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1 Optimización del Mantenimiento de Transformadores con Diagnóstico Avanzado del Aislamiento Envíenos sus preguntas y comentarios Respuesta Dieléctrica en el Dominio de Frecuencia Seminario Preguntas y Comentarios Introduzca aquí su pregunta 1 2

2 Washington Cabrera Gerente de Ventas para México Diego Robalino, PhD, PMP Senior Applications Engineer Megger North America Moderador Presentado por: 3 4

3 Optimización del Mantenimiento de Transformadores con Diagnóstico Avanzado del Aislamiento Respuesta Dieléctrica en el Dominio de Frecuencia Webinar Agenda 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 5 6

4 Respuesta Dieléctrica de Frecuencia FUNDAMENTOS Ensayo con equipo fuera de servicio 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) Los datos medidos pueden utilizarse tal como se han obtenido o como referencia para la aplicación del modelo X-Y Fundamentos de DFR 8

5 Fundamentos de DFR Según los resultados del modelo, los siguientes parámetros pueden estimarse : Humedad en el aislamiento sólido FP/FD y/o conductividad del aislamiento líquido 60 Hz, corregido con precisión a 20 C mediante la corrección individual de temperatura (ITC, en sus siglas en inglés) Incremento de humedad vs. vida del transformador Un transformador seco: Puede soportar condiciones de sobrecarga (planificadas/de emergencia) Un transformador húmedo: 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 Humedad, oxígeno y temperatura afectan continuamente la condición del complejo sistema de aislamiento de un transformador 9 10

6 Distribución de la Humedad en el Transformador El aislamiento en un transformador de potencia está compuesto de celulosa impregnada y aceite. 50 toneladas de aceite con un contenido de agua de 20 ppm = 1Kg H 2 O = 1L H 2 O 5 toneladas de celulosa con 3% de contenido de agua = 150 Kg H 2 O = 150L H 2 O Casi toda el agua se encuentra en la celulosa! 20ppm (partes por millón) en 50 toneladas de aceite Distribución de la Humedad en el Transformador 3% de agua en 10 toneladas de celulosa 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

7 Efecto de la Humedad en el Rendimiento del Transformador El alto contenido de humedad limita la capacidad de carga debido a que la temperatura que genera burbujas es inferior El alto contenido de humedad disminuye la rigidez dieléctrica del aceite y la tensión de inicio de descargas parciales El alto contenido de humedad acelera drásticamente el proceso de envejecimiento del aislamiento de celulosa Respuesta de Frecuencia Dieléctrica APLICACIONES DE DIAGNÓSTICO 13

8 Curva típica de la Respuesta Dieléctrica del ACEITE Respuesta típica de la Respuesta Dieléctrica de la CELULOSA 15 16

9 Curva DFR del transformador = respuesta ACEITE + CELULOSA = Paper influence + Curva típica DFR del TRANSFORMADOR Influencia del aceite 17 18

10 Aplicaciones de la DFR 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. Aplicación en bushings de AT de papel impregnado en aceite 19 20

11 Aplicación en Transformadores de Intensidad de Corriente Humedad Factores que afectan a la DFR Geometría - Temperatura + Conductividad del aceite Geometría Humedad 21 22

12 Temperatura El factor de potencia, y por tanto la DFR de un espécimen dependen de la temperatura y la frecuencia. La forma de la respuesta no cambia, sino que se desplaza a lo largo del espectro de frecuencia Con altas temperaturas la respuesta se desplaza hacia frecuencias mayores y viceversa Temperatura 23 24

13 Tiempo de ensayo de DFR 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. Temperatura, Frecuencia y Tiempo Temperatura de aislamiento C F Frecuencia mín. sugerida, mhz Tiempo para el IDAX Sobre 3 h 25 min Sobre 1 h 44 min Sobre 43 min Sobre 22 min Sobre 12 min Sobre 6 min >60 > Sobre 3.5 min 25 26

14 Corrección de Factor de Potencia por Temperatura Tabla de Corrección Typical temp correction, Power Transformers (IEEE C ) Corrección de Temperatura FD: Criterio IEEE Std C 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

15 Factor de potencia 100 % 10 % 1 % 0.1 % Hz Hz DFR - ITC únicas Frecuencia Cada punto se corresponde con un valor del factor de potencia medido a una temperatura constante y un valor de frecuencia conocido 60 Hz 60 Hz Aplicación de la DFR ITC de dominio de frecuencia a dominio térmico 1000 Hz 1000 Hz C HL 29 30

16 Aplicación de DFR Monitoreo Secado en fábrica Los transformadores de potencia se secan en fábrica hasta un contenido residual de menos del 0.5% del peso del papel aislante El secado de fase-vapor y queroseno (KVPD) se utiliza para montajes para tensiones de >110kV y grandes MVA Aplicación de DFR Monitoreo Referencia: Planta de procesamiento fase-vapor ABB Micafill

17 % de humedad en celulosa Temperatura [ C] Monitoreo DFR durante el secado en horno Tiempo [horas] % moisture Temperature Aplicación DFR Monitoreo Los fabricantes de transformadores y compañías de mantenimiento utilizan DFR para examinar y seguir los procesos de secado, como p. ej. Tratamiento en línea Regeneración y desgasificación del aceite Vacío y calor Es importante confirmar resultados y no sobrepasar el requerimiento de secado La DFR también puede utilizarse para monitorear el proceso de impregnación

18 Ensayo en Campo de Respuesta Dieléctrica RECOMENDACIONES Primero: Recomendaciones para ensayos DFR en campo 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

19 Segundo: Recomendaciones para ensayos DFR en campo 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 Tercero: Recomendaciones para ensayos DFR en campo Seleccione la temperatura representativa del sistema aislamiento Debido al tiempo necesario para realizar un barrido completo, se recomienda realizar el ensayo a 10 o 15 C sobre la temperatura ambiental. Normalmente se utiliza la temperatura de la parte superior del aceite (TOT). Verifique si hay disponibles instrumentos de medición adicionales 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

20 Recomendaciones para ensayos DFR en campo Cuarto: 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. Recomendaciones para ensayos DFR en campo Capacitance (F) Dissipation factor (Tan-delta) 10 C: Reference: 0 ua AC, 0nA DC C: ua ua RMS RMS AC, -60dB Sine-corr. filter filter C: ua ua RMS RMS, AC, 1900 na DC, Improved improved filter 0, ,001 0,001 0,01 0, Frequency (Hz) 1 0,1 710 A CA na CC no afectan a las mediciones DFR en el dominio de frecuencia 39 40

21 U = 140V U = 1400V Recomendaciones para ensayos DFR en campo Frecuencia Corriente de medición [ A] Corriente de interferencia [ A] : : : : :50000 Frecuencia Corriente de medición [ A] Corriente de interferencia [ A] : : : : :5000 Señal para nivel de ruido Señal para nivel de ruido Recomendaciones para ensayos DFR en campo Amplificador de alta tensión VAX 020 para IDAX300/350 Aumenta la tensión de salida del IDAX 300/350 de 200 V a 2 kv 41 42

22 Recomendaciones para ensayos DFR en campo 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) Respuesta de Frecuencia Dieléctrica INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 43

23 Interpretación del contenido de humedad según normas y guías internacionales % de humedad en aislamiento de celulosa IEC IEEE CIGRE 349 Megger Normas/guías Exessively wet Wet Moderately wet Dry Good/New Transformador nuevo, seco (IEC) DFR Análisis Automático Una vez finalizada la medición, los datos se analizan de forma automática y el aislamiento se califica en parámetros como: Capacitancia y tan / factor de potencia a frecuencia de sistema, corregido a 20 C % de humedad en el aislamiento sólido FD/FP o conductividad del aceite dieléctrico a 25 C 45 46

24 DFR Análisis Automático Priorización del Transformador ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO 47

25 DFR Investigando valores 0.5% Transformador envejecido por uso, 2% de humedad y aceite envejecido Transformador humedo (3.3%) con buen aceite Transformador seco (0.5%) con aceite envejecido (alta conductividad/disipación) Resumen y conclusiones Los análisis/mediciones DFR pueden: 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 49 50

26 Resumen y conclusiones 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 España Gerente de Ventas: Ignacio Hortal Robles T.E.: info.es@megger.com México Gerente de Ventas: Washington Cabrera T.E.: washington.cabrera@megger.com Sudamérica Departamento de Ventas: Benjamin Lavis T.E.: info.csa@megger.com 51