Megger 3 pruebas transformadores - Espectroscopia

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SEMINARIO TEORICOSEMINARIO TEORICO--PRACTICOPRACTICOBuenos AiresBuenos Aires –– La PlataLa Plata -- MontevideoMontevideo

Marzo 2012Marzo 2012

yr

Texto escrito a máquina

Artec Ingeniería S.A. Representante exclusivo de Megger en Argentina www.artec-ingenieria.com

yr


yr


Que es la Espectroscopia? Método para aislar/identificar la estructura constructiva de un

material compuesto Ejemplo 1: Identificar la composición química de una muestra

extraída en la Luna u otro planeta del sistema solar. Ejemplo 2: Fragmentación de un rayo luminoso a través de un

prisma

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Espectroscopia Dieléctrica – Reseña Histórica

La espectroscopia de la Impedancia opera convalores complejos y su historia data desde laintroducción del término impedancia en la décadade 1880.

En 1941 la espectroscopia de la Impedancia seintrodujo en el campo de la Respuesta delDieléctrico al introducir el grafico Cole-Colemostrando ε” en el eje y (imaginario) vs. c' en el ejex (o real).

En 1995 se introduce el PRIMER instrumento parapruebas DFR/FDS en laboratorio/campo

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La espectroscopia de la Impedancia opera convalores complejos y su historia data desde laintroducción del término impedancia en la décadade 1880.

En 1941 la espectroscopia de la Impedancia seintrodujo en el campo de la Respuesta delDieléctrico al introducir el grafico Cole-Colemostrando ε” en el eje y (imaginario) vs. c' en el ejex (o real).

En 1995 se introduce el PRIMER instrumento parapruebas DFR/FDS en laboratorio/campo

Áreas de Aplicación

Diagnostico de Transformadores– Aislamiento de Transformadores de Potencia– Bushings– Transformadores de Instrumentos

Diagnostico de Cables– Cables con aislamiento de Papel (PILC)– Cables de aislamiento XLPE

Otros sistemas de Aislamiento– Para usuarios en áreas de investigación y desarrollo

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Diagnostico de Transformadores– Aislamiento de Transformadores de Potencia– Bushings– Transformadores de Instrumentos

Diagnostico de Cables– Cables con aislamiento de Papel (PILC)– Cables de aislamiento XLPE

Otros sistemas de Aislamiento– Para usuarios en áreas de investigación y desarrollo

DFR en Transformadores de Potencia

Primero – distinguir entre aislamiento solido húmedoversus seco

Segundo - Identificar contaminantes en el sistema deaislamiento liquido

• DFR tiene la capacidad de distinguir entre el aceite mineral yla celulosa cuando se realizan las mediciones

• El aceite tiene una respuesta diferente a la de la celulosa adiferentes frecuencias y temperaturas

Finalmente, el sistema conlleva a una evaluación de lacondición del aislamiento interno deltransformador!

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Primero – distinguir entre aislamiento solido húmedoversus seco

Segundo - Identificar contaminantes en el sistema deaislamiento liquido

• DFR tiene la capacidad de distinguir entre el aceite mineral yla celulosa cuando se realizan las mediciones

• El aceite tiene una respuesta diferente a la de la celulosa adiferentes frecuencias y temperaturas

Finalmente, el sistema conlleva a una evaluación de lacondición del aislamiento interno deltransformador!

Estándares de Referencia

2004 – El reporte CIGRE 254, ”Dielectric Response Methods forDiagnostics of Power Transformers” sale a publicación.

2006 - Proyecto REDIATOOL reporta a CIGRE, recomendandoDFR como el método de preferencia para la evaluación de lahumedad en transformadores de potencia

2009 - CIGRE Task Force D1.01.14 “Dielectric response diagnosesfor transformer windings” finaliza su trabajo y el reporte sale parapublicación

2011 – El Comité de Transformadores de IEEE se reúne porprimera vez para generar una propuesta de guía para el método DFR

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2004 – El reporte CIGRE 254, ”Dielectric Response Methods forDiagnostics of Power Transformers” sale a publicación.

2006 - Proyecto REDIATOOL reporta a CIGRE, recomendandoDFR como el método de preferencia para la evaluación de lahumedad en transformadores de potencia

2009 - CIGRE Task Force D1.01.14 “Dielectric response diagnosesfor transformer windings” finaliza su trabajo y el reporte sale parapublicación

2011 – El Comité de Transformadores de IEEE se reúne porprimera vez para generar una propuesta de guía para el método DFR

Principio de Medición

En la prueba DFR se mide la capacitancia y elfactor de potencia /factor de disipación en un rangode frecuencia entre 1MHz – 0.1mHz.

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Beneficios de las mediciones DFR

Medición de Factor de Potencia/Factor de Disipación amúltiples frecuencias y a cualquier temperatura

Comparación de los valores medidos vs. los valores delmodelo, con referencia en una base de datos demateriales

Se obtienen los resultados en forma de:• humedad en el aislamiento solido de celulosa como

porcentaje del peso total del papel• Conductividad del aislamiento liquido• Geometría estimada del sistema de aislamiento

Corrección precisa del valor de %FD 60Hz de un valormedido a un valor normalizado a 20ºC

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Medición de Factor de Potencia/Factor de Disipación amúltiples frecuencias y a cualquier temperatura

Comparación de los valores medidos vs. los valores delmodelo, con referencia en una base de datos demateriales

Se obtienen los resultados en forma de:• humedad en el aislamiento solido de celulosa como

porcentaje del peso total del papel• Conductividad del aislamiento liquido• Geometría estimada del sistema de aislamiento

Corrección precisa del valor de %FD 60Hz de un valormedido a un valor normalizado a 20ºC

Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia –Variación del Factor de Potencia con laFrecuencia

Eje de FrecuenciaEje del

Factor dePotencia

32% a 0.02 Hz(0.32)

0.31% a 60Hz

(0.0031)

9

Eje delFactor dePotencia

0.31% a 60Hz

(0.0031)

Pérdidas en el Aislamiento

Pérdidas dePolarización

PérdidasConductivas

10

PérdidasTotales

Medición: Factor de Disipación (tand), Factor de Potencia (cosΘ)

Conducción y Polarización

Conducción (cargas libres)

Polarización (cargas dipolares)

-q+q

+q

+q -q -q

_ +

11

Conducción (cargas libres)

Polarización (cargas dipolares)

Polarización

Polarización• Electrónica• Molecular• Orientación de dipolos (líquidos, polímeros)• Interfacial (en los bordes externos o internos)

La polarización se ve afectada por elenvejecimiento

• Introduce agua y otras moléculas polares• Ruptura de cadenas estructurales• Otros efectos

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Polarización• Electrónica• Molecular• Orientación de dipolos (líquidos, polímeros)• Interfacial (en los bordes externos o internos)

La polarización se ve afectada por elenvejecimiento

• Introduce agua y otras moléculas polares• Ruptura de cadenas estructurales• Otros efectos

Polarización – Incremento de Carga

U= 0

+

_

U

+ + + +

U= 0

+

_

U

+ + + + + + + +

+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _

Ud

AUCQ 00

13

U= 0

+

_

U

+ + + +

U= 0

+

_

U

+ + + + + + + +

+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _

Ud

AUCQ rr 00

Polarización – Incremento de Corriente

U= 0

+

_

U

+ + + +

U= 0

+

_

U

+ + + + + + + +

+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _

El factor mediante el cual el valor de corriente se incrementa se conocecomo permitividad relativa r

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U= 0

+

_

U

+ + + +

U= 0

+

_

U

+ + + + + + + +

+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _

Material Permitividad Relativa,r a 50/60 Hz

Conductividad, [S/m]

XLPE 2.3 <10-16

Papel Kraft 3.2 – 3.8 10-15 – 10-12

AceiteMineral 2.1 – 2.3 10-13 – 10-10

CartonPrensado 4.1 – 4.5 10-16 – 10-12

Teflon 2.1 10-18

Agua 80

Permitividad Relativa y Conductividad dealgunos materiales Dieléctricos

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Material Permitividad Relativa,r a 50/60 Hz

Conductividad, [S/m]

XLPE 2.3 <10-16

Papel Kraft 3.2 – 3.8 10-15 – 10-12

AceiteMineral 2.1 – 2.3 10-13 – 10-10

CartonPrensado 4.1 – 4.5 10-16 – 10-12

Teflon 2.1 10-18

Agua 80

Como aplica esto en Transformadores dePotencia?

El aislamiento entre las bobinas de AT y BT se modelan como unacapacitancia compleja compuesta de los siguientes materialesdieléctricos

• Celulosa– Casquillo– Cuña

• Aceite

Esta prueba se conoce como la medición de capacitancia CHL enpruebas de factor de potencia.

LV

r

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El aislamiento entre las bobinas de AT y BT se modelan como unacapacitancia compleja compuesta de los siguientes materialesdieléctricos

• Celulosa– Casquillo– Cuña

• Aceite

Esta prueba se conoce como la medición de capacitancia CHL enpruebas de factor de potencia.

HV

r

Factores que influencian la forma de la Curva

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Capacitancias en el Transformador

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Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia

La permitividad relativa compleja ε∗(ω )de un objetode prueba capacitivo puede encontrarse a lafrecuencia del campo aplicado.

La parte imaginaria de la permitividad relativacompleja ε′′(ω), (perdidas) contiene las perdidasresistivas (conductividad DC) y las perdidasdieléctricas (polarización).

Otra manera de presentar la información FDS esusando el factor de disipación (tgδ), donde:

• tgδ(ω) = ε′′(ω) / ε′(ω).

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La permitividad relativa compleja ε∗(ω )de un objetode prueba capacitivo puede encontrarse a lafrecuencia del campo aplicado.

La parte imaginaria de la permitividad relativacompleja ε′′(ω), (perdidas) contiene las perdidasresistivas (conductividad DC) y las perdidasdieléctricas (polarización).

Otra manera de presentar la información FDS esusando el factor de disipación (tgδ), donde:

• tgδ(ω) = ε′′(ω) / ε′(ω).

Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia

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Fuente: CIGRE Brochure 414

Curva Típica de la respuesta del Aceite

21

1x10-10

1x10-11

1x10-12

1x10-13

1x10-14

Respuesta del Aceite

22

1x10-10

1x10-11

1x10-12

1x10-13

1x10-14

Nótese que loscambios detemperatura tambiéndesplazan la curvaarriba o abajo

Respuesta Típica de la Celulosa

23

Respuesta de la Celulosa

3%

2%

1%

0.5%

24

La humedad se midecomo % del peso total delpapel

Característica del sistema dieléctrico delTransformador = combinación de respuestas de

Aceite y Celulosa

+

25

=

Curva Típica de la Respuesta delTransformador

Influenciadel Aceite

26

Influenciadel Papel

Medición de Humedad enTransformadores de Potencia

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Medición de Humedad enTransformadores de Potencia

Por qué se mide la humedad?

Un transformador con bajo contenido dehumedad es como una persona en buenascondiciones

• Un transformador se puede poner a carga contranquilidad sin el riesgo de una falla catastrófica.

• Una persona puede trabajar en esfuerzo sin sufrir unataque cardiaco

Un transformador húmedo es como unapersona con las arterias obstruidas.

• El dueño del transformador debe limitar la carga paraevitar la generación de burbujas (riesgo de explosión)

• La humedad en el aislamiento acelera el envejecimientodel mismo

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Un transformador con bajo contenido dehumedad es como una persona en buenascondiciones

• Un transformador se puede poner a carga contranquilidad sin el riesgo de una falla catastrófica.

• Una persona puede trabajar en esfuerzo sin sufrir unataque cardiaco

Un transformador húmedo es como unapersona con las arterias obstruidas.

• El dueño del transformador debe limitar la carga paraevitar la generación de burbujas (riesgo de explosión)

• La humedad en el aislamiento acelera el envejecimientodel mismo

Detección de Humedad enTransformadores de Potencia

Métodos Tradicionales• Punto de Rocío (Dew Point)

– En pruebas de certificación antes del llenado de aceite– En campo durante el proceso de secado (Dry-out) sin aceite

• Muestra de Aceite– Luego de un proceso de recirculación– En Servicio

• Unidades de Monitoreo en Línea– Debe ser independiente para cada transformador a monitorearse

• Medición de Factor de Potencia– Únicamente a frecuencia de línea

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Métodos Tradicionales• Punto de Rocío (Dew Point)

– En pruebas de certificación antes del llenado de aceite– En campo durante el proceso de secado (Dry-out) sin aceite

• Muestra de Aceite– Luego de un proceso de recirculación– En Servicio

• Unidades de Monitoreo en Línea– Debe ser independiente para cada transformador a monitorearse

• Medición de Factor de Potencia– Únicamente a frecuencia de línea

Análisis de Agua en Aceite

El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 ton de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 ton de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg

20ppm (partes por millón) en 25 ton de aceite

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3% de agua en 2.5 ton de celulosa

Humedad en Transformadores de Potencia

El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg

El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad

de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de

muestreo.

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muestreo.

Análisis de Contenido de Agua en AceiteLas muestras de aceite tomadas a bajas temperaturas son debaja precisión debido a que el agua ha migrado hacia el papel

Muestra de Aceite tomada a 200C4.0% agua = 6 ppm1.0 % agua = 3 ppm

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Muestra de Aceite tomada a 200C4.0% agua = 6 ppm1.0 % agua = 3 ppm





muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la

celulosa papel/prensado

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muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la

celulosa papel/prensado





muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa

papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo

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muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa

papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo


Absorción de humedad en aislamiento solido

El agua se absorbe en elpapel a una velocidad de15kg en 16h si se lo dejaexpuesto en un medio de

20Co @ 97% RH.

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Fuente: Cigre Brochure 349Sobre la migración de humedad en los

Transformadores de Potencia

El agua se absorbe en elpapel a una velocidad de15kg en 16h si se lo dejaexpuesto en un medio de

20Co @ 97% RH.


La humedad limita la vida útil del equipo

Aislamiento seco (0.5%) @ 900C = 40 Años

Aislamiento húmedo (2.0%) @ 900C = 4-5Anios

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Cuándo debe usar la medición FDS?

Antes y después del proceso de secado• Averigüe que tan exitoso ha sido el proceso

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El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa impregnadaen aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la celulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg

El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa) variacon la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad de agua

que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de muestreo.

La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo La humedad limita la utilización

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El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa impregnadaen aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la celulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg

El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa) variacon la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad de agua

que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de muestreo.

La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo La humedad limita la utilización

100

150

200

250

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Hot

test

Spo

t Tem

pera

ture

(OC

)

Moisture in Insulation (% wt)

Short Time Emergency Limit

Normal Life Expectancy LimitPlanned Loading Beyond Nameplate Limit

Long-Time Emergency Limit


La humedad determina elmáximo de carga/punto mascaliente para generación deburbujas (ver IEEE StdC57.91-1995)

Conociendo el contenido dehumedad se puede tomar ladecisión correcta

• Dejarlo tal-cual• Secado• Remplazo• Cambio de aislamiento o

reubicación?

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100

150

200

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0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Hot

test

Spo

t Tem

pera

ture

(OC

)

Moisture in Insulation (% wt)

Short Time Emergency Limit

Normal Life Expectancy LimitPlanned Loading Beyond Nameplate Limit

Long-Time Emergency Limit

La humedad determina elmáximo de carga/punto mascaliente para generación deburbujas (ver IEEE StdC57.91-1995)

Conociendo el contenido dehumedad se puede tomar ladecisión correcta

• Dejarlo tal-cual• Secado• Remplazo• Cambio de aislamiento o

reubicación?G. K. Frimpong, M. Perkins, A. Fazlagic, U.

Gafvert, “Estimation of Moistiure in Cellulose andOil Quality of Transformer Insulation using

Dielectric Response Measurements”, DobleClient Conference, Paper 8M, 2001.

Respuesta DFR para Transformadores condiferente nivel de humedad

2.1%

1.5%

0.3%

40

0.2%

Interpretación del Contenido de Humedad

< 0.5 % Transformador Nuevo0.5 - 1.5% Aislamiento Seco1.5 - 2.5% Nivel medio de humedad2.5 - 4% Aislamiento Húmedo> 4% Aislamiento muy húmedo

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< 0.5 % Transformador Nuevo0.5 - 1.5% Aislamiento Seco1.5 - 2.5% Nivel medio de humedad2.5 - 4% Aislamiento Húmedo> 4% Aislamiento muy húmedo

La interpretación del contenido de humedad en elaislamiento solido dado en % de peso de agua por peso

de celulosa

Interpretación del Contenido de Humedad (IEEE 62)

< 1% Transformador Nuevo < 2% Aislamiento Seco 2 - 3% Moderadamente Húmedo 3 – 4.5% Húmedo > 4.5% Aislamiento excesivamente Húmedo

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< 1% Transformador Nuevo < 2% Aislamiento Seco 2 - 3% Moderadamente Húmedo 3 – 4.5% Húmedo > 4.5% Aislamiento excesivamente Húmedo

La interpretación del contenido de humedad en elaislamiento solido dado en % de peso de agua por peso

de celulosa

Factores que afectan la Distribución de laCurva de Respuesta La confiabilidad de las mediciones de campo es de

suma importancia.• Temperatura Constante y de preferencia no muy baja es

una ventaja para el proceso de interpretación – a mayortemperatura menor el tiempo de prueba.

• Se recomienda las mediciones donde la mayor cantidadde material solido esta concentrado, es decir, entre lasbobinas del transformador CHL.

• En el caso de realizar mediciones CH y CL, es importanteverificar la limpieza de los bujes y que exista una buenaconexión a tierra.

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La confiabilidad de las mediciones de campo es desuma importancia.

• Temperatura Constante y de preferencia no muy baja esuna ventaja para el proceso de interpretación – a mayortemperatura menor el tiempo de prueba.

• Se recomienda las mediciones donde la mayor cantidadde material solido esta concentrado, es decir, entre lasbobinas del transformador CHL.

• En el caso de realizar mediciones CH y CL, es importanteverificar la limpieza de los bujes y que exista una buenaconexión a tierra.

-Hum

edad

+Influencia del Aceite

Influencia delpapel

Factores que afectan el valor de FP a variasFrecuencias

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- Conductividad del Aceite +

-Hum

edad

+

- Temperatura +

Influencia delpapel

Métodos de Medición de la Polarización

A una frecuencia fija o como una función de frecuencia• Factor de disipación (tanδ )a una frecuencia fija,

usualmente a 50/60 Hz o 0.1 Hz• Facto de disipación (tanδ )como una función de

frecuenciaIDAX 300 mide desde 0.0001 Hz hasta 1000 Hz

A un instante de tiempo determinado o como una funciónde tiempo• resistencia de aislamiento, índice de polarización

tiempo de hasta 10 min• Corrientes de polarización y despolarización desde

unos pocos ms hasta algunos miles de segundo.• magnitud de la tensión de retorno, espectro de

polarización (RVM)

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A una frecuencia fija o como una función de frecuencia• Factor de disipación (tanδ )a una frecuencia fija,

usualmente a 50/60 Hz o 0.1 Hz• Facto de disipación (tanδ )como una función de

frecuenciaIDAX 300 mide desde 0.0001 Hz hasta 1000 Hz

A un instante de tiempo determinado o como una funciónde tiempo• resistencia de aislamiento, índice de polarización

tiempo de hasta 10 min• Corrientes de polarización y despolarización desde

unos pocos ms hasta algunos miles de segundo.• magnitud de la tensión de retorno, espectro de

polarización (RVM)

Métodos de Medición de la Polarización

FDS PDC RVMNo invasivo Si Si SiDescarga antes de Prueba No Si SiTiempo de Medicion Medio Largo LargoSuceptibilidad a Ruido

DC Bajo Alto AltoAC Bajo Medio Alto

Mediciones con Guarda Si Si NoPresicion Alta Alta BajaRepetibilidad Alta Alta Baja

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FDS PDC RVMNo invasivo Si Si SiDescarga antes de Prueba No Si SiTiempo de Medicion Medio Largo LargoSuceptibilidad a Ruido

DC Bajo Alto AltoAC Bajo Medio Alto

Mediciones con Guarda Si Si NoPresicion Alta Alta BajaRepetibilidad Alta Alta Baja

Resultados DFR en un mismo Transformador adiferentes Temperaturas

Temp Humedad, %Conductividad del

Aceite, pS/m

21 2,4 10,4

27 2,3 13,8

34 2,4 22,8

49 2,3 39,3

47

Corrección Típica de Temperatura del FP

2.00

2.50

3.00

3.50

Typical temp correction, PowerTransformers (IEEE C57.12.90)

48

0.00

0.50

1.00

1.50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Typical temp correction, PowerTransformers (IEEE C57.12.90)Typical temp correction, Bushings

Corrección de Temperatura de FP a frecuencia delínea

La corrección de FP clásica a 20ºC utiliza el valor medido a 60Hza una temperatura especifica.

• IEEE C57.12.90-1993,

DFR provee múltiples valores de FP entregando de esa maneramayor información sobre el sistema y poder correlación la funciónde temperatura.

CorrecciondeFactor

PFPF medido

C20acorregido

49

La corrección de FP clásica a 20ºC utiliza el valor medido a 60Hza una temperatura especifica.

• IEEE C57.12.90-1993,

DFR provee múltiples valores de FP entregando de esa maneramayor información sobre el sistema y poder correlación la funciónde temperatura.

Factor de Potencia a baja conductividad deaceite, 1% humedad, 20oC – 50oC

50

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

20C 30C 40C 50C

PF@60Hz

Factor de Potencia a alta conductividad delaceite, 1% humedad, 20oC – 50oC

51

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

20C 30C 40C 50C

PF@60Hz

Manufacturer Year Measuredtemp

Moisture Oil conductivity Power rating Status

Hyundai 2008 27 Co 0.6 % 0.013% PF @ 60Hz 105 MVA New, during commission

Westinghouse 1987 27 Co 1.1 % 0.019% PF @ 60Hz 80 MVA Used, at utility

GE 1950 27 Co 2.1% 0.406% PF @ 60Hz 15 MVA Used, at utilityYorkshire 1977 27 Co 4,5 % 0.467% PF @ 60Hz 10 MVA Used and scrapped

52

1.007 correction 1.055 correction

53

0.797 correction

0.581 correction

DFR y la dependencia de temperatura

Las propiedades del aislamiento varían con la temperatura Según la ecuación de Arrhenius : A mayores temperaturas una reacción es mas rápida La energía de activación es la cantidad de energía requerida

para que se produzca esta reacción Energía de Activación Wc

Papel seco: típicamente ~ 1.0 eV Papel impregnado en aceite – 1.0 eV Aceite mineral de Transformador - 0.4 – 0.5 eV

54

Las propiedades del aislamiento varían con la temperatura Según la ecuación de Arrhenius : A mayores temperaturas una reacción es mas rápida La energía de activación es la cantidad de energía requerida

para que se produzca esta reacción Energía de Activación Wc

Papel seco: típicamente ~ 1.0 eV Papel impregnado en aceite – 1.0 eV Aceite mineral de Transformador - 0.4 – 0.5 eV

kT

Wc

e0

La medición DFR es dependiente de latemperatura del aislamiento

Measured insulationproperties are thesame @ 2 mHz, 25 °Cas @ 1 mHz, 18 °C

55

Frecuencia,mHz

Corresponden data pointsCellulose, (0.9 eV)

Corrección de Temperatura en Transformadoresusando la medición DFR

6.00

8.00

10.00

12.00

Pauwels 20 MVA, 2000, new

Pauwels 80 MVA, 2005, new

Westinghouse 40 MVA, 1985,spare

56

0.00

2.00

4.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Yorkshire 10 MVA, 1977,scrapped

Typical correction table fortransformers

Prueba Tradicional de Factor dePotencia

Factor dePotencia

57

Frecuencia60 Hz1 mHz 1kHz

Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico

Factor dePotencia

58

Frecuencia60 Hz1 mHz 1kHz

Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico- Un solo valor de FP no es suficiente para tomar una decisión- La Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico es mas explicita

Transformador seco con aceiteviejo (alta conductividad)

59

Transformador húmedocon buen aceite

Valor idéntico de FPa 60Hz

Rangos de frecuencia recomendados

Temperatura delAislamiento, °C

Mínima frecuenciasugerida, mHz

Tiempo de pruebapara IDAX-300

0-5 0.1 ~ 5 h

5-10 0.2 ~ 2 h 28min

10-15 0.5 ~ 1 h 14 min

60

10-15 0.5 ~ 1 h 14 min

15-25 1 ~ 37 min

25-35 2 ~ 19 min

35-50 5 ~ 10 min

>50 10 ~ 6 min

Ruido en las sub-estaciones Inducido AC (50/60Hz) Inducido DC (Descargas Corona) Inducido DC (HVDC estaciones) Componente DC por variación del potencial a tierra Otro tipo de interferencias (RF, transitorios de

potencia, etc.)

“Another advantage is that FDS is more suitable forfield-use than PDC because it is less sensitive tonoise….”

• J H Yew, T K Saha, A J Thomas, “Impact of Temperature on the FrequencyDomain Dielectric Spectroscopy for the Diagnosis of Power TransformerInsulation”, PES General Meeting, 2006, IEEE

61

Inducido AC (50/60Hz) Inducido DC (Descargas Corona) Inducido DC (HVDC estaciones) Componente DC por variación del potencial a tierra Otro tipo de interferencias (RF, transitorios de

potencia, etc.)

“Another advantage is that FDS is more suitable forfield-use than PDC because it is less sensitive tonoise….”

• J H Yew, T K Saha, A J Thomas, “Impact of Temperature on the FrequencyDomain Dielectric Spectroscopy for the Diagnosis of Power TransformerInsulation”, PES General Meeting, 2006, IEEE

Uso de filtros

10-14

10-13

10-12

10-11

10-10

10-9

10-8

10-7

0,001

0,01

0,1

1

10

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

C: ReferenceC: 130 uA RMS -60dB filterC: 710 uA RMS, 1900 nA DC, Improved filter

Reference: 0 uA AC, 0nA DC130 uA RMS AC, Sine-corr. filter710 uA RMS AC, 1900 nA DC, improved filter

Capacitance (F) Dissipation factor(Tan-delta)

Frequency (Hz)

Capacitance (F)

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Reference: 0 uA AC, 0nA DC130 uA RMS AC, Sine-corr. filter710 uA RMS AC, 1900 nA DC, improved filter

Capacitance (F) Dissipation factor(Tan-delta)

Frequency (Hz)

Capacitance (F)

Contaminación

Contaminación –Respuesta atípica

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Contaminación –Respuesta atípica

Respuesta Normal

FDS Respuestas Inusuales

• Altas perdidas que incrementan con el incremento defrecuencia

–Resistencia en serie – mala conexión / alta resistenciaen conexión a tierra del núcleo

• Alta conductividad inesperada del aceite para unaconfiguración, ej. CHL

–Las superficies de conducción están puenteando loselectrones - polución, sendas de carbón

• Perdidas negativas en mediciones de bujes (tan/factorde potencia), usualmente alrededor de 1-0.1 Hz

–Circulación de corrientes parasitas por la superficie(externa) o interfaces (interno)

• Incremento de perdidas entre 50-100Hz hacia ~ 0.1Hz–Contaminación, mala conexión del apantallamiento.

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• Altas perdidas que incrementan con el incremento defrecuencia

–Resistencia en serie – mala conexión / alta resistenciaen conexión a tierra del núcleo

• Alta conductividad inesperada del aceite para unaconfiguración, ej. CHL

–Las superficies de conducción están puenteando loselectrones - polución, sendas de carbón

• Perdidas negativas en mediciones de bujes (tan/factorde potencia), usualmente alrededor de 1-0.1 Hz

–Circulación de corrientes parasitas por la superficie(externa) o interfaces (interno)

• Incremento de perdidas entre 50-100Hz hacia ~ 0.1Hz–Contaminación, mala conexión del apantallamiento.

FDS para Fabricantes de Transformadores

• Caracteriza los materiales aislantes• Control de procesos (ej. Secado de humedad)

–Se lo utiliza para controlar el contenido de humedad en elproceso de manufactura de Transformadores de Potencia,Instrumentación, cables de AT y también para monitorear elproceso de curado epóxico en la fabricación de generadores

• Verifica en sitio que el aislamiento se encuentra en buenascondiciones antes de energizarlo

–Permite mediciones a temperaturas superiores e inferiores a lasde fabricación

–Ayuda a entender las posibles causas (inclusive temporales) dealto tan/factor de potencia, ej. Contaminación queeventualmente será absorbida por el papel y el prensado.

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• Caracteriza los materiales aislantes• Control de procesos (ej. Secado de humedad)

–Se lo utiliza para controlar el contenido de humedad en elproceso de manufactura de Transformadores de Potencia,Instrumentación, cables de AT y también para monitorear elproceso de curado epóxico en la fabricación de generadores

• Verifica en sitio que el aislamiento se encuentra en buenascondiciones antes de energizarlo

–Permite mediciones a temperaturas superiores e inferiores a lasde fabricación

–Ayuda a entender las posibles causas (inclusive temporales) dealto tan/factor de potencia, ej. Contaminación queeventualmente será absorbida por el papel y el prensado.

Instrumentación IDAX 300

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Que es IDAX 300?

IDAX 300 es un instrumento para diagnostico de sistemas deaislamiento Señal de Prueba: 0 – 200 Vp 0 – 50 mA Frecuencia: 10 000 Hz – 0.0001 Hz Rango de Muestreo: 10 pF – 100 µF Uno o dos canales de medición independiente Sistema de tres hilos Liviano y Robusto El software de IDAX 300 para PC se utiliza con

sistemas operativos Windows XP Professional, Vista y 7Unidad externa de alta tensión

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IDAX 300 es un instrumento para diagnostico de sistemas deaislamiento Señal de Prueba: 0 – 200 Vp 0 – 50 mA Frecuencia: 10 000 Hz – 0.0001 Hz Rango de Muestreo: 10 pF – 100 µF Uno o dos canales de medición independiente Sistema de tres hilos Liviano y Robusto El software de IDAX 300 para PC se utiliza con

sistemas operativos Windows XP Professional, Vista y 7Unidad externa de alta tensión

Prueba DFR con IDAX 300

Mediciones de perdidas y capacitancia en el sistema deaislamiento en función de la frecuencia.

V

A

Hi

Lo

Ground CHL

CL CH

68

CjI

UZ

1

and

PF,tan,CZ

V

A

Hi

Lo

Ground CHL

CL CH

IDAX 300 Software

• Sistema de Control– Controla y opera el equipo IDAX 300

• Resultados– Organiza los objetos de prueba y las

mediciones– Presenta los datos medidos

• MODS– Software para análisis de datos

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• Sistema de Control– Controla y opera el equipo IDAX 300

• Resultados– Organiza los objetos de prueba y las

mediciones– Presenta los datos medidos

• MODS– Software para análisis de datos

Reporte de Mediciones FDS

• Lista y Titula• Contiene un generador de Reportes con

modificaciones limitadas• Reporte Word MS Office

• Requiere Licencia MS Word• Varias posibilidades de modificación• Fácil para añadir comentarios y gráficos

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• Lista y Titula• Contiene un generador de Reportes con

modificaciones limitadas• Reporte Word MS Office

• Requiere Licencia MS Word• Varias posibilidades de modificación• Fácil para añadir comentarios y gráficos

MODS Software

• Software de Interpretación de lasmediciones DFR realizadas con el equipoIDAX 300

• Permite determinar el contenido dehumedad impregnada en la celulosa y lacalidad del aceite dieléctrico

• Provee una aproximación de la geometríadel sistema dieléctrico.

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• Software de Interpretación de lasmediciones DFR realizadas con el equipoIDAX 300

• Permite determinar el contenido dehumedad impregnada en la celulosa y lacalidad del aceite dieléctrico

• Provee una aproximación de la geometríadel sistema dieléctrico.

Ventajas de IDAX 300 vs MedicionesConvencionales de Capacitancia y tan

• IDAX 300 usa baja tensión de medición (140 Vrms)–Seguridad–Tamaño del equipo

• IDAX 300 mide capacitancia y tan en un rango de frecuencia quepermite:

–Mejor interpretación–Posibilidad de eliminar errores de medición.

• La interpretación de resultados se basa en un modelo real dediseño de transformador

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• IDAX 300 usa baja tensión de medición (140 Vrms)–Seguridad–Tamaño del equipo

• IDAX 300 mide capacitancia y tan en un rango de frecuencia quepermite:

–Mejor interpretación–Posibilidad de eliminar errores de medición.

• La interpretación de resultados se basa en un modelo real dediseño de transformador

IDAX 300 otras Ventajas

• Las mediciones FDS son reproducibles– Las mediciones pueden reiniciarse– Mediciones previas en AC no afectan los

resultados (pruebas de alta tensión en DCbajan el valor de factor de disipación en todaslas pruebas AC)

• Las mediciones FDS son mas fáciles deentender y modelar

– El modelo FDS son cálculos j– El modelo en dominio de tiempo involucra

integración

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• Las mediciones FDS son reproducibles– Las mediciones pueden reiniciarse– Mediciones previas en AC no afectan los

resultados (pruebas de alta tensión en DCbajan el valor de factor de disipación en todaslas pruebas AC)

• Las mediciones FDS son mas fáciles deentender y modelar

– El modelo FDS son cálculos j– El modelo en dominio de tiempo involucra

integración

Proceso de Evaluación de la Humedad

Se mide el factor de disipación/factor de potencia desde1 kHz hasta 2 mHz (por defecto)

Se envía los resultados de la medición a MODS Ingrese el valor de la temperatura del aislamiento

(temperatura del aceite en la cumbre de la unidad) MODS ajusta el modelo matemático a la curva medida

de manera automática variando los parámetros queafectan la forma de la curva para encontrar un ajuste lomas exacto posible.

• La relación de aislamiento solido (celulosa) vs. liquido (aceite)entre devanados

• Humedad en el aislamiento solido• Conductividad del Aceite

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Se mide el factor de disipación/factor de potencia desde1 kHz hasta 2 mHz (por defecto)

Se envía los resultados de la medición a MODS Ingrese el valor de la temperatura del aislamiento

(temperatura del aceite en la cumbre de la unidad) MODS ajusta el modelo matemático a la curva medida

de manera automática variando los parámetros queafectan la forma de la curva para encontrar un ajuste lomas exacto posible.

• La relación de aislamiento solido (celulosa) vs. liquido (aceite)entre devanados

• Humedad en el aislamiento solido• Conductividad del Aceite

Resultado

78

80

yr


Artec Ingeniería SA Representante exclusivo de Megger en Argentina www.artec-ingenieria.com

Megger 3 pruebas transformadores - Espectroscopia

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