Megger 3 factor de potencia pruebas para transformadores

Pruebas de Factor de

NUEVAS TECNOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Pruebas de Factor de Potencia / Disipación

Buenos Aires

Argentina

3 de Octubre - 2012

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Contenido:

➽ Fundamentos sobre el Factor de Potencia / Disipación

➽ Objetivos

➽ Metodología

➽ Ensayos en Transformadores

➽ Métodos de pruebas

➽ Corrección de temperatura


➽ Corrección de temperatura

➽ Interpretación de los resultados

➽ Pruebas de Tip-UP

➽ Ensayos en Bushings

➽ Ensayos en el Aceite

➽ Referencias Recomendadas

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Seminario Buenos Aires - Octrubre 2012

(Source: Waukesha)


➽ Introducción

� Todo sistema de aislamiento sin importar su condición tiene una cantidadmedible de pérdidas dieléctricas.

� El envejecimiento del material aislante es causa un incremento en laspérdidas del dieléctrico .

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➽ Objetivo

� Es una técnica de prueba eléctrica que aplica una tensión alterna paramedir la corriente de fuga/pérdida en el aislamiento eléctrico.

� El objeto de este ensayo es el de medir los valores de capacitancia y detgδ (factor de disipación o factor de potencia) de las diferentescombinaciones del sistema de aislamiento del transformador y delaislamiento de los bushings.

➽ Defectos detectables

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� Puede determinarse si el aislamiento ha experimentado cambios físicosen su estructura al cabo de solicitaciones electromecánicas.

� El factor de disipación también es sensible a cambios en la estructuradel aislamiento ocasionados por contaminación, humedad oenvejecimiento.

� En cualquiera de los casos, el factor de disipación da una idea de laspérdidas dieléctricas del aislamiento.


➽ Fundamentos

� En un “sistema de aislamiento ideal” conectado auna fuente de tensión alterna, la corriente es100% capacitiva y adelanta a la tensión en 90grados exactamente.

IcIc

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= =Capacitancia =

Us

IcIc


➽ Fundamentos

� No existe ningún aislamiento ideal . Una pequeñacantidad de corriente fluye a través del materialaislante y se denomina corriente de fuga.

� La corriente de fuga se compone de dos elementos.

a. Corriente Resistiva

b. Corriente Capacitiva

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� En condiciones reales de aislamiento, adicionalmente a la corrientecapacitiva , aparece una corriente resistiva (pérdidas) en fase con latensión.

� El valor de la capacitancia de un capacitor depende de las característicasdel material dieléctrico y de su geometría . Si las características delmaterial dieléctrico o la configuración del capacitor cambia,indefectiblemente cambiará el valor de la capacitancia.


➽ Fundamentos

� La relación entre la componente resistiva y la componente capacitiva es ladenominada tgδ o factor de disipación.

� La relación entre la corriente resistiva y la corriente total que circula por eldieléctrico se denomina factor de potencia.

φ (fi)

δ = 90-φ

7


φ (fi)


➽ ¿Factor de disipación o Factor de Potencia?

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

cia

/ Fac

tor

de D

isip

ació

n

Factor de PotenciaFactor de Disipación

tg (δ) =tg (90-φ)

cos (φ)

8


0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Fac

tor

de P

oten

c

Ángulo fi [º]

φ


➽ ¿Factor de Disipación o Factor de Potencia?

tg (δ) =tg (90-φ)

cos (φ)Factor de

DisipaciónFactor de Potencia

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Disipación Potencia


➽ Metodología del ensayo

� Se aplica típicamente 10kV AC. No se debe exceder el valor la tensiónnominal del espécimen bajo prueba.

� Medición

a. Corriente de pérdida (mA)

b. Pérdidas de Potencia (W)

c. Capacitancia (pF)

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� Equipos de prueba de FP / FD – Utilización en Evaluación de AparatosEléctricos:

a. Transformadores

b. Interruptores Automáticos

c. Maquinaria Rotantes

d. Líquidos Aislantes

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e. Bujes de alta tensión

f. Otros


➽ Metodología del ensayo - Aplicaciones

Sistemas de Aislamiento Papel/Aceite

� Factor de Potencia no es dependiente con la tensión (Teóricamente).

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Aislamiento tipo Seco

� Factor de Potencia es dependiente con la tensión.



� Modos de Prueba en Transformadores:

a. Ungrounded Specimen Test (UST)

b. Grounded Specimen Test (GST)

c. Grounded Specimen Test with Guard Connection (GST-G)

d. Corriente de Excitación

e. Prueba Tip-up

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Pruebas de FP en Transformadores

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Transformadores

DELTA4310 12 kV Insulation Diagnostic System


➽ Generalidades

� Circuito Eléctrico – Integridad de Conductor / Devanado• Relación de Transformación y Polaridad (TTR)• Resistencia DC de Devanados

� Circuito Eléctrico – Integridad del Núcleo Magnético• Prueba de Circuito Abierto sin carga (Corriente de Excitación)• Prueba de Cortocircuito (Pérdidas de Carga o Reactancia de Dispersión)

� Integridad del Aislamiento Eléctrico

✔✔✔✔

✔✔✔✔

✔✔✔✔

✔✔✔✔

15


� Integridad del Aislamiento Eléctrico• DC – Resistencia de Aislamiento• AC – Factor de Potencia / Factor de Disipación (Tangente Delt a)• Pruebas de aislamiento del Aceite• Humedad en la celulosa (DFR)

� Integridad Mecánica• SFRA

✔✔✔✔


➽ Transformador - Circuito Dieléctrico

� El aislamiento dieléctrico es representado por un modelo de tipocapacitivo, es decir:

• Consiste de 2 electrodos conductivos, separados a una cierta distancia.• Con un tipo específico de material entre los electrodos.

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➽ Transformador - Circuito Capacitivo del aislamiento

= =

17


Circuito capacitivo equivalente del aislamientoTransformador de Potencia sin devanado Terciario

(Fuente: National Grid )

= =


➽ Metodología del ensayo: Transformadores

� Para un diagnóstico integral del aislamiento es recomendable medir lascapacitancias y tgδ asociadas para cada una de los aislamientosintervinientes:

a. Arrollamientos Primarios y Secundarios

b. Arrollamientos Primarios y Terciarios

c. Arrollamientos Secundario y Terciarios

d. Arrollamientos y cuba

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➽ Metodología del ensayo: Modos de Prueba

Ungrounded Specimen Test (UST)

� Esta prueba se realiza cuando ambos terminales del espécimen deprueba están aislados con respecto a tierra.

� Esta prueba se realiza para mediciones separadas en sistemas complejosde aislamiento.

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Grounded Specimen Test (GST)

� Esta es la conexión de prueba mas frecuentemente utilizada e involucratodo el aislamiento entre el conductor de alta tensión y el sistema depuesta a tierra.

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Grounded Specimen Test with Guard (GST-g)

� Esta prueba se utiliza para separar los valores totales de la prueba GSTen partes separadas para un mejor análisis.

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Resumen:

� GST with Guard� GST � UST

22


Guard



Resumen:

Ungrounded Specimen Test

Grounded Specimen Test

× × √

× √ ×

× √ √

Ground Red Blue

Ground Red Blue

Medición

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Grounded Specimen Test

Grounded Specimen Test with Guard

Ground Red Blue

√ × ×

√ × √

√ √ ×

Ground Red Blue

√ √ √


➽ Metodología del ensayo: Transformadores de dos arrollamie ntos

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➽ Metodología del ensayo: Transformadores de dos arrollamie ntos

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➽ Resultados

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➽ Dependencia de la temperatura

� Las características del factor de disipación un dieléctrico sondependientes de la temperatura .

� Es fundamental registrar los valores de temperatura (¿Cuáltemperatura? ), para poder referirlos a una temperatura de referencia(normalmente 20ºC) y poder de comparar las desviaciones.

� ¿Como corregir los valores de factor de disipación con la temperatura?

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➽ Corrección de temperatura: Criterio IEEE Std C57.12.90-20 06

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tgδ (20 ºC) = tgδ (xºC) / K

¿Cuál es la temperatura del sistema aislante al mom ento de las pruebas?



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➽ Curvas Típicas de Corrección de Temperatura

2,00

2,50

3,00

3,50

Typical temp correction, Power

Transformers (IEEE C57.12.90)

30


0,00

0,50

1,00

1,50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Transformers (IEEE C57.12.90)

Typical temp correction, Bushings



� IEEE C57.12.90 sección 10.10.4 Nota 3 (b) indica “La experiencia hamostrado que la variación de factor de potencia por la temperatura essustancial y errático de tal manera que ninguna de las curvas se ajustapara todos los casos”:

“Experience has shown that the variation in power factor withtemperature is substantial and erratic so that no single cor rectioncurve will fit all cases.” “Aplicación de Corrección por temperatura para pruebas FP en

transformadores y Bujes – Caso de Estudio”Power Grid Corporation of India Limited

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Power Grid Corporation of India Limited


➽ Factor de Disipación en diferentes bushings

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➽ Corrección de Temperatura en Pruebas FP

� Las propiedades del sistema de aislamiento varían con la temperatura.

� ¿Sería posible conocer “las características” de ese sistema de aislamientoa diferentes temperaturas e identificar cada estado de alguna manera(huella, curva, etc)?

Prueba de barrido en frecuencia de la tg δ

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� Diferentes mediciones de tgδ con el transformador a diferentes estado:temperatura y contaminación/envejecimiento.

tgδ = 0,8 (20ºC) tgδ = 1,0 (20ºC) tgδ = 1,2 (20ºC)

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Fuente: Siemens



tgδ = 0,8 (20 ºC)

20 ºC

35


30 ºC 40 ºC

50 ºC



50 ºC

tgδ = 1 (20 ºC)20 ºC

36


30 ºC40 ºC



50 ºC

tgδ = 1,2 (20 ºC)20 ºC

37


30 ºC40 ºC



38




39




40


40 ºC



40 ºC

41


NO NO

SI


➽ Dependencia Térmica Real del Aislamiento con“Individual Temperature Correction, (ITC)”

� La corrección de temperatura en los equipos tradicionalesse realiza mediante la utilización de tablas estadísticas ycurvas de corrección dadas para diferentes tipos demateriales aislantes. Los valores medidos se referencian acondiciones de (20°C/68°F).

� En realidad no hay equipo que correspondaexactamente al valor de tabla

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exactamente al valor de tabla y por ejemplotransformadores nuevos y viejos difieren sobremanera conrespecto a las tablas propuestas por IEC, IEEE y otros.

� Con ITC Delta 4000 estima la dependencia Térmica realdel objeto de prueba al medir FD sobre un rango defrecuencia determinado y luego matemáticamentecalculada la corrección de temperatura a 20° C., estoresulta en mediciones mas precisas y una mejorevaluación de la condición del material aislante .



a) Incrementos en el factor de potencia pueden deberse a:

� Contaminación en el sistema de aislamiento

� Deterioro Químico

� Daños por sobrecalentamiento

� Presencia de humedad

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b) Si el sistema de aislamiento es dependiente de la tensión aplicada, laprueba tip-up puede identificar ionización, carbonización en elaceite, contaminación en el papel o aceite.

c) Variaciones en capacitancia indican:

� Deformaciones mecánicas en las estructuras de núcleo/bobinas

� Humedad



Factor de disipación [%] Estado

0.5 Bueno

0.5 - 0.7 Deterioro normal

0.7 - 1 Requiere investigación

> 1 Deterioro excesivo

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� Para analizar las tendencias de los valores de la capacitancia, secompraran las sucesivas mediciones respecto a los valores dereferencia, cuyas desviaciones no debieran ser superiores al 10%.


➽ Interpretación de los resultados: sucesivas mediciones

Factor de potencia[%]

Estado

0.5 Bueno

0.5 - 0.7 Deterioro normal

0.7 - 1 Requiere

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0.7 - 1 Requiere investigación



➽ Prueba “Tip - Up”: Dependencia de la Tensión

� Típicamente se realiza esta prueba en máquinas eléctricas rotativasdonde el Factor de Potencia se mide como una función de la tensión deprueba. ¿por qué razón?

� Norma de aplicación: IEEE Std 286™-2000 (R2006)

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(Fuente: Ramakrishna Electrical Winding Works)



� La prueba de Factor de Potencia se realiza normalmente a 10 kV o losresultados obtenidos se corrigen a 10 kV equivalente.

� Con la tecnología de medición disponible hoy en día, la prueba se puederealizar a cualquier tensión en el rango de 27 V a 12 kV.

� Todo depende del tipo de espécimen y las condiciones de prueba.

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➽ Prueba “Tip - Up”: Ventajas

� Inmunización contra interferencia electrostática presente ensubestaciones.

� La señal en AT provee una mejor relación señal/ruido (SNR).

� La señal de prueba en AT provee resultados mas precisos y exactos.



� La prueba Tip-up de FP se usa como control de calidad en devanadosrecientemente fabricados.

� El análisis se realiza en una base estadística.

� Generalmente la relación PF vs. Tensión se grafica y la gradiente escalculada entre los valores de voltaje seleccionados.

� Los valores permisibles se definen dependiendo del diseño del devanadoy otros muchos factores.

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y otros muchos factores.

� Variaciones en la prueba tip-up son indicativas de variación en lascondiciones del aislamiento de los devanados, estrés en los terminales delos devanados o en las estructuras de soporte.



� Tres valores a considerarse:

1) El valor inicial de FP al primer valor de tensión de prueba; ej., a 0.2Un (20%).

2) El valor de gradiente de FP entre dos tensiones de prueba diferentes;ej., entre 0.8 Un (80%) y 0.2 Un (20%).

3) El valor de gradiente de FP entre cada valor de tensión sucesivo deprueba; ej., entre 0.2 Un (20%) y 0.1 Un (10%), 0.3 Un (30%) y 0.2

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prueba; ej., entre 0.2 Un (20%) y 0.1 Un (10%), 0.3 Un (30%) y 0.2Un (20%), etc.



� El gradiente de Factor de Potencia es sensible a:

1) Inclusiones gaseosas en el aislamiento.

2) Daños por descargas parciales en el aislamiento.

3) La continuidad de la superficie semiconductora.

4) La calidad del proceso de impregnación en sistemas tipo resina.

5) De-laminación como resultado del estrés térmico.

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5) De-laminación como resultado del estrés térmico.



� La prueba Tip-up ayuda a determinar la presencia de inclusionesgaseosas en el sistema de aislamiento tipo seco.

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Capacitancia y tg δ: Resumen

➽ Se miden diferentes combinaciones del aislamiento(arrollamientos y bushings); el uso de guardas esfundamental.

➽ La prueba TIP-UP es muy útil para determinar contaminacióndel sistema aislante.

➽ Para un correcto análisis del factor de disipación debenrealizarse correcciones por temperatura.

si no

✔✔✔✔

✔✔✔✔

✔✔✔✔

52


realizarse correcciones por temperatura. ✔✔✔✔

DELTA 4000/4300


Capacitancia y tg δ de Bushings

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➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tg δ de los bushings (I)

➽ Objetivo

El objeto de este ensayo es el de medir los valores de capacitancia y de tgδ(factor de disipación) del bushing (C1 y C2).


� Puede determinarse si el aislamiento ha experimentado cambios físicos alcabo de solicitaciones electromecánicas.

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� Puede determinarse envejecimiento del sistema de aislamiento delbushing.

� Es posible detectar contaminación y grietas en la estructura de laporcelana.


➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tg δ de los bushings (II)

➽ Fundamentos

Estructura interna de los bushings:

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➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tg δ de los bushings (III)

➽ Metodología de medición

En los casos en que el bushing no cuente con TAP pude emplearse elmétodo del “collar caliente”.

Este método consiste en colocar una banda polimérica sobre la superficiedel bushing; de forma de conformar un electrodo para la aplicación detensión.

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➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tg δ de los bushings (IV)

➽ Metodología de medición

¿Corrección por temperatura?

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➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tg δ de los bushings (V)


� Para bushings de alta tensión, los valores de tgδ debieran mantenerse pordebajo al 1% en cualquier condición.

� Discrepancias superiores al 10% de los valores de capacidad, pueden serindicativos de cambios importantes en la estructura del aislamiento delbushing.

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Capacitancia y tg δ del aceite

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Power Factor Oil Cell Megger


Capacitancia y tg δ del aceite (I)

➽ Objetivo

El objetivo de este ensayo es determinar la tgδ delaceite.

El factor de disipación es una medida de la potenciade pérdida cuando un líquido aislante eléctrico essometido a un campo eléctrico de corriente alterna.

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� Presencia de humedad

� Presencia de elementos contaminantes


Capacitancia y tg δ del aceite (II)


Valores sugeridos para aceites en servicio por IEEE C57.106.2006 (ASTM924).

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Referencias Recomendadas

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Recomendadas


Capacitancia y tg δ: ResumenReferencias

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Referencias

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Referencias

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