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Manual de Pruebas y Mantenimiento
Transformador de Corriente LJ-2 – Sistema 10 kV (Clase 11 kV)

1. Introducción al Programa de Mantenimiento

El transformador de corriente (TC) modelo LJ-2 es un dispositivo crítico en sistemas eléctricos de media tensión, diseñado específicamente para operar en redes con tensión nominal de 10 kV y aislamiento clase 11 kV (tensión máxima de sistema Um = 12 kV según IEC 60038). Fabricado bajo los requisitos de la norma IEC 61869-2:2012, el LJ-2 emplea un núcleo toroidal de chapa magnética de grano orientado (GOES, espesor 0.3 mm) y encapsulamiento integral en resina epóxica autoreforzada con sílice coloidal, lo que le confiere una rigidez dieléctrica superior y resistencia a ambientes contaminados.

Sus especificaciones técnicas distintivas incluyen:

• Clases de precisión disponibles: 0.2S, 0.5, 1, 3P, 5P10, 5P20 (según aplicación en medición o protección).
• Factor térmico (FT): 1.2 continuo, 2.0 por 1 s (permite sobrecarga temporal sin deterioro del aislamiento).
• Factor de sobrecorriente (FS o ALF): Hasta 30×Inom para clases de protección (ej. 5P20 implica ALF = 20), verificable mediante curva de excitación.
• Tensión de prueba de aislamiento: 28 kVrms/1 min (prueba de frecuencia industrial) y 75 kV pico (impulso atmosférico 1.2/50 μs), conforme a IEC 61869-2, Tabla 102.
• Distancia de fuga mínima: 25 mm/kV (nivel de contaminación III según IEC 60815), equivalente a ≥250 mm para 10 kV.

De acuerdo con la norma internacional IEC 61869-2 y las guías técnicas de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) – Norma CFE N-002-SP-2021, el mantenimiento adecuado de los transformadores de corriente no solo asegura su correcto funcionamiento, sino que también previene fallas catastróficas que podrían comprometer la integridad del sistema eléctrico, la seguridad del personal y la continuidad del suministro energético.

Este manual establece un programa estructurado de pruebas y mantenimiento basado en buenas prácticas de la industria y en los requisitos técnicos de la normativa vigente. El objetivo es:

• Verificar periódicamente la integridad física y eléctrica del TC LJ-2, incluyendo el estado del núcleo magnético, devanados y aislamiento compuesto.
• Detectar tempranamente signos de deterioro del aislamiento (aumento de tan δ, descargas parciales) o desviaciones en las características de transformación (error de relación, pérdida de linealidad).
• Asegurar la trazabilidad y documentación de todas las intervenciones mediante registros cuantitativos y comparables con tendencias históricas.
• Prolongar la vida útil del equipo (esperada de 25–30 años) mediante inspecciones preventivas y correctivas oportunas, ajustadas al entorno operativo real.

El programa de mantenimiento se divide en dos categorías principales:

1. Mantenimiento preventivo: Inspecciones visuales, limpieza, pruebas no destructivas (relación, polaridad, tan δ, resistencia de aislamiento) y mediciones programadas según ciclos definidos (anual, bienal o quinquenal, dependiendo del entorno operativo).
2. Mantenimiento correctivo: Acciones realizadas tras la detección de anomalías (por ejemplo, error >1.5% en relación, tan δ >1.0%, marcas de arco) o tras eventos externos (sobretensiones, cortocircuitos, descargas atmosféricas).

La frecuencia recomendada para las pruebas completas en transformadores de corriente instalados en ambientes industriales o expuestos a contaminación moderada (nivel II–III según IEC 60815) es de cada 3 a 5 años. En entornos más agresivos (alta humedad relativa >80%, polvo conductor, salinidad costera, presencia de SO₂/H₂S), se recomienda reducir este intervalo a 1–2 años. Además, se debe realizar una prueba completa tras cualquier evento de falla en el sistema con corriente de cortocircuito ≥80% del valor nominal de ruptura del interruptor asociado.

2. Inspección Visual y Limpieza

La inspección visual es el primer paso en cualquier programa de mantenimiento. Permite identificar daños físicos, corrosión, grietas en el aislamiento compuesto o porcelana, y conexiones flojas. Esta etapa no requiere equipos especializados, pero sí un protocolo sistemático basado en la norma IEC 60060-1 para evaluación de aislamiento externo.

2.1. Checklist de Inspección Visual

• Carcaza y aislamiento: Verificar la ausencia de grietas, fisuras, decoloración térmica o rastros de arco eléctrico en el cuerpo del TC. En modelos con aislamiento de resina epoxi (típico del LJ-2), buscar burbujas, ampollas, separación entre capas o microfisuras superficiales. La superficie debe presentar un acabado liso y homogéneo, sin porosidad visible.
• Bornes primarios y secundarios: Inspeccionar oxidación, corrosión galvánica (especialmente si se usan aleaciones disímiles), marcas de sobrecalentamiento (color azulado o negro en terminales metálicos) y apriete mecánico adecuado. Los bornes del LJ-2 son de cobre electrolítico trefilado (conductividad ≥100% IACS) con roscas métricas M10 o M12.
• Placa de identificación: Confirmar que la placa esté legible y contenga los datos esenciales: relación nominal (ej. 400/5 A), clase de precisión (0.5, 1, 5P10, etc.), tensión máxima de sistema (Um = 12 kV), factor térmico (FT = 1.2), factor límite de precisión (FLP = 5P20), y norma de fabricación (IEC 61869-2). La placa debe estar fijada con remaches inoxidables y no presentar corrosión.
• Sello de seguridad: Si el TC está destinado a medición comercial, verificar la integridad del sello anti-fraude en los bornes secundarios. El sello debe coincidir con el número registrado en el sistema de gestión de activos de la distribuidora.
• Condiciones ambientales: Evaluar la presencia de humedad condensada, polvo acumulado (>0.5 mm), salpicaduras de aceite o productos químicos en la superficie del equipo. Medir la humedad relativa local; si supera el 85%, posponer pruebas dieléctricas.

2.2. Procedimiento de Limpieza

La acumulación de contaminantes en la superficie del aislamiento puede provocar fugas de corriente y reducir la rigidez dieléctrica. La limpieza debe realizarse con cuidado para no dañar el material aislante:

1. Utilizar aire seco comprimido (< 5 bar, punto de rocío ≤ -20 °C) para eliminar partículas sueltas sin generar abrasión.
2. En caso de suciedad adherida (grasa, sal, polvo carbonoso), emplear un paño suave ligeramente humedecido con agua destilada o alcohol isopropílico (máx. 70%). Nunca usar solventes agresivos como acetona, benceno o cloruros que puedan atacar la resina epóxica.
3. Secar completamente la superficie con aire caliente (≤50 °C) o dejar reposar 30 minutos en ambiente seco antes de reenergizar el equipo.
4. No rociar líquidos directamente sobre el TC; aplicar siempre sobre el paño para evitar penetración en juntas o microfisuras.

Después de la limpieza, se recomienda registrar fotografías del estado “antes” y “después” como parte del historial de mantenimiento, junto con la medición de la resistencia superficial (debe ser >1 GΩ con megóhmetro a 500 Vcc).

3. Pruebas Eléctricas Periódicas

Las pruebas eléctricas permiten evaluar el comportamiento funcional del TC bajo condiciones controladas. Deben realizarse con equipos calibrados (certificados ISO/IEC 17025) y siguiendo estrictamente los procedimientos de seguridad. Las tres pruebas fundamentales son: relación de transformación, polaridad y factor de potencia (tan δ). Para el LJ-2, se añaden pruebas complementarias de excitación y resistencia de aislamiento.

3.1. Prueba de Relación de Transformación (Ratio Test)

Esta prueba verifica que la relación entre la corriente primaria inyectada y la corriente secundaria medida coincida con la relación nominal del TC (por ejemplo, 400/5 A = 80:1). Según la IEC 61869-2, Sección 7.3, la desviación máxima permitida depende de la clase de precisión:

Procedimiento específico para LJ-2:

1. Conectar un generador de corriente alterna de baja tensión (típicamente 5–10 V) al devanado primario. Usar cables de sección mínima 10 mm² para minimizar caídas.
2. Inyectar corrientes conocidas en los puntos indicados en la tabla anterior (ej. 20 A, 80 A, 400 A para un 400/5 A) y medir simultáneamente la corriente en el secundario con un amperímetro de precisión clase 0.1 o pinza amperimétrica calibrada (incertidumbre ≤0.25%).
3. Calcular la relación real: \( K_{\text{real}} = \frac{I_{\text{primario}}}{I_{\text{secundario}}} \)
4. Comparar con la relación nominal. Registrar la desviación porcentual: \( \Delta K (\%) = \frac{K_{\text{real}} – K_{\text{nom}}}{K_{\text{nom}}} \times 100 \)
5. Para clases de protección (5P), repetir la prueba a 10× o 20× Inom para verificar el Factor Límite de Precisión (FLP).

Una desviación significativa (>1.5% en clase 1) puede indicar cortocircuitos inter-espiras en el devanado secundario, saturación prematura del núcleo magnético o desplazamiento físico del devanado. En tales casos, se debe complementar con la prueba de curva de excitación.

3.2. Prueba de Polaridad

La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento adecuado de relés de protección direccional y medidores de energía activa/reactiva. Un error en la polaridad puede causar disparos falsos o lecturas erróneas de hasta 200%.

El TC LJ-2 tiene marcada la polaridad con un punto (•) o la letra “P1” en el borne primario y “S1” en el borne secundario, conforme a la IEC 61869-2, Figura 101. La prueba se realiza mediante el método de impulso DC:

1. Conectar una batería de 1.5–9 V entre P1 (+) y P2 (–).
2. Conectar un voltímetro DC de alta impedancia (>10 MΩ) entre S1 y S2.
3. Al cerrar momentáneamente el circuito primario (duración <1 s), la aguja del voltímetro debe desviarse en sentido positivo.
4. Si la desviación es negativa, la polaridad está invertida; verificar conexión de cables o posible inversión interna del devanado (raro en LJ-2 por diseño).

Esta prueba debe realizarse durante la puesta en servicio, después de cualquier manipulación de los cables secundarios y como parte del mantenimiento preventivo anual. Es crítica en bancos de TCs conectados en delta o estrella.

3.3. Prueba de Factor de Potencia (Tan Delta)

El factor de disipación dieléctrica (tan δ) mide las pérdidas en el aislamiento del TC. Un aumento progresivo en tan δ indica deterioro del aislamiento (humedad, envejecimiento térmico, contaminación interna). Para el LJ-2, cuyo aislamiento es de resina epóxica reforzada, los valores típicos están entre 0.2% y 0.8% a 20 °C.

Según la IEC 61869-2, Sección 7.6, se recomienda realizar esta prueba a 10 kV (tensión de sistema) o al 10–15% de la tensión de prueba de impulso (7.5 kV para LJ-2). El procedimiento incluye:

1. Conectar el medidor de tan δ entre el devanado primario y tierra, con el secundario cortocircuitado y a tierra.
2. Aplicar tensión progresiva desde 0.5 kV hasta 10 kV en pasos de 1 kV, registrando tan δ y capacitancia a cada nivel.
3. Corregir los resultados a temperatura estándar (20 °C) usando factores de corrección según IEC 60270: \( \tan \delta_{20} = \tan \delta_T \cdot e^{-0.05(T – 20)} \)
4. Comparar con valores históricos del mismo equipo. Una variación >25% respecto al valor inicial merece investigación.

Criterios de aceptación para LJ-2:

• tan δ ≤ 0.8% a 10 kV y 20 °C: aceptable.
• 0.8% < tan δ ≤ 1.2%: monitorear trimestralmente.
• tan δ > 1.2%: investigar causa (humedad, descargas parciales) y considerar reemplazo.

Realizar la prueba en condiciones de humedad relativa <80% para evitar errores por condensación superficial. Si es inevitable, aplicar corrección por humedad según guía CFE N-002-SP-2021, Anexo D.

3.4. Curva de Excitación y Verificación del ALF

La curva de excitación (corriente de magnetización vs. tensión secundaria) es fundamental para verificar la integridad del núcleo y el Factor Límite de Precisión (ALF) en clases de protección (5P10, 5P20). Para el LJ-2, esta prueba es obligatoria tras eventos de cortocircuito o si la prueba de relación muestra desviaciones en altas corrientes.

Procedimiento:

1. Dejar el primario abierto. Conectar un variador de tensión (0–500 V) al secundario (S1–S2).
2. Incrementar la tensión en pasos de 10 V hasta alcanzar 1.5× la tensión nominal secundaria (ej. 120 V para 5 A nominal).
3. Registrar la corriente de excitación (Io) a cada paso con un amperímetro de precisión.
4. Graficar Io vs. Esec. La curva debe mostrar una rodilla clara; la tensión en la rodilla (Eknee) determina el ALF máximo.

Cálculo del ALF real:
\( \text{ALF}_{\text{real}} = \frac{E_{\text{knee}}}{I_n \cdot (R_{\text{burden}} + R_{\text{sec}})} \)
donde:
– \( I_n \) = corriente nominal secundaria (5 A)
– \( R_{\text{burden}} \) = resistencia de carga conectada (ej. 2.5 Ω para clase C)
– \( R_{\text{sec}} \) = resistencia del devanado secundario (típica del LJ-2: 0.15–0.30 Ω)

El ALF real debe ser ≥90% del valor nominal (ej. ≥18 para un 5P20). Una rodilla desplazada a la izquierda indica cortocircuitos inter-espiras o saturación prematura.

¿Cómo verificar la integridad del núcleo del LJ-2 tras una falla?

Tras un evento de cortocircuito o sobretensión, el núcleo del LJ-2 puede sufrir deformación mecánica, pérdida de permeabilidad o cortocircuitos en las chapas. La verificación incluye:

1. Inspección visual externa: Buscar abolladuras en la carcaza que indiquen impacto mecánico.
2. Prueba de resistencia óhmica del secundario: Medir con puente Kelvin. Un valor <90% del histórico sugiere cortocircuitos inter-espiras.
3. Curva de excitación: Comparar con curva de fábrica o histórica. Una disminución del 20% en Eknee indica daño en el núcleo.
4. Análisis de respuesta en frecuencia (FRA): Método avanzado que detecta desplazamientos mecánicos del núcleo mediante barrido de impedancia (1 kHz–1 MHz). Requiere equipo especializado.

Si se confirma daño en el núcleo, el TC debe reemplazarse; no es reparable en campo.

¿Qué torque de apriete se recomienda para los bornes del LJ-2?

El torque de apriete es crítico para garantizar baja resistencia de contacto y evitar puntos calientes. Para el LJ-2, con bornes de cobre M10/M12, se recomienda:

Usar llave dinamométrica calibrada. Aplicar compuesto antioxidante (ej. NO-OX-ID A-Special) en contactos de cobre antes del montaje en ambientes corrosivos.

¿Cuándo se debe reemplazar un TC LJ-2 por deterioro del aislamiento?

El reemplazo es necesario cuando se cumplen uno o más de los siguientes criterios:

• Resistencia de aislamiento <100 MΩ a 2500 Vcc (medida con megóhmetro).
• tan δ >1.2% a 10 kV y 20 °C, con tendencia creciente en tres mediciones consecutivas.
• Falla en la prueba de rigidez dieléctrica (descarga a <25 kV en prueba de 28 kV/1 min).
• Presencia confirmada de humedad interna (resistencia de aislamiento que mejora tras secado en horno).
• Daño físico irreversible en el encapsulado (grietas profundas, fracturas).

En sistemas críticos (subestaciones digitales, centros de datos), se recomienda reemplazo preventivo a los 25 años, incluso si las pruebas son satisfactorias.

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