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Manual de Pruebas y Mantenimiento – Transformador de Corriente CT-35kV

1. Introducción al Programa de Mantenimiento

El transformador de corriente (TC) modelo CT-35kV, diseñado específicamente para operar en sistemas con tensión nominal de 33 kV dentro de una red clasificada como 35 kV (U_m = 36 kV según IEC 60038), es un componente crítico en subestaciones de distribución y transmisión primaria. Este equipo reduce las corrientes del sistema —que pueden alcanzar hasta 3150 A continuos o 40 kA simétricos durante fallas— a valores estandarizados (1 A o 5 A) para alimentar relés de protección, medidores de energía, registradores de eventos y sistemas SCADA. La fiabilidad del CT-35kV no solo afecta la precisión de la medición, sino también la selectividad y velocidad de los esquemas de protección diferencial, sobrecorriente y distancia.

Este manual establece un programa estructurado de pruebas y mantenimiento basado en las normas internacionales IEC 61869-1 (Requisitos generales) y IEC 61869-2 (Transformadores de instrumento inductivos), complementado con las prácticas recomendadas por IEEE C57.13, CFE L0000-13 y guías de CIGRE TB 723. El enfoque va más allá de la verificación funcional: se centra en la evaluación cuantitativa de parámetros que reflejan el estado del aislamiento, la integridad del núcleo magnético y la estabilidad térmica bajo condiciones de sobrecarga y falla.

El modelo CT-35kV presenta características técnicas distintivas que justifican un enfoque especializado:

• Aislamiento principal: Diseñado para soportar tensiones de corta duración de 95 kV (rms, 1 min) y tensiones de impulso tipo rayo de 170 kV (pico), conforme a IEC 60060-1.
• Factor de sobrecarga térmica (FS): Típicamente 1.2 continuo y 2.0 por 1 segundo, permitiendo operación segura durante picos de carga sin degradación prematura del aislamiento.
• Comportamiento bajo falla: Capaz de soportar corrientes de cortocircuito de hasta 40 kA durante 1 s sin daño mecánico ni pérdida de precisión post-falla, gracias a su diseño robusto de devanado primario rígido y núcleo laminado de acero silicio de baja pérdida.
• Clases de precisión: Disponible en clases 0.2S/0.5S para medición y 5P10/5P20 para protección, con factor límite de precisión (FLP) garantizado incluso bajo saturación parcial del núcleo.

El programa de mantenimiento se divide en dos categorías principales:

• Mantenimiento preventivo: Incluye inspecciones visuales periódicas, limpieza, verificación de conexiones y pruebas eléctricas programadas según intervalos definidos por la normativa y la experiencia operativa.
• Mantenimiento predictivo: Se enfoca en la interpretación de tendencias a partir de mediciones repetidas (por ejemplo, factor de potencia del aislamiento, resistencia de aislamiento, relación de transformación), permitiendo identificar degradación incipiente antes de que ocurra una falla catastrófica.

La frecuencia recomendada para las pruebas descritas en este documento es la siguiente:

• Inspección visual y limpieza: Anualmente o tras eventos ambientales severos (tormentas, contaminación salina, polvo conductor).
• Pruebas eléctricas básicas (relación, polaridad): Cada 3 a 5 años, o después de cualquier intervención mayor en el sistema de protección asociado.
• Pruebas de aislamiento (resistencia, factor de potencia/dieléctrico): Cada 2 a 4 años, especialmente en ambientes con alta humedad, contaminación o fluctuaciones térmicas significativas.

Es responsabilidad del personal técnico calificado seguir estrictamente los procedimientos de seguridad establecidos (bloqueo/etiquetado, descarga de capacitancias residuales, uso de EPP) antes de realizar cualquier prueba o inspección. Este manual cubre exclusivamente la primera mitad del ciclo completo de mantenimiento; la segunda parte incluirá diagnóstico avanzado, reparación, recertificación y gestión del final de vida útil.

2. Inspección Visual y Limpieza

La inspección visual es la primera línea de defensa en cualquier programa de mantenimiento. Muchas fallas en transformadores de corriente pueden rastrearse a defectos externos evidentes si se detectan a tiempo. Esta etapa debe realizarse con el equipo desenergizado y debidamente aislado.

2.1. Elementos a Inspeccionar

• Carcasa y aisladores: Verificar la presencia de grietas, fisuras, descargas superficiales (tracking), decoloración o pérdida de hidrofobicidad en aisladores compuestos. En aisladores de porcelana, buscar astillamientos o roturas mecánicas. El CT-35kV utiliza aisladores de silicona RTV con perfil largo (creepage distance ≥ 25 mm/kV) para ambientes contaminados (IV según IEC 60815).
• Conexiones terminales: Revisar tornillos, pernos y bornes tanto del lado primario como secundario. Buscar signos de corrosión, oxidación excesiva, aflojamiento o sobrecalentamiento (marcas de arco, decoloración térmica). El torque recomendado para terminales primarios M12 es 30 ± 3 N·m; para secundarios M6, 8 ± 1 N·m.
• Sellado y juntas: Confirmar que no existan fugas de aceite (en TCs tipo buchholz o rellenos con fluido dieléctrico) ni entrada de humedad. Las juntas deben estar intactas y sin deformaciones. El CT-35kV emplea empaques de EPDM resistentes a ozono y UV.
• Placa de características: Asegurar que la placa esté legible y contenga la información correcta (relación nominal, clase de precisión, tensión asignada, norma de fabricación, etc.).
• Estado del blindaje y puesta a tierra: Verificar la continuidad y buen estado de la conexión a tierra del núcleo y carcasa metálica, según lo exigido por la IEC 61869-2. La resistencia de tierra debe ser < 0.1 Ω.

2.2. Procedimiento de Limpieza

La acumulación de polvo, sal, hollín u otros contaminantes puede comprometer la rigidez dieléctrica superficial y provocar descargas parciales o flashovers. La limpieza debe realizarse con cuidado para no dañar el material aislante:

1. Utilizar aire seco comprimido (presión ≤ 3 bar) para eliminar partículas sueltas.
2. En caso de contaminación persistente, emplear paños de microfibra ligeramente humedecidos con agua destilada o solución neutra (pH 6–8). Evitar solventes agresivos (acetona, alcohol isopropílico concentrado) a menos que el fabricante los autorice explícitamente.
3. Para aisladores compuestos con pérdida de hidrofobicidad, considerar la aplicación de recubrimientos RTV (silicona de curado a temperatura ambiente) siguiendo las especificaciones del proveedor.
4. Permitir un tiempo de secado completo (mínimo 2 horas en ambiente seco) antes de reenergizar el equipo.

Todo hallazgo anómalo durante la inspección visual debe documentarse en el historial del activo y, si corresponde, elevarse a un nivel superior para análisis de riesgo y planificación de intervenciones correctivas.

3. Pruebas Eléctricas Periódicas

Las pruebas eléctricas periódicas permiten validar el correcto funcionamiento del TC desde el punto de vista metroológico y electromagnético. Estas pruebas son fundamentales para asegurar que el dispositivo cumple con su clase de precisión declarada y que no presenta desviaciones que puedan comprometer la operación de los relés de protección.

3.1. Prueba de Relación de Transformación (Turns Ratio)

Esta prueba verifica que la relación entre la corriente primaria y la corriente secundaria coincide con la nominal indicada en placa (por ejemplo, 1000/5 A). Según la IEC 61869-2, la desviación máxima permitida depende de la clase de precisión (0.2, 0.5, 1, 3P, 5P, etc.).

Procedimiento:

1. Aplicar una corriente alterna de baja magnitud (entre 10% y 100% de la corriente nominal secundaria) al devanado primario utilizando una fuente de corriente controlada.
2. Medir simultáneamente la corriente en el primario (I_p) y en el secundario (I_s) con instrumentos calibrados de clase 0.2 o mejor.
3. Calcular la relación real: R = I_p / I_s.
4. Comparar con la relación nominal (R_n). La desviación porcentual se calcula como: % error = [(R - Rn) / Rn] × 100.

Un error fuera de los límites de la clase de precisión puede indicar cortocircuitos inter-espiras en el devanado secundario, saturación prematura del núcleo o problemas en las conexiones internas.

3.2. Ensayo de Polaridad

La polaridad correcta es crítica en aplicaciones de protección diferencial y medición vectorial. Un error de polaridad puede causar disparos indebidos o lecturas erróneas.

Método de corriente continua (DC kick test):

1. Conectar brevemente una batería de 1.5–9 V al devanado primario, observando la convención de marcado (H1 a positivo, H2 a negativo).
2. Conectar un voltímetro DC sensible (o galvanómetro) al secundario (X1, X2).
3. Al cerrar el interruptor, la aguja del voltímetro debe desviarse en sentido positivo si la polaridad es aditiva (marcada como “punto” o “*” en ambos devanados).

Alternativamente, se puede usar un medidor de relación moderno que incluya verificación automática de polaridad mediante señales AC de baja frecuencia.

3.3. Prueba de Factor de Potencia del Aislamiento (Tan δ)

Esta prueba mide las pérdidas dieléctricas en el aislamiento principal (primario-tierra y primario-secundario). Un aumento progresivo del factor de potencia indica absorción de humedad, envejecimiento térmico o contaminación del aislamiento sólido o líquido.

Según la IEC 61869-1, el valor típico para TCs nuevos a 20°C debe estar por debajo de 0.5%. Valores superiores a 1.0% en servicio requieren investigación inmediata.

Procedimiento:

1. Realizar la prueba con un puente Schering o analizador de aislamiento de alta precisión.
2. Aplicar tensión AC de 10 kV (o según especificación del fabricante, usualmente 0.5 a 1.0 veces U_m/√3).
3. Registrar el valor de tan δ y la capacitancia asociada.
4. Corregir los resultados a temperatura de referencia (generalmente 20°C) usando factores de corrección estándar.

La comparación con valores históricos es más informativa que los límites absolutos. Una variación del 50% respecto al valor inicial suele ser motivo de alarma.

3.4. Curva de Excitación y Verificación de Saturación

Esta prueba es esencial para TCs de protección (clases P y PR). Evalúa la tensión secundaria necesaria para magnetizar el núcleo y determina el punto de saturación.

Procedimiento:

1. Dejar el primario abierto.
2. Aplicar tensión AC variable al secundario (X1-X2) mediante una fuente regulada.
3. Registrar la corriente de excitación (I_e) y la tensión secundaria (V_s).
4. Graficar V_s vs. I_e. El punto de rodilla (knee-point) se define como la tensión donde un incremento del 10% en V_s produce un incremento del 50% en I_e.

Para un CT-35kV clase 5P20, el punto de rodilla debe ser ≥ 20 × (I_n × Z_b), donde Z_b es la impedancia de carga nominal (típicamente 2.5 Ω o 5 Ω).

Parámetro	Especificación CT-35kV	Norma Referencia
Tensión asignada (Um)	36 kV	IEC 60038
Tensión de corta duración	95 kV rms, 1 min	IEC 60060-1
Tensión de impulso tipo rayo	170 kV pico	IEC 60060-1
Corriente térmica corta duración	40 kA, 1 s	IEC 61869-2
Factor de sobrecarga térmica	1.2 continuo / 2.0 (1 s)	IEC 61869-2
Clases disponibles	0.2S, 0.5S, 5P10, 5P20	IEC 61869-2

4. Pruebas de Aislamiento y Resistencia

Estas pruebas evalúan la integridad del aislamiento eléctrico del TC, tanto entre devanados como respecto a tierra. Son esenciales para prevenir fallas dieléctricas que podrían derivar en cortocircuitos fase-tierra o explosiones internas.

4.1. Resistencia de Aislamiento (Megger Test)

Se mide con un megóhmetro de 2500 V o 5000 V, dependiendo de la tensión asignada. Para un TC de 35 kV, se recomienda usar 5000 V.

Puntos de medición:

• Primario a tierra (con secundarios en cortocircuito y conectados a tierra).
• Secundario a tierra (con primario desconectado y aislado).
• Entre devanados secundarios (si aplica).

Los valores mínimos aceptables varían según el tipo de aislamiento, pero como regla general:

• Resistencia > 1000 MΩ: excelente condición.
• 100–1000 MΩ: condición aceptable, monitorear tendencias.
• < 100 MΩ: requiere investigación adicional (limpieza, secado, pruebas complementarias).

Es fundamental registrar la temperatura y humedad ambiental durante la prueba, ya que afectan significativamente los resultados. Se recomienda aplicar la prueba durante al menos 1 minuto y, si es posible, registrar los índices de polarización (PI = R_10min/R_1min) y de absorción dieléctrica (DAR = R_60s/R_30s).

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