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Impedancia de cortocircuito (%Z): qué revela la prueba

Qué es la impedancia de cortocircuito (%Z) de un transformador, por qué su cambio revela devanados deformados, qué exigen las normas y cómo se interpreta.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group.

Barra ATOLTC63 · 26/49Barra MT87TtanqueradiadoresventiladoresalarmaθONAN: aceite y aire por convección naturalONAF: arrancan los ventiladoresIEC 61850TCTRPDIFPTRCXCBR© tizagrp.comBarra ATOLTC63 · 26/49Barra MT87TtanqueradiadoresventiladoresalarmaθONAN: aceite y aire por convección naturalONAF: arrancan los ventiladoresIEC 61850TCTRPDIFPTRCXCBR© tizagrp.com
Transformador de potencia de alta tensión: 87T, protecciones propias y refrigeración. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

La impedancia de cortocircuito (%Z) es la tensión que hay que aplicar a un devanado, con el otro en cortocircuito, para que circule la corriente nominal, expresada en porcentaje de la tensión nominal. En campo se mide con baja tensión y sirve como diagnóstico, porque depende de la reactancia de dispersión, que cambia si los devanados se deforman.

La impedancia de cortocircuito, escrita %Z, Uk o impedancia porcentual, es un dato de placa de todo transformador de potencia. Define cuánta corriente de falla deja pasar, cómo reparte la carga con otro transformador en paralelo y cuánto cae la tensión con carga. Pero en campo su valor más útil es otro: es un indicador directo de la geometría de los devanados. Si un cortocircuito cercano o un golpe en el transporte deformó o desplazó un devanado, la %Z cambia.

Qué es la impedancia de cortocircuito

Es la tensión que hay que aplicar a un devanado, con el otro en cortocircuito, para que circule la corriente nominal, expresada en porcentaje de la tensión nominal. Tiene una parte resistiva, la de los conductores, y una parte reactiva, la reactancia de dispersión, que en transformadores de potencia es con mucho la mayor.

La reactancia de dispersión depende del flujo magnético que no pasa por el núcleo y se cierra en el espacio entre los devanados. Ese flujo depende de la forma, las dimensiones y la separación de los devanados. Por eso, si un devanado se comprime, se abomba, se inclina o se desplaza, la reactancia cambia, aunque el transformador siga funcionando y las demás pruebas parezcan normales.

Por qué se mide

  • En fábrica es una prueba de rutina: IEC 60076-1 e IEEE C57.12.90 la miden junto con las pérdidas con carga, y el valor medido es el que va en la placa y en los estudios.
  • En el ensayo de cortocircuito de fábrica, IEC 60076-5 usa la variación de la reactancia de cortocircuito, medida antes y después de cada ensayo, como uno de los criterios para decidir si el transformador soportó los esfuerzos sin daño.
  • En campo se mide con baja tensión como diagnóstico: en la puesta en servicio, para tener la referencia propia, y después de un cortocircuito cercano, un transporte, un sismo o un disparo de protecciones internas.

Qué defectos detecta

HallazgoCausa probable
%Z de una fase distinta de las otras dosDeformación o desplazamiento del devanado de esa fase
Cambio de las tres fases frente a la referenciaDesplazamiento axial o radial general, o referencia tomada en otra toma
Diferencia que cambia con la tomaContactos o conexiones del cambiador de tomas
Parte resistiva altaConexiones o contactos con alta resistencia, o puentes de prueba deficientes

La prueba no evalúa el núcleo: eso lo hace la corriente de excitación. Tampoco el aislamiento: para eso están el factor de potencia y la resistencia de aislamiento.

Cómo se hace, en concepto

En campo no se dispone de la potencia para hacer circular la corriente nominal, así que se aplica una tensión baja a un devanado, con el otro cortocircuitado, y se escala el resultado a corriente nominal. Como la reactancia es prácticamente lineal, la impedancia medida con baja corriente es comparable con la de fábrica si se escala bien. La medición puede ser trifásica, comparable con la placa, o por fase, que es más sensible para encontrar qué devanado cambió. Se repite en varias posiciones del cambiador de tomas.

La calidad de los puentes de cortocircuito y el registro exacto de la toma son decisivos: un puente largo o delgado agrega impedancia y una toma mal anotada invalida la comparación.

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 y a transformadores de unidades de generación, incluidas plantas solares. En transformadores de tres devanados se mide cada par de devanados. En transformadores pequeños de distribución se usa menos en campo, pero el principio es igual.

Normas y qué exigen

  • IEC 60076-1 define la impedancia de cortocircuito, la incluye entre los ensayos de rutina y fija una tolerancia del valor medido frente al declarado por el fabricante. Esa tolerancia es de fabricación, no un criterio de diagnóstico.
  • IEC 60076-5 trata la capacidad de soportar cortocircuitos y usa la variación de reactancia como criterio del ensayo.
  • IEEE C57.12.90 describe la medición de pérdidas con carga e impedancia en fábrica.
  • IEEE C57.152 incluye la medición de reactancia de dispersión en campo entre las pruebas de diagnóstico.

Para campo no hay un límite normativo único. El criterio es comparar con la referencia del mismo transformador y entre fases.

Cómo se interpretan los resultados

En términos generales:

  • Contra la placa: sirve para confirmar que la medición es coherente, pero las diferencias pequeñas pueden deberse a la medición y a que la placa es un valor trifásico.
  • Contra la referencia propia: es la comparación que importa. Una variación de unos pocos por ciento frente a la referencia del mismo transformador, en la misma toma, justifica investigar.
  • Entre fases: deben ser muy parecidas. Una fase que se aparta es la señal más clara de un devanado deformado.

Un cambio confirmado se complementa con el análisis de respuesta en frecuencia (FRA), que ubica mejor el tipo de deformación, con las capacitancias entre devanados y con el análisis de gases del aceite. La decisión de seguir en servicio o abrir el transformador la toma un especialista con el conjunto de resultados.

Por qué importa para las protecciones

La %Z entra en el estudio de cortocircuito y en los ajustes de las protecciones de sobrecorriente, distancia y diferencial. Si el valor usado en el estudio no es el real, los niveles de falla calculados y algunos ajustes quedan desplazados. Para fallas a tierra, el dato equivalente es la impedancia de secuencia cero.

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Nuestro equipo mide impedancia de cortocircuito, FRA, corriente de excitación, relación, resistencia de devanados y aislamiento en transformadores de subestaciones e industria de media, alta y extra alta tensión, y entrega el diagnóstico comparado con la referencia. Vea nuestras pruebas a transformadores de potencia o escríbanos.

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Referencias

  • IEC 60076-1, Power transformers – Part 1: General.
  • IEC 60076-5, Power transformers – Part 5: Ability to withstand short circuit.
  • IEEE Std C57.12.90, Standard Test Code for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers.
  • IEEE Std C57.152, Guide for Diagnostic Field Testing of Liquid-Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se lleva la medición de baja tensión a %Z?

Se escala la tensión medida a la corriente nominal (Uz = Um · Ir / Im) y se expresa en porcentaje de la tensión nominal. Sin ese escalado, el valor no es comparable.

¿Qué variación de %Z justifica investigar?

No hay límite normativo de campo. Frente a la referencia del mismo transformador, una variación de unos pocos por ciento justifica investigar; algunos usuarios fijan 2 %.

¿Por qué la %Z medida en campo no coincide exactamente con la de placa?

Porque la placa da un valor trifásico medido en fábrica con corriente nominal, y en campo se mide con baja tensión, a veces por fase y con puentes distintos. Por eso el diagnóstico se basa en la referencia propia del transformador y en la comparación entre fases.

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