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• Maguiña Polanco Eric

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NUEVAS TECNOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Pruebas Eléctricas Buenos Aires Argentina

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3 de Octubre - 2012

Pruebas Eléctricas

Pruebas de Campo en Transformadores ➽ Relación de transformación y polaridad ➽ Resistencia de devanados ➽ Corriente de excitación ➽ Reactancia de fuga (corto circuito) ➽ Resistencia de aislamiento ➽ Conexión a tierra del núcleo ➽ Factor de potencia/disipación del aislamiento ➽ Aislamiento del aceite dieléctrico ➽ Espectroscopia dieléctrica

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➽ Respuesta del barrido de frecuencia

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Pruebas Eléctricas

Relación de transformación y polaridad

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TTR®300 Series 3-Phase Transformer Turns Ratio Test Sets

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Pruebas Eléctricas

Relación de transformación y polaridad ➽ Objetivo El objeto de este ensayo es el de determinar la relación de transformación para cada una de las combinaciones de arrollamientos, es decir la relación entre el primario/secundario, y si correspondiera la relación entre primario/terciario y secundario/terciario. Adicionalmente se mide el desplazamiento angular geométrico que existe en cada una de las combinaciones. ➽ Defectos detectables Mediante la medición de la relación de transformación se pueden revelar circuitos abiertos, espiras en cortocircuito, defectos severos en los contactos del conmutador, terminales identificados incorrectamente, etc.

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Midiendo el desplazamiento de fase se verifica la desviación angular entre el primario y secundario.

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Relación de transformación y polaridad ➽ Metodología Para las mediciones se considera que la relación de las tensiones en vacío es aproximadamente igual a la relación entre el número de espiras.

 dϕ  U p = ep = N p ⋅    dt  NP NS UP US

= = = =

Número de espiras en el primario Número de espiras en el secundario Tensión Primaria ⇒ Tensión Secundaria

∧

 dϕ  U s = es = N s ⋅    dt 

 dϕ  Np ⋅  Up  dt  N p = = =N ϕ d Us   Ns Ns ⋅    dt 

en el caso del transformador ideal U p ⋅ I p = U s ⋅ I s Us N s I p = = U p N p Is

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∴

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Relación de transformación y polaridad ➽ Metodología

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Se excita un devanado y se mide la tensión inducida en el devanado opuesto. La tensión de prueba se aplica sea al devanado de alta o al de baja tensión. La corriente generada en el devanado donde se aplica la tensión es la corriente de excitación.

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Relación de transformación y polaridad ➽ Metodología La medición de relación debe realizarse con pocos voltios de excitación, de 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, para ello considerar:

– Limitar la tensión de prueba a una fracción de la tensión nominal del espécimen. – El magnetismo residual en el núcleo puede generar mayores corrientes de magnetización.

B∝I 7

Vrms = 4.44 ⋅ f ⋅ N ⋅ A ⋅ Bmax

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Relación de transformación y polaridad ➽ Metodología Cambiadores de Tomas Bajo Carga (CTBC) Cambiadores de Tomas Des-energizados (CTD)

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• 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 número máximo de espiras.

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Relación de transformación y polaridad ➽ Interpretación de los resultados La prueba de Relación de Transformación 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 Las discrepancias del error de relación de las sucesivas mediciones a lo largo del mantenimiento, deben ser inferiores al ±0,5% respecto a los valores de referencia.

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TTR Monofásico Automático (Fuente: Megger – Modelo TTR100)

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Pruebas de Campo en Transformadores ➽ Relación de transformación y polaridad ➽ Resistencia de devanados ➽ Corriente de excitación ➽ Reactancia de fuga (corto circuito) ➽ Resistencia de aislamiento ➽ Conexión a tierra del núcleo ➽ Factor de potencia/disipación del aislamiento ➽ Aislamiento del aceite dieléctrico ➽ Espectroscopia dieléctrica

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➽ Respuesta del barrido de frecuencia

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Resistencia de Devanados

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MTO330 Automated Six-Winding Transformer Ohmmeter

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Resistencia de Devanados ➽ Objetivo Este ensayo tiene como objeto la medición de las resistencias de los arrollamientos (para cada posición del conmutador, si correspondiera) aplicando una tensión/corriente continua. ➽ Defectos detectables

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Detectan posibles anomalías debidas a las variaciones de resistencia en los bobinados ocasionadas por conexiones y puentes abiertos o deteriorados.

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Resistencia de Devanados ➽ Defectos detectables Este ensayo permite además detectar valores elevados de resistencia en los contactos del conmutador. Esto puede originarse como consecuencia de: La deformación de las superficies de los contactos debido a un calentamiento localizado. El aumento de la resistencia entre los contactos debido a depósitos de carbonización y/o contaminación. La disminución de la presión mecánica de los contactos como consecuencia de anomalías en el sistema mecánico.

Indeseada alta resistencia

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Baja resistencia deseada

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Resistencia de Devanados ➽ Defectos detectables

Contactos deteriorados en CTBC

(Fuente: Foster Miller)

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(Fuente: Foster Miller)

Conexión de Boquilla Deteriorada

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Resistencia de Devanados ➽ Metodología Los valores de resistencia típicos en transformadores de potencia son:

• AT rango de ohms Ω • BT rango de mΩ o µΩ

I = IDC a través del devanado L = Inductancia del devanado di/dt = valor variable de corriente

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 di  U −L⋅   dt  Rw = I

U = UDC a lo largo del devanado

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Resistencia de Devanados ➽ Metodología

t=0

DC corriente (Idc)

a) Tiempo de Prueba

1. Período inicial

+ DC Tensión (Udc)

i=0

2. Período transitorio

-

Carga de corriente Constante de Tiempo

T= L/R (s)

3. Período de estado estacionario

 di  U −L⋅   dt  Rw = I

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R=u/i

Transformador = Alta L, Baja R

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Resistencia de Devanados ➽ Metodología b) Corriente de Prueba • Rango de Corriente = Aplicar del 1 al 10% del valor de corriente nominal. El núcleo se satura aproximadamente al 1% de la corriente nominal. • Nunca sobrepasar el 10% del valor de corriente nominal

a) Stress innecesario

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b) Lecturas erróneas (por calentamiento del devanado)

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Resistencia de Devanados ➽ Interpretación de los resultados La resistencia óhmica varía con la temperatura, por lo tanto para poder comparar dos mediciones deben corregirse cada una de las mediciones a una temperatura de referencia, por lo general 20 ºC. Para referir las mediciones a una misma temperatura (20 ºC), y para el caso de arrollamientos de cobre se usa la relación: R20ºC: Resistencia referida a 20 ºC Rm: Resistencia medida a la temperatura Tm Tm: Temperatura de ensayo, en ºC

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Máximo 5ºC de diferencia entre el piso y la cumbre del transformador y haberlo tenido fuera de servicio por lo menos durante tres horas (IEC 60076-1).

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Resistencia de Devanados ➽ Interpretación de los resultados Se realiza la comparación con: • Mediciones originales de fábrica • Mediciones preliminares en campo

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• Comparación entre fases

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Resistencia de Devanados ➽ Interpretación de los resultados Como en este ensayo no se puede medir la temperatura de los arrollamientos de una forma precisa, la desviación aceptable para esta prueba en el campo es de 2% de los valores de referencia (S.

D. Mayer). Por su parte, IEEE (P62 – IEEE152) establece que las discrepancias admisibles de los valores medidos respecto a los valores de referencia debieran estar dentro del ±5%. Resistencia Arrollamientos FASE U1-N1 50 48

Resistencia

46

17/06/1998

44

17/07/1999

42

18/11/2002

40

14/08/2006

38

01/06/2007

36

30/11/2007

34

Límite máximo Límite mínimo

32 +4

+3

+2

+1

0

-1

-2

-3

-4

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Posición del TAP

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Resistencia de Devanados ➽ Precauciones Nunca desconectar los cables antes de que la inductancia del transformador este completamente descargada. di U = L⋅  di  dt U −L⋅   dt  di i=0⇒ →∞ Rw = dt I U→∞ Comenzar por la medición en el lado de AT en todas las posiciones del cambiador de tomas. Continuar con el lado de BT.

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Desmagnetizar el núcleo luego de la prueba!! ¿por qué?

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Resistencia de Devanados ➽ Precauciones: Desmagnetización del núcleo La desmagnetización del núcleo del transformador se consigue aplicando DC de polaridad inversa con intervalos de reducción de magnitud. Sólo se requiere conectar a un devanado de AT (luego de finalizar la prueba). Corriente 100%

50%

Proceso de De-magnetización

18 sec

18 sec 18 sec

25%

18 sec

12%

Time (sec) 18 sec 18 sec 18 sec

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18 sec

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Pruebas de Campo en Transformadores ➽ Relación de transformación y polaridad ➽ Resistencia de devanados ➽ Corriente de excitación ➽ Reactancia de fuga (corto circuito) ➽ Resistencia de aislamiento ➽ Conexión a tierra del núcleo ➽ Factor de potencia/disipación del aislamiento ➽ Aislamiento del aceite dieléctrico ➽ Espectroscopia dieléctrica

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➽ Respuesta del barrido de frecuencia

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Corriente de excitación

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DELTA4310 12 kV Insulation Diagnostic System

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Corriente de excitación ➽ Objetivo medir la corriente de excitación (monofásica) de cada una de las fases del transformador cuando es excitada con una tensión alterna de algunos kV. También se le conoce como: Prueba de circuito abierto Prueba en vacío

➽ Defectos detectables

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Los defectos detectables implican un cambio en la reluctancia efectiva del circuito magnético, modificándose por lo tanto la corriente requerida para generar un flujo en el núcleo.

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Corriente de excitación ➽ Defectos detectables Con la ejecución de este ensayo es posible determinar: Daños en el núcleo magnético: a) Cortos entre láminas b) Problemas de uniones o juntas c) Corrientes circulantes

Daños en los devanados: a) Cortos entre espiras b) Circuito abierto

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c) Malas conexiones

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Corriente de excitación ➽ Metodología La prueba se realiza aplicando una tensión AC a cada uno de los devanados de AT: Fase A, luego fase B, luego fase C Los devanados secundarios/terciarios deben quedar flotando. Se usa la configuración de prueba UST en equipo de pruebas

En cada caso se mide: Corriente Tensión

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Potencia Real

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Corriente de excitación

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➽ Metodología

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Corriente de excitación ➽ Metodología

Posición del Cambiadores de Tomas Bajo Carga (CTBC)

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La corriente de excitación se prueba a la posición intermedia del CTBC, en la posición neutral y a un paso en la dirección opuesta.

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Corriente de excitación ➽ Interpretación de los resultados

Para comparar las lecturas, usar los mismos valores de tensiones de ensayo. El valor de la corriente de excitación medido en una unidad trifásica debe ser muy similar para las fases simétricas. De existir una espira en corto circuito, la corriente de excitación incrementa.

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El valor de la fase (columna) central va a diferir en un sistema trifásico dependiendo de la configuración de los devanados.

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Pruebas Eléctricas

Corriente de excitación ➽ Interpretación de los resultados

Se comparan los valores obtenidos con valores de referencia previamente obtenidos (IEEE Std. 62). Para la gran mayoría de transformadores trifásicos, el patrón de referencia es dos valores altos en las fases exteriores y un valor bajo en la fase central. Si la Iex