mantto. transformadores de potencia

Pagina Web:

www.mpingenierosperu.com

INTRODUCCION

INTRODUCCION

Entre los equipos de potencia más importantes en el proceso de transmisión de energía

eléctrica, se encuentran los transformadores de potencia, los cuales requieren de una mayor

inversión en su adquisición y puesta en servicio.

Durante su vida útil los transformadores se ven expuestos a diferentes fenómenos naturales

tales como :

- Sobretensiones de origen atmosférico: - Corrosión Ambiental:

- Fallas propias de instalación y operación que afectan sus componentes y como consecuencia

la confiabilidad y vida útil del equipo.

M&P INGENIEROS S.A.C 2


INTRODUCCION

SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO CT

CT

CT

CT

CE

CE

CE

L

L

L

Efectos en el Transformador

L : Inductancia entre espiras

CE : Capacidad entre espiras

CT : Capacidad de espira


INTRODUCCION

SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO


Final

Inicial

U

O


INTRODUCCION



Evolvente U

O


INTRODUCCION



U

O

Estos fenómenos naturales tienden a envejecer prematuramente las condiciones de

aislamiento de los transformadores y si no son objeto de un mínimo programa de

mantenimiento que detecte situaciones de riesgo o limitación de uso; la situación

resultante conducirá a averías, fallas, paradas no programadas, interrupciones de

suministro que hoy en día son tan negativas ante el cliente final.


INTRODUCCION

Transformador con PCB Protección diferencial 87T, Deshabilitado.


INTRODUCCION

REDUCIR

LABORES

ACTIVAS DE

MANTTO.

REDUCIR

COSTOS A

CORTO

PLAZO

GENERANDO UN MAYOR

RIESGO DE USO DEL

EQUIPO A MEDIANO Y

LARGO PLAZO

CAMBIO DE POLITICA DE

LAS EMPRESAS

Fallas en Devanados…………………………………..51%

Fallas en el Cambiador de Tomas……..……………..19%

Fallas en los Bujes o Bushings……………………….9%


INTRODUCCION

Estadísticas de la IEEE

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Win

din

g

Tap

ch

ang

er

Bu

shin

gs

Co

re

Acc

eso

rie

s

Ve

sse

l & O

il

Fallas en las cajas de conexión………………………..6%

Fallas en el núcleo…………………..………..…….…..5%

Fallas misceláneas………………………………………10%


INTRODUCCION

Estadísticas de la IEEE

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Win

din

g

Tap

ch

ang

er

Bu

shin

gs

Co

re

Acc

eso

rie

s

Ve

sse

l & O

il

Por lo tanto es importante el Plan de Mantenimiento para que garantice la

disponibilidad del transformador, que permita obtener una alta confiabilidad y

continuidad de la transmisión de energía y por ende el suministro de energía eléctrica

a los usuarios finales (Minería; Industrias; Comercios).


INTRODUCCION

Cobre: US$ 8,100 TM

Plomo: US$ 2,050 TM

Zinc : US$ 1,930 TM

700

5000

4500

3000

550

2000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

TMT/DIA

PACHAPAQUI

MILPO-EL PORVENIR

CHUNGAR

SIMSA

CONDESTABLE

RAURA

Pagina Web:


MANTENIMIENTO DE

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

El aislamiento del bobinado de la gran mayoría de transformadores de potencia, está

conformado por papel como aislante sólido y aceite mineral como fluido aislante y

refrigerante.

la vida del transformador es la vida del papel; y el objetivo es maximizar la vida útil del

transformador.


MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Uno de los pasos más importantes que hay que tomar en cuenta, es cuando se decide iniciar un plan de mantenimiento en los transformadores, establecer una frecuencia para realizar las diferentes pruebas, que se contempla en lo siguiente:

Pruebas de campo:

1. Relación de transformación y Polaridad; ANSI/IEEE C57.12.91.

2. Resistencia de devanados; ANSI/IEEE Std. 62-1995.

3. Corriente de Excitación; ANSI/IEEE Std. 62-1995.

4. Impedancia; ANSI/IEEE Std. 62-1995.

5. Factor de potencia y capacitancia de los devanados; ANSI/IEEE Std. 62-1995.

6. Resistencia de aislamiento; ANSI/IEEE C57.12.91.

7. Respuesta de frecuencia de barrido. (FRA); IEEE C57-159/D5.



IEEE 62 Guía para Pruebas de Campo

(revisión IEEE C57.152)


MANTENIMIENTO TRANSFORMADORES DE POTENCIA

La degradación del aceite en servicio genera productos de descomposición que aceleran a su vez, la degradación del papel. reduciendo la vida útil de los equipos.

Control del Aceite:

Físico - Químico (Según IEEE C57.106-2006).

Compuestos Furanicos (Según estándar ASTM D5837, IEC 61198).

Gases Disueltos por el proceso de Cromatografía (Según IEC 60599).

Análisis de PCB’s (Según estándar ASTM-D4059) y Contenido de Inhibidor (Según estándar ASTM-D2668).


MANTENIMIENTO TRANSFORMADORES DE POTENCIA



5-hidroximetil-2-furfural (HMF).

Alcohol furfurílico (FOL).

2-furfural (FAL).

2-acetilfurano (AF).

5-metil-2-furfural (MF).

Según el reporte del control del aceite dieléctrico; se programa las acciones

correctivas:

Regeneración con Tierra Fuller

y Tratamiento Bajo Termo vacío



Proceso que elimina: Compuestos ácidos;

compuestos polares y sedimentos.

Proceso que elimina: Humedad; gases

disueltos; compuestos volátiles y solidos en

suspensión por filtros de 0.5 micras.

Se debe evitar las siguientes situaciones:

Disminución del nivel de aceite del tanque de expansión para evitar señales de

alarma y/o desconexión intempestiva del transformador por bajo nivel de aceite.

Acumulación de burbujas de aire en el relé Buchholz para evitar señales de alarma

y/o paradas innecesarias por actuación del relé Buchholz.

Derrames de aceite en las conexiones de los equipos de tratamiento de aceite.



Indicaciones importantes en el proceso de regeneración en caliente

de aceite dieléctrico con tierra fuller

Para ello se tomaran las siguientes medidas:

Cebado de las maquinas de tratamiento de aceite con aceite de reposición.

La salida de aceite del transformador hacia la maquina será por la válvula inferior

de descarga y el ingreso de aceite al transformador será por la tubería de llenado

del tanque conservador.









Durante el proceso de tratamiento en caliente del aceite se mantendrá

desconectado las señales de disparo del relé Buchholz y de nivel de aceite.

Mantener y registrar los valores de vacío en la cámara de alto vació < a 0.1

mbar para asegurar el optimo resultado del proceso (deshumedecido y des

gasificado).

Controlar y registrar la temperatura del aceite en el transformador y en la

máquina de tratamiento a fin de evitar señales de alarma por Temperatura.

Registrar el volumen de aceite que ha circulado por la máquina de termo vacío.





Durante el proceso de Regeneración con tierra fuller se llevara el aceite a una

temperatura entre 70 y 80° C.

Debido al efecto del proceso de Regeneración se pierde aceite, la misma que

se lleva la tierra saturada conjuntamente con los lodos. Se debe reponer

aceite nuevo y sellado para el Transformador.

Se adiciona Inhibidor de oxidación (Ionol CP) en un porcentaje de 0.3% para

evitar el envejecimiento del aceite y que esta sustancia termoestable

interrumpe las reacciones de oxidación del aceite.

Terminado el proceso de regeneración con tierra fuller y tratamiento de termo

vacío, se procede a realizar el control de calidad del aceite dieléctrico.



Capacidad de flujo: 2000 l/h.

Capacidad de deshidratado: 50 ppm a < 5 ppm en un

ciclo y < 3 ppm en dos ciclos (ASTM-D1533).

Capacidad de desgasificado: 10-12% a < 0.1%

(ASTM-D2945).

Capacidad de vacío: 1500 m3/h.

Capacidad de filtrado: hasta el 98% en partículas _>

de 0.5 micrones.

Rigidez dieléctrica: hasta 70 kV.

Rango de temperatura: de 0 °C - 120 °C.

EQUIPO A UTILIZAR



Factor de potencia

Rigidez dieléctrica

Contenido de agua

Acidez Tensión interfacial Proceso a seguir

NO - - - - Regeneración

SI

NO

NO

NO -

Secado aceite/parte activa.

SI -

Secado aceite/parte activa.

SI

NO - Regeneración

SI SI Filtrado

NO Regeneración

SI SI

NO -

Regeneración/limpieza parte activa.

SI NO Regeneración

SI Ninguna

GUIA DE PROCESOS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE ACEITES

SEGÚN SI O NO CUMPLE CON VALORES LIMITES DE ANALISIS FISICO QUIMICO

Pagina Web:


PRUEBAS DE CAMPO EN


El presente equipamiento del sistema multifunción, Nos permite realizar pruebas

primarias para puestas en servicio de Sub Estaciones y a la vez diagnosticar la

calidad del aislamiento del transformador.

Para las pruebas de campo, utilizamos la maleta de pruebas OMICRON


PRUEBAS DE CAMPO EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA

CPC 100 – Sistema Multifunción

de Pruebas.

CP TD1 – Medición Capacitancia

y Factor de Disipación.

CP SB1 – Caja de Conmutación

Trifásica.

FRA – Analizador de Respuesta

en Frecuencia de barrido.



Relación de

Transformación

Resistencia

de Devanados

Corriente de

excitación

Impedancia

Factor de

Potencia y

Capacitancia

Resistencia

de Aislamiento

Respuesta

de barrido de

Frecuencia

Pagina Web:


RELACION DE TRANSFORMACION

Relación de Transformación – Resultados

- Defectos de fabrica en los devanados

Errores en:

Espiras

Polaridad

Configuración del Devanado

- Falla del aislamiento

Corto circuito entre espiras por daño de aislamiento

Fallas mayores de aislamiento: inter-devanados o devanado a tierra

- Cambiador de Tomas defectuoso

Montaje incorrecto de las conexiones de los devanados

Conexiones de alta resistencia

Configuración incorrecta del cambiador de tomas



Relación de Transformación - Teoría

- Para todas las mediciones de relación de transformación se considera que:

La relación de voltajes en vacío es aproximadamente igual a la relación entre

el numero de espiras.

Relación de Transformación = Np / Ns ≈ Vp / Vs

Np = Numero de espiras en el primario

Ns = Numero de espiras en el secundario

Vp = Voltaje Primario

Vs = Voltaje Secundario



Relación de Transformación – Configuración

- Excite un devanado y mida el voltaje inducido en el devanado opuesto.

- El voltaje de prueba se aplica sea al devanado de alta o al de baja tensión.

- La corriente generada en el devanado donde se aplica el voltaje es la corriente

d de excitación



Excitación

Medición CPC 100

+

CP SB1

10:1 Espiras

10:1 Voltios

Relación de Transformación – Prueba

La medición de relación debe realizarse con pocos voltios de excitación, de

p preferencia desde el lado de AT.

- Si se excita el devanado de BT 2, 5, 8 V

- Si se excita el devanado de AT 80, 100 V

- Una de las principales fuentes de error es la excesiva corriente de magnetización

Limite el voltaje de prueba a una fracción del voltaje nominal del espécimen.

Magnetismo residual en el núcleo puede generar mayores corrientes de

m magnetización.

Use un voltaje de prueba menor



𝑉 = 4.44 𝑥 𝑓 𝑥 𝐴 𝑥 𝑁 𝑥 𝐵



Salida 2kV

Entrada V1AC

conexión para un transformador Yd

• Medida de relación (por toma)

• Alimentación por el lado de alta

• Medida en el lado de baja (fase y

amplitud)

• Mediada de la corriente de

excitación (amplitud y fase)



Conexión para otros grupos de conexión Conexión para un transformador con regulador

Relación por Tomas



Tarjeta de Relación -

Ajustes

Tarjeta de Relación



Conmutación Trifásica

Conmutación Automática


PRUEBAS DE CAMPO ENTRANSFORMADORES DE POTENCIA



Control Automático del Cambiador de Tomas

Relación de Transformación - Cambiadores de Tomas

Cambiadores de Tomas Bajo Carga (CTBC)

Cambiadores de Tomas Des-energizados (CTD)

La relación de transformación se debe probar en todas las posiciones de las

tomas bajo carga con el cambiador de tomas des energizado en una misma posición

sea esta la posición nominal o la posición del numero máximo de espiras





Tarjetas de Prueba

Medición de relación

por tomas

Verificación del

Grupo de conexión

Resistencia de

devanado por toma

Relación de Transformación – Resumen

- La prueba de R.T se usa para validar las especificaciones de diseño:

Antes de puesta en marcha del equipo

Define la condición presente y se obtiene una referencia

Determina si ha ocurrido algún daño

- La R.T medida debe estar dentro del 0.5 % del valor de placa



Pagina Web:


RESISTENCIA DE DEVANADOS

Resistencia de Devanados – Resultados

- Detección de fallas:

Alta resistencia en contactos metálicos.

Conexiones en los cambiadores de tomas.

Conexionado de boquillas.

Conexionado de Devanados.



Contactos deteriorados en CTBC

Conexión de Boquilla Deteriorada

Resistencia de Devanados – Teoría

- Valores de resistencias típicas en transformadores de potencia:

AT, rango de ohms Ω.

BT, rango de mΩ y uΩ.



𝑅𝑤 =𝑉 − 𝐿. 𝑑𝑖/𝑑𝑡

𝐼

V = Vdc a lo largo del devanado

I = Idc a través del devanado

L = Inductancia del devanado

di/dt = valor variable de corriente

Resistencia de Devanados – Prueba

Corriente de Prueba

Rango de corriente:

Aplique del 1 al 10% del valor de la corriente nominal. El núcleo se satura

aproximadamente al 1% de la corriente nominal.

Nunca sobrepase el 10% de la corriente nominal :

Stress innecesario.

Lecturas erróneas (por calentamiento del devanado).



Intervalo

Carga del devanado

Med de Resist. Intervalo anterior

Med de Resist. final

La inductancia del devanado necesita

de un tiempo para saturarse . CPC

calcula cuando la inductancia se ha

saturado y la resistencia puede

medirse. La resistencia se mide a

intervalos y la lectura se considera

válida cuando no varía.

Resistencia de Devanados – Resultados

- Comparación con:

Mediciones originales de fabrica

Mediciones preliminares en campo.

Comparación entre fases

- IEEE 62 (6.1.1) recomienda que los valores comparativos no excedan de una

diferencia del 5%.



Pagina Web:


CORRIENTE DE EXCITACION

Corriente de Excitación



Detecta problemas en el núcleo:

- Cortos entre laminas

- Malas uniones

- Corrientes circulantes

Detecta problemas en los devanados:

- Cortos entre espiras

- Circuito abierto

- Malas conexiones

Corriente de Excitación - Teoría



También se le conoce como:

- Prueba de circuito abierto.

- Prueba en vacío.

Realice la Prueba aplicando voltaje AC a cada uno de los devanados de AT:

- Fase A, luego fase B, luego fase C

- Todos los otros devanados están flotando

- Configuración de prueba UST en equipo de pruebas de Factor de Potencia

Mida en el devanado:

- Corriente

- Voltaje

- Potencia Real

Corriente de Excitación – CTBC

Cambiadores de Tomas Bajo Carga (CTBC)

La corriente de excitación se prueba a la posición intermedia del CTBC, en la posición

neutral y a un paso en la dirección opuesta.



Corriente de Excitación – Resultados

Para comparar las lecturas, use los mismos valores de voltaje de prueba.

La corriente de excitación en el devanado debe ser de bajo valor.

De existir una espira en corto circuito, la corriente de excitación incrementara.

El valor de la fase central va a diferir en un sistema trifásico dependiendo de la configuración de los devanados. La lectura en la fase central será del 50 al 70% de la lectura de los exteriores.

Compare contra los resultados de fabrica o de pruebas anteriores si están disponibles:

- Si la Iex <50mA, la diferencia entre los dos valores mas altos debe ser <10%.

- Si la Iex >50mA, la diferencia entre los dos valores mas altos debe ser <5%.



Pagina Web:


IMPEDANCIA

Impedancia - Teoría

También se le conoce como prueba de Reactancia de fuga o Impedancia de Corto

Circuito (%Z).

Si la trayectoria de flujo magnético varia, una fuga de flujo no deseado ocurre.

La prueba detecta cortos entre laminas del núcleo, mala conexión del núcleo a tierra,

cambios mecánicos en el transformador (registro de datos).



Idealmente 100% del flujo pasa por el núcleo, 0% fuga

FUGA DE FLUJO

Impedancia - Medición

Se debe medir independientemente cada fase. El voltaje se regula para circular una

corriente en el orden de 0.5 -1% del valor de la corriente nominal del devanado.

El devanado de BT se conecta en corto-circuito, para ello se debe de asegurarse de

usar un conductor lo suficientemente dimensionado debido a que valores altos de

corriente se producirán en el devanado de BT.

El voltaje y la corriente a través de la impedancia son medidos simultáneamente.

Medición en el devanado de AT

- Corriente

- Voltaje

- Potencia Real



Impedancia – Calculo

- Impedancia de Corto-circuito en transformadores monofásicos:

- Impedancia de Corto-circuito en transformadores trifásicos:



Impedancia – Interpretación de Resultados

Cambios de 2% en la impedancia de corto circuito no se consideran importantes.

Cambios superiores a 3% de la impedancia de corto circuito son relevantes y

requieren investigación.



Pagina Web:


FACTOR DE POTENCIA DE LOS AISLAMIENTOS

Factor de Potencia de los aislamientos

Definición:

Es una técnica de prueba eléctrica que aplica voltaje AC para medir la corriente de

fuga/perdida en el aislamiento eléctrico.

Requerimiento:

Todo sistema de aislamiento sin importar su condición tiene una cantidad medible de

perdidas dieléctricas.

El envejecimiento del material aislante es causa de un incremento en las perdidas de

dieléctrico.

Incremento en PF significa:

Contaminación

Deterioro Químico

Daño por sobrecalentamiento

Humedad




La temperatura de los aislamientos afecta de manera significativa los resultados

obtenidos, de tal manera estos deben ser corregidos a 20°C.






Modelo paralelo de aislamiento

Diagrama Vectorial

Modelo Dieléctrico de un

Transformador 3

Devanados




Transformador de Potencia sin devanado Terciario Circuito capacitivo equivalente




Se aplica típicamente 10kV AC. No se debe exceder el valor de voltaje

nominal del espécimen bajo prueba.

Medición

- Corriente de perdida(mA)

- Perdidas de Potencia (W)

- Capacitancia (pF)

Los devanados se conectan en corto circuito

- Conecte en corto circuito todos los terminales de AT

- Conecte en corto circuito todos los terminales de BT




- Valores de FP y condición del aislamiento para unidades inmersas en aceite

>500kVA.

- Mantener un record de los resultados de la prueba de factor de Potencia es

imprescindible. Eso permite visualizar el grado y la velocidad de deterioro del

aislamiento.

Pagina Web:


RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

Resistencia de Aislamiento:

Las líneas externas del Primario y secundario deben desconectarse de las

boquillas del transformador.

Prueba con Voltaje en DC 250V, 500V, 1000V, 5000V, 10000V.

La duración de la prueba es de 1 a 10 min.

Las lecturas de resistencia de aislamiento deben ser corregidas a 20°C. (Método

de: Prueba de corto tiempo o lectura puntual)




Los devanados se conectan en cortocircuito.

La cuba y el núcleo están aterrizados.

Los devanados que no estén bajo prueba se aterrizan.

Las pruebas deben realizarse en cada devanado por separado.



Primario a Secundario

Primario a Tierra

Secundario a Tierra Patrón para las pruebas de Resistencia de

Aislamiento en MΩ

𝑅𝐴𝑚𝑖𝑛 = 4 𝑈𝑛 + 1


Método utilizado:

Tiempo - Resistencia



Condición

del

Aislamiento

Relación

60/30 s.

RDA

Relación

10.1 min

IP

Peligroso Menos de 1

Dudoso 1,0 a 1,25 1,0 a 1,4

Bueno 1,4 a 1,6 1.5 a 4,0

Excelente Mayor de

1,6

Mayor de 4


Para la prueba Tiempo-Resistencia, se toman lecturas a 1 y 10 minutos.

El índice de polarización (IP) es la relación de las resistencias medidas:

𝐼𝑃 =𝑅 10 𝑚𝑖𝑛

𝑅 1 𝑚𝑖𝑛

Valores superiores a 1.5 son indicativo de una buena condición del aislamiento.

Transformadores de Potencia normalmente registran valores entre 1.5 a 1.8 y valores <1 requiere acción correctiva inmediata.

La relación de Absorción Dieléctrica (RDA) se utiliza para aislamientos de poca absorción:

𝑅𝐷𝐴 =𝑅 60 𝑠𝑒𝑔

𝑅 30 𝑠𝑒𝑔

IP y RDA no son dependientes de la temperatura del aislamiento



Pagina Web:


ANALISIS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA

Análisis de Respuesta en Frecuencia (FRA)



Componente Fundamental del

Sistema de Transmisión.

- Fuerzas Electrodinámicas……………..…Producto de Cortocircuitos

- Fatiga Eléctrica/ Mecánica………………..Durante el transporte e Instalación

- Corriente de Magnetización (Inrush)……Al momento de la energización

Deformaciones Mecánicas de los devanados del transformador y en el núcleo

magnético


«Circuito Equivalente del Devanado de un Transformador»



Conformado por RLC

Entre bobinas consecuentes y

entre el devanado y la pared

del tanque y el núcleo.

Al existir alguna deformación en la estructura mecánica del transformador, se presentan

alteraciones en los valores de los elementos RLC.


Al presentarse alteraciones en los valores de los elementos RLC; LA RESPUESTA EN

FRECUENCIA de los devanados del transformador, presentan cambios.

La Respuesta en Frecuencia, es un diagrama de Bode donde se representa una

respuesta del transformador a diferentes frecuencias, la respuesta puede ser medida

en Hz o Voltios o Decibeles.



Procedimiento de Medición del (FRA)



Se inyecta una tensión sinusoidal con una frecuencia en incremento continuo en un

extremo del devanado del transformador y mide la señal que vuelve del otro extremo.

La comparación de las señales de entrada y salida genera una respuesta de frecuencia

exclusiva que se puede comparar con datos de referencia.


A partir de estas desviaciones de LA RESPUESTA EN FRECUENCIA, se

diagnostican lo siguiente:

- Deformación de Bobinas; Desplazamiento Axial y Radial.

- Deformación del devanado circunferencial (hoop buckling).

- Espiras cortocircuitadas y devanados abiertos.

- Localización de fallas en el devanado.

- Fallas en el núcleo magnético (láminas en corto circuito).

- Deformaciones en el núcleo.

- Conexiones internas rotas o flojas.



Las Pruebas del FRA, se deben realizar:

Manufacturer On Site



- Control de Calidad:

- Antes y Después de la

prueba de cortocircuito.

- Antes y Después de la

prueba de impulso.

- Antes de transporte.

- Después del Transporte

- Prueba de Rutina

- Después de fallas pasantes

- Después de mensajes de alarma y

operación de los relés de

protección.

- Después de presencia de cambios

en variables monitoreadas (gases)

- Después de detectar anomalías

por medio de las pruebas

tradicionales (resistencia de

devanado, etc.)

- Después del mantenimiento de

OLTC, Bushings y devanados.



Evaluación de los devanados de un transformador intacto



Evaluación de los devanados de un transformador Defectuoso

DIAGNOSTICO DE MEDICIONES EN


(EJEMPLOS DE APLICACIÓN)

M&P INGENIERNOS SAC 85


Para cualquier

información Adicional:

Comuníquese con


- Carretera Central km 9.5 San Agustín de Cajas – Huancayo

- Av. México No 2257 La Victoria – Lima – Perú

- Tel.: 064-421219 / 01-3249184

- Web: www.mpingenierosperu.com

- Email: [email protected]

http://www.mpingenierosperu.com/

mailto:[email protected]

mantto. transformadores de potencia

Documents