Bujes de alta y extra alta tensión: tipos, C1, C2 y pruebas

Qué es un buje y dónde está

Un buje, también llamado pasatapas o bushing, es el aislador que permite que un conductor de alta tensión atraviese una pared puesta a tierra: la cuba de un transformador o de un reactor, el tanque de un interruptor de tanque muerto, la envolvente de una GIS o el muro de un edificio. IEC 60137 lo define así e incluye la brida de fijación como parte del buje.

En un transformador, el buje une el barraje, por el lado de aire, con el devanado, por el lado de aceite. Alrededor de su base, dentro de la cuba, suelen ir los transformadores de corriente (CT) tipo buje que alimentan la protección diferencial 87T y la imagen térmica. Por eso una falla de buje suele terminar en una falla del transformador de potencia.

Partes principales

• Conductor central: tubo o varilla. En los bujes de cable pasante (draw lead) el cable del devanado sube por el interior del tubo; en los de conductor fijo la conexión es por abajo.
• Núcleo condensador: papel o tejido enrollado sobre el tubo, con láminas de aluminio intercaladas a intervalos definidos.
• Envolvente exterior: porcelana o compuesto de silicona en el lado de aire; porcelana, resina o el propio aceite en el lado inferior.
• Brida: fija el buje a la cuba y queda puesta a tierra. Lleva la toma de prueba o de tensión.
• Cabeza: en los bujes de aceite, con el indicador de nivel.
• Placa de características con los datos de fábrica, incluidos C1, C2 y el factor de potencia.

Cómo funciona la gradación capacitiva

Sin control de campo, el esfuerzo se concentraría junto al conductor y en el borde de la brida. El núcleo condensador lo evita: cada lámina de aluminio forma, con su vecina, un condensador cilíndrico, y todos quedan en serie entre el conductor (a tensión plena) y la brida (a tierra). Las longitudes y radios de las láminas se escalonan para que la tensión se reparta de forma pareja, tanto en sentido radial (a través del papel) como a lo largo de la superficie.

La última lámina, o una de las últimas, sale a la toma de la brida. Entre el conductor y la toma está la capacitancia principal C1; entre la toma y la brida, C2. En servicio, una tapa o un adaptador de monitoreo pone la toma a tierra, de modo que C2 queda en cortocircuito. Si la toma se deja abierta, C1 y C2 forman un divisor capacitivo y la toma sube a una tensión flotante muy superior a la que resiste su aislamiento.

Según el fabricante y la norma, la toma puede ser de prueba (en los bujes de menor tensión) o de tensión (en los de mayor tensión), esta última apta además para tomar una señal de tensión. Su aislamiento se ensaya en fábrica como prueba de rutina.

Tipos y diferencias por nivel de tensión

• OIP (papel impregnado en aceite): papel kraft impregnado con aceite mineral, normalmente con porcelana en ambos lados. Es la tecnología más antigua y aún muy usada.
• RIP (papel impregnado en resina): papel crepé impregnado con resina curable. Es un buje seco, sin aceite, con envolvente de silicona o porcelana. Se usa en transformadores, reactores e interruptores.
• RIS (sintético impregnado en resina): como el RIP, pero con tejido sintético en lugar de papel, de modo que el núcleo no absorbe humedad y se almacena con más facilidad. IEC 60137 lo incorporó en su edición de 2017.
• Bujes de gas: conectan una GIS, una línea aislada en gas o un interruptor de tanque muerto con la línea aérea; el gas del buje comunica con el del equipo.

En media tensión (hasta 52 kV) es habitual el buje sin núcleo condensador, de porcelana o resina, porque el campo se controla con la sola geometría. En alta tensión domina el buje condensador OIP o RIP, en el transformador de potencia de alta tensión y en el reactor. En extra alta tensión el núcleo es más largo, las distancias de fuga crecen y los ensayos se endurecen; IEC 60137 incluye bujes hasta 1 200 kV. Lo mismo aplica al autotransformador de potencia.

Características asignadas y placa

IEC 60137 define, entre otras, estas características:

• Tensión más elevada para el material (Um) y niveles de aislamiento (impulso tipo rayo y, en los niveles altos, de maniobra).
• Corriente asignada (Ir), corriente térmica de corta duración (Ith) y corriente dinámica (Id).
• Carga en voladizo que soporta, ángulo de montaje y distancia de fuga mínima.
• Límites de temperatura y calentamiento.
• Características de la toma de prueba en bujes de transformador.

La placa de un buje condensador muestra, según el fabricante y la norma, la identificación y el número de serie, la tensión y el nivel de impulso, las corrientes para cable pasante y para conductor fijo, la longitud bajo la brida, el peso, la fecha de las pruebas finales y los valores de C1, C2 y factor de potencia medidos en fábrica.

Integración con protección y control

El buje no tiene relé propio. Una falla interna se ve en las protecciones del equipo que lo contiene: diferencial 87T, sobrecorriente, y Buchholz y alivio de presión en el transformador (vea protecciones mecánicas 63 y 26). Su vigilancia viene del monitoreo en línea: un adaptador en la toma mide la corriente capacitiva de cada buje y calcula la capacitancia y la tan δ. En IEC 61850, el nodo lógico ZBSH representa el buje, y el IED de monitoreo reporta sus alarmas al sistema de control de la subestación.

Pruebas de puesta en servicio y mantenimiento

En fábrica, IEC 60137 exige como rutina, entre otras, la medición de tan δ y capacitancia, el ensayo de tensión a frecuencia industrial, la medición de descargas parciales, el ensayo del aislamiento de la toma y, en bujes de transformador de Um mayor que 72,5 kV, el impulso tipo rayo en seco.

En campo, las pruebas habituales son:

• C1 y tan δ en modo UST: alta tensión en el conductor central y medición en la toma, con la brida a tierra; según guías de fabricantes de equipos de prueba, típicamente a 10 kV o a la tensión que indique el fabricante del buje.
• C2 y su tan δ a tensión reducida, la que permita el fabricante.
• Comparación con los valores de placa y con mediciones anteriores, corregidas por temperatura cuando aplica.
• Inspección: nivel de aceite, fugas, porcelana o silicona, conexiones y estado de la tapa de la toma.
• Termografía del terminal superior y de la cabeza.

Estas pruebas forman parte de las pruebas a transformadores de potencia. Al terminar, verifique que cada toma quedó cerrada y puesta a tierra.

Fallas comunes y qué revisar primero

• Aumento de C1: según Megger, suele indicar capas del núcleo en cortocircuito. Compare con la placa y con las otras fases.
• Disminución de C1: con frecuencia es un problema de conexión en la toma, no del aislamiento.
• Tan δ en aumento: humedad o envejecimiento del papel, sobre todo en OIP con sellos dañados.
• Nivel de aceite bajo o fugas en bujes OIP.
• Toma abierta o mal cerrada, con descargas y daño de la toma.
• Puntos calientes en el terminal por conexiones flojas, y contorneo por contaminación.

Si sospecha del buje tras un disparo, inspeccione y mida C1 y tan δ de los tres bujes antes de reenergizar.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

En Tiza Group medimos capacitancia y tan δ de bujes en transformadores y reactores de alta y extra alta tensión, en subestaciones e industria, y entregamos el informe comparado con los valores de placa. Escríbanos y le proponemos un plan de pruebas.

Referencias

• IEC 60137, Bujes aislados para tensiones alternas superiores a 1 000 V.
• IEEE C57.19.00, Requisitos generales y procedimientos de prueba para bujes de aparatos de potencia.
• IEEE C57.19.01, Características de desempeño y dimensiones de bujes de aparatos exteriores.
• IEC 61850-7-4, Clases de nodos lógicos compatibles (ZBSH).

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