Corriente de excitación en transformadores: qué revela

La corriente de excitación es la pequeña corriente que necesita el núcleo de un transformador para magnetizarse. Medida fase por fase en campo, su valor importa menos que su patrón: cómo se reparten las corrientes entre las tres fases y cómo cambian de una toma a otra. Ese patrón es la firma del núcleo, de los devanados y del cambiador de tomas, y cambia cuando alguno de ellos tiene un defecto.

Qué es la prueba de corriente de excitación

Se aplica una tensión alterna monofásica a un devanado, normalmente el de alta tensión, fase por fase, con los demás devanados abiertos, y se mide la corriente que toma. Como no hay carga, toda esa corriente se usa para magnetizar el núcleo y cubrir sus pérdidas.

Conviene no confundirla con la prueba de fábrica. En fábrica, IEC 60076-1 e IEEE C57.12.90 miden las pérdidas y la corriente en vacío con tensión nominal trifásica, normalmente desde el devanado de baja tensión. En campo, la guía IEEE C57.152 describe una medición por fase, a tensión reducida y desde el devanado de alta tensión. Por eso el valor de campo no se compara con la corriente en vacío de la placa, sino con mediciones de campo anteriores, con las otras fases y con unidades hermanas.

Por qué se hace

• Es sensible a defectos del circuito magnético: láminas en cortocircuito, núcleo puesto a tierra en más de un punto, desplazamientos del núcleo.
• Detecta espiras en cortocircuito: una espira en corto actúa como un secundario con carga y hace subir mucho la corriente de la fase afectada.
• Revisa el cambiador de tomas: cada posición cambia el número de espiras energizadas y, en algunos tipos, el circuito de transición.
• Es rápida y se hace con el mismo equipo que el factor de potencia y las capacitancias, así que forma parte de la batería básica de diagnóstico.

El patrón normal

Entre fases

En un transformador trifásico de núcleo de tres columnas, el flujo de la fase central recorre un camino magnético más corto que el de las fases externas. Por eso el patrón típico es de dos corrientes altas y parecidas, en las fases externas, y una más baja, en la central. Las dos fases altas deben ser muy parecidas entre sí; los fabricantes de equipos de prueba publican diferencias admisibles según el nivel de corriente, con más margen cuando las corrientes son pequeñas.

Otros diseños tienen otros patrones: núcleos de cinco columnas, transformadores acorazados, bancos de unidades monofásicas o devanados en delta, donde la conexión de prueba influye en lo que se mide. La regla es siempre la misma: comparar con la referencia del mismo equipo o con unidades del mismo diseño.

Entre tomas

En un cambiador de tomas bajo carga de tipo reactivo, las posiciones de puente dan corrientes más altas que las demás. Lo esperable es un patrón regular, que se repite igual en las tres fases. Una toma que se sale del patrón en una sola fase señala contactos o conexiones de esa posición. El funcionamiento del cambiador se explica en cambiador de tomas bajo carga.

Qué defectos detecta

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 reactores, con criterios propios. En transformadores de distribución pequeños se usa menos, pero el principio es el mismo. En transformadores de varios devanados se mide normalmente desde el de mayor tensión.

Normas y qué exigen

• IEEE C57.152, guía de pruebas de diagnóstico en campo, describe la medición por fase, el patrón esperado y su interpretación por comparación.
• IEC 60076-1 e IEEE C57.12.90 definen la medición de pérdidas y corriente en vacío en fábrica, que es otra prueba aunque mida un fenómeno parecido.

No hay un valor de aceptación universal en campo. El criterio es el patrón entre fases y la comparación con la referencia, a la misma tensión de prueba y en la misma toma.

Cómo se interpretan los resultados

En términos generales:

1. Primero el patrón: dos altas y una baja en un núcleo de tres columnas, o el patrón propio del diseño.
2. Luego la simetría entre las fases que deberían ser iguales.
3. Después la regularidad entre tomas.
4. Al final la comparación con la referencia, que solo vale si se usó la misma tensión de prueba, porque la corriente no crece en proporción a la tensión.

Si algo no cuadra, lo primero es descartar el magnetismo remanente: la corriente continua de la prueba de resistencia de devanados deja el núcleo magnetizado y sube la corriente de excitación. Por eso la excitación se mide antes, o se desmagnetiza el núcleo. Si el resultado persiste, se cruza con el FRA en circuito abierto, sensible al núcleo en baja frecuencia, con la relación de transformación, que confirma espiras en corto, y con la impedancia de cortocircuito, que apunta a deformación de devanados.

Qué puede falsear la medición

• Medir después de la resistencia de devanados sin desmagnetizar.
• Cambiar la tensión de prueba entre campañas.
• Comparar con la corriente en vacío de la placa.
• No registrar la posición del cambiador.
• Dejar conectados barras o cables, que agregan corriente capacitiva.

Pruebas a transformadores con Tiza Group

Nuestro equipo mide corriente de excitación, factor de potencia, capacitancias, relación, resistencia de devanados, impedancia de cortocircuito y FRA 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.

Guías relacionadas

• Análisis de respuesta en frecuencia (FRA)
• Impedancia de cortocircuito (%Z)
• Factor de potencia y tangente delta
• Núcleo y devanados del transformador
• Cambiador de tomas bajo carga

Referencias

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

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