La prueba de respuesta dieléctrica en frecuencia (FDS o DFR) mide la capacitancia y la tan δ del aislamiento papel-aceite en un barrido desde frecuencias del orden de kilohercios hasta milihercios. La forma de la curva permite estimar el contenido de humedad de la celulosa y la conductividad del aceite sin abrir el transformador. Se aplica a transformadores de potencia, bujes y transformadores de medida con papel impregnado, y la describe la guía IEEE C57.161.
Qué es la prueba
La respuesta dieléctrica en frecuencia mide la capacitancia y la tan δ de un aislamiento a muchas frecuencias, no solo a 50 o 60 Hz. El barrido va desde frecuencias del orden de kilohercios hasta frecuencias muy bajas, del orden de milihercios. Se conoce como FDS (frequency domain spectroscopy) o DFR (dielectric frequency response); los dos nombres describen la misma medición.
El equipo aplica una tensión alterna baja, muy inferior a la de servicio, entre dos devanados, o entre un devanado y tierra, y mide la corriente con un circuito de guarda. Como la tensión es baja, la prueba no esfuerza el aislamiento. Su resultado es una curva de tan δ contra frecuencia.
Qué mide y qué defecto detecta
En un aislamiento papel-aceite, la curva combina tres fenómenos: la conductividad del aceite, la humedad y el envejecimiento de la celulosa, y la polarización en las interfaces entre papel y aceite, que depende de la geometría. Cada uno pesa en una zona distinta del barrido, y la temperatura desplaza la curva completa a lo largo del eje de frecuencia. La curva medida se compara con un modelo del aislamiento del transformador (separadores, barreras y canales de aceite) y el ajuste entrega dos números:
- Contenido de humedad de la celulosa, en porcentaje en peso.
- Conductividad del aceite, ligada a su contaminación y envejecimiento.
Ese es el valor de la prueba. La humedad del papel acelera su envejecimiento y reduce la rigidez dieléctrica, y la estimación clásica, a partir de la humedad del aceite y curvas de equilibrio, tiene incertidumbre: el agua se reparte entre papel y aceite según la temperatura y tarda en equilibrarse. CIGRE trató este problema en sus folletos 254 (2004) y 349 (2008).
La prueba también ayuda a decidir un secado, a comprobar después si funcionó y a explicar una tan δ alta a 60 Hz: si se debe a humedad del papel, a un aceite conductivo o a ambas cosas.
No detecta defectos localizados como descargas parciales, espiras en cortocircuito o deformaciones de devanados.
A qué equipos y niveles de tensión aplica
| Nivel | Equipos típicos | Fábrica | Puesta en servicio | Mantenimiento |
|---|---|---|---|---|
| BT | No aplica | — | — | — |
| MT | Transformadores de potencia en aceite de gran capacidad | Ocasional | Como referencia | Cuando hay sospecha de humedad |
| AT | Transformadores, autotransformadores, reactores, bujes OIP | Ocasional | Sí, como huella | Sí |
| EAT | Transformadores y reactores, bujes, CT en papel-aceite | Ocasional | Sí, como huella | Sí |
Dónde no aplica:
- Transformadores secos encapsulados en resina y aislamientos sin celulosa impregnada: los modelos de humedad están hechos para papel-aceite.
- Equipos de baja tensión y transformadores de distribución pequeños, donde el costo de la prueba no se justifica frente a la resistencia de aislamiento y el análisis del aceite.
- Equipos con líquidos alternativos (ésteres): la medición se puede hacer, pero la estimación de humedad requiere un modelo con las propiedades de ese líquido; interprétela con cautela.
En los bujes de alta tensión OIP, la FDS ayuda a evaluar la humedad del núcleo condensador, porque las frecuencias bajas son más sensibles a ella que la tan δ a 60 Hz.
Norma que la define y cómo se interpretan los resultados
La guía de referencia es IEEE C57.161-2018, Guide for Dielectric Frequency Response Test. Da recomendaciones de instrumentación, de procedimiento y de análisis para transformadores en líquido, en fábrica y en campo, y trata los factores que afectan la estimación de humedad: configuración de devanados, montaje de la medición, tipo de celulosa, ácidos de bajo peso molecular y ruido de fondo. CIGRE la desarrolló antes en el folleto técnico 414 (2010), Dielectric response diagnoses for transformer windings, que estima los errores debidos al tipo de cartón, la conductividad y la acidez del aceite.
No hay un criterio de aceptación de tipo pasa o no pasa. El resultado se interpreta así:
- Humedad estimada de la celulosa, comparada con la clasificación que use el software o la guía aplicada (seco, moderadamente húmedo, húmedo). Los límites de esas categorías varían entre fuentes; indique siempre cuál se usó.
- Conductividad del aceite, coherente con el análisis fisicoquímico del aceite.
- Tendencia respecto a la huella de puesta en servicio o a una prueba anterior.
- Coherencia con la tan δ a 60 Hz, el análisis del aceite y la historia del equipo.
Qué puede falsear el resultado
- Temperatura. La curva se desplaza con la temperatura. Hay que registrar la del aislamiento con precisión e ingresarla en el modelo; un error de pocos grados cambia la humedad estimada.
- Geometría supuesta. El modelo necesita la proporción de barreras, separadores y aceite. Un dato de diseño mal elegido sesga el resultado.
- Envejecimiento y ácidos. Productos de envejecimiento en el papel pueden parecer humedad, como advierten IEEE C57.161 y CIGRE 414.
- Interferencia de líneas energizadas, que pesa más a frecuencias bajas.
- Conexiones externas sin retirar y superficies de bujes húmedas o sucias.
- Equilibrio térmico. Medir justo después de desenergizar, con el transformador enfriándose, deja la medición en condiciones variables.
Qué hacer si el resultado sale mal
- Revise la temperatura ingresada y el modelo de geometría; repita si hubo ruido.
- Compare con el análisis de humedad del aceite y la tan δ a frecuencia industrial.
- Si la humedad es alta, evalúe con el fabricante el origen (sellos, respirador, juntas) y un secado; mida de nuevo después del tratamiento.
- Si la conductividad del aceite es alta, revise el análisis del aceite dieléctrico y considere su regeneración o cambio.
- Revise el conservador y el respirador de silicagel, una vía frecuente de entrada de humedad.
Respuesta dieléctrica con Tiza Group
Nuestro equipo realiza pruebas de diagnóstico del aislamiento en transformadores de potencia, reactores y bujes de alta y extra alta tensión, en subestaciones e industria, y las interpreta junto con el aceite y el historial del equipo. Vea el alcance en pruebas a transformadores de potencia, consulte las demás pruebas en la guía de pruebas a equipos primarios o escríbanos.
Referencias
- IEEE Std C57.161-2018, Guide for Dielectric Frequency Response Test.
- CIGRE Technical Brochure 254, Dielectric response methods for diagnostics of power transformers, 2004.
- CIGRE Technical Brochure 414, Dielectric response diagnoses for transformer windings, 2010.
- CIGRE Technical Brochure 349, Moisture equilibrium and moisture migration within transformer insulation systems, 2008.
- IEEE Std C57.152-2025, Guide for Diagnostic Field Testing of Liquid-Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre la tan δ a 60 Hz y la respuesta dieléctrica en frecuencia?
La tan δ a frecuencia industrial es un solo punto: dice que el aislamiento tiene pérdidas, pero no por qué. El barrido en frecuencia separa el efecto del aceite, de la celulosa y de la geometría, y con un modelo permite estimar la humedad del papel.
¿La FDS reemplaza el análisis de humedad del aceite?
No lo reemplaza, lo complementa. La humedad del aceite cambia con la temperatura y tarda en equilibrarse con el papel, por eso estimar la humedad de la celulosa desde una muestra de aceite tiene incertidumbre. La FDS estima la humedad del aislamiento sólido a partir de su propia respuesta dieléctrica, y el aceite sigue analizándose por sus propias razones.
¿Cuánto dura una prueba de respuesta dieléctrica?
Depende de la frecuencia mínima del barrido y de la temperatura: las frecuencias más bajas necesitan ciclos muy largos. Muchos equipos combinan la medición en el dominio del tiempo (PDC) y en frecuencia para acortarla.