UNIDAD III Ensayos General Objetivos: Determinar las pruebas requeridas en fabrica y mantenimientos....

UNIDAD III Ensayos General

Objetivos:

Determinar las pruebas requeridas en fabrica y mantenimientos.

1. Ensayos de Fabrica.

2. Ensayos al Aceite Dieléctrico.(FQ,DGA, etc.)

Curso Transformadores de PoderUnidad II

Introducción

Causas de las Fallas– Exceso de humedad

– Residual– Absorción de la atmósfera– Oxidación del aceite y del papel

– Sobrecarga– Sobrecalentamiento

Beneficios de los EnsayosMayor información mas elementos de DiagnosticoCertidumbre, Mejor toma de decisionesMayor posibilidad de evitar interrupciones, daños de equipos,

perdidas materiales, oportunidades e Imagen.En el momento, salvaguardar la integridad física de las personas y

las instalaciones.


1.1.Medida de Resistencia de devanados.

1.2.Ensayo de vacío y corriente excitación.

1.3.Ensayo de cortocircuito.

1.4.Falla o Falto de cortocircuito


LECCIÓN 1

Ensayos de Fabrica

1.1. Medición de la Resistencia devanados:

Objetivos• Verificar la calidad de las

conexiones y soldaduras • Contrastar valores calculados y

medidos• Verificar la existencia de posibles

cortocircuitos entre espiras• Verificar la operación del

conmutador bajo carga (si lo hubiera)

• Determinar experimentalmente la componente I2R de las pérdidas en carga

• Determinar la elevación del devanado durante el ensayo de calentamiento

Interpretación de Resultados• La diferencia entre los valores

calculados y experimentales no debe ser superior el 3%

• La diferencia entre dos fases, transformadores iguales o mediciones previas no debe superar el 5%

• Ya que la medición de la resistencia se afecta por el aumento de temperatura, es necesario referir los valores a una temperatura preestablecida de 20 C para su comparación con medidas anteriores


LECCIÓN 1

• La medición de la resistencia de devanados consiste en aplicar la ley de Ohm, en este caso se inyecta una corriente DC que no supere el 15% de la corriente nominal a fin de evitar el calentamiento de la bobina y alterar la medida. Simultáneamente se registra la tensión en bornes de la bobina.

• Durante la inyección de corriente en la medición, no se puede desconectar súbitamente la fuente ya que esto generará una sobre tensión que podría poner en riesgo el bienestar de los operarios y de la fuente empleada en el ensayo.

• Los registros deben tomarse a la estabilización del instrumento ya que este tipo de medidas se ven afectadas por flujos dispersos y la capacidad del transformador


Medición de la Resistencia devanados:

LECCIÓN 1

1.2. Ensayos en Vacío y Corriente de

Objetivos: Registrar las magnitudes de

pérdidas y corrientes a una tensión y frecuencia establecidas

• Verificar la correcta operación, ejecución y respuesta del transformador a tensión nominal

• Eliminar la posibilidad de cortocircuitos o caminos paralelos en las bobinas a través de las pérdidas y la corriente de excitación de cada fase.

• Verificar la operación del conmutador bajo carga

• Verificar el cumplimiento de las condiciones de garantía

Conceptos:• La corriente de magnetización es

aquella que mantiene el flujo magnético de excitación del transformador.

• Las magnitudes de la corriente de excitación de un transformador son mayores para las columnas exteriores que para la interior debido al camino magnético de cada lazo

• Las Po no se ven afectadas por la posición del conmutador en transformadores de inducción permanente, lo cual no ocurre en transformadores con booster o de inducción variable.


Excitación

LECCIÓN 1

- Procedimiento: aplicar al primario la tensión nominal (estando el secundario en circuito abierto).- Medidas : potencia absorbida Po, corriente de vacío Io,tensión secundaria V20.


Ensayos en Vacío y Corriente de

Excitación

LECCIÓN 1

1.3 Ensayo de cortocircuito (Pérdidas de Carga y tensión de cortocircuito)

Objetivos:

• Verificar que los valores de pérdidas e impedancia satisfacen los requerimientos del cliente y los valores esperados por diseño

• Emplear la condición de máximas pérdidas para evaluar el calentamiento del transformador dependiendo de la etapa de refrigeración en uso

• Verificar la operación del conmutador bajo carga

Conceptos:

• Las pérdidas en carga son las generadas por la transferencia de potencia del transformador y son función de la magnitud carga.

• Están compuestas por : I2 R o circulación de corriente a través de los devanados y pérdidas adicionales originadas por corrientes de eddy en prensas, apantallamientos magnéticos, paredes del tanque.

• De igual manera la impedancia consta de dos componentes. Resistiva y reactiva, predominando esta última.


LECCIÓN 1

• Procedimiento: se cortocircuita el secundario y se aplica al primario una tension que se incrementa gradualmente de 0 a la corriente nominal de plena carga.

• Medidas: potencia absorbida Pcc, corriente del primario I1n y tension en el primario V1cc

c or t

ocir c

u itoI1n

V1cc


Ensayo de cortocircuito

LECCIÓN 1

• Al ser la tension aplicada pequeña respecto de la nominal V1n, la potencia absorbida coincide con la pérdidas en el cobre.

• De este ensayo se obtiene– Parametros serie del equivalente del transformador.– Impedancia total del transformador; pero, no su distribución entre el

primario y secundario.



LECCIÓN 1

• Si el ensayo no se realiza en condiciones nominales y considerando Rcc y Xcc lineales el proceso sería lo mismo con la salvedad de:

– Las pérdidas no seria del cobre– La tensión de cortocircuito será proporcional a la corriente a la que se

halla efectuado el ensayo.– Las magnitudes medidas seran: V1corto; I1corto; Pcorto.



LECCIÓN 1

1.4.Falta o Fallo de cortocircuito

Por accidente se une los bornes secundarios estando a tension nominal V1n.


LECCIÓN 1

LECCIÓN 2

Ensayos al Aceite Dieléctrico.

2.1. Ensayo Físico Químico

2.2. Ensayo Cromatográfico

2.3. Ensayo de PCB

2.4. Análisis de Envejecimiento

2.5. Ensayo de Furano


La vida de un transformador de potencia depende de sus partes dieléctricas, que es un conjunto de materiales que separan y/o soportan las partes metálicas energizadas o energizables del equipo y en el cual se pueden distinguir dos tipos de aislamientos

El análisis considera aspectos físicos y químicos en el funcionamiento interno de los aceites aislantes.

2.1. Análisis Físico Químico del Aceite

(Guía IEEE de Físico-Químico)

Periodicidad : Anual

RESULTADOS Norma Limites de aceite usado

Pérdidas Dieléctricas ASTM D-924 1.0 máximo % a 20°CRigidez Dieléctrica ASTM D-1816 50 mínimo KV 2.0 mm-1

ASTM D-877Tensión Interfacial ASTM D-971 35 mínimo mN/m-1

Indice de Neutralización ASTM D-974 0.005 máximo mg KOH.g óleoContenido de agua Kfisher ASTM D-1533 35 máximo ppm


LECCIÓN 2

2.1.1.Ensayo de Pérdida Dieléctrica

ASTM D-924

•Es la potencia en VATIOS disipada por el aceite dividida por la potencia total en VOLTAMPERIOS aplicada, utilizando el aceite como dieléctrico en un condensador.

•Es una prueba muy confiable que nos indica contaminación del aceite. Se efectúa a 25 °C y a 100 °C. A 25 °C no debe exceder 0.05% para aceite nuevo y a 100 °C no debe exceder 0.3%. (Norma ASTM D-3487).

•Un valor práctico para aceites en operación es de menos de 0.1% a 25 °C. Si a 100 °C la lectura es más de 7 a 10 veces el valor a 25 °C nos indica inicialmente•contaminantes solubles en el aceite diferentes al agua.


LECCIÓN 2

2.1.2. Ensayo de Rigidez Dieléctrica

ASTM D-1816 y ASTM D-877

La RIGIDEZ DIELECTRICA es útil como un primer indicio de la presencia de

contaminantes tales como agua, impurezas, fibras de celulosa o partículas

conductoras, y además es importante como concepto de seguridad de

operación actual del equipo.

Sin embargo, UN ALTO VALOR DE RIGIDEZ DIELECTRICA NO INDICA QUE HAYA AUSENCIA TOTAL DE TODO TIPO DE CONTAMINANTES. La Rigidez Dieléctrica no puede ser el único parámetro que defina el camino a seguir en mantenimiento preventivo.

Es importante como PARTE DEL PAQUETE DE PRUEBAS DE DEGRADACIÓN internacionalmente reconocido, y no nos exime por tanto de la necesidad de ejecutar las demás pruebas para tomar un acertada.


LECCIÓN 2

Ensayo de Rigidez Dieléctrica


LECCIÓN 2

2.1.3. Ensayo de Tensión Interfasial

ASTM D-971

La TENSIÓN INTERFACIAL es una prueba muy sensible a la aparición de los

primeros compuestos hidrofílicos o contaminantes polares solubles, productos

del proceso de oxidación que se está desarrollando incipientemente en el

aceite. Dichos compuestos hidrofílicos y ácidos tienen afinidad con el agua y el aceite y por tanto su presencia hacen bajar la tensión interfacial desde las reacciones iniciales, lo que le dan una gran importancia a esta prueba como COMPLEMENTO INDISPENSABLE PARA LA PRUEBA DE NUMERO DE NEUTRALIZACIÓN.

Es especialmente útil para detectar cualitativamente la presencia de productos intermedios de oxidación tales como ALCOHOLES y ALDEHIDOS, los cuales no se detectan con la prueba de Número de Neutralización, lo que nos indica que un bajo valor de éste parámetro no necesariamente implica que el proceso de oxidación del aceite no se haya iniciado .

Por tanto, esta prueba puede detectar el inicio del proceso de oxidación y su avance antes de llegar a niveles de degradación críticos.


LECCIÓN 2

2.1.4. Ensayo de Indice de Neutralización

ASTM D-974

El aceite sufre un proceso de degradación química que se va desarrollando por efecto del trabajo, la temperatura y las tensiones eléctricas a que es sometido.

Esta degradación química es sensiblemente acelerada si hay presencia

especialmente de agua y oxígeno en primera instancia y en segundo lugar de

otros catalizadores como el cobre, el hierro, la celulosa etc.

El comportamiento de este parámetro depende en gran parte del contenido

de Inhibidores, naturales (compuestos aromáticos) y/o sintéticos (DBP o DBPC),

y por lo tanto es explicable que tenga un comportamiento muy plano en los

primeros años de trabajo del aceite dentro del transformador, y es

precisamente durante el período de inducción, razón por la cual se hace

indispensable acompañar esta prueba de otra muy importante que es la

TENSIÓN INTERFACIAL.


LECCIÓN 2

Ensayo de Indice de Neutralización

Sabemos que el contenido de aromáticos y más expresamente el de los

inhibidores sintéticos está limitado por razones ya comentadas. Esta condición

explica que precisamente cuando se extinguen estos compuestos en razón a

que son los primeros que se degradan, se acelera el proceso de oxidación de

las bases fundamentales del aceite (bases isoparafínica y nafténica), tomando

dicha aceleración una característica exponencial, generando en corto

tiempo ácidos grasos pesados y lodos que, como se explicó, constituyen un

factor altamente negativo para el papel aislante.


LECCIÓN 2

2.1.5. Ensayo de Contenido de Agua KFisher

ASTM D-1533

- El agua en el aceite tiene el comportamiento que se presenta en la figura y de acuerdo a esta curva se puede calcular el porcentaje de saturación de agua en el aceite y por tanto establecer el margen de seguridad en relación con la formación de agua libre en caso de enfriamiento del aceite.

- El agua puede estar presente en forma libre o por debajo de la curva de saturación.

- El método más preciso que existe es el KARL FISCHER por titulación coulométrica, totalmente automático que da la información directa en ppm.


LECCIÓN 2

2.2. Ensayo DGA – Cromatografía de gases

El ensayo consiste en la detección de ciertos gases generados en un transformador sumergido en aceite donde es determinar anomalías que pueden ocasionar fallas graves si estas no son corregidas a tiempo.

Los arcos, las descargas por efecto corona, el flameo de baja energía, las sobrecargas, algunas fallas en las motobombas y el sobrecalentamientos en los sistemas de aislamiento, son algunos de los posibles mecanismos de formación de gases.

La detección de una condición anormal, requiere evaluar la concentración de gases generados, el tipo de gases y la tasa con que estos se incrementan. En un transformador, los gases generados se pueden hallar disueltos en el aceite, en la parte superior del aceite o en el relé Buchholz.

El criterio utiliza tanto las concentraciones para gases separados (individuales) como la concentración total de gases combustibles.

Análisis de gases ASTM D3612 o IEC 599 < 1000ppm


LECCIÓN 2

Ensayo DGA – Cromatografía de gases

ANALISIS CROMATOGRAFICO

El éxito de un análisis de gas, depende de la detección más oportuna posible de los Gases lo cual se hace mediante los siguientes Métodos:

1. Medición e identificación directa de la cantidad de gas combustible que quede alojado en el relé Buchholz o en algún espacio superior de la cuba.

2. Análisis cromatográfico y análisis de los componentes individuales en una mezcla de gas extraída de una muestra de aceite o de una muestra del espacio del gas del transformador. Este será el método que será reconocido al interior del grupo ENDESA.


LECCIÓN 2

INTERPRETACION RESULTADOS - Asociaciones

1. Fallas en el aceite aislante

•Arcos Eléctricos : Asociado con altos índices de Acetileno C2H2.

•Descargas Parciales : Asociadas con altos índices de Hidrógeno H2 y

Monóxido de Carbono CO, Metano CH4,,

•Sobrecalentamiento: Asociado con altos índices de Etileno C2H4.

2. Fallas en el papel

•Descargas Parciales: Asociadas con altos índices de Hidrógeno H2 y

Monóxido de Carbono CO.

•Sobrecalentamiento: Asociado a altos índices de Monóxido de Carbono CO y Dióxido de Carbono CO2

• Electrólisis de Agua: Asociada a altos índices de Hidrógeno H2.



LECCIÓN 2

INTERPRETACION RESULTADOS - Límites

(Guía IEEE C57.104-1991 Fault Diagnostic)Periodicidad : Anual

(Estado) Normal Precaución Peligro

Hidrógeno (H2) <100 100-700 >700

Metano (CH4) <120 120-400 >400

Acetileno (C2H2) <35 35 - 50. >50

Hidrógeno (H2) <100 100-700 >700

Metano (CH4) <120 120-400 >400

Etileno (C2H4) <50 50-100 >100

Etano (C2H6) <65 65-100 >100

Monóxido de Carbono (CO) <350 350-570 >570

Dióxido de Carbono (CO2) <2500 2500-4000 >4000

TDCG <720 720-1920 >1920



LECCIÓN 2

Medición directa (on line) de la cantidad del gas combustible disuelto en el aceite.



LECCIÓN 2

2.3. Ensayo de contenido de PCBAnálisis de PCB ASTM D4059 < 50ppm

- La mayoría de los PCBs están presentes en el equipo eléctrico como resultado de la contaminación cruzada durante la fabricación o el mantenimiento aunque una gran cantidad de transformadores de Askarel (PWB puro) - donde estaban el líquido PCBs dieléctrico primario.

- La mayoría de los países industriales tienen regulaciones del gobierno referentes el uso continuado y disposición de PCBs.

- Debido a su estabilidad química inherente, el PCBs no se quiebra fácilmente en el ambiente si es liberado. También tienden a bioacumularse en la cadena alimenticia y se sospechan de causar una variedad de problemas de salud en seres humanos


LECCIÓN 2

2.4. Evaluación del envejecimiento

- Existen diversos criterios para evaluar el envejecimiento del sistema papel/aceite, dentro de los cuales se destacan:

- Mecánico: resistencia a la tracción.- Químico: contenido de Furfuraldehido - Furano- Fisico-Quimico: Grado de Polimerización

- El ensayo de contenido de Furfuraldehido es una técnica de control del envejecimiento, y casi nunca para decidir sobre el fin de vida de un equipo.- Una vez identificado que un equipo presenta valores que al ser correlacionados con las curvas de Grado de Polimerización, indican que la unidad se encuentra próximo al fin de vida útil, es programada una parada del mismo para permitir la recolección de una muestra de papel aislante.

Nota : Solamente con el resultado del Grado de Polimerización se puede definir el estado real del envejecimiento del equipo, o sea, identificar si el mismo alcanzó el punto de fin de vida.


LECCIÓN 2

2.5. Ensayo de contenido de FuranoContenido de Furfuraldehidos (ASTM D5837) < 100ppm|

- Este control se presenta como uno de los mas promisorios criterios de acompañamiento del envejecimiento del equipo ya que el muestreo para el mismo puede ser realizado sin desenergizar y destapar la unidad. - Un factor que influye en este control son los eventuales cambios en las condiciones de los aceite aislante, durante su vida, debido a la regeneración y substitución ocurrida que influye significativa en el diagnostico final. - Para los equipos nuevos o que nunca sufrieron cambio y/o regeneración del aceite, este ensayo es de gran importancia en el acompañamiento del envejecimiento. Para equipos en que ya fueron realizados estos tratamientos, los valores actuales no corresponden al total proveniente del envejecimiento de la unidad. Este efecto puede ser minimizado con el conocimiento de la historia del equipo.


LECCIÓN 2

- Endesa ha establecido que los transformadores en condiciones normales de envejecimiento presentan resultados del orden de partes por billón (ppb). Estos mismos trabajos muestran una tendencia de inflexión en la curva de envejecimiento cuando los valores de furfuraldehido están en el orden de pocas partes por millón (1 a 5 ppm).

- Estos valores limites y/o tendencias son establecidas por la correlación del valor de este compuesto disuelto en el aceite con el resultado del análisis de Grado de Polimerización del papel aislante.

Ensayo de contenido de Furano


LECCIÓN 2

FINUNIDAD III


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