Pruebas-Electricas-en-Transformadores-ABB.pdf

© ABB Group - 1 15-May-13

Pruebas Eléctricas a Transformadores Field Service


SERVICE OF FIELD

Indice.

1.

Introducción.

2.

Prueba de Factor de Potencia.

3.

Prueba de Resistencia de Bobinados.

4.

Prueba de Relación de Transformación.

5.

Prueba de Corriente de Excitación.

6.

Prueba de Respuesta al Barrido de Frecuencia (SFRA).

7.

Conclusiones.

SERVICE OF FIELD

1. Introducción Equipos de pruebas Primarias y de aislamiento M4100 DOBLE M5400

CPC 100 + TD1


FRAX 101

SERVICE OF FIELD

1. Introducción Las Fallas en transformadores se dan por dos razones principales: 1.

Calidad del aislamiento: Componente contaminado (corrosión humedad), provocando una falla.

2.

Integridad Física: Algo deformado que no opera dentro de las especificaciones, consecuentemente fallado (deformación, corto, flojo).


Bajos estas condiciones se debe considerar una selección de pruebas.

SERVICE OF FIELD

1. Introducción

PROBLEMA

Mecánico


Dieléctrico

Térmico

Pruebas Eléctricas y Métodos para Digan stico SFRA Reactancia de dispersión. Capacitancia. Corriente de excitación. Resistencia de devanados. Relación de transformación. Inspección visual o emisión acústica. Factor de potencia y capacitancia. Resistencia de aislamiento. Relación de transformación. Detección de descargas parciales (Método de ultrasonido o eléctrico). Análisis de aceite: Humedad, rigidez eléctrica, etc. Respuesta de Frecuencia Dieléctrica (DRF). Análisis DGA: Cromatografía de gases Detección de puntos calientes: Instalación de sensores o termografía infrarroja. Deterioro de papel: Análisis de furanos.

Ricardo Vásquez Q.; Fields Service


Pruebas Eléctricas de Factor de Potencia

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia 2.1 Objetivo El objetivo de esta prueba es medir la calidad del aislamiento, como aislamiento sólido y como líquido. En el se puede evidenciar presencia de humedad en el aislamiento. 2.2 Norma de referencia.


Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: IEEE C57.12.90-1993 "IEEE.

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia EQUIPO

% F.P, a 20º C

Aislador tipo condensador en aceite

0.5

Transformadores en aceite ( en Operación)

1.0

Transformadores nuevos en aceite

0.5

IEEE Std 62-1995 (IEEE Guide for Diagnostic Field Testing for Electric Power Apparatus Part 1: Oil Filled Power Transformers, Regulators and Reactors)


NETA. (INTERNATIONAL ELECTRICAL TESTING ASSOCIATION INC).

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia 2.2 Condición del aislamiento. Aislamiento Ideal

I(Capacitiva)


ITOTAL

I

R

=0

V(aplicada)

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia 2.2 Condición del aislamiento. Aislamiento Real I(Capacitiva)


IC

ITOTAL

IR

V(aplicada)

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia Aislamiento Real

I(capacitiva) • En la práctica ningún aislante es perfecto

IC

I

TOTAL

• Siempre existen pérdidas resistivas • La corriente total adelanta a la tensión en un ángulo de fase y esta retrasada respecto a la corriente capacitiva un determinado ángulo


IR

V(aplicada)

Factor de potencia =

IR ITOTAL

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia 2.3 Que se mide? • CH: Bujes de AT, papel, epóxicos y madera junto con el devanado de AT, aceite y conmutador de derivaciones sin tensión. • CHL: Aislamiento y apantallamiento entre devanados, aceite.


• CL Bujes de BT, papel, expóxicos y madera junto con el devanado de BT, aceite, y otros.

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia 2.4 Experiencia (caso 1) Prueba de Factor de Potencia

F a c to r d e P o te n c ia (% )

12.0% 10.0% 8.0%

CH+CHL CH

6.0%

CHL CL

4.0% 2.0% 0.0% 2000.0V

5000.0V


Voltaje de Prueba (V)

10000.0V

En la prueba de factor de potencia se obtuvieron valores muy altos, lo que evidencia el bajo aislamiento del transformador. La Norma Std 62-1995 recomienda para transformadores antiguos un facto de potencia menor a 1%

SERVICE OF FIELD

2. Prueba de Factor de Potencia


2.4 Experiencia (caso 1)

Se realizo el proceso de mantenimiento del transformador con el desencubado del mismo, observándose que la parte activa presentaba humedad (ver Figuras).

SERVICE OF FIELD




Como se observa en las figuras ampliadas la contaminación encontrada en los aislamientos sólidos del transformador.

SERVICE OF FIELD




•

Después del proceso de secado de la parte activa se procedió al encubado del transformador.

•

Se verificó el ajuste de toda la pernería de la parte activa.

•

Luego del montaje respectivo se procedió al llenado del aceite mediante proceso de termovacío.


Pruebas Eléctricas de Resistencia de Bobinados.

SERVICE OF FIELD

3. Resistencia de los bobinados. 3.1 Objetivo Detectar puntos con alta resistencia óhmica en partes de conducción, como empalmes, conexiones, contactos de los conmutadores, etc. Estos son fuente de problemas en los circuitos eléctricos, ya que originan caídas de voltaje, fuentes de calor a veces con altas temperaturas, pérdidas de potencia, etc.; ésta prueba puede detectar esos puntos. 3.2 Norma de referencia.


Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: (ANSI / IEEE C57.12.90) y IEC 60076-1.

SERVICE OF FIELD

3. Resistencia de bobinados. 3.3 Criterio de Mediciones y aprobación. La resistencia se mide con una fuente de tensión continua (DC), la corriente de prueba no puede exceder el 10% de la corriente nominal del transformador. Cuando un transformador sale de servicio por lo general la diferencia de temperatura entre el aceite y el bobinado debe ser menor al 5° C (- ANSI / IEEE C57.12.90).


Según las Normas de pruebas, la temperatura de referencia es 75°C para IEC y 85°C para ANSI. Por experiencia, una medición se puede considerar aceptable si es menor de 3% sobre el valor medido en fábrica. Valores superiores al 3% pueden ser indicativos de falsos contactos, torque no adecuado en conexiones de terminales o uniones, incluso de los contactos del cambiador, o posibles fallas internas.

SERVICE OF FIELD

3. Resistencia de bobinados. 3.4 Experiencia (caso 2)

RESISTENCIA DE BOBINADO ALTA TENSIÓN ( WW - 00 )


CONEXIÓN TENSION CORRIENTE RESISTENCIA (m ) 25 ºC 75 ºC EN BORNES (V) (A)

Resistencia de devanados

WW-00 3.4372 V

20.00 A 171.86 m 203.13 m

210

2

20.00 A 170.37 m 203.13 m

190

3

WW-00 3.4074 V WW-00 3.3668 V

20.00 A 168.34 m 203.13 m

4

WW-00 3.3411 V

20.00 A 167.06 m 203.13 m

5

20.00 A 165.45 m 203.13 m

6

WW-00 3.3090 V WW-00 3.2697 V

20.00 A 163.48 m 203.13 m

7

WW-00 3.2345 V

20.00 A 161.73 m 203.13 m

8

WW-00 3.2090 V

20.00 A 160.45 m 203.13 m

9

20.00 A 158.92 m 203.13 m

10

WW-00 3.1783 V WW-00 3.1543 V

20.00 A 157.72 m 203.13 m

11

WW-00 3.1211 V

20.00 A 156.06 m 203.13 m

12

WW-00 3.0940 V

20.00 A 154.70 m 203.13 m

13

20.00 A 152.85 m 203.13 m

14

WW-00 3.0570 V WW-00 2.8890 V

20.00 A 144.45 m 203.13 m

15

WW-00 2.9658 V

20.00 A 148.29 m 203.13 m

Condiccion Anormal.

170 150

UU

130

VV

110

WW

90 70

27

25

23

21

19

17

15

13

11

9

7

5

50 1

Resistencia (m Ohm)

1

3

TAP

El comparativo trifásicoTaps no es el adecuado Posiciones

SERVICE OF FIELD

3. Resistencia de bobinados.




Pruebas Eléctricas de Relación de Transformación

SERVICE OF FIELD

4. Relación de transformación. 4.1 Objetivo Verificar la relación de transformación para las diferentes posiciones del conmutador de un transformador, las que deben estar todas ellas dentro de la tolerancia de medición. 4.2 Norma de referencia.


Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: (ANSI / IEEE C57.12.90). y IEC 60076-1.

SERVICE OF FIELD

4. Relación de transformación. 4.2 Procedimiento. La relación de transformación es el número de vueltas o espiras que tiene el devanado de alta tensión comparado con el número de vueltas del devanado de baja tensión. Para los transformadores que tienen cambiador de derivaciones (tap´s) éste sirve para cambiar esa relación de espiras o voltajes. La relación de transformación de éstos transformadores se deberá determinar para todos los tap´s y entre todos los devanados del transformador. 4.3 Criterio de Aprobación.


La tolerancia para la relación de transformación, medida cuando el transformador está sin carga debe ser de ± 0.5% en todas sus derivaciones.

SERVICE OF FIELD

4. Relación de transformación.




Pruebas Eléctricas de Corriente de Excitación.

SERVICE OF FIELD

5. Corriente de Excitación. 5.1 Objetivo Esta prueba se realiza con el fin de detectar tipo de fallas como defectos en la estructura del núcleo magnético o alguna posible deformación de los bobinados aunque es menos sensible en este caso. 5.2 Criterio de Aprobación. Si la corriente de excitación es inferior a 50 mA, la diferencia entre los dos más altos corrientes de un transformador trifásico debe ser inferior al 10%.


Si la corriente de excitación es superior a 50 mA, la diferencia entre las dos mas altas debe ser inferior al 5%.

SERVICE OF FIELD

5. Corriente de Excitación.


5.3 Procedimiento.

SERVICE OF FIELD


Transformador

Monofasico

Trifásico Conexión Y

Measur

H1

H2

H2

H1

H1

H0

H2H3X1X2X3

H2

H0

H1H3X1X2X3

H3

H0

H1H2X1X2X3

H1 Trifásico Conexión D

H2


H3

Ground

Floating Terminals

Energ

X1X2 X1X2

H2

H3

X1X2X3

H3

H1

X1X2X3

H1

H2

X1X2X3

Normal Current Pattem

IH1H2-IH2H1

(IH1H0-IH3H0) < IH2H0

(IH2H3-IH3H1) < IH1H2


SERVICE OF FIELD



Prueba Respuesta al Barrido de la Frecuencia (SFRA)

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis Existe un alto porcentaje de fallas mecánicas en transformadores, como consecuencia de la deformación y el desplazamiento de los devanados, causados por esfuerzos electrodinámicos.


Existe una alta probabilidad de ocurrencia de deformación de devanados y/o desplazamiento del núcleo durante el transporte. Estos tipos de fallas generalmente se pueden manifiestar posteriormente como falla térmica o dieléctrica.

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis Frente a este requerimiento, la prueba SFRA es reconocida como la herramienta que mejores resultados ha permitido obtener para el análisis y diagnóstico de defectos mecánicos en transformadores. Implementando una técnica sensible en detección de defectos mecánicos dentro del transformador. Localizando el defecto dentro del transformador sin necesidad de ejecutar una inspección interna, si se tiene los elementos


necesarios para el análisis .

SFRA : Sweep Frequency Response Analysis

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.1 Entendiendo el principio del SFRA.

Una bobina ideal consta sólo de un componente inductivo, el cual es invariable. Una bobina real se comporta un

conjunto

de

como

elementos

inductivos, capacitivos y resistivos


que solamente dependen de su diseño constructivo.

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.1 Entendiendo el principio del SFRA. Magnitude: Element Under Test

Uin

FRA(dB)

U out

20 log10

U out ( f ) U in ( f )

Phase:

FRA(phase) arg

U out ( f ) U in ( f )

La función de transferencia de una red RLC es el cociente de las respuestas en frecuencia de la salida y de la entrada. © ABB Group - 35 15-May-13

dB = 20 log10 (Vout/Vin)

La magnitud y las relaciones de la fase se pueden extraer de la función de transferencia.

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis


6.2 SFRA – Aplicación en transformadores

El devanado, el núcleo, el tanque y otros elementos internos del transformador se comportan, eléctricamente, como un circuito complejo de componentes R, L y C.

SERVICE OF FIELD



6.2 SFRA – Aplicación en transformadores

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.4 Aplicaciones en campo - Beneficios

. Efectuar después de un evento como: un cortocircuito u otra falla eléctrica, una descarga atmosférica, un sismo, etc.


Verificación del bobinado después del transporte.

SERVICE OF FIELD



6.5 Categorías análisis y comparación del SFRA

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.6. Categorías análisis y comparación del SFRA Considerar varias propiedades de medición para devanados de alto voltaje, bajo voltaje, entre devanados. 1. Análisis con registros homólogos. En este caso existe un grupo de registros históricos pertenecientes a la misma unidad que representan el estado normal del transformador. 2. Análisis sin registros de referencia.


Análisis con los registros de las fases pertenecientes a la misma unidad. Análisis con registros de unidades gemelas, transformadores nuevos o transformadores en servicio con características similares.

SERVICE OF FIELD

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.6.1. Análisis con registro homologo. Pruebas SFRA antes y después del transporte (caso 5).

Se realizaron Pruebas SFRA en fábrica y después de realizar todas las pruebas de rutina.


Luego fueron realizadas las pruebas de campo, cuando el transformador fue colocado en su celda de transformación en la subestación. El transformador cuenta con dos registro de pruebas SFRA. Autotransformador trifásico de 20MVA.

SERVICE OF FIELD

6.6.1 Análisis con registro homólogos. Pruebas SFRA, bobinado de AT fase U - 0

Pruebas realizadas en Fabrica


Pruebas realizadas en Campo

SERVICE OF FIELD

6.6.1 Análisis con registro homólogos. Pruebas SFRA, bobinado de AT fase W - 0

Pruebas realizadas en Fabrica


Pruebas realizadas en Campo

SERVICE OF FIELD

6.6.1 Análisis con registro homólogos.


Pruebas SFRA, bobinados de AT cortocircuito BT

SERVICE OF FIELD

6.6.2 Análisis sin registro homólogos. Pruebas SFRA antes y después de un evento (caso 6).


Se efectuaron pruebas SFRA a un transformador que se vio involucrado en un evento de sobrecorriente.


SERVICE OF FIELD

6.6.2 Análisis sin registro homólogos.


SERVICE OF FIELD


SERVICE OF FIELD

6.6.2 Análisis sin registro homólogos. Pruebas SFRA, a 02 transformadores idénticos Análisis con registros de unidades gemelas, de transformadores nuevos o de transformadores en servicio con características similares.


Al igual que en el caso anterior, se deben considerar las diferencias de diseño y construcción y las posibles diferencias debidas a la operación propia de cada transformador. Transformador de 40 MVA Trifásico.

SERVICE OF FIELD



SFRA, bobinados de AT fases (UU – 00).

SERVICE OF FIELD



SFRA, bobinados de AT fases (VV – 00).

SERVICE OF FIELD

7. Conclusiones El mantenimiento preventivo del transformador basado en pruebas eléctricas es esencial para un alargamiento de su vida útil. Se puede concluir que, de acuerdo a los resultados obtenidos en los análisis de diagnostico realizados a los transformadores, la mayoría de las fallas producidas en estos equipos pueden ser atribuidas al deterioro de su sistema de aislamiento, deformación de los devanados, calentamiento por falsos contactos.


Sin embargo, este “talón de Aquiles” puede ser sometido si se mantiene un programa completo de mantenimiento preventivo con pruebas predictivas periódicas, orientado a combatir estos factores, y detectarlos con anticipación.

SERVICE OF FIELD

7. Conclusiones La prueba del análisis de respuesta de frecuencia de barrido (SFRA) en la herramienta valiosa para verificar integridad geométrica del aparato eléctrico, especialmente transformadores


Un nuevo transformador se diseña para resistir tales fuerzas dinámicas pero, como él envejece, puede generalmente perder su compresión inicial en el papel, haciéndola más vulnerable a las deformaciones de la bobina.

Pruebas-Electricas-en-Transformadores-ABB.pdf

Recommend Documents