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Manual de Pruebas y Mantenimiento – Transformador de Corriente LZZW-35

Tensión asignada del sistema: 10 kV (tensión máxima permanente: 11 kV)
Normativa de referencia: IEC 61869-1:2022, IEC 61869-2:2022, IEC 60270:2018, IEEE C57.13-2016, y guías técnicas de mantenimiento predictivo para subestaciones eléctricas según EPRI TR-102353.

1. Introducción al Programa de Mantenimiento

El transformador de corriente (TC) modelo LZZW-35 es un dispositivo de instrumento diseñado específicamente para sistemas de distribución con tensión nominal de 10 kV (máxima 11 kV). Su construcción monolítica en resina epóxica reforzada con sílice coloidal le confiere alta resistencia mecánica, excelente comportamiento frente a descargas parciales y estabilidad térmica en ambientes exigentes. El núcleo magnético está fabricado con chapa de acero silicio de grano orientado (M-6 o equivalente), optimizado para minimizar pérdidas por histéresis y corrientes parásitas, lo que garantiza una clase de precisión estable incluso bajo condiciones de sobrecarga transitoria.

Este TC se suministra típicamente con relaciones de transformación como 100/5 A, 200/5 A, 400/5 A o 600/5 A, y clases de precisión combinadas para protección y medición (por ejemplo, 0.5/5P10 o 0.2S/5P20). La designación «LZZW» indica su configuración tipo barra pasante (sin devanado primario enrollado, sino una abertura central para conductor primario), carcasa exterior compuesta de resina epóxica autosoportante y terminales secundarios accesibles desde la base. Estas características únicas influyen directamente en los procedimientos de ensayo y mantenimiento: el diseño sin devanado primario elimina riesgos de cortocircuitos internos en el primario, pero exige verificación rigurosa de la integridad del núcleo y del aislamiento entre el conductor primario y el devanado secundario.

La confiabilidad operativa del LZZW-35 depende críticamente de la calidad del encapsulado epóxico, la pureza del núcleo magnético y la ausencia de humedad residual en el interior. Por ello, un programa estructurado de ensayos y mantenimiento —alineado con los principios de mantenimiento basado en condición (CBM)— es esencial para asegurar su funcionamiento preciso durante su vida útil proyectada de 25–30 años.

Este manual se ajusta estrictamente a las normas internacionales IEC 61869-1 y -2, que definen los requisitos generales y particulares para transformadores de instrumento, incluyendo definiciones de “tensión asignada”, “factor de sobrecarga térmica” (FSCT = 1.2 continuo, 2.0 por 1 s), y tolerancias de error compuesto. Además, incorpora recomendaciones del IEEE C57.13 sobre ensayos de relación y polaridad, así como metodologías de diagnóstico avanzado respaldadas por estudios de CIGRE TB 820 (2023).

El programa propuesto combina inspecciones visuales periódicas, limpieza preventiva y ensayos eléctricos no destructivos. Se recomienda la siguiente frecuencia, ajustable según el entorno operativo:

• Inspección visual y limpieza: Anualmente, o inmediatamente tras eventos ambientales severos (contaminación salina > 0.1 mg/cm², polvo industrial, tormentas con rayos cercanos).
• Ensayos eléctricos básicos (relación, polaridad): Cada 3 a 5 años, o tras cualquier modificación en el sistema de protección o medición asociado.
• Ensayos avanzados (descargas parciales, factor de potencia, índice de polarización): Cada 5 a 7 años, o cuando los datos históricos muestren tendencias de degradación (ej.: aumento del 20% en descargas parciales).

Nota: En zonas costeras (clase de contaminación III/IV según IEC 60815) o industriales con SO₂ > 50 µg/m³, se recomienda reducir los intervalos de inspección y ensayo en un 40%. Asimismo, si el TC opera continuamente con corrientes superiores al 80% de su valor asignado, se debe incrementar la frecuencia de termografía infrarroja a semestral.

2. Inspección Visual y Limpieza

La inspección visual es la primera línea de defensa en el programa de mantenimiento. Debe realizarse con el equipo desenergizado, puesto a tierra mediante conexión temporal de baja impedancia (< 0.1 Ω), y cumpliendo con los protocolos de seguridad (permiso de trabajo en caliente, bloqueo/etiquetado, EPP: casco, guantes dieléctricos Clase 00, gafas de protección).

2.1. Elementos a inspeccionar

1. Carcasa y aislamiento externo: El LZZW-35 utiliza resina epóxica autosoportante con perfil aerodinámico para minimizar la acumulación de contaminantes. Verificar ausencia de grietas radiales (> 0.5 mm), fisuras superficiales, decoloración térmica (indicativa de > 120 °C localizados), marcas de arco (tracking) o depósitos conductores. La rugosidad superficial debe ser uniforme; cualquier pérdida de hidrofobicidad sugiere envejecimiento UV.
2. Terminales primarios y secundarios: Los terminales primarios consisten en la abertura central (diámetro típico: 35 mm); verificar que no haya deformaciones ni rebabas metálicas. Los terminales secundarios son bornes roscados M6 o M8 en bloque cerámico; comprobar ausencia de corrosión galvánica (especialmente si conectado a cobre/aluminio), oxidación excesiva o aflojamiento. El torque nominal de apriete es 15 N·m ±10% (ver Tabla 1).
3. Sellado y empaques: Evaluar la integridad del sello perimetral entre la base metálica y la resina. La presencia de humedad interna se detecta mediante cambio de color en indicadores de humedad (si están instalados) o mediante condensación visible en la interfaz.
4. Placa de características: Confirmar legibilidad completa. Debe incluir: relación de transformación, clase de precisión (ej.: 0.2S para medición, 5P10 para protección), tensión asignada (11 kV), frecuencia (50/60 Hz), carga nominal secundaria (ej.: 15 VA), factor de sobrecarga térmica (FSCT = 1.2), y norma aplicable (IEC 61869-2).
5. Conexiones a tierra: Verificar continuidad de la conexión a tierra del chasis con resistencia < 1 Ω (medida con telurómetro de cuatro hilos).

Tabla 1: Torque de apriete recomendado para terminales del LZZW-35

Tipo de terminal	Rosca	Torque nominal (N·m)	Herramienta recomendada
Secundario	M6	8 ± 0.8	Llave dinamométrica digital
Secundario	M8	15 ± 1.5	Llave dinamométrica digital
Conexión a tierra	M10	25 ± 2.5	Llave dinamométrica digital

2.2. Procedimiento de limpieza

La limpieza debe realizarse con materiales no abrasivos y agentes compatibles con la resina epóxica:

• Contaminación ligera (polvo, polen): Usar aire comprimido seco (< 5 bar) seguido de paño de microfibra seco.
• Contaminación moderada (grasa, salinidad): Aplicar toallas húmedas con alcohol isopropílico al 70%, frotando suavemente en dirección longitudinal del perfil. Nunca usar acetona, cloroformo o disolventes aromáticos, que atacan la resina.
• Contaminación severa (ceniza volcánica, lodo industrial): Lavar con agua desionizada a baja presión (< 2 bar), seguido de enjuague completo y secado forzado con aire caliente (≤ 60 °C).

Nunca utilizar chorros de agua a alta presión ni cepillos metálicos. Tras la limpieza, el equipo debe secarse completamente (humedad superficial < 5%) antes de energizar. Se recomienda realizar una prueba de resistencia de aislamiento (Sección 4.1) como verificación post-limpieza.

3. Ensayos Eléctricos Periódicos

Estos ensayos evalúan el estado funcional del TC y deben realizarse con equipos calibrados trazables a estándares nacionales (ej.: NIST, PTB), por personal certificado en ensayos de alta tensión. Todos los ensayos se efectúan con el TC desconectado del sistema, devanados secundarios cortocircuitados y puestos a tierra durante la preparación.

3.1. Ensayo de Relación de Transformación (Turns Ratio Test)

Este ensayo verifica que la relación entre corriente primaria inyectada y corriente secundaria medida coincida con la relación nominal (ej.: 400/5 A = 80:1). El LZZW-35, al carecer de devanado primario enrollado, requiere el uso de un lazo primario auxiliar o pinza amperimétrica calibrada.

Procedimiento (según IEEE C57.13):

1. Conectar una fuente de corriente alterna regulada (5–10 Vrms, 50/60 Hz) a un lazo primario de 1 vuelta que atraviese el orificio central.
2. Medir corriente primaria (I_p) con amperímetro de precisión clase 0.1 y corriente secundaria (I_s) con amperímetro clase 0.2.
3. Calcular relación real: R_real = I_p / I_s.
4. Comparar con relación nominal (R_nom). La desviación aceptable según IEC 61869-2 es:
   • ±0.3% para clase 0.2S
   • ±0.5% para clase 0.5
   • ±1.0% para clase 5P

Tabla 2: Comparación de valores nominales vs. medidos – Ensayo de relación

Relación nominal	Ip inyectada (A)	Is medida (A)	Rreal	Desviación (%)	Tolerancia IEC	Resultado
400/5	4.00	0.0502	79.68	-0.40%	±0.5%	Aceptable
400/5	4.00	0.0490	81.63	+2.04%	±0.5%	Falla – Requiere investigación

Una desviación significativa puede indicar cortocircuitos entre espiras en el devanado secundario (detectable también mediante ensayo de excitación), saturación prematura del núcleo por armónicos, o errores en la conexión del lazo primario.

3.2. Ensayo de Polaridad

La polaridad correcta es crítica para sistemas de protección diferencial. El LZZW-35 es un TC de tipo “reducción”: los terminales marcados “P1” (entrada de corriente primaria) y “S1” (salida secundaria) deben tener la misma polaridad instantánea.

Método de ensayo (DC kick test – IEC 61869-2, Anexo B):

1. Conectar batería de 9 V entre P1 (+) y P2 (–) del primario (usando lazo de 1 vuelta).
2. Conectar voltímetro DC de alta impedancia entre S1 (+) y S2 (–) del secundario.
3. Al cerrar momentáneamente el circuito primario, la aguja del voltímetro debe desviarse positivamente.

Si la desviación es negativa, la polaridad está invertida. Esto requiere corrección inmediata en las conexiones secundarias o en la identificación de bornes. Nota: Este ensayo no es aplicable si el TC tiene múltiples devanados secundarios con polaridades independientes; en ese caso, se debe verificar cada uno individualmente.

3.3. Ensayo de Factor de Potencia (Tangente Delta) del Aislamiento

Este ensayo evalúa la calidad dieléctrica del aislamiento principal (entre conductor primario y tierra) y es sensible a humedad, contaminación iónica o envejecimiento térmico de la resina epóxica.

Procedimiento (según IEC 60270 y IEEE 43):

1. Utilizar analizador de factor de potencia (ej.: Doble puente Schering automatizado).
2. Aplicar tensión AC de 10 kV rms entre el conductor primario (simulado con electrodo interno) y tierra, con todos los devanados secundarios cortocircuitados y conectados a tierra.
3. Medir el ángulo de pérdida dieléctrica (δ) y calcular tan δ = PF.
4. Corregir el valor a 20°C usando factores de corrección estándar (ej.: multiplicar por 1.5 si medido a 30°C).

Valores típicos aceptables para TCs de 11 kV con aislamiento epóxico:

• Nuevo o en excelente estado: tan δ < 0.3% a 20°C
• Aceptable en servicio: tan δ < 0.8%
• Alerta temprana: tan δ = 0.8–1.2% (requiere monitoreo trimestral)
• Alerta crítica: tan δ > 1.2% (investigación inmediata y posible reemplazo)

Un aumento progresivo en tan δ (> 0.1%/año) indica degradación activa del aislamiento y justifica la realización de ensayos complementarios de descargas parciales.

3.4. Ensayo de Descargas Parciales (PD)

Este ensayo detecta descargas eléctricas localizadas dentro del aislamiento sólido, causadas por burbujas de aire, inclusiones o microfisuras en la resina epóxica. Es especialmente relevante para el LZZW-35 debido a su proceso de vacío-presión durante la fabricación.

Procedimiento (según IEC 60270):

1. Conectar el TC a un circuito de ensayo de PD con acoplador capacitivo (500–1000 pF).
2. Aplicar tensión progresiva desde 0 hasta 1.2 × U_m = 13.2 kV.
3. Medir la magnitud de descargas (en picocoulombs, pC) y nivel de inception/extinción.

Tabla 3: Niveles de descargas parciales aceptables – LZZW-35

Tensión de ensayo	Límite máximo (pC)	Condición
1.2 × Um = 13.2 kV	< 10 pC	Nuevo o en excelente estado
1.2 × Um = 13.2 kV	10–20 pC	Aceptable en servicio
1.2 × Um = 13.2 kV	> 20 pC	Falla inminente – Reemplazar

Descargas > 20 pC a 13.2 kV indican defectos internos irreversibles. Este ensayo debe combinarse con termografía y análisis de gases disueltos (si el TC tuviera aceite, aunque el LZZW-35 es seco).

4. Ensayos de Aislamiento y Resistencia

4.1. Resistencia de Aislamiento (Ensayo de Megger)

Este ensayo mide la resistencia óhmica del aislamiento entre devanados y tierra. Se realiza con megóhmetro de 2.5 kV DC (para sistemas de 11 kV), aplicando la tensión durante 1 minuto.

Puntos de medición:

• Primario (electrodo interno) a tierra (con secundarios cortocircuitados y a tierra)
• Secundario a tierra (con primario a tierra)
• Entre devanados secundarios (si hay más de uno, ej.: medición/protección)

Criterios de aceptación (valores mínimos a 25°C):

• Primario a tierra: ≥ 1000 MΩ
• Secundario a tierra: ≥ 100 MΩ
• Entre secundarios: ≥ 500 MΩ

Valores bajos indican humedad superficial o volumétrica. Si R < 500 MΩ en primario-tierra, se debe realizar el ensayo de índice de polarización.

4.2. Ensayo de Índice de Polarización (PI)

El índice de polarización se define como PI = R_10min / R_1min, medido con megóhmetro de 2.5 kV DC.

• PI ≥ 2.0: Aislamiento seco y en buen estado
• 1.0 ≤ PI < 2.0: Condición dudosa; repetir ensayo tras limpieza y secado
• PI < 1.0: Aislamiento húmedo o contaminado; requiere secado térmico controlado

Para el LZZW-35, un PI < 1.5 en condiciones ambientales normales (HR < 70%) indica penetración de humedad en la interfaz resina-metal, lo que puede preceder a descargas parciales.

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