4 Antecedentes Antecedentes Localización de averías de transformadores Análisis innovador de averías de un transformador de 220 kV La energía generada en las centrales eléctricas tiene que transportarse hasta los consumidores. Para asegurar la transmisión de energía a largas distancias con bajas perdidas, la tensión del generador (comprendida entre 6 kV y 27 kV en las centrales eléctricas) tiene que transformarse a niveles de tensión de 110 kV, 220 kV y 380 kV. Esta conversión se realiza mediante transformadores de generador en las centrales eléctricas y transformadores de acoplamiento en las estaciones de transformación. Se produjo un cortocircuito en uno de estos transformadores en la estación de transformación de Bürs (Austria), operada por Vorarlberger Illwerke AG. OMICRON pudo utilizar procedimientos innovadores de prueba para demostrar que la reparación de este transformador sería extremadamente costosa y definitivamente inviable. Cuando se abrió el transformador, se hizo evidente el alcance de los daños. La fuerza destructiva de las martas embargo, una corriente de cortocircuito de 54 kA fluyó El transformador en cuestión se utilizaba para tres a través del devanado de 10 kV durante un tiempo niveles de tensión: 220 kV, 110 kV y 10 kV. El devanado breve. de 10 kV hacía las veces de devanado terciario para atender las necesidades de la propia estación de trans- Análisis de los daños formación. Muchas de las bornas de los devanados de Para aclarar el alcance de la avería, Vorarlberger 10 kV están unidas a la tapa de la cuba del transforma- Illwerke encargó a OMICRON que realizara medicio- dor. En el pasado, las barras de los devanados terciarios nes de diagnóstico en el transformador. El objetivo a menudo no se protegían contra el contacto directo. era determinar si sería posible reparar el sistema. Las Por ello, en invierno, algunos animales pequeños, mediciones de la resistencia de los distintos aislamien- como las martas, podían subirse al cálido tanque del tos indicaron que los devanados de 10 kV, que están transformador y provocar un cortocircuito entre dos conectados en una configuración delta, estaban en barras o entre una barra y la cuba. Esto es exactamen- cortocircuito tanto con el núcleo como con el tanque. te lo que sucedió con el transformador dañado. Los relés de protección detectaron el cortocircuito y los Además de las mediciones de la resistencia de los aisla- interruptores de potencia desconectaron correctamen- mientos, se midieron las corrientes sin carga de todas te el transformador en aproximadamente 100 ms. Sin las fases. La corriente sin carga de la fase U destacó OMICRON Magazine | Volumen 3 Número 2 2012 Antecedentes 5 entonces inmediatamente, ya que era alrededor de 34 veces mayor que la de las fases V y W. Esto indicaba un cortocircuito en uno de los devanados de la fase U. La medición de las relaciones de transformación entre los devanados de alta tensión y los devanados terciarios indicaba una desviación de -24% en la fase U, lo que significaba que la tensión medida en el devanado terciario era un 24% demasiado baja. Esta baja tensión indicaba que partes del devanado habían quedado inutilizadas por la elevada corriente de cortocircuito y por lo tanto, habían quedado cortocircuitadas o quemadas. Una prueba de la función de transferencia, realizada mediante el análisis de la respuesta en frecuencia (FRA), confirmó esta suposición. El daño por lo tanto ya había sido localizado, aunque todavía no se había determinado con precisión. Análisis preciso con un proceso innovador Para realizar un análisis más preciso de los daños, se entonces entre sí. Otro aspecto novedoso es que la utilizó un nuevo tipo de procedimiento de prueba. Se impedancia se dividió en la resistencia efectiva (parte trataba de realizar mediciones de las impedancias de real) y la reactancia (parte imaginaria) para la evalua- cortocircuito en función de la frecuencia, un método ción. Para hacer esto, es necesario no solo que el valor descrito por primera vez en 2001 por Hydro Québec, de la impedancia se determine a partir de la tensión y Los resultados de las mediciones de diagnóstico llevan a los operadores a la decisión de desmantelar el transformador. una compañía eléctrica canadiense. Consistía en cortocircuitar un lado del transformador, por ejemplo, el devanado terciario, y a continuación medir la impedancia de cortocircuito desde el otro lado, por ejemplo, el devanado de alta tensión. Este concepto en sí no es nada nuevo, aunque un nuevo aspecto era que la medición no se realizó en la frecuencia habitual de 50/60 Hz, sino más bien sobre un amplio rango de frecuencias. Las curvas de las tres fases se compararon CPC 100 - Dispositivo de pruebas universal para diagnóstico eléctrico. OMICRON Magazine | Volumen 3 Número 2 2012 6 Antecedentes «Cuando se abrió el transformador, se hizo patente que las hipótesis basadas en los resultados de las pruebas de diagnóstico eran correctas y el alcance de los daños fue inmediatamente evidente.» Johannes Berthold Director de la estación de transformación de Bürs operada por Vorarlberger Illwerken. B Conductor dañado por un cortocircuito. corriente, sino también que se midan los ángulos con total preci- Devanado de AT sión. Esta medición es extremadamente compleja, ya que requiere Las corrientes inducidas se compensan una fuente potente que pueda suministrar la tensión necesaria sobre un amplio rango de frecuencias. Además de esto, se requiere un equipo de prueba especial para la medición de impedancias complejas. El CPC 100 de OMICRON es idóneo para esto, ya que Devanado de BT su amplificador de potencia es capaz de generar frecuencias de 15 a 400 Hz y sus componentes electrónicos de medición no solo pueden medir las tensiones y corrientes con total exactitud, sino también los ángulos de fase correspondientes. Por tanto, este El uso de conductores de perforación permite evitar las corrientes circulares inducidas y las pérdidas correspondientes. dispositivo de pruebas compacto incluye todas las funciones necesarias para el nuevo proceso de medición. El método FRSL B Devanado de AT La parte real de la impedancia de cortocircuito depende en gran Perdidas adicionales causadas por las corrientes inducidas Devanado de BT medida de la frecuencia. A bajas frecuencias de solo unos pocos Hz, la parte real está determinada por las resistencias de los devanados. A frecuencias altas, sin embargo, las pérdidas en las separaciones entre devanados también desempeñan un papel importante. Esta es también la razón por la que se utiliza esta medición cuando se sospecha que las hebras del devanado conectadas en paralelo están cortocircuitadas entre sí. Estas hebras están normalmente aisladas entre sí para evitar corrientes circulares. Cuando se produce un cortocircuito entre los conductores paralelos,se producen pérdidas causadas por las corrientes circulares inducidas. Sin embargo, la relación de transformación y la resistencia del devanado permanecen constantes. No es posible detectar una falla de este tipo con las mediciones de relación o de resistencia. Sin embargo, si este aislamiento falla, pueden producirse grandes corrientes circulares que, en el peor de los casos, pueden llegar a destruir un transformador. Dado que este método de medición evalúa las pérdidas en la separación, se conoce como el "método FRSL" (Frequency Response of OMICRON Magazine | Volumen 3 Número 2 2012 Antecedentes «Nuestros conocimientos y experiencia están siempre a disposición de nuestros clientes» Inductividad en H 0.10 7 U V W 0.09 0.08 0.07 0.06 0 100 200 300 400 Frecuencia en Hz Dr. Michael Krüger Cambios de la inductancia de cortocircuito en función de la frecuencia. Stray Losses, respuesta en frecuencia de pérdidas de dispersión. del fabricante para su reparación, se decidió no reparar- Además de esto, también se midió en el transformador en cues- lo", comenta Johannes Berthold, director de la estación tión la respuesta en frecuencia de la reactancia de la impedancia de transformación de Bürs operada por Vorarlberger de cortocircuito. El trazado de la inductancia de cortocircuito con Illwerke. respecto a la frecuencia planteó una serie de preguntas. El valor de la fase U era completamente diferente de las mediciones de las Una asociación con un futuro brillante fases V y W a bajas frecuencias. Por otro lado, a altas frecuencias En Vorarlberger Illwerke estaban muy contentos con los los valores de impedancia de todas las fases fueron casi idénticas resultados de las mediciones de diagnóstico. Los comple- (véase el diagrama). tamente nuevos procedimientos de medición permiten Una curva de este tipo indica el siguiente problema: Las espiras evaluar el alcance de los daños en transformadores de- del devanado terciario de la fase U están rotas y en contacto fectuosos de una forma extremadamente precisa. Todos con diversas secciones del núcleo. Por tanto, cuando se mide la en Vorarlberger Illwerke están seguros de algo: definiti- impedancia de cortocircuito, la corriente de prueba debe fluir a vamente, seguirán confiando en los conocimientos y la través del núcleo. A bajas frecuencias, toda la sección transversal experiencia de OMICRON en el futuro. del núcleo está disponible para esto, lo que a su vez conduce a un Dr. Michael Krüger aumento del valor de la inductancia. Sin embargo, a frecuencias más altas el efecto pelicular fuerza el flujo magnético hacia la su- Head of Engineering Services Test & Diagnostics Solutions for Primary Assets perficie del núcleo de hierro. Esto explica por qué la inductancia de cortocircuito es similar a la de las fases V y W en buen estado. Vorarlberger Illwerke AG Resultados claros: no se recomendaba la reparación En función de los datos disponibles, Michael Krüger, jefe del La empresa se constituyó en 1924 y desde departamento de Pruebas Primarias de Servicios de Ingeniería de entonces ha estado suministrando energía de OMICRON, descartó una reparación fácil y económica. "Las me- picos de carga y de control para atender las diciones de diagnóstico llevadas a cabo por OMICRON utilizando necesidades que se producen en las opera- un procedimiento de medición completamente nuevo demos- ciones cotidianas. La sede de la empresa se traron ser extremadamente útiles. Debido a la antigüedad del encuentra en la ciudad austríaca de Bregenz. transformador y a los gastos de su transporte a las instalaciones OMICRON Magazine | Volumen 3 Número 2 2012