ó Transformador de

potencia

2x12x22x32x42x54x14x24x34x44x56x16x26x36x46x5

Tablilla de conexiones (se encuentra en el

gabinete)

5x45x5

3x13x23x33x4

5x15x25x3

3x5

1x1

1x31x41x5

1x2

Tablilla de conexiones (se encuentra en el

gabinete)

Detalle no. 1

el primario es la terminal de AT que equivale a una vuelta que atraviesa el núcleo

Figura 1.7. Transformador de corriente tipo bushing



Se está considerando un TC con relación múltiple (5 relaciones)., como se muestra en la

figura 1.8.

X1 X2

X3

X5

X4

Núcleo del TC.Detalle no. 1

Figura 1.8. Transformador de corriente de relación de corriente.

En un diagrama eléctrico se representa en la figura 1,9:

la polaridad va alejada del interruptor

52

Figura 1.9. Diagrama Eléctrico de conexión del tra nsformador de corriente.

Ejemplo de análisis de un TC de relación múltiple, de acuerdo a la figura 1.10 :



Figura 1.10. Transformador de corriente de relació n múltiple

En el devanado de Baja Tensión, la terminal de índice menor será el de polaridad.

Relación de vueltas: 240

1

Ns

Np =

Se sabe que:

Para un TP: Para un TC:

Np

Ns

is

Ip

Ns

Np

Vs

Vp

Nsis NpIp Ns

Vs

Np

Vp

==

==

Por lo tanto, para el T. C. de relación múltiple mostrado en la figura anterior y

considerando el devanado secundario completo (terminales X1 y X5):

A 5:1200

1

240

Np

Ns

s

IpKTC ====

i

Ahora, si se toman las terminales X4 y X5 se tiene:



Ip = is kTC = (5) (80) = 400 A

∴ kTC (X4 X5) = 400:5 A

Ahora, si se toman las terminales X3 y X4 se tiene:

Ip = is kTC = (5) (100) = 500 A

∴ kTC (X3 X4) = 500:5 A

1.6 TIPOS DE CONEXIONES

La forma de conexión de un transformador de corriente depende del uso que se le dará a

las corrientes secundarias que este proporcionara.

En los sistemas de potencia trifásicos se conectan los primarios de los TC en serie con el

circuito de AT y los devanados secundarios se conectan generalmente en estrella (Y) para

poder suministrar a los relevadores las corrientes de fase ia, ib, ic y 3i0. En algunos casos

es necesario conectarles en delta (∆) como en el caso de protecciones diferenciales de

transformador, si el devanado del transformador de potencia esta en ∆ los TC se conectan

en (Y) y si el devanado del transformador está conectado en (Y) los TC se conectan en

(∆) con el fin de compensar el defasamiento angular.



Figura 1.11. Conexión de transformadores de corrie nte en Estrella



Figura 1.12. Conexión de transformadores de corrien te en Delta 30º Adelantado

En una falla monofásica la i0 es una sola en el secundario y circula dentro de la delta. Por regularidad se aterriza la conexión de los relevadores para estar al mismo potencial.



51-1 51-2

ia - icib - ia

ic - ib

51-3

ia

Ic

Ib

Iaic

ia ib

ib ic

Figura 1.13. Conexión de transformadores de corrien te en delta

I51-1 = √3 k ∠-30° I51-2 = √3 k ∠-150° I51-3 = √3 k ∠90°



Los devanados secundarios de los TC nunca deben permanecer abiertos, los secundarios

que no se utilicen deben conectarse en corto circuito.

Ip

es

φp

Figura 1.14. Devanado de un TC cortocircuitado.

Si se deja abierto el secundario, solo actúa el flujo primario (φp), no hay un flujo

secundario que se oponga o contrarreste al flujo primario y por lo tanto el voltaje inducido

en el devanado secundario será alto y peligroso.



1.7 ESPECIFICACIONES Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (DATOS DE PLAC A)

a) Marca industrial de fábrica.

b) Leyenda: Transformador de corriente.

c) Tipo de transformador (designación del fabricante).

d) Número de serie.

e) Leyenda "Hecho en México".

f) Relación nominal de transformación (Kn), expresada en términos de la corriente nominal

primaria (Ip) y la corriente nominal secundaria (Is).

Si el transformador tiene más de un devanado primario y/o secundario y/o derivaciones,

se deben utilizar los símbolos de la tabla 7.

En caso de considerarse necesario, y por convenio entre fabricante y consumidor, puede

indicarse gráficamente las modificaciones que sea necesario hacer en las conexiones,

para cambiar la relación de transformación o bien, las terminales primarias y/o

secundarias a que se refiera.

g) Frecuencia nominal

h) Corriente nominal térmica de cortocircuito (It).

i) Corriente nominal dinámica de cortocircuito (Id).

j) Tensión nominal.

k) Posición de montaje.

No es necesaria para transformadores que puedan montarse indiferentemente en

cualquier posición.

l) Potencia y clase de precisión para medición y/o para protección.

m) En su caso, las iniciales FRA seguidas del factor de rango ampliado.

n) Número de autorización SC.DGE.

- El tamaño mínimo de la letra debe ser 2.5 mm.

- En caso de tener el transformador dos o más secundarios con derivaciones, debe

indicarse cuales son las características que corresponden a cada par de terminales.

- Un mismo devanado puede tener varias cargas nominales de precisión, las cuales

deben indicarse.



CAPITULO 2

OPERACIÓN DELOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

2.1 CLASE DE PRECISIÓN PARA MEDICIÓN

La clase de precisión se designa por el máximo error admisible, en porciento, que el

transformador pueda introducir en la medición, operando con su corriente nominal

primaria con carga y frecuencia nominales, siempre y cuando al 10 % de la corriente

nominal primaria, los errores no sean mayores del doble de los límites fijados para el

100%. Las clases de precisión normales son: 0.3, 0.6 y 1.2.

Tabla 2.2. Precisiones normalizadas en transformadores de corriente

Clase Utilización

0.10 Calibración.

0.20-0.30 Mediciones en Laboratorios, Alimentación de

Integradores

para Sistemas de Potencia.

0.50-0.60 Instrumentos de Medición e Integradores.

Watthorímetros para Facturación

1.20-3.00 Ampermetros de Tableros.

Ampérmetros de Registradores.

Wattmetros de Tableros.

Watthorímetros Indicadores.

Fasómetros Indicadores.

Fasómetros Registradores

Fercuencímetros de Tableros.

Protecciones Diferenciales.

Relevadores de Impedancia.

Relevadores de Distancia, etc.

5.00 Relevadores de Protección en general.



Los transformadores para medición están diseñados para que el núcleo se sature para

valores relativamente bajos de sobrecorriente, protegiendo de esta forma los instrumentos

conectados al secundario del transformador.

Transformadores de corriente para medición:

Deben ser probados con una tensión inducida de 200, a menos que esta tensión no

pueda ser inducida, ni aún a 400 Hz, sin que exceda la corriente de excitación su valor

nominal. En este caso, la tensión de prueba es la que se obtenga con la corriente de

excitación igual a la corriente secundaria nominal, utilizando la frecuencia de 400 Hz.

Los transformadores de corriente con un nivel de aislamiento de 0.6 k V y con relación de

transformación de 600:5 amperes o menos, no requieren de esta prueba.

2.2 PRECISIÓN PARA PROTECCIÓN

La capacidad de precisión para protección en los transformadores de corriente, es la

tensión secundaria que el transformador debe inducir, trabajando bajo una sobrecorriente,

sin exceder un cierto error de la relación

Las tensiones nominales secundarias, están basadas en una corriente nominal de 5

Amperes.

La clasificación “C”, cubre transformadores de corriente tipo toroidal o dona, con le

devanado secundario uniformemente distribuido y cualquier otro transformador en que el

flujo de dispersión en el núcleo tiene un efecto despreciable sobre el error de relación,

dentro de los límites de corriente y carga establecidas en esta Norma.

La clasificación “T”, cubre los transformadores en los que el flujo disperso tiene un efecto

apreciable el error de relación.



La clasificación de la precisión para protección, en transformadores tipo boquilla, con

relación múltiple y derivaciones en el secundario, se aplica solamente cuando se usa el

devanado completo.

Capacidades nominales para TC, según norma ANSI C57.13, se indican en la tabla 2.2.

Tabla 2.2. Cargas para protección y medición.

DESIGNACIÓN ANSI

PARA

MEDICIÓN

PARA

PROTECCIÓN

VA F.P.

B0.1 C o T-10 2.5 0.9

B0.2 C o T-20 5 0.9

B0.5 C o T-50 12.5 0.9

B1 C o T-100 25 0.5

B2 C o T-200 50 0.5

B4 C o T-400 100 0.5

B8 C o T-800 200 0.5

De acuerdo con la tabla 2.2. e incluyendo el error de relación en %, la clase de precisión

de un transformador de corriente se especificara como en el caso que se indica:

C200 y 0.3 B0.1 a 0.3B2.0

Lo cual significa que el devanado secundario deberá ser para protección y medición, con

un error de relación de 0.3 %.

Así mismo, las relaciones de transformación en función de corrientes del primario y

secundario se especificarán como se indica en el siguiente ejemplo:

300 x 600 x 1200: 5 // 5 A.



Lo que significa que el transformador es de relación múltiple con dos devanados

secundarios. Anteriormente, esta relación se indica así:

300 - 600 - 1200/5-5 A.

Antiguamente existían dos clasificaciones generales para los transformadores de corriente

destinados a protección:

La clasificación H que significaba que la máxima tensión especificada debía ser inducida

a cualquier corriente secundaria comprendida entre 5 y 20 veces la corriente secundaria

nominal y la clasificación L que significaba que la máxima tensión especificada debía ser

inducida a 20 veces la corriente secundaria nominal.

Los valores normales de precisión para protección eran 2.5 % y 10 % del error de

relación.

La característica completa de protección estaba dada entonces de la siguiente manera:

% de error ( H o L ) , tensión a inducir, o sea por ejemplo: 2.5-H-100 significaba que el

error de relación no debía sobrepasar del 2.5 % cuando la corriente secundaria estaba

comprendida entre 5 y 20 veces la corriente nominal secundaria y el transformador

inducia en las terminales secundarias una tensión de 100 volts.

Los transformadores de corriente para protección son los destinados a alimentar equipos

de protección y deben, por tanto, asegurar una precisión suficiente para corrientes de

valor igual a varias veces la corriente nominal.

Clase y precisión.- las clases nominales de un “TC” para protección son las indicadas en

la tabla 2.3.



Tabla 2.3. Potencia y clase de precisión.

CLASE

POTENCIA

CARGA ADMISIBLE

(“B” BURDEN)

C – 10

C – 20

C – 50

C – 100

C – 200

C – 400

C – 800

2.5 VA

5 VA

12.5 VA

25 VA

50 VA

100 VA

200 VA

0.1

0.2

0.5

1.0

2.0

4.0

8.0

Según las normas ANSI para un error máximo del 10% a 20 veces la corriente nominal.

Debe tomarse en cuenta que para los TC de relación múltiple, la clase está dada para la

relación máxima y esta sigue una proporción directa al tomar una relación menor.

Por ejemplo:

Supongamos un “TC” de RTC = 100 - 600/5

Clase C – 400(Relación Máxima)

Conectado en RTC = 300/5.

Los volts amperes que soportará serán:

VA = 100 x 300/5 = 50 VA



600/5

La carga máxima admisible será:

B = 4 x 300/5 = 2

600/5

Quedando para esa relación con la capacidad de un TC clase C -200.

Transformadores de corriente para protección:

Deben ser probados con una tensión indicada, igual al doble de su tensión secundaria

especificada en la tabla 5, excepto aquellos con tensión secundaria de 10, 20 y 50, que se

prueban a 200.

2.3 CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE A LOS CORTOCIRCUITOS

Por el hecho que ellos van conectados en serie con las líneas de alimentación, los

transformadores de corriente están sujetos a las mismas sobretensiones y sobrecorrientes

que las líneas.

Estas sobrecorrientes provocadas generalmente por cortocircuitos, no son solamente

función de la potencia tomada por un alimentador, sino que dependen de la potencia de la

central o del sistema y de la impedancia de los circuitos que se encuentren entre las

fuentes de energía y el lugar de la falla.

El incremento considerable de la potencias de la centrales eléctricas, ha dado como

resultado efectos de cortocircuito de una importancia capital, que es absolutamente



indispensable tenerla en cuenta para la selección de los aparatos, con objeto de evitar

graves interrupciones y accidentes en caso de falla.

La resistencia de los transformadores de corrientes a los cortos circuitos, está

determinada por las corrientes límites térmica y dinámica:

CORRIENTE TÉRMICA LÍMITE

Es el valor eficaz de la corriente primaria simétrica más elevada que el transformador

pueda soportar por efecto joule durante un segundo, sin sufrir deterioros y teniéndose el

circuito secundario en cortocircuito. Esta corriente térmica límite se expresa en kilo

amperes eficaces, o en “n” veces la corriente nominal primaria.

La temperatura máxima es de 250 ºC para transformadores con elevación de temperatura

máxima en permanencia de 55 ºC y de 350 ºC para transformadores con elevación de

temperatura máxima de 80 ºC.

La temperatura de los conductores puede determinarse por cálculo y el transformador se

considera satisfactorio si la densidad de corriente de los conductores de cobre del

primario no sobrepasa:

143 A/mm2 según normas ANSI

180 A/mm2 según normas VDE

160 A/mm2 según normas ABNT

La temperatura admisible en el transformador es de 150 ºC, para la clase A de

aislamiento y dicha elevación se obtiene en un segundo, con una densidad de corriente

de 143 A/mm2.



La corriente térmica se calcula a partir de: ITH (KA) =Potencia de Corto Circuito MVAcc /( 1.73 Tensión ( KV))

Donde: ITH = Valor efectivo de la corriente de límite térmico. MVA = Potencia de cortocircuito en MVA. kV = Tensión nominal del sistema en kV. La corriente térmica en 1 segundo es ITH = 80 In (kAef)

CORRIENTE DINÁMICA LÍMITE

Es el valor de pico de la primera amplitud de corriente que un transformador puede

soportar por efecto mecánico sin sufrir deterioro, con su circuito secundario en

cortocircuito. Se expresa en kiloamperes de pico, de acuerdo con la expresión

Idin (KA) =(( 1,8)(1.41 )= ITH = 2,54 )( ITH) Donde: Idin = Valor de pico de la corriente dinámica.

Por otro lado, hace falta tener en cuenta que no es siempre posible fabricar

transformadores de corriente con características de cortocircuito muy elevadas, debido a

limitaciones de espacio en las subestaciones, sobre todo, cuando las potencias y clases

de precisión son importantes.

En efecto, para construir estos transformadores, es necesario tener grandes secciones de

cobre en los bobinados, con lo que se reduce el número de espiras primarias admisibles.



Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadro de un número de

ampere-vuelta primarios, para un circuito magnético dado, la precisión de los

transformadores hechos para resistir grandes valores de corriente de cortocircuito,

disminuye considerablemente.

Por lo anterior, se ve que es necesario limitar la potencia de precisión al mínimo para los

transformadores con características de cortocircuito muy elevadas.

2.4 TIPO DE AISLAMIENTO

Los materiales que se utilizan. para el aislamiento dependen del voltaje del sistema al que

se va a conectar, la tensión nominal de aislamiento debe ser al menos igual a la tensión

mas elevada del sistema en que se utilice. Los tipos de aislamiento se divide en tres

clases:

a) Material para baja tensión. Generalmente los TC's son construidos con aislamiento en

aire o resina sintética, suponiéndose que lo común son las instalaciones interiores.

b) Material de media tensión. Los transformadores para instalaciones interiores (tensión

de 3 a 25 KV) son construidos con aislamiento de aceite con envolvente de porcelana

(diseño antiguo), o con resina sintética (diseño moderno).

Hay que hacer notar que la mayoría de los diseños actuales emplean el material seco,

los aparatos con aislamiento en aceite o masa aislante (compound) se utilizan muy poco y

sólo para instalaciones existentes.

Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con

aislamiento porcelana-aceite, aunque la técnica mas moderna está realizando ya

aislamientos en seco para este tipo de transformadores.



c) Materiales para alta tensión. Los transformadores para alta tensión son aislados con

papel dieléctrico, impregnados con aceite y colocados en una envolvente de porcelana.

Es importante definir la altitud de la instalación sobre el nivel del mar, ya que las

propiedades dieléctricas de los materiales y del aire disminuyen con la altitud.

Normalmente todos los equipos se diseñan para trabajar hasta 1000 Mts sobre el nivel del

mar, si la altitud es mayor el nivel de aislamiento debe ser mayor.

2.5 CORRIENTES NOMINALES NORMALIZADAS PARA

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

La corriente nominal de los bobinados primarios y secundarios de un transformador de

corriente, son los valores para los cuales los bobinado están diseñados.

CORRIENTE NOMINAL PRIMARIA

Corrientes Nominales Primarias (Ip)

a) Los valores normales de corrientes nominales primarias son:

5,10,15,20,25,30,40,50,75,100

150,200,250,300,400,500,600,800,

1000,1200,1500,1600,2000,2500,3000,

4000,5000,6000,8000,12000 amperes.

b) Las combinaciones normales de corrientes nominales primarias, para transformadores

de doble relación son:

5x10,10x20,15x30,25x50,50x100

75x150,100x200,150x300,200x400

300x600,400x800,500x1000,600x1200

1000x2000,2000x4000 amperes.



c) Las combinaciones normales de corrientes nominales primarias, para transformadores

tipo boquilla son:

600/500/450/400/300/250/200/150/100/50amperes

1200/1000/900/800/600/500/400/300/200/100amperes

2000/1600/1500/1200/1100/800/500/400/300amperes

3000/2000/1500amperes

4000/3000/2000amperes

5000/4000/3000amperes/

CORRIENTE NOMINAL SECUNDARIA

El valor normalizado es generalmente de 5 amperes; en ciertos casos, cuando el

alambrado del secundario puede representar una carga importante, se puede seleccionar

el valor de 1 ampere.

CARGA SECUNDARIA

Es el valor de la impedancia en ohms, reflejada en el secundario de los transformadores

de corriente, y que esta constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos

los medidores, relés, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que

corresponde a la llamada potencia de precisión a la corriente nominal secundaria.

La carga secundaria nominal es la impedancia del circuito secundario, correspondiente a

la potencia de precisión, bajo la corriente nominal, por ejemplo:

Potencia de precisión 50 VA para la I2 =5 A.

Z2 = 50 / 52 = 2 ohms



La carga se puede expresar también, por los volt-amperes totales y su factor de potencia,

obtenidos a un valor especificado de corriente y frecuencia.

El valor de factor de potencia normalizado es de 0,9 para los circuitos de medición y de

0,5 para la protección. Todos los aparatos, ya sean de medición o de protección, tran en

el catalogo respectivo la carga de acuerdo con su potencia de precisión.

POTENCIA DE PRECISIÓN

Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a

veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de

características del aparato.

Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las

bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, más las

pérdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentación, y se selecciona

el valor nominal inmediato superior.

Los valores normales de la potencia de precisión son: 2,5 - 5 - 10 – 15 - 30 y hasta 60 VA.

Para los secundarios de 5 amperes, la experiencia indica que no se deben utilizar

conductores con secciones no inferiores a los 4 mm2. Este conductor sobredimensionado,

reduce la carga y además proporciona alta resistencia mecánica, que disminuye la

posibilidad de una ruptura accidental del circuito, con el desarrollo consiguiente de

sobretensiones peligrosas.



TENSIÓN SECUNDARIA NOMINAL

Es la tensión que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentar

éste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal

.

Por ejemplo, si se tiene un transformador con carga nominal de 1,20 ohms, la tensión

secundaria generada será de:

1,20 ohms x 5 amperes x 20 veces = 120 volts.

2.6 POTENCIA NOMINAL

La potencia nominal de los transformadores de corriente, es la potencia aparente

secundaria bajo corriente nominal determinada, considerando las prescripciones relativas

a los límites de errores.

Está indicada, generalmente, en la placa de características y se expresa en voltamperes,

aunque también puede expresarse en ohms.

Para escoger la potencia nominal de un transformador de corriente, hay necesidad de

hacer la suma de las potencias de todos los aparatos que serán conectados en serie con

un devanado secundario y tener en cuenta la pérdida por efecto joule de los cables de

alimentación. Será necesario entonces, tomar el valor nominal inmediato superior a la

cifra obtenida de la tabla 2.4., según normas ANSI.



Tabla 2.4. Cargas nominales de los transformadores de corriente.

CARGAS NORMALES PARA TRANSFORMADORES DE CORRIENTE, SEGÚN

NORMAS ANSI C.57.13

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS PARA 60 HZ Y CORRIENTE

SECUNDARIA DE 5 AMPERES

DESIGNACIÓN

DE LA CARGA RESISTENCIA

ohms

INDUCTANCIA

milihenrys

IMPEDANCIA

ohms VOLTAMPERES

FACTOR DE

POTENCIA

B0.1 0.09 0.116 0.1 2.5 0.9

B0.2 0.18 0.232 0.2 5.0 0.9

B0.5 0.45 0.580 0.5 12.5 0.9

B1.0 0.5 2.3 1.0 25 0.5

B2.0 1.0 4.6 2.0 50 0.5

B4 2.0 9.2 4.0 100 0.5

B8 4.0 18.4 8.0 200 0.5

2.7 DESMAGNETIZACIÓN.

La capacidad de transferencia de energía entre el circuito primario y el secundario,

depende de las características de diseño y construcción del “TC”, como son:

La capacidad de sus conductores, el nivel máximo de voltaje que debe soportar el “TC”

entre espiras y las características magnéticas de su núcleo.

Como sabemos en todo material magnético la permeabilidad se puede suponer como una

función lineal de la densidad de flujo para determinados valores de esta ultima y que

rebasando este rango de valores, varía en forma no lineal haciendo tender la densidad a

un máximo dado por las características propias del material.

En el análisis que sigue representaremos este efecto considerando la impedancia de

magnetización ZM como constante para los valores de transferencia de energía que están

dentro de las características de diseño y disminuyendo no linealmente para valores fuera



de los mismos, logrando un efecto similar al observado en el, para valores fuera de los

mismos, logrando un efecto similar al observado en el comportamiento real del “TC”.

Observemos que pasa en el “TC” para los siguientes tres casos:

La corriente primaria es demasiado grande.

La impedancia de la carga demasiada grande.

El circuito secundario abierto

Cuando la corriente primaria IH crece, la corriente IH/N crecerá proporcionalmente a la

primera.

Supongamos que la corriente es mayor a la especificada en el diseño del “TC”, las

corrientes secundarias IM de magnetización e IL corriente que alimenta la carga, crecerá

también.

Al crecer IM la excitación del núcleo será mayor y como habíamos dicho, el efecto que se

presentara será similar a la disminución de ZM provocando un crecimiento mayor de IM

que de IL, y así un aumento en el error de relación ideal que está dada por IH/N.

El aumento en la corriente de magnetización IM, nos representa el efecto de histéresis

del núcleo magnético y traerá consigo un calentamiento y, por lo mismo, un daño si la

exposición a esta es prolongada.

Cuando la carga ZC tiene una magnitud mayor a la que el “TC” puede alimentar el voltaje

entre las terminales cd será mayor para un valor IH que el transformador normalmente

debe soportar sin problemas. Al ser mayor Vcd, la corriente de magnetización IM crecerá

logrando un efecto similar al anterior.



Cuando el circuito secundario está abierto, toda la corriente primaria servirá para

magnetizar el núcleo, provocando que el voltaje secundario crezca hasta un valor dado

por:

Ved = Vef = IH x ZM / N

Donde: Ved = voltaje secundario

Vef = voltaje eficaz

IH = corriente primaria

ZM = impedancia de magnetización

N = relación de transformación.

Que normalmente es lo suficiente grande para provocar la ruptura del aislamiento entre

espiras y, algunas veces, la explosión del “TC”.

Si la excitación del núcleo dada por IM es grande y varia en forma repentina, como lo

puede ocasionar una corriente de falla elevada, el núcleo puede quedar magnetizado y

provocar errores de relación aun dentro de los valores especificados para el “TC”, sin

embargo, este magnetismo remanente del núcleo puede ser eliminado.

Para desmagnetizar el núcleo de un transformador de corriente, se pueden utilizar dos

métodos, los cuales se describirán enseguida.

Método l.

El transformador de corriente se conecta como se muestra en la figura 2.1. Se aplica a

los bornes secundarios una tensión tal que produzca una magnetización de valor

suficiente para forzar a la densidad de flujo a un valor arriba de la rodilla de la curva de

saturación, lo cual se puede ver observando las lecturas del vóltmetro y el amperímetro,

enseguida se reduce la tensión lentamente hasta que tome un valor igual a cero. No se

debe exceder la corriente nominal secundaria.



Método 2 .

El transformador de corriente se conecta como se muestra en la figura número 2.1. Se

aplica la corriente nominal al devanado primario, enseguida se aumenta el valor de la

resistencia del resistor R, que se encuentra conectado en el devanado secundario, hasta

que el núcleo del transformador se sature, posteriormente se disminuye lentamente el

valor de la resistencia hasta llevarla a cero y se desconecta la fuente de corriente. La

saturación del núcleo la indica la disminución de la corriente en el secundario.

Se debe tener cuidado de usar un resistor cuya variación sea continua, para evitar que

quede en circuito abierto el devanado secundario, cuando se cambia de valor la

resistencia R; conforme la resistencia aumenta, la tensión a través de ella se aproxima al

valor de circuito abierto.



FIGURA No. 2.1 CIRCUITO PARA DESMAGNETIZAR TRANSFO RMADORES DE

CORRIENTE



CAPITULO 3

PRUEBAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

3.1. TIPOS DE PRUEBAS

INTRODUCCIÓN. Son la base para verificar y apoyar los criterios de aceptación o para

analizar los efectos, cuando sucedan cambios o variaciones con respecto a los valores

iniciales de puesta en servicio.

Se consideran pruebas eléctricas, aquellas que determinan las condiciones en que se

encuentra el equipo eléctrico, para determinar su operatividad.

PRUEBAS DE FABRICA.

Las pruebas de fábrica se clasifican en 3 grupos:

a) PRUEBAS DE PROTOTIPO.

Las Pruebas de Prototipo son las que se realizan a diseños nuevos y tienen por finalidad, que

cumplan con los valores establecidos en las normas que se aplican y especificaciones para lo

cuál fueron fabricados los equipos. En estas pruebas entran en función los materiales

utilizados para su fabricación.

Para confirmar que las características de diseño de los transformadores de corriente, cumplen

con lo requerido en las normas de referencia y en esta especificación, se deben realizar las

siguientes pruebas prototipo:

Corriente de corto circuito de corto tiempo (1s).

Elevación de temperatura.



Tensión de aguante al impulso por rayo.

Tensión de aguante al impulso por maniobras (solo para 400 kV)

Tensión de aguante a baja frecuencia en húmedo.

Determinación de errores.

Tensión de Radio Interferencia.

b) PRUEBAS DE RUTINA.

Son pruebas que deben efectuarse a cada uno de los equipos, conforme a métodos

establecidos en las normas correspondientes, para verificar la calidad del producto y que

están dentro de los valores permitidos. Estas pruebas son las que determinan la aceptación o

rechazo de los equipos.

El objetivo de las pruebas de rutina, es verificar que los transformadores fabricados, no tienen

defectos de materiales por construcción y están de acuerdo a los requerimientos de la norma

de referencia y de ésta especificación.

Las pruebas de rutina que deberán realizarse son las siguientes:

Verificación del marcado de terminales.

Tensión de aguante a baja frecuencia en el devanado primario.

Medición de descargas parciales.

Prueba de tensión de aguante a baja frecuencia entre secciones del devanado primario y

secundario.

Prueba de sobretensión entre espiras.

Determinación de errores.

c) PRUEBAS OPCIONALES.

Estas pruebas son las que se realizan a los equipos, conjuntamente entre el fabricante y

usuario a fin de determinar algunas características particulares del equipo



BREVE DESCRIPCION DE ALGUNAS PRUEBAS DE FABRICA.

Dentro de las más importantes, se pueden citar las siguientes:

a) PRUEBA DE TENSION DE AGUANTE AL IMPULSO POR RAYO . Consiste en simular en

el Laboratorio las condiciones de falla provocadas por descargas atmosféricas en los equipos.

Esta prueba se realiza aplicando al equipo impulsos de onda positiva o negativa, de acuerdo

al nivel básico de impulso para cada tensión, en condiciones estándar y de acuerdo a las

normas indicadas en las especificaciones.

La curva característica que se asemeja a las condiciones de una descarga atmosférica, es

aquella que obtiene su máximo valor de tensión en un tiempo de 1.2 microsegundos y

decrece al 50% del valor de tensión en un tiempo de 50 microsegundos, a esta curva se le

llama onda completa, ver figura 3.1.

Figura 3.1 Onda completa. (1.2 x 50 microsegundos. )

b) PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO. Consiste en aplicar al equipo un voltaje a la

frecuencia de operación del sistema, cuyo valor varía de acuerdo a lo indicado en la norma

correspondiente para cada nivel de voltaje (de 180% al 300% del voltaje nominal), su duración

es de un minuto.



c) PRUEBA DE DESCARGAS PARCIALES. Esta determina la calidad del aislamiento, es útil

para detectar porosidades, grietas, burbujas de aire, etc. en el interior de un aislamiento

sólido. El resultado de esta prueba está dado en un Picocoulomb.

d) PRUEBA DE ELEVACION DE TEMPERATURA. Sirve para verificar que los equipos

cumplan con la capacidad de diseño, sin rebasar los límites de temperatura establecidos por

las normas correspondientes.

e) PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO. El objetivo es verificar la resistencia del aislamiento

entre diferentes partes de un equipo. Como por ejemplo, para transformadores de potencia:

entre espiras, entre secciones, entre capas, etc. y el aislamiento de estas partes a tierra que

no fueron probadas durante la prueba de potencial aplicado. La prueba consiste en inducir al

devanado el 200% de su tensión nominal, por un tiempo, que dependerá de la frecuencia

utilizada, la cuál es modificada para no saturar el núcleo.

La referencia de ésta prueba es aplicar el voltaje a 7200 ciclos en un segundo; como no es

posible contar con un generador de esa frecuencia, en la práctica, el tiempo de prueba se

obtiene dividiendo los 7200 Hz. entre la frecuencia que produzca el generador de inducido

con que cuente cada fábrica, por ejemplo, para un generador de 240 Hz. el tiempo será de 30

segundos.

Además de las pruebas mencionadas, existen otras como:

Corto circuito, corriente sostenida de corta duración, resistencia óhmica, etc.



3.2 PRUEBAS DE CAMPO.

Las pruebas de campo se efectúan a los equipos que se encuentran en operación o en

proceso de puesta en servicio y se llevan a cabo en forma periódica, con la finalidad de

mantener índices de confiabilidad y continuidad aceptables, se consideran de la siguiente

manera:

a) Recepción y/o Verificación.

b) Puesta en Servicio.

c) Mantenimiento.

a) RECEPCIÓN Y/O VERIFICACIÓN. Se realizan a todo el equipo nuevo o reparado,

considerando las condiciones de traslado; efectuando primeramente una inspección detallada

de cada una de sus partes.

b) PUESTA EN SERVICIO. Se realizan a cada uno de los equipos en campo después de

haber ser sido: instalados, ajustados, secados, etc., con la finalidad de verificar sus

condiciones para decidir su entrada en operación.

c) MANTENIMIENTO. Se efectúan periódicamente conforme a programas y a criterios de

mantenimiento elegidos y condiciones operativas del equipo.

RECOMENDACIONES GENERALES PARA REALIZAR PRUEBAS ELÉ CTRICAS.

a) Para equipos en operación y en base a los programas de mantenimiento, tramitar las

libranzas respectivas.

b) Tener la seguridad de que el equipo a probar no este energizado. Verificando la apertura

física de interruptores y/o cuchillas seccionadoras.

c) El tanque o estructura del equipo a probar, debe estar aterrizado.



d) Aterrice el equipo a probar por 10 minutos aproximadamente para eliminar cargas

capacitivas que puedan afectar a la prueba y por seguridad personal.

e) Desconecte de la línea o barra, las terminales del equipo a probar.

f) En todos los casos, ya sea equipo nuevo, reparado o en operación, las pruebas que se

realicen siempre deberán estar precedidas de actividades de inspección.

g) Preparar los recursos de prueba indispensables como son: Instrumentos, Herramientas,

Probetas, Mesas de prueba, etc.

h) Preparar el área de trabajo a lo estrictamente necesario, delimitar para evitar el paso de

personas ajenas a la prueba; procurando se tengan fuentes accesibles y apropiadas de

energía.

i) Colocar él o los instrumentos de prueba sobre bases firmes y niveladas.

j) Compruebe que las terminales de prueba están en buenas condiciones y que sean las

apropiadas.

k) No aplicar voltajes de prueba, superiores al voltaje nominal del equipo a probar.

l) Durante las pruebas deberán tomarse todas las medidas de seguridad personal y para el

equipo.

m) Anote las lecturas de la prueba con sus multiplicadores en la hoja de reporte

correspondiente y registre también, las condiciones climatológicas.

n) Al terminar la prueba ponga fuera de servicio el instrumento de prueba y aterrice

nuevamente el equipo probado.



3.3 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.

TEORIA GENERAL

Los diferentes diseños de TC's requiere que la persona que debe probarlos analice con

detenimiento su diagrama en particular, determine las conexiones que convenga seguir y las

resistencias dieléctricas que están bajo prueba.

Esta conexión deberá quedar asentada en el reporte de prueba del equipo.

Invariablemente en fechas posteriores se harán pruebas con conexiones iguales, a fin de

tener datos comparativos.

Al probar un transformador de Corriente se determinan las condiciones del aislamiento entre

los devanados primario y secundario contra tierra. Para la prueba del primario contra tierra, se

utiliza el rango de mayor tensión del equipo de prueba, dependiendo de su tipo; y para la

prueba del secundario contra tierra, se usa el rango del medidor para una tensión aproximada

a la tensión nominal del equipo a probar, de 500 V.

Existen dos tipos de TC's pedestal y dona. La prueba de aislamiento que se realiza tiene

diferentes consideraciones. Los TC's tipo pedestal están por separado al equipo primario y se

prueba el aislamiento formado por un pedestal de porcela o resina y un medio aislante de

aceite o un envolvente de gas SF6. Los TC's sin devanado primario conocidos como tipo

dona (bushing) estan integrados al equipo primario como transformadores e interruptores y se

prueban las condiciones de su aislamiento exterior respecto a tierra del equipo asociado y la

condición interna de su devanado.

En los TC's tipo dona solo se hacen las pruebas de secundario a tierra, utilizando 500 volts

con el equipo de prueba, como se indica en la figura 3.2



Figura 3.2 TRANSFORMADOR DE CORRIENTE TIPO DONA (B USHING)

La resistencia de aislamiento se define como la resistencia en megaohms que ofrece un

aislamiento al aplicarle un voltaje de corriente directa durante un tiempo dado, medido a partir

de la aplicación del mismo.

A la corriente resultante de la aplicación de voltaje de corriente directa, se le denomina

"Corriente de Aislamiento" y consta de dos componentes principales:



a) La corriente que fluye dentro del volumen de ais lamiento es compuesta por:

i) Corriente Capacitiva.

ii) Corriente de Absorción Dieléctrica.

iii) Corriente de conducción irreversible.

i).- Corriente capacitiva.- Es una corriente de magnitud comparativamente alta y de corta

duración, que decrece rápidamente a un valor despreciable (generalmente en un tiempo

máximo de 15 segundos) conforme se carga el aislamiento, y es la responsable del bajo valor

inicial de la Resistencia de Aislamiento. Su efecto es notorio en aquellos equipos que tienen

capacitancia alta, como transformadores de potencia, máquinas generadoras y cables de

potencia de grandes longitudes.

ii).- Corriente de absorción dieléctrica.- Esta corriente decrece gradualmente con el tiempo,

desde un valor relativamente alto a un valor cercano a cero, siguiendo una función

exponencial. Generalmente los valores de resistencia obtenidos en los primeros minutos de

una prueba, quedan en gran parte determinados por la Corriente de Absorción. Dependiendo

del tipo y volumen del aislamiento, esta corriente tarda desde unos cuantos minutos a varias

horas en alcanzar un valor despreciable; sin embargo para efectos de prueba, puede

despreciarse el cambio que ocurre después de 10 minutos.

iii).- Corriente de conducción irreversible.- Esta corriente fluye a través del aislamiento y es

prácticamente constante, predomina después que la corriente de absorción se hace

insignificante.

b) Corriente de Fuga.- es la que fluye sobre la superficie del aislamiento. Esta corriente al

igual que la Corriente de Conducción irreversible, permanece constante y ambas constituyen

el factor primario para juzgar las condiciones del aislamiento.

ABSORCIÓN DIELÉCTRICA .- La resistencia de aislamiento varía directamente con el

espesor del aislamiento e inversamente al área del mismo; cuando repentinamente se aplica



un voltaje de corriente directa a un aislamiento, la resistencia se inicia con un valor bajo y

gradualmente va aumentando con el tiempo hasta estabilizarse.

Graficando los valores de resistencia de aislamiento contra tiempo, se obtiene una curva

denominada de absorción dieléctrica; indicando su pendiente el grado relativo de secado y

limpieza o suciedad del aislamiento. Si el aislamiento esta húmedo o sucio, se alcanzará un

valor estable en uno o dos minutos después de haber iniciado la prueba y como resultado se

obtendrá una curva con baja pendiente.

La pendiente de la curva puede expresarse mediante la relación de dos lecturas de

resistencia de aislamiento, tomadas a diferentes intervalos de tiempo, durante la misma

prueba. A la relación de 60 a 30 segundos se le conoce como "Índice de Absorción", y a la

relación de 10 a 1 minuto como "Índice de Polarización".

Los índices mencionados, son útiles para la evaluación del estado del aislamiento de

devanados de transformadores de potencia y generadores.

FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA.

Entre los factores que afectan la prueba y tienden a reducir la resistencia de aislamiento de

una manera notable son: la suciedad, la humedad relativa, la temperatura y la inducción

electromagnética; para la suciedad, elimine toda materia extraña (polvo, carbón, aceite, etc.)

que este depositada en la superficie del aislamiento; para la humedad, efectúe las pruebas a

una temperatura superior a la de rocío. La resistencia de aislamiento varía inversamente con

la temperatura en la mayor parte de los materiales aislantes; para comparar adecuadamente

las mediciones periódicas de resistencia de aislamiento, es necesario efectuar las mediciones

a la misma temperatura, o convertir cada medición a una misma base.



Esta conversión se efectúa con la siguiente ecuación:

Rc = Kt (Rt)

De donde:

Rc = Resistencia de aislamiento en megohms corregida a la temperatura base.

Rt = Resistencia de aislamiento a la temperatura que se efectuó la prueba.

Kt = Coeficiente de corrección por temperatura.

La base de temperatura recomendada, es de 20 °C par a transformadores y 40 °C para

máquinas rotatorias. Para otros equipos, como interruptores, apartarrayos, boquillas,

pasamuros, etc., no existe temperatura base, ya que la variación de la resistencia con

respecto a la temperatura es estable.

Para equipos a probar, que se encuentren bajo el efecto de inducción electromagnética, será

necesario acondicionar un blindaje para drenar a tierra las corrientes inducidas que afectan a

la prueba.

Una forma práctica para el blindaje, es utilizar malla metálica tipo mosquitero sobre el equipo,

soportada con madera y aterrizada en un solo punto.

Para realizar lo anterior, tomar las medidas estrictas de seguridad por la proximidad con otros

equipos energizados.

Otro factor que afecta a las mediciones de resistencia de aislamiento y absorción dieléctrica

es la presencia de carga previa en el aislamiento. Esta carga puede originarse porque el

equipo trabaja aislado de tierra o por una aplicación del voltaje de C.D. en una prueba

anterior. Por tanto es necesario que antes de efectuar las pruebas se descarguen los

aislamientos mediante una conexión a tierra.



MÉTODOS DE MEDICIÓN.

Las mediciones se pueden obtener de la siguiente manera:

a) Mediante un ohmetro (Megger) de indicación directa.

b) Mediante un vóltmetro y un ampermetro, utilizando una fuente de potencial de corriente

directa.

El Megger ha sido el instrumento estándar para la verificación de la resistencia de aislamiento

y de estos existen tres tipos: los accionados manualmente, los accionados por motor (ver Fig.

3.3 y Fig. 3.4) y los de tipo rectificador.

El primer tipo es satisfactorio para efectuar pruebas de tiempo corto y el tipo motorizado para

pruebas en donde es necesario determinar los índices de absorción y polarización. El tipo

rectificador no es práctico para cuando se desean conocer los índices mencionados.

a) MÉTODO DE TIEMPO CORTO.- Consiste en conectar el instrumento al equipo que se

va a probar y operarlo durante 60 segundos.

Este método tiene su principal aplicación en equipos pequeños y en aquellos que no tienen

una característica notable de absorción, como son los interruptores, cables, apartarrayos, etc.

b) MÉTODO DE TIEMPO-RESISTENCIA O ABSORCION DIELECT RICA.- Consiste en

aplicar el voltaje de prueba durante un período de 10 minutos, tomando lecturas a 15, 30, 45

y 60 segundos, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 minutos. Su principal aplicación es en

transformadores de potencia y en grandes máquinas rotatorias por su características notables

de absorción.



Figura 3.3 MEGGER DE AISLAMIENTO



CONSIDERACIONES.

La medición de resistencia de aislamiento, es en sí misma una prueba de potencial, por lo

tanto, debe restringirse a valores apropiados que dependan de la tensión nominal de

operación del equipo que se va a probar y de las condiciones en que se encuentre su

aislamiento. Si la tensión de prueba es alta, se puede provocar fatiga en el aislamiento.

Los potenciales de prueba más comúnmente utilizados son tensiones de corriente directa de

500 a 5,000 volts.

Las lecturas de resistencia de aislamiento disminuyen normalmente al utilizar potenciales

altos, sin embargo para aislamiento en buenas condiciones, se obtendrán valores semejantes

para diferentes tensiones de prueba.

Si al aumentar el potencial de prueba se reducen significativamente los valores de resistencia

de aislamiento, esto nos puede indicar que existen imperfecciones o fracturas en el

aislamiento, posiblemente agravadas por suciedad o humedad, aún cuando también la sola

presencia de humedad con suciedad puede ocasionar este fenómeno.

Por la experiencia en la diversidad de pruebas que se han realizado a este tipo de equipos, es

recomendable que los valores que se obtengan en los aislamientos tanto de alta tensión como

de baja tensión, deben ser superiores a 50,000 megaohms.

Para valores inferiores a lo descrito anteriormente y con el objeto de analizar las condiciones

del aislamiento, deberá complementarse ésta prueba con los valores de pérdidas dieléctricas

que se obtienen con las pruebas de factor de potencia.



Figura 3.4. DIAGRAMA ELEMENTAL DEL MEGGER

3.4 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENTOS .

TEORÍA GENERAL

Una de las aplicaciones de esta prueba es la de conocer el estado de los aislamientos, se

basa en la comparación de un dieléctrico con un condensador, en donde el conductor

energizado se puede considerar una placa y la carcaza o tierra del equipo como la otra placa

del capacitor.

El equipo de prueba de aislamiento F.P. mide la corriente de carga y watts de pérdida, en

donde el factor de potencia, capacitancia y resistencia de corriente alterna pueden ser

fácilmente calculados para un voltaje de prueba dado.

El Factor de Potencia de un aislamiento es una cantidad adimensional normalmente

expresada en porciento, que se obtiene de la resultante formada por la corriente de carga y la

corriente de pérdidas que toma el aislamiento al aplicarle un voltaje determinado, es en si,

una característica propia del aislamiento al ser sometido a campos eléctricos.



Debido a la situación de no ser aislantes perfectos, además de una corriente de carga

puramente capacitiva, siempre los atravesara una corriente que está en fase con el voltaje

aplicado (Ir), a esta corriente se le denomina de pérdidas dieléctricas, en estas condiciones el

comportamiento de los dieléctricos queda representado por el siguiente diagrama vectorial.

Figura 3.5. DIAGRAMA VECTORIAL QUE MUESTRA EL COM PORTAMIENTO DE UN

AISLAMIENTO AL APLICARLE UNA TENSIÓN DADA



WATTS = E × I × COSENO θθθθ

FACTOR DE POTENCIA = COSENO θθθθ = WATTS

E · I

Para aislamientos con bajo Factor de Potencia, (Ic) e (I) son substancialmente de la misma

magnitud y la corriente de pérdidas (Ir) muy pequeña, en estas condiciones el ángulo � es

muy pequeño y el Factor de Potencia estará dado entonces por:

FP = COS θθθθ = SEN δδδδ y prácticamente = TAN δδδδ

De lo anterior se desprende que el Factor de Potencia siempre será la relación de los Watts

de pérdidas (Ir), entre la carga en Volts- Amperes del dieléctrico bajo prueba (I).

El método de medida del equipo de prueba, se fundamenta, en un circuito puente de

resistencias y capacitores.

Con el conocimiento de los valores de la corriente de carga, el voltaje de prueba y la

frecuencia, la capacitancia del aislamiento puede ser determinada de la siguiente manera.



Xc = V / I

C = 1 / w·Xc

La capacitancia de aislamientos secos no es afectada apreciablemente por la temperatura; sin

embargo en los casos de aislamientos húmedos o contaminados, esta tiende a incrementarse

con la temperatura.

Tomando en consideración que la reactancia de los aislamientos es predominantemente

capacitiva y las pérdidas eléctricas reducidas, la magnitud de la corriente de carga puede

calcularse por:

I = V · w · C ó V A = V² · w · C

Donde:

I = Magnitud de la corriente de carga

V = Potencial aplicado

w = frecuencia angular (2πf)

C = Capacitancia

De las fórmulas anteriores puede determinarse la máxima capacitancia que un equipo de

prueba puede aceptar para obtener mediciones confiables. Por ejemplo:

La máxima capacitancia que un equipo de prueba para 10 KV, puede medir por 15 minutos de

prueba, seria:

C = I/w×V =(0.200 x 1012)/(377 x 104) = 53,000 picofaradios

Y en forma continua:

C = I/w×V =(0.100 x 1012)/(377 x 104) = 26,500 picofaradios



Las boquillas para Transformadores, Interruptores, etc. usualmente tienen capacitancias

considerablemente menores que los valores calculados anteriormente.

Los cables de potencia de gran longitud, pueden tener una capacitancia que excedan a los

26,500 picofaradios del medidor, se recomienda hacer el cálculo previo del valor de la

capacitancia del cable de que se trate, para poder efectuar la prueba de factor potencia.

En equipos con capacitancias mayores que los valores límites calculados para el medidor de

10 KV, deben ser probados a voltajes menores.

El diagrama simplificado de la Fig. 3.6 nos muestra en una forma muy general la operación

del equipo.

De la fuente de alimentación se toma el autotransformador que alimenta a través del switch

de reversa cambiando la polaridad al transformador de alto voltaje con lo cual se elimina la

interferencia causada por el campo eléctrico de otros equipos energizados.

La alimentación al circuito amplificador puede ser switcheada a las posiciones A, B, C.

En la posición "A" el medidor es ajustado a escala plena por medio del control.

En la posición "B" el medidor registra el voltaje a través de RB el cual es función de la

corriente total IT y la lectura que se tiene son miliamperes.

En la posición "C" la entrada al circuito amplificador consiste de ambos voltajes, el voltaje a

través de la resistencia RB y el voltaje r, ambos voltajes están en oposición y pueden ser

balanceados por el ajuste de R.

No es posible un balance completo, el voltaje a través de RB incluye ambas componentes, en

fase (IR) y la componente en cuadratura (IC); mientras en el circuito de referencia el voltaje a

través de r esta en cuadratura, y se puede variar su valor, por lo tanto se tiene un balance

parcial o una lectura mínima la cual es proporcional al voltaje a través de RB, resultando la

corriente en fase (IR).



El producto de la mínima lectura y el multiplicador de watts es igual a los watts de pérdida

disipados en el espécimen bajo prueba.

FIG. 3.6 CIRCUITO SIMPLIFICADO DE EQUIPO F.P.



OPCIONES DE PRUEBA CON EL EQUIPO F.P.

a).- ESPECIMEN ATERRIZADO.- Se prueba en GST (Ground Specimen Test). Cuando el

control de LV se coloca en posición GROUND el cable LV es conectado a potencial de tierra.

De esta forma el cable LV puede ser utilizado para aterrizar el espécimen bajo prueba. Es

también posible aterrizar el espécimen, utilizando la terminal de tierra del cable de alto voltaje

(HV), del cual se muestra un detalle en la figura 2.8. Otra forma es aterrizar directamente a

tierra.

b).- ESPECIMEN GUARDADO.- Se prueba en GST-GUARD. Cuando el control del LV se

coloca en posición GUARD , el cable LV es conectado a guarda del equipo de prueba,

haciendo una comparación se puede observar esta diferencia entre ambos circuitos de

medición entre las terminales de alto voltaje y tierra. La simple diferencia entre las dos figuras

es la posición de la conexión del cable LV con respecto al medidor de MVA y MW. La

conexión a guarda también puede ser posible si se utiliza la terminal de guarda del cable HV.

c).- ESPECIMEN NO ATERRIZADO.- Se prueba en UST (Ungrounded Specimen Test).

Cuando el control de LV se coloca en posición UST , solamente la medición de MVA y MW se

efectúa a través del cable LV. Se puede observar como el punto de conexión de guarda y

tierra son comunes, de este modo la medición de MVA y MW no es realizada a través de

tierra.

CONCLUSIONES:

Primera: Si se utiliza el método GST, lo que no se quiera medir se conecta a guarda.

Segunda: Si se utiliza el método UST, lo que no se quiera medir se conecta a tierra.



Figura 3.7. POSICIÓN DEL CABLE DE BAJO VOLTAJE-TIERRA

Figura 3.8. POSICIÓN DEL CABLE DE BAJO VOLTAJE-GUARDA



Figura 3.9. POSICIÓN DEL CABLE DE BAJO VOLTAJE-UST

FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA.

Entre los factores que afectan la prueba y tienden a aumentar el valor de factor de potencia

de los aislamientos de una manera notable son: la suciedad, la humedad relativa, la

temperatura y la inducción electromagnética.

MÉTODO DE MEDICIÓN.

La prueba consiste en aplicar un potencial determinado al aislamiento que se desea

probar, medir la potencia en Watts que se disipa a través de él y medir la carga del mismo

en Volts-Amperes. El Factor de Potencia se calcula dividiendo los Watts entre los Volt-

Amperes y el resultado se multiplica por 100.

CONSIDERACIONES.

Para la interpretación de resultados de prueba, es necesario el conocimiento de valores

básicos de Factor de Potencia de materiales aislantes.

Como referencia, se presentan valores de Factor de Potencia y constantes dieléctricas de

algunos materiales.



MATERIAL %FP CONST.

A 20°C DIELEC.

Aire 0.0 1.0

Aceite 0.1 2.1

Papel 0.5 2.0

Porcelana 2.0 7.0

Hule 4.0 3.6

Barniz Cambray 4.0-8.0 4.5

Agua 100.0 81.0

A continuación se indican también ciertos valores de Factor de Potencia de aislamiento de

algunos equipos, que se han obtenido en diversas pruebas realizadas.

EQUIPO %F.P. a

20°C

Boquillas tipo condensador en aceite 0.5

Boquillas en compound 2.0

Transformadores en aceite 1.0

Transformadores nuevos en aceite 0.5

Cables con aislamieno de papel 0.3

EQUIPO %F.P. a

20°C

Cables con aislamiento de barniz cambray 4.0-5.0

Cables con aislamiento de hule 4.0-5.0

El principio fundamental de las pruebas es la detección de algunos cambios de la

característica del aislamiento, producidos por envejecimiento y contaminación del mismo,



como resultado del tiempo y condiciones de operación del equipo y los producidos por el

efecto corona.

INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN PARA MEDIDORES DE FACTOR DE

POTENCIA.

Las marcas de equipo de prueba que comúnmente se utilizan para medir el factor de

potencia de los aislamientos, son: James G. Biddle, Nansen y Doble Engineering.

Una de las aplicaciones de este equipo es la prueba mediante la cual se puede conocer el

estado de los aislamientos. La teoría de esta prueba se basa en la comparación de un

dieléctrico con un condensador en donde el conductor energizado se puede considerar una

placa y la carcaza o tierra del equipo como la otra placa del capacitor.

El equipo de prueba de aislamiento F.P. mide la corriente de carga y watts de pérdida en

donde el factor de potencia, capacitancia y resistencia de corriente alterna pueden ser

fácilmente calculados para un voltaje de prueba dado.

EL MEDIDOR MODELO MEU-2500 MARCA DOBLE ENGINEERING.

se muestra la carátula de este medidor, misma que incluye los controles indicados en los

incisos siguientes:

a) Coloque el medidor de Factor de Potencia sobre una base firme y nivelada, en seguida

conecte al medidor sus cables: tierra, HV y LV, cerciorese que el control de voltaje se

encuentre en posición cero. Inserte el cable de alimentación de corriente alterna y el cable

de extensión de seguridad manual.

b) Conecte el cable de alto voltaje (HV) a la terminal del equipo bajo prueba.



c) Conectar también la terminal de bajo voltaje (LV). El switch selector (LV) se selecciona

según la posición deseada (GROUND, GUARD o UST). Si la terminal de bajo voltaje (LV)

no se va a usar, el switch (LV) se selecciona en GROUND.

d) Coloque el selector de MVA y MW en su posición central (Check) y el selector de rango

en su posición superior (HIGH).

e) Seleccione el máximo multiplicador de MVA y MW (2000).

f) Accione el interruptor de encendido a la posición ON.

g) El interruptor inversor (REV. SWITCH) se coloca en cualquiera de las dos posiciones

(izquierda o derecha). La posición central es desconectado (OFF).

h) Cierre el interruptor de seguridad del operador y el interruptor de extensión, con esto se

cierra un relevador del equipo, la lámpara indicadora verde se apaga y enciende la

lámpara roja. Si esto no sucede, invierta el enchufe de la alimentación de 127 volts, o bien,

verifique el correcto aterrizamiento del equipo de prueba.

i) Incremente lentamente el voltaje, girando hacia la derecha la perilla de control de voltaje

hasta que el vóltmetro indique 2.5 KV. Si durante el ajuste del voltaje, el indicador del

medidor tiende a sobrepasar su escala, ajustelo girando hacia la izquierda la perilla

(METER ADJ.) de modo que la aguja se mantenga dentro del rango.

Si el interruptor termomagnético se abre antes de alcanzar 1.25 KV, el espécimen se

deberá probar abajo de ese rango. Si el interruptor termomagnético se abre entre 1.25 y

2.5 KV, se tendrá que probar un poco abajo y para esto se deben seguir los pasos

indicados en "medición abajo de 2.5 KV".

j) Cuando se alcance el voltaje de prueba de 2.5 KV., ajuste el medidor de MVA y MW en

100, girando la perilla de ajuste (METER ADJ.)

k) Cambie el selector de la posición Check a la posición MVA y seleccione el multiplicador

de rango (RANGE) a la posición en la cual se produce la mayor deflexión sobre la escala.



l) Seleccione el multiplicador de MVA que produzca la mayor deflexión sobre la escala y

registre la lectura en el formato. En caso de no poder tomar la lectura, cambie de rango,

para esto, coloque el selector en la posición check, y la perilla multiplicadora en su máximo

valor, y repita el procedimiento registre la lectura en el formato y anote el multiplicador. La

lectura debe ser verificada para ambas posiciones de (REV. SWITCH), si existe alguna

diferencia entre estas dos lecturas consulte las instrucciones sobre interferencia

electrostática al final de esta sección.

m) Cambie el interruptor selector a la posición derecha para la medición de MW, no se

deberá mover el rango de la escala (High, Med. o Low) que se utilizó para obtener los

MVA. El multiplicador de escala propia si se podrá variar. Gire la perilla de ajuste (MW

ADJ) hasta que la lectura mínima sea obtenida, seleccione el multiplicador de MW menor

que produzca la mayor deflexión medible en la escala. Cada vez que el multiplicador sea

reducido, la lectura de los MW deberán de ser ajustados a la mínima deflexión de la aguja,

con la perilla (MW ADJ.)

n) Registre la lectura de MW y su multiplicador en el formato de prueba.

o) Anote el valor de la capacitancia obtenida en el ajuste de miliwatts (MW ADJ).

p) Coloque los controles en su posición inicial: el interruptor selector en (Check), el control

de voltaje en cero, los interruptores de seguridad y de encendido abiertos; antes de dar la

señal de que los cables de conexión pueden ser retirados.

q) Los interruptores de MVA y MW y RANGE pueden ser colocados en su posición

superior, o pueden dejarse en su posición actual cuando se va a efectuar otra prueba

similar.



Figura 3.10. Equipo de prueba MEU-2500



CAPACITANCIA DE LA PRUEBA.- El potenciómetro de MW ADJ. en el medidor MEU 2.5

KV está equipado para obtener la Capacitancia del equipo bajo prueba (dicha lectura se

obtiene en tres dígitos y no existen valores decimales) la lectura se da directamente en

picofaradios (pf) cuando se multiplican por 1, 10 ó 100 dependiendo del rango: LOW, MED

o HIGH, respectivamente. Esta lectura se obtiene cada vez que se miden los miliwatts. La

Capacitancia se debe considerar para analizar de otra manera el aislamiento.

CÁLCULO DE LA CAPACITANCIA.- Cuando el espécimen bajo prueba tiene un factor

de potencia menor a 15% se puede obtener una capacitancia aproximada utilizando las

siguientes fórmulas:

Capacitancia (PF) = 0.425 (MVA).

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA:

R = E2/Watts R = 6250/miliwatts

R = Resistencia en megohms.

E = Voltaje en volts E = 2 500 volts

W = Pérdidas en watts

CÁLCULO DE FACTOR DE POTENCIA:

F.P. = MW % de F.P. = MW x 100

MVA MVA



PRUEBAS A VOLTAJES MENORES DE 2.5 KV.- A veces se requiere realizar pruebas a

voltajes menores de 2.5 kV, puede ser por requerimiento del equipo bajo prueba o porque

la capacitancia del aislamiento es muy alta.

Si se requiere probar con un voltaje que varie entre 500 y abajo de 2500 volts se tendrán

que seguir los siguientes pasos:

a) Energizar el espécimen con el voltaje deseado.

b) Ajustar la aguja indicadora de MVA y MW hasta máxima escala (100 DIVISIONES).

Esto realizarlo en posición neutral.

c) Realizar la prueba de forma tradicional.

CONVERSIÒN DE VALORES DE MILIVOLTAMPERES Y MILIWATT S OBTENIDOS

A MENOR VOLTAJE, A SUS EQUIVALENTES A 2.5 KV

B = Valor obtenido (MVA o MW) a un voltaje diferente de 2.5 KV.

A = Valor a calcular de MVA o MW equivalente a 2.5 KV.

C = Voltaje (KV) de prueba, diferente a 2.5 kV.

A = B ( C / 2.5 )2

Estos valores se aplican en la fórmula:

% F.P. = ( MW / MVA ) x 100

Conversión de milivoltamperes a miliamperes



MILIAMPERES = MILIVOLTAMPERES______

VOLTAJE DE PRUEBA EN VOLTS

SELECTOR DE POSICIONES DE LOS CABLES DE BAJA TENSI ÓN (LV) – DEL

EQUIPO M2H

INTERFERENCIA ELECTROSTATICA.- Cuando se aplica la prueba a equipos

expuestos a Interferencia Electrostática por su cercanía a líneas de alta tensión, es

necesario hacer dos lecturas de MVA, una para cada posición del REV. SWITCH y calcular

su promedio para obtener la lectura final la cual será registrada en la hoja de reporte.

Ambas lecturas deben ser leídas con el mismo rango multiplicador para evitar errores de

escala.

Para el registro de MW, también deben ser tomadas dos lecturas, una para cada posición

de REV. SWITCH. Cuando se cambie a la segunda posición, reajuste la perilla MW ADJ

para obtener la mínima deflexión del medidor, ambas lecturas deben ser leídas con el

mismo rango multiplicador para evitar errores de escala.

Es posible que algunas de estas lecturas sean negativas por lo que es recomendable

determinar su polaridad. Para ello, gire lentamente la perilla POLARITY mientras el

medidor esté indicando MW hasta que la aguja comience a moverse. Si la aguja se mueve

hacia abajo de la escala, la lectura es positiva; si lo hace hacia arriba, la lectura es

negativa. Solamente el movimiento inicial de la aguja tiene relación con el signo.

El promedio de watts de ambas lecturas debe ser registrado como lectura final en la hoja

de reporte. Cuando ambas lecturas son del mismo signo, el promedio se obtiene sumando

las lecturas y dividiendo entre dos el resultado. Si las lecturas son de signo diferente se

restan y el resultado se divide entre dos.



Es importante señalar que este equipo cuenta, con un circuito de cancelación de

interferencia electrostática.

MEDICIÓN DE LA CAPACITANCIA .- El potenciómetro de ajuste de watts (WATTS ADJ)

en el M2H, está equipado con un indicador calibrado para obtener las lecturas de

capacitancia. Dicha lectura se obtiene en cuatro dígitos (000.0). El indicador lee

directamente en picofaradios (PF) y esta se debe de afectar por el respectivo multiplicador

de capacitancia.

Normalmente cada vez que se ajustan los watts se deben registrar lecturas de

capacitancia. Para dos lecturas de diferente polaridad se debe obtener el promedio

algebraico y este multiplicarlo por su rango.

CÁLCULO DE LA CAPACITANCIA .- Cuando el espécimen bajo prueba tiene un factor

de potencia menor a 15% se puede obtener una capacitancia aproximada utilizando las

siguientes fórmulas:

Capacitancia (PF) = 265 x miliamperes.

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA:

R = E2/watts R (megohms) = 100/watts

R = Resistencia en ohms

E = Voltaje en volts

W = Pérdidas en watts E = 10,000 Volts

CALCULO DEL FACTOR DE POTENCIA:

Factor de potencia = _____________Watts_________________

voltaje de prueba X corriente total

Factor de potencia = Watts_

E x It



% Factor de potencia = Watts x 100

E x It

Si el voltaje de prueba son 10 KV y la corriente se obtiene en miliamperes.

% F.P. = ___Watts__x__100____

10,000 x miliamperes

1000

% F.P. = Watts x 10

mA

% F.P. = ___Watts x 10___ = _Watts x 10,000_

__microamperes__ microamperes

1000

3.5 PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y POLARIDA D.

TEORIA GENERAL.

La relación de transformación se define como la relación de vueltas o de voltajes del

primario al secundario, o la relación de corrientes del secundario al primario en los

transformadores y se obtiene por la relación:

RT = Np/Ns = Vp/Vs = Is/Ip

Mediante la aplicación de esta prueba es posible detectar corto circuito entre espiras,

falsos contactos, circuitos abiertos, etc.

Respecto a la polaridad, es importante conocerla, porque permite verificar el diagrama de

conexión de los transformadores monofásicos y trifásicos, más aun, cuando se tengan

transformadores cuya placa se ha extraviado.



MÉTODOS DE MEDICIÓN.

El método mas utilizado para llevar a cabo estas pruebas es con el medidor de relación de

vueltas, Transformer Turn Ratio (T.T.R.), que opera bajo el conocido principio de que

cuando dos transformadores que nominalmente tienen la misma relación de

transformación y polaridad, y se excitan en paralelo, con la mas pequeña diferencia en la

relación de alguno de ellos, se produce una corriente circulante entre ambos relativamente

alta.

El equipo para medición de relación de transformación (ver figura 3.11), está formado

básicamente; por un transformador de referencia con relación ajustable desde 0 hasta 130,

una fuente de excitación de corriente alterna, un galvanómetro detector de cero corriente,

un vóltmetro, un ampermetro y un juego de terminales de prueba, contenidos en una caja

metálica o de fibra de plástico. Para relaciones de transformación mayores de 130, a este

equipo se le acoplan transformadores auxiliares.

En la actualidad existen medidores de relación de transformación diseñados a base de

microprocesadores que nos permiten realizar la prueba de relación de transformación a

transformadores trifásicos o monofásicos en menor tiempo, por su característica digital.

Además cuenta con un sistema programado para su autoverificación; con este equipo se

pueden hacer mediciones de relación de 0.08 a 2700.



FIG. 3.11 CIRCUITO ELÉCTRICO SIMPLIFICADO DE UN PRO BADOR DE

RELACIÓN (T.T.R)`



COMPROBACIÒN DEL MEDIDOR DE RELACIÒN DE TRANSFORMAC IÓN.

En este procedimiento se describe la comprobación del medidor con capacidad de relación

hasta 130.

Hay tres formas para la comprobación del correcto funcionamiento del medidor, con esas,

se detecta en forma rápida, cualquier alteración en las partes más vulnerables como son:

las terminales y sus conectores, el circuito detector, y los medidores, etc.

El medidor cuenta con cuatro terminales para realizar las pruebas; dos de ellas

denominadas de excitación (X1,X2), se identifican, porque el conductor es de sección

grande y en sus extremos tiene un conector tipo "C" con tornillo para su sujeción y

conducción; las otras dos terminales, se identifican porque el conductor es de sección

pequeña y se denominan secundarias (H1,H2) y en sus extremos tienen conectores tipo

mordaza.

COMPROBACIÓN DE BALANCE .- Colocar los selectores en cero. Conectar entre sí H1

y H2. Asegúrese que los tornillos de los conectores "C" (X1, X2) no hagan contacto con el

tope ni se toquen entre sí. Gire la manivela del generador hasta obtener 8 volts de

excitación. Observe el galvanómetro detector, la aguja deberá permanecer al centro de la

escala sobre la marca del cero. Si es necesario, ajuste a cero la aguja con un

destornillador manteniendo los 8 volts de excitación, suelte la manivela y observe el

galvanómetro detector. La aguja puede quedar ligeramente desviada de la marca cero; si

ésta es mayor que 1/16", consultar el manual del medidor en la sección de mantenimiento.

COMPROBACIÓN DE LA RELACIÓN CERO.- En las terminales de excitación (X1, X2),

apriete los tornillos hasta el tope, hasta que hagan buen contacto con la cara opuesta, si es

necesario coloque una arandela de cobre. Mantenga separadas las terminales X1 y X2 y

deje las terminales H1 y H2 conectadas entre sí y los selectores en cero. Gire la manivela

hasta obtener 8 volts; mientras gira observe el galvanómetro, ajuste el cuarto selector

hasta lograrlo, manteniendo los 8 volts de excitación. El cuarto selector deberá indicar una



desviación no mayor de 1/2 división. Esta comprobación puede hacerse aún cuando las

terminales de excitación se tengan conectadas a un transformador bajo prueba.

COMPROBACIÓN DE RELACIÓN UNITARIA .- Efectué el mismo proceso para las

terminales de excitación del punto anterior. Conecte la terminal secundaria negra H1 a la

terminal negra de excitación X1 y la terminal secundaria roja H2 a la terminal roja de

excitación X2. Coloque los selectores en la lectura 1.000.

Gire la manivela hasta obtener 8 volts de excitación y simultáneamente observe el

galvanómetro, si la lectura no es uno exactamente ajustarla con el cuarto selector sin dejar

de girar la manivela. Sí el cuarto selector indica lectura menor de cero, cambie los

selectores hasta obtener una lectura de 0.9999; otra vez ajuste el cuarto selector hasta que

la aguja marque cero. El equipo deberá leer 1,000 con casi la mitad de una división en el

cuarto selector.

COMPROBACIÓN DE POLARIDAD.

Conectado el medidor al transformador, coloque las carátulas del medidor en ceros y gire

la manivela un cuarto de vuelta. Si la aguja del galvanómetro se desvía a la izquierda, la

polaridad es substractiva, si desvía a la derecha, la polaridad es aditiva; en caso de

polaridad aditiva, deberán intercambiarse las terminales H1 y H2, para adecuar el medidor

a un transformador de esa polaridad.



3.6 PRUEBA DE SATURACIÓN.

La prueba se realiza para determinar a que corrientes se satura el núcleo del

transformador.

EFECTO DE SATURACIÓN; el efecto representado por la disminución de impedancia de

magnetización del núcleo es conocido normalmente como saturación. Este efecto debe ser

considerado especialmente, pues provoca en la mayoría de los casos un retraso en la

operación de las protecciones de sobrecorriente, ya que debido a las características del

sistema y del “TC”, se presentará en el momento de la falla una respuesta similar a la

existente en la energización brusca de un circuito inductivo.

Para obtener la curva de saturación de un TC, se requiere contar con una fuente variable

de voltaje superior a la clase de precisión del mismo, un ampérmetro y un vóltmetro.

Una vez efectuadas las conexión indicadas en la figura 5.16 y con el primario abierto

segurándose que la fuente de voltaje esté en 0 volts, se comienza a levantar el voltaje en

pasos de 10 volts (más o menos según se requiera) y se mide la corriente que toma para

el voltaje asignado.

Se obtendrá una tabulación voltaje corriente que deberá graficarse obteniéndose una

curva similar a la mostrada en la siguiente figura :



F

Tabulación voltaje corriente

Debe tenerse cuidado al efectuar la prueba ya que una vez que el TC llega a la saturación,

a una pequeña variación de voltaje corresponde una muy grande de corriente.

Si se efectúa la misma prueba a los cables que van a la carga de protección (fase-neutro)

alimentado 5 Amp. Y leyendo el voltaje recibido medido, obtendremos el burden que

representa, B = V/I para saber si éste es adecuado a la clase de precisión obtenida.

RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA

a) Considerar lo establecido en el punto 2.3.1 sobre las recomendaciones generales para

realizar pruebas.

b) Realice y verifique la conexión para la prueba de Saturación, de acuerdo a lo indicado

en el protocolo del Transformador de Corriente.



c) Verificar que el Primario del Transformador de Corriente se encuentro abierto y la

fuente de voltaje esté en cero Volts.

d) Anote la clase del Transformador de Corriente en su Relación de Transformación

Máxima.

e) Calcule la clase del Transformador de Corriente en su Relación de Transformación a

utilizar con la fórmula indicada en el Formato.

f) Aplique voltaje según se requiera y mida la corriente que toma al voltaje asignado, se

obtendrá una relación Voltaje-Corriente que deberá graficarse.

Nota:

Se deberá tener cuidado al efectuar la prueba ya que una vez que el Transformador de

Corriente llega a la saturación, a una pequeña variación de voltaje corresponde una muy

grande de corriente.



CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE (PRUEBA DE SATURACION)

CONSIDERACIONES



En la evaluación de los resultados de las pruebas de saturación de TC’s será muy útil

contar con las curvas características que brinda el fabricante del equipo para comparar

contra los resultados obtenidos. Dependiendo de los resultados de las pruebas que

intervienen en la operación del Transformador de Corriente, se deberá evaluar la

confiabilidad del mismo, así como también se deberá diagnosticar su estado (conforme, no

conforme). En el formato de prueba, anotar, sólo si se considera necesario, comentarios

generales de: ajustes, resultados de pruebas, consideraciones, anomalías y diagnóstico de

la confiabilidad del Transformador de Corriente; así como también datos de los equipos de

pruebas.

Si el Transformador de Corriente bajo prueba se encuentra dañado o fuera de los rangos

de operación establecidos, se procederá a reportar la Falla de Transformador de Corriente

de Protección para realizar el análisis de falla y toma de las acciones preventivas y/o

correctivas correspondientes.

CAPITULO 4



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

El Transformador de Corriente es la base para poder tener un buen sistema de

protección ante una falla en una Subestación Eléctrica, debido a que es el primer

elemento que censa una variación en la red y la canaliza a otros dispositivos que

tienen diferentes funciones.

Existen diferentes tipos de TC`s los cuales se pueden utilizar en diferentes tensiones,

dependiendo de sus características particulares como lo son su clase y precisión, nivel

básico de aislamiento, devanados, tipos de conexiones y por su construcción.

Retomamos lo importante en tener bases, ya antes recopiladas por las normas ANSI

de la cual nos es útil para determinar con los datos recopilados, que tipo de

transformador nos conviene para cierto tipo de carga que vayamos a emplear en la

industria o en campo.

Dada la importancia que tienen los transformadores de corriente en el sistema

eléctrico, resulta necesario realizar un plan de mantenimiento preventivo adecuado,

para asegurar su funcionamiento, de tal manera que se logre proporcionar buena

calidad y continuidad de servicio; así como la aplicación de las técnicas de

mantenimiento correctivo y con esta información sea posible a mediano plazo

implementar las técnicas de mantenimiento predicativo.

RECOMENDACIONES



En la evaluación de los resultados de la clase de precisión será muy útil contar con las

características que brindan las normas NMX y el fabricante del equipo para comparar

contra los resultados obtenidos. Dependiendo de los resultados de las pruebas que

intervienen en la clase del Transformador de Corriente, se deberá evaluar la

confiabilidad del mismo, así como también se deberá diagnosticar su estado. así como

también datos de los equipos de pruebas.

La medición de resistencia de aislamiento, es en sí misma una prueba de potencial, por

lo tanto, debe restringirse a valores apropiados que dependan de la tensión nominal

de operación del equipo que se va a probar y de las condiciones en que se encuentre

su aislamiento. Si la tensión de prueba es alta, se puede provocar fatiga en el

aislamiento.

Las lecturas de resistencia de aislamiento disminuyen normalmente al utilizar

potenciales altos, sin embargo para aislamiento en buenas condiciones, se obtendrán

valores semejantes para diferentes tensiones de prueba.

Si al aumentar el potencial de prueba se reducen significativamente los valores de

resistencia de aislamiento, esto nos puede indicar que existen imperfecciones o

fracturas en el aislamiento, posiblemente agravadas por suciedad o humedad, aún

cuando también la sola presencia de humedad con suciedad puede ocasionar este

fenómeno.

Para la interpretación de resultados de prueba, es necesario el conocimiento de

valores básicos de Factor de Potencia de materiales aislantes.

Como referencia, se presentan valores de Factor de Potencia y constantes dieléctricas

de algunos materiales.



MATERIAL %FP CONST.

A 20°C DIELEC.

Aire 0.0 1.0

Aceite 0.1 2.1

Papel 0.5 2.0

Porcelana 2.0 7.0

Hule 4.0 3.6

Barniz Cambray 4.0-8.0 4.5

Agua 100.0 81.0

Desde un punto de vista estricto, la prueba de saturación a los transformadores de

corriente, no es una prueba de mantenimiento, debido a las características magnéticas

del núcleo no cambian con el envejecimiento de los transformadores.

Es conveniente verificar en el campo la relación numérica entre la tensión en vacio del

devanado secundario y el devanado primario, dicha relación debe conservarse entre la

corriente secundaria y la corriente primaria.

BIBLIOGRAFÍA:



� NMX-J-263-1977 MÉTODOS DE PRUEBA PARA

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

� NMX-J-109-1977 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

� DISEÑO DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS. JOSÉ RAÚL

MARTIN. , EDIT. MC GRAW-HILL

� EL ARTE Y LA CIENCIA DE LA PROTECCIÓN CON

RELEVADORES, C. RUSSEL MASON, ED. CIA EDITORIAL

CONTINENTAL

FOLLETOS TÉCNICOS:

� TRASFORMADORES DE CORRIENTE SERIE CTH 72, 5 ALSTOM.

� FUNDAMENTOS DE TEORÍA Y SELECCIÓN PARA

TRANSFORMADORES DE MEDICIÓN, GEC ALSTOM

� PRUEBAS A TRANSFORMADORES DE MEDICIÓN, GEC

ALSTOM

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