Article Content

Manual de Pruebas y Mantenimiento
Transformador Combinado SZW-10R

Este documento constituye la primera mitad del manual técnico destinado al personal calificado encargado del mantenimiento y verificación del transformador combinado modelo SZW-10R, diseñado para operar en sistemas de distribución con tensión nominal de 11 kV (sistema base 10 kV). El contenido se basa en las normas internacionales vigentes, particularmente en la serie IEC 61869 (“Instrument Transformers”), así como en buenas prácticas reconocidas por organismos como IEEE, CIGRE y entidades reguladoras regionales.

1. Introducción al Programa de Mantenimiento

El transformador combinado SZW-10R integra en una sola unidad un transformador de tensión (VT) y un transformador de corriente (CT), comúnmente utilizado en subestaciones de media tensión para medición, protección y control. Debido a su función crítica en la seguridad y precisión del sistema eléctrico, es esencial implementar un programa sistemático de pruebas y mantenimiento que garantice:

• La integridad del aislamiento eléctrico y mecánico.
• La precisión metrológica dentro de los límites establecidos por la clase de exactitud (típicamente 0.2/0.5 para medición y 5P10/5P20 para protección).
• La continuidad operativa sin interrupciones no planificadas.
• La prevención de fallas catastróficas que puedan comprometer equipos adyacentes o la seguridad del personal.

El programa de mantenimiento debe ser preventivo y predictivo, combinando inspecciones visuales periódicas con pruebas eléctricas programadas. La frecuencia recomendada varía según el entorno de instalación, la carga operativa y la historia de fallas, pero como regla general se sugiere:

• Inspección visual y limpieza: Anualmente o tras eventos atmosféricos severos (tormentas, contaminación salina, polvo industrial).
• Pruebas eléctricas básicas (relación, polaridad, resistencia): Cada 2–3 años.
• Pruebas avanzadas (factor de potencia, rigidez dieléctrica): Cada 5 años o cuando los resultados anteriores indiquen degradación.

Nota: En ambientes agresivos (costeros, industriales o con alta humedad), la frecuencia de inspección debe incrementarse. Asimismo, cualquier anomalía detectada durante la operación (ruidos anormales, calentamiento localizado, lecturas erráticas en instrumentos secundarios) debe desencadenar una revisión inmediata.

2. Inspección Visual y Limpieza

La inspección visual es el primer paso en cualquier rutina de mantenimiento y puede revelar hasta el 70 % de los problemas potenciales antes de que evolucionen a fallas críticas. Debe realizarse con el equipo desenergizado y puesto a tierra, siguiendo estrictamente los procedimientos de bloqueo/etiquetado (LOTO).

2.1. Elementos a inspeccionar

• Carcasa y aisladores: Verificar grietas, descargas parciales (marcas de arco o carbonización), pérdida de hidrofobicidad en aisladores compuestos, o acumulación excesiva de suciedad/conductividad superficial.
• Conexiones primarias y secundarias: Revisar oxidación, corrosión, holgura mecánica o sobrecalentamiento (evidenciado por decoloración térmica).
• Bornes secundarios: Confirmar que estén correctamente etiquetados (de acuerdo con IEC 61869-3), protegidos contra cortocircuitos (especialmente en CTs) y libres de humedad.
• Sellado y empaques: Asegurar que no existan fugas de aceite (si aplica) o entrada de humedad en unidades herméticas.
• Placa de características: Verificar legibilidad de datos técnicos (relación nominal, clase de precisión, tensión soportada, etc.).

2.2. Procedimiento de limpieza

La limpieza debe realizarse con materiales no abrasivos y agentes compatibles con los aislantes utilizados:

1. Utilizar aire seco comprimido (presión ≤ 3 bar) para eliminar polvo suelto de aisladores y bornes.
2. En caso de contaminación grasa o salina, aplicar un limpiador dieléctrico neutro con un paño de microfibra. Nunca usar solventes clorados o álcalis fuertes.
3. Para aisladores de porcelana o vidrio, puede emplearse una solución suave de agua destilada y detergente no iónico, seguida de enjuague con agua desionizada y secado completo con aire caliente.
4. Verificar que no queden residuos conductores ni humedad en cavidades o terminales.

Después de la limpieza, se recomienda realizar una prueba de inspección con luz UV si se sospecha de descargas parciales, ya que estas emiten radiación en el espectro ultravioleta.

3. Pruebas Eléctricas Periódicas

Estas pruebas evalúan el estado funcional del transformador combinado y deben ejecutarse con equipos calibrados y trazables a estándares nacionales/internacionales.

¿Con qué frecuencia se debe realizar la prueba de relación de transformación?

La prueba de relación de transformación debe realizarse cada 2–3 años en condiciones normales, o inmediatamente tras cualquier evento de sobretensión, cortocircuito o impacto mecánico. Para el SZW-10R, se recomienda registrar mediciones en tres puntos de carga (25 %, 50 %, 100 %) para verificar linealidad y detectar saturación prematura.

3.1. Prueba de relación de transformación

La relación de transformación (tanto en VT como en CT) debe coincidir con la nominal dentro de la tolerancia de la clase de exactitud.

• Transformador de Tensión (VT): Aplicar una tensión reducida (10–30 % de la nominal) en el devanado primario y medir la tensión secundaria. La relación medida \( K = V_p / V_s \) debe estar dentro del ±0.2 % para clase 0.2, o ±0.5 % para clase 0.5 (según IEC 61869-3).
• Transformador de Corriente (CT): Inyectar una corriente conocida (por ejemplo, 1 A o 5 A) en el secundario y medir la corriente inducida en el primario (método indirecto), o viceversa. La relación \( I_p / I_s \) debe coincidir con la nominal (ej. 100/5 A → relación 20:1) dentro de la tolerancia de la clase (±1 % típico para protección).

Se recomienda registrar la relación a múltiples puntos de carga (25 %, 50 %, 100 %) para detectar no linealidades.

¿Cómo verificar la polaridad del SZW-10R según normas IEC?

La polaridad correcta es crítica para la coordinación de protecciones y la exactitud de mediciones vectoriales. El SZW-10R utiliza marcación “punto” o “H1-X1” según IEC 61869-3. Una verificación incorrecta puede causar errores en relés diferenciales o medidores de energía.

3.2. Verificación de polaridad

La polaridad correcta es crítica para la coordinación de protecciones y la exactitud de mediciones vectoriales. El SZW-10R utiliza marcación “punto” o “H1-X1” según IEC.

Método de prueba:

1. Conectar un voltímetro entre H1 (primario) y X1 (secundario).
2. Aplicar una tensión CC momentánea (1.5–12 V) entre H1 y H2.
3. Observar la deflexión del voltímetro: si es positiva al conectar y negativa al desconectar, la polaridad es sustractiva (correcta según IEC).

Una polaridad invertida provocará errores de fase en relés diferenciales o en medidores de energía activa/reactiva.

¿Qué niveles de factor de potencia son aceptables para el aislamiento del SZW-10R?

Según IEC 61869-3, el factor de potencia del aislamiento del VT en el SZW-10R debe ser < 0.5 % a 10 kV para equipos nuevos y < 1.0 % en servicio. Un aumento progresivo indica absorción de humedad o envejecimiento térmico del dieléctrico epoxi.

3.3. Medición del factor de potencia (tan δ)

Esta prueba evalúa las pérdidas dieléctricas en el aislamiento principal (entre primario y tierra). Se aplica exclusivamente al VT, ya que el CT opera a baja tensión.

Según IEC 61869-3, el factor de potencia del aislamiento debe ser:

• < 0.5 % a 10 kV para equipos nuevos.
• < 1.0 % en servicio, con tendencia estable.

Un aumento progresivo en tan δ indica absorción de humedad, envejecimiento térmico o contaminación del dieléctrico. La prueba debe realizarse a temperatura ambiente registrada, ya que tan δ es sensible a la temperatura (corregir según curvas del fabricante).

¿Cuáles son las pérdidas nominales esperadas en el SZW-10R?

El SZW-10R, al ser un transformador combinado seco encapsulado en resina epoxi, presenta pérdidas muy bajas. Las pérdidas en vacío (del VT) están típicamente entre 15–25 W, mientras que las pérdidas en carga (del CT) oscilan entre 2–5 W a corriente nominal. Estos valores deben verificarse mediante análisis termográfico y comparación con curvas de referencia del fabricante.

4. Pruebas de Aislamiento y Resistencia

¿Qué valores mínimos de resistencia de aislamiento son aceptables para el SZW-10R?

Según IEEE 43 y experiencia práctica en equipos de 11 kV, los valores mínimos aceptables son >1000 MΩ a 25°C. Valores <100 MΩ requieren investigación inmediata. Además, el Índice de Polarización (PI) debe ser ≥1.5.

4.1. Resistencia de aislamiento (IR)

Medida con megóhmetro (típicamente 2500 V DC para 11 kV), esta prueba evalúa la condición global del aislamiento.

Puntos de medición:

• Primario a tierra (carcasa).
• Secundario a tierra.
• Primario a secundario.

Valores mínimos aceptables (según IEEE 43 y experiencia práctica):

• > 1000 MΩ para equipos en buen estado.
• < 100 MΩ requiere investigación inmediata.

Es fundamental registrar la temperatura y humedad ambiental, ya que la resistencia disminuye exponencialmente con la temperatura. Se recomienda calcular el Índice de Polarización (PI) = IR(10 min) / IR(1 min). Un PI < 1.5 indica aislamiento húmedo o contaminado.

¿Qué variación en la resistencia de devanados justifica una investigación adicional?

Una variación >5 % respecto a los valores de fábrica o respecto a unidades gemelas justifica análisis adicional. Esto puede indicar contactos defectuosos, roturas parciales o cambios en la longitud efectiva del conductor.

4.2. Resistencia de devanados

Aunque menos crítica que en transformadores de potencia, la resistencia óhmica de los devanados secundarios (especialmente del CT) debe medirse para detectar:

• Contactos defectuosos.
• Roturas parciales.
• Cambios en la longitud efectiva del conductor.

Utilizar un puente de Kelvin o un medidor de baja resistencia (precisión ±0.2 %). Comparar con valores de fábrica o con unidades gemelas. Una variación > 5 % justifica análisis adicional.

5. Especificaciones Técnicas y Parámetros Únicos del SZW-10R

Diagrama de conexión interna y curvas características

El SZW-10R presenta una configuración interna única que combina un VT monofásico conectado fase-tierra y un CT tipo ventana con núcleo toroidal de aleación nanocristalina. A continuación se muestra su diagrama esquemático simplificado:

Primario (11 kV) ───[VT]───┬── Tierra
                           │
                       [CT]─── Secundario (5 A / 1 A)

Las curvas características del CT incluyen una relación de exactitud de 5P20, lo que significa que mantiene un error ≤5 % hasta 20 veces la corriente nominal. El VT tiene una clase de precisión 0.2/3P, adecuada para medición y protección simultáneas.

Parámetros técnicos detallados

Parámetro	Valor	Norma de referencia
Tensión nominal primaria	11 kV (sistema 10 kV)	IEC 61869-3
Relación VT	11000/√3 : 110/√3 V	IEC 61869-3
Relación CT	50–600 / 1 o 5 A (ajustable)	IEC 61869-2
Clase de precisión VT	0.2 (medición) / 3P (protección)	IEC 61869-3
Clase de precisión CT	0.5 (medición) / 5P20 (protección)	IEC 61869-2
Tensión de corta duración	28 kV rms / 1 min	IEC 61869-1
Nivel de ruido	< 45 dB(A) a 1 m	IEC 60076-10
Grado de protección	IP54	IEC 60529
Par de apriete terminal primario	22 ± 2 N·m	Especificación del fabricante
Par de apriete terminal secundario	18 ± 1 N·m	Especificación del fabricante

Niveles de ruido y vibración esperados

El SZW-10R, al utilizar núcleos de alta permeabilidad y encapsulado rígido en resina, presenta niveles de ruido extremadamente bajos. En condiciones normales de operación (100 % de carga, 50 Hz), el nivel sonoro no debe superar los 45 dB(A) medidos a 1 metro de distancia. Vibraciones superiores a 50 µm p-p pueden indicar aflojamiento del núcleo o resonancia mecánica, y deben investigarse mediante análisis espectral.