01-Mantenimiento a subestaciones en alta tensión

Introducción
El transformador es considerado una máquina eléctrica
estática la cual está destinada a transferir energía de un
circuito a otro, utilizando como enlace un flujo común
de inducción. Siendo el flujo alterno, el transformador
resulta apto para transferir potencias de cualquier
magnitud.
La función principal de los transformadores es la de
modificar o mantener los parámetros de tensión y
corriente de la potencia eléctrica transmitida
adaptándolos a las condiciones que se requieran.
Un buen programa de mantenimiento preventivo es esencial
para un largo e ininterrumpido servicio de un transformador.
"Cierre con llave la puerta de la subestación y olvídese del
transformador, cuando se dañe, lo arreglaremos".
Muchas fallas se pueden atribuir a no seguir las
recomendaciones prácticas de mantenimiento preventivo. Un
breve tiempo de paro es costoso, pero algunas pocas horas
semanales pueden ayudar a prevenir paros no programados.
Los manuales de mantenimiento de fábrica deben ser
revisados hasta entenderlos bien. En estos manuales se
indican tareas específicas que deben ser comprendidas y
llevadas a cabo por el personal de mantenimiento.
ACCESORIO / EQUIPO
Terminales de alta y baja tensión.
Boquillas de alta y baja tensión.
Conexiones de alta y baja tensión.
Apartarrayos de alta y baja tensión.
Contador de operaciones de Apartarrayos.
Tanque y tapa principal.
Tapa, válvulas, tapones.
Medidores de temperatura (aceite y devanados).
Dispositivos de alivio de presión.
Transformadores de corriente.
Conexiones de tierra.
Tanque conservador.
Tuberías y conexiones.
Tanque y bolsa.
Relevador Bucholz.
Indicador de nivel de aceite.
Respirador (sílica gel).
Sistema de preservación de aceite (inertaire).
Sistema de enfriamiento.
Ventiladores y bombas.
Radiadores.
Válvulas.
Termómetros de aceite y devanados.
Cambiador de derivaciones.
Sin carga.
Con carga.
Pruebas eléctricas.
Resistencia de aislamiento (megger).
Relación de transformación (TTR).
Factor de potencia.
ACTIVIDAD
FREQUENCIA (MESES)
Limpieza, inspección y pruebas.
Termografía de rayos infrarrojos.
Limpieza, inspección y pruebas
Llevar registro de lecturas.
12
6-12
12
3-6
Revisar que no haya fugas de aceite.
Tomar lecturas y reponer testigos.
Pruebas de funcionamiento.
Verificación de conexiones y pruebas.
Revisión de conexiones flojas.
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1-3
24
12
12
Revisar que no existan fugas de aceite.
Inspección interna.
Pruebas operativas.
Pruebas operativas.
Revisión y cambio de ser necesario.
Revisión de presiones y cambio de cilindro.
1-3
60
12
12
1-3
3-6
Pruebas de funcionamiento.
Termografía de rayos infrarrojos.
Inspección de estado (abierto-cerrado).
Pruebas operativas.
3-6
6-12
3-6
12
Revisar posición, enclavamiento y candado.
Registrar contador de operaciones y testigos.
Pruebas al aceite.
Inspección interna y cambio de aceite.
3-6
3-6
12
# operaciones.
Verificar devanados de alta y baja tensión.
Medir la relación en las cinco derivaciones.
Medir pérdidas dieléctricas en devanados.
Medir pérdidas dieléctricas en boquillas.
Verificar valores en las cinco posiciones.
12
12
12
12
12
Corriente de excitación.
Pruebas al aceite.
Análisis físico químico dieléctrico: tanque principal y cambiador de taps Verificar estado del aceite.
12
con carga.
Análisis cromatográfico de gases disueltos.
Verificar funcionamiento del transformador.
12
Tratamiento o cambio de aceite.
Cambiar o filtrar, deshumidificar y desgasificar Cuando sea necesario.
por medio de alto vacío.
Introducción
Función principal.
principal.
El interruptor es un equipo muy importante en las instalaciones eléctricas y tiene
por función principal el proteger el sistema y a otros equipos mediante su
desconexión durante fallas eléctricas.
Un interruptor debe cumplir las cuatro condiciones siguientes:
siguientes:
Cerrado, debe ser un conductor ideal.
Abierto, debe ser un aislador ideal.
Cerrado, debe ser capaz de interrumpir la corriente a la que fue diseñado,
rápidamente y en cualquier instante sin producir sobre voltajes peligrosos.
Abierto, debe de ser capaz de cerrar rápidamente y en cualquier instante y
posiblemente bajo corrientes de corto circuito, sin soldarse los contactos por altas
temperaturas.
o
o
o
o
o
o
o
o
Los interruptores se clasifican por su medio de interrupción:
interrupción:
Interruptor en aceite.
Interruptores de soplo magnético
Interruptor en gas sf6.
Interruptor en vacío.
Interruptores en gran volumen de aceite.
Interruptores en SF6
Descripción
Es un elemento que sirve para desconectar
físicamente un circuito eléctrico. Por lo general se
operan sin carga, pero con algunos aditamentos se
pueden operar con carga. Los contactos de la cuchilla
principal y los de puesta a tierra son de cobre con
recubrimiento de plata y están diseñados para
soportar altas corrientes de corta duración (Por
ejemplo: 40 KA y valores cresta de 100 KA). Van
montados sobre una pieza tubular de aluminio o
cobre y son intercambiables. En la mayoría de ellas, al
abrir o cerrar el mecanismo de la cuchilla, existe un
movimiento giratorio que sirve para que se
autolimpien las superficies de los contactos en cada
operación.
Actividades recomendadas para
mantenimiento.
mantenimiento.
Limpieza de aislamientos e inspección y lubricación de contactos.
o Se recomienda utilizar fibra abrasiva suave que no dañe el esmalte protector de la
porcelana, para retirar el polvo y suciedad.
o No limpiar con abrasivos la superficie de los contactos, en caso necesario use un trapo
suave. Cuide siempre de no dañar la capa exterior de los contactos.
o Se recomienda NO aplicar grasa en exceso para lubricar los contactos, ya que favorece la
acumulación de polvo y suciedad.
Revisión de ajustes del mecanismo de operación (manual o motorizado).
motorizado).
Se recomienda realizar pruebas de apertura y cierre para verificar la alineación
correcta de los contactos, así como la operación suave del mecanismo.
Verificar la alineación de los portacandados de posición abierto y cerrado (solo
manual).
Probar que los bloqueos mecánicos y eléctricos de las cuchillas de tierra sean
correctos.
Se recomienda pintar de color rojo el maneral de operación de la cuchilla de tierra
y que tenga colocado candado, cuya llave la tenga solamente personal autorizado
(CFE).
Verificar que la posición del acoplamiento del mecanismo motorizado, en las
posiciones abierto y cerrado sea correcto.
Pruebas de control local y remoto (solo mecanismo motorizado).
Probar que operen las cuchillas dándole órdenes desde el control
local y remoto.
Verificar que los bloqueos de control de apertura y cierre que
dependen del estado de interruptores, estén funcionando
correctamente.
Pruebas eléctricas.
eléctricas.
◦ Resistencia de aislamiento (megger).
◦ Resistencia de contactos (ducter).
Verificación del apriete de conexiones.
conexiones.
Inspección y cambio de tornillos oxidados o dañados, cuidando de
reemplazarlos por unos de igual o mayor resistencia a la intemperie.
Verificación de apriete correcto de uniones en zapatas y cables de
entrada y salida.
Revisión de la compatibilidad de materiales entre el cable, zapatas y
base de la cuchilla para las conexiones. Esto con el fin de evitar
electroerosiones.
Descripción
Los apartarrayos son empleados para la protección de las instalaciones y subestaciones de
abastecimiento, su cometido consiste en limitar las frecuentes apariciones de sobre tensiones que
buen puede ser:
Sobre tensiones atmosféricas, que casi siempre tienen su origen en las tormentas,
fenómenos transitorios de campos eléctricos.
Sobre tensiones que se provocan por influencia de otras redes.
Sobre tensiones que pueden originarse dentro, debido a corto
circuitos, retiro de cargas o líneas de servicio en vacío o al establecer
contactos a tierra.
El aislamiento eléctrico en los sistemas energizados, se encuentra
continuamente sometido a esfuerzos. La práctica de sobre aislar, para
tener niveles de sobre voltajes más altos implica varias y obvias
desventajas:
Incremento del costo.
Incremento en el tamaño y peso del aislamiento.
Incremento en la resistencia para disipar el calor de la corriente que
circula por los conductores
o por
Pruebas de campo:
Una prueba completa en un apartarrayos debería determinar las características de onda y de frecuencia
industrial. Las pruebas de onda involucran una gran cantidad de equipos, por lo que normalmente no se hacen
en campo.
Prueba de resistencia de aislamiento (Megger 2.5 ó 5 KV C.D.).
Valor mínimo de aceptación: Dynavar (Ohio Brass) 125 Megaohms por KVRMS de MCOV.
Pruebas de factor de potencia.
potencia.
Ha tenido éxito en la gran variedad de apartarrayos para localizar aquéllos que podrían fallar bajo esfuerzos de
voltajes normales de operación.
El objetivo de efectuar la prueba de factor de potencia en apartarrayos es descubrir, a través de los valores de
pérdidas en miliwatts, los defectos producidos por la contaminación en los gaps, suciedad en los elementos
autovalvulares, humedad, sales metálicas, así como corrosión en el gap, porcelanas despostilladas o porosas. El
análisis de las pruebas de apartarrayos se basa normalmente en los valores de las pérdidas en miliwatts.
Debido a la gran variedad de elementos en la construcción que presenta cada uno de los fabricantes, se dificulta
la normalización de los valores de aceptación.
A pesar de esto, se han podido analizar algunos resultados de las pruebas, obteniendo que los tipos de defectos
más comunes en los apartarrayos cuando las pérdidas son más altas que lo normal son: contaminación por
humedad, suciedad o polvo depositado dentro de la superficie interior de la porcelana, o bien una
contaminación de la superficie exterior del sello del gap dentro de la porcelana, gaps corroídos, depósitos de
sales de aluminio aparentemente causadas por la interacción entre la humedad y productos resultantes por
efecto corona y porcelana quebrada.
Estas causas son responsables del incremento en los valores de pérdidas respecto a los valores normales. Las
pérdidas pueden ser restauradas a valores normales con la limpieza de las superficies contaminadas.
Se han obtenido pérdidas más bajas de lo normal en los casos de unidades que tiene rotos los resistores shunt,
así como en apartarrayos cuyo circuito está descontinuado, causado por rotura de los elementos de preionización. Las reparaciones en los sellos de los gaps no se realizan en campo.
Periodicidad de las pruebas:
Por lo general la periodicidad de las pruebas a los
apartarrayos, va de acuerdo con la periodicidad del
equipo principal al que protege, como por ejemplo, el
transformador. La frecuencia de inspección y pruebas
recomendada para un transformador es anual, por lo
que la recomendación para los apartarrayos sería
también anual.
Para evitar fallas externas al apartarrayo es
importante mantener limpio el aislamiento exterior
del apartarrayo (porcelana o polímero), por lo que en
zonas de mucha contaminación, la frecuencia de
inspección, limpieza y pruebas, puede disminuir de
acuerdo a la experiencia.
Descripción
Se denominan transformadores de instrumento o de medición, a los que
se emplean para alimentar circuitos que tienen instrumentos de
medición y/o protección. El uso de los transformadores se hace
necesario en las redes de alta tensión donde se requiere reducir los
valores de voltajes y corriente a cantidades admisibles para los
instrumentos, ya sea por razones de seguridad o comodidad.
Los propósitos específicos para lo que sirven los transformadores de
instrumento son entre otros los siguientes:
Aislar a los instrumentos de medición y protección del circuito primario
o de alta tensión, permitiendo así medir altos voltajes y altas corrientes
con instrumentos de bajo voltaje.
Da mayor seguridad al personal, al no tener contacto con partes en alta
tensión .
Permite la normalización de las características de operación de los
instrumentos
Tipos de transformadores de instrumento.
o
o
Existen básicamente dos tipos de
transformadores de instrumento:
TP:
TP Transformador de Potencial que reduce el
voltaje, conectado en paralelo.
TC:
TC Transformador de Corriente, que reduce
la corriente, conectado en serie.
TRANSFORMADORES DE
CORRIENTE Y
POTENCIAL
Los transformadores de instrumento difieren en su construcción práctica de los
transformadores de potencia, en que en los de instrumento no interesa la potencia
a través de ellos, pero se deben construir de tal forma, que exista una relación de
transformación bien definida y constante entre la corriente primaria y la corriente
secundaria (TC´s), o bien, entre el voltaje primario y el secundario (Tp´s).
Se observa de inmediato, que esta diferencia es necesaria porque no se puede
tener al mismo tiempo un transformador que tenga una relación de
transformación rigurosamente constante para la corriente y para el voltaje, por lo
que los criterios de diseño de los TC’s y los TP’s son distintos entre sí y desde
luego diferentes a los transformadores de potencia.
Para puntualizar este hecho, se puede decir que un transformador de corriente
está en condiciones de corto circuito, por lo que si accidentalmente se
interrumpiera el circuito secundario, el valor de la tensión en este devanado,
alcanzaría valores muy elevados y peligrosos; en tanto que un transformador de
potencial funciona prácticamente en vacío, por lo que un corto circuito accidental
en el secundario, producirá una corriente muy elevada y peligrosa en este
devanado.
En otras palabras un transformador de corriente se debe encontrar siempre en
circuito cerrado sobre una resistencia limitada, en tanto que un transformador de
potencial debe tener siempre sus terminales casi aisladas o conectadas a través de
una resistencia de valor elevado.
Pruebas de campo
TC’s
Las pruebas que normalmente se efectúan en campo a los transformadores de corriente de
voltajes de 115 KV o mas, durante los mantenimientos programados, son las siguientes:
Resistencia de aislamiento ( megger a 2,500 vcd)
o
Factor de potencia a 10 KV
o
Limpieza exterior del aislamiento
o
Verificar apriete de terminales secundarias.
o
Verificar que el secundario de TC´s que no se estén utilizando o que no estén conectados a
relés, medidores, etc.,estén en corto y a tierra.
TP’s
o
o
o
o
Las pruebas que normalmente se efectúan en campo a los transformadores de potencial de
voltajes de 115 KV o mas, durante los mantenimientos programados, son las siguientes:
Resistencia de aislamiento ( megger a 2,500 vcd)
Factor de potencia a 10 KV
Limpieza exterior del aislamiento
En las pruebas de aislamiento, tanto megger como factor de potencia, la humedad, la
contaminación o suciedad en la porcelana afectan los valores de la prueba. Normalmente los
valores encontrados en la prueba de factor de potencia son altos debido a que el borne
primario que se conectado a tierra es muy pequeño y por lo tanto fácil de contaminar y afecta
las lecturas generales de aislamiento.
Debido a la gran variedad de elementos en la construcción que presenta cada uno de los
fabricantes, se dificulta la normalización de los valores de aceptación. Lo importante es
comparar los valores obtenidos con equipos de características similares.
Introducción
Se denomina batería a un conjunto de celdas conectadas en serie. La tensión
nominal de la batería viene dada por la suma de las tensiones de cada una de las
celdas .
Las baterías, según el tipo de electrolito pueden ser ácidas o alcalinas.
El banco de baterías es una fuente segura y confiable de corriente instantánea
para emergencia, cuando hay alguna interrupción en el suministro. Por lo tanto, el
equipo de relevadores de protección de grandes generadores, transformadores y
líneas de transmisión están alimentadas con una fuente de corriente directa de un
banco de baterías.
Para darnos cuenta de la importancia del banco de batería, es necesario recordar
que de acuerdo con normas de operación de centrales eléctricas o subestaciones,
cuando el voltaje de corriente directa está por debajo del mínimo necesario para
las operaciones de los dispositivos de protección, es recomendable poner fuera de
servicio toda la subestación con el objeto de no correr el riesgo de dañar las
instalaciones.
Generalidades
Las redes eléctricas o sistemas de potencia, con el hecho de ser
construidas por el hombre, son “falibles”, esto es que están sujetas a
fallas. Ante esta realidad, el diseñador tiene dos alternativas para
atenuar o reducir este efecto:
Efectuar un diseño con el cual se minimice la posibilidad de ocurrencia
de fallas, aceptando de antemano que no se reducirá a cero.
Incluir en el diseño elementos que detecten las fallas y reduzcan los
efectos negativos de las mismas. Estos elementos son los esquemas de
protección y los constituyen los relevadores, transformadores de
instrumento, bobinas de disparo de interruptores, cableados de control,
etc. Por lo anterior podemos resumir que los esquemas de protección se
instalan en un sistema de potencia con la finalidad de retirar o
desconectar en forma rápida el elemento o componente de la red que
sufre un corto circuito o que funciona en forma anormal y que de no
hacerlo afectará al resto del sistema.
Para que un esquema cumpla con su función es necesario que cumpla con las
siguientes cualidades:
o Sensibilidad: Debe tener la capacidad de operar en forma segura con un mínimo de
condiciones de falla, aislando a las fallas que ocurran dentro de su zona de operación sin
provocar problemas en el resto del sistema. Debe distinguir entre fallas y sobrecarga e
ignorar cierto comportamiento del sistema como son las oscilaciones o las corrientes
magnetizantes del transformador.
o Selectividad: Esta es una propiedad necesaria para aislar en caso de disturbio solo la
componente fallada, dejando en servicio el resto del sistema. Esto es que opere de
acuerdo a tiempos previstos en estudios de coordinación si se trata de protecciones con
retardo de tiempo intencional, o también que opere de acuerdo a su diseño y conexión si
se trata de protecciones de operación instantánea.
o Velocidad: Se requiere que los esquemas respondan con la plenitud prevista en diseño o
estudios de coordinación. Logrando con esto, reducir los efectos de daño en los equipos
con ahorro en su reparación y plazo para puesta en operación. Además con una
adecuada velocidad se reduce durante la falla, efectos negativos (sobre corriente, bajo
voltaje, etc.) en los componentes vecinos a la falla.
o Confiabilidad: Los esquemas incluyendo todo su equipo asociado deberá de ser de muy
baja probabilidad de falla, y esto se logra en la medida que se observan los siguientes
factores: utilizara equipos de diseño y aprobados en diversas condiciones, hacer un
seguimiento del comportamiento del esquema y aplicar un programa de mantenimiento
preventivo-correctivo al total del esquema.
o
o
o
o
Para fines de programación de mantenimiento preventivo y análisis de falla, los
esquemas se pueden fraccionar en cuatro partes básicas:
Transformadores de instrumento:
instrumento: Su función es obtener la información de voltaje
y/o corriente del circuito primario, y en forma proporcional de acuerdo a su
relación alimentar al esquema de protección en forma constante. A esta partes e le
denomina “obtención de información”.
Alambrado y transformadores auxiliares:
auxiliares: En esta etapa se efectúa la comunicación
de datos o señales desde el secundario de los transformadores de instrumento
hasta los relevadores pudiendo contar con transformadores auxiliares de voltaje o
corriente con fines de aislamiento, cambios de conexiones o de relación. A esta
partes e le denomina “comunicación de datos”.
Relevadores:
Relevadores: Es aquí donde se efectúa el procesamiento de datos y se decide si es
necesario que el esquema tome acciones, estos relevadores pueden ser
monofásicos o trifásicos, pueden recibir señales de corriente o voltaje,
alimentados con corriente alterna o corriente directa, estos relevadores en la
mayoría de los casos tienen banderas o indicadores de que han operado. A esta
parte se le denomina “procesamiento de datos”.
Alambrado, bobinas de disparo, alarmas, relevadores auxiliares, etc.:
etc.: Es la última
etapa y es donde debe ocurrir la acción deseada y necesaria dada la condición del
circuito primario, esta acción puede ser una alarma, el disparar un interruptor un
bloqueo de cierre o apertura o bien una combinación de varias acciones. A esta
parte se le denomina “medio de acción”.
Existe una designación a base de números (1 al 99) para los
relevadores y equipos de una red eléctrica, acordado por la “ANSI”
(American National Standard Institute) y el “IEEE” (Institute of Electric
and Electronic Enginers) la cual facilita la descripción de estos
equipos en diagramas, especificaciones, reportes, etc.
CIRCUITO DE C. ALTERNA
TRANSFORMADORES
DE INSTRUMENTO
CIRCUITO DE C. DIRECTA
ALAMBRADO
TRANSF. AUX.
ETC.
EQUIPO DE
PROTECCION
(RELEVADORES)
ALAMBREDO}
BOBINA DE DISPARO
RELES AUX.
ALARMAS
INT.
T. Aux.
RELE
OBTENCION DE
INFORMACION
COMUNICACIÓN
DE DATOS
RX
PROCESAMIENTO
DE DATOS
ALARMA
MEDIO DE
ACCION
PERIDICIDAD DE MANTENIMIENTO
CADA 3 AÑOS
CADA 3 AÑOS
CADA AÑO
ESQUEMA DE PROTECCION
PARTES BASICAS Y SU MANTENIMIENTO
ESQUEMA TIPICO DE UN RELEVADOR 50/51 V EN SUBESTACIONES DE ALTA TENSION
CADA AÑO
1.1.-Rutinas de Mantenimiento Predictivo.+
o
o
o
o
o
o
o
o
Termografia mediante rayos infrarrojos a los siguientes equipos:
Líneas aéreas de alta y media tensión.
Equipos de alta tensión.
Tableros de media tensión.
Tableros de baja tensión.
Centros de Control de Motores.
Arrancadores y Contactores.
Análisis de aceites aislantes:
Cromatografía de gases disueltos en el aceite.
Pruebas físico químicas dieléctricas:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
Rigidez Dieléctrica.
Resistividad.
Factor de Potencia.
Tensión Interfacial.
Acidez.
Contenido de humedad.
2.2.-Rutinas de Mantenimiento Preventivo.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Inspección y limpieza de aislamientos de alta y media tensión.
Aisladores de suspensión y soporte.
Cuchillas, apartarrayos, TP’s y TC’s.
Boquillas de transformador e interruptor.
Tableros de media y baja tensión.
Bancos de capacitores.
Resistencia de Neutro de transformadores.
Inspección y pruebas a los siguientes equipos:
Interruptores de alta y media tensión.
Cuchillas, apartarrayos, TP’s y TC’s.
Transformadores de potencia y distribución.
Tableros de media tensión.
Interruptores de baja tensión (unidad de disparo).
Sistemas de tierras.
Cargador y banco de baterías.
Bancos de capacitores.