La resistencia de aislamiento indica si un transformador está seco y limpio, pero no dice todo sobre el estado de su sistema dieléctrico. La prueba de factor de potencia, también llamada prueba de tangente delta o de factor de disipación, mide cuánta energía se pierde en el aislamiento cuando se le aplica un voltaje de corriente alterna. Es una de las pruebas más útiles en el mantenimiento predictivo de transformadores de potencia y de distribución, porque detecta humedad, contaminación, envejecimiento del papel y del aceite, y defectos en boquillas mucho antes de que se conviertan en una falla. Esta guía explica qué mide la prueba, cómo se realiza, qué significan las capacitancias CH, CL y CHL y cómo interpretar los resultados sin caer en errores comunes.
Qué mide el factor de potencia del aislamiento
Un aislamiento ideal se comporta como un capacitor perfecto: la corriente que circula al aplicarle voltaje de CA está adelantada 90° respecto al voltaje y no hay pérdidas. En un aislamiento real existe además una pequeña corriente resistiva, en fase con el voltaje, que representa pérdidas por conducción y polarización. Dos parámetros describen esa relación:
- Factor de potencia (FP): coseno del ángulo entre el voltaje y la corriente total; es la corriente resistiva dividida entre la corriente total.
- Factor de disipación o tangente delta (tan δ): corriente resistiva dividida entre la corriente capacitiva. δ es el complemento del ángulo de fase.
Para los valores bajos que presenta un aislamiento en buen estado, ambos son prácticamente iguales, por lo que en campo se usan casi como sinónimos. Lo importante es que el resultado es una relación, independiente del tamaño del equipo: permite comparar transformadores distintos y, sobre todo, seguir la tendencia de un mismo transformador a lo largo de los años. Además de las pérdidas, el instrumento mide la capacitancia, que aporta información sobre la geometría del aislamiento.
Capacitancias de un transformador de dos devanados
El aislamiento de un transformador de dos devanados se modela como tres capacitancias:
| Capacitancia | Aislamiento que representa |
|---|---|
| CH | Entre el devanado de alta tensión y tierra (tanque y núcleo), incluidas las boquillas de alta |
| CL | Entre el devanado de baja tensión y tierra, incluidas las boquillas de baja |
| CHL | Entre los devanados de alta y baja tensión (barreras, papel y aceite entre ellos) |
El equipo de prueba separa cada capacitancia mediante sus modos de conexión: GST (espécimen aterrizado) mide todo lo que va a tierra; GST con guarda excluye una parte del circuito para aislar, por ejemplo, CH; y UST (espécimen no aterrizado) mide solo entre dos terminales, como CHL. En transformadores de tres devanados se añaden más capacitancias, pero el principio es el mismo.
Cómo se realiza la prueba
- Seguridad primero. El transformador debe estar desenergizado, con bloqueo y etiquetado, aterrizado y descargado, conforme al procedimiento de la planta, a NOM-029-STPS y a las prácticas de NFPA 70E. El equipo de prueba aplica alto voltaje, así que el área debe delimitarse.
- Preparación. Se desconectan los cables y barras de las boquillas. Cada devanado se cortocircuita entre sus terminales (todas las fases de alta juntas y todas las de baja juntas) y se desconecta el neutro de tierra. Esto elimina el efecto de la inductancia de los devanados.
- Limpieza de boquillas. La suciedad y la humedad en la porcelana crean corrientes de fuga superficial que elevan el resultado en modo GST. Limpie y seque las superficies antes de medir.
- Voltaje de prueba. Con frecuencia se usa 10 kV a frecuencia de red, pero el voltaje nunca debe exceder la capacidad del devanado de menor tensión ni la indicada por el fabricante. Use siempre el mismo voltaje en pruebas sucesivas para que las tendencias sean comparables.
- Registro de condiciones. Anote la temperatura del aceite y del devanado, la temperatura ambiente y la humedad relativa. Sin estos datos, la interpretación pierde valor.
Prueba a boquillas
Las boquillas de tipo condensador con derivación de prueba (tap) se evalúan por separado. C1 es el aislamiento principal, entre el conductor central y la derivación, y se mide en modo UST; C2 es el aislamiento entre la derivación y la brida aterrizada. Los valores de C1 se comparan con los de placa: además del factor de potencia, un aumento de la capacitancia puede indicar capas del condensador en cortocircuito. Para boquillas sin derivación existe la prueba de collar caliente, que evalúa la sección superior de la porcelana.
Corrección por temperatura
El factor de potencia del aislamiento con papel y aceite aumenta con la temperatura. Por eso los resultados se corrigen a una temperatura de referencia, normalmente 20 °C, para poder compararlos. Las tablas de corrección dependen del tipo de aislamiento, de su envejecimiento y de la guía usada, como IEEE C57.152 o las del fabricante; un factor de corrección genérico puede introducir errores importantes en aislamientos envejecidos o húmedos. Algunos instrumentos modernos estiman la corrección individual de cada aislamiento con mediciones a varias frecuencias. En cualquier caso, lo más confiable es medir siempre a temperaturas similares y evitar probar con temperaturas bajo cero o con condensación en las superficies.
Cómo interpretar los resultados
No existe un único valor límite para todos los transformadores. Como referencia frecuentemente citada, muchos transformadores de potencia nuevos en aceite presentan factores de potencia a 20 °C del orden de 0.5 % o menos, pero el criterio aplicable depende del diseño, de la edad, del tipo de aislamiento y de la edición de la guía que se utilice. Los transformadores de tipo seco, por ejemplo, tienen valores típicos más altos. Las mejores prácticas de interpretación son:
- Compare con la historia del propio equipo. Un aumento sostenido entre pruebas es más significativo que el valor absoluto.
- Compare entre fases y entre unidades gemelas del mismo fabricante y diseño.
- Vigile la capacitancia. Un cambio apreciable en CHL o CH puede indicar deformación o desplazamiento de devanados, por ejemplo después de un cortocircuito; conviene complementarlo con otras pruebas.
- Analice qué capacitancia cambió. Si sube solo CH, el problema puede estar en las boquillas de alta o en el aislamiento a tierra de ese devanado; si sube todo, apunta a humedad o envejecimiento general del aceite y el papel.
- Prueba de variación con el voltaje (tip-up). Medir a varios voltajes ayuda a detectar ionización: en un aislamiento sano el factor de potencia casi no cambia al subir el voltaje.
Pruebas complementarias
El factor de potencia es más útil cuando se interpreta junto con otras pruebas. La resistencia de aislamiento con índice de polarización confirma problemas de humedad o contaminación; la rigidez dieléctrica del aceite indica si el aceite necesita tratamiento; y la relación de transformación y la corriente de excitación ayudan a descartar problemas en devanados y núcleo. Un programa de mantenimiento que combina estas mediciones permite decidir con datos si un transformador puede seguir en servicio, requiere secado o tratamiento de aceite, o debe programarse para una revisión mayor.
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