El análisis de respuesta en frecuencia (FRA o SFRA) obtiene la huella en frecuencia de cada devanado de un transformador y la compara para detectar deformaciones o desplazamientos sin abrir el tanque. Detecta cambios mecánicos, no degradación del aislamiento, y su interpretación depende mucho de tener una medición de referencia.
Un transformador puede salir de un cortocircuito cercano o de un transporte con un devanado deformado y seguir funcionando con normalidad durante un tiempo. El daño mecánico reduce su capacidad de soportar la siguiente falla, pero no se ve en las pruebas eléctricas habituales. El análisis de respuesta en frecuencia (FRA) es la prueba diseñada para ver esa geometría interna sin abrir el tanque.
Qué es el FRA
Cada devanado, con sus inductancias, capacitancias entre espiras, entre devanados y contra el tanque, se comporta como una red eléctrica compleja. Si se le aplica una señal de baja tensión y se mide la respuesta en el otro extremo para muchas frecuencias, se obtiene una curva con resonancias y antirresonancias que es propia de esa geometría: una huella.
Si la geometría cambia, porque un devanado se desplazó, se deformó radial o axialmente o se aflojó su presión de apriete, cambian inductancias y capacitancias, y la huella cambia. El FRA compara huellas. Cuando la medición se hace con barrido de frecuencias se habla de SFRA; es el método más usado y el que describe la norma IEC.
Es importante tener claro su alcance: el FRA detecta cambios mecánicos y del circuito magnético, no la degradación del aislamiento. Para el aislamiento están el factor de potencia, la resistencia de aislamiento y el análisis del aceite.
Por qué se hace
- Como referencia, en fábrica o en la puesta en servicio. Es la medición más valiosa, porque sin referencia propia la interpretación se apoya en comparaciones menos confiables.
- Después de un evento mecánico: transporte o traslado, cortocircuito cercano de gran magnitud, disparo de la diferencial o del Buchholz, sismo.
- Cuando otra prueba muestra algo raro: un cambio de la impedancia de cortocircuito, de las capacitancias o del análisis de gases.
- Antes de decidir una inspección interna o una reparación, que tiene un costo y un riesgo altos.
Qué detecta
Las zonas de frecuencia son orientativas: sus límites cambian con el tamaño y el diseño del transformador.
| Rango | Qué domina | Un cambio puede indicar |
|---|---|---|
| Baja, hasta unos kHz | El núcleo y la inductancia de magnetización | Magnetismo remanente, núcleo con varias tierras, espiras en cortocircuito, circuito abierto |
| Media, decenas de kHz | La interacción entre devanados | Desplazamiento de un devanado respecto al otro |
| Alta, cientos de kHz | La estructura interna del devanado | Deformación radial o axial, espiras flojas o pérdida de apriete |
| Del orden de 1 MHz o más | Conexiones y tierras de la medición | Conexiones internas o, a menudo, un problema de la medición |
Lo que se busca son resonancias que aparecen, desaparecen o se desplazan, y cambios de amplitud en una zona, más que pequeñas diferencias punto a punto.
Tipos de medición
IEC 60076-18 define varias configuraciones, porque cada una resalta algo distinto:
- Extremo a extremo en circuito abierto: un devanado con los demás abiertos. En baja frecuencia domina el núcleo.
- Extremo a extremo en cortocircuito: con el otro devanado cortocircuitado, se elimina el efecto del núcleo y queda la inductancia de dispersión, sensible a desplazamientos.
- Capacitiva entre devanados: sensible a cambios en la separación entre devanados.
- Inductiva entre devanados: relacionada con la relación de transformación y el acoplamiento.
La norma también define el rango de frecuencias a cubrir y cómo deben conectarse las pantallas de los cables a tierra en la base de los bujes, porque las tierras de medida son la causa más común de diferencias falsas.
A qué equipos y niveles aplica
Se aplica a transformadores de potencia y autotransformadores de alta y extra alta tensión, a transformadores de media tensión en subestaciones e industria, a transformadores de unidades de generación y a reactores. Es especialmente útil en transformadores grandes y críticos, donde una falla interna tiene un costo enorme y una inspección interna es costosa.
Normas y qué exigen
- IEC 60076-18 define la medición: configuraciones, rango de frecuencias, conexiones, requisitos del instrumento y la información que debe registrarse para que la medición sea repetible.
- IEEE C57.149, cuya edición vigente es de 2024, es la guía de aplicación e interpretación: instrumentación, procedimientos, análisis de datos y conservación de los resultados. Su enfoque es comparativo.
- CIGRE TB 342 recoge la experiencia internacional sobre la evaluación de deformaciones mecánicas de devanados con FRA.
Ninguna de las tres convierte el FRA en una prueba de pasa o no pasa. Los índices de correlación que calcula el software ayudan a priorizar, pero la conclusión requiere un especialista.
Cómo se interpreta, en general
La comparación tiene un orden de confiabilidad:
- Contra la referencia del mismo transformador, medida en las mismas condiciones.
- Contra unidades hermanas del mismo diseño y fabricante.
- Entre fases del mismo transformador, sabiendo que la fase central suele diferir de las externas en baja frecuencia por la forma del núcleo.
Para que la comparación valga, las condiciones deben repetirse: posición del cambiador de tomas, con o sin aceite, terminales aterrizados y conexión de las tierras de medida. El FRA se mide antes de las pruebas con corriente continua, porque el magnetismo remanente que dejan altera la baja frecuencia en circuito abierto.
Un cambio confirmado se cruza con la %Z por fase, las capacitancias, la corriente de excitación y el análisis del aceite antes de pensar en una inspección interna.
Pruebas de FRA con Tiza Group
Nuestro equipo mide FRA y las demás pruebas de diagnóstico de transformadores en subestaciones e industria de media, alta y extra alta tensión, y entrega la huella de referencia documentada para que las mediciones futuras sean comparables. Si ya tiene una medición y necesita interpretarla, también podemos revisarla. Vea nuestras pruebas a transformadores de potencia o escríbanos.
Guías relacionadas
- Impedancia de cortocircuito (%Z)
- Corriente de excitación
- Respuesta dieléctrica en frecuencia
- Análisis de aceite dieléctrico
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- Disparo del Buchholz o presión súbita
Referencias
- IEC 60076-18, Power transformers – Part 18: Measurement of frequency response.
- IEEE Std C57.149-2024, guía de aplicación e interpretación del análisis de respuesta en frecuencia en transformadores.
- CIGRE Technical Brochure 342 (2008), Mechanical condition assessment of transformer windings using Frequency Response Analysis (FRA).
Preguntas frecuentes
¿Cuándo conviene hacer un FRA?
En fábrica o en la puesta en servicio como referencia, y después del transporte, de un cortocircuito cercano, de un disparo diferencial o Buchholz, o de un sismo.
¿Por qué el FRA se hace antes de medir resistencia de devanados?
Porque el magnetismo remanente que deja la corriente continua altera la respuesta en baja frecuencia en circuito abierto. Si ya se midió resistencia, hay que desmagnetizar.
¿Existen límites numéricos para aprobar un FRA?
No hay un criterio único de pasa o no pasa: la interpretación es comparativa. Los índices de correlación del software ayudan, pero decide un especialista, cruzando el resultado con otras pruebas como %Z, capacitancias, corriente de excitación y análisis del aceite.