Procedimiento de Pruebas a Boquillas

Objetivo

Este procedimiento describe las mediciones realizadas en sitio por la CFE, para la determinar el estado de las boquillas de transformadores, autotransformadores y reactores de potencia.

En el procedimiento se describen los aspectos de construcción, pruebas y diagramas de conexión e interpretación de resultados.

Alcance

Este procedimiento aplica a boquillas Clase 69 kV y superiores instaladas en transformadores, autotransformadores y reactores de potencia de hasta 400 kV.

Para los aspectos de impacto ambiental, cualquier actividad de instalación puesta en servicio, operación y/o mantenimiento relacionado con Transformadores y Reactores de Potencia, debe contar con el criterio de protección ambiental, el cual es establecido por la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), a través de sus leyes y reglamentos conducentes para controlar y reducir la generación de contaminantes del aire, agua y suelo, así como la protección a la salud del personal, de la instalación y de los habitantes en torno a la misma.

En caso de falta, violación y/o incumplimiento de las leyes ambientales en que se incurra por parte del proveedor, durante la puesta en servicio de Transformadores y Reactores de Potencia, éste tendrá que ejecutar los trabajos de limpieza o restauración de manera inmediata.

En esta sección se aplicará el Reglamento de Seguridad e Higiene, Capítulo 800 (secciones 801 a 821), así como las Reglas de Despacho y Operación del Sistema Eléctrico Nacional. Además se debe cumplir con la norma NOM-EM-138-ECOL y la especificación CFE L0000-58.

Aspectos de construcción de boquillas

Las boquillas son dispositivos que aíslan un conductor y permiten llevar una corriente a través de una pared conectada a tierra, como por ejemplo el tanque de un transformador, de un interruptor o de una subestación aislada en SF6.

Actualmente existen diferentes tecnologías para la fabricación de boquillas. Éstas difieren en la forma y el tipo de material utilizado para la fabricación de las diferentes partes que la integran, y consisten básicamente de los siguientes ensambles: conductor central, aislamiento principal, aislamiento secundario, envolvente y colilla.

Para cada uno ellos, se presentan los materiales que pueden utilizarse en su fabricación, ver figura 1.

Un aspecto importante en el diseño y construcción de una boquilla es la forma de graduar el campo eléctrico, en la zona de la brida de montaje que está conectada a tierra. Lo anterior se logra utilizando capacitores cilíndricos concéntricos entre sí. Esta graduación de campo tiene como objetivo, aliviar la concentración de líneas de campo en la zona donde existe el mayor nivel de tensión cercano a un punto de tierra.

Tap capacitivo de voltaje

Éste permite medir y diagnosticar la graduación capacitiva, aunque en operación normal está normalmente conectado a tierra. Dicha conexión se realiza de manera externa a través del tapón del tap capacitivo. Algunas de estas mediciones pueden ser: la medición de capacitancia, factor de potencia y descargas parciales. El tap capacitivo de la boquilla está localizado en la brida de sujeción. Ver figura 2.

Capacitancias de una boquilla

El valor típico de capacitancia entre el conductor de alta tensión y la terminal del tap capacitivo, es del orden de 400 pF y se conoce como C1: La capacitancia entre la terminal del tap capacitivo y la referencia de tierra de la boquilla se conoce como C2 y tiene un valor del orden de 2000 pF, como se muestra en la figura 3.

El usuario debe estar familiarizado con la función, diseño, construcción de las boquillas con la finalidad de brindar una adecuada operación y mantenimiento, También es necesario conocer las pruebas eléctricas para evaluar su aislamiento. En términos generales, para voltajes menores de 34.5 kV, se utilizan boquillas del tipo sólido.

Para voltajes hasta 69 kV, se utilizan boquillas que tienen como aislamiento aceite o compound.

Para voltajes de 69 kV y mayores se utilizan boquillas del tipo capacitor llenas de aceite o sólidas.

Métodos de medición

La finalidad de la medición de factor de potencia consiste en detectar el deterioro de la graduación

capacitiva de la boquilla, que se manifiesta en un incremento en el valor de la capacitancia nominal, así como también de las pérdidas del sistema dieléctrico (papel-aceite) de la boquilla. Para realizar estas mediciones se utiliza un medidor de factor de potencia los cuales se describen en uno de los anexos del procedimiento de factor de potencia ST-CT-002.

Las mediciones de factor de potencia en sitio que se aplican a boquillas son:

Medición de la capacitancia en C1

Esta medición permite determinar la capacitancia entre el conductor principal y el tap capacitivo de la boquilla. El valor obtenido se compara con el valor indicado en la placa de datos o con el valor inicial de puesta en servicio, si la medición indica una diferencia del 5% se deberá investigar la causa, con una diferencia del 10% se debe retirar de servicio e investigar la causa.

El valor aceptable del factor de potencia para C1 es del 0.5% corregido a una temperatura de 20°C.

Para investigar la causa de posibles desviaciones en los valores de esta medición se recomienda realizar pruebas adicionales de laboratorio tales como: cromatografía de gases, pruebas físico-químicas al aceite medición de descargas parciales, impulso, líquidos penetrantes, etc.

En boquillas de más de 35 años de operación, se utilizó también un tap de voltaje, ver figura 4 que se conecta al penúltimo capacitor y permite medir el voltaje de línea. Generalmente, este tap tiene aceite aislante independiente al que utiliza internamente la boquilla, como medio aislante.

Para boquillas que cuentan con éste tap de potencial (por ejemplo boquillas Mitsubishi) se debe de tener cuidado de no confundir este tap con el tap capacitivo.

Medición de la capacitancia en C2

Esta medición permite determinar la capacitancia entre el tap capacitivo y la brida de la boquilla, como se observa en la figura 5 Cuando sea posible realizar esta medición, se debe aplicar una tensión máxima de 1000 V. Se recomienda realizar la medición a 500 V, el valor obtenido se compara con el valor de la capacitancia del valor de placa o de mediciones anteriores. Este valor también es utilizado en mediciones futuras realizadas a la misma tensión de medición.

Medición con collar caliente

Esta medición se debe realizar a boquillas llenas de aceite o compound y el collar caliente se coloca en el primer faldón superior, observándose así en la figura 6. Con esta medición se verifica el nivel de aceite, humedad interna, así como fisuras del aislamiento externo (tracking).

Los valores obtenidos en la medición deben ser ≤0.1 W a 10 kV. Si al realizar la medición los resultados se encuentran fuera del rango de aceptación, se debe realizar la medición con collar caliente múltiple.

Medición con collar caliente múltiple

Esta medición se realiza a boquillas llenas de aceite o compound y se realiza colocando el collar faldón por faldón con la finalidad de determinar humedad interna, así como fisuras del aislamiento externo (tracking). Ver figura 7.

Las mediciones descritas anteriormente son las más comunes para determinar el estado de las boquillas.

Prueba de hidrofóbisidad

Esta prueba se aplica a boquillas con aislamiento polimérico con la finalidad de verificar el estado del aislamiento externo y su nivel de contaminación.

La superficie de la porcelana es relativamente repelente al agua o hidrofóbica, cuando se encuentra limpia. La hidrofobicidad es la propiedad de un material de evitar la formación de películas de agua. Cuando un material hidrofóbico se moja, se forman gotas de agua y de esta manera, se evita que se extienda por toda la superficie.

La hidrofobicidad de un material se mide de acuerdo con el ángulo que forma una gota de agua pequeña, al depositarse en la superficie. Cuando el ángulo es menor a 90°, el material NO es hidrofóbico. Cuando el ángulo que forma la gota excede 90°, el material es hidrofóbico. La figura 8 muestra el ejemplo de una porcelana hidrofóbica y una NO hidrofóbica.

La hidrofobicidad es muy importante para determinar el comportamiento del aislamiento, en

condiciones de alta humedad o lluvia, pues de eso depende que se formen o no películas de humedad que conducen la electricidad y pueden provocar un flameo por arrastre en la superficie de la boquilla.

Para mantener la hidrofobicidad se recurre a técnicas de lavado en vivo, o a la aplicación de recubrimientos hidrofóbicos, como hule de silicón curado en frío o grasa de silicón figura 9.

Interpretación de resultados

El factor de potencia para las boquillas del tipo condensador, se corrige a 20 ºC y es generalmente del orden del 0.5%. Las boquillas que presenta un incremento en los valores de factor de potencia pude deberse a problemas de contaminación o deterioro del aislamiento. Los valores de capacitancia para este tipo de boquillas deben estar entre el 5% y 10% del valor nominal indicado en la placa, el cual depende del número total de capas del condensador: Un incremento en los valores de capacitancia indica la posibilidad de que las capas de condensador estén en corto circuito; un decremento en el valor de la capacitancia indica la posibilidad de que haya un cable de tierra con falso contacto ó una conexión de prueba deficiente.

En las mediciones con collar caliente simple, las pérdidas medidas deben ser menores o iguales a 0.1 Watt. Si la corriente o las pérdidas en Watts tienen un incremento apreciable con respecto a lo normal, entonces se realiza una segunda medición después de mover el collar un faldón hacia abajo, hasta determinar que tan abajo ha progresado la falla.

Cuando las pérdidas están entre 0.11 y 0.3 Watts se le da a la boquilla un rango de Investigar “/”.

Cuando las pérdidas sean superiores a 0.5 Watts con el collar en el faldón de arriba, y cuando el collar se encuentra en el segundo faldón y los valores son menores o iguales a 0.1 Watt es posible que exista un defecto en la cubierta de la porcelana.

Los valores medidos de factor de potencia deben ser corregidos a una temperatura de 20 °C.

En cuanto a los resultados de medición se pueden tomar como referencia los valores indicados en la tabla 1.

Recomendaciones

Para obtener resultados confiables en mediciones de aislamiento a boquillas, se recomienda la limpieza de porcelana.

Se debe verificar la operación y cables del equipo medición, con la finalidad de evitar errores en las mediciones.

En mediciones con collar caliente de factor de potencia, se recomienda que los collares no coincidan con uniones de porcelana, con la finalidad de evitar pérdidas excesivas que conduzcan a resultados erróneos.

Se recomienda al personal que efectúa las mediciones en sitio, que además de registrar los resultados en el formato de datos de prueba del Anexo A, dibuje el diagrama de conexiones de cada una de las mediciones realizadas.

Bibliografía

a) CFE 53000-95 Boquillas de alta tensión de 7.2 a 420 kV, CFE, Julio 2006.

b) Facilities Engineering Branco Denver Office Denver, Colorado, Testing and maintenance of high voltage bushings, Volume 3-2, August 2000.

c) Guía para el mantenimiento del transformador, M. Horning, J. Nelly, S. Myers, R. Stebbins, Transformer Maintenance Institute, 2005.

d) Electrical power equipment maintenance and testing, Paul Gill, Ed. Pretince Hall.

DESPUES VAN DOS FORMATOS DE LLENADO, PERO STAN PERROS Y SI SE PASAN A WORD NO SE VE NADA….ES MEJOR KE SE IMPRIMAN DESDE EL PDF PARA KE SE VEAN UN POCO MEJOR….

Instrucciones para el llenado del formato de registro de datos:

1 Número de registro de control de calidad

2 Información de la gerencia, subárea y subestación donde se encuentra el equipo

3 Se indica si el equipo es monofásico o trifásico

4 Nomenclatura del equipo de acuerdo con el manual de operación del CENACE.

5 Datos técnicos del equipo, en el caso de reactores, transformadores de instrumento, apartarrayos y cables se llenarán los datos que apliquen.

6 Condiciones de la medición y climatológicas

7 Orden de trabajo y fecha de realización de la medición

8 Si la causa de la prueba es programado por mantenimiento, por puesta en servicio o por salida o disparo del equipo (para confirmar que el equipo no esté fallado), en caso de disparo o salida se deberá de ampliar y aclarar la información en el punto 30 Observaciones

9 Datos del equipo de medición

10 Información de calibración del equipo de medición y número de inventario EIMP

11 En el caso de transformadores trifásicos, el tipo de conexiones en los diferentes devanados

12 Datos técnicos de las boquillas del equipo, estos datos solo serán llenados en los casos donde aplique

13 Se indica la fecha de la última prueba

14 Se indica el número de serie de la boquilla bajo prueba

15 Se indica el voltaje al cual se realizó la medición

16 Se indica la lectura de la medición para miliAmperes

17 Se indica el multiplicador

18 Se indica la lectura en miliAmperes

19 Se indica Indicar la lectura de la medición para miliWatts

20 Se indica el multiplicador

21 Se indica la lectura en miliWatts

22 Se indica el modo de prueba

23 Se indica el valor medido del porciento de factor de potencia corregido a 20 °C

24 Se indica el valor en % del factor de potencia medido y corregido a 20 °C durante la puesta en servicio

25 Se indica el valor de porciento de factor de potencia corregido a 20 °C medido en la última prueba

26 Se indica el valor medido de capacitancia

27 Se indica el valor de capacitancia medido durante la puesta en servicio

28 Se indica el valor de capacitancia medido en la última prueba

29 De acuerdo con los valores obtenidos y su comparación con los de puesta en servicio y la última prueba, indicar si las condiciones del aislamiento son buenas, malas o se debe investigar

30 Se indican las observaciones referentes a las condiciones de prueba o tendencias de la medición y las razones por la cual se realizó la prueba

31 Con base en las observaciones se determina si el equipo se acepta o se rechaza por no cumplir con los requerimientos de la medición

32 Finalmente, se debe indicar el nombre y firma de la persona que realizó, revisó y aprobó la prueba

Anexo B Resumen del procedimiento de pruebas a boquillas

Procedimiento de pruebas a boquillas

En que consiste el procedimiento La finalidad de la medición de factor de potencia consiste en detectar el deterioro de la graduación capacitiva de la boquilla, que se manifiesta en un incremento en el valor de la capacitancia nominal, así como también de las pérdidas del sistema dieléctrico (papel-aceite) de la boquilla.

Que detecta el procedimiento Determinar el estado de las boquillas de transformadores, autotransformadores y reactores de potencia.

Equipo de medición Medidor de factor de potencia.

Valores o límites recomendados N/A

Comparación de valores El factor de potencia para las boquillas del tipo condensador, se corrige a 20 ºC y es generalmente del orden del 0.5%. Los valores de capacitancia para este tipo de boquillas deben estar entre el 5% y 10% del valor nominal indicado en la placa. En las mediciones con collar caliente simple, las pérdidas medidas deben ser menores o iguales a 0.1 Watt. Cuando las pérdidas están entre 0.11 y 0.3 Watts se le da a la boquilla un rango de Investigar “I”.

Correcciones Los valores medidos de factor de potencia deben ser corregidos a una temperatura de 20 °C. Para corregir los valores medidos a una temperatura de 20 °C se multiplica el valor de factor de potencia medido por el factor de corrección indicado en la tabla 4 de este procedimiento.

Ecuaciones para cálculo N/A

Recomendaciones Para obtener resultados confiables en mediciones de aislamiento a boquillas, se recomienda la limpieza de porcelana. Se debe verificar la operación y cables del equipo medición, con la finalidad de evitar errores en las mediciones. En mediciones con collar caliente de factor de potencia, se recomienda que los collares no coincidan con uniones de porcelana, con la finalidad de evitar pérdidas excesivas que conduzcan a resultados erróneos. Se recomienda al personal que efectúa las mediciones en sitio, que además de registrar los resultados en el formato de datos de prueba del Anexo A, dibuje el diagrama de

conexiones de cada una de las mediciones realizadas.