Megger
Seminario Teórico - Practico Pruebas SFRA de Mantenimiento y Puesta en Servicio para Transformadores COLOMBIA Agosto / Septiembre 2011 1
SFRA Historia 1960: Low Voltage Impulse Method. (método de impulso de bajo voltaje) propuesto por W. Lech & L. Tyminski en Polonia para detectar deformaciones de bobinas. 1966: Publicación de resultados; “Detecting Transformer Winding Damage - The Low Voltage Impulse Method”, Lech & Tyminsk, The Electric Review, ERA, UK 1978: “Transformer Diagnostic Testing by Frequency Response Analysis”, E.P. Dick & C.C. Erven, Ontario Hydro, IEEE Transactions of Power Delivery. 1978: La prueba FRA se desarrolla en Ontario Hydro, Canadá
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SFRA Historia (2) 1988 - 1990’s : Se realizan pruebas en diferentes compañías en Europa y la tecnología se dispersa a nivel mundial a través de CIGRE y muchas otras conferencias y reuniones técnicas 2004: Se publica el primer estándar de SFRA ”Frequency Response Analysis on Winding Deformation of Power Transformers”, DL/T 911-2004, The Electric Power Industry Standard of People’s Republic of China 2008: Se publica CIGRE reporte 342, ”Mechanical-Condition Assessment of Transformer Windings Using Frequency Response Analysis (FRA)” 2011: IEEE continúa con la revisión del documento PC7.149.D8 previa a su aprobación final como guía de pruebas FRA.
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Mecánica del Transformador Un transformador esta diseñado para soportar ciertas cargas mecánicas. Los limites de diseño pueden ser excedidos debido a: • Fuerte impacto mecánico – Transporte – Movimientos sísmicos
• Fuertes impactos eléctricos – Fallas en el sistema – Fallas en los conmutadores – Falla de sincronización
La resistencia mecánica del transformador se debilita con el paso del tiempo – Aminora la capacidad de soportar estrés mecánico – Incrementa el riesgo de fallas por problemas mecánicos – Incrementa el riesgo de problemas de aislamiento
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Por qué se analiza la condición mecánica?
Para detectar posibles desplazamientos del núcleo y deformaciones en los devanados debido a:
Grandes fuerzas electromagnéticas por corrientes de falla Transporte y reubicación de la unidad
Si estas fallas no se detectan a tiempo, el problema puede evolucionar y terminar en fallas térmicas o dieléctricas que provoque la perdida del transformador Periodicidad en las pruebas es esencial
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Detección de Fallas con SFRA Fallas en devanados Deformación Desplazamiento Corto circuito
Fallas de núcleo Movimiento Puesta a tierra
Fallas/ cambios mecánicos Estructuras de fijación Conexiones
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Fundamentos de la Prueba SFRA Prueba con el equipo fuera de servicio El transformador se analiza como como un circuito de filtro RLC complejo La respuesta del circuito de filtro se mide en un gran numero de frecuencias sobre un extenso rango de frecuencias y se lo grafica como una curva de magnitud de respuesta Los cambios en el circuito de filtro pueden detectarse y mediante comparación en el tiempo Este método es único por su capacidad para detectar una variedad de fallas en los devanados o en el núcleo en una sola prueba 7
SFRA – Base Teórica Core
Insulation Conductor
H1
Insulation Conductor
bushing Insulation
HV coil
Insulation Conductor bushing
Insulation
Insulation
Insulation
H2
X1 bushing
LV coil
Insulation Conductor Insulation
X2 bushing
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Qué se esta midiendo?
Transformer Tank
Cambios en Cambios = la Magnitud Eléctricos de la Respuesta
Capacitancia Interdevanados Capacitancia entre Devanados y Núcleo Capacitancia entre Devanados y la cuba Inductancia de la Bobina Resistencia de la Bobina
Insulation
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Condición Normal del Circuito Core
Configuración Mecánica Normal
HV coil LV coil
Magnitud =
Vmedido Vaplicado
Insulation
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Desviación Mecánica en el Circuito Core
Variación Mecánica
Variación Mecánica
=
Variación Eléctrica
HV coil LV coil
Variación Eléctrica
Magnitud =
Vmedido Vaplicado
Insulation
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Conexiones
Señal aplicada = 10 V Señal Medida = V de respuesta
Cables co-axiales apantallados
Datos
Tierra
Transformador
Bobina
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SFRA – De dónde proviene la Grafica ? APLICA 10 Volts a una frecuencia a un terminal de la bobina MIDE la respuesta de Voltaje al otro extremo de la bobina MAGNITUD de RESPUESTA a una frecuencia es la relación entre Vmedido / V aplicado REPITA a 1000s de frecuencias en el rango (0.1 Hz -25 MHz), con 10 V GRAFICO, x=Frecuencia vs. y=Magnitud de la Respuesta Represente de manera logarítmica, 20 log (medido / aplicado) Measured V
Measured V 20 Hz Response =
Vmedido
70 Hz Response =
Magnitud (V/V)
10 Vaplicado
100 Hz Response = 500 Hz Response = 1000 Hz Response = 2000 Hz Response = 5000 Hz Response =
Magnitud =
Vmedido Vaplicado
10,000 Hz Response =
10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V
20 Hz
50,000 Hz Response = 100,000 Hz Response = 200,000 Hz Response = 500,000 Hz Response = 800,000 Hz Response = 1,000,000 Hz Response = 1,500,000 Hz Response = 2,000,000 Hz Response =
10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V
1000 Hz
10,000 Hz
100,000 kHz Frecuencia (Hz)
1,000,000 Hz
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2,000,000 Hz
SFRA – Característica de la Gráfica Magnitud de la Respuesta de Barrido de Frecuencia Modelo eléctrico del transformador = circuito RLC Cada frecuencia tiene una impedancia efectiva
Dominio Inductivo Dominio Capacitivo 20 Hz Response
Vmedido Magnitud (V/V)
10 Vaplicado
Magnitud =
50,000 Hz Response
10,000 Hz Response 1000 Hz Response 5000 Hz Response 2000 Hz Response
Vmedido Vaplicado
1,500,000 Hz Response
70 Hz Response 100 Hz Response 500 Hz Response
20 Hz
1000 Hz
10,000 Hz
2,000,000 Hz Response 100,000 Hz Response 1,000,000 Hz Response 800,000 Hz Response 200,000 Hz Response
100,000 kHz Frecuencia (Hz)
500,000 Hz Response
1,000,000 Hz
Resonancias 14
2,000,000 Hz
Rangos de frecuencia para medición SFRA – CIGRE 342 Categoría Transformadores de Potencia, Uw < 100 kV Transformadores de Potencia, Uw > 100 kV Comparación de mediciones anteriores y/o métodos/practicas que no se ciñen at estándar de CIGRE
Limite de Baja Frecuencia
Limite de Alta Frecuencia
< 50 Hz
2 MHz
< 50 Hz
1 MHz
< 50 Hz
500 kHz
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Rangos de frecuencia para medición SFRA – Ejemplos “Estándar”
Limite de Baja Frecuencia
Limite de Alta Frecuencia
Eskom
20 Hz
2 MHz
ABB
10 Hz
2 MHz
“Japón” (impedancia)
100 Hz
1 MHz
Por defecto el instrumento debe cubrir el rango 20 Hz – 2 MHz
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SFRA Resultados – Regiones de Frecuencia Problemas en el transformador pueden detectarse en diferentes rangos de frecuencia • “Bajas” frecuencias – Problemas en el núcleo – Devanados abiertos/corto circuito – Malas conexiones/incremento resistencia – Cambios en la impedancia de Corto-circuito
Winding and tap leads Winding interaction and deformation
• “Media” frecuencia – Deformaciones en los devanados – Desplazamiento de devanados
Core + windings
• “Altas” frecuencias – Movimiento de los devanados y conexionado del conmutador
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Regiones de Frecuencia según IEEE… 10 0 -10
Magnitude, dB
-20
Winding structure influence
Core influence
-30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 1 10
A phase B phase C phase 2
10
Earthing leads influence
Interaction between windings 3
10
4
10 Frequency, Hz
5
10
6
10
7
10
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Comparativo de diferentes técnicas de diagnostico (CIGRE 342) Diagnostic technique
Advantages
Magnetizing (exciting) current
Requires relatively simple equipment. Can detect core damage
Disadvantages
Not sensitive to winding deformation. Measurement strongly affected by core residual magnetism Impedance (leakage reactance) Traditional method currently specified in Very small changes can be significant. short-circuits test standards. Limited sensitivity for some failure modes Reference (nameplate) values are (best for radial deformation) available Frequency Response of Stray Losses Can be more sensitive than impedance Not a standard use in the industry (FRSL) measurement. Almost unique to detect short circuits between parallel strands Winding capacitance Can be more sensitive than impedance Limited sensitivity for some failure modes measurements. (best for radial deformation). Standard equipment available Relevant capacitance may not be measurable (e.g. Between series/common/tap windings for auto transformers) Low Voltage Impulse (LVI) (time domain) Recognized as very sensitive Specialist equipment required. Difficult to achieve repeatability. Difficult to interpret Better repeatability than LVI with the Standardization of techniques required. Frequency Response Analysis same sensitivity. Guide to interpretation required Easier to interpret than LVI (frequency instead of time domain). Increasing number of users 19
Pruebas Comparativas Transformador A
Basado en Diseño
Basado en Tiempo
Transformador A
Transformador B
Basado en el Tipo Constructivo 20
Comparaciones Basadas en Tiempo (Las pruebas se levan a cabo en el mismo transformador en diferentes periodos de tiempo)
Esta es la prueba mas eficaz Desviaciones entre curvas son fácil de detectar
Basadas en el Tipo Constructivo (Las pruebas se llevan a cabo en transformadores de un diseño similar)
Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y sus posible modificaciones Desviaciones menores no son necesariamente un signo de problemas en la unidad
Basado en Diseño (Las pruebas se realizan en los terminales de los devanados y boquillas de idéntico diseño)
Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y sus posible modificaciones Desviaciones menores no son necesariamente un signo de problemas en la unidad 21
Comparación de Transformadores Similares (mismo fabricante) La comparación entre unidades idénticas de producción en serie puede ser sencilla ya que todas las bobinas se fabrican de la misma manera
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Comparación de Transformadores Similares (diferente fabricante) Transformadores con similar especificación pero diferentes fabricantes difiere por tipo de materiales y diseño. 2 X 115/34.5 7.5MVA
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Comparación de Transformadores Rebobinados La comparación es típicamente complicada puesto que cada bobina puede tener su característica única de construcción.
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Filosofía de las Mediciones SFRA
Nuevas mediciones = Medición de Referencia
Entra en Servicio Nuevas Mediciones ≠ Medición de Referencia
Se requiere pruebas adicionales 25
SFRA Ejemplo de Comparación Transformador trifásico 2 devanados – mismo transformador, misma fase
Prueba de Aceptación = Huella Digital
Prueba post-falla
Superposición de curvas Aceptación & Post-falla 26
Cuándo se realizan las mediciones SFRA? Pruebas de Fabrica Control de Calidad en el proceso de manufactura Verificación de la unidad después de la prueba de corto-circuito Antes del envío
Instalación/puesta en servicio Reubicación Luego de una falla pasante en el sistema Parte de las pruebas de diagnostico de rutina Eventos catastróficos • Movimientos sísmicos • Huracanes / Tornados
En pruebas por alarmas de la unidad • Buchholz • DGA • Alta Temperatura
Antes-después de mantenimiento correctivo 27
Detección de Fallas en el Transformador
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Detección de Desplazamiento de Bobinas
Previo a la prueba de SFRA, la integridad mecánica del transformador fue evaluada con los siguientes métodos:
Resistencia de Devanados Corriente de Excitación Medición de Reactancia de dispersión Capacitancia inter-devanados
Cada uno de estos métodos dan una referencia especifica
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Importancia de cada Prueba Type of Test
Transformer Characteristic
@ 60 Hz
1.) OPEN Circuit Self Admittance VR OPEN
Looks at Winding AND Core characteristics
Similar to Excitation Test
VM 2.) SHORT Circuit Self Admittance VR SHORT
Similar to Leakage Reactance Looks at Winding
VM
3.) CAPACITVE Inter-Winding VR
VM
Looks at Capacitance between Windings
Similar to Capacitance
Looks at Inductance of BOTH Windings
Similar to TTR
4.) INDUCTIVE Inter-Winding VR
VM
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Configuraciones de Medición SFRA
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SFRA configuración
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Circuito de Medición
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Tipos de Pruebas- Admitancia de circuito abierto (CA) Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, con todos los demás terminales flotantes. La impedancia de magnetización del transformador es el principal parámetro que caracteriza la respuesta de baja frecuencia (bajo la primera resonancia) en esta configuración Comúnmente se la usa por su simplicidad y la facilidad de analizar cada devanado por separado
Configuración de la Prueba SFRA en circuito abierto
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Admitancia de Circuito Abierto- Ejemplo Bajas Frecuencias • Puede variar entre mediciones por efecto de magnetización • Respuesta típica de doble-hundimiento en fases simétricas • Fase – B normalmente aparece por debajo de las fases A y C (Y)
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Tipos de Pruebas- Admitancia de cortocircuito (CC) Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, mientras el devanado de bajo voltaje es cortocircuitado. La influencia del núcleo desaparece por debajo de aproximadamente 10-20 kHz porque la respuesta de baja frecuencia se caracteriza por la impedancia de cortocircuito / reactancia de fuga en lugar de la inductancia de magnetización La respuesta en altas frecuencias es similar a la prueba de admitancia en circuito abierto.
Configuración de la Prueba SFRA en cortocircuito
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Admitancia de cortocircuito (CC) - Ejemplo Bajas Frecuencias • Todas las fases deben ser muy similares. Variaciones > 0.25 dB sugieren problemas de reactancia de fuga/resistencia de devanados/ conexionado/ conmutadores
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Tipos de Pruebas – Capacitivo interdevanados (ID) Se realiza desde uno de los extremos de un devanado a otro, con todos los otros terminales flotando. En la respuesta de esta configuración en bajas frecuencias predomina la influencia de la capacitancia entre devanados.
Configuración de la Prueba SFRA en capacitiva entre devanados 38
Capacitivo inter-devanados Ejemplo
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Tipo de Pruebas – Admitancia transferida (VT): Se realiza desde una fase de uno de los devanados a la misma fase de otro devanado, con sus respectivos extremos aterrizados. Los demás terminales que no están bajo prueba deben permanecer flotantes. El rango de baja frecuencia se define por la relación de transformación de los devanados
Configuración de la Prueba SFRA en voltaje transferido
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Admitancia Transferida (VT)
41
Comparación de resultados de Prueba
Núcleo sin aterrizar
Núcleo Aterrizado
Repetitividad es la clave del éxito! 42
Ejemplo de Repetitividad 105 MVA, Transformador monofásico Elevador (GSU) Mediciones SFRA con FRAX 101 antes y después de un severo corto-circuito en el generador • Dos unidades de prueba diferentes • Dos técnicos distintos • Prueba realizada en fechas distintas
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Antes (2007-05-23) y post-falla (2007-08-29)
Bobina BT
Bobina AT
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105 MVA, Monofasico GSU Las mediciones antes y después del evento resultaron virtualmente idénticas Excelente correlación entre la referencia y la medición post-falla. Conclusión: No existe indicativos de danos mecánicos internos en el transformador El transformador puede ser puesto en servicio
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Factores que Influyen la calidad de la medición Calidad de la conexión de la señal de medición Practica de aterrizaje Rango dinámico interno del equipo, piso de ruido Comprensión de la condición del núcleo en la prueba de circuito abierto
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Mala conexión Mala conexión se refleja en la distorsión a mayores frecuencias
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Terminales de conexión Abrazaderas tipo C aseguran la calidad del contacto Penetra capas no conductivas Conexión solida a la brida del buje
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La Conexión de Puesta a tierra asegura la repetitividad de la prueba en altas frecuencias
Práctica recomendada
Práctica incorrecta
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Influencia del tipo de Puesta a Tierra
C. Homagk et al, ”Circuit design for reproducible on-site measurements of transfer function on large power transformers using the SFRA method”, ISH2007
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Calidad del Equipo de Pruebas Los transformadores tienen alta impedancia en su primera resonancia El ruido interno del equipo es principalmente el limitante mas critico, no el ruido de la subestación Verifique el piso de ruido de su instrumento realizando una prueba de puntas abiertas
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Nivel de Ruido Interno – ”Piso de ruido”
Rojo = Otra marca Verde = FRAX 101
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Ejemplo de problema de ruido interno
H1 – H2 mediciones circuito abierto y corto Negro = Otra marca Rojo = FRAX 101
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Por qu’e se require por lo menos -100 dB..?
Westinghouse 40 MVA, Dyn1, 115/14 kV, HV [open]
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Influencia del núcleo Trate de minimizar el efecto, de todas maneras algunas diferencias se verán y deben aceptarse. De preferencia: Realice las mediciones SFRA antes de la prueba de resistencia de devanados (o des-magnetice el núcleo antes de la prueba SFRA) Use el mismo nivel de voltaje en todas las mediciones SFRA.
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Prueba de resistencia de devanados
H1-H2 [open] Luego de prueba de resistencia de devanados
Luego de la desmagnetización
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SFRA – Efecto del cambiador de tomas
Efecto a bajas frecuencias
Efecto en bobinas
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Efecto del Voltaje Aplicado
H1-H0 [open] 0.1 V peak-to-peak
10V peak-to peak El efecto es mayor en los devanados de BT
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Voltaje de Medici on variable…
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Calidad de la Medición y Repetitividad La base de las mediciones SFRA es la comparación y la repetitividad es de extrema importancia Para asegurar la repetitividad; • Seleccione un instrumento de calidad, alta precisión con un amplio rango dinámico e impedancia de entrada/salida que sea apropiada para el tipo de cable coaxial (típico 50 Ohm) • Asegure una buena señal de conexión y conecte la pantalla de los cables coaxiales a la brida de la boquilla usando la técnica de la “trenza mas corta”. • Use el mismo voltaje de prueba en todas las mediciones SFRA • Tenga cuidado de las pruebas de resistencia de devanados y otras pruebas que puedan magnetizar el núcleo. • Documente su prueba apropiadamente, tome fotografías y detalle la configuración de conexiones y posición de conmutadores
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SFRA Análisis
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Herramientas de análisis para SFRA Visual – análisis grafico • • •
•
Valores iniciales dB La forma esperada de configuraciones Comparación de huellas tomadas en: – El mismo transformador – Transformadores de construcción y propiedades similares – Fases Simétricas Nuevas frecuencias de resonancia
Análisis de Correlación • Estándar DL/T 911 2004 • Especifico de fabrica y usuario final
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Respuest Tipica de un Transformador en buen estado
HV [cortocircuito] identico entre fases LV [abierto] segun lo esperado para un trans-r ΔY Minima desviacion entre fases en todas las pruebas – no hay defectos de devanados
HV [abierto] segun lo esperado para un trans-r ΔY ”Doble endidura”
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Transformador con serios Problemas
Grandes desviaciones entre fases para BT (abierto) en bajas frecuencias es indicativo de cambios en el circuito magnetico, defectos del nucleo
Grandes desviaciones entre fases en los rangos de meadia y altas frecuencias son indicativos de fallas en los devanados
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Transformador con espiras del devanado en corto Es la falla mas sencilla de reconocer con SFRA Típicamente se produce por una falla de corriente pasante Las espiras adyacentes pierden papel y se fusionan resultando en una vuelta solida alrededor del núcleo SFRA provee un diagnostico claro de la espira en corto La respuesta de SFRA por cortos de espiras no requiere de referencia pues su variación en las bajas frecuencias es evidente
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Espira en Corto Circuito Rango de Frecuencia 20 Hz – 10 kHz
5 kHz – 100 kHz
Corto Circuito entre espiras Considerando que no existan otras fallas: Prueba de Circuito Abierto: La falla de corto circuito remueve el efecto de la reluctancia del núcleo de la prueba de circuito abierto. La respuesta de FRA en circuito abierto toma un comportamiento similar al de la prueba de corto circuito. La bobina afectada muestra la mayor variación. Este tipo de falla afecta también aunque de menor manera las respuestas de otras bobinas. Prueba de Corto Circuito: Los resultados no son comparables con datos anteriores o entre fases. La bobina afectada esta generalmente fuera del trazado. Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: En este rango se produce un desplazamiento o nuevos puntos de resonancia.
50 kHz – 1 MHz
Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: En este rango se produce un desplazamiento o nuevos puntos de resonancia.
> 1 MHz
Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: En este rango se produce un desplazamiento o nuevos puntos de resonancia.
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Transformador con espiras en Corto 10
100
1000
10000
100000
1000000
0 -10
Response (dBs)
-20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 Frequency (Hz)
HV [open]; fase-B (rojo) debe tener una menor respuesta en comparacion con las fases A y C pero presenta mayor magnitud / menor impedancia
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Corto circuito entre Espiras… La impedancia decrece en las bajas frecuencias en la prueba de circuito abierto
La impedancia decrece en las bajas frecuencias en la prueba de AT corto circuito (solo si el corto esta en AT)
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Deformación Radial de la Bobina Rango de Frecuencia 20 Hz – 10 kHz
Deformación Radial de la Bobina Considerando que no existen otras fallas: Prueba de Circuito Abierto: Esta región (núcleo) generalmente no se ve afectada por deformación radial. Prueba de Corto Circuito: Resulta en un incremento de impedancia. El trazado de FRA por la fase afectada generalmente muestra una ligera atenuación en la zona inductiva.
5 kHz – 100 kHz
Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
El rango que representa las bobinas puede desplazarse o se pueden producir otros nuevas resonancias dependiendo de la severidad del problema. De todas formas, esta variación es difícil de identificar. Los cambios son mayores en la bobina afectada, pero es posible observar cambios en la bobina opuesta. Esta respuesta debe usarse como evidencia secundaria para corroborar el análisis. 50 kHz – 1 MHz
Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
La deformación radial de la bobina es mas evidente en este rango. Puede desplazarse o producir nuevas resonancias dependiendo de la severidad de la deformación. Los cambios son mayores en la bobina afectada, pero es posible observar cambios en la bobina opuesta. > 1 MHz
Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
Este rango generalmente no se ve afectado, aunque una deformación muy severa puede reflejarse en este rango.
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Deformación Radial de la Bobina...
Cambios de Resonancia en las frecuencias medias y altas en la prueba de Circuito Abierto
Pequeño pero significativo incremento de impedancia en las bajas frecuencias en la prueba de Corto Circuito
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Deformación Axial de la Bobina Rango de Frecuencia 20 Hz – 10 kHz
5 kHz – 100 kHz
50 kHz – 1 MHz
> 1 MHz
Deformación Axial de la Bobina Considerando que no existan otras fallas: Prueba de Circuito Abierto: Esta región no se ve generalmente afectada durante la deformación axial de la bobina. Prueba de Corto Circuito: Resulta en un cambio de impedancia. El trazado de FRA en la bobina afectada causa una diferencia entre fases o resultados previos en la zona inductiva. Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: La deformación axial de la bobina es mas evidente en este rango. Puede desplazarse o producir nuevas resonancias dependiendo de la severidad de la deformación. Los cambios son mayores en la bobina afectada, pero es posible observar cambios en la bobina opuesta Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: La deformación axial de la bobina presenta desplazamiento o produce resonancias dependiendo de la severidad de la deformación. Los cambios son mayores en la bobina afectada, pero es posible observar cambios en la bobina opuesta
Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: La respuesta por deformación axial es impredecible en este rango.
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Defromacion Axial de la Bobina...
Cambios de Resonancia en las frecuencias medias y altas en la prueba de Circuito Abierto
Pequeño pero significativo incremento de impedancia en las bajas frecuencias en la prueba de Corto Circuito
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Defectos del Núcleo Defectos del núcleo causan variaciones en el circuito magnético del núcleo Calentamiento de laminas del núcleo Corto entre laminas del núcleo Múltiples puntos a tierra Pérdida del punto de conexión a tierra del núcleo.
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Defectos del Núcleo Rango de Frecuencia 20 Hz – 10 kHz
5 kHz – 100 kHz 50 kHz – 1 MHz
> 1 MHz
Defecto del Núcleo Considerando que no existan otras fallas: Prueba de Circuito Abierto: Este tipo de fallas afectan la región de baja frecuencia, generalmente <10 kHz. Los defectos del núcleo a menudo cambian la forma de la resonancia primaria del núcleo. Defectos del núcleo pueden esconderse tras el efecto de magnetización residual. Prueba de Corto Circuito: Esta región normalmente no se ve afectada por defectos del núcleo. Todas las fases deben ser similares. Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: Este rango puede desplazarse o producir nuevas resonancias. Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: Generalmente este rango se mantiene sin cambios. Pero si la falla se debe a un problema de aterrizaje del núcleo, cambios de la capacitancia CL puede causar desplazamiento de las resonancias en la porción superior de este rango. Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito: Si la falla se debe a un problema de aterrizaje del núcleo, cambios de la capacitancia CL puede causar desplazamiento de las resonancias.
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Defectos del Núcleo - Ejemplo Importantes (e inesperadas) diferencias entre fases en las bajas frecuencias en la prueba de circuito abierto BT
No hay diferencia entre fases en altas frecuencias – No hay defectos de bobinas...
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Defectos del Núcleo...
Variaciones importantes en el circuito magnético en la primera resonancia en la prueba de circuito abierto
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FRAX Unidad de Medición SFRA
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FRAX 101 – Frequency Response Analyzer
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FRAX 101 – Frecuencia Response Analizar Alimentación 11-16VDC, Batería incorporada (FRAX 101) Puerto USB
Bluetooth en FRAX101
Terminales: Generador Referencia Medición
Carcasa de aluminio protegida
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SFRA configuración Generador y Referencia Medición
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Búsqueda en la base de Datos Archivos de datos guardados en formato XML La función de indexación guarda la información relevante en una pequeña base de datos La función de búsqueda despliega y administra los archivos en diferentes ubicaciones
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Formatos de Importación
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Análisis de Correlación
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SFRA – Ejemplos de Aplicación
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Ejemplo – Comparación basada en Tiempo Transformador elevador monofásico, 400 kV Mediciones SFRA antes y después de mantenimiento programado El transformador se suponía estar en buenas condiciones y listo para entrar en operación…
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Ejemplo – Comparación basada en Tiempo
DL/T911-2004 indica “Distorsión Obvia (falta conexión a tierra del núcleo)
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Ejemplo – Comparación basada en Tiempo (reparado)
DL/T911-2004 indica condición “Normal” (conexión a tierra del núcleo reparada) 87
Comparación de Unidades Gemelas Parámetros que Identifican Unidades Gemelas:
Fabricante Especificaciones Técnicas Originales No reparaciones o renovaciones Año de Producción o +/-1 año para unidades grandes La unidad es parte de una serie de ordenes
88
Comparación de Unidades Gemelas - Ejemplo Tres unidades de 159 MVA, 144 KV monofásicas fabricadas en 1960 Salen fuera de servicio para mantenimiento/reparación luego de una alarma de alta temperatura del DGA Unidades idénticas Las pruebas de Corto Circuito indicaban alta resistencia en una unidad (confirmado por medición de resistencia de devanados)
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Comparación de Unidades Gemelas – 3x HV [open]
90
Comparación de Unidades Gemelas – 3x HV [short]
91
Comparación de Unidades Gemelas– 3x LV [open]
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Comparación en Base a Diseño Los defectos mecánicos en los devanados del transformador usualmente generan desplazamientos asimétricos Comparando resultados FRA de columnas probadas por separado puede ser un método apropiado para asesorar la condición mecánica Dependencia del tipo y tamaño del transformador, el rango de frecuencia para comparaciones basadas en diseño va hasta 1 MHz aproximadamente
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Comparación en Base a Diseño- Ejemplo
40 MVA, 114/15 kV, fabricado en 2006 Sale de servicio para quedar como reserva Se desconocen fallas No existe referencia de mediciones FRA de fabrica La prueba SFRA, comparando fases simétricas resultó OK Los resultados pueden usarse como referencia para futuras mediciones 94
Comparación en Base a Diseño – HV [open]
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Comparación en Base a Diseño – HV [short]
96
Comparación en Base a Diseño – LV [open]
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Comparación en Base a Diseño – Luego de una posible Falla Transformador de potencia, 25MVA, 55/23kV, fabricado en 1985 Por error, el transformador fue energizado con el lado de BT aterrizado Al energizar nuevamente el transformador, opera el interruptor (opera la protección del transformador!) Se decide entonces realizar una prueba de diagnostico
98
Comparación en Base a Diseño – Luego de una posible Falla 10
100
1000
10000
100000
1000000
0 -10
Response (dBs)
-20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 Frequency (Hz)
AT-0, BT abierto Fases A y C OK, desviación pronunciada en la fase B (espira en corto?) 99
Comparación en Base a Diseño – Luego de una posible Falla 10
100
1000
10000
100000
1000000
0
Response (dBs)
-10
-20
-30
-40
-50
-60 Frequency (Hz)
AT-0 (BT corto circuito) Fases A y C OK, desviación en la fase B
100
Y como se veía la columna intermedia…? Columna del núcleo Casquillo de aislamiento
Bobina BT
101
Análisis de la Respuesta de Barrido de Frecuencia Referencias Técnicas
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SFRA Guías y Recomendaciones Frequency Response Analysis on Winding Deformation of Power Transformers, DL/T 911-2004, The Electric Power Industry Standard of People’s Republic of China Mechanical-Condition Assessment of Transformer Windings Using Frequency Response Analysis (FRA), CIGRE report 342, 2008 IEEE PC57.149™/D8 Draft Trial-Use Guide for the Application and Interpretation of Frequency Response Analysis for Oil Immersed Transformers, 2009 (Draft) Internal standards by transformer manufacturers, e.g. ABB FRA Standard v.5 103
Por qu’e se requiere al menos -100 dB...
Westinghouse 40 MVA, Dyn1, 115/14 kV, HV [open]
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Comparación del rango de medición
-100 dB medición (CIGRE estándar) Negro – FRAX-101 Rojo – Otra marca SFRA
Medición de ruido interno (abierto) Verde – FRAX-101 Azul – Otra marca SFRA
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Verificación del Equipo Verificación del equipo, cables inclusive • Medición con terminales abiertos (abrazadera) debe dar una respuesta cercana al piso de ruido • Medición con los terminales en “corto” debe dar una respuesta cercana a 0 dB • Modulo de verificación externa con respuesta conocida (FTB-101)
Calibración • FRAX: Mínimo cada 3 años
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Prueba de Integridad del Sistema
Un aparato de verificación con una respuesta de barrido de frecuencia conocida se recomienda en la publicación de CIGRE y otras referencias técnicas para verificar el funcionamiento optimo de los equipos antes de la prueba.
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Conclusiones SFRA es una metodología establecida para detectar cambios electromecánicos en transformadores de potencia Obtener curvas de referencia en unidades criticas para la operación es una inversión!
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