ge r ge 1 Preguntas y Comentarios M eg ge rM eg ge Envíenos sus preguntas y comentarios rM eg ge rM Seminario eg Respuesta Dieléctrica en el Dominio de Frecuencia rM eg Optimización del Mantenimiento de Transformadores con Diagnóstico Avanzado del Aislamiento Introduzca aquí su pregunta 2 ge r rM eg Moderador ge Washington Cabrera 3 Presentado por: eg ge rM eg ge rM eg Gerente de Ventas para México rM Diego Robalino, PhD, PMP M eg ge Senior Applications Engineer Megger North America 4 ge r ge rM Webinar eg Respuesta Dieléctrica en el Dominio de Frecuencia rM eg Optimización del Mantenimiento de Transformadores con Diagnóstico Avanzado del Aislamiento rM eg ge 5 Agenda M eg ge rM eg ge Fundamentos de la Respuesta Dieléctrica en el Dominio de Frecuencia (DFR por sus siglas en Inglés) Aplicaciones de DFR Recomendaciones para ensayos DFR en campo Interpretación de resultados del ensayo DFR Priorización de actividades de mantenimiento de transformadores 6 ge r eg rM ge eg Respuesta Dieléctrica de Frecuencia rM eg ge rM FUNDAMENTOS Fundamentos de DFR ge Ensayo con equipo fuera de servicio rM eg El FP/FD y la capacitancia del sistema de aislamiento del transformador se miden sobre un amplio rango de frecuencia (típicamente en el rango de 1kHz a 1 mHz) M eg ge Los datos medidos pueden utilizarse tal como se han obtenido o como referencia para la aplicación del modelo X-Y 8 ge r Fundamentos de DFR rM Humedad en el aislamiento sólido FP/FD y/o conductividad del aislamiento líquido FP/FD @ 60 Hz, corregido con precisión a 20°C mediante la corrección individual de temperatura (ITC, en sus siglas en inglés) 9 rM eg ge rM eg ge • • • eg Según los resultados del modelo, los siguientes parámetros pueden estimarse : Incremento de humedad vs. vida del transformador ge Un transformador seco: eg • Puede soportar condiciones de sobrecarga (planificadas/de emergencia) rM Un transformador húmedo: ge • Deberá limitar el proceso de carga para evitar la generación de burbujas que den lugar a un fallo catastrófico • Acelera los procesos de envejecimiento y oxidación M eg Humedad, oxígeno y temperatura afectan continuamente la condición del complejo sistema de aislamiento de un transformador 10 ge r Distribución de la Humedad en el Transformador 50 toneladas de aceite con un contenido de agua de 20 ppm = 1Kg H2O = 1L H2O 5 toneladas de celulosa con 3% de contenido de agua = 150 Kg H2O = 150L H2O rM • • eg El aislamiento en un transformador de potencia está compuesto de celulosa impregnada y aceite. 3% de agua en 10 toneladas de celulosa 11 rM eg ge rM 20ppm (partes por millón) en 50 toneladas de aceite eg ge ¡Casi toda el agua se encuentra en la celulosa! M eg ge rM eg ge Distribución de la Humedad en el Transformador ¡La humedad en las muestras de cartón prensado/papel dependen de su ubicación! Gubanski et al, “Diagnóstico fiable del aislamiento de un transformador de AT para garantizar la seguridad del sistema de transmisión de energía. REDIATOOL – un Proyecto de Investigación Europeo“, D1-207 CIGRE 2006 12 ge r eg Efecto de la Humedad en el Rendimiento del Transformador rM El alto contenido de humedad limita la capacidad de carga debido a que la temperatura que genera burbujas es inferior eg ge El alto contenido de humedad disminuye la rigidez dieléctrica del aceite y la tensión de inicio de descargas parciales rM eg ge rM eg ge rM El alto contenido de humedad acelera drásticamente el proceso de envejecimiento del aislamiento de celulosa ge Respuesta de Frecuencia Dieléctrica M eg APLICACIONES DE DIAGNÓSTICO 13 ge r 15 rM eg ge rM eg ge rM eg Curva típica de la Respuesta Dieléctrica del ACEITE M eg ge rM eg ge Respuesta típica de la Respuesta Dieléctrica de la CELULOSA 16 ge r rM eg Curva DFR del transformador = respuesta ACEITE + CELULOSA eg ge + 17 rM eg ge rM = M eg ge rM eg ge Curva típica DFR del TRANSFORMADOR Influencia del aceite Paper influence 18 ge r eg Aplicaciones de la DFR 19 rM eg ge rM eg ge rM La DFR no se utiliza sólo para el análisis de transformadores de potencia. La DFR también determina el estado de los bushings, transformadores de corriente, cables, etc. M eg ge rM eg ge Aplicación en bushings de AT de papel impregnado en aceite 20 ge r rM eg ge rM eg Aplicación en Transformadores de Intensidad de Corriente rM eg ge 21 Geometría M eg ge rM eg Humedad ge Factores que afectan a la DFR Conductividad del aceite Humedad Geometría - Temperatura + 22 ge r eg Temperatura rM El factor de potencia, y por tanto la DFR de un espécimen dependen de la temperatura y la frecuencia. eg ge La forma de la respuesta no cambia, sino que se desplaza a lo largo del espectro de frecuencia 23 Temperatura M eg ge rM eg ge rM eg ge rM Con altas temperaturas la respuesta se desplaza hacia frecuencias mayores y viceversa 24 ge r La medición a frecuencias muy bajas requiere de tiempo. Con el nuevo IDAX, un método multi-frecuencia o multi-tono reduce significativamente el tiempo de medición en un rango de frecuencia bajo, acortando el tiempo de ensayo total en aproximadamente un 40%. Este método SÓLO puede aplicarse en el proceso de espectroscopía en el dominio de frecuencia. rM • eg ge rM • eg Tiempo de ensayo de DFR rM eg ge 25 ge Temperatura, Frecuencia y Tiempo Temperatura de aislamiento Tiempo para el IDAX 32 – 41 0.1 Sobre 3 h 25 min 41 – 50 0.2 Sobre 1 h 44 min 10 – 20 50 – 68 0.5 Sobre 43 min 20 – 30 68 – 86 1 Sobre 22 min 30 – 45 86 – 113 2 Sobre 12 min 45 – 60 113 - 140 5 Sobre 6 min >60 > 140 10 Sobre 3.5 min °C 0–5 M eg ge rM 5 – 10 eg °F Frecuencia mín. sugerida, mHz 26 eg ge r Corrección de Factor de Potencia por Temperatura 3.50 rM 3.00 2.50 ge 2.00 Typical temp correction, Power Transformers (IEEE C57.12.90) eg 1.50 1.00 0.00 10 20 30 40 50 60 70 80 27 rM eg ge 0 rM 0.50 ge Tabla de Corrección M eg ge rM eg Corrección de Temperatura FD: Criterio IEEE Std C57.12.90-2006 tgδ (20 ºC) = tgδ (xºC) / K “La experiencia nos muestra que la variación del factor de potencia por temperatura es muy amplia y errática, por lo que una sola curva de corrección no se ajusta a todos los casos.” 28 ge r eg DFR - ITC únicas P.F. @ 0.001 Hz 100 % rM Cada punto se corresponde con un valor del factor de potencia medido a una temperatura constante y un valor de frecuencia conocido ge Factor de potencia 10 % 1% rM 0.1 % 0.001 Hz Frecuencia 60 Hz 1000 Hz 29 rM eg ge 0 P.F. @ 1000 Hz eg P.F. @ 60 Hz CHL M eg ge rM eg ge Aplicación de la DFR – ITC de dominio de frecuencia a dominio térmico 30 ge r Aplicación de DFR – Monitoreo eg Secado en fábrica ge rM • Los transformadores de potencia se secan en fábrica hasta un contenido residual de menos del 0.5% del peso del papel aislante rM eg • El secado de fase-vapor y queroseno (KVPD) se utiliza para montajes para tensiones de >110kV y grandes MVA rM eg ge Referencia: Planta de procesamiento fase-vapor ABB Micafill M eg ge rM eg ge Aplicación de DFR – Monitoreo ge r eg Monitoreo DFR durante el secado en horno 140 4.00 3.50 80 60 ge 3.00 100 2.50 2.00 1.50 1.00 10 20 30 Tiempo [horas] 20 0 50 60 Temperature 33 33 rM eg ge % moisture 40 rM 0 40 Temperatura [°C] 120 rM 4.50 eg % de humedad en celulosa 5.00 ge Aplicación DFR – Monitoreo Tratamiento en línea Regeneración y desgasificación del aceite Vacío y calor rM • • • eg Los fabricantes de transformadores y compañías de mantenimiento utilizan DFR para examinar y seguir los procesos de secado, como p. ej. M eg ge Es importante confirmar resultados y no sobrepasar el requerimiento de secado La DFR también puede utilizarse para monitorear el proceso de impregnación 34 ge r eg rM ge eg Ensayo en Campo de Respuesta Dieléctrica rM eg ge rM RECOMENDACIONES Primero: ge Recomendaciones para ensayos DFR en campo M eg ge rM eg • Ver el volumen más representativo de aislamiento sólido de la muestra sometida a ensayo. – Como se ha determinado antes, la mayor ventaja de la DFR es la detección de la concentración de humedad en el aislamiento sólido. Por tanto, el ensayo más importante se realiza en las capacitancias entre devanados. – Si se ensaya en un autotransformador, utilice la capacitancia entre AT y el punto de puesta a tierra – Si se utiliza un bushing, utilice la capacitancia C1 36 ge r Recomendaciones para ensayos DFR en campo eg Segundo: 37 rM eg ge rM eg ge rM • Verifique que todas las conexiones se realizan según el diagrama de conexionado • Asegúrese de que el instrumento de ensayo y la muestra están conectados al mismo potencial de puesta a tierra • Asegúrese de que todos los terminales están corto cicuitados correctamente para crear el electrodo capacitivo Recomendaciones para ensayos DFR en campo ge Tercero: • Seleccione la temperatura representativa del sistema aislamiento eg • Debido al tiempo necesario para realizar un barrido completo, se recomienda realizar el ensayo a 10 o 15°C sobre la temperatura ambiental. rM • Normalmente se utiliza la temperatura de la parte superior del aceite (TOT). – Verifique si hay disponibles instrumentos de medición adicionales M eg ge – Verifique si el sensor de temperatura funciona adecuadamente y está calibrado – Determine el valor de la temperatura media del sistema de aislamiento – Si es necesario, mida la temperatura del aceite del fondo de la cuba del transformador. 38 ge r Recomendaciones para ensayos DFR en campo eg Cuarto: 39 rM eg ge rM eg ge rM • En la mayoría de los casos, durante el ensayo de diagnóstico en campo, el espécimen aislado se encuentra en la cercanía de otros equipos energizados • El transformador, el bushing o el instrumento se aísla y desenergiza, aunque todo lo demás sí se encuentra en condiciones operativas • La DFR es una señal de baja tensión. Con frecuencias muy bajas, la intensidad de corriente medida es también muy baja, y la relación señal/ruido es mayor • El equipo para medición DFR en campo IDAX300 se fabrica con filtros especialmente diseñados para minimizar el efecto del ruido en subestaciones de AT. 10 -8 10 -9 rM -7 10 -10 10 -11 -12 10 -13 10 -14 10 1 Reference: C: Reference 0 uA AC, 0nA DC C: 130 130 uA uA RMS RMS AC,-60dB Sine-corr. filter filter C: 710 710 uA uA RMS RMS, AC,1900 1900nA nADC, DC,Improved improvedfilter filter 0,1 M eg ge 10 Dissipation factor (Tan-delta) eg Capacitance (F) 10 ge Recomendaciones para ensayos DFR en campo 0,001 710 A CA + 1900 nA CC no afectan a las mediciones DFR en el dominio de frecuencia 0,01 0,01 0,1 1 10 100 0,001 1000 Frequency (Hz) 40 ge r Corriente de medición [A] Corriente de Señal para nivel de ruido interferencia [A] 1000 100 50 0.1 0.001 4400 440 220 0.4 0.004 220 220 220 220 220 Frecuencia Corriente de medición [A] Corriente de interferencia [A] Señal para nivel de ruido 1000 100 50 0.1 0.001 44000 4400 2200 4 0.04 220 220 220 220 220 200:1 20:1 10:1 1:50 1:5000 eg ge rM 20:1 2:1 1:1 1:500 1:50000 41 rM eg ge U = 1400V Frecuencia rM U = 140V eg Recomendaciones para ensayos DFR en campo ge Recomendaciones para ensayos DFR en campo Amplificador de alta tensión VAX 020 para eg IDAX300/350 rM Aumenta la tensión de salida del IDAX 300/350 de M eg ge 200 V a 2 kV 42 ge r eg Recomendaciones para ensayos DFR en campo rM eg ge rM eg ge rM eg ge rM Ventajas clave; DFR permite mediciones en subestaciones con alta interferencia de CC o CA , p. ej. en subestaciones de conversión de AC/DC Amplificador de 2 kV para medición DFR hasta 1 kHz, en especial para objetos de baja capacitancia, como aceite aislamiento, TCs y bushings Medicion de capacitancia y FP/FD a 2 kV y a frecuencia del sistema Ensayos de tensión en incremento (TIP UP) ge Respuesta de Frecuencia Dieléctrica M eg INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 43 ge r eg Interpretación del contenido de humedad según normas y guías internacionales 7 % de humedad en aislamiento de celulosa rM 6 5 Exessively wet ge 4 Wet Moderately wet 3 Dry eg Good/New 2 rM 1 Transformador nuevo, seco (IEC) 0 IEC 60422 IEEE 62-1995 CIGRE 349 Megger 45 rM eg ge Normas/guías M eg ge rM eg ge DFR – Análisis Automático • Una vez finalizada la medición, los datos se analizan de forma automática y el aislamiento se califica en parámetros como: • C „ apacitancia y tan / factor de potencia a frecuencia de sistema, corregido a 20°C • % de humedad aislamiento sólido en el • FD/FP o conductividad aceite dieléctrico a 25°C del 46 ge r rM eg ge rM eg ge rM eg ge rM eg DFR – Análisis Automático ge Priorización del Transformador M eg ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO 47 ge r ge rM Transformador seco (0.5%) con aceite envejecido (alta conductividad/disipación) eg DFR – Investigando valores 0.5% 49 rM eg ge Transformador humedo (3.3%) con buen aceite rM eg Transformador envejecido por uso, 2% de humedad y aceite envejecido Resumen y conclusiones ge Los análisis/mediciones DFR pueden: M eg ge rM eg Investigar causas del aumento del FP/FD en equipos de AT estimar el contenido de humedad en el aislamiento celulósico de transformadores de potencia y bushings estimar el FD/FP y/o conductividad del aceite dieléctrico estimar la dependencia de la temperatura de un objeto, y a partir del factor de disipación medido a una determinada temperatura, calcular el factor de disipación a otra diferente 50 ge r Resumen y conclusiones rM eg ge rM eg ge rM eg identificar las respuestas atípicas causadas por contaminación utilizarse en zonas de interferencia con tecnología de avanzada que permite filtración de la señal y utilización del amplificador VAX020 para una mayor tensión de ensayo en todo el espectro dieléctrico. permitir a los operadores y gerentes de mantenimiento/activos organizar y priorizar actividades de mantenimiento y minimizar la probabilidad de fallas en el sistema. Contáctenos eg ge España Gerente de Ventas: Ignacio Hortal Robles T.E.: +34 916 16 54 96 eMail: info.es@megger.com ge rM México Gerente de Ventas: Washington Cabrera T.E.: +1 214 331 7382 eMail: washington.cabrera@megger.com M eg Sudamérica Departamento de Ventas: Benjamin Lavis T.E.: +1 214-330-7350 eMail: info.csa@megger.com 51
