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ESTUDIO DE CASOS DE DESCARGAS PARCIALES PARA EL ANÁLISIS DE

FALLAS EN TRANSFORMADORES DE 34.5 kV MEDIANTE EL MÓDULO MPD

600 DE OMICRON

CRISTHIAN CAMILO CHIMBI BEDOYA

GEOVANNY CUERVO RONDON

ESCUELA TECNOLÓGICA INSTITUTO TÉCNICO CENTRAL

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

PROYECTO DE INGENIERÍA

BOGOTA

2016

ESTUDIO DE CASOS DE DESCARGAS PARCIALES PARA EL ANÁLISIS DE

FALLAS EN TRANSFORMADORES DE 34.5 kV MEDIANTE EL MÓDULO MPD

600 DE OMICRON

CRISTHIAN CAMILO CHIMBI BEDOYA GEOVANNY CUERVO RONDON

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Electromecánico

DIRECTOR

FREDY ALEXANDER SANTOS INGENIERO ELÉCTRICO

ESCUELA TECNOLÓGICA INSTITUTO TÉCNICO CENTRAL

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

PROYECTO DE INGENIERÍA

BOGOTA

2016

Nota de Aceptación:

____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________

_____________________________ Firma del Presidente del Jurado

_____________________________ Firma del jurado

____________________________ Firma del jurado

Bogotá, 31 de agosto del 2016.

Texto de Agradecimiento

Agradecemos a Dios por la vida, la oportunidad y las bendiciones recibidas. Agradecemos a nuestras familias por la comprensión y el apoyo brindado día a día. A Fredy Alexander Santos, Ingeniero Eléctrico le agradecemos el apoyo brindado durante el desarrollo del proyecto, mediante el aporte de sus conocimientos. A los docentes de la Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central, quienes aportaron información valiosa, que nos permite el desarrollo profesional.

5

TABLA DE CONTENIDO

pág.

LISTA DE FIGURAS 8

LISTA DE TABLA 10

LISTA DE ANEXOS 11

GLOSARIO 12

INTRODUCCIÓN 16

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17

1.1 ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE) 18

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 20

1.3 JUSTIFICACIÓN 21

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 23

1.4.1 Objetivo General 23

1.4.2 Objetivos Específicos 23

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 23

1.5.1 Alcances. 23

1.5.2 Limitaciones. 23

2. MARCO TEÓRICO 25

2.1 PRIMEROS ANÁLISIS DE DESCARGAS PARCIALES 25

2.2 DESCARGAS PARCIALES 29

2.3 MEDIDA Y DETECCIÓN DE LA DESCARGA PARCIAL 30

3 MARCO METODOLÓGICO 32

3.1 TIPO DE ESTUDIO 32

3.2 UNIDAD DE ANÁLISIS 32

3.3 UNIDAD DE ESTUDIO 32

3.4 UNIDAD DE TIEMPO 32

3.5 UNIDAD GEOGRÁFICA 32

3.6 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 33

3.7 PARTICIPANTES 33

6

3.8 POBLACIÓN 33

3.9 MUESTRA 33

3.10 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS 34

4. INGENIERÍA DEL PROYECTO 35

4.1 ANALIZADOR DE DESCARGAS PARCIALES MPD 600 35

4.1.1 El Sistema 36

4.1.1.1 Descripción general del sistema 36

4.1.2 Prevención Eficaz de Interferencias 36

4.1.2.1 Aislamiento galvánico mediante cable de fibra óptica 37

4.1.3 Software MPD 600 37

4.1.4 Mejora 37

4.2 TRANSFORMADOR 38

4.2.1 Datos de Especificación 38

4.2.2 Clasificación. 38

4.3 CONSTRUCCIÓN DE LOS TRANSFORMADORES 38

4.3.1 Núcleo. 38

4.3.1.1 Material Aislante Interno del Transformador. 39

4.3.2 Tanque y Gabinete 40

4.3.3 Aceite 41

4.3.4 Pasatapas 41

4.4 ALISTAMIENTO PARA LA PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA CON MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES AL TRANSFORMADOR SERIE 34.5 kV UTILIZANDO EL ANALIZADOR MPD 600 41

4.4.1 Fuente de alimentación 42

4.4.2 Montaje para la Prueba de Descargas Parciales 44

4.4.3 Calibración del Equipo de Prueba. 50

4.5 CONSIDERACIONES PARA EL DESARROLLO DE LA PRUEBA. 51

4.5.1 Nivel de Tensión. 51

4.5.2 Frecuencia de Prueba. 51

4.5.3 Duración de la Prueba. 52

4.5.4 Aplicación de Tensión. 52

4.5.5 Detección de Falla. 53

7

4.5.6 Criterios de Aceptación. 54

4.5.7 Toma de Muestra del Aceite. 54

4.6 PRUEBAS DE TENSIÓN INDUCIDA CON MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES AL TRANSFORMADOR SERIE 34.5 kV UTILIZANDO EL ANALIZADOR MPD 600. 54

4.6.1 Nivel de Tensión Para la Prueba. 55

4.6.2 Frecuencia para la Prueba. 55

4.6.3 Tiempo para la Prueba. 55

4.6.4 Caso 1. 56

4.6.4.1 Conclusión Caso 1 66

4.6.5 Caso 2 66

4.6.5.1 Conclusión Caso 2 76

4.6.6 Caso 3. 76

4.6.6.1 Conclusión Caso 3. 83

5. PRESUPUESTO PARA EL ANÁLISIS DE CASOS DE DESCARGAS PARCIALES PARA EL ANÁLISIS DE FALLAS EN TRANSFORMADORES DE 34,5 kV MEDIANTE EL MODULO MPD 600 DE OMICRON. 84

6. CONCLUSIONES. 85

7. BIBLOGRAFÍA 86

ANEXOS 88

8

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1: Daño por descargas dieléctricas 17

Figura 2: Adquisición de descarga parcial en 8 canales en paralelo 19

Figura 3: contaminación por polución 21

Figura 4 Transformador 34.5/1.2 kV 1000 kVA 22

Figura 5: Transformador 34.5/15 kV 2000kVA 22

Figura 6: Figuras de Lichtenberg 25

Figura 7: Esquema del aparato generador de ondas electromagnéticas construido por Hertz 26

Figura 8: Modulo MPD 600 35

Figura 9: Diagrama de conexiones del MPD 600 con Equipo de Prueba 36

Figura 10: Papel Presspan 40

Figura 11 Papel Kraft 40

Figura 12: Fuente Electrónica 62,5 kVA 43

Figura 13: Conexión alimentación transformador intermedio 43

Figura 14: Transformador intermedio o elevador 44

Figura 15: Filtros de Red 45

Figura 16: Protección de las conexiones 45

Figura 17: Homogenizador de campo 46

Figura 18: Conexión Divisores de Tensión 47

Figura 19: Cuadripolos 48

Figura 20: Conexión cuadripolos, módulo MPD 600, MPP 600 y Divisores de tensión 48

Figura 21: Conexión en serie de los módulos MPD 600. 49

Figura 22: Conexión del calibrador MCU 502 al Computador 49

Figura 23: Conexión del calibrador CAL 542 50

Figura 24: Secuencia de Ensayo Norma IEC 53

Figura 25: Secuencia de Ensayo Norma IEEE 55

Figura 26: Caso 1. Comportamiento Carga a 14,55 kV 60

Figura 27: Caso 1. Diagrama 3PARD 14,55 kV 60

9

Figura 28: Caso 1. Comportamiento de la Carga a 41,44 kV. 61

Figura 29: Caso 1. Diagrama 3 PARD 40,34 kV 62

Figura 30: Caso 1. Comportamiento de la carga a 53.26 kV 62

Figura 31: Caso 1. Diagrama 3PARD 55,47 kV 63

Figura 32: Caso 1. Comportamiento de la carga a 62,26 kV 63


Figura 34: Caso 2 Comportamiento de la carga a 16,02 kV 69


Figura 36: Caso 2 Comportamiento de la carga a 44,12 kV 70

Figura 37: Caso 2. Diagrama 3 PARD 44.12 kV 71

Figura 38: Caso 2 Comportamiento de la carga a 57.96 kV 71


Figura 40: Toma de la Muestra de Aceite del Transformador 73

Figura 41: Parte Interna del Transformador Contaminado por Soldadura 75

Figura 42: Celulosa de las Bobinas del Transformador. 76

Figura 43: Caso 3. Comportamiento de la Carga a 14,08 kV. 80

Figura 44: Caso 3. Comportamiento de la Carga a 41,60 kV 80

Figura 45: Caso 3. Comportamiento de la Carga a 55.13 kV 81

Figura 46: Caso 3. Diagrama 3 PARD 55.05 kV 81

10

LISTA DE TABLA

pág.

Tabla 1: Clasificación de los transformadores. 42

Tabla 2: Valores de tensión norma IEC 60076-3 56

Tabla 3: Informe de Medición Descargas Parciales Caso 1 56

Tabla 4: Valores Promedio Caso 1 59

Tabla 5: Resumen de la Prueba Caso 1 65

Tabla 6: Informe de Medición Descargas Parciales Caso 2 66

Tabla 7: Valores Promedio Caso 2 69

Tabla 8: Resultado del Analisis de Aceite 73

Tabla 9: Resumen de la Prueba Caso 2 74

Tabla 10: Informe de Medición de Descargas Parciales Caso 3 77

Tabla 11: Valores Promedio Caso 3. 79

Tabla 12: Resumen Prueba Caso 3. 82

Tabla 13: Concepto Mano de Obra 84

Tabla 14: Concepto Adquisición del Equipo de Medición 84

Tabla 15: Concepto Gastos Prueba DP 84

11

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A: GRÁFICAS PATRÓN PARA EL ANÁLISIS DESCARGAS PARCIALES DURANTE LA PRUEBA 88

ANEXO B: COTIZACIÓN SISTEMA DE MEDICIÓN DE DESCARGA PARCIAL 92

ANEXO C: DIAGRAMA DE CONEXIÓN ELÉCTRICA PARA PRUEBA DP 93

12

GLOSARIO

AISLAMIENTO: Acción y resultado de evitar o disminuir la propagación de un fenómeno físico, como el calor, el sonido o la electricidad, por medio de un material aislante. BUSHINGS: Un revestimiento aislante en una abertura a través de la cual pasan los conductores. CELULOSA: Hidrato de carbono que es el componente básico de la membrana de las células vegetales. Se utiliza en la fabricación del papel, fibras textiles, plásticos circundantes.

CORRIENTES PARASITAS: Se produce cuando un conductor atraviesa un campo

magnético variable, o viceversa. CORROSIVO: es una sustancia que puede destruir o dañar irreversiblemente otra superficie o sustancia con la cual entra en contacto. COULOMB: Un coulomb se define como la carga transportada por una corriente constante de un ampere en un segundo. CROMATOGRAFÍA: Técnica de análisis que consiste en separar las sustancias disueltas en una mezcla por absorción o concentración selectiva, de forma que produce manchas de diferente color en ella. CUADRIPOLO: es un circuito con dos puertos de acceso, uno de entrada y otro de salida. Relacionados con las impedancias que presenta en cada una de las puertas y con su función de transferencia. DEGRADACIÓN: Alteración de las propiedades producidas por el paso del tiempo. DESCARGAS PARCIALES (DP): es un fenómeno de rotura eléctrica que está confinado y localizado en la región de un medio aislante, entre dos conductores que se encuentran a diferente potencial. DIAGRAMA 3 PARD: Diagrama trifásico de relación de amplitudes y de frecuencias de 3 canales dependiendo de las unidades y canales de medición que se hayan generado. EFECTO CORONA: es un fenómeno eléctrico que se produce en los conductores de las líneas de alta tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor.

13

ELECTRONES: se encuentran en los mayores niveles de energía del átomo, siendo estos los responsables de la interacción entre átomos de distintas especies o entre los átomos de una misma. EROSIÓN: Desgaste producido en la superficie de un cuerpo por el roce o frotamiento de otro. FIBRA ÓPTICA: Filamento de material dieléctrico, como el vidrio o los polímeros acrílicos, capaz de conducir y transmitir impulsos luminosos de uno a otro de sus extremos; permite la transmisión de comunicaciones telefónicas, de televisión, etc., a gran velocidad y distancia, sin necesidad de utilizar señales eléctricas. FILTROS DE RED: Equipo empleado para suprimir los armónicos generados por los circuitos eléctricos. Freq INTEGRACION: Configuración del filtro de descarga parcial desde 100 kHz hasta 400 kHz. fV: Frecuencia de la tensión de la unidad de trigger. HIDROCARBUROS: son compuestos orgánicos, formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono y átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica. IMPULSO ATMOSFÉRICO: Es una simulación de tipo rayo generada por condensadores y una fuente, que con la carga de los condensadores se puede obtener. INDUCTANCIA: Capacidad de un circuito eléctrico para generar corrientes por medio de la inducción electromagnética. JAULA DE FARADAY: Es el efecto por el cual el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. MULTIPLEXADOS: consistente en recibir mensajes de diferentes fuentes y enviarlas a un destino común. A la inversa, la técnica de multiplexado permite enviar a puntos de destino diversos datos que proceden de una fuente común. OSCILOSCOPIO: Aparato que sirve para registrar oscilaciones de ondas y las presenta en una pantalla. QIEC: Carga aparente definida según norma IEC 60270.

https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electromagn%C3%A9tico

14

PARTE ACTIVA: es un cilindro de hilo, cable o cordel que se encuentra arrollado sobre un tubo de cartón u otro material. También se conoce como bobina al rollo de papel continuo que utilizan las rotativas y al rollo de hilo u otro componente que exhibe un orden determinado. PASATAPAS: son piezas de material aislante empleadas para soportar los conductores eléctricos de las líneas eléctricas de transmisión y distribución. Típicamente son aisladores de disco cuyas características están normalizadas según el peso o fuerza soportable, nivel de contaminación admisible y diámetro. PERMEABILIDAD MAGNÉTICA: se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material. POLIVINILO: Material sintético obtenido por polimerización del vinilo que se emplea en la fabricación de tejidos y como revestimiento en cables, tubos o mangueras. POLUCIÓN: Contaminación del medio ambiente, en especial del aire o del agua, producida por los residuos procedentes de la actividad humana o de procesos industriales o biológicos. RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN: Se define como relación del número de espiras del devanado primario con relación al número de espiras del devanado secundario. RESINA: Sustancia orgánica de consistencia pastosa, pegajosa, transparente o translúcida, que se solidifica en contacto con el aire; es de origen vegetal o se obtiene artificialmente mediante reacciones de polimerización. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO: Resistencia eléctrica entre el circuito interno y un punto de masa de la célula. Debe referenciarse a las condiciones ambientales. RESISTENCIA DE DEVANADOS: Esta prueba tiene la finalidad de verificar la Resistencia Óhmica de los Devanados. SATURACIÓN DE NÚCLEO: La saturación magnética es un efecto que se observa en algunos materiales magnéticos, y se caracteriza como el estado alcanzado cuando cualquier incremento posterior en un campo de magnetización externo H no provoca un aumento en la magnetización del material. SOBRECARGA: Se produce cuando la magnitud de la tensión ("voltaje") o corriente supera el valor preestablecido como normal (valor nominal). Comúnmente estas sobrecargas se originan por exceso de consumos en la instalación eléctrica.

15

SOBRETENSIÓN: Las sobretensiones transitorias son un aumento de voltaje, de muy corta duración, medido entre dos conductores, o entre conductor y tierra. Puede deberse a descargas eléctricas. TANGENTE DELTA: La prueba o ensayo de la tangente de delta es una medida del estado de un aislamiento. También se la denomina factor de disipación y es una medida de las pérdidas dieléctricas de un aislante solido o líquido. TENSIÓN INDUCIDA: la prueba consiste en llevar a doble tensión (el voltaje más bajo del transformador) y a doble frecuencia durante un tiempo determinado de un minuto sin que esté presente variaciones en la frecuencia y en la tensión. TRANSFORMADOR: es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. TRIGGER: Base de datos, cada unidad del MPD 600 se convierte en un trigger independiente a través de su propia entrada. ULTRASONIDO: Vibración mecánica de frecuencia superior a la de las que puede percibir el oído. V/√2: El valor de la tensión pico de la unidad de trigger dividido por √2. Vrms: voltaje rms VHF: Sigla del inglés very high frequency, frecuencia muy elevada con que se designan las ondas radioeléctricas de frecuencias comprendidas entre 30 y 300 MHz.

16

INTRODUCCIÓN

El aislamiento a base de celulosa de las bobinas y los aisladores de porcelana de

los transformadores deben cumplir unas especificaciones de calidad muy altas,

especialmente en lo relacionado con su comportamiento a largo plazo. Las

características de estos materiales para soportar el efecto de los agentes externos

e internos que los envejecen y debilitan gradualmente, son verificados mediante

pruebas de laboratorio, la cual se realiza con equipos que permiten localizar las

fallas en sus primeras etapas o determina acústicamente la localización de las

mismas como el MPD 600 de OMICRON.

El equipo MPD 600 de OMICRON es un dispositivo altamente avanzado de

medición de descargas parciales. Dotado de herramientas muy eficaces, hasta los

mínimos pulsos de descarga parcial pueden separarse de las interferencias y

analizarse.1

A pesar que el equipo posee grandes herramientas para el analisis de descargas

parciales, estas no son utilizadas de manera correcta por el personal que utiliza el

equipo, dejando de aprovechar los diagramas de relación de amplitudes de tres

fases (3PARD), y el informe de prueba que el equipo genera.

Es por tal motivo que se realizara un estudio de casos de descargas parciales para

el analisis de fallas en transformadores de 34.5 kV mediante el módulo MPD 600 de

OMICRON. Con el objetivo de ampliar el conocimiento, mejorar el uso del equipo y

el aprovechamiento de herramientas que me permiten determinar la causa de la

descarga parcial como a su vez el origen de la misma.

1 OMICRON. 2016. OMICRON ENERGY. [En línea] [Citado el: 13 de Septiembre de 2016.]

https://www.omicronenergy.com/es/products/all/primary-testing-monitoring/mpd-600/.

17

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Durante la fabricación de los transformadores serie 34.5 kV, es necesario realizar prueba de descargas parciales para determinar el estado del aislamiento antes de que el equipo sea puesto en funcionamiento. Estas pruebas se realizan con equipos de medición de descargas parciales como MPD 600 de la empresa OMICRON, que, además permite realizar pruebas en equipos instalados que se encuentren funcionando y así establecer rutinas de medición como programa preventivo. El objetivo de estos programas es prevenir los daños de los equipos por causa de una descarga parcial como se ve en la figura 1. Los principales problemas que se tienen cuando se realizan estas pruebas utilizando el equipo de medición, es la dificulta de interpretación de los diagramas osciloscopio y 3PARD. Estos diagramas permiten localizar y evidenciar la posible causa de la descarga parcial, pero debido a la falta de información suministrada en los catálogos el personal técnico que realiza las pruebas se limita a la interpretación de valores de carga dados por la norma IEC 60270, lo que ocasiona que los transformadores se intervienen sin conocer el origen de la descarga presentada. Otro problema es el desconocimiento de este tipo de pruebas por empresarios y la dificulta de acceder a la información, ya que en la literatura existente de patrones de descargas parciales se muestran múltiples casos teóricos, pero información tomada de pruebas ejecutadas en campos de pruebas es muy limitada, esto reduce el aprendizaje en los estudiantes, profesionales y técnicos que quieran abarcar más en este tema.

Figura 1: Daño por descargas dieléctricas

Fuente: Imagen extraída de la web (descargas parciales en cables de alta tensión)

18

1.1 ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE)

Algunas compañías realizan este tipo de pruebas para la localización de las descargas parciales en los transformadores de alta potencia. Se realizan análisis de gases disueltos (DGA), ensayo de aceptación en instalaciones, ubicación de las descargas parciales, variación de modelos de excitación, comparación de niveles detectados, análisis de patrón de descarga parcial, medición del dominio del tiempo, mediciones del dominio de frecuencias, mediciones acústicas. Análisis de gases disueltos: cuando el aislamiento de un transformador es sometido a esfuerzos excesivos, térmicos o eléctricos, por ejemplo, arco eléctrico, chispa, descargas parciales y sobre calentamiento, las uniones o compuestos químicos del aceite y la celulosa se pueden afectar y dar lugar a diferentes tipos de gases entre los que están: hidrogeno, etano, metano, etileno, acetileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, oxígeno los cuales son analizados mediante prueba cromatografía. Ensayo de aceptación en instalaciones: los transformadores de alta tensión, se someten a extensas pruebas de aceptación en el laboratorio de pruebas, incluyendo en la mayoría de los casos ensayos de descarga parcial. Un correcto ensayo de aceptación de descarga parcial solo es posible utilizando un detector que ofrezca mediciones paralelas y en tiempo real, sobre una multitud de canales, mientras el transformador es energizado de forma trifásica durante la prueba de tensión inducida. Ver figura 2.

19

Figura 2: Adquisición de descarga parcial en 8 canales en paralelo

Fuente: Power Diagnostix Systems

Ubicación de las descargas parciales: tras las indicaciones de señales, la presencia de las descargas internas en un transformador, debe tomarse un número mayor de medidas para una localización más puntual. Con el análisis de gases disueltos, el predominio de ciertos gases y su equilibrio proporcionan una indicación del tipo de descarga y la gravedad. Comparación de niveles detectados: La comparación entre la matriz de calibración con el nivel detectado bajo tensión de ensayo, permite identificar las actividades que se encuentran cercanas a los bujes, estructuras y partes vivas. Análisis del patrón de descargas parciales: analizar las propiedades del patrón de medida, otorga información comprensiva sobre el tipo de actividad de las descargas parciales. La evaluación estadística provee información adicional además del análisis visual de la forma y apariencia de onda. Mediciones del dominio del tiempo: en las actividades bajo atmosfera de nitrógeno, la avalancha de electrones tiene un tiempo de subida (RISE TIME) de aproximadamente 1ns. Por lo tanto, dicha actividad ofrece un ancho de banda de hasta 400 MHz en su origen.

20

Mediciones de dominio de frecuencia: Un tiempo de inicio/subida se traduce en un ancho de banda. Por lo tanto, comparar el ancho de banda de una señal de descarga parcial cuando llega a los diferentes terminales, orienta sobre el trayecto que la señal a viajado. Mediciones acústicas: Causa también una emisión acústica. El uso de sensores piezoeléctricos y permite detectar estas señales. El informe tomado como referencia es de los laboratorios de pruebas, que nos permite tener una idea del tipo de analisis que se realiza en transformadores de potencia para detectar las descargas parciales. 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Los transformadores son el eje central en la distribución y transmisión de energía. Verificar el buen estado del aislamiento es crítico para un funcionamiento fiable y libre de fallas. Cualquier falla puede tener consecuencias graves. Las sobrecargas resultantes de secciones de la red pueden producir cortes de gran alcance en el suministro y la producción. Una falla total del aislamiento puede provocar lesiones personales, así como inmensos daños materiales2. Las descargas parciales (DP), tal y como se definen en la norma IEC60270, “son descargas dieléctricas en un área parcial de un sistema de aislamiento eléctrico sólido o líquido bajo el estrés de la alta tensión o acumulación de agentes contaminantes en los aislantes”3. Por ejemplo, en la figura 3, se evidencia agentes contaminantes del medio ambiente en los pasatapas del transformador. En los transformadores serie 34.5 kV con aisladores en porcelana tipo seco, se ha evidenciado un alto nivel de incidencia de este tipo de falla las cuales se han podido detectar en las muestras de aceite DGA (análisis de gases disueltos) cromatografías realizadas en campo. Esto debido a que presentan degradación incipiente del material aislante del transformador. Los fenómenos de descarga parcial preceden frecuentemente a un fallo de aislamiento en equipos de alta tensión. Estas pueden ser causadas por distancias internas en las salidas de las bobinas, distancias del conmutador hacia el tanque, pasatapas defectuosas, contactos mal grafados (sueltos), ajustes de prensas en la cuba, polución en el pasatapas. Una descarga puede dañar el material de aislamiento circundante por la erosión del aislamiento. Además, los gases

2 OMICRON. [En línea] [Citado el: 20 de Octubre de 2015.]

https://www.omicron.at/es/products/power-transformer. 3 INTERNACIONAL, COMISION ELECTROTECNICA. 2000 . PRUEBAS DE ALTO VOLTAJE-

MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES. Tercera. s.l. : ESTANDAR INTERNACIONAL, 2000 . IEC 60270.

21

corrosivos emitidos pueden producir daños adicionales al aislamiento circundante y a las piezas metálicas, estableciendo zonas adicionales sujetas a descargas de tipo descarga parcial. El medio aislante puede fallar produciendo flama, y daños en los aparatos eléctricos, interrupciones del suministro eléctrico, incendios y explosiones.

Figura 3: contaminación por polución

Fuente: Tomada por los autores

¿Realizando el estudio de casos de descargas parciales para el análisis de fallas en transformadores de 34,5 kV mediante el módulo MPD 600 de OMICRON, se logrará obtener un documento que permita mejorar la interpretación de los diagramas para la localización de las descargas parciales?

1.3 JUSTIFICACIÓN

Los transformadores de distribución, son equipos destinados a redes de suministro de electricidad urbana y rural para uso comercial, residencial, industrial y de subestaciones eléctricas intermedias. La tensión de serie 34.5/1.2 kV hasta 1000 kVA. Ver figura 4. Permite la disposición de alta tensión en el pasatapas superior, sin embargo, las distancias eléctricas deben aumentar sensiblemente para poder conservar los niveles de aislamiento externo de norma NTC 1490. La tensión de serie 34.5/15 kV hasta 2000 kVA. Ver figura 5. La parte activa está ubicada en el núcleo tipo columnas, descansa en el piso y los devanados se fabrican en cobre esmaltado.

22

Figura 4 Transformador 34.5/1.2 kV 1000 kVA

Fuente: Tomada por los autores.

Figura 5: Transformador 34.5/15 kV 2000kVA


Los transformadores serie 34.5 kV con aisladores en porcelana tipo seco, son los

que han presentado altos niveles de descargas parciales. Poder detectar estas

fallas en sus primeras etapas antes que el transformador este puesto en servicio,

es de gran ayuda para el fabricante y garantiza la vida útil del transformador.

23

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo General

Realizar el estudio de las descargas parciales en transformadores de 34.5 kV para

el análisis de fallas mediante el módulo MPD 600 de Omicron.

1.4.2 Objetivos Específicos

Realizar un documento que permita mejorar la interpretación de los

diagramas generados con el programa MTRONIX del módulo MDP 600 de

OMICRON, para la localización de fallas de descargas parciales.

Realizar la descripción detallada del equipo MPD 600 de Omicron para

afianzar conocimientos.

Realizar una descripción detallada de los transformadores serie 34.5 kV para

ampliar conocimiento en su estructura y aislamientos.

Verificar la aplicabilidad de los procedimientos y afianzamiento del

conocimiento de los equipos usados para ensayos de descargas parciales.

Realizar prueba de tensión inducida a larga duración, basados en la norma

IEC 60270 para la medición de descargas parciales.

Realizar la toma de muestra del aceite para análisis de cromatografía

después de la prueba para determinar que no se halla generado gases

internos en el transformador.

Realizar el análisis de costo de la prueba de descargas parciales utilizando

el equipo MPD 600 de OMICRON.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

1.5.1 Alcances. Realizar una descripción del funcionamiento y aplicación del

módulo MPD 600 de Omicron para poder desarrollar el estudio de los casos de las

descargas parciales, mediante la prueba de tensión inducida a larga duración, con

el fin de determinar las posibles fallas que se pueden presentar en los aislamientos

durante la vida útil de servicio del transformador de 34,5 kV.

1.5.2 Limitaciones. La limitación que podemos encontrar es el alto costo del

módulo MPD 600, por lo cual no se puede realizar la adquisición del equipo, otra

limitante al desarrollar el proyecto es; Si bien en la literatura existente de patrones

24

de descargas parciales se muestran múltiples casos teóricos, los casos a incluir en

este estudio se limitaran a la información disponible y accesible del laboratorio de

pruebas de transformadores.

25

2. MARCO TEÓRICO

2.1 PRIMEROS ANÁLISIS DE DESCARGAS PARCIALES

El primer reconocimiento de descargas parciales (DP) se da en el año 1777 por el científico Georg Christoph Lichtenberg, en la reunión de la Royal Sociedad en Göttingen. El científico Lichtenberg realizo experimentos fotográficos con alta tensión, esparciendo licopodio en polvo sobre una placa electrizada mostrando estrellas y círculos, posteriormente fueron llamadas las figuras de Lichtenberg. Ver figura 6.

Figura 6: Figuras de Lichtenberg

Fuente: https://www.aps.org/publications/apsnews/201211/physicshistory.cfm

Pasaron más de 100 años hasta que se aclaró que las figuras en el polvo representaban los canales de las descargas parciales. En 1873 el físico británico James Clerk Maxwell publicó "un tratado sobre la electricidad y el magnetismo". Su trabajo teórico es de importancia fundamental para ambos, el diseño de la instrumentación para la detección descarga parcial eléctrica y el desarrollo de modelos físicos para una mejor comprensión de los fenómenos muy complejos. En el año 1896, el profesor de la escuela politécnica de Karlsruhe Heinrich Hertz demostró con un experimento, de acuerdo a la figura 7, la hipótesis de Maxwell sobre la existencia de las ondas electromagnéticas y su propagación en el espacio

26

y el tiempo. En principio, su experimento puede ser considerado como la primera aplicación del modo de acoplamiento campo inductivo, hoy en día utilizado en el detector Lemke LDP 5. Ambos procedimientos eléctricos y no eléctricos se utilizan para el reconocimiento Descargas parciales. Figura 7: Esquema del aparato generador de ondas electromagnéticas construido por Hertz

Fuente: biblioteca digital del instituto latinoamericano de la comunidad educativa.

El primer dispositivo de medición utilizado para la detección eléctrica de eventos de descargas parciales fue el puente factor de pérdida según Schering, desarrollado en 1919. Este tipo de puente está concebido para la realización de medidas en alta tensión. Su objetivo se dirige básicamente al factor de pérdidas en elementos aislantes de alta tensión en equipos ya fabricados o instalados, así como para la realización de análisis de materiales sometidos a alta tensión. La degradación de un aislante en alta tensión supone un riesgo para la seguridad de las personas y de las instalaciones, y dicha degradación se manifiesta en un aumento anormal del factor de pérdidas.4 En 1925 Antón Schwaiger reconocido el carácter de radiofrecuencia de descargas de corona. Este hallazgo puede ser considerado como la base para la introducción de “RIV meter” analizador digital de radio interferencia de descargas en corona. Esta prueba RIV “Tensión de Radio Interferencia” sigue siendo ampliamente utilizado, sobre todo en América del Norte. En Alemania, este tipo de instrumento se ha utilizado por primera vez por Dennhard en 1937. En 1928, Lloyd y Starr utilizan las placas de deflexión perpendiculares de un osciloscopio de haz de electrones para registrar el cargo de eventos descargas parciales frente a la tensión instantánea de prueba AC. Usando las placas de

4 (CHACÓN DE ANTONIO, 2003)

27

desviación horizontal de la tensión de prueba y la reducción de las placas de desviación vertical de una capacidad de medición utilizando para conectar a tierra el objeto de prueba.5 Este circuito puede ser considerado como el precursor para el puente utilizado por el doctor Thomas Wendell Dakin y Paul Malinaric en 1960, para medir las pérdidas de potencia de las descargas por ciclo por medio del método del paralelogramo. En las primeras etapas, un progreso esencial en el desarrollo de detectores sensibles de descargas parciales se ha logrado mediante la aplicación de los amplificadores de banda estrecha basados en circuitos de resonancia, según lo informado por Arman y Starr en 1936. En 1954, el primer detector de descarga parcial portátil estaba disponible comercialmente, diseñado por George Mole. Características básicas de los calibradores de descargas parciales también se han presentado por él en 1970. En 1980 los detectores de descargas parciales disponibles comercialmente utilizaban solamente una banda de frecuencia por debajo de medición MHz. uno de los primeros detectores de descargas parciales de banda ancha disponibles en el mercado ha sido desarrollado por el coautor Dr. Lemke. El principio de medición aplicada se basó en una integración activa (electrónica) de los pulsos de descarga parcial pre-amplificados de banda ancha. La frecuencia de corte superior del pre-amplificador de banda ancha fue de aproximadamente 10 MHz. Bajo esta condición, los eventos de DP podrían no sólo ser detectados, sino también situados. No hay duda de que surgen ventajas esenciales, una alta gama de frecuencias del espectro de pulso de origen de la descarga parcial se utiliza para el reconocimiento. En 1966 Bailey estima la duración de los impulsos de origen de las descargas parciales en las cavidades de los dieléctricos sólidos tan cortos como algunos nanosegundos. Esto ha sido confirmado por mediciones prácticas llevadas a cabo por Fujimoto y Boggs en 1981, aplicando la técnica de osciloscopio de alta velocidad de hasta 1 GHz de ancho de banda. Hoy la técnica UHF “Ultra High Frecuencia” puede ser considerada como una herramienta importante para el diagnóstico de descargas parciales. En el diagnóstico de las descargas parciales modernas, no sólo los impulsos individuales son de interés. Mucha más información se puede lograr por medio del denominado análisis del patrón de descargas parciales (PDPA). Por lo que la aparición de secuencias de impulsos DP en comparación con el ángulo de fase de la tensión aplicada prueba de AC, así como las estadísticas de la distribución de la altura del pulso puede dar información adicional. Pasos esenciales en la adquisición estadística de datos se lograron en 1969, cuando Bartnikas y Levi presentan un analizador de altura de impulsos para la

5 (HAUSCHILD, y otros, 2014)

28

medición de la frecuencia DP, y en 1978, cuando Tanaka y Okamoto presentaron el primer sistema de medición de DP basado en miniordenador. Según el enfoque ofrece los siguientes tres mejores tipos de distribuciones estadísticas. 1. la velocidad de descarga en comparación con la carga aparente.

2. la velocidad de descarga en comparación con el tiempo de medición. 3. la velocidad de descarga en función del ángulo de fase.

Las mediciones de DP pueden ser sensibles a las perturbaciones por ruidos electromagnéticos. Por lo tanto, una gran cantidad de trabajo se ha hecho con el fin de rechazar las interferencias externas. En 1973 Okamoto. Informó sobre la supresión de ruido en el caso de las pruebas de DP de 500 transformadores. También en 1973 Praehauser discute la capacidad del puente DP equilibrada para la eliminación de ruidos externos. Hay una tendencia cada vez mayor, de utilizar el laboratorio de alta tensión para la medición de DP no destructiva, también para pruebas de diagnóstico predictivo bajo condiciones en sitio, la disponibilidad de incluso los ordenadores más potentes ha permitido el desarrollo de los llamados sistemas expertos para el control DP en el aparato del HV. Resultados de este reciente desarrollo, así como los debates en los grupos de trabajo CIGRE relevantes pueden dar ideas sobre las tareas futuras en el desarrollo de diagnósticos DP, tales como:

1. revisión continúa de los estándares existentes para mediciones de DP con

respecto tanto, la mejora de la reproducibilidad de las pruebas de tensión

inducida realizadas en diferentes laboratorios y las posibilidades de técnica

de medición DP digital.

2. Desarrollo de más potentes procedimientos de rechazo de ruido con el fin de

discriminar interferencias electromagnéticas significativamente de eventos

de DP a detectar.

3. Mejora de la fiabilidad de los sistemas de seguimiento utilizados para el

diagnóstico a largo plazo, que debe ser mejor que los del aparato HV

supervisado.

4. Un mayor desarrollo de sistemas expertos sofisticados incluyendo datos

multiplexados y tecnología de procesamiento simultáneo para el

reconocimiento rápido de faltas DP peligrosas.

5. Diseño de aparatos de alta tensión con acopladores DP banda ultra-ancha

integradas y desarrollo de sensores con EP avanzada con el fin de realizar

diagnósticos DP más informativos en condiciones de servicio.

Durante los siguientes años las industrias dedicadas a los análisis de eventos en

los dieléctricos fueron desarrollando equipos que permitieran obtener resultados

29

confiables en sus pruebas, es así como en el año 2007, la empresa OMICRON,

realiza el lanzamiento del analizador de descargas parciales MPD 600.6

2.2 DESCARGAS PARCIALES

Las descargas parciales (DP) se definen según la norma IEC60270, como descargas dieléctricas en un área parcial de un sistema de aislamiento eléctrico solido o líquido bajo el estrés de la alta tensión. El termino es muy amplio ya que incluye descargas del tipo inofensivas hasta otras que son difíciles de detectar en campo y pueden ser muy destructivas. Por tal razón se hace útil describir tres tipos de descargas.

La descarga en corona es la descarga que se produce en el aire o el gas que rodea un conductor. Tiene lugar cuando el campo eléctrico localizado excede la tensión de ruptura del aire o el gas circundante. Esto ocurre típicamente en las puntas o en los bordes afilados de los conductores. En particular, es muy común en equipos de exteriores. La descarga en corona puede considerarse relativamente inofensiva en equipos de exteriores, ya que los gases corrosivos son eliminados o transportados lejos por los efectos meteorológicos. Sin embargo, si la descarga en corona tiene lugar en un entorno cerrado, los gases corrosivos no tienen salida y pueden producir daños adicionales. La descarga en corona en equipos de exteriores es, a menudo, difícil de eliminar; por otra parte, el diseño de ciertos equipos favorece intrínsecamente este tipo de descargas. Se considera una práctica recomendada, no obstante, eliminar las fuentes de descarga en corona siempre que ello sea posible, durante el mantenimiento habitual, ya que pueden enmascarar problemas más serios.

La descarga superficial es la que se produce en la superficie de un aislador; su resultado más típico es la generación de pistas de conducción en la superficie del aislador y la reducción de su eficacia. Está estrechamente asociada a la contaminación y la humedad, y es una forma de descarga parcial relativamente común. La descarga superficial es particularmente dañina en aislantes encapsulados en resina o poliméricos. Si no se detectan y reparan, los puntos de descarga crecen y pueden llegar a arder. Es también posible que se formen grietas en el esmalte de los aisladores de porcelana y la cerámica que contienen resulte dañada. Si la causa de la descarga superficial es la contaminación y aquella se detecta a tiempo, a veces es posible limpiar los aisladores de vidrio o porcelana antes de que se produzcan daños a largo plazo.

6 (OMICRON)

30

La descarga interna es un tipo de descarga que se produce en el interior del

material o líquido aislante y está asociada a pequeñas cavidades huecas, a menudo microscópicas en un principio, existentes en el interior del aislador sólido o líquido. Es una forma relativamente poco frecuente de descarga parcial. La descarga interna es la más difícil de diagnosticar en campo, ya que el problema no presenta síntomas visibles o audibles. Sin embargo, si no se repara y llega a producirse llama, no existirá una vía de escape para la liberación de la energía calorífica, de rápida emisión, y el aislador podría explotar.

2.3 MEDIDA Y DETECCIÓN DE LA DESCARGA PARCIAL

Cuando se inicia la descarga parcial, aparecen pulsos transitorios de corriente de alta frecuencia cuya duración oscila entre los pocos nanosegundos y el microsegundo; luego desaparecen y vuelven a aparecer repetidamente. Las corrientes procedentes de descargas de tipo descarga parcial son difíciles de medir a causa de su pequeña magnitud y corta duración. El evento puede detectarse como un cambio muy pequeño en la corriente consumida por la muestra sometida a prueba. Uno de los métodos que permiten medir tales corrientes es colocar una resistencia de medida de corriente en serie con la muestra, y ver en un osciloscopio la tensión generada utilizando un cable coaxial del calibre adecuado. La salida de esta prueba se detecta generalmente como un cambio en la carga, y se expresa en pC7 . Esta es la base de la metodología descrita en la norma IEC 60270, en ocasiones denominada “medida de carga aparente”.

Las medidas que describe la norma IEC son ideales para medidas de laboratorio, en las que el sistema puesto a prueba se puede alimentar con una fuente de laboratorio limpia, se dispone de accesorios de prueba y el sistema se sitúa en el interior de una jaula de Faraday. Las medidas de campo no pueden realizarse con una jaula de Faraday y la fuente de alimentación suele distar mucho de una fuente ideal en tales casos. Son medidas expuestas a ruido y, en consecuencia, menos sensibles. Existen, no obstante, otros métodos que permiten realizar medidas en campo y, aunque no resultan tan sensibles como las medidas que describe la norma IEC, son notablemente más apropiados. Las medidas en campo deben ser, por necesidad, rápidas, seguras y sencillas si están destinadas a su aplicación por propietarios y operadores de equipos media tensión y alta tensión. Las tensiones transitorias a tierra (TEV) son picos de tensión inducidos en la superficie de las piezas metálicas circundantes. Estos se producen porque la

7 Sigla en francés que significa pico coulomb

31

descarga parcial crea picos de corriente en el conductor y, por tanto, también en las piezas metálicas conectadas a tierra situadas en las proximidades del conductor. Los pulsos TEV están repletos de componentes de alta frecuencia, como resultado de lo cual el conjunto metálico del sistema conectado a tierra presenta una considerable impedancia a tierra. Es el origen de los picos de tensión. Estos permanecen en la superficie de las piezas metálicas circundantes (hasta una profundidad de 0,5 micras en acero dulce a 100 MHz) y forman lazos de corriente alrededor de la superficie exterior allí donde exista una discontinuidad en la estructura metálica. Existe un efecto secundario por el que las ondas electromagnéticas generadas por la descarga parcial generan también picos TEV en las piezas metálicas circundantes, actuando tales piezas metálicas como una antena. Los picos TEV son fenómenos muy útiles para detectar y medir descargas parciales, ya que pueden detectarse sin efectuar conexiones eléctricas ni retirar ningún panel8

Las medidas ultrasónicas se basan en el hecho de que una descarga parcial emite ondas sonoras. La banda de frecuencia de las emisiones suele centrarse en 40 kHz, pero se extiende hasta el área audible en el caso de descargas extremadamente perjudiciales. Las descargas internas no emiten ultrasonidos. La utilidad de la detección ultrasónica está, por tanto, restringida a descargas superficiales y descargas en corona.

8 Davies N., Jones D., Testing Distribution Switchgear in the laboratory and in the field, paper within Conference Record of the 2008 International Symposium on Electrical Insulation IEEE, ISBN 978-1-4244-2091-9

32

3 MARCO METODOLÓGICO

3.1 TIPO DE ESTUDIO

El tipo de estudio que se precede será la de “Monografía de Sistematización de

Experiencias en laboratorio de pruebas de transformadores”,

3.2 UNIDAD DE ANÁLISIS

Descargas parciales en los transformadores serie 34,5 kV.

3.3 UNIDAD DE ESTUDIO

El análisis que llevaran a desarrollar y evaluar son los siguientes temas

Descarga generada por porcelana tipo seco

Tipo de líquido aislante

Distancia internas y externas

Ruptura en el material aislante

Distancias internas en el transformador

Elementos flotantes o no fijos

Material policivo en las porcelanas

3.4 UNIDAD DE TIEMPO

El tiempo estimado en el estudio de los análisis de pruebas obtenidas

posteriormente y las pruebas a desarrollar es de aproximadamente de (6) meses

comprendidos entre enero y junio de 2016.

3.5 UNIDAD GEOGRÁFICA

El análisis de estudio para el desarrollo del proyecto tendrá lugar en el laboratorio

de pruebas de transformadores.

33

3.6 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

El método para obtener información para el desarrollo del proyecto es el siguiente.

Estudio de campo: El estudio se desarrolla mediante el análisis de pruebas

realizadas a transformadores serie 34.5 kV con porcelana tipo seco y poder

analizar las posibles causas de los tipos de descargas parciales esto con el

fin de poder ofrecer a los técnicos del laboratorio de pruebas de

transformadores un fácil desempeño en la interpretación de los resultados

obtenidos.

Investigación documental: se hará una recopilación de pruebas obtenidas

con registros que fueron grabados y bajo los criterios aplicados en las

NORMAS (ANSI, IEC) para dicha prueba.

3.7 PARTICIPANTES

Investigadores: Cristhian Camilo Chimbi Bedoya

Geovanny Cuervo Rondón

Asesor técnico:

Ingeniero eléctrico: Fredy Alexander Santos

3.8 POBLACIÓN

Personal técnico, tecnólogo o profesional en el campo de la electricidad y electromecánica. A empresarios que les permita conocer una prueba aplicable a los equipos de alta tensión para garantizar el sistema de aislamiento. A los estudiantes como complemento de las materias de enfoque eléctrico.

3.9 MUESTRA

La base que se tomará como estudio de descargas parciales serán las pruebas a

realizar a los transformadores en el laboratorio por los estudiantes.

34

3.10 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

3.10.1 Instrumentos

Mediante el software mtronix del MPD 600, se obtendrá mediante tablas y graficas

los resultados de las pruebas.

3.10.2 Equipos

Los equipos necesarios para realizar las pruebas de descargas parciales en el

laboratorio de transformadores son:

Transformador serie 34.5 kV

Unidad de Adquisición MPD 600

Controlador MCU 502/504

Impedancia CPL 542/543

Cable fibra óptica

Fuente de alimentación MPP 600

Software mtronix

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4. INGENIERÍA DEL PROYECTO

4.1 ANALIZADOR DE DESCARGAS PARCIALES MPD 600

Los fenómenos de DP son en muchos casos la fase preliminar de una perforación total del aislamiento. Por este motivo, desde hace muchos años se comprueban las descargas parciales en generadores, transformadores, equipos de subestación y sistemas de cables. El equipo MPD 600 y MPP 600 ver figura 8, es un avanzado sistema de medición y análisis de descargas parciales. Se ajusta a las normas aplicables a mediciones eléctricas de DP y proporciona asimismo técnicas de análisis que van más allá.

Figura 8: Modulo MPD 600


El reto del análisis de DP es la detección y evaluación de descargas en el rango de picoculombios (pC) al mismo tiempo que se manejan tensiones de prueba de hasta varios cientos de kilovoltios (kV). Estas mediciones de alta sensibilidad, a menudo se complican por las intensas interferencias externas (ruido) procedentes de los equipos contiguos, provocadas por el efecto corona u otras fuentes de radiofrecuencia (RF). El sistema MPD 600 incorpora algunas de las tecnologías más innovadoras con el fin de ofrecer mediciones precisas, fiables y reproducibles, incluso en las circunstancias más exigentes.9

9 (OMICRON, 2013)

36

4.1.1 El Sistema

El sistema de análisis de descargas parciales MPD es un conjunto de herramientas de adquisición y análisis para la detección, grabación y análisis de eventos de descarga parcial en muchas aplicaciones. Es apropiado para efectuar mediciones de laboratorio y sobre el terreno de sistemas de alta tensión y transformadores de potencia, así como de máquinas rotatorias. Está controlado por el software MPD/MI integrado, que ofrece visualizaciones en tiempo real y opciones de análisis de detección de DP y parámetros del sistema10. En la figura 9 se observa el diagrama de conexiones.

Figura 9: Diagrama de conexiones del MPD 600 con Equipo de Prueba

Fuente: Manual del usuario MPD 600.

4.1.1.1 Descripción general del sistema. La unidad de adquisición MPD 600 debe situarse lo más cerca posible del condensador de acoplamiento (Ck) y del equipo en prueba. Los cables de fibra óptica (marcados en naranja) conectan la configuración de la prueba con el computador de control y proporcionan un aislamiento eléctrico total. La longitud de los cables de fibra óptica usados en el MPD 600 puede ser de hasta 2 km. 4.1.2 Prevención Eficaz de Interferencias. Cuando se realizan mediciones de descarga parcial suponen un gran problema las interferencias causadas por el equipo eléctrico adyacente, que pueden dificultar mucho e incluso impedir la medición, análisis y localización de las señales de descargas parciales. Para el éxito de los análisis es muy importante eliminar o al menos reducir estas interferencias.

10 (OMICRON, 2013)

37

4.1.2.1 Aislamiento galvánico mediante cable de fibra óptica La transmisión de fibra óptica ofrece un asilamiento galvánico total entre cada dispositivo de medición y el computador controlador. Esto reduce al mínimo los bucles de tierra, reduce el acoplamiento de interferencias y logra una sensibilidad del sistema muy superior gracias a una mejor relación señal-ruido. Las conexiones de fibra óptica han demostrado su eficacia en entornos industriales. Las conexiones de eléctricas o de radiofrecuencia (por ejemplo, WLAN) son menos fiables, ya que sufren frecuentes perturbaciones por las máquinas o descargas eléctricas (por ejemplo, descarga parcial). Asimismo, las conexiones de fibra óptica pueden también tener una longitud considerable sin que el rendimiento del instrumento se vea afectado. Otra ventaja convincente de la red de fibra óptica, en comparación con los sistemas de cableado de cobre, es la sincronía total de todas las unidades de adquisición conectadas, que se extiende hasta los nanosegundos. Esta comunicación simultánea garantiza la adquisición continua e ininterrumpida de los eventos de DP (críticos en tiempo) y la tensión de prueba relacionada, incluso en las circunstancias más exigentes. Detección convencional.11

4.1.3 Software MPD 600

El software determina automáticamente la mayoría de parámetros y ajustes, por lo que el usuario puede centrarse en llevar a cabo la medición de DP.

Gráfico de alta sensibilidad en tiempo real (> 20 fotogramas por segundo) Vista de osciloscopio en tiempo real configurable para las entradas de tensión

y DP Visualización flexible de eventos de DP, incluidas las vistas de histograma

resuelto en fase, de elipse y en tiempo real Vista de elipse para reproducción de un comportamiento analógico clásico12

4.1.4 Mejora

realizando la descripción detallada del equipo, se puede evidenciar que la información que se puede extraer es de gran ayuda, no solo para determinar si se cumple con el criterio de la norma, sino, además permite mediante graficas como la de osciloscopio y 3 PARD determinar el tipo de falla, contaminante, ubicación (interna o externa), gracias a los graficas patrón establecidas por el fabricante, ver anexo A. La propuesta desde el desarrollo de las pruebas de descargas parciales es realizar el aprovechamiento del equipo y brindar más conocimientos a los técnicos del laboratorio de pruebas en el manejo del software. 11 Tomado: Del brochure MPD 600 OMICRON 12 Tomado: Del brochure MPD 600 OMICRON

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4.2 TRANSFORMADOR

Un transformador es una máquina estática, mediante la cual se puede convertir por inducción electromagnética entre dos o más bobinas, un valor en otro de diferente valor y de la misma frecuencia, manteniendo la potencia aproximadamente constante. 4.2.1 Datos de Especificación: la identificación básica de un transformador está constituida por su potencia nominal, el voltaje primario, o sea el que se aplica al transformador y el voltaje secundario, que es el obtenido en los bornes de salida cuando el transformador funciona en vacío. 4.2.2 Clasificación. Dependiendo de la red de suministro de energía a la cual se conecte el transformador se distinguen básicamente dos grupos:

Transformadores de DISTRIBUCIÓN hasta 500 kVA y serie 46; generalmente para montaje en poste para potencias menores de 225 kVA

Transformador de POTENCIA para series o potencias superiores a las de distribución; montaje en el piso o plataformas especiales a partir de 225 kVA

4.3 CONSTRUCCIÓN DE LOS TRANSFORMADORES 4.3.1 Núcleo. El núcleo de los transformadores está formado por chapas de hierro magnético al silicio de grano orientado, tipo M413. En los transformadores monofásicos se emplea un circuito magnético enrollado “acorazado o tipo Shell”. Con el fin de recuperar las condiciones magnéticas y eliminar los esfuerzos mecánicos interiores que se presentan en el arrollamiento, se hace un recocido del núcleo en atmosfera inerte. En los transformadores trifásicos, el núcleo corresponde al modelo llamado “de columnas o tipo Core”. Las chapas de lámina, una vez cortadas se agrupan en paquetes de sección rectangular hasta 150 kVA y de sección cruciforme para tamaños mayores. El núcleo se somete a un prensado tal que permite reducir al mínimo las corrientes de excitación las vibraciones y el nivel de ruido, evitándose el consecuente calentamiento por dichos fenómenos. Una vez instalado en el tanque, se conecta a tierra para evitar la presencia de tensiones capacitivas.

13 Grado designación AISI

39

4.3.1.1 Material Aislante Interno del Transformador. En las bobinas es utilizado el papel tipo kraft o papel prespan de clase térmica 120ºC con un recubrimiento de resina termo fraguante en forma de rombos por ambos lados que proporciona máxima resistencia mecánica y dieléctrica. En el conjunto núcleo-bobina se utiliza cartón prensado de origen celulósico, que proporciona el aislamiento necesario entre los devanados y el núcleo. También es utilizado el papel crepé, así como los tubos de crepé para aislar debidamente las puntas de las bobinas que se conectan a las boquillas o al cambiador de derivaciones. Estos aislamientos son compatibles con el líquido aislante del transformador sin que se alteren sus propiedades ni contaminen a éste. Con el propósito de tener una máxima efectividad de los aislamientos y curar la resina contenida en el papel kraft de las bobinas, los ensambles núcleo-bobina se introducen en hornos modulares que operan con un ciclo de temperatura cuidadosamente controlada, logrando así ofrecer una alta resistencia a los esfuerzos mecánicos producidos por fallas de corto circuito que afecte al transformador. Omicron reconoce que “Los fenómenos de DP son en muchos casos la fase preliminar de una perforación total del aislamiento”. Es por esta razón que se hará una descripción más detallada del material aislante.

Papel presspan. El papel presspan se obtiene de la pasta química de la madera. Es un material muy denso y su rigidez dieléctrica es de 6 kV/mm. Barnizado se logra obtener una rigidez dieléctrica de 8 kV/mm. Existen espesores desde 0.10 hasta 3 mm. Posee una alta resistencia a las descargas disruptivas y buena capacidad de impregnación con aceite dieléctrico, el prespan no presenta ningún punto de fusión. Puede soportar altas cargas térmicas durante un corto tiempo.se emplea normalmente en transformadores secos y aislados en aceite dieléctrico, condensadores, interruptores entre otros. Ver figura 10.

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Figura 10: Papel Presspan

Fuente: tomada de Dongguan Fuwei Insulation Technology Co., Ltd.

Papel Kraft. En las últimas décadas ha sido utilizado el papel kraft como papel aislante en transformadores, Los papeles barnizados son papeles aislantes de 0.06 a 0.15mm de espesor, impregnados de barniz aislante se distinguen los papeles barnizados con aceite, goma laca o con resina artificial, los papeles barnizados se emplean entre las distintas capas de los devanados y para cubrir las bobinas. las propiedades eléctricas dependen del tipo de barniz y son generalmente mejores que las del papel aislante no impregnados. Ver figura 11.

Figura 11 Papel Kraft

Fuente: tomada de Dongguan Fuwei Insulation Technology Co., Ltd.

4.3.2 Tanque y Gabinete. El material utilizado en la fabricación de los tanques y gabinetes es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad, el

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cual es preparado en máquina de corte, punzadoras, troqueladoras y dobladoras, los cuales son unidos posteriormente en un proceso de soldadura MIG. Adicional a lo anterior, generalmente es utilizado en el área de las pasatapas de baja tensión, acero inoxidable según código AISI-304, para servir como medio diamagnético al paso de corrientes superiores a los 1000 A. PROLEC GE, cuenta con un sistema mecánico de preparación de superficie, utilizando el proceso de limpieza por medio de balaceo de granalla angular, con el cual se obtiene el anclaje adecuado para la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos y de acabado, los cuales consisten en varias capas aplicadas por aspersión.14 4.3.3 Aceite. Se usa como medio aislante y refrigerante el aceite mineral. Las características que deben tener los aceites de los transformadores son las siguientes:

Baja viscosidad para obtener una buena transferencia de calor. Alta rigidez dieléctrica Ausencia de ácidos inorgánicos, álcalis y azufre corrosivo para prevenir un

deterioro en los aislamientos y los conductores. Resistencia a la oxidación y a la formación de lodos. Resistencia a emulsiones con agua. Bajo punto de congelación.

El aceite debe ser químicamente estable para evitar el efecto corona en transformadores de alto voltaje o aparatos similares. Los aceites deben de cumplir con las especificaciones para aceites minerales nuevos. Aislantes para transformadores, interruptores y equipos eléctricos, según la tabla 1 de la norma NTC 1465.15 4.3.4 Pasatapas. Todos los pasatapas o bujes de alta y baja tensión se construyen de acuerdo con las normas DIN 42531 y 42530, y cumplen lo estipulado por las normas ICONTEC, ASA Y NEMA. El material aislante es de porcelana sólida, completamente vitrificado y para el sellado entre tanque y herrajes de emplean empaques de caucho sintético, resistentes al aceite y la intemperie. Para la serie 34,5 Kv, se utiliza el tipo DT 30f / 200 con corriente nominal de 250 A.

4.4 ALISTAMIENTO PARA LA PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA CON MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES AL TRANSFORMADOR SERIE 34.5 kV UTILIZANDO EL ANALIZADOR MPD 600

14 (PROLEC) 15 COLOMBIANA, NORMA TÉCNICA. 2003. ESPECIFICACIONES PARA ACEITES MINERALES

NUEVOS. Aislantes, para transformadores, interruptores y equipos eléctricos. Segunda. s.l. : ICONTEC, 2003. pág. 3. NTC 1465.

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En el anexo C, se encuentra un diagrama eléctrico con las conexiones de los equipos utilizados para la prueba. Para una mejor comprensión se utilizarán fotografías para dar a conocer cada uno de los equipos utilizados. La norma IEE std. C57.12.00™-2010 clasifica a los transformadores de acuerdo a su nivel de tensión en el devanado de alta tensión, como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1: Clasificación de los transformadores.

Clasificación Tensión nominal en el devanado de AT

Clase I ≤ 69 kV

Clase II 115 kV – 765 kV Fuente: tomada de la norma IEE std. C57.12.00™-2010

Esta clasificación determina si un transformador debe someterse a los ensayos de Tensión inducida o Tensión Inducida con Medición de Descargas Parciales, como parte de sus pruebas de rutina. Para nuestro estudio, el transformador que analizaremos está dentro de la clase I, y se le realizara prueba de tensión inducida a larga duración con medición de descarga parcial. Se procede a realizar la conexión del transformador, los filtros de red, el Homogenizador de campo, los cuadripolos y el equipo MPD 600 de Omicron. En el anexo C, se encuentra el diagrama eléctrico de conexión de los equipos para la realización de la prueba.

4.4.1 Fuente de alimentación

En el laboratorio de pruebas se encuentra instalado 8 fuentes electrónicas de 62,5 kVA, marca PACIFIC POWER SOURCE serie MS, ver figura 12. La ventaja de disponer de este tipo de equipos es una fuente ininterrumpida de energía por 15 min16, evitando la perdida de información y la des energización de los equipos en prueba de manera abrupta.

16 Tomado del brochure fuentes electrónicas PACIFI POWER SOURCE.

43

Figura 12: Fuente Electrónica 62,5 kVA


Para realizar la alimentación de energía del transformador intermedio, se debe conocer la frecuencia de trabajo y el voltaje de alimentación, al conocer esta información se configura en el panel de control de la fuente. Para energizar el transformador intermedio se estableció la frecuencia 60 Hz y el voltaje de entrada a 208 V, Ver figura 13.

Figura 13: Conexión alimentación transformador intermedio


Los trasformadores intermedios o elevadores de 6.6 MVA, ver figura 14, con tensión en alta de 40 a 80 kV y un devanado de tensión variable de 245 V hasta 13800 V, es energizado con 208 V, permiten tener un mayor control del circuito, este

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transformador suministra tensión al transformador que será sometido a prueba. Antes de energizar el cambiador de taps debe ser ajustado para obtener el voltaje de salida deseado.

Figura 14: Transformador intermedio o elevador


4.4.2 Montaje para la Prueba de Descargas Parciales

El montaje para la prueba de tensión inducida se realizará en un cuarto apantallado disponible en los laboratorios de las empresas para que la prueba se pueda realizar a casi cualquier tipo de transformador. La conexión del transformador sometido a prueba se conecta a los devanados con salida de tensión de 287 / 13800 V, del transformador intermedio. Es necesario instalar los filtros de red entre los devanados de salida del transformador intermedio y los devanados del transformador que será sometido a prueba, esto se realiza para evitar la distorsión de la onda debido a la alta frecuencia y ayudar a proteger de las corrientes parasitas que se puedan generar; en la figura 15 se muestran los filtros de red utilizados en el montaje.

45

Figura 15: Filtros de Red

Fuente: tomada por los autores

La conexión del transformador se realiza por el lado de baja, se utilizan cables XLPE 500 kcmill, se ajustan los cables a los devanados y se coloca una protección aislante para prevenir contactos o descargas entre conexiones. En la figura 16 se muestra la conexión y la cubierta utilizada.

Figura 16: Protección de las conexiones


En la salida del transformador se retiran los tornillos y los conectores de alta tensión y en su lugar se instalan homogenizadores de campo, ver figura 17, estos elementos

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hechos de aluminio permiten el flujo de tensión más homogéneo ayudando a prevenir las fugas de tensión, descargas y el efecto corona.

Figura 17: Homogenizador de campo


Cada fase del devanado de salida del transformador va conectada con cable tipo XLPE 500 kcmill, ajustado a los homogenizadores de campo hasta los condensadores de acoplamiento. Los condensadores de acoplamiento conectan el sistema MPD 600 al equipo de prueba de alta tensión, ya que estos funcionan como divisores de tensión, ver figura 18.

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Figura 18: Conexión Divisores de Tensión


Luego se procede a realizar la conexión del módulo MPD 600, los cuadripolos, unidad de adquisición y las baterías. Los cuadripolos (CPL 542 A) son impedancias externas de medición para mediciones de descargas parciales, ver figura 19. Estos cuadripolos se conectan a los condensadores de acoplamiento, al módulo MPD 600 y a la batería MPP 600 mediante adaptadores de borna. Ver figura 20.

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Figura 19: Cuadripolos


Figura 20: Conexión cuadripolos, módulo MPD 600, MPP 600 y Divisores de tensión


Los tres módulos MDP 600 deben estar conectados en serie al controlador de bus de fibra óptica MCU 502 para la adquisición de la información, esto se realiza con cable dúplex de fibra óptica. Ver figura 21. El controlador de bus de fibra óptica MCU 502, está conectado al computador mediante puerto USB. Ver figura 22.

49

Figura 21: Conexión en serie de los módulos MPD 600.


Figura 22: Conexión del calibrador MCU 502 al Computador


Antes de realizar la prueba de tensión inducida con medición de descargas parciales es necesario verificar que todas las conexiones a tierra estén en la misma conexión equipotencial, luego se debe calibrar el instrumento de medición.

50

4.4.3 Calibración del Equipo de Prueba.

Antes de iniciar con la prueba es necesario realizar la calibración del equipo de medición. La calibración debe realizarse sin tensión. Para mayor protección y cumpliendo una de las reglas de oro, se debe verificar la ausencia de tensión, a continuación, se realizará la explicación de la calibración sin alta tensión. Para esta actividad se utiliza el calibrador de carga CAL 542, el cual sirve para inyectar una carga definida y verificar el circuito de medición. El valor ajustado en el calibrador es de 1000 pC, al tener el valor, se procede a verificar en cada uno de los canales en el computador por cada divisor de tensión. La conexión del calibrador es la siguiente: se conecta el cable de señal al borne de entrada del divisor de tensión, y el cable de referencia a tierra. Ver figura 23.

Figura 23: Conexión del calibrador CAL 542


51

4.5 CONSIDERACIONES PARA EL DESARROLLO DE LA PRUEBA.

Para desarrollar la prueba de descargas parciales es necesario determinar, el nivel de tensión aplicado al transformador, frecuencia de prueba, medición y duración de la prueba, detección de los resultados obtenidos durante la prueba.

4.5.1 Nivel de Tensión.

La tensión inducida (fase-tierra) de prueba para los transformadores de distribución y Clase I esta especificada en la Tabla 5 de la norma IEEE Std C57.12.00™-2010.17 El transformador se excita desde el devanado de baja tensión para llevar al nivel de tensión de prueba en el devanado de alta tensión. La tensión debe iniciar desde un cuarto (o menos) de la tensión de prueba, y debe ir aumentando gradualmente hasta llegar al valor final, para luego sostenerse durante el tiempo especificado. Finalmente, la tensión debe reducirse gradualmente hasta cero para abrir el circuito.

El terminal de neutro debe ser sólidamente aterrizado durante la prueba, así como cualquier punto flotante que durante el servicio del transformador este equipotencialmente conectado. Durante la prueba los cuadripolos, divisores de tensión y de más elementos empleados deben estar conectados a un mismo punto con el fin de no generar diferencias de fallas a tierra, y evitar corrientes de fuga.

4.5.2 Frecuencia de Prueba.

la frecuencia depende del nivel de tensión inducida en la prueba. La frecuencia mínima de la prueba 𝑓𝑝 debe ser igual a:

𝑓𝑝 =𝐸𝑡

1.1𝐸𝑟𝑓𝑛𝑜𝑚 (1)

Donde:

𝐸𝑡: Tensión inducida de realce en el devanado (fase-tierra) 𝐸𝑟: Tensión nominal del devanado (fase-tierra) 𝑓𝑛𝑜𝑚: Frecuencia nominal de operación

17 IEEE. 2010. IEEE Standard for General Requeriments for Liquid-Immersed Distribution, Power,

and Regulating Transformers. New York : IEEE, 2010. págs. 14-15.

52

4.5.3 Duración de la Prueba.

La duración depende de la frecuencia de prueba. En cualquier caso, la duración mínima de la prueba 𝑡𝑝 en minutos será:

𝑡𝑝 = {

60 𝑠𝑖 𝑓𝑝 ≤ 2𝑓𝑛𝑜𝑚

120𝑓𝑛𝑜𝑚

𝑓𝑝 𝑠𝑖 𝑓𝑝 > 2𝑓𝑛𝑜𝑚

} (2)

Donde: 𝑡𝑝: Duración de la prueba.

𝑓𝑝: Frecuencia de prueba.

𝑓𝑛𝑜𝑚: Frecuencia nominal.

4.5.4 Aplicación de Tensión.18

A continuación, se detalla el procedimiento para la prueba de Tensión Inducida con Medición de Descargas Parciales.

Aplicar tensión menor a 0,4Ur/√3. Elevar la tensión a 0,4Ur/√3 y hacer medición y registro de DP (medición de

fondo inicial). Elevar la tensión a 1,2Ur/√3 y sostener mínimo un minuto para hacer una

medición y registro estable de DP. Elevar la tensión Inducida de Una Hora (1,58Ur/√3) y sostener mínimo 5

minutos para hacer una medición y registro estable de DP. Elevar la tensión a la Tensión Inducida de Realce (1,8Ur/√3) y sostener por

el tiempo 𝑡𝑒𝑛 , especificado en la sección 4.3.2.4. No se hace medición de DP.

Disminuir la tensión de DP de una hora (1,58Ur/√3), e inmediatamente medir las DP. Sostener esta tensión por una hora, y hacer mediciones de DP cada 5 minutos.

Disminuir la tensión a 1,2Ur/√3 y sostener mínimo un minuto para hacer una medición y registro estable de DP.

18 INTERNACIONAL, COMISION ELÉCTROTECNICA 2013. TRANSFORMADORES DE POTENCIA - PARTE 3: Niveles de aislamiento, ensayos dielélectricos y distancia de aislamiento en el aire. Tercera. s.l. : Estandar Internacional, 2013. págs. 23,24,25. IEC 60076-3.

53

Disminuir la tensión a 0,4Ur/√3 y hacer medición y registro de DP (Medición de fondo final)

Aplicar tensión menor a 0,4Ur/√3. La secuencia del ensayo se muestra en la Figura 24.

Figura 24: Secuencia de Ensayo Norma IEC

Fuente: Secuencia IEC del ensayo de Tensión Inducida con Medición de Descargas Parciales.

4.5.5 Detección de Falla.

Cualquiera de las siguientes indicaciones debe investigarse para determinar si existe o no una falla19.

a) Presenta fluctuación de tensión durante el ensayo.

b) Las mediciones de PD durante el periodo de una hora exceden 250 pC.

c) Los niveles de PD durante el periodo de una hora no exhiben una tendencia

creciente, y ningún incremento repentino sostenido durante los últimos 20

minutos del ensayo.

19 INTERNACIONAL, COMISION ELÉCTROTECNICA 2013. TRANSFORMADORES DE POTENCIA - PARTE 3: Niveles de aislamiento, ensayos dielélectricos y distancia de aislamiento en el aire. Tercera. s.l. : Estandar Internacional, 2013. págs. 23,24,25. IEC 60076-3.

54

d) Los niveles de PD durante el periodo de una hora no se incrementan en más

de 50 pC.

e) El nivel de PD medido al nivel de tensión de 1,2Ur/√3, después del periodo

de una hora, no excede 100 pC.

Si los criterios c) o d) no se cumplen, el periodo de una hora puede ser extendido, hasta que se cumplan los criterios en un periodo continuo de una hora.

4.5.6 Criterios de Aceptación.

La prueba de tensión inducida a larga duración se considera aceptable y no serán necesarios ensayos adicionales, si cumple los siguientes requerimientos según norma ANSI C57.12.00 2010

1) El nivel de carga aparente no excede 500 pC durante el periodo de 1 hora.

2) El incremento del nivel de carga aparente durante el periodo de 1 hora no

excede 150 pC.

3) El nivel de carga aparente durante el periodo de 1 hora no muestra una

tendencia creciente y ningún incremento repentino ocurre durante los últimos

20 minutos de la prueba.

Si no se considera aceptable, esto no conduce a un rechazo automático. Sin embargo, de común acuerdo entre fabricante y cliente se deberá conducir a una investigación.

4.5.7 Toma de Muestra del Aceite.

La toma de muestra del aceite se realizará luego de un reposo de 6 horas como mínimo después de culminadas las pruebas.

4.6 PRUEBAS DE TENSIÓN INDUCIDA CON MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES AL TRANSFORMADOR SERIE 34.5 kV UTILIZANDO EL ANALIZADOR MPD 600.

Se tomará la información de tres transformadores para evaluar los casos presentados.

55

4.6.1 Nivel de Tensión Para la Prueba.

Lo primero a definir es el nivel de tensión de prueba a tensión nominal de 34,5 kV, este dato es tomado de la tabla 4, de la norma IEEE Std C57.12.00-2010, columna 6, voltaje para la prueba de tensión inducida fase a tierra 40 kV. Para obtener el valor del voltaje de realce para la prueba de tensión inducida fase a fase para 7200 ciclos, se cumple el requisito 5.10.5.3 de la norma IEEE Std C57.12.00-2010, donde se resuelve la siguiente ecuación: 2 x voltaje nominal, resolviendo la ecuación, 2 x 34.5 kV = 69 kV. Para desarrollar la prueba de tensión inducida, se realiza la siguiente secuencia como se muestra en la figura 25. De acuerdo a la norma IEEE.

Figura 25: Secuencia de Ensayo Norma IEEE

Fuente: Secuencia IEEE del ensayo de Tensión Inducida con Medición de Descargas Parciales.

4.6.2 Frecuencia para la Prueba.

La frecuencia de prueba se determina mediante la siguiente ecuación: 7200 ciclos / 60 s = 120 Hz. Los 120 Hz será la frecuencia utilizada durante toda la prueba, con el fin de prevenir saturación en el núcleo ya que aumentará el nivel de tensión al doble.

4.6.3 Tiempo para la Prueba.

56

Para determinar el tiempo de la prueba (𝑡𝑝), tomaremos la ecuación 2, y como la

frecuencia de prueba es 120 Hz, se despejará la siguiente ecuación.

𝑡𝑝 = 120 ∗ (60

120) = 60 𝑚𝑖𝑛

4.6.4 Caso 1.

Se realizó la prueba tensión inducida a larga duración. Utilizando el equipo MPD 600 se logra obtener datos que permiten identificar posibles fallas en el aislamiento, como cada fase va por un canal, estas quedan definidas así: fase U canal 1.1; fase V canal 1.2; fase W 1.3. En la tabla 2, están establecidos los valores de tensión de acuerdo a la norma IEC 60076-3 para la realización de la prueba.

Tabla 2: Valores de tensión norma IEC 60076-3

SECUENCIA Tensión

fase-

neutro

(kV)

Tensión

fase-fase

(kV)

Frecuencia

HZ

Tiempo

Terminales Tension min Mediciones de DP

AT 0,4 Ur/√ (3) 8,37 14,49 120 5 DP fondo

AT 1,2 Ur/√ (3) 25,1 43,47 120 5 DP base

AT 1,58 Ur/√ (3) 33,04 57,23 120 5 DP principal

AT 1,8 Ur/√ (3) 41,83 72 120 1 REALCE

AT 1,58 Ur/√ (3) 33,04 57,23 120 60 DP analisis

AT 1,2 Ur/√ (3) 25,1 43,47 120 5 DP base

AT 0,4 Ur/√ (3) 8,37 14,49 120 5 DP fondo

Fuente: Creada por los autores Utilizando el programa MTRONIX, se realizó seguimiento, para evaluar cada una de las fases. La tabla 3, muestra el informe de medición de la prueba.

Tabla 3: Informe de Medición Descargas Parciales Caso 1

measurement duration: 1 h 33 m 0.9 s

MPD600-BK678B (device

#1.1) MPD600-BK676B

(device #1.2) MPD600-BK677B

(device #1.3)

Time QIEC VRMS fV QIEC VRMS fV QIEC VRMS fV

April 19, 2016, Average:

86.87 pC Average:

48.09 kV Average:

120.0 Hz Average:

93.63 pC Average:

48.06 kV Average:

120.0 Hz Average:

110.91 pC Average:

48.05 kV Average:

120.0 Hz 04:36:08 (UTC)

57

+ 0 s 0.00 C ., 0.00 V 120.2 Hz 0.00 C ., 0.00 V 120.2 Hz 0.00 C ., 0.00 V 120.2 Hz

+ 1 m 0 s 68.69 pC ., 14.46 kV 120.2 Hz 83.21 pC ., 14.50 kV 120.2 Hz 89.28 pC ., 14.52 kV 120.2 Hz

+ 2 m 0 s 69.99 pC ., 14.46 kV 120.2 Hz 85.43 pC ., 14.50 kV 120.2 Hz 91.64 pC ., 14.52 kV 120.2 Hz

+ 3 m 0.01 s 70.23 pC ., 14.46 kV 120.2 Hz 85.68 pC ., 14.50 kV 120.2 Hz 91.96 pC ., 14.52 kV 120.2 Hz



+ 6 m 0.03 s 71.42 pC ., 26.47 kV 120.2 Hz 87.79 pC ., 26.49 kV 120.2 Hz 120.39 pC .,

26.49 kV 120.2 Hz


41.43 kV 120.1 Hz



+ 10 m 0.05 s 110.59 pC 41.44 kV 120.1 Hz 88.41 pC ., 41.44 kV 120.1 Hz 94.70 pC ., 41.43 kV 120.1 Hz






+ 16 m 0.05 s 178.03 pC 55.47 kV 120.1 Hz 92.03 pC ., 55.42 kV 120.1 Hz 100.39 pC .,

55.40 kV 120.1 Hz

+ 17 m 0.05 s 204.44 pC 55.47 kV 120.1 Hz 149.79 pC 55.42 kV 120.1 Hz 105.45 pC .,

55.40 kV 120.1 Hz


55.40 kV 120.0 Hz


55.40 kV 120.0 Hz


55.40 kV 120.0 Hz

+ 21 m 0.05 s 77.37 pC ., 58.94 kV 120.0 Hz 130.33 pC 58.89 kV 120.0 Hz 104.18 pC .,

58.86 kV 120.0 Hz


60.00 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz

58


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 119.9 Hz


55.27 kV 119.9 Hz


55.27 kV 119.9 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz





55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz


55.27 kV 120.0 Hz

+ 1 h 0.42 s 72.34 pC ., 55.33 kV 120.0 Hz 88.61 pC ., 55.29 kV 120.0 Hz 102.45 pC .,

55.27 kV 120.0 Hz

+ 1 h 1 m 0.43 s

71.20 pC ., 55.33 kV 120.0 Hz 87.64 pC ., 55.29 kV 120.0 Hz 102.05 pC .,

55.27 kV 120.0 Hz

+ 1 h 2 m 0.45 s

71.33 pC ., 55.33 kV 120.0 Hz 87.21 pC ., 55.29 kV 120.0 Hz 102.54 pC .,

55.27 kV 120.0 Hz

+ 1 h 3 m 0.46 s

89.75 pC ., 55.33 kV 120.0 Hz 87.15 pC ., 55.29 kV 120.0 Hz 103.46 pC .,

55.27 kV 120.0 Hz

+ 1 h 4 m 0.48 s

75.97 pC ., 55.33 kV 120.0 Hz 83.78 pC ., 55.29 kV 120.0 Hz 103.01 pC .,

55.27 kV 120.0 Hz

+ 1 h 5 m 0.49 s

67.98 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 84.53 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 104.68 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 6 m 0.51 s

66.71 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 83.04 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 106.15 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 7 m 0.52 s

69.30 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 92.28 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 107.35 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 8 m 0.54 s

103.05 pC 55.33 kV 119.9 Hz 109.17 pC 55.28 kV 119.9 Hz 109.26 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 9 m 0.55 s 67.01 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 83.38 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 107.67 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 10 m 0.56 s

65.66 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 82.48 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 110.07 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 11 m 0.58 s

68.05 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 84.74 pC ., 55.28 kV 119.9 Hz 110.91 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 12 m 0.59 s

67.90 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 84.64 pC ., 55.28 kV 119.9 Hz 111.66 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 13 m 0.61 s

131.58 pC 55.33 kV 119.9 Hz 87.90 pC ., 55.28 kV 119.9 Hz 114.24 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 14 m 0.62 s

66.24 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 82.53 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 112.24 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 15 m 0.64 s

65.81 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 83.27 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 131.07 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 16 m 0.65 s

67.55 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 84.42 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 152.24 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 17 m 0.66 s

67.41 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 84.31 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 157.46 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 18 m 0.68 s

83.47 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 85.62 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 162.32 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 19 m 0.69 s

95.22 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 86.48 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 164.99 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 20 m 0.71 s

68.93 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 85.29 pC ., 55.29 kV 119.9 Hz 166.83 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 21 m 0.72 s

68.46 pC ., 55.33 kV 119.9 Hz 85.42 pC ., 55.28 kV 119.9 Hz 146.58 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 22 m 0.74 s

115.80 pC 55.33 kV 119.9 Hz 88.43 pC ., 55.28 kV 119.9 Hz 123.02 pC .,

55.27 kV 119.9 Hz

+ 1 h 23 m 0.75 s

78.56 pC ., 47.06 kV 119.6 Hz 84.88 pC ., 47.04 kV 119.9 Hz 121.51 pC .,

47.02 kV 119.9 Hz

+ 1 h 24 m 0.77 s

67.04 pC ., 40.89 kV 119.9 Hz 81.84 pC ., 40.89 kV 119.9 Hz 89.41 pC ., 40.88 kV 119.9 Hz

+ 1 h 25 m 0.78 s


59

+ 1 h 26 m 0.8 s


+ 1 h 27 m 0.81 s


+ 1 h 28 m 0.82 s


+ 1 h 29 m 0.84 s


+ 1 h 30 m 0.85 s


+ 1 h 31 m 0.87 s


+ 1 h 32 m 0.88 s


+ 1 h 33 m 0.9 s


Fuente: Informe generado mediante el software MTRONIX

El informe de la tabla 3, nos permite evidenciar que no se presentó un aumento en las cargas QIEC superior a los 250 pC; los promedios obtenidos se pueden evidenciar en la tabla 4.

Tabla 4: Valores Promedio Caso 1

QIEC Promedio Vrms Promedio Frecuencia promedio fV

Línea 1.1 (fase U) 86.87 pC 48.09 kV 120.0 Hz

Línea 1.2 (fase V) 93.63 pC 48.06 kV 120.0 Hz

Línea 1.3 (fase W) 110.91 pC 48.05 kV 120.0 Hz

Fuente: Generado por los Autores.

El programa nos permite mediante una gráfica de osciloscopio visualizar el comportamiento de las cargas en cada una de las fases, de acuerdo al voltaje aplicado. Estas graficas se comparan con las grafica patrón dadas en el anexo A. También nos permite mediante la gráfica 3PARD 20 visualizar los diagramas trifásicos de relación de amplitud y relación de frecuencias. La figura 26 muestra el comportamiento de las cargas en las tres fases a una tensión fase a fase de 14,55 kV, ninguna de las cargas sobresale de los 125 pC.

20 3PARD hace referencia al diagrama trifásico de relación de amplitudes o diagrama de relación de frecuencias de 3 canales, dependiendo de las unidades y canales de medición que se hayan usado para generarlo.

60

Figura 26: Caso 1. Comportamiento Carga a 14,55 kV

Fuente: Osciloscopio generado mediante el software MTRONIX

La figura 27 muestra la gráfica 3PARD, se evidencia el comportamiento de las cargas en las tres fases21 a 14,55 Kv, se puede apreciar como la descarga se presenta interna, ya que el vector tiende hacia la línea 1.3 (fase W).

Figura 27: Caso 1. Diagrama 3PARD 14,55 kV

Fuente: Diagrama generado mediante el software MTRONIX

21 Como cada fase hace parte de un canal de comunicación, el sistema trifásico no se identifica con las siglas de inicio (U, V.W) ni final (X, Y, Z), estás, están definidas con el nombre del equipo y el canal, ejemplo: MPD 600 1.1.

61

La figura 28 muestra el comportamiento de las cargas en las tres fases a tensión fase a fase 41,44 kV, ninguna de las cargas sobresale de los 250 pC.

Figura 28: Caso 1. Comportamiento de la Carga a 41,44 kV.


La figura 29 muestra la gráfica 3PARD, se evidencia el comportamiento de las cargas en las tres fases a 40,23 kV, se puede apreciar como la descarga se presenta en la parte interna ya que tiende al vector de la línea 1.3 (fase W), con unas pequeñas descargas externas por ruido reflejado en el vector de la línea 1.1 (fase U).

62

Figura 29: Caso 1. Diagrama 3 PARD 40,34 kV


La figura 30 muestra el comportamiento de las cargas en las tres fases a tensión fase a fase 53.26 kV, ninguna de las cargas sobresale de los valores permisibles de 500 pC.

Figura 30: Caso 1. Comportamiento de la carga a 53.26 kV


La figura 31 muestra la gráfica 3PARD, se evidencia el comportamiento de las cargas en las tres fases a 55,47 kV, se puede apreciar como la descarga se presenta en la parte interna ya que tiende al vector de la línea 1.3 (fase W), con unas

63

pequeñas descargas externas por ruido reflejado en el vector de la línea 1.1 (fase U).

Figura 31: Caso 1. Diagrama 3PARD 55,47 kV


La figura 32 muestra el comportamiento de las cargas en las tres fases a tensión fase a fase 62,26 kV, ninguna de las cargas sobrepasa de los 250 pC.

Figura 32: Caso 1. Comportamiento de la carga a 62,26 kV


La figura 31 muestra la gráfica 3PARD, se evidencia el comportamiento de las cargas en las tres fases a 62,26 kV, se puede apreciar como la descarga se presenta en la parte interna ya que tiende al vector de la línea 1.3 (fase W), con unas

64

pequeñas descargas externas por ruido reflejado en el vector de la línea 1.1 (fase U).



65

Un resumen de la prueba de descargas parciales según el tiempo establecido se puede apreciar en el resultado de la tabla 5.

Tabla 5: Resumen de la Prueba Caso 1

RESULTADO DE PRUEBA DE DESCARGAS PARCIALES

CLIENTE ENSAYO Serial Potencia 112,5 kVA

FECHA 04/28/2

016

Temp ambien

te 22°C

Temp Aceite

22°C NORMA

ANSI C57,12,00-2010 (Tabla5)

fase

Tiempo(minutos)

promedio Dif

antes

5pre 5 5 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5 5 Pc 60-

5pre

U 68,7 70,8 71,4 77,3 85,7 76,6 76,2 74,9 75,7 74,8 113,3 71,3 69,3 67,9 67,4 115,8 69,3 69,7 77,6 12,1

V 83,2 86,4 87,8 104,1 97,2 95,4 132,9 91,1 92,9 91,5 88,4 87,2 92,3 84,6 84,3 88,4 84,9 84,6 92,1 10,6

W 89,3 92,8 120,4 103,4 104,8 108,4 117,3 129,2 143,6 154,3 102,3 102,5 119,9 111,7 157,5 123,0 90,9 90,9 114,6 33,6

RESULTADOS satisfactorios

Equipo utilizado

OMICRON Mtronix MPD 600 BK676B/BK677B/BK678B

OMICRON CHANGER CALIBRATOR CAL 542-EB706B Cal No.720101601

Fuente: Creada por los autores.

66

4.6.4.1 Conclusión Caso 1. De acuerdo a los criterios de aceptación dados por la norma ANSI C57.12.00. 2010 se concluye:

El nivel de carga aparente no excedió los 250 pC durante el periodo de 1 hora.

El incremento de la carga durante el periodo de 1 hora no excedió los 150 pC

Durante los últimos 20 minutos no se presentó incremento repentino en las cargas.

4.6.5 Caso 2

Para este segundo caso, se elige un transformador que debió ser intervenido por una ruptura en el tubo conector del radiador. Se determina que se realizara prueba de tensión inducida a larga duración, al igual que en el caso 1, se establecen los valores de tensión de acuerdo a la norma IEC 60076-3 para la realización de la prueba. Ver tabla 222. Utilizando el equipo MPD 600 de OMICRON y por medio del programa MTRONIX, se realizó seguimiento, para evaluar cada una de las fases. La tabla 6, muestra el informe de medición de la prueba.

Tabla 6: Informe de Medición Descargas Parciales Caso 2


MPD600-BK678 B (device

#1.1) MPD600-BK676 B (device

#1.2) MPD600-BK677 B (device

#1.3)


May S, 2016, Average:

1.79 nC Average:

49.90 kV Average:

120.1 Hz Average:

S.10 nC Average:

49.88 kV Average:

120.1 Hz Average:

1.37 nC Average:

49.89 kV Average:

120.1 Hz 02:44:12 ( UTC)

+ 0 s 0.00 e 0.00 V 120.3 Hz 0.00 e 0.00 V 120.3 Hz 0.00 e 0.00 V 120.3 Hz

+ 1 m 0 s 936.06 fC 14.31 kV 120.3 Hz 959.52 fC 14.19 kV 120.3 Hz 2.62 pC 14.18 kV 120.3 Hz

+ 2 m 0 s 980.79 fC 14.30 kV 120.3 Hz 1.03 pC 14.34 kV 120.3 Hz 2.68 pC 14.32 kV 120.3 Hz

+ 3 m 0.01 s 981.46 fC 14.30 kV 120.3 Hz 1.03 pC 14.34 kV 120.3 Hz 2.70 pC 14.32 kV 120.3 Hz

+ 4 m 0.02 s 1.01 pC 14.30 kV 120.3 Hz 1.06 pC 14.33 kV 120.3 Hz 2.73 pC 14.32 kV 120.3 Hz



+ 7 m 0.04 s 780.76 pC 43.81 kV 120.2 Hz 137.36 pC 43.80 kV 120.2 Hz 472.17pC 43.81 kV 120.2 Hz

+ 8 m 0.05 s 736.53pC 43.79 kV 120.2 Hz 736.53pC 43.78 kV 120.2 Hz 364.77pC 43.78 kV 120.2 Hz



+ 11 m 0.05 s 400.13pC 43.79 kV 120.2 Hz 92.84 pC 43.78 kV 120.2 Hz 455.88pC 43.78 kV 120.2 Hz



22 Página 51.

67

+ 14 m 0.05 s 3.17 nC X 55.05 kV 120.2 Hz 6.73 nC X 55.02 kV 120.2 Hz 1.62 nC X 55.04 kV 120.2 Hz









































68






+ 1 h 0.42 s 2.59 nC X 57.07 kV 120.1 Hz 6.45 nC X 57.05 kV 120.1 Hz 1.41 nC X 57.06 kV 120.1 Hz

+ 1 h 1 m 0.43 s 2.65 nC X 57.07 kV 120.1 Hz 6.21 nC X 57.05 kV 120.1 Hz 1.48 nC X 57.06 kV 120.1 Hz






















+ 1 h 23 m 0.75 s 957.73 pC 43.49 kV 120.0 Hz 829.25 pC 43.48 kV 120.0 Hz 400.63 pC 43.48 kV 120.0 Hz



+ 1 h 26 m 0.8 s 1.00 nC X 43.11 kV 120.0 Hz 185.23 pC 43.10 kV 120.0 Hz 317.05 pC 43.10 kV 120.0 Hz









69

En la tabla 7 se encuentra los valores promedios de las cargas, voltajes y frecuencia; obtenidos durante el tiempo total de la ejecución de la prueba. Realizando la revisión del informe y los promedios, se puede apreciar que los valores en las cargas en cada una de las fases han superado los 250 pC, se empieza a determinar que se presentó una descarga parcial en el transformador en prueba.

Tabla 7: Valores Promedio Caso 2


Línea 1.1 (fase U) 1.79 nC 49.90 kV 120.1 Hz

Línea 1.2 (fase V) 5.10 nC 49.88 kV 120.1 Hz

Línea 1.3 (fase W) 1.37 nC 49.89 kV 120.1 Hz

Fuente: Generado por los Autores.

La figura 34 muestra el comportamiento de las cargas en las tres fases a una tensión fase a fase de 16,02 kV, esta primera muestra se realiza durante los primeros 5 minutos, no se tiene como referencia para concluir que se presenta una descarga en el equipo, ya que la norma IEC 60076-3 numeral 11.3.3 e. Establece que para ser un dato confiable debe haber estabilidad de voltaje durante una hora.

Figura 34: Caso 2 Comportamiento de la carga a 16,02 kV


Se realiza el análisis trifásico en relación a su amplitud y su frecuencia utilizando la gráfica 3 PARD vista en la figura 35, el resultado que arroja permite visualizar la descarga que se está generando en la fase 1.3 (Fase W).

70



La siguiente fase de la prueba, se eleva la tensión hasta 44,12 kV, permaneciendo durante 5 minutos, el diagrama de fases visto en la figura 36, permite visualizar el aumento de carga en la fase 1.1 (fase U), superando los 250 pC, generando en la gráfica la aparición de un rizado; al comparar con el archivo patrón de interpretación encontrado en el anexo B, nos indica que el aumento del valor de la descarga corresponde a presencia de partículas metálicas.

Figura 36: Caso 2 Comportamiento de la carga a 44,12 kV


71

Se realiza el análisis trifásico en relación a su amplitud y su frecuencia utilizando la gráfica 3 PARD vista en la figura 37, se resalta la aparición del aumento del valor de la carga en la fase 1.1 (Fase U), por presencia de partículas metálicas.

Figura 37: Caso 2. Diagrama 3 PARD 44.12 kV


La siguiente fase de la prueba, se eleva la tensión hasta 57,96 kV, durante 60 minutos, el diagrama de fases visto en la figura 38, permite visualizar el aumento de carga en las tres fases, superando los 250 pC establecidos por norma, además de la presencia de partículas metálicas, se visualiza un incremento a causa de un posible corto entre espiras.

Figura 38: Caso 2 Comportamiento de la carga a 57.96 kV


72

El aumento del valor de la carga hace que aumente la amplitud y la frecuencia con la que se viene presentando la descarga en cada una de las fases, en la figura 39, se puede apreciar cómo han ido apareciendo grupos en las tres fases.



Finalizada la prueba y luego de realizar el análisis del resultado de las cargas, se determina que el transformador no cumple ya que los valores se encuentran por encima de los 250pC ver tabla 9, además se toma una muestra del aceite, ver figura 40, para realizarle prueba fisicoquímica y de cromatografía para evaluar con base a los estándares de calidad impuestos por el área de control de calidad. El resultado de la muestra del aceite arroja un alto nivel de Dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno, ver tabla 8. Por lo cual se establece el siguiente paso que es destapar el transformador para verificar el estado de la celulosa.

73

Figura 40: Toma de la Muestra de Aceite del Transformador

Fuente: Tomada por los Autores.

Tabla 8: Resultado del Analisis de Aceite

Fuente: Laboratorio de aceites

Unidad

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

mg/kg (ppm)

1,2

12

1,2

162,5

1,9Total Gases Disueltos (%)

0

162,5

1442,6

9620,96

7306,96

Total Gases Combustibles Disueltos 12,7

12

258,9

7151

4992

0

0

0

0

0

0

263

6736

4661

0

0

0

0

0

0

0

Oxígeno (O2)

Nitrógeno (N2)

0

0

0

0

0

0

0

12,7

Metano (CH4)

Etileno (C2H4)

Etano (C2H6)

Acetileno (C2H2)

Propileno (C3H6)

Monóxido de Carbono (CO)

Dióxido de Carbono (CO2)

Propano (C3H8)

Hidrógeno (H2)

Análisis de gases disueltos norma: ASTM D 3612-02 (R2009) Metodo C

Fecha

Antes de Prueba Después de Eléctricas Después de CalentamientoGas

16/07/2016 16/07/2016 16/07/2016

74

Tabla 9: Resumen de la Prueba Caso 2

RESULTADO DE ENSAYO DE DESCARGAS PARCIALES

CLIENTE ENSAYO Serial

Potencia 500 kVA

FECHA 04/05/2016

Temp ambien

te 22°C

Temp Aceite

22°C

NORMA ANSI C57,12,00-2010

(Tabla5)

fase

Tiempo(minutos)

promedio

Dif

antes

5pre 5 5 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5 5 pC 60-

5pre

U 1,0 542,8 3340,

0 3410,0 5560,

0 2600,0 2660,0 1730,0 1890,0 2460,

0 1800,

0 2420,

0 2650,

0 1650,

0 1720,

0 1750,

0 1620,

0 1000,

0 2155,8 1749,

0

V 1,1 105,3 7710,

0 7470,0 11300

,0 7540,0 7390,0 7180,0 7400,0 7120,

0 6670,

0 6810,

0 6210,

0 5830,

0 5530,

0 6220,

0 6960,

0 185,2 5979,5 6219,

0

W 2,7 482,5 1960,

0 2030,0 8930,

0 1590,0 1340,0 1340,0 1370,0 1420,

0 1600,

0 1580,

0 1480,

0 1540,

0 1570,

0 1640,

0 1510,

0 317,0 1761,2 1637,

3

RESULTADOS: No Cumple

Equipo utilizado


OMICRON CHANGER CALIBRATOR CAL 542-EB706B Cal No.720101601


75

Al abrir el transformador se evidencia la contaminación luego de la aplicación de la soldadura, generando partículas metálicas dentro del transformador, ver figura 41. La reparación del poro del tubo del radiador fue realizada cuando ya el transformador tenía el aceite dieléctrico en el contenedor, por esto se produce la contaminación.

Figura 41: Parte Interna del Transformador Contaminado por Soldadura


Luego de vaciar el aceite del transformador se retira la tapa frontal para verificar el estado de la celulosa en las bobinas, al realizar la inspección se encuentra que el aislante de la bobina del centro no tolero el aumento de la tensión, ver figura 42, esta fue la causa por la cual durante el desarrollo de la prueba y analizando el diagrama 3 PARD se evidenciaba un aumente en la descarga por un posible corto entre espiras.

76

Figura 42: Celulosa de las Bobinas del Transformador.


4.6.5.1 Conclusión Caso 2. De acuerdo a los criterios de referencia de aceptación de la norma ANSI C57.12.00 2010 se concluye.

El nivel aparente de la carga supero los 250 pC alcanzando valores de 5,10 nC durante la hora de prueba.

Se realizó revisión interna del transformador encontrando contaminación.

Se encuentra la celulosa con daño por la alta tensión.

Se realizará una segunda prueba para determina estado después de la reparación.

4.6.6 Caso 3.

En este tercer caso, se realizará prueba de tensión inducida a larga duración para evaluar el estado del transformador que debió ser intervenido por una rotura en el tubo conector del radiador, y que al realizarle prueba de descargas parciales no cumplió con los criterios dados por la norma ANSI C57.12.00 2010. Se establecen los valores de tensión de acuerdo a la norma IEC 60076-3 para la realización de la prueba. Ver tabla 223. Utilizando el equipo MPD 600 de OMICRON y por medio del programa MTRONIX, se realizó seguimiento, para evaluar cada una de las fases. La tabla 10, muestra el informe de medición de la prueba

23 Página 51

77

Tabla 10: Informe de Medición de Descargas Parciales Caso 3


MPD600-BK678 B (device #1.1) MPD600-BK676 B (device #1.2) MPD600-BK677 B (device #1.3)


May 23, 2016,

Average:

16.74 pC

Average:

47.39 kV

Average:

118.9 Hz

Average:

19.35 pC

Average:

47.53 kV

Average:

120.0 Hz

Average:

25.56 pC

Average:

47.41 kV

Average:

128.0 Hz

+ 0 s 0.00 C ., 0.00 V 120.2 Hz 0.00 C ., 0.00 V 120.2 Hz 0.00 C ., 0.00 V 120.2 Hz

+ 1 m 0 s 12.95 p C ., 14.05 kV 120.2 Hz 15.37 p C ., 14.05 kV 120.2 Hz 20.28 p C ., 13.96 kV 120.2 Hz

+ 2 m 0 s 13.27 p C ., 14.05 kV 120.2 Hz 15.63 p C ., 14.05 kV 120.2 Hz 20.63 p C ., 13.96 kV 120.2 Hz

+ 3 m 0.01 s 12.91 p C ., 14.05 kV 120.2 Hz 14.99 p C ., 14.05 kV 120.2 Hz 19.88 p C ., 13.96 kV 120.2 Hz




























78




34 m 0.05 s 19.28 p C ., 55.09 kV 120.0 Hz 20.88 p C ., 55.05 kV 120.0 Hz 28.90 p C ., 55.12 kV 120.0 Hz


























+ 1 h 0.42 s 18.05 p C ., 55.09 kV 119.9 Hz 20.98 p C ., 55.06 kV 119.9 Hz 27.37 p C ., 55.12 kV 119.9 Hz

+ 1 h 1 m 0.43 s 18.23 p C ., 55.09 kV 119.9 Hz 21.24 p C ., 55.06 kV 119.9 Hz 28.16 p C ., 55.12 kV 119.9 Hz








79















1 h 23 m 0.75 s 14.38 p C ., 41.08 kV 119.9 Hz 16.79 p C ., 41.09 kV 119.9 Hz 21.46 p C ., 41.10 kV 119.9 Hz








+ 1 h 31 m 0.87 s 10.01 p C ., 39.30 V 50.0 Hz 11.31 p C ., 11.03 kV 119.9 Hz 13.14 p C ., 37.69 V 678.7 Hz


En la tabla 11 se encuentra los valores promedios de las cargas, voltajes y frecuencia; obtenidos durante el tiempo total de la ejecución de la prueba. Realizando la revisión del informe y los promedios, se puede apreciar que los valores en las cargas en cada una de las fases durante la hora de prueba no han superado los 250 pC.

Tabla 11: Valores Promedio Caso 3.


Línea 1.1 (fase U) 16,74 pC 47,39 kV 118.9 Hz

Línea 1.2 (fase V) 19,35 pC 47,53 kV 120.0 Hz

Línea 1.3 (fase W) 25,56 pC 47,51 kV 128.0 Hz


La figura 43 nos permite ver la gráfica del osciloscopio apreciando el comportamiento de la carga durante los primeros cinco minutos de prueba a una tensión de 14,08 kV.

80

Figura 43: Caso 3. Comportamiento de la Carga a 14,08 kV.


A medida que pasa el tiempo, aumenta el nivel de tensión, pero no la carga, esto es bueno ya que se está revisando un transformador que tuvo que ser intervenido, ver figura 44.

Figura 44: Caso 3. Comportamiento de la Carga a 41,60 kV


En la figura 45, se puede verificar en la gráfica del osciloscopio que no aumento el nivel de la carga durante la hora de realización de la prueba.

81

Figura 45: Caso 3. Comportamiento de la Carga a 55.13 kV


La grafica 46, muestra el diagrama 3 PARD tomada durante la hora de ejecución de la prueba, a pesar que se visualiza en el centro un aumento esto no indica falla en la prueba ya que los niveles de tensión no superaron los 250 pC, puede deberse a ruido externo.

Figura 46: Caso 3. Diagrama 3 PARD 55.05 kV


82

Un resumen de la prueba de descargas parciales según el tiempo establecido se puede apreciar en el resultado de la tabla 12.

Tabla 12: Resumen Prueba Caso 3.

RESULTADO DE ENSAYO DE DESCARGAS PARCIALES

CLIENTE PROTOTIPO Serial N/A Potencia 500 kVA

FECHA 20/05/2016

Temp ambiente 21°C

Temp Aceite 20°C

NORMA IEC 60076 - 3

fase

Tiempo(minutos) PROM Dif

antes

5pre 5 5 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5 5 pC 60-

5pre

U 13.45 14.43 18.6 19.36 18.2 19.40 18.5 18.4 17.8 17.8 18.4 18.7 17.3 18.18 17.96 17.43 13.90 13.05 17,29 3,98

V 15.74 16.59 21.6 21.61 21.1 22.50 21.5 21.0 20.7 20.6 21.4 21.7 20.0 20.9 20.8 19.8 16.4 14.7 19,95 4,13

W 20.67 23.91 28.4 28.48 27.2 29.79 27.9 27.3 27.5 27.2 27.9 28.5 26.0 27.3 27.0 26.0 20.9 19.3 26,21 5,40

Datos obtenidos en pC

RESULTADOS: Cumplen con relación a la NORMA

Equipo utilizado


OMICRON CHANGER CALIBRATOR CAL 542-EB706B Cal No.720101601 Fuente: Creada por los autores.

83

4.6.6.1 Conclusión Caso 3. De acuerdo a los criterios de aceptación dados por la norma ANSI C57.12.00. 2010 se concluye:

El nivel de carga aparente no excedió los 250 pC durante el periodo de 1 hora.

El incremento de la carga durante el periodo de 1 hora no excedió los 150 pC

Durante los últimos 20 minutos no se presentó incremento repentino en las cargas.

84

5. PRESUPUESTO PARA EL ANALISIS DE CASOS DE DESCARGAS PARCIALES PARA EL ANALISIS DE FALLAS EN TRANSFORMADORES DE

34,5 kV MEDIANTE EL MODULO MPD 600 DE OMICRON.

Este presupuesto abarcara el costo que se debe asumir con la compra del equipo MPD 600 de Omicron, ya que sin el equipo sería difícil realizar las pruebas mencionadas.

Tabla 13: Concepto Mano de Obra

CONCEPTO VALOR

Promedio Salario Profesional $ 2.850.000

Salario / Día $ 95.000

Salario / Hora $ 11875

Promedio Salario Técnico $ 900.000

Salario / Día $ 30000

Salario / Hora $ 3750 Fuente: Creada por los autores.

Tabla 14: Concepto Adquisición del Equipo de Medición

CONCEPTO VALOR

Sistema de Medición de DP MPD 600 de Omicron24

EUR 124.723

Nota: 1 EUR = 3280,54 COP 30 abril 2016

$ 409.158.790


Tabla 15: Concepto Gastos Prueba DP

CONCEPTO VALOR

8 Horas Técnico $ 95.000

8 Horas Profesional $ 30.000

Costo Prueba $ 700.000

Alimentación $ 32.000

Transporte / Personal $ 14.000

Costo Total: 1 prueba $ 871.000

Costo Total: 3 pruebas $ 2.613.000 Fuente: Creada por los autores.

24 Anexo B: Cotización del equipo MPD 600 de Omicron

85

6. CONCLUSIONES.

Con la descripción del equipo MPD 600, se logra una mejor comprensión de las funciones brindadas, permitiendo mejorar los reportes aprovechando las gráficas como la de osciloscopio y 3PARD, graficas que con una buena interpretación permiten identificar las ubicaciones y el generador de la falla.

Se determina que los análisis obtenidos fueron de gran ayuda para el desarrollo del conocimiento y manejo de software. Además de ser un estudio de casos ofrece un compromiso de habilidad al personal técnico encargado de realizar las pruebas y montajes en el análisis de descargas parciales. Con esto podemos determinar las causas de fallas debido al aislamiento durante la vida útil de servicio del transformador.

Se realizaron pruebas a dos unidades la cual una presento problemas de

descargas parciales altas debido a descargas disruptivas, fenómeno

asociado con la falla del aislamiento bajo esfuerzo eléctrico, en el que la

descarga eléctrica une completamente el aislamiento viendo reflejada en la

celulosa de la bobina que genera un efecto venoso en la parte externa de la

bobina de la fase W, condición por la que no cumple para ser puesto en

servicio. El transformador el cual fue sometido a prueba es un prototipo para

desarrollo e investigación interno de fábrica con finalidad de mejorar el nivel

y condiciones del aislamiento tanto interno como externo.

Los costos para esta prueba son excesivamente altos por lo que no es considerado como prueba de rutina sino como prueba tipo y común acuerdo entre cliente y fabricante estipulado en la orden de fabricación. Con la ventaja del MPD 600 y su fácil manejo en laboratorio no es recomendable el uso de análisis en sitio debido a que por ser pasatapas tipo seco requiere el uso de divisores de acoplamiento motivo que genera un alto riesgo eléctrico al personal.

Para el desarrollo de este estudio fue requerido el conocimiento y la

experiencia adquirida durante 20 años del estudiante Geovanny Cuervo

Rondón, con cada aporte brindado durante las pruebas a transformadores de

distribución y transformadores de potencia, con el ofrecimiento que nos

brindó el laboratorio de pruebas de transformadores. fue posible concluir el

estudio de casos y bajo el apoyo de las normas internacionales y nacionales

aplicadas para las pruebas de descargas parciales en transformadores.

86

7. BIBLOGRAFÍA

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ANEXOS

ANEXO A: GRÁFICAS PATRÓN PARA EL ANÁLISIS DESCARGAS

PARCIALES DURANTE LA PRUEBA

89

ANEXO A: (CONTINUACIÓN)

90


91


92

ANEXO B: COTIZACIÓN SISTEMA DE MEDICIÓN DE DESCARGA PARCIAL

93

ANEXO C: DIAGRAMA DE CONEXIÓN ELÉCTRICA PARA PRUEBA DP

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