Pruebas Eléctricas a Transformadores Field Service
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SERVICE OF FIELD
2 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
Indice.
1.
Introducción.
2.
P rueba rueba de Fact Factor or de Pot P otencia encia..
3.
P rueba rueba de Resisten Resistencia cia de Bobinados. Bobinados.
4.
Prueba de Relación de Transformación.
5.
Prueba de Corriente de Excitación.
6.
Prueba de Respuesta al Barrido de Frecuencia (SFRA).
7.
Conclusiones.
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2 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
Indice.
1.
Introducción.
2.
P rueba rueba de Fact Factor or de Pot P otencia encia..
3.
P rueba rueba de Resisten Resistencia cia de Bobinados. Bobinados.
4.
Prueba de Relación de Transformación.
5.
Prueba de Corriente de Excitación.
6.
Prueba de Respuesta al Barrido de Frecuencia (SFRA).
7.
Conclusiones.
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1. Introduc Introduc ción Equipos de pruebas pruebas Primarias Primarias y de aislamie aislamiento nto M4100 DOBLE M5400
CPC 100 + TD1
FRAX 101
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1. Introduc Introduc ción Las Fallas en transformadores se dan por dos razones principales: principales: 1.
Calida lidad d del del aisl aisla amie miento: nto:
Component omponente e contaminado contaminado (corrosión (corrosión humedad), provocando una falla. 2.
deformado ado In t eg r i d ad Fís i c a: Algo deform que no opera dentro de las especificaciones, especificaciones, consecuent consecuentement emente e fallado fallado (defor (deform mación, ación, corto, corto, flojo). flojo).
Bajos estas condiciones se debe considerar una selección de pruebas. 4 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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1. Introduc Introduc ción Pruebas Eléctricas y Métodos para Digan stico
PROBLEMA
Mecánico
Dieléctrico
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Térmico
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 Detección de descargas parciales parciales (Método de ultrasonido ultrasonido o eléctrico). Análisis Análisis de aceite: Humedad, rigidez rigidez eléctrica, eléctrica, etc. Respuesta de Frecuencia Dieléctrica (DRF).
Análisis Análisis DGA: Cromatografía Cromatografía de gases Detecc Detecció ión n de puntos puntos calie calient ntes: es: Instal Instalaci ación ón de sensor sensores es o termo termogra grafí fíaa infrarroja. Deterioro de papel: Análisis de furanos.
Ricardo Vásquez Q.; Fields Service
Pruebas Eléctricas de Factor de Potencia 6 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.1 Objetiv o
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.
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Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: IEEE C57.12.90-1993 "IEEE.
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2. Prueba de Factor de Potencia
EQUIPO
% F.P, a 20º C
Aislador tipo condens ador en aceite
0.5
Transformadores en aceite ( en Operación)
1.0
Transformadores nuevos en aceite
0.5
IEEE Std 62-1995 (IEEE Guide for Diagnosti c Field Testing fo r Electri c Power App aratus Part 1: Oil Fi lled Pow er Transfo rmers , Regulato rs and Reacto rs)
NETA. (INTERNATIONAL ELECTRICAL TESTING ASSOCIATION INC). 8 p u o 3 r 1 G y B a B M A 5 © 1
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.2 Condi ción del aislamiento. Ais lami ento Ideal
I(Capacitiva)
ITOTAL
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I
R
=0
V(aplicada)
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.2 Condi ción del aislamiento. Ais lam ien to Real I(Capacitiva)
IC
0 1 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
ITOTAL
IR
V(aplicada)
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2. Prueba de Factor de Potencia
Ais lami ent o 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 1 1 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
V(aplicada)
Factor de potencia =
IR ITOTAL
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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. 2 1 p u o 3 r 1 G y B a B M A 5 © 1
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.4 Experienci a (caso 1) P r u e b a d e F a c t o r d e P o t e n c ia
12.0% )
10.0%
% ( a i c n e t o P e d r o t c a F
8.0%
C H+C HL CH
6.0%
CHL C L
4.0% 2.0% 0.0% 2000.0V
5000.0V
Voltaje de Prueba (V) 3 1 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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%
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.4 Experiencia (caso 1)
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Se realizo el proceso de mantenimiento del transformador con el desencubado del mismo, observándose que la parte activa presentaba humedad (ver Figuras).
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.4 Experiencia (caso 1)
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Como se observa en las figuras ampliadas la contaminación encontrada en los aislamientos sólidos del transformador.
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2. Prueba de Factor de Potencia 2.4 Experiencia (caso 1)
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•
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.
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3. Resis tencia de los bobinados. 3.1 Objetiv o
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.
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Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: (ANSI / IEEE C57.12.90) y IEC 60076-1.
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3. Resis tencia de bobinados. 3.3 Criterio de Medic iones y aprobación.
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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.
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3. Resis tencia de bobinados. 3.4 Experiencia (caso 2)
R E S I S T E N C IA D E B O B I N A D O A L T A T E N S I Ó N ( W W - 0 0 ) TAP
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 - 1 1 0 2 - 1 2 p u o 13 r 3 1 G y B a1 4 B M A 5 © 1
CONEXIÓN TENSION CORRIENTE EN BORNES (V ) (A)
WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00 WW-00
RESISTENCIA (m )
2 5 ºC
Resistencia de devanados
7 5 ºC
3 .4 3 7 2 V
2 0 .0 0 A
1 7 1 .86 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .4 0 7 4 V
2 0 .0 0 A
1 7 0 .37 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .3 6 6 8 V
2 0 .0 0 A
1 6 8 .34 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .3 4 1 1 V
2 0 .0 0 A
1 6 7 .06 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .3 0 9 0 V
2 0 .0 0 A
1 6 5 .45 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .2 69 7 V
2 0 .0 0 A
1 6 3 .48 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .2 34 5 V
2 0 .0 0 A
1 6 1 .73 m 2 0 3 . 1 3 m
) 190 m h 170 O m150 ( a i 130 c n e 110 t s i s 90 e R 70
3 .2 09 0 V
2 0 .0 0 A
1 6 0 .45 m 2 0 3 . 1 3 m
50
3 .1 78 3 V
2 0 .0 0 A
1 5 8 .9 2 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .1 54 3 V
2 0 .0 0 A
1 5 7 .7 2 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .1 21 1 V
2 0 .0 0 A
1 5 6 .0 6 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .0 94 0 V
2 0 .0 0 A
1 5 4 .7 0 m 2 0 3 . 1 3 m
3 .0 57 0 V
2 0 .0 0 A
1 5 2 .8 5 m 2 0 3 . 1 3 m
2 .8 89 0 V
2 0 .0 0 A
1 4 4 .4 5 m 2 0 3 . 1 3 m
210
1
Condiccion Anormal.
UU VV WW
3
5
7
9
1 1 3 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 2 7 1
El comparativo trifásicoTaps no es el adecuado Posiciones
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3. Resis tencia de bobinados. 3.4 Experiencia (caso 2)
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Pruebas Eléctricas de Relación de Transformación
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4. Relación de transformación. 4.1 Objetiv o
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.
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Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: (ANSI / IEEE C57.12.90). y IEC 60076-1.
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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 d e Aprob ación.
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La tolerancia para la relación de transformación, medida cuando el transformador está sin carga debe ser de ±0.5% en todas sus derivaciones.
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4. Relación de transformación. 4.4 Experiencia (caso 3)
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Pruebas Eléctricas de Corriente de Excitación.
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5. Corriente de Excitación. 5.1 Objetiv o
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 d e Aprob ación.
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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%.
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5. Corriente de Excitación. 5.3 Procedimiento.
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5. Corriente de Excitación.
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
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Ground
Floating Terminals
Energ
X1X2 X1X2
H2
H3
X1X2X3
H3
H1
X1X2X3
H1
H2
X1X2X3
Normal Current Pattem
IH1H2-IH2H1
(IH1H0-IH3H0)
(IH2H3-IH3H1)
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5. Corriente de Excitación.
Prueba Respuesta al Barrido de la Frecuencia (SFRA)
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analys is
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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.
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analys is
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 .
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SFRA : Sweep Frequency Response Analysis
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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 4 3 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
diseño constructivo.
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.1 Entendiendo el principio del SFRA. Magnitude: FRA(dB) 20log10
Element Under Test
U in
U out
U out ( f ) U in ( f )
Phase:
U out ( f ) U in ( f )
FRA(phase) arg
dB = 20 log10 (Vout /Vin ) 5 3 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
La función de transferencia de una red RLC es el cociente de las respuestas en frecuencia de la salida y de la entrada. La magnitud y las relaciones de la fase se pueden extraer de la función de transferencia.
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.2 SFRA – Aplicación en transfor madores
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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.
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6. SFRA–Sweep Frequenc y Response Analysis 6.2 SFRA – Aplicación en transfor madores
7 3 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.4 Aplicaciones en campo - Beneficios
.
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Efectuar después de un evento como: un cortocircuito u otra falla eléctrica, una descarga atmosférica, un sismo, etc. Verificación del bobinado después del transporte.
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.5 Categorías análisi s y c omp aración del SFRA
9 3 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.6. Categorías anális is y co mparació n 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. 0 4 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
Análisis con registros de unidades gemelas, transformadores nuevos o transformadores en servicio con características similares.
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6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis 6.6.1. Anális is con regis tro ho molo go. Pruebas SFRA antes y desp ués del transpo rte (caso 5).
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Aut ot rans fo rm ado r tr if ási co de 20MVA.
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.
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6.6.1 Análisis con registro homól ogos. Pruebas SFRA, bob inado de AT fase U - 0
Pruebas realizadas en Fabrica
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Pruebas realizadas en Campo
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6.6.1 Análisis con registro homól ogos. Pruebas SFRA, bobinado de AT fase W - 0
Pruebas realizadas en Fabrica
Pruebas realizadas en Campo 3 4 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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6.6.1 Análisis con registro homól ogos. Pruebas SFRA, bob inados de AT cort ocirc uito BT
4 4 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
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6.6.2 Análisi s sin registro homólog os. Pruebas SFRA antes y después de un evento (caso 6).
5 4 p u o 3 r 1 G y B a B M A 5 © 1
Se efectuaron pruebas SFRA a un transformador que se vio involucrado en un evento de sobrecorriente.
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6 4 p u o 3 r 1 G y B a B M A 5 © 1
6.6.2 Análisi s sin registro homólog os.
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7 4 p u o 3 r 1 G y B a B M A 5 © 1
6.6.2 Análisi s sin registro homólog os.
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6.6.2 Análisi s sin registro homól ogos. Pruebas SFRA, a 02 trans for madores idéntico s
8 4 p u o r 3 1 G y B a B M A 5 © 1
Transformador de 40 MVA Trifásico.
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.
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6.6.2 Análisi s sin registro homól ogos.
SFRA, bobi nados de AT fases (UU – 00).
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6.6.2 Análisi s sin registro homól ogos.
SFRA, bobi nados de AT fases (VV – 00).
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7. Concl usio nes 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.
