En la infraestructura global de redes eléctricas, el funcionamiento estable de los transformadores es fundamental para la seguridad eléctrica. La prueba de aumento de temperatura es un método de evaluación clave que influye directamente en la fiabilidad y la vida útil del sistema de aislamiento del transformador. Este artículo detalla los principios de la prueba, los puntos clave de su ejecución y cómo proporciona información valiosa sobre el rendimiento del aislamiento.

 

 

Contenido

 

1. Principios básicos y propósito de la prueba de aumento de temperatura

Degradación térmica de los materiales aislantes Es una de las principales causas de fallas en los transformadores. Las altas temperaturas aceleran el proceso de descomposición química de los materiales aislantes (como el aceite aislante y el aislamiento sólido de celulosa en los sistemas compuestos de aceite y papel), lo que provoca una fuerte disminución de su resistencia eléctrica y mecánica, causando finalmente fallas en el aislamiento o incluso fallas catastróficas.

La prueba de aumento de temperatura Simula el funcionamiento de un transformador bajo carga nominal o condiciones de sobrecarga específicas, midiendo el aumento de temperatura en puntos críticos cuando alcanzan un estado térmico estable. Sus principales objetivos son verificar:

● Si los aumentos de temperatura medidos cumplen con las expectativas de diseño y los límites de las normas internacionales:

Garantizar que, durante el funcionamiento a largo plazo según la clasificación establecida, la temperatura del punto más caliente interno no supere el límite de resistencia de la clase de material aislante utilizado.

● La eficacia del sistema de refrigeración:

Verificar si el diseño y el rendimiento de los dispositivos de refrigeración (como radiadores, ventiladores y bombas de aceite) cumplen con los requisitos de disipación de calor.

● Detección de defectos estructurales: 

Permite detectar puntos calientes locales anómalos, que a menudo indican posibles problemas de aislamiento, como deformaciones en el bobinado, contactos deficientes, pérdidas parásitas excesivas o conductos de refrigeración bloqueados.

 

2. Pasos clave y métodos de medición para la prueba de aumento de temperatura

Las pruebas se realizan normalmente en plantas de fabricación o laboratorios independientes, siguiendo estrictamente los procedimientos y las condiciones ambientales (por ejemplo, estabilidad de la temperatura ambiente) estipuladas por las normas internacionales como IEC 60076-2 / IEEE C57.12.90 / ANSI C57.12.90.

● Registro del estado inicial: 

Mida y registre las temperaturas de todos los puntos de prueba.(bobinados, aceite superior, aceite inferior, núcleo, partes estructurales, etc.) y la temperatura ambiente antes de comenzar la prueba.

● Aplicación de carga y monitorización de la temperatura:
Aplicar una pérdida de potencia equivalente a la corriente nominal o a la carga especificada (principalmente sinuoso I²Pérdidas de cobre R y pérdidas en el núcleo) utilizando el método de cortocircuito (más común) o método de carga (directMétodo).
● Supervise y registre continuamente los cambios de temperatura en todos los puntos clave. Los métodos de medición son cruciales:
-Método de resistencia de bobinado (el más preciso): 

Calcular el aumento de temperatura promedio midiendo la resistencia de CC de los devanados en estado frío (antes de la prueba) y caliente (inmediatamente después de la desenergización), utilizando la relación lineal entre resistencia y temperatura. Fórmula:
∆θ_w = (R_h - R_c) / R_c * (T + k)

Lugar:
∆θ_w = Aumento de la temperatura del bobinado (°C o °F)
R_h = Resistencia del devanado en caliente medida inmediatamente después de la desenergización (Ω)
R_c = Resistencia del bobinado en estado frío al inicio de la prueba (Ω)
T = Constante (234.5 para el cobre, 225 para el aluminio, unidad °C; ajustar según corresponda a °F)
k = Temperatura del medio de enfriamiento al finalizar la prueba (°C o °F)

-Medición de la temperatura del aceite superior: 

Utilice sensores sumergidos en el aceite superficial (por ejemplo, resistencias de platino Pt100).

-Estimación de la temperatura del punto caliente Estimación de la temperatura:

La medición directa es extremadamente difícil; las normas (por ejemplo, IEC 60076-7) la estiman sumando un gradiente calculado de "punto caliente a aceite superior" basado en la corriente de carga y los parámetros de diseño a la temperatura del aceite superior.

-Termografía infrarroja (auxiliar):

 Se utiliza para escanear componentes externos como depósitos, radiadores y casquillos para ayudar a identificar anomalías de sobrecalentamiento localizadas.

● Lograr la estabilidad térmica: 

Mantenga la carga aplicada hasta que los cambios de temperatura en todos los puntos medidos no superen un valor especificado (por ejemplo, 1-2 °C/hora) durante horas consecutivas (normalmente 3-4 horas).

● Mediciones y cálculos finales:
— Registre las temperaturas finales estabilizadas en el momento de la medición.  puntos y temperatura ambiente final.
— Calcular el aumento de temperatura:
∆θ=θ_final -θ_ambient_final

Lugar:

•∆θ = Aumento de la temperatura medida en un punto (°C o °F)

•θ_final = Temperatura final estabilizada del punto medido (°C o °F)

•θ_ambient_final = Temperatura ambiente final (°C o °F)

•En el caso de los devanados, el aumento medio de temperatura se suele calcular mediante el método de resistencia.

 

3. Análisis de datos y juicio de calificación del rendimiento del aislamiento

El criterio fundamental para evaluar la calificación del rendimiento del aislamiento es si los aumentos de temperatura medidos (especialmente el aumento promedio del bobinado y el aumento estimado del punto caliente) están por debajo de los límites máximos permitidos especificados para la clase térmica del material aislante. Normas comoIEC-60076 2 establecer regulaciones claras.

Sistema de aislamiento térmico	Temperatura máxima admisible en el punto caliente (°C)	Límite típico de aumento de temperatura promedio en el bobinado (método de resistencia, °C)	Límite de aumento de temperatura del aceite superior (°C)	Materiales de ejemplo
A (105)	105 (120 a corto plazo)	60 (ONAN) / 65 (OFAF)	55 (ONAN) / 60 (OFAF)	Papel impregnado, hilo de algodón
E (120)	120	75	65	Materiales impregnados con resina sintética
B (130)	130 (140 a corto plazo)	80 (ONAN) / 85 (OFAF)	65 (ONAN) / 70 (OFAF)	Mica, fibra de vidrio, resina
F (155)	155 (175 a corto plazo)	100 (ONAN) / 115 (OFAF)	70 (ONAN) / 80 (OFAF)	Resinas de alto rendimiento, mica, fibra de vidrio
H (180)	180 (220 a corto plazo)	125 (ONAN) / 140 (OFAF)	No se especifica	Materiales orgánicos de silicona, mica

Tabla 1: Clases térmicas comunes de sistemas de aislamiento y sus límites de temperatura (basado en el resumen de IEC 60076-2/IEEE C57.12.00)

Lógica de calificación:

● Compatibilidad con la clase de aislamiento:

 El aumento de temperatura medido debe ser inferior al límite correspondiente a la clase térmica de aislamiento declarada del transformador. Por ejemplo, un transformador de clase 'F' no debe superar los 100 °C de aumento promedio de temperatura en el devanado (método de resistencia, refrigeración ONAN), con una temperatura estimada del punto caliente que no supere los 155 °C.
● Sin sobrecalentamiento localizado: 

El aumento de temperatura de todos los componentes (núcleo, partes estructurales, superficie del tanque) debe mantenerse dentro de rangos razonables, sin puntos calientes localizados que presenten temperaturas significativamente superiores a las de partes similares. El calentamiento localizado anormal suele ser una señal de alerta temprana de una posible falla del aislamiento, lo que provoca una degradación térmica local acelerada.
● Cumplimiento de normas específicas: 

Los resultados deben satisfacer de forma integral todas las cláusulas relevantes sobre el aumento de temperatura establecidas en las normas internacionales/nacionales acordadas contractualmente (IEC, IEEE, ANSI, etc.).

 

¿Por qué los límites de aumento de temperatura son un factor determinante para evaluar el rendimiento del aislamiento?

•Modelo de vida material (ecuación de Arrhenius):

La tasa de envejecimiento del material aislante sigue aproximadamente la ley de Arrhenius: se duplica aproximadamente por cada aumento de 6 a 10 °C (según el material), reduciendo su vida útil a la mitad. La prueba verifica que la temperatura del punto más caliente interno se mantenga dentro del rango seguro para un funcionamiento prolongado bajo carga completa continua, evitando así fallas prematuras debidas al envejecimiento acelerado por estrés térmico.

•Deterioro del aceite aislante:

Una temperatura excesiva del aceite acelera la oxidación, produciendo ácidos y lodos. Los ácidos corroen el aislamiento sólido y los metales, reduciendo el rendimiento; los lodos obstruyen los conductos de refrigeración, empeoran el aumento de temperatura y disminuyen la tensión de ruptura.

 

4. Posibles problemas de aislamiento indicados por un aumento anormal de la temperatura

Los resultados anómalos o que no cumplen con las especificaciones indican claramente problemas de aislamiento subyacentes:

Fenómeno anormal	Posibles causas	Impacto en el rendimiento del aislamiento
El aumento general de la temperatura supera el límite.	Defectos de diseño (pérdidas excesivas, superficie de refrigeración insuficiente); Fallo del sistema de refrigeración (parada del ventilador/bomba, obstrucción); Sobrecarga	Acelera el envejecimiento térmico general, acortando la vida útil y aumentando el riesgo de avería repentina.
Aumento elevado/localizado de la temperatura del bobinado	Cortocircuitos entre espiras del bobinado; Mal contacto del conductor; Corrientes parásitas excesivas por flujo magnético disperso; Conductos de refrigeración bloqueados	El sobrecalentamiento localizado carboniza el aislamiento de papel, agrieta el aceite, reduce drásticamente la rigidez dieléctrica y es propenso a cortocircuitos.
Aumento elevado de la temperatura del aceite superior	Flujo de aceite restringido (fallo de la bomba, obstrucción de la tubería); Baja eficiencia del radiador (suciedad, fallo del ventilador); Nivel de aceite bajo	Acelera la oxidación del aceite, aumenta la acidez, degrada las propiedades aislantes del aceite y su capacidad de refrigeración, corroe el aislamiento sólido.
Aumento elevado/localizado de la temperatura en el núcleo/parte estructural	Fallas de tierra en el núcleo; Corrientes parásitas excesivas en abrazaderas/pernos; Flujo magnético disperso severo	Riesgo de ignición del aislamiento/aceite; los gases del sobrecalentamiento pueden afectar la interpretación del análisis DGA.
Sobrecalentamiento localizado de la superficie del tanque	Áreas internas con altas pérdidas por corrientes parásitas; problemas de blindaje magnético externo.	Puede reflejar defectos de diseño/fabricación del aislamiento interno, lo que supone riesgos significativos a largo plazo.

Tabla 2: Fenómenos de aumento anormal de temperatura frente a posibles defectos de aislamiento

 

Conclusión

Mucho más que una simple revisión rutinaria, la prueba de aumento de temperatura actúa como un "termómetro" crucial para diagnosticar la fiabilidad operativa a largo plazo del sistema de aislamiento de un transformador. Al medir con precisión y analizar científicamente si las distribuciones y aumentos de temperatura cumplen con las normas internacionales y las clases de aislamiento de diseño en condiciones simuladas de plena carga, podemos predecir eficazmente el estado de su aislamiento.

Una prueba exitosa indica que, incluso bajo cargas continuas exigentes, el componente principal del transformador (el sistema de aislamiento) opera dentro de límites de temperatura seguros, evitando daños por degradación térmica. Esto garantiza décadas de servicio confiable, sentando una base sólida para la estabilidad de la red, la reducción de interrupciones y menores costos de mantenimiento.

Tanto para los usuarios de energía como para los operadores de la red y los fabricantes, la realización rigurosa de pruebas estandarizadas de aumento de temperatura es indispensable para seleccionar, aceptar y garantizar un rendimiento de aislamiento de alta calidad en los transformadores, una práctica recomendada reconocida a nivel mundial.

 

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