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SFRA Análisis de la Respuesta de Barrido de Frecuencia

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Mecánica del TransformadorUn transformador esta diseñado para soportar ciertas cargas mecánicas. Los limites de diseño pueden ser excedidos debido a:

Fuerte impacto mecánicoTransporteMovimientos sísmicos

Fuertes impactos eléctricosFallas en el sistemaFallas en los conmutadores Falla de sincronización

La resistencia mecánica del transformador se debilita con el paso del tiempo

Aminora la capacidad de soportar estrés mecánicoIncrementa el riesgo de fallas por problemas mecánicosIncrementa el riesgo de problemas de aislamiento

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Para detectar posibles desplazamientos del núcleo y deformaciones en los devanados debido a:

Grandes fuerzas electromagnéticas por corrientes defallaTransporte y reubicación de la unidad

Si estas fallas no se detectan a tiempo, el problema puede evolucionar y terminar en fallas térmicas o dieléctricas que provoque la perdida del transformadorPeriodicidad en las pruebas es esencial

Por qué se analiza la condición mecánica?

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Detección de Fallas con SFRAFallas en devanados

DeformaciónDesplazamientoCorto circuito

Fallas de núcleoMovimientoPuesta a tierra

Fallas/ cambios mecánicosEstructuras de fijaciónConexiones

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Fundamentos de la Prueba SFRAPrueba con el equipo fuera de servicioEl transformador se analiza como como un circuito de filtro RLC complejoLa respuesta del circuito de filtro se mide en un gran numero de frecuencias sobre un extenso rango de frecuencias y se lo grafica como una curva de magnitud de respuestaLos cambios en el circuito de filtro pueden detectarse y mediante comparación en el tiempoEste método es único por su capacidad para detectar una variedad de fallas en los devanados o en el núcleo en una sola prueba

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Una serie de señales de bajo voltaje se aplican al transformador en varias frecuenciasSe mide amplitud y fase en las señales de entrada y salidaLa relación entre las dos señales provee la respuesta de frecuencia o función de transferencia del transformadorDe la función de transferencia se pueden derivar una serie de términos como una función de frecuencia:

MagnitudFaseImpedancia / admitanciaCorrelación

SFRA Cómo funciona?

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El circuito RLC posee una impedancia diferente a diferentes frecuencias.La función de transferencia para todas las frecuencias es la medida de la impedancia efectiva del circuito RLC.Cualquier deformación en la geometría del sistema, cambia el circuito RLC, el cual a su vez cambia su impedancia y por ende, su función de transferencia a diferentes frecuencias.Estos cambios dan una advertencia sobre posibles daños en el transformador.

SFRA Cómo funciona (2)

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SFRA Resultados Regiones de FrecuenciaProblemas en el transformador pueden detectarse en diferentes rangos de frecuencia

Problemas en el núcleoDevanados abiertos/corto circuitoMalas conexiones/incremento resistenciaCambios en la impedancia de Corto-circuito

Deformaciones en los devanadosDesplazamiento de devanados

frecuenciasMovimiento de los devanados y conexionado del conmutador

Winding interaction and deformation

Winding and tap leads

Core + windings

9

101 102 103 104 105 106 107-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Frequency, Hz

Mag

nitu

de,

dB

A phaseB phaseC phase

Core influence

Interaction between windings

Winding structure influence

Earthing leads

influence

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Rangos de frecuencia para medición SFRA CIGRE 342

Categoría Limite de Baja Frecuencia

Limite de Alta Frecuencia

Transformadores de Potencia, Uw < 100 kV < 50 Hz 2 MHz

Transformadores de Potencia, Uw > 100 kV < 50 Hz 1 MHz

Comparación de mediciones anteriores y/o métodos/practicas que

no se ciñen at estándar de CIGRE< 50 Hz 500 kHz

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Rangos de frecuencia para medición SFRA Ejemplos

Limite de Baja Frecuencia

Limite de Alta Frecuencia

Eskom 20 Hz 2 MHz

ABB 10 Hz 2 MHz

100 Hz 1 MHz

Por defecto el instrumento debe cubrir el rango 20 Hz 2 MHz

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Comparative testsTransformador A

Transformador A Transformador B

Basado en Tiempo

Basado en el Tipo Constructivo

Basado en Diseño

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Comparaciones

Basadas en Tiempo (Las pruebas se levan a cabo en el mismo transformador en diferentes periodos de tiempo)

Esta es la prueba mas eficazDesviaciones entre curvas son fácil de detectar

Basadas en el Tipo Constructivo (Las pruebas se llevan a cabo en transformadores de un diseño similar)

Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y sus posible modificacionesDesviaciones menores no son necesariamente un signo de problemas en la unidad

Basado en Diseño (Las pruebas se realizan en los terminales de los devanados y boquillas de idéntico diseño)

Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y sus posible modificacionesDesviaciones menores no son necesariamente un signo de problemas en la unidad

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Filosofía de las Mediciones SFRA

Nuevas mediciones = Medición de Referencia

Entra en Servicio

Se requiere pruebas adicionales

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Mediciones de Referencia

Cuando el transformador es nuevoSe adquiere los datos durante las pruebas de puesta en marcha de unidades nuevas

Cuando se conoce que el transformador esta en buenas condiciones

Se adquiere los datos durante una parada programada (pruebas de rutina donde no se encuentren problemas en la unidad)

Mantenga la información para comparación a futuro

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Cuándo se realizan las mediciones SFRA?

Pruebas de FabricaControl de Calidad en el proceso de manufacturaVerificación de la unidad después de la prueba de corto-circuitoAntes del envío

Instalación/puesta en servicioReubicaciónLuego de una falla pasante en el sistemaParte de las pruebas de diagnostico de rutinaEventos catastróficos

Movimientos sísmicosHuracanes / Tornados

En pruebas por alarmas de la unidadBuchholzDGAAlta Temperatura

Antes-después de mantenimiento correctivo

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Configuraciones de Medición SFRA

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SFRA configuración

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Circuito de Medición

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La Conexión de Puesta a tierra asegura la repetitividad de la prueba en altas frecuencias

Práctica recomendada Práctica incorrecta

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Calidad de la Medición y Repetitividad

La base de las mediciones SFRA es la comparación y la repetitividad es de extrema importanciaPara asegurar la repetitividad;

Seleccione un instrumento de calidad, alta precisión con un amplio rango dinámico e impedancia de entrada/salida que sea apropiada para el tipo de cable coaxial (típico 50 Ohm)Asegure una buena señal de conexión y conecte la pantalla de los cables coaxiales a la brida de la boquilla usando la técnica de

Use el mismo voltaje de prueba en todas las mediciones SFRATenga cuidado de las pruebas de resistencia de devanados y otras pruebas que puedan magnetizar el núcleo.Documente su prueba apropiadamente, tome fotografías y detalle la configuración de conexiones y posición de conmutadores

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Tipos de Pruebas- Admitancia de circuito abierto (CA)

Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, con todos los demás terminales flotantes. La impedancia de magnetización del transformador es el principal parámetro que caracteriza la respuesta de baja frecuencia (bajo la primera resonancia) en esta configuraciónComúnmente se la usa por su simplicidad y la facilidad de analizar cada devanado por separado

Configuración de la Prueba SFRA en circuito abierto

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Admitancia de Circuito Abierto- EjemploBajas Frecuencias

Puede variar entre mediciones que se están magnetizandoRespuesta típica de doble-hundimientoFase B normalmente aparece por debajo de las fases A y C (Y)

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Tipos de Pruebas- Admitancia de cortocircuito (CC)

Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, mientras el devanado de bajo voltaje es cortocircuitado.La influencia del núcleo desaparece por debajo de aproximadamente 10-20 kHz porque la respuesta de baja frecuencia se caracteriza por la impedancia de cortocircuito / reactancia de fuga en lugar de la inductancia de magnetizaciónLa respuesta en altas frecuencias es similar a la prueba de admitancia en circuito abierto.

Configuración de la Prueba SFRA en cortocircuito

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Admitancia de cortocircuito (CC) - Ejemplo

Bajas FrecuenciasTodas las fases deben ser muy similares. Variaciones > 0.25 dB sugieren problemas de reactancia de fuga/resistencia de devanados/ conexionado/ conmutadores

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Tipos de Pruebas Capacitivo interdevanados (ID)

Se realiza desde uno de los extremos de un devanado a otro, con todos los otros terminales flotando. En la respuesta de esta configuración en bajas frecuencias predomina la influencia de la capacitancia entre devanados.

Configuración de la Prueba SFRA en capacitiva entre devanados

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Tipo de Pruebas Admitancia transferida (VT):

Se realiza desde una fase de uno de los devanados a la misma fase de otro devanado, con sus respectivos extremos aterrizados. Los demás terminales que no están bajo prueba deben permanecer flotantes. El rango de baja frecuencia se define por la relación de transformación de los devanados

Configuración de la Prueba SFRA en voltaje transferido

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Admitancia Transferida - EjemploEn bajas frecuencias la respuesta de la prueba interdevanados es capacitiva (línea roja)AT (línea negra) refleja la característica de relación de transformación en bajas frecuencias (135 MVA, 160/16 Dd0)Similar response at high frecuencias

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SFRA Análisis

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Herramientas de análisis para SFRA

Visual análisis graficoValores iniciales dBLa forma esperada de configuraciones -Comparación de huellas tomadas en:

El mismo transformadorTransformadores de construcción y propiedades similaresFases Simétricas

Nuevas frecuencias de resonancia

Análisis de CorrelaciónEstándar DL/T 911 2004Especifico de fabrica y usuario final

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Respuest Tipica de un Transformador en buen estado

HV [abierto] segun lo esperado para un trans-r

Minima desviacion entre fases en todas las pruebas no hay defectos de devanados

HV [cortocircuito] identico entre fases

LV [abierto] segun lo esperado para un trans-r Y

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Transformador con serios Problemas

Grandes desviaciones entre fases en los rangos de meadia y altas frecuencias son indicativos de fallas en los devanados

Grandes desviaciones entre fases para BT (abierto) en bajas frecuencias es indicativo de cambios en el circuito magnetico, defectos del nucleo

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SFRA Estándares y Recomendaciones

Frequency Response Analysis on Winding Deformation of Power Transformers, DL/T 911-2004, The Electric Power

Mechanical-Condition Assessment of Transformer Windings Using Frequency Response Analysis (FRA), CIGRE report 342, 2008

-Use Guide for the Application and Interpretation of Frequency Response Analysis for Oil Immersed Transformers, 2009 (Draft)Internal standards by transformer manufacturers, e.g. ABB FRA Standard v.5