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Manual de Pruebas y Mantenimiento
Transformador de Corriente ZW-10

Versión: 1.1
Tensión nominal del sistema: 10 kV (aislamiento para 11 kV)
Normativa de referencia: IEC 61869-1, IEC 61869-2, IEC 60270, IEEE C57.13, IEEE C57.13.2, buenas prácticas de mantenimiento predictivo

1. Introducción al Programa de Mantenimiento

El transformador de corriente (TC) modelo ZW-10 es un dispositivo crítico en sistemas de distribución eléctrica de media tensión (10 kV), diseñado específicamente para proporcionar señales de corriente escaladas con alta precisión a equipos de protección, medición y control. A diferencia de TCs genéricos, el ZW-10 incorpora un núcleo toroidal de aleación nanocristalina (Fe-Si-B-Cu-Nb) con baja pérdida magnética y alta permeabilidad, encapsulado en resina epoxi reforzada con sílice (SiO₂ ≥ 60%) para resistencia UV y térmica. Su clase de precisión estándar es 0.2S/5P20, lo que permite uso simultáneo en medición energética y protección diferencial.

Este manual establece un programa estructurado de pruebas y mantenimiento basado en las normas internacionales IEC 61869-2 (para TCs de instrumento) y complementado con IEEE C57.13.2 para procedimientos de campo. El objetivo principal es detectar de forma temprana cualquier degradación del aislamiento, desviaciones en la relación de transformación, saturación prematura del núcleo o fallas mecánicas que puedan comprometer su desempeño en aplicaciones críticas.

El mantenimiento del TC ZW-10 se clasifica en tres categorías:

1. Mantenimiento preventivo: inspecciones visuales periódicas, limpieza y verificación de conexiones.
2. Mantenimiento predictivo: pruebas eléctricas programadas (relación de transformación, polaridad, factor de potencia, resistencia de aislamiento, curva de excitación).
3. Mantenimiento correctivo: intervenciones posteriores a eventos anormales (sobretensiones, cortocircuitos, descargas atmosféricas).

La frecuencia recomendada para las pruebas periódicas se ajusta según el entorno operativo y la criticidad del sistema, tal como se resume en la siguiente tabla:

Prueba / Actividad	Condiciones Normales	Ambientes Agresivos*	Instalaciones Críticas**
Inspección visual y limpieza	Anual	Semestral	Trimestral
Pruebas de relación y polaridad	Cada 3 años	Cada 1–2 años	Anual
Factor de potencia (tan δ)	Cada 5 años	Cada 3 años	Cada 2 años
Resistencia de aislamiento	Cada 5 años	Cada 3 años	Cada 2 años
Curva de excitación (knee-point)	Post-falla o cada 7 años	Cada 5 años	Cada 3 años

*Ambientes agresivos: contaminación salina (clase III/IV IEC 60815), polvo conductivo, humedad relativa >80%, presencia de gases corrosivos.
**Instalaciones críticas: hospitales, centros de datos, plantas petroquímicas, subestaciones de transmisión.

2. Inspección Visual y Limpieza

La inspección visual es la primera línea de defensa en cualquier programa de mantenimiento. Debe realizarse con el equipo desenergizado y debidamente puesto a tierra, siguiendo estrictamente los procedimientos de seguridad (bloqueo/etiquetado – LOTO). El ZW-10, al estar encapsulado en resina epoxi, no requiere sellado contra fugas, pero su integridad superficial es crítica para mantener la rigidez dieléctrica externa.

2.1. Elementos a inspeccionar

• Carcasa y aisladores: Verificar la ausencia de grietas, fisuras, descascarillado o marcas de arco eléctrico. Los aisladores compuestos deben presentar una superficie lisa sin microfisuras (>0.1 mm detectables con lupa 10x). La resina epoxi del ZW-10 contiene aditivos hidrofóbicos; la pérdida de brillo o aparición de manchas blancas indica degradación UV avanzada.
• Bornes primarios y secundarios: Comprobar oxidación, corrosión, holgura mecánica o signos de calentamiento (decapado del metal, decoloración del aislante). Los bornes son de cobre electrolítico trefilado (conductividad ≥ 100% IACS) con niquelado duro (5–8 µm). Cualquier corrosión verde (verdigrís) sugiere exposición a amoníaco o sulfuros.
• Placa de características: Asegurar que sea legible y coincida con los datos del sistema. La placa debe incluir: relación nominal (ej. 600/5 A), clase de precisión (0.2S para medición, 5P20 para protección), factor de sobrecorriente (FS = 5), tensión de aislamiento (12/28/75 kV BIL), y código de trazabilidad del fabricante.
• Sellado y juntas: Aunque el ZW-10 es tipo seco, posee orificios de ventilación sellados con membranas GORE-TEX®. Revisar obstrucción por polvo o deformación térmica.
• Conexión a tierra: Confirmar continuidad y buen contacto del borne de tierra del TC (M8 rosca métrica) con la malla de puesta a tierra. La resistencia de contacto debe ser <10 mΩ.

2.2. Procedimiento de limpieza

La limpieza debe realizarse únicamente con el equipo fuera de servicio y bajo normas de seguridad eléctrica:

1. Utilizar aire seco comprimido (presión ≤ 3 bar, punto de rocío ≤ -40°C) para eliminar polvo suelto de aisladores y bornes.
2. En caso de contaminación grasa o salina, emplear un paño humedecido con agua destilada o una solución suave de detergente neutro (pH 6–8). Nunca usar solventes agresivos (acetona, benceno, tricloroetileno) que puedan dañar materiales poliméricos o pinturas.
3. Secar completamente todas las superficies antes de reenergizar. La humedad residual puede provocar descargas parciales o reducir la rigidez dieléctrica. Se recomienda uso de lámpara infrarroja (≤ 60°C) durante 15 minutos.
4. Verificar que no queden fibras ni residuos en los bornes secundarios, ya que podrían causar cortocircuitos inadvertidos. Usar hisopos de espuma no abrasiva para limpieza final.

Registrar en el historial de mantenimiento cualquier anomalía observada, incluso si no requiere acción inmediata. Las tendencias visuales (por ejemplo, progresión de manchas de humedad) son indicadores valiosos de deterioro incipiente.

3. Pruebas Eléctricas Periódicas

Las pruebas eléctricas permiten evaluar el estado interno del TC sin desmontarlo. Deben realizarse con instrumentos calibrados (certificado ISO/IEC 17025 vigente) y por personal capacitado. Todas las pruebas secundarias requieren que el devanado primario esté desconectado y puesto a tierra. El circuito secundario debe cortocircuitarse antes de desconectar cualquier carga.

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

Esta prueba verifica que la relación entre la corriente primaria y secundaria coincida con la nominal (por ejemplo, 400/5 A). El ZW-10 utiliza un núcleo toroidal con tolerancia de relación ±0.1% en clase 0.2S. Se realiza inyectando una corriente alterna conocida (generalmente entre 10% y 100% de la corriente nominal secundaria) en el devanado secundario y midiendo la tensión inducida en el primario, o viceversa.

Procedimiento recomendado (método de voltaje inducido):

1. Cortocircuitar todos los devanados secundarios no utilizados mediante puente de cobre flexible.
2. Inyectar una tensión baja (≤ 120 V AC, 50/60 Hz) en el devanado primario usando fuente regulada.
3. Medir la tensión inducida en el devanado secundario bajo prueba con voltímetro de precisión (clase 0.1).
4. Calcular la relación medida: \( R_{\text{med}} = \frac{V_{\text{prim}}}{V_{\text{sec}}} \).
5. Comparar con la relación nominal \( R_{\text{nom}} \).

Según IEC 61869-2, la desviación máxima permitida depende de la clase de precisión:

• Clase 0.2S: ±0.2%
• Clase 0.5: ±0.5%
• Clase 5P20: ±1.0% (bajo condiciones de falla)

Ejemplo de cálculo: Para un ZW-10 600/5 A, se inyectan 100 V en primario. La tensión esperada en secundario es \( V_{\text{sec}} = \frac{100}{120} = 0.833 \, \text{V} \). Si se mide 0.829 V, la desviación es \( \frac{0.833 – 0.829}{0.833} \times 100 = 0.48\% \), aceptable para clase 0.5 pero fuera de límite para 0.2S.

¿Qué indica una desviación significativa en la relación de transformación?

Una desviación >1% en un TC ZW-10 suele indicar:

• Cortocircuito interespacial en el devanado secundario (detectable también por aumento en resistencia óhmica).
• Saturación prematura del núcleo debido a armónicos o corrientes DC.
• Daño mecánico en el núcleo (golpes durante transporte o instalación).

En tales casos, se debe realizar una curva de excitación para confirmar la integridad del núcleo.

3.2. Verificación de Polaridad

La polaridad correcta es crítica para el funcionamiento coordinado de relés de protección. El TC ZW-10 utiliza marcación estándar IEC: el borne primario P1 y el borne secundario S1 son del mismo instante de polaridad (“punto” o “*”).

Método de prueba (DC kick test):

1. Conectar una batería de 1.5–9 V entre P1 (+) y P2 (–).
2. Conectar un voltímetro DC entre S1 (+) y S2 (–).
3. Al cerrar momentáneamente el circuito primario, la aguja del voltímetro debe desviarse en sentido positivo.

Una desviación negativa indica inversión de polaridad. Esto debe corregirse inmediatamente, ya que puede causar malfuncionamiento de protecciones diferenciales o direccionales. En sistemas con múltiples TCs (ej. banco trifásico), una sola inversión puede generar corrientes de desbalance >10%.

¿Por qué falla la polaridad en un TC nuevo como el ZW-10?

Aunque raro, errores de marcación pueden ocurrir durante ensamblaje. Más comúnmente, la inversión se debe a:

• Conexión errónea en campo (S1 conectado a tierra en lugar de al relé).
• Uso de cables de prueba cruzados durante comisionamiento.
• Reemplazo incorrecto tras mantenimiento.

Se recomienda verificar polaridad tras cualquier intervención en el circuito secundario.

3.3. Medición del Factor de Potencia (Dissipation Factor – tan δ)

El factor de potencia del aislamiento refleja las pérdidas dieléctricas en el material aislante (resina epoxi reforzada con sílice en el caso del ZW-10). Un aumento progresivo de tan δ indica absorción de humedad, envejecimiento térmico o contaminación interna.

Condiciones de prueba (según IEEE C57.13.2):

• Tensión de prueba: 10 kV (valor eficaz), frecuencia 50/60 Hz.
• Temperatura ambiente registrada (los valores de tan δ son sensibles a la temperatura; corregir a 20°C usando factor 1.5× por cada 10°C de diferencia).
• Medición entre primario y tierra, y entre primario y secundario (con todos los secundarios cortocircuitados y a tierra).

Valores típicos aceptables para TCs de resina epoxi a 20°C:

• tan δ < 0.3%: excelente condición (nuevo o bien mantenido).
• 0.3% ≤ tan δ ≤ 0.7%: condición aceptable, monitorear tendencia.
• tan δ > 1.0%: requiere investigación adicional (posible humedad o degradación).

Es fundamental comparar los resultados con mediciones históricas del mismo equipo. Un incremento del 50% respecto al valor inicial suele ser motivo de alerta, incluso si el valor absoluto sigue dentro del rango “aceptable”.

¿Cómo interpretar un aumento repentino en el factor de potencia?

Un salto de tan δ de 0.4% a 1.2% en menos de un año sugiere:

• Infiltración de humedad por microfisuras en la resina (común tras ciclos térmicos extremos).
• Contaminación iónica en la superficie interna (debido a degradación de componentes durante fabricación).
• Presencia de burbujas de aire atrapadas durante el moldeo (defecto de fábrica).

En estos casos, se debe complementar con prueba de descargas parciales (IEC 60270). Niveles >20 pC a 10 kV indican riesgo inminente de falla dieléctrica.

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