Pruebas Electricas en Transformadores(ABB)

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Pruebas Eléctricas a TransformadoresField Service

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1. Introducción.2. Prueba de Factor de Potencia.3. Prueba de Resistencia de Bobinados.4. Prueba de Relación de Transformación.5. Prueba de Corriente de Excitación.6. Prueba de Respuesta al Barrido de Frecuencia

(SFRA).7. Conclusiones.

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FIELD Indice.

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31. Introducción

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Equipos de pruebas Primarias y de aislamiento

CPC 100 + TD1

M4100 DOBLEM5400

FRAX 101

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31. Introducción

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

2. Integridad Física: Algo deformadoque no opera dentro de lasespecificaciones, consecuentementefallado (deformación, corto, flojo).

Las Fallas en transformadores se dan por dos razones principales:

Bajos estas condiciones se debe considerar una selección de pruebas.

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PROBLEMA Pruebas Eléctricas y Métodos para Digan stico

Mecánico

SFRAReactancia de dispersión.Capacitancia.Corriente de excitación.Resistencia de devanados.Relación de transformación.Inspección visual o emisión acústica.

Dieléctrico

Factor de potencia y capacitancia.Resistencia de aislamiento.Relación de transformación.Detección de descargas parciales (Método de ultrasonido o eléctrico).Análisis de aceite: Humedad, rigidez eléctrica, etc.Respuesta de Frecuencia Dieléctrica (DRF).

Térmico

Análisis DGA: Cromatografía de gasesDetección de puntos calientes: Instalación de sensores o termografíainfrarroja.Deterioro de papel: Análisis de furanos.

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FIELD 1. Introducción

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Pruebas Eléctricas de Factor de Potencia

Ricardo Vásquez Q.; Fields Service

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El objetivo de esta prueba es medir la calidad delaislamiento, como aislamiento sólido y como líquido. En el sepuede evidenciar presencia de humedad en el aislamiento.

2. Prueba de Factor de PotenciaSERVICE

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2.1 Objetivo

2.2 Norma de referencia.

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

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32. Prueba de Factor de Potencia

EQUIPO % F.P, a 20º CAislador tipo condensador en aceite 0.5Transformadores en aceite ( en Operación) 1.0Transformadores nuevos en aceite 0.5

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

NETA. (INTERNATIONAL ELECTRICAL TESTING ASSOCIATION INC).

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Aislamiento Ideal


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V(aplicada)

ITOTAL

IR = 0

I(Capacitiva)

2.2 Condición del aislamiento.

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IC ITOTAL

IRV(aplicada)

I(Capacitiva)

Aislamiento Real

2.2 Condición del aislamiento.

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IC

V(aplicada)

ITOTAL

IR

I(capacitiva)


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• En la práctica ningún aislante esperfecto

• Siempre existen pérdidas resistivas

• La corriente total adelanta a latensión en un ángulo de fase y estaretrasada respecto a la corrientecapacitiva un determinado ángulo

Factor de potencia = ITOTAL

IR

Aislamiento Real

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FIELD 2. Prueba de Factor de Potencia

• CH: Bujes de AT, papel, epóxicosy madera junto con el devanadode AT, aceite y conmutador dederivaciones sin tensión.

• CHL: Aislamiento yapantallamiento entre devanados,aceite.

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

2.3 Que se mide?

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Prueba de Factor de Potencia

0.0%

2.0%

4.0%

6.0%

8.0%

10.0%

12.0%

2000.0V 5000.0V 10000.0V

Voltaje de Prueba (V)

Fact

or d

e Po

tenc

ia (%

)

CH+CHLCHCHL C L

En la prueba de factor depotencia se obtuvieron valoresmuy altos, lo que evidencia elbajo aislamiento deltransformador.

La Norma Std 62-1995 recomienda para transformadores antiguos un facto de potencia menor a 1%

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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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FIELD 2. Prueba de Factor de Potencia2.4 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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• Después del proceso desecado de la parte activa seprocedió al encubado deltransformador.

• Se verificó el ajuste de toda lapernería de la parte activa.

• Luego del montaje respectivose procedió al llenado delaceite mediante proceso determovacío.


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Pruebas Eléctricas de Resistencia de Bobinados.

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33. Resistencia de los bobinados.

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Detectar puntos con alta resistencia óhmica en partes deconducción, como empalmes, conexiones, contactos de losconmutadores, etc. Estos son fuente de problemas en loscircuitos eléctricos, ya que originan caídas de voltaje, fuentes decalor a veces con altas temperaturas, pérdidas de potencia, etc.;ésta prueba puede detectar esos puntos.

3.1 Objetivo


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

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33. Resistencia de bobinados.

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3.3 Criterio de Mediciones y aprobación.La resistencia se mide con una fuente de tensión continua (DC),la corriente de prueba no puede exceder el 10% de la corrientenominal del transformador.

Cuando un transformador sale de servicio por lo general ladiferencia de temperatura entre el aceite y el bobinado debe sermenor al 5° C (- ANSI / IEEE C57.12.90).

Según las Normas de pruebas, la temperatura de referencia es75°C para IEC y 85°C para ANSI.

Por experiencia, una medición se puede considerar aceptable sies menor de 3% sobre el valor medido en fábrica. Valoressuperiores 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 fallasinternas.

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Resistencia de devanados

50

70

90

110

130

150

170

190

210

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Posiciones Taps

Res

iste

ncia

(m O

hm)

U UV VW W

Condiccion Anormal.

RESISTENCIA DE BOBINADO ALTA TENSIÓN ( WW - 00 )

CONEXIÓN TENSION CORRIENTEEN BORNES ( V ) ( A ) 25 ºC 75 ºC

WW-00 3.4372 V 20.00 A 171.86 m 203.13 mWW-00 3.4074 V 20.00 A 170.37 m 203.13 mWW-00 3.3668 V 20.00 A 168.34 m 203.13 mWW-00 3.3411 V 20.00 A 167.06 m 203.13 mWW-00 3.3090 V 20.00 A 165.45 m 203.13 mWW-00 3.2697 V 20.00 A 163.48 m 203.13 mWW-00 3.2345 V 20.00 A 161.73 m 203.13 mWW-00 3.2090 V 20.00 A 160.45 m 203.13 mWW-00 3.1783 V 20.00 A 158.92 m 203.13 mWW-00 3.1543 V 20.00 A 157.72 m 203.13 mWW-00 3.1211 V 20.00 A 156.06 m 203.13 mWW-00 3.0940 V 20.00 A 154.70 m 203.13 mWW-00 3.0570 V 20.00 A 152.85 m 203.13 mWW-00 2.8890 V 20.00 A 144.45 m 203.13 mWW-00 2.9658 V 20.00 A 148.29 m 203.13 m

TAP RESISTENCIA (m )

12345

10111213

6789

1415

El comparativo trifásico no es el adecuado


3. Resistencia de bobinados.SERVICE

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33. Resistencia de bobinados.

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Pruebas Eléctricas de Relación de Transformación

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34. Relación de transformación.

4.1 Objetivo

Verificar la relación de transformación para las diferentesposiciones del conmutador de un transformador, las que debenestar todas ellas dentro de la tolerancia de medición.


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

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La relación de transformación es el número de vueltas o espirasque tiene el devanado de alta tensión comparado con el númerode vueltas del devanado de baja tensión. Para lostransformadores que tienen cambiador de derivaciones (tap´s)éste sirve para cambiar esa relación de espiras o voltajes. Larelación de transformación de éstos transformadores se deberádeterminar para todos los tap´s y entre todos los devanados deltransformador.

4.2 Procedimiento.

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

4. Relación de transformación.SERVICE

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FIELD 4. Relación de transformación.


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Pruebas Eléctricas de Corriente de Excitación.

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35. Corriente de Excitación.

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5.1 Objetivo

Esta prueba se realiza con el fin de detectar tipo de fallas comodefectos en la estructura del núcleo magnético o alguna posibledeformación de los bobinados aunque es menos sensible eneste caso.

5.2 Criterio de Aprobación.

Si la corriente de excitación es inferior a 50 mA, la diferenciaentre los dos más altos corrientes de un transformador trifásicodebe ser inferior al 10%.

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

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5.3 Procedimiento.

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Transformador Energ Measur Ground Floating Terminals

Normal CurrentPattem

MonofasicoH1

H2

H2

H1

X1X2

X1X2IH1H2-IH2H1

Trifásico Conexión Y

H1

H2

H3

H0

H0

H0

H2H3X1X2X3

H1H3X1X2X3

H1H2X1X2X3(IH1H0-IH3H0) < IH2H0

Trifásico Conexión D

H1

H2

H3

H2

H3

H1

H3

H1

H2

X1X2X3

X1X2X3

X1X2X3(IH2H3-IH3H1) < IH1H2

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Prueba Respuesta al Barrido de la Frecuencia (SFRA)

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36. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis

Existe un alto porcentaje de fallasmecánicas en transformadores,como consecuencia de ladeformación y el desplazamientode los devanados, causados poresfuerzos electrodinámicos.

Estos tipos de fallas generalmentese pueden manifiestarposteriormente como falla térmicao dieléctrica.

Existe una alta probabilidad deocurrencia de deformación dedevanados y/o desplazamientodel núcleo durante el transporte.

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Frente a este requerimiento, la prueba SFRA es reconocidacomo la herramienta que mejores resultados ha permitidoobtener para el análisis y diagnóstico de defectos mecánicosen transformadores.

Implementando una técnica sensible en detección de defectosmecánicos dentro del transformador.

Localizando el defecto dentro del transformador sin necesidadde ejecutar una inspección interna, si se tiene los elementosnecesarios para el análisis .

SFRA : Sweep Frequency Response Analysis

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FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis

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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 como

un conjunto de elementos

inductivos, capacitivos y resistivos

que solamente dependen de su

diseño constructivo.

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dB = 20 log10 (Vout/Vin)

La función de transferencia deuna red RLC es el cociente delas respuestas en frecuencia dela salida y de la entrada.

La magnitud y las relaciones dela fase se pueden extraer de lafunción de transferencia.

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FIELD

Element Under Test

in

Element Under Test

U Uout

Magnitude:

out10

in

( )FRA(dB) 20log( )

U fU f

out

in

( )FRA(phase) arg( )

U fU f

Phase:

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis6.1 Entendiendo el principio del SFRA.

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El devanado, el núcleo, el tanque y otros elementos internos deltransformador se comportan, eléctricamente, como un circuitocomplejo de componentes R, L y C.

6.2 SFRA – Aplicación en transformadores

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6.4 Aplicaciones en campo - Beneficios

.

Efectuar después de unevento como: un cortocircuitou otra falla eléctrica, unadescarga atmosférica, unsismo, etc.

Verificación del bobinadodespués del transporte.

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Considerar varias propiedades de medición para devanados dealto voltaje, bajo voltaje, entre devanados.

1. Análisis con registros homólogos.En este caso existe un grupo de registros históricospertenecientes a la misma unidad que representan el estadonormal del transformador.

2. Análisis sin registros de referencia.Análisis con los registros de las fases pertenecientes a lamisma unidad.Análisis con registros de unidades gemelas, transformadoresnuevos o transformadores en servicio con característicassimilares.

6.6. Categorías análisis y comparación del SFRA

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Pruebas SFRA antes y después del transporte (caso 5).

Autotransformador trifásico de 20MVA.

Se realizaron Pruebas SFRA enfábrica y después de realizar todaslas pruebas de rutina.

Luego fueron realizadas laspruebas de campo, cuando eltransformador fue colocado en sucelda de transformación en lasubestación.

El transformador cuenta con dosregistro de pruebas SFRA.

6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis

6.6.1. Análisis con registro homologo.

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Pruebas SFRA, bobinado de AT fase U - 0

Pruebas realizadas en Fabrica

Pruebas realizadas en Campo

6.6.1 Análisis con registro homólogos.SERVICE

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Pruebas realizadas en Campo

Pruebas realizadas en Fabrica

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

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FIELD 6.6.1 Análisis con registro homólogos.Pruebas SFRA, bobinados de AT cortocircuito BT

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36.6.2 Análisis sin registro homólogos.

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Pruebas SFRA antes y después de un evento (caso 6).Se efectuaron pruebas SFRA a un transformador que se vioinvolucrado en un evento de sobrecorriente.

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36.6.2 Análisis sin registro homólogos.

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Pruebas SFRA, a 02 transformadores idénticos

Análisis con registros deunidades gemelas, detransformadores nuevos o detransformadores en servicio concaracterísticas similares.

Al igual que en el caso anterior,se deben considerar lasdiferencias de diseño yconstrucción y las posiblesdiferencias debidas a laoperación propia de cadatransformador.

Transformador de 40 MVA Trifásico.

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El mantenimiento preventivo del transformador basado en pruebaseléctricas es esencial para un alargamiento de su vida útil. Sepuede concluir que, de acuerdo a los resultados obtenidos en losanálisis de diagnostico realizados a los transformadores, la mayoríade las fallas producidas en estos equipos pueden ser atribuidas aldeterioro de su sistema de aislamiento, deformación de losdevanados, calentamiento por falsos contactos.

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

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FIELD 7. Conclusiones

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

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

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FIELD 7. Conclusiones

Pruebas Electricas en Transformadores(ABB)

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