DIANA MARCELA CAMARGO GONZALEZ. Director NELSON ALFONSO Ingeniero Electricista UNIVERSIDAD DE LA SALLE

Transcripción

1 REDISEÑO DEL CAMPO DE PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION DE SIEMENS S.A. Y ASEGURAMIENTO METROLÓGICO DE LA CALIDAD MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA NORMA ISO DIANA MARCELA CAMARGO GONZALEZ Director NELSON ALFONSO Ingeniero Electricista UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA BOGOTA D.C Diana Marcela Camargo González

2 REDISEÑO DEL CAMPO DE PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION DE SIEMENS S.A. Y ASEGURAMIENTO METROLÓGICO DE LA CALIDAD MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA NORMA ISO DIANA MARCELA CAMARGO GONZALEZ Trabajo de grado presentado para optar el título de Ingeniero Electricista Director NELSON ALFONSO Ingeniero Electricista UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA BOGOTA D.C Diana Marcela Camargo González

3 Nota de aceptación Director Jurado Jurado Bogotá DC Diana Marcela Camargo González

4 AGRADECIMINETOS Al Ingeniero Nelson Alfonso, gerente de transformadores de distribución SIEMENS S.A. por la oportunidad de desarrollar este proyecto, por su tiempo, dedicación y guiado como director, para el desarrollo del mismo. Al Ingeniero Gustavo Romero, jefe del campo de pruebas de distribución SIEMENS S.A. por su dedicación, enseñanzas, y ser un gran maestro en el área de transformadores. Al Ingeniero Javier Ricardo Pardo, ingeniero comercial fábrica, por su colaboración en el desarrollo de este proyecto, por su amable amistad y por la oportunidad de trabajar con el. A la FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA de la Universidad de la Salle. A la UNIVERSIDAD DE LA SALLE y a la Comunidad Lasallista por la formación integral que me brindaron. A todo el área POWER TRANSMISSION AND DISTRIBUTION de SIEMENS ANDINA S.A. Diana Marcela Camargo González

5 A Dios Por la prolongación de la vida. A mis padres Por su esfuerzo, amor y confianza; Esto es de ustedes. A mi hermana Viviana Por su motivación y amistad. A mi sobrino, Porque esa pequeña gran vida es mi motivo de alegría. A mi mejor amiga y casi hermana Karoll Por su constante apoyo y comprensión. Al ángel que se nos escapo de las manos porque desde el cielo me cuida todos los días. Y a ti, aunque estés ausente. Fueron estas personas mi fortaleza y soporte para lograr esta meta y gran sueño de mi vida. Diana Marcela Camargo González Diana Marcela Camargo González

6 GLOSARIO ANSI: American National Standard Institute BS: British Standards Calibración: Determinación y documentación del desvío de la indicación de un instrumento de medición ( o del valor característico asignado a una medida materializada) respecto del valor convencional verdadero del mesurado o magnitud medida. Carga: Potencia aparente en megavoltamperios, kilovoltamperios o voltamperios que pueden ser transferidos por un transformador. CIDET: Corporación Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Circuito abierto: Condición existente cuando la corriente a través de dos terminales es idéntica a cero. Circuito Eléctrico: Interconexión de elementos eléctricos en una trayectoria cerrada. Circuito Magnético: Interconexión de flujo magnético en una trayectoria cerrada. Consola: Centro de mando para las diferentes pruebas y lecturas de mediciones necesarias. Corto Circuito: Condición que existe cuando el voltaje entre dos terminales es idéntica a cero. Corriente: Razón de flujo de carga eléctrica. Velocidad de cambio temporal de la carga i=dq/dt. Energía: Capacidad para realizar un trabajo. Exactitud: Aproximación que se puede tener a la medida real. ICONTEC: Instituto Colombiano de Normas Técnicas. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. Diana Marcela Camargo González

7 IEC: International Electrotechnical Commission. ISO: International Organization for Standardization JEC: Japanese Electrotechnical Committee Laboratorios de Ensayos: Lugar donde se realizan pruebas y ensayos a sustancias, materiales o productos para la determinación de las características, aptitudes o funcionamiento de éstos. Laboratorios de Calibraciones: Lugar donde se realizan mediciones y calibraciones de patrones, instrumentos o sistemas de medición de magnitudes físicas o químicas, dentro de intervalos de medición e incertidumbres de medida específicas. NTC: Norma Técnica Colombiana Organismos de Certificación: Son aquellos que realizan la expedición de certificados de conformidad, dan constancia por escrito o por medio de un sello, que un sistema de gestión, un producto, un servicio, un proceso o la calificación de una persona está conforme con un reglamento técnico o una norma técnica. OBP.: Objeto Bajo Prueba. Potencia: Energía por unidad de tiempo, P= dw/dt. Potencial: magnitud, medida en voltios, que expresa la diferencia de tensión puntos entre dos puntos de un circuito. Precisión: Grado hasta el cual un instrumento provee mediciones repetidas de la misma unidad, indica cuan frecuentemente se puede obtener medidas idénticas. SAT: Siemens Andina Transformadores. Tensión: Voltaje con que se realiza una transmisión de energía eléctrica. Trazabilidad: Proceso en el que la indicación de un instrumento de medición (o el valor característico asignado a una medida materializada) puede, en una o más etapas, compararse con el patrón nacional e internacional de la magnitud en cuestión. En cada una de estas etapas, se realiza la calibración por comparación con un patrón cuya calidad metrológica ya se ha determinado con otro patrón de nivel superior. Diana Marcela Camargo González

8 TRM : es la tasa representativa del mercado que se obtiene como resultado del promedio simple de los promedios ponderados de las tasas de compra y venta de divisas del sistema financiero, excluidas las operaciones por ventanilla. TTR: Transformer Test Ratio Uz: Impedancia a la tensión de un transformador (Tensión de cortocircuito de un transformador). Tensión requerida para hacer circular la corriente nominal a través de uno de los devanados específicos de un transformador cuando el otro devanado esta en cortocircuito, con los devanados conectados como para operación a tensión nominal. Es expresada generalmente en por unidad o porcentaje de la tensión nominal del devanado en que se mide la tensión. Variac: Transformador con relación de transformación variable para obtener diversos niveles de tensión en el secundario a fin de ajustar a valores requeridos. Voltaje: Cantidad de voltios que actúan en un aparato o sistema eléctrico. Diana Marcela Camargo González

9 CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN 1 1. SIEMENS S.A PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION 5 3. PRUEBAS ELÉCTRICAS A LOS TRANSFORMADORES CLASIFICACION SEGÚN NORMAS ANSI CLASIFICACION SEGÚN NORMAS IEC PRUEBA DE RESISTECIA DE AISLAMIENTO PRUEBA DE FACTOR DE DISIPACION DE LOS AISLAMIENTOS Y CAPACITANCIA OBJETIVO DE LA PRUEBA PROCEDIMIENTO CRITERIOS DE ACEPTACION O DE RECHAZO PRUEBA DE RELACION DE TRANSFORMACION Y POLARIDAD Marcas de Polaridad Aplicación del equipo de prueba de la relación de espiras de transformadores T.T.R Interpretación de Resultados PRUEBA DE RESISTENCIA DE DEVANADOS PROCEDIMIENTO CARACTERISTICAS DEL EQUIPO USADO PRUEBA DE PÉRDIDAS EN VACÍO Y CORRIENTE DE EXCITACIÓN 25 Diana Marcela Camargo González

10 3.8 PRUEBA PÉRDIDAS EN CARGA E IMPEDANCIA DE CORTOCIRCUITO OBJETIVO DE LA PRUEBA PROCEDIMENTO PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO OBJETIVO DE LA PRUEBA PROCEDIMINETO PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO OBJETIVO DE LA PRUEBA PROCEDIMINETO PRUEBA DE IMPULSO ATMOSFERICO OBJETIVO DE LA PRUEBA PROCEDIMIENTO NORMALIZACION DE LA ONDA EQUIPO EMPLEADO (GENERADOR DE ONDA) CRITERIOS DE ACEPTACION O RECHAZO PRUEBA DE CALENTAMIENTO OBJETIVO MÉTODO DE CARGA DIRECTA MÉTODO DE OPOSICIÓN MÉTODO DE CARGA SIMULADA REDISEÑO DEL CAMPO DE PRUEBAS SIEMENS S.A ESTADO ACTUAL DEL LABORATORIO DE ENSAYOS 43 Diana Marcela Camargo González

11 4.1.1 ESTADO INICIAL DEL CAMPO DE PRUEBAS SIEMENS S.A PLANTA FISICA EQUIPOS EQUIPOS DEL LABORATORIO PRESUPUESTO PARA LA ACTUALIZACION Y MODERNIZACION DE LOS EQUIPOS DE PRUEBA MODERNIZACION DE LA PLANTA FISICA OFICINA NORMAS DE SEGURIDAD Direccionamiento Estratégico NORMA TÉCNICA COLOMBIANA ISO/ IEC REQUISITOS GENERALES DE COMPETENCIA DE LABORATORIOS DE ENSAYO Y CALIBRACIÓN PARA QUE SIRVE? REQUISITOS INICIALES NECESARIOS PARA LLEGAR A LA ACREDITACION DEL LABORATORIO DE ENSAYOS ALCANCE DE LA ACREDITACIÓN DE SIEMENS S.A CONCLUSIONES RECOMENDACIONES 72 BIBLIOGRAFÍA 73 ANEXOS 75 Diana Marcela Camargo González

12 LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Descripción de equipos requeridos y ensayos mínimos realizables en los campos de prueba. 9 Tabla 2. Clasificación de ensayos para transformadores de distribución según normas ANSI 11 Tabla 3. Clasificación de ensayos para transformadores de distribución según normas IEC 12 Tabla 4. Factores para corrección de resistencia de aislamiento por temperatura a 20º C 14 Tabla 5. Tiempos establecidos por las normas ANSI C57 72 para la prueba de tensión inducida 29 Tabla 6. Tensiones de prueba establecidas por el IEEE para transformadores sumergidos en aceite de acuerdo a su nivel de aislamiento. 32 Tabla7. Magnitud de las ondas de impulso normalizadas. 37 Tabla 8. Características de Equipos de prueba y de medida 50 Tabla 8.1 Tiempos de Fabricación para transformadores especiales (en horas) 55 Tabla 8.2 Número de horas hombre en cada actividad 56 Tabla 8.3 Tiempos de Fabricación para transformadores especiales (en horas) 56 Tabla 8.4 Número de horas hombre en cada actividad 57 Tabla 9. Listado de equipos necesarios y especificaciones técnicas para el nuevo campo de pruebas. 59 Tabla 10. Fases del proceso de acreditación. 69 Tabla 11. Alcance de la acreditación 69 Diana Marcela Camargo González

13 LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Principio de operación de un transformador 5 Figura 2. Transformador monofásico con el secundario en circuito abierto. 6 Figura 3. Diagrama de conexión para prueba de resistencia de aislamiento en un transformador trifásico. 13 Figura 4. Diagrama vectorial del factor de potencia de aislamiento. 15 Figura4.1. Diagrama de conexión para prueba de factor de disipación de los aislamientos en un transformador trifásico 16 Figura5. Diagrama para obtener de forma grafica los factores de corrección para la prueba de factor de disipación 17 Figura 6. Secuencia de conexiones para la prueba de relación de transformación y polaridad, en un transformador conexión delta estrella. 20 Figura 7. Conexión para la medición de resistencia óhmica del devanado por el método de caída de potencial 22 Figura 8. Esquema simplicado de los puentes (a) Wheatstone y (b) Kelvin 24 Figura 9. Puentes de Kelvin y Wheatstone conectados con el método de los cuatro hilos 24 Figura 10. Conexión para la medición de pérdidas en carga y corriente de excitación 26 Figura 11. Conexión para la medición de pérdidas en carga y tensión de cortocircuito 28 Figura 12. Circuito eléctrico para aplicar la prueba a un transformador trifásico, conectado en delta sus devanados de alta tensión y considerando que su aislamiento es uniforme. 30 Diana Marcela Camargo González

14 Figura 13. Circuito representativo para la prueba de un transformador trifásico, conectado en delta en alta tensión. 31 Figura 14. Esquema eléctrico para aplicar la prueba de potencial inducido a un transformador trifásico. 33 Figura 15. Representación de una onda de impulso completa. 34 Figura16. Tipos de forma de onda que son aplicadas en la prueba de impulso. 36 Figura17. Esquema eléctrico de un generador de impulso 38 Figura18. Esquema eléctrico para efectuar una prueba de impulso 39 Figura 19. Conexión para la prueba de calentamiento 42 Figura 20. Campo de pruebas Siemens S.A., para prueba de Transformadores con núcleo apilado. 44 Figura 21. Campo de Pruebas Siemens S.A. 44 Figura 22. Transformador intermedio SIEMENS S.A 45 Figura 23. Transformador intermedio, vista lateral superior. Sobre Plano diseño Mecánico 46 Figura 24. Cercamiento de Malla metálica 47 Figura 25. Área de compensación 47 Figura 26. Panel de Control antiguo 48 Figura 27. Panel de Control remodelado 49 Figura 28. Campo de Pruebas línea industria 53 Figura 29. Generador 54 Figura 30. Organigrama SIEMENS ANDINA Power Transmission and Distribution 58 Figura 31. Proyección para el desarrollo organizacional 67 Diana Marcela Camargo González

15 LISTA DE ANEXOS Pág. Anexo 1. Plano general 76 Anexo 2. Plano General campo de pruebas línea de media portencia Siemens Andina Trasnformadores (SAT). 77 Anexo 3. Campo de Pruebas línea de media potencia L.D.T (Vista 3D Lateral Superior) 78 Anexo4. Campo de Pruebas línea media potencia L.D.T (Vista 3D Frontal Superior) 79 Anexo 5. Plano General campo de pruebas línea Industria. Siemens Andina Transformadores (SAT) 80 Anexo 6. Campo de pruebas línea industria Siemens Andina Transformadores (SAT). (Vista 3D lateral superior) 81 Anexo 7. Campo de pruebas línea industria Siemens Andina Transformadores (SAT).(Vista 3D frontal superior) 82 Anexo 8. Presupuesto inicial 83 Anexo 9. Presupuesto final 85 Diana Marcela Camargo González

16 INTRODUCCIÓN Hoy en día en que se requiere transportar grandes cantidades de fluido eléctrico desde las fuentes de generación hasta los centros de consumo, no sería concebible sin el desarrollo de datos, equipos eléctricos como es el caso característico de los transformadores. Conforme la demanda eléctrica iba en aumento, la industria eléctrica, también fue teniendo un mayor crecimiento; luego entonces, la dificultad de trasladar este tipo de energía de un lugar a otro, fue haciéndose más evidente, pues en sus principios, se generaba corriente directa a baja tensión para alimentar los circuitos de alumbrado y de fuerza motriz; esto, hacía ineficiente la transmisión de grandes bloques de energía. Se vio entonces la necesidad de elevar la tensión en los centros de generación para llevar a cabo la transmisión de energía y reducirlo al llegar a los centros de carga o de consumo. El dispositivo ideal para llevar a cabo este proceso de transformación es el transformador, cambiándose con ello, el uso de la corriente directa a corriente alterna, dado que el transformador funciona sólo con corriente alterna. El transformador es una máquina estática la cual mediante inducción electromagnética transforma tensiones y corrientes eléctricas alternas o pulsantes entre dos o más devanados a la misma frecuencia y usualmente a valores diferentes de tensión y corriente. La identificación básica de un transformador está constituida por su potencia nominal, la tensión primaria que se aplica directamente al transformador, la tensión secundaria la cual es obtenida en los bornes de salida y el grupo de conexión. El sistema de transmisión y distribución por corriente alterna se ha hecho casi universal a causa de que el transformador hace posible el funcionamiento de las diferentes partes del sistema a sus tensiones mas adecuadas. Otros factores importantes que favorecen los sistemas de corriente alterna son las excelentes cualidades de los generadores sincrónicos y de los motores de inducción. No es exagerado afirmar que sin la simplicidad, manejabilidad y gran rendimiento del transformador, hubiera sido imposible el enorme desarrollo de los sistemas de transmisión y distribución eléctrica de los últimos cincuenta años. Un transformador es probado para verificar si ha sido adecuadamente diseñado y construido a fin de soportar la carga homologa, mientras que al mismo tiempo resista todas las situaciones peligrosas a que puede esperarse que esté expuesto en operación durante un período de veinte años o más. Diana Marcela Camargo González 1

17 En realidad, las pruebas hechas en fábrica sólo son un seguro idealizado aunque basados en resultados de prueba sobre el buen estado de los materiales aislantes y de las piezas más importantes, o sobre el de las que con más probabilidad puedan presentar defectos de diseño o de fabricación. Los ensayos que se realizan a los transformadores nuevos, reconstruidos o reparados se deben realizar dentro de un ambiente que garantice la veracidad de los resultados a través de procesos, equipos y manejo de información; es por esto que existen estándares nacionales e internacionales que permiten una unificación de criterios y crean unas condiciones mínimas para la realización de los ensayos dentro de un sitio especializado llamado LABORATORIO DE ENSAYOS ELÉCTRICOS. Desde hace algunos años, las empresas de nuestro país han vivido un marcado interés por certificar la calidad y excelencia de los procesos que realizan ante los diferentes organismos rectores de los procesos industriales y normalizados como el ICONTEC, CIDET y la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC) como máximo rector de la industria nacional. Este trabajo busca la utilización de nuevas tecnologías para la optimización en las pruebas realizadas a los transformadores y la implementación de la norma ISO/IEC La implementación de la norma ISO/IEC 17025, (Requisitos generales para la competencia de los Laboratorios de Calibración y Ensayo), es requisito indispensable en el proceso de acreditación del Campo de Pruebas de Transformadores de Distribución de Siemens S.A., el cual debido a su expansión y al aumento de la producción, es necesario. Para lograr esto, es necesaria la implementación de nuevas tecnologías que demuestre que Siemens está a la vanguardia de la tecnología y de la calidad de sus productos. El aporte del presente trabajo es la descripción y selección apropiada de los equipos necesarios para el cumplimiento de las normas, así como la implementación de un sistema de calidad específico para este tipo de actividades y el desarrollo de metodologías únicas para la realización de las pruebas en concordancia con las Normas Técnicas Colombianas y Normas Internacionales. Diana Marcela Camargo González 2

18 1. SIEMENS S.A. Durante 50 años de presencia en Colombia, Siemens ha acompañado el desarrollo de los principales proyectos de modernización del país en diversas áreas. El balance de estas cinco décadas de trabajo continuo en Colombia le permite a Siemens poseer un importante liderazgo del mercado y el reto de continuar generando proyectos de inversión y desarrollo que contribuyan decididamente al crecimiento del país. La tecnología Siemens forma parte de los proyectos de generación de energía más grandes del país como Chivor, Guavio, San Carlos, Termocartagena, Termobarranquilla, entre otros. En este campo la compañía ha trabajado con empresas como ISA en sus proyectos de interconexión eléctrica con Bolivia, Perú y Ecuador para competir globalmente y lograr una presencia internacional. Siemens e ISA acaban de firmar un contrato que permite completar la Autopista Energética Nacional. Para mejorar la confiabilidad del sistema interconectado nacional y modernizar la planta de equipos disponibles en TERMOPAIPA IV, Electrificadora de Boyacá S.A., EBSA, contrató con Siemens en Colombia la fabricación de un autotransformador de Potencia trifásico de 120/150/180 MVA 220/115/13.8 kv. El autotransformador, el más grande de su tipo fabricado en Colombia y en la Región Andina, será instalado en la ciudad de Paipa, Boyacá. Este equipo permitirá a la compañía EBSA mejorar la confiabilidad del sistema interconectado, modernizar su planta y proveer de un mejor servicio eléctrico para esta zona central del país. El Autotransformador desarrollado en la Fábrica de Transformadores de Siemens S.A. en Bogotá, tiene un peso total instalado de kg. (193 toneladas), con un peso de transporte terrestre de kg. (102 toneladas), y tiene unas dimensiones totales ensamblado de 12.2 metros de largo, 8.05 metros de alto y 6.6 metros de ancho. La fabricación, con alto valor agregado nacional demandó aproximadamente 6 meses de trabajo, incluyendo el diseño con ingeniería 100% colombiana y solo incluyó la adquisición e importación de materiales especiales no producidos en el país. De igual importancia ha sido el aporte que, en materia de telecomunicaciones, ha generado la multinacional alemana. A lo largo de estos años Siemens ha suministrado más de dos millones de líneas telefónicas, al igual que la primera red Diana Marcela Camargo González 3

19 nacional de datos y telex de Telecom y su red troncal digital, permitiendo que miles de colombianos tengan acceso a estos servicios. Durante este medio siglo de actividades en Colombia, la multinacional alemana ha trabajado de la mano con el Gobierno y las compañías privadas acompañando sus programas de crecimiento para llevar al país al Siglo XXI. "Nuestro principal objetivo ha sido y será ser un socio confiable para el desarrollo del país. Por esta razón Siemens apoya los retos de la Administración actual, y de todos los organismos del Estado y el sector privado para llevar al país hacia una paz duradera y proveer calidad de vida y oportunidades para todos los colombianos. Siemens ha sido acreditada con 6 certificaciones de Calidad Icontec - ISO La calidad de los equipos y el éxito del desarrollo de soluciones y proyectos realizados por Siemens descansan en tres pilares: innovación, relaciones de largo plazo con los clientes competitividad global Diana Marcela Camargo González 4

20 2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION El Transformador es un aparato eléctrico que por inducción electromagnética transfiere energía eléctrica de un circuito, a uno o más circuitos a la misma frecuencia, usualmente aumentando o disminuyendo los valores de tensión y corriente eléctrica. Un transformador puede recibir energía y devolverla a una tensión mas elevada, en cuyo caso es un transformador elevador, o puede devolverla a una tensión más baja, en cuyo caso es un transformador reductor. En el caso en que la energía suministrada tenga la misma tensión que la recibida en el transformador, se dice entonces, que este tiene una relación de transformación igual a la unidad. Usualmente utilizado como transformador de aislamiento. Un transformador consiste en un núcleo de material ferromagnético que forma un circuito magnético cerrado y sobre cuyas columnas o piernas se localizan dos devanados o arrollamientos aislados eléctricamente entre sí. Cuando la tensión U1 se aplica a las vueltas del arrollamiento primario y por éste circula una corriente se produce la magnetización del núcleo, aunque la única conexión presente entre las bobinas es el flujo magnético común que se encuentra dentro del núcleo, se induce una tensión U2 como se muestra en la Figura 1; esta tensión resultante U2 podrá tener una magnitud mayor o menor dependiendo de la relación de espiras que conformen el arrollamiento primario con respecto al secundario. [1] Figura 1. Principio de operación de un transformador Diana Marcela Camargo González 5

21 El transformador basa su operación en la acción mutua entre fenómenos eléctricos y magnéticos, y no contienen partes móviles o movibles (a excepción hecha de los mecanismos de derivaciones y la impulsión de ventiladores o bombas de enfriamiento utilizados grandes transformadores de potencia). La transferencia de la energía eléctrica por electromagnética de un arrollamiento a otro, dispuestos en el mismo circuito se realiza con excelente rendimiento. Las fuerzas electromotrices (f.e.m.) se inducen por la variación del flujo magnético. Los circuitos magnéticos están en reposo uno con respecto al otro, y las f.e.m. se inducen de la magnitud del flujo con el tiempo. El núcleo, como se representa en la figura 2, está formado de chapas de acero (grado eléctrico) superpuestas y con aislamiento interlaminar propio, de forma rectangular. En uno de los lados del núcleo se monta el devanado continuo P y en el opuesto otro devanado continuo S, que puede tener la misma relación de espiras que P, o no tenerla, tal como se representa de una manera esquemática en la figura 2. Una fuente suministra corriente alterna al arrollamiento primario P, en el que, al estar montado sobre el núcleo, su f.m.m. produce flujo alternativo Φ en el mismo. Las espiras del arrollamiento S abrazarán este flujo que, al ser alternativo, induce en S una f.e.m. de la misma frecuencia que el flujo. Debido a esta f.e.m inducida, el arrollamiento secundario S es capaz de suministrar corriente y energía eléctrica. La energía, por lo tanto, se transfiere del primario P al secundario S por medio del flujo magnético. El arrollamiento P, que recibe la energía, se llama el primario. El arrollamiento S, suministra energía, se llama el secundario. En un transformador, cualquiera de los arrollamientos puede hacer de primario, correspondiendo al otro hacer de secundario, lo que sólo depende cual de los dos es el que recibe la energía o el que la suministra a la carga. Figura 2. Transformador monofásico con el secundario en circuito abierto. Núcleo Fuente Diana Marcela Camargo González 6

22 3. PRUEBAS ELÉCTRICAS A LOS TRANSFORMADORES Un transformador es probado para verificar que ha sido adecuadamente diseñado y construido a fin de soportar la carga homologada, así como su resistencia a las condiciones a que se espera esté expuesto durante un período de operación continuo; pero la única prueba que realmente demuestra la vida útil de un transformador es ponerlo en servicio durante el mayor tiempo posible. Existen distintas formas de clasificación de los ensayos a transformadores las cuales pueden cambiar dependiendo del tipo y de la condición individual de los transformadores. Las pruebas hechas en fábrica únicamente son un seguro idealizado aunque basados en resultados de prueba sobre el buen estado de los materiales aislantes, de las piezas más importantes y de la forma como estos se ensamblaron. En general, a los transformadores se les practica una serie de ensayos que se realizan bajo estándares internacionales como ANSI, IEC, BS, JEC o nacionales que en nuestro caso corresponden a las Normas Técnicas Colombianas NTC. Ensayos en Fábrica Estos ensayos nos determinan la calidad de su fabricación, además de evaluar el estado en que se encuentra para soportar las condiciones normales de operación y las anormales provocadas por las condiciones de falla o de sobre tensiones de tipo atmosférico. [2] Los ensayos son: - Resistencia de aislamiento - Rigidez dieléctrica del aceite - Relación de transformación y polaridad - Resistencia óhmica de los devanados - Tensión aplicada - Tensión inducida - Impulso por descarga atmosférica (prototipos) - Calentamiento (prototipos) Ensayos que nos determinan la calidad del servicio para conocer la eficiencia de trabajo del transformador, así como su regulación de tensión. Además, determina si éste está dentro del porcentaje de impedancia de corriente de excitación establecido en las normas. Estos ensayos son: - Medición de la tensión de corto circuito y pérdidas con carga - Medición de las pérdidas y corriente sin carga (vacío). Diana Marcela Camargo González 7

23 Las pruebas en fábrica antes mencionadas se aplican al 100% de los transformadores, excepto la de impulso y calentamiento ya que estas solo se realizan en prototipos. Para efectos del proceso de acreditación del Laboratorio de Ensayos Eléctricos de SIEMENS S.A., ante la Superintendencia de Industria y Comercio se explicarán los ensayos en fábrica que son clasificados en la norma NTC 380 en ensayos de rutina y ensayos tipo. Los equipos utilizados para la realización de cada uno de los ensayos deben cumplir con los requisitos establecidos en la norma NTC 2743 como se muestra en la Tabla 1. Diana Marcela Camargo González 8

24 Tabla 1. Descripción de equipos requeridos y ensayos mínimos realizables en los campos de prueba. Fuente: NTC 2743 Diana Marcela Camargo González 9

25 Tabla 1. Continuación Fuente: NTC 2743 Diana Marcela Camargo González 10

26 3.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN NORMAS ANSI Tabla 2. Clasificación de ensayos para transformadores de distribución según normas ANSI ENSAYO RUTINA DISEÑO ESPECIAL Resistencia de Devanados * Relación de Transformación, polaridad y grupo vectorial * Pérdidas en Vacío y corriente de excitación * Pérdidas en Carga y tensión de Cortocircuito * Tensión Aplicada * Tensión Inducida * Impulso Atmosférico (1) * Calentamiento * Nivel de Ruido * Impedancia de Secuencia Cero * Impulso de Maniobra (2) * Capacitancia y Tangente delta * Resistencia de Aislamiento * Descargas Parciales * Capacidad de Cortocircuito * Hermeticidad * (1) Prueba de rutina para transformadores con tensión > 69 kv (2) Prueba de rutina para transformadores con tensión >340 kv Fuente : Norma ANSI Diana Marcela Camargo González 11

27 3.2 CLASIFICACION SEGÚN NORMAS IEC Tabla 3. Clasificación de ensayos para transformadores de distribución según normas IEC Tipo de Devanado Tensión Máxima Impulso (LI) Maniobra (SI) Inducida Larga Duración (ACLD) Inducida corta duración (ACSD) Aplicada (AC) Aislamiento Uniforme Um<72,5kV tipo Nota 1. no aplica no aplica Nota 1. rutina rutina 72,5<Um<170kV rutina no aplica especial rutina rutina Aislamiento no Uniforme 170<Um<300kV rutina rutina Nota 2. rutina especial Nota 2. rutina Nota 1. En algunos países el requerimiento es diferente Fuente: Norma ANSI Um>300 kv rutina rutina rutina especial rutina Nota 2. Si la prueba ASCD está especificada, la prueba SI no se requiere. Esto debe ser especificado en la oferta Diana Marcela Camargo González 12

28 3.3 PRUEBA DE RESISTECIA DE AISLAMIENTO La prueba de resistencia de aislamiento se realiza en fábrica, después de que el transformador ha terminado su proceso de secado y se encuentra a una temperatura entre 0 y 40º C. Esta prueba sirve, básicamente, para determinar la cantidad de humedad e impurezas que contienen los aislamientos del transformador. Figura 3. Diagrama de conexión para prueba de Resistencia de aislamiento en un transformador trifásico. 1T 3N 3R 1S 3S 3T 1R 2T 1N 2S 2R MEDIDOR RESISTENCIA DE AISLAMIENTO La prueba se efectúa con un aparato conocido como medidor de resistencia de aislamiento, a una tensión de 1000 voltios durante un minuto en el caso de Diana Marcela Camargo González 13

29 prueba de núcleo contra tierra, según norma ANSI. El análisis de resultados se realiza con los valores obtenidos y corregidos a 20º C; el criterio de análisis de resultados se realiza con los valores obtenidos y corregidos a 20º C; el criterio de aceptación o rechazo es fijado por el fabricante. Así mismo, deberá analizarse el incremento de la resistencia entre el primer minuto y el décimo minuto. El cociente de dividir el valor de resistencia de aislamiento a 10 minutos y el valor a 1 minuto, dará un número mayor a la unidad, que se conoce como índice de polarización (Ip) Rdeaislamiento.10 min Ip = (1) Rdeaislmiento.1min Los resultados de la prueba de resistencia de aislamiento se ven grandemente afectados por la temperatura, por lo que se tienen que ajustar empleando ciertos factores de corrección (K), los cuales se pueden tomar de la tabla 4. Tabla 4. Factores para corrección de resistencia de aislamiento por temperatura a 20º C TEMPERATURA FACTOR K TEMPERATURA FACTOR K PRUEBA DE FACTOR DE DISIPACION DE LOS AISLAMIENTOS Y CAPACITANCIA OBJETIVO DE LA PRUEBA El objetivo principal de esta prueba es, verificar el grado de sequedad que tienen los materiales aislantes, por lo que a esta prueba se le considera complementaria, o quizás más rigurosa a la de resistencia de aislamiento. Diana Marcela Camargo González 14

30 Otros objetivos de la prueba: Verificar el estado del aislamiento en cuanto a humedad, horneado y efectos en el material aislante debido a su manipulación. Establecer un punto inicial para el estudio del envejecimiento del aislamiento PROCEDIMIENTO La prueba se realiza aplicando una tensión alterna de 2.5 kv entre el devanado de alta tensión y el de baja tensión. Con ello circulará una corriente I a través del aislamiento, formada por dos componentes. I = Ic + Iw Figura 4. Diagrama Vectorial del factor de potencia de aislamiento. V Iw I Θ δ Ic La corriente Ic es debida a la capacitancia del aislamiento y la corriente Iw a la conductancia transversal la cual esta integrada, fundamentalmente, por corrientes superficiales: histéresis (oposición del dieléctrico a ser polarizado) y por descargas parciales. Por definición el factor de disipación es la tangente δ, luego entonces: Diana Marcela Camargo González 15

31 Iw tan = (2) Ic El ángulo θ es complementario al ángulo δ y por tanto: Iw cosθ = ( Factor. de. Potencia) (3) I Para valores pequeños de delta (δ), la tangente es aproximadamente igual al coseno teta (θ); por lo tanto, se asemejan los valores de tangente δ (Facto de disipación) con el coseno θ (Factor de potencia tradicional). Para juzgar la calidad de un dieléctrico en diseño, no se debe considerar solo un valor de tangente δ a una cierta tensión, si no que debe estudiarse su variación en función de la tensión y el tiempo. Para cuestiones prácticas de prueba basta solo un valor. Esta prueba, al igual que la de resistencia de aislamiento, se debe realizar a una temperatura aproximada de 20º C, para evitar posibles errores al corregirla a dicha temperatura. Figura 4.1. Diagrama de conexión para prueba de Factor de disipación de los aislamientos en un transformador trifásico. Diana Marcela Camargo González 16

32 Figura 5. Diagrama para obtener de forma grafica los factores de corrección para la prueba de factor de disipación. Los factores de corrección (K) utilizados para corregir el factor de disipación a 20º C, se obtienen de la grafica de la figura 5. La grafica anteriormente expuesta, ha sido obtenida experimentalmente de los aislamientos típicos empleados en los transformadores sumergidos en aceite y son satisfactorios para fines prácticos. La corrección se hace aplicando la ecuación siguiente: Donde, FD = K( FD ) (4) 20º C T FD 20ºC : Facto de Disipación a 20ºC FD T : Factor de disipación medido a la temperatura T K: Factor de corrección, obtenido de la gráfica. T: Temperatura a la cual se realiza la prueba en ºC CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O DE RECHAZO Los valores admisibles sugeridos por la mayoría de los fabricantes de transformadores son de Diana Marcela Camargo González 17

33 1.0% como máximo a 20ºC para transformadores de distribución y del 0.50% para los transformadores de potencia. Los resultados de la prueba que excedan de los límites establecidos anteriormente no serán aceptados, por lo que el transformador tendrá que volver a ser procesado. Sin embargo en los casos especiales y con resultados complementarios de las pruebas de resistencia de aislamiento y rigidez dieléctrica del aceite, se podrían modificar los criterios establecidos. 3.5 PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y POLARIDAD La prueba de relación de transformación tiene como principal objetivo, la determinación de la relación entre el número de vueltas del devanado primario y el secundario, o sea, nos determina si la tensión suministrada puede ser transformada fielmente a la tensión deseada.[3] El objetivo de la prueba de polaridad es determinar el desplazamiento angular expresado en grados entre el vector que representa la tensión de línea a neutro de una fase de A.T. y el vector que representa la tensión de línea a neutro en la fase correspondiente en B.T. La polaridad reviste una gran importancia en la conexión de los transformadores, sobre todo, si éstos han de ser conectados en paralelo o en bancos. Existen varios métodos para determinar la relación de transformación de un transformador. Básicamente existen tres métodos a saber: Método de los voltímetros Método de los potenciómetros Método del transformador patrón (TTR) Como la intención del documento es realizar un manual de pruebas, para su posterior acreditación, aquí solo se mencionará el método del transformador patrón (TTR); ya que, este método es el mas usual y conveniente para determinar la relación de transformación en un transformador. Otros objetivos de la prueba: Confirmar la relación requerida de espiras (AT-BT) (tolerancia permitida 0.5%) Verificar conexiones al conmutador o conexiones sueltas Verificar que el grupo vectorial y la polaridad de la conexión de bobinas corresponden a lo requerido por el cliente y establecido en el diseño [5] Diana Marcela Camargo González 18

34 3.5.1 Marcas de Polaridad Si el devanado de alta tensión se conecta a una fuente de dc de un potencial tal que no exceda la corriente nominal y al mismo tiempo se conecta un voltímetro de cero central, se observa el sentido de deflexión de la aguja; luego las terminales del voltímetro se transfieren el devanado de baja tensión, conectando en las terminales X 1 y X 2 las terminales que estaban en H 1 y H 2, se desconectaba repentinamente la fuente de dc. y se observa el desplazamiento de la aguja del voltímetro. Si la aguja se reflecta en el mismo sentido original, la polaridad es aditiva y si se reflecta en el sentido contrario, la polaridad es substractiva Principio de Operación del TTR El TTR opera bajo el conocido principio, de que cuando dos transformadores tienen nominalmente la misma relación de transformación, se conectan y se excitan en paralelo. Con la más pequeña diferencia en la relación de algunos de ellos, se produce una corriente circulante relativamente grande entre ellos. El transformador patrón se conecta en paralelo con el transformador bajo prueba, con un galvanómetro conectado en serie con las bobinas secundarias de ambos trasformadores. Al excitar las bobinas primarias y que el galvanómetro no detecte deflexión (que no pase corriente a través de él), en ese momento podemos decir que todos los transformadores tiene la misma relación de transformación Para obtener el equilibrio del galvanómetro en el medidor de relación de transformación T.T.R., es necesario ir variando la posición de los sectores hasta lograr el equilibrio de la aguja del galvanómetro. Al mover la posición de los sectores, lo que realmente se está haciendo es variar el número de vueltas del bobinado secundario de transformador patrón Aplicación del equipo de prueba de la relación de espiras de transformadores T.T.R Este aparato está diseñado para hacer mediciones de la relación de transformación en transformadores, autotransformadores y reguladores de tensión. El aparato tiene una limitante de relación, comúnmente relaciones de transformación de 0 a 130, pero actualmente existen de mayor relación. Si se requiere de mayor relación, conecte en serie dos aparatos medidores de relación de transformación T.T.R. El T.T.R., es un instrumento práctico y preciso para analizar las condiciones de transformadores en los siguientes casos: Diana Marcela Camargo González 19

35 Medición de la relación de transformación de los equipos nuevos, reparados o rebobinados. Identificación y determinación de terminales, derivaciones (taps) y sus conexiones internas. Determinación y comprobación de polaridad, continuidad y falsos contactos. Pruebas de rutina y detección de fallas incipientes. Identificación de espiras en cortocircuito. El medidor de relación de transformación T.T.R., es un equipo auxiliar en los siguientes casos: En la determinación de las condiciones reales del transformador después de la operación de protecciones primarias tales como: Diferencial, Buchholz, fusibles de potencia, etc. Identificación de espiras en cortocircuito. En la investigación de problemas relacionados con corrientes circulantes y distribución de carga en transformadores en paralelo. Determinación de la cantidad de espiras en bobinas de transformadores (por métodos suplementarios) Figura 6. Secuencia de conexiones para la prueba de relación de transformación y polaridad, en un transformador conexión delta estrella. Diana Marcela Camargo González 20

36 3.5.4 Interpretación de Resultados Para interpretar los resultados será necesario calcular el porcentaje de diferencia que exista entre los valores reales y valores teóricos, de acuerdo a la siguiente expresión: ValorTeórico ValorMedido % Diferencia = *100 (5) ValorTeórico Como regla general se acepta que el por ciento de diferencia no debe ser mayor del 0.5% 3.6 PRUEBA DE RESISTENCIA DE DEVANADOS OBJETIVO DE LA PRUEBA Esta prueba nos sirve básicamente, para comprobar que todas las conexiones internas efectuadas en los devanados y guías, fueron sujetadas firmemente, así como, también obtener información para determinar las pérdidas del cobre I 2 R y calcular la temperatura de los devanados en la prueba de temperatura. Al desarrollar la prueba de resistencia óhmica, debe medirse simultáneamente la temperatura de los devanados, para lo cual es necesario tener presente los siguientes puntos: Si el transformador es de tipo seco, la temperatura de los devanados será determinada como el promedio de por lo menos tres termómetros colocados entre los devanados. Si el transformador esta sumergido en líquido aislante, debe ser energizado cuando menos ocho (8) horas antes de efectuar la medición y la temperatura del devanado será considerada como la que tiene el propio liquido. El lugar donde se efectúen las mediciones debe estar protegido de variaciones bruscas del ambiente PROCEDIMIENTO Existen dos métodos comúnmente utilizados para realizar esta prueba: Método del puente de Whestone o Kelvin. Método de la caída de potencial El método del puente es el más usado por la sencillez de su manejo y por la gran exactitud que nos ofrece; además de que la corriente con la Diana Marcela Camargo González 21

37 que opera es muy pequeña, por lo cual no se alteran las lecturas por efectos de calentamiento durante la medición. La norma establece este método como el único en devanados donde la corriente nominal es menor de un ampere. El segundo método solo es empleado cuando la corriente nominal del devanado bajo prueba, es mayor de un ampere. La prueba se realiza haciendo circular una corriente directa a través del devanado que no exceda del 15% de la corriente nominal, para evitar posibles errores originados por el calentamiento del devanado. Las lecturas de tensión y corriente son tomadas simultáneamente de los aparatos, cuando estos conectados como se indica en la figura 7. La resistencia será obtenida empleando la ley de ohm. Figura 7. Conexión para la medición de resistencia óhmica del devanado por el método de caída de potencial. Como se observa, en la figura 7., el voltímetro debe conectarse lo más cerca posible a las terminales del devanado, con el fin de eliminar la caída de potencial que existe en la línea de corriente. Para tener una mayor precisión en la medición es conveniente tomar cinco lecturas mínimas de tensión y corrientes. El promedio de las Diana Marcela Camargo González 22

38 resistencias obtenidas será considerado como el valor real. La resistencia de los devanados es generalmente referida a la temperatura de operación a plena carga por medio de la siguiente ecuación: T A + T1 R = TI RT 2 (6) TA + T2 Donde: R TI : Resistencia referida a la temperatura T 1 R T2 : Resistencia medida a la temperatura T 2 T 2 : Temperatura del devanado en el momento de la medición de la resistencia R T2,, en ºC. T A : Constante de temperatura de resistencia cero, para cobre = y para aluminio= T 1 :Temperatura de operación en ºC, determinada por la ecuación T 1 : T+20 ºC, donde T es la elevación total de temperatura del transformador CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO USADO Los equipos mas empleados en esta prueba son: el puente de Wheatstone y el puente de Kelvin; ambos para medir resistencias, con la diferencia de que el puente de Wheatstone se usa para resistencias de 1 a 1 x 10 9 Ώ y el puente de Kelvin de 1 x 10 5 a 1 Ώ. En la figura 8 se presentan los esquemas elementales de estos puentes. Al realizar las mediciones de resistencia óhmica en los devanados, es necesario eliminar los errores que se pueden introducir del cable empleado y la resistencia de contacto. Para esto se utiliza el método de los cuatro hilos, figura 9, donde se emplea dos hilos para transmitir la corriente y los otros dos para medir la caída de tensión en el devanado. La ecuación para determinar la resistencia R x empleando el puente de Wheatstone es: R R x = R (7) 3 2 R1 Diana Marcela Camargo González 23

39 Figura 8. Esquema simplicado de los puentes (a) Wheatstone y (b) Kelvin (a) (b) Figura 9. Puentes de Kelvin y Wheatstone conectados con el método de los cuatro hilos (٠) Señal de corriente Diana Marcela Camargo González 24

40 Los devanados que no están bajo prueba deberán permanecer en circuito abierto durante la medición, con esto se logra una estabilización más rápida de la corriente de alimentación. 3.7 PRUEBA DE PÉRDIDAS EN VACÍO Y CORRIENTE DE EXCITACIÓN OBJETIVO DE LA PRUEBA Las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault, consideradas en conjunto, constituyen lo que se denomina pérdidas en el hierro. La función del núcleo del transformador es concentrar el flujo magnético y usarlo como enlace entre las bobinas de alta y baja tensión. El núcleo está formado por láminas de acero al silicio de grano orientado, con el fin de reducir la reluctancia sin embargo se presentan algunas pérdidas eléctricas en el núcleo causadas por la energía requerida para oriental los dominios magnéticos del material; esta potencia se denomina pérdida por histéresis. El área incluida en la curva de histéresis es proporcional a la energía disipada en forma de calor en el proceso irreversible de magnetización y desmagnetización. Si esta área es pequeña, las pérdidas de energía en cada ciclo serán pequeñas. Las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo se presentan cuando un material conductor experimenta una variación del campo magnético a través del mismo. Las pérdidas varían con el cuadrado del valor eficaz de la tensión de excitación y son básicamente independientes de la forma de onda de la tensión aplicada. Debido a que las pérdidas en vacío son sensibles a las diferencias de la forma de onda éstas se deben hacer con base en una onda sinusoidal de tensión y se realiza con la máxima densidad de flujo correspondiente al valor promedio absoluto de la tensión. [1] Algunos de los objetivos específicos de la prueba son: Registrar las magnitudes de pérdidas y corrientes a una tensión y frecuencia establecidas. Verificar la operación del transformador a su tensión nominal Verificar la operación del conmutador bajo carga. Verificar el cumplimiento de las pérdidas en vacío ofrecidas al cliente. Diana Marcela Camargo González 25

41 Figura 10. Conexión para la medición de pérdidas en carga y corriente de excitación PROCEDIMIENTO Durante el ensayo de vacío, se aplica la tensión nominal del transformador por cualquiera de los dos devanados, generalmente se realiza por el lado de baja tensión, si el valor promedio de la tensión se ajusta para que sea igual al valor promedio de la onda sinusoidal de tensión deseada y se mantiene la frecuencia apropiada, las pérdidas por histéresis deben ser las correspondientes a la onda sinusoidal deseada. Este ensayo requiere de mediciones de tensión, corriente y potencia en cada una de las fases; luego, estos datos obtenidos son comparados con las tablas de valores de las Normas Técnicas Colombianas NTC las cuales establecen los valores máximos permitidos de acuerdo a la clase, serie, tipo, potencia y año de fabricación; estos parámetros determinan el estado de pérdidas de vacío del transformador. La finalidad de realizar esta prueba, consiste en determinar las pérdidas que tiene el transformador cuando se alimenta un devanado con su tensión y frecuencia nominal, y el otro devanado se encuentra abierto. Diana Marcela Camargo González 26

42 3.8 PRUEBA PÉRDIDAS EN CARGA E IMPEDANCIA DE CORTOCIRCUITO OBJETIVO DE LA PRUEBA Este ensayo nos demuestra la capacidad del transformador para soportar su carga sin pérdida excesiva de tensión o potencia y se realiza midiendo la impedancia del mismo. La impedancia consta de una componente activa la cual corresponde a las pérdidas de cortocircuito y de una componente reactiva que corresponde al flujo de dispersión en los devanados [4]. En un transformador cuando circula corriente a través del devanado primario y secundario del transformador se desarrolla una temperatura (vatios), ocasionando pérdidas iguales al cuadrado de la corriente por la resistencia ohmica del devanado (I 2 R). Estas pérdidas son conocidas como pérdidas en el cobre o en la carga. Algunos de los objetivos específicos de la prueba son: Verificar que los valores de pérdidas e impedancia cumplen lo ofrecido y los valores de diseño. Emplear la condición de máximas pérdidas para evaluar el comportamiento térmico del transformador. Dependiendo de la etapa de refrigeración en uso. Verificar la operación del conmutador bajo carga PROCEDIMIENTO Para este ensayo uno de los devanados del transformador generalmente se usa el devanado de Baja Tensión; debe ponerse en cortocircuito y se aplica al otro devanado una tensión de impedancia que generalmente esta entre el 1% y el 15% de la tensión nominal, la cual se ajusta para que por los dos devanados circule la corriente nominal como se muestra en la figura 11. Durante la realización del ensayo se realizan mediciones de tensión y potencia; los datos obtenidos son comparados con las tablas de valores de las Normas Técnicas Colombianas NTC 2743 [6] las cuales establecen los valores máximos permitidos de acuerdo a la clase, serie, tipo, potencia y año de fabricación; estos parámetros determinan el estado de pérdidas de carga del transformador. Diana Marcela Camargo González 27

43 Figura 11. Conexión para la medición de pérdidas en carga y tensión de cortocircuito 3.9 PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA OBJETIVO DE LA PRUEBA La finalidad de esta prueba consiste en comprobar si el aislamiento entre espiras, capas y secciones de los devanados del transformador es de la calidad requerida, así como, verificar el aislamiento entre bobinas y entre devanados y tierra. La prueba es al doble de la tensión nominal hasta completar 7200 ciclos. El flujo máximo al que opera el núcleo esta determinado por la ecuación general del transformador φ max = E 4.44 f Al aplicar una tensión del 200%, el flujo aumentará en la misma proporción, por lo que, al limitarlo se tendrá que aumentar en igual forma la frecuencia. Es decir, cuando el transformador esté diseñado para operar a 60 Hz, la prueba se podrá ejecutar a 120 Hz y su duración será de 60 segundos. Cuando la prueba se realice con una frecuencia mayor a los 120 Hz. el esfuerzo dieléctrico en los devanados será mayor, por lo que la prueba se Diana Marcela Camargo González 28

44 ha limitado a 7200 ciclos. Por tal razón, el tiempo de la prueba depende de la frecuencia del generador utilizado. Con este criterio se ha formulado la tabla 5, con los valores de frecuencia más comunes y su tiempo de duración. [7] Tabla 5. Tiempos establecidos por las normas ANSI C57 72 para la prueba de tensión inducida Frecuencia (Hz) Duración de la Prueba (seg.) PROCEDIMIENTO La prueba se inicia aplicando una tensión menor o igual a la cuarta parte del valor de la tensión de prueba, incrementándose posteriormente hasta alcanzar la tensión plena en un tiempo no mayor de 15 segundos. Se sostiene la tensión de prueba durante el tiempo especificado en la tabla 5; y para suspender la prueba, se reduce gradualmente la tensión hasta alcanzar por lo menos una cuarta parte de su valor en un tiempo no mayor de 5 segundos, después de lo anterior se podrá interrumpir su alimentación. Al igual que en la prueba de potencial aplicado, la prueba de potencial inducido podrá ser suspendida repentinamente en caso de falla, ya que, de otra manera se pueden dañar los aislamientos por transitorios de sobretensión mayores que el de prueba. Cuando los transformadores tienen un aislamiento uniforme en sus devanados se Diana Marcela Camargo González 29

45 aplica el doble de la tensión nominal, induciéndose por lo tanto una tensión tal que los volts por vuelta son dos veces el nominal. Los esquemas eléctricos para aplicar la prueba de potencial inducido, se presentan en la figura 12. Figura 12. Circuito eléctrico para aplicar la prueba a un transformador trifásico, conectado en delta sus devanados de alta tensión y considerando que su aislamiento es uniforme. En caso de que la fuente de excitación sea monofásica y el transformador al cual se someterá a prueba sea trifásico, la prueba debe realizarse por fases, como lo representa la figura 13, debiéndose probar independientemente cada una de ellas. En los transformadores con aislamiento reducido al neutro, y que, por lo tanto, en la prueba de potencial aplicado se prueban con la tensión correspondiente al nivel de aislamiento del propio neutro, se aplicará una tensión de tal forma que se induzca entre las terminales de mayor clase de aislamiento y tierra (no necesariamente entre terminales y neutro) una tensión igual que le corresponde en la prueba de potencial aplicado. Diana Marcela Camargo González 30

46 Figura 13. Circuito representativo para la prueba de un transformador trifásico, conectado en delta en alta tensión. Los métodos de prueba más comunes para transformadores con aislamientos reducidos al neutro, son los siguientes: Método delta cerrada Método delta abierta Método serie 3.10 PRUEBA DE TENSIÓN APLICADA OBJETIVO DE LA PRUEBA La prueba de tensión aplicada consiste en verificar que la clase y cantidad de material aislante sean las adecuadas, con el objeto de asegurar que el transformador resistirá los esfuerzos eléctricos a los que se verá sometido durante su operación. Algunos de los objetivos específicos de la prueba son: Verificar el aislamiento entre bobinas y de las bobinas con respecto a tierra (tierra: núcleo, tanque, TC s,...) Verificar las distancias eléctricas exteriores e interiores Detecta la presencia de aire en el aceite o en la estructura aislante así como debilidad en el material PROCEDIMIENTO La prueba se efectúa aplicando una tensión a 60 Hz, durante un minuto, iniciándose con un valor no mayor de un cuarto del establecido como tensión de prueba, como muestra la Tabla 3. Diana Marcela Camargo González 31

47 Posteriormente se elevará hasta alcanzar la tensión requerida en un tiempo aproximado de 15 segundos. Para suspender la tensión, se reducirá gradualmente hasta alcanzar por lo menos un cuarto de la tensión máxima aplicada en un tiempo no mayor de 5 segundos. Si la tensión se retira repentinamente por medio de un interruptor, el aislamiento puede ser dañado por una tensión transitoria mayor que la de prueba. Sólo en caso de falla la tensión podrá ser suspendida repentinamente. Tabla 6. Tensiones de prueba establecidas por el IEEE para transformadores sumergidos en aceite de acuerdo a su nivel de aislamiento. Tensiones de Prueba de acuerdo al nivel de aislamiento Clase de Aislamiento Tensión de Prueba Clase de Aislamiento Tensión de Prueba kv (Valor Eficaz) kv kv (Valor Eficaz) kv 1, , , , Fuente: Norma IEEE Cuando el mismo devanado tiene dos clases de aislamiento o más, como pueden ser el caso de los devanados conectados en estrella o monofásicos, que tienen aislamiento reducido progresivamente al neutro, la tensión de prueba es la correspondiente a la clase de aislamiento del neutro. Diana Marcela Camargo González 32

48 Los medios por los que se pueden detectar una falla son: Incremento brusco de corriente. Al incrementarse la corriente repentinamente durante la prueba existe la una falla a tierra o entre los devanados de alta y baja tensión. Ruidos dentro del tanque. Al existir un ruido amortiguado o zumbido dentro del tanque, será debido a distancias críticas o por la existencia de humedad. Humo y burbujas. La presencia de humos y burbujas indicará la existencia de una falla a tierra devanados de alta y baja tensión, pero si se observan burbujas sin humo, no necesariamente indicarán una falla ya que puede existir aire ocluido en el devanado; por lo que en este caso se recomienda repetir la prueba. Figura 14. Esquema eléctrico para aplicar la prueba de potencial inducido a un transformador trifásico. Diana Marcela Camargo González 33

49 3.11 PRUEBA DE IMPULSO ATMOSFÉRICO OBJETIVO DE LA PRUEBA Como en muchas ocasiones las fallas en los transformadores son causadas por descargas atmosféricas, es indispensable saber si el aislamiento del transformador, puede soportar dichas cargas a que está sometido durante su operación. Para proteger un transformador de las descargas atmosféricas es necesario ver, primeramente que tipo de onda se produce. En base a muchas experiencias y años de estudios se determinó que estas descargas son de corta duración, ya que, desde el momento en que se inicia hasta que llega a su valor máximo, un tiempo de 1 a 20 µs, y el tiempo en que su valor desciende a cero es del orden de 10 a 90 µs pero la mayoría de estos transitorios tardan entre 1 y 5 µs en llegar a su valor máximo y entre 10y 40 µs en descender a un 50% de su valor pico. De acuerdo con estos valores, un comité de AIEE-EEI-NEMA, en coordinación de aislamientos, emitió un reporte especificando los niveles básicos de aislamiento. Estos niveles se establecieron tomando como patrón una onda de 1,2 / 50 µs, donde 1,2 es el tiempo en µs que tarda una onda normalizada en llegar a su valor de cresta y 50 µs es el tiempo en que la onda decae a la mitad de su valor máximo a partir de su origen. Las partes de la onda descrita anteriormente se ilustran en la figura 15. Figura 15. Representación de una onda de impulso completa. Diana Marcela Camargo González 34

50 Los disturbios producidos por descargas atmosféricas pueden ser representados por tres tipos básicos de ondas; onda completa, onda cortada y frente de onda PROCEDIMIENTO El ensayo se inicia ajustando la forma de onda de la tensión y calibración del generador de impulso, para lo cual se utiliza una tensión de calibración no mayor del 50% para dar la forma de onda ajustada; seguidamente se procede a las diferentes aplicaciones de los impulsos de acuerdo a lo establecido por las recomendaciones de la Norma Técnica Colombiana, o algún tipo de acuerdo establecido entre comprador y fabricante para la realización del ensayo. Al efectuar esta prueba, normalmente se omite la prueba de frente de onda y sólo se aplican en el siguiente orden, una onda completa reducida, la cual debe estar entre el 50 y el 70 % del valor de la onda completa, posteriormente, se aplican dos ondas cortas, las cuales son del 115 % del valor de la onda completa, y finalmente, se aplica una onda completa. La onda reducida en este caso, sólo nos sirve para compararla con la onda completa y establecer diferencias que nos puedan indicar una falla. La aplicación de la onda completa en el transformador, es para verificar que éste soportará los disturbios producidos en la línea de transmisión al caer en ellas ciertas descargas atmosféricas, ya que estos disturbios viajan por dicha línea hacia el transformador, en cuyo viaje la onda original es cambiada a causa de los efectos corona y efectos capacitivos. Cuando la onda llega al transformador tiene un tiempo aproximado de 1,2 µs de frente y de 50 µs de cola. La onda cortada es aplicada, debido a que cuando la onda se aproxima al transformador, en algunas ocasiones se corta, yéndose su tensión a tierra. Esto es, a causa del bajo aislamiento que existe en las subestaciones; ya que en estas partes, el aislamiento es más débil que en la línea de transmisión y, además, se encuentran instalados descargadores. Esta onda es de un 15 % mayor en magnitud que la onda completa y su tiempo de duración es aproximadamente de 1 a 3 µs [1]. La prueba de frente de onda es aplicada para predecir el comportamiento del transformador, cuando se vea sometido a una descarga atmosférica en forma directa, ya sea que caiga sobre él o muy cerca. Esta onda sube muy rápidamente hasta producir un arco, causado Diana Marcela Camargo González 35

51 así un transitorio de pendiente pronunciada con una duración del orden de a 1 µs y una magnitud de 50 % más que la onda completa. Las tres ondas mencionadas anteriormente se muestran en la figura 16. Figura16. Tipos de forma de onda que son aplicadas en la prueba de impulso. Fuente: Presentación Transformadores de Distribución SIEMENS S.A NORMALIZACION DE LA ONDA Una onda de impulso normalizada es aquella que tiene un tiempo de frente de 1.2 µs con una tolerancia de ± 30 % un tiempo de cola de 50 µs con una tolerancia de ± 20 % y sólo un ±3 % de tolerancia en su magnitud establecida. El tiempo de frente de onda se obtiene trazando una línea recta que pase por los puntos situados entre el 30 y 90 % de la magnitud de la onda. La línea recta se alarga hasta cruzar el eje del tiempo y a este nuevo punto se le llama cero virtual. El tiempo de frente será el comprendido entre el cero virtual y el punto donde la recta llega al 100 % de la magnitud de la onda. En la Tabla 3, se especifican las magnitudes de las ondas de impulso aplicadas a los transformadores sumergidos en aceite y de acuerdo a su nivel de aislamiento (Norma ANSI/IEEE C62.11) Diana Marcela Camargo González 36

52 Tabla7. Magnitud de las ondas de impulso normalizadas. Clase de aislamiento (kv) Onda completa Onda cortada Nivel básico de impulso (kv Magnitud (kv cresta) Tiempo de corte ( µs) cresta) 1, , ,5 5, ,5 8, , , , , Diana Marcela Camargo González 37

53 EQUIPO EMPLEADO (GENERADOR DE ONDA) Los generadores de impulso están formados por una serie de capacitores (C 1) los cuales son cargados en paralelo y descargados en serie por medio de explosores (E). Estos capacitares se cargan a través de una resistencia de carga (R 3), los cuales deben ser de un valor mucho mas grande que las resistencias de cola (R 2), para que no influyan apreciablemente en el circuito al momento de la descarga. Un arreglo completo de un generador de impulso de varios pasos se representa en la figura 17 y en la figura 18. Figura17. Esquema eléctrico de un generador de impulso Diana Marcela Camargo González 38

54 Figura18. Esquema eléctrico para efectuar una prueba de impulso Donde: 1- Regulador de tensión 2- Transformador Elevador 3- Rectificador de tensión 4- Resistencia de protección 5- Generador de impulsos 6- Capacitancia de precarga 7- Voltímetro de esferas 8- Explosor 9- Objeto bajo prueba. 10- Divisor de tensión. 11- Cable coaxial. 12- Osciloscopio. 13- Voltímetro CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO Los medios de detección de falla en los aislamientos al ser sometidos a una prueba de impulso puede ser: Oscilogramas de Tensión Se Considera como falla, cualquier diferencia que exista entre la onda de tensión reducida y la onda de tensión completa. También se consideran como falla las diferencias que se observen al comparar las ondas cortadas, principalmente en su parte final. Diana Marcela Camargo González 39

55 Humo y burbujas Las burbujas y humo que suben a través del aceite son la prueba inequívoca de falla. Sin embargo, las burbujas claras en ausencia de humo no siempre son evidencia de falla, ya que estas pueden ser originadas por aires ocluidos. Ausencia de arqueo en el explosor Si al efectuar la prueba de onda cortada no ocurre un arqueo en el explosor o cualquier parte externa del transformador y el oscilograma muestra una onda cortada, esto es una prueba definitiva de que el arqueo fue dentro del transformador y debe considerarse como falla. Ruido dentro del tanque Los ruidos dentro del tanque del transformador en el instante de la aplicación del impulso, son indicación de una falla PRUEBA DE CALENTAMIENTO OBJETIVO El ensayo de calentamiento es una simulación de las condiciones nominales de trabajo del transformador para comprobar los parámetros térmicos de diseño y las temperaturas de operación de los devanados lo que permite demostrar que el transformador soportara su carga nominal [8]. Este ensayo realizado a transformadores tipo seco y refrigerados por aceite se puede efectuar por tres métodos: MÉTODO DE CARGA DIRECTA También conocido como método de carga real, es el más preciso de los tres pero presenta dificultades para transformadores de gran capacidad debido a la gran cantidad de energía necesaria para ensayarlos sin embargo para transformadores de poca potencia es posible simular la carga real a través de reóstatos, bancos de bombillas y demás elementos consumidores de energía. Para obtener resultados verídicos es necesario que un devanado del transformador preferiblemente el devanado interior, esté excitado a la tensión nominal con los otros conectados a una carga adecuada tal que la corriente nominal circule en ambos devanados. Diana Marcela Camargo González 40

56 MÉTODO DE OPOSICIÓN. El método de oposición o de carga inversa requiere de un transformador de similares características al transformador que se desea ensayar; los devanados de Alta y Baja Tensión de los dos transformadores son conectados en paralelo. Para hacer circular la corriente nominal en el transformador bajo ensayo se aplica a los devanados interiores la tensión nominal del transformador bajo ensayo METODO DE CARGA SIMULADA El incremento de la temperatura se hace por medio de los ensayos de medición de las pérdidas y corrientes sin carga (vacío) y la medición de la tensión de cortocircuito y pérdidas con carga hasta alcanzar una estabilidad térmica de temperatura ambiente para el transformador. El ensayo de carga con la corriente nominal fluyendo en un devanado y el otro devanado en cortocircuito se inicia inmediatamente después del ensayo de vacío, se continúa hasta que se alcancen las condiciones de estado estable momento en el cual se miden los incrementos de temperatura. Se mide la resistencia de los devanados antes de iniciar el ensayo (Resistencia en frío) y después de los ensayos de vacío y carga. La medición de la temperatura ambiente se realiza durante toda la prueba. El incremento total de la temperatura del transformador se obtiene a través de la ecuación: T e T 1 t = T + (8) Tc c Tt = Incremento total de temperatura de los devanados con corriente total de carga en los devanados y excitación normal en el núcleo. Tc= Incremento de temperatura del devanado de baja tensión, medido inmediatamente después del ensayo de corriente nominal o carga. Te= Incremento de temperatura del devanado de baja tensión, medido inmediatamente después del ensayo en vacío. Para determinar si el transformador cumple con los requisitos se comparan los datos obtenidos con los de la Norma Técnica Colombiana NTC 801 Límites de Calentamiento [9]. Diana Marcela Camargo González 41

57 Figura 19. Conexión para la prueba de calentamiento. Diana Marcela Camargo González 42

58 4. REDISEÑO DEL CAMPO DE PRUEBAS SIEMENS S.A. 4.1 ESTADO ACTUAL DEL LABORATORIO DE ENSAYOS ESTADO INICIAL DEL CAMPO DE PRUEBAS SIEMENS S.A. El campo de pruebas de SIEMENS S.A. fue creado en el año de 1999 como una herramienta para el control de calidad de los productos terminados en planta, es decir, para probar los transformadores fabricados por SIEMENS S.A PLANTA FISICA El laboratorio de transformadores de Distribución está ubicado en las instalaciones de SIEMENS S.A., en Bogotá, Colombia. El actual campo de pruebas de distribución de Siemens S.A. está diseñado para cubrir la necesidad de ensayos en las tres líneas de fabricación de transformadores, la línea de transformadores de distribución tipo poste, la línea de transformadores de distribución tipo subestación o tipo industria y los transformadores de media potencia, lo cual diferencia la línea de pruebas a la que deben someterse los transformadores de distribución. Tiene un área aproximada de 288 m 2, divida en secciones de acuerdo a las actividades. El laboratorio cuenta con el equipo apropiado para la realización tanto de pruebas como de las labores anexas de reparación, herramienta en general, puente grúas para el transporte y circulación de transformadores, horno de secado de humedad, e insumos en general. El área de pruebas y ensayos está delimitada por un cerramiento de malla metálica puesta a tierra, con faros de advertencia, también tiene una malla de puesta a tierra la cual es la referencia y protección. Las pruebas que se realizan actualmente son pruebas de rutina y prueba tipo. La planta de transformadores actualmente cuenta con equipos para realizar este tipo de pruebas. Algunos de los equipos empleados son compartidos con el laboratorio de ensayos del área de transformadores de Potencia, debido al incremento de potencias en la construcción de nuevos transformadores. A continuación se presenta una relación de las principales características físicas iniciales del campo de pruebas. Diana Marcela Camargo González 43

59 Figura 20. Campo de pruebas Siemens S.A., para prueba de Transformadores con núcleo apilado. Figura 21. Campo de Pruebas Siemens S.A. Diana Marcela Camargo González 44

60 Iluminación del campo de pruebas mediante una luminaria de mercurio de 250W. Oficinas con cuatro módulos, distribuidos para los ingenieros del campo de pruebas y un módulo dispuesto para interventoría. Transformador Intermedio con especificaciones: o Potencia DV1: 500 kva o Potencia DV2: kva o Potencia DV3: kva o Potencia DV4: 500 kva o Refrigeración: ONAN o Tensiones DV1 DV2: Primario 220V Secundario 3000 / V o Tensiones DV1- DV3: Primario 220 V Secundario 7001 / 4042 V o Tensión DV1 DV4: Primario 220 V Secundario / V o Conexión DV1 DV2: Y N 1 o Conexión DV1 DV3: Y N 1 o Conexión DV1 DV4: Y N 1 o Tipo de Refrigerante: Nynas Nytro 10GBX Granel Figura 22. Transformador Intermedio SIEMENS S.A. Diana Marcela Camargo González 45

61 Figura 23. Transformador Intermedio, vista lateral superior. Sobre Plano diseño Mecánico Demarcación de la zona de seguridad tanto dentro como fuera del campo de acuerdo a lo descrito en la norma ANSI C NATIONAL ELECTRICAL SAFETY CODE. Señales luminosas intermitentes que indican que un ensayo se encuentra en proceso. Diana Marcela Camargo González 46

62 Figura 24. Cercamiento de Malla metálica Figura 25. Área de compensación Diana Marcela Camargo González 47

63 4.1.3 EQUIPOS El campo de pruebas cuenta con dos clases principales de equipos que son los equipos de medida y los equipos de prueba. Equipos de Medida: son los equipos con que se realizan las mediciones directas y aquellos que permiten la medida de magnitudes básicas como corrientes, tensiones y potencias activas. Equipos de Prueba. Son aquellos que realizan pruebas por si solos y entregan un resultado y aquellos que son utilizados para realizar las pruebas. Figura 26. Panel de Control antiguo Diana Marcela Camargo González 48

64 Figura 27. Panel de Control remodelado EQUIPOS DEL LABORATORIO A continuación en la Tabla 8. Se muestran los equipos con que cuenta el actual campo de pruebas y algunas de sus principales características. Diana Marcela Camargo González 49

65 Tabla 8. Características de Equipos de prueba y de medida EQUIPO TIPO FABRICANTE AC Power Analyzer D5255 T NORMA AC Power Analyzer D6100 NORMA Capacitance & dissipation factor test set AVO Cronómetro HS-6 Casio Digital Trasnformer Ratiometer DTR-8500 AEMC Instruments Digital Trasnformer Ratiometer DTR-8500 AEMC Instruments Divisor de Alto Voltaje RVD-400 Hipotronics EMI TEST RECEIVER ESHS10 ROHDE & SCHWARZ Equipo de aplicada 970 Hipotronics Fuente DC TNs Heinzinger Inyector de corriente CPC 100 OMICRON ELECTRONICS Megger BM 25 AVO Micro-ohmeter 5600 AEMC Instruments Micro-Ohmmeter M400 MULTI-AMP Multimetro Digital 77 FLUKE Multimetro Digital 87 FLUKE Multimetro Digital 79 FLUKE Multimetro Digital 87 V FLUKE Multimetro Digital 87 V FLUKE Multimetro Digital 177 FLUKE Osciloscopio de impulso TDS 5054 TEKTRONIX 7ND2482-5DA00- Piezograph2 0XJL SIEMENS Puls Generator PDG82 Messwandler-Bau Pulse Limiter ESH3Z2 ROHDE & SCHWARZ Sonda de osciloscopio P5100 TEKTRONIX Sonda de osciloscopio P5100 Tektronix Stromwandler (Trafo corriente) SDD-52 BALTEAU Stromwandler (Trafo corriente) SDD-52 BALTEAU Stromwandler (Trafo corriente) SDD-52 BALTEAU Stromwandler (Trafo corriente) KIG34,5 BALTEAU Stromwandler (Trafo corriente) KIG34,5 BALTEAU Stromwandler (Trafo corriente) KIG34,5 BALTEAU Termocupla K SAT Termocupla K SAT Diana Marcela Camargo González 50

66 Termocupla K SAT Termocupla K SAT Termocupla K SAT Termocupla K?SAT Termocupla K?SAT Termocupla K SAT Termocupla K SAT Termocupla K SAT Termocupla K SAT Termohigrometro digital OAKTON Termometro Digital 52 FLUKE Transfomer Ohmmeter cat MULTI-AMP Transformador de Corriente TW AEG Transformador de Corriente TW AEG Transformador de Corriente TW AEG Transformador de Corriente TW AEG Transformador de Corriente TW AEG Transformador de Corriente TTW AEG Transformador de Corriente Stw2 Gossen-Metrawatt Transformador de Corriente Stw2 Gossen-Metrawatt Transformador de Corriente Stw2 Gossen-Metrawatt Transformador de Corriente Stw2 Gossen-Metrawatt Transformador de Corriente N.A. Ritz Transformador de Corriente N.A. NORMA Transformador de Corriente N.A. NORMA Transformador de Corriente GSW10 Ritz Transformador de Corriente GSW10 Ritz Transformador de Corriente GSW10 Ritz Transformador de Corriente GSW72.5 Ritz Transformador de Corriente GSW72.5 Ritz Transformador de Corriente GSW72.5 Ritz Transformador de Corriente (Impulso) N.A. Equipos eléctricos y electrónicos Transformador de Potencial UE V110 SIEMENS Transformador de Potencial 2261 Yokogawa Transformador de Potencial 2261 Yokogawa Transformador de Potencial 2261 Yokogawa Transformador de Potencial GSE 10 Ritz Transformador de Potencial GSE 10 Ritz Diana Marcela Camargo González 51

67 Transformador de Potencial GSE 10 Ritz Transformador de Potencial VE-46 BALTEAU Transformador de Potencial VE-46 BALTEAU Transformador de Potencial VE-46 BALTEAU Transformador de Potencial GSE72.5 Ritz Transformador de Potencial GSE72.5 Ritz Transformador de Potencial GSE72.5 Ritz Transformer polarity tester N.A AVO Triaxial- Shunt A NORMA Triaxial- Shunt A NORMA Triaxial- Shunt A NORMA Vatimetro B4305 SIEMENS Vatimetro B4305 SIEMENS Vatimetro B4305 SIEMENS Vatimetro B4305 SIEMENS Voltimetro SIEMENS Voltimetro de Impulso(Peak Voltmmeter) 64M HAEFELY Voltimetro Pico SM76 MWB Diana Marcela Camargo González 52

68 Figura 28. Campo de Pruebas línea industria Actualmente, el campo de pruebas de la línea industria realiza la prueba de tensión aplicada, bajo estas condiciones, despreciando las distancias eléctricas, y eliminado accesorios del equipo con el que se realiza la prueba, se esta disminuyendo el nivel de calidad de esta prueba. Aunque el proceso es lineal, este se ve afectado, cuando es necesaria la realización de una interventoría, ya que el reducido espacio no permite tener zona para realizar este tipo de actividades. Debido a este problema en el rediseño que se plantea en este documento se diseño un campo de pruebas para línea industria, contando con nuevas áreas para la bahía de pruebas e intervetorias así como zona de riesgos. Es por eso que es necesario para el nuevo campo de pruebas una nueva distribución que permita mayor agilidad en el proceso de pruebas, y que cuente con un mayor espacio para la realización de pruebas a una mayor cantidad de transformadores, permitiendo así tener también espacio para las intervetorias y zonas de dificultades. Ver Anexo 4 Diana Marcela Camargo González 53

69 Figura 29. Generador Las condiciones en las que esta operando el generador que alimenta al transformador intermedio, se encuentra en un bajo nivel de ventilación, además de el reducido espacio en el que se encuentra dificulta su manteniendo y acceso. Diana Marcela Camargo González 54

70 4.1.2 TIEMPOS ACTUALES DE CONSTRUCCION Y PRUEBAS Actualmente existe un proceso de construcción y pruebas para los transformadores de distribución ubicados en la misma nave, la cual se encuentra divida en tiempos de fabricación y pruebas por transformador, Tabla 8.1 y número de horas hombre en cada actividad, Tabla 8.2. Con la expansión del campo de pruebas se pretende disminuir al máximo estos tiempos, pero sobre todo, el propósito de la expansión es incrementar el volumen de la producción, y con la tecnología que se plantea incrementar, lograrían en la bahía de pruebas someter mas de dos transformadores línea LDT, empleando el mismo tiempo, en ocasiones mas, debido a la prueba de calentamiento que emplea de 12 a 18 horas. Estos tiempos fueron tomados, teniendo en cuenta que no se presenta ninguna clase de dificultad e imprevisto a la hora de la fabricación y de las pruebas. Para la línea industria se espera ensayar más de cuatro transformadores que es la cantidad que actualmente se maneja en la bahía de pruebas. Quedando tentativamente de la siguiente forma Tabla 8.3, Tabla 8.4. A continuación se presentan estos tiempos: Tabla 8.1 Tiempos de Fabricación para transformadores especiales (en horas) POTENCIA kva Pad Mounted en adelante Conmutador ETAPAS sin carga PREMONTAJE DE BOBINAS CONEXIONES SECADO PRENSADO PARTE ACTIVA Y ENCUBE, MONTAJE VACIO, LLENADO Y HERMETICIDAD MONTAJE DE ACCESORIOS, CAJA Y CLABLEADO CAMPO DE PRUEBAS DESMONTAJE Y ALISTAMIENTO PARA DESPACHO Conmutador con carga Diana Marcela Camargo González 55

71 Tabla 8.2 Número de horas hombre en cada actividad POTENCIA kva Pad Mounted en adelante Conmutador ETAPAS sin carga PREMONTAJE DE BOBINAS CONEXIONES Conmutador con carga SECADO PRENSADO PARTE ACTIVA Y ENCUBE, MONTAJE VACIO, LLENADO Y HERMETICIDAD MONTAJE DE ACCESORIOS, CAJA Y CLABLEADO CAMPO DE PRUEBAS DESMONTAJE Y ALISTAMIENTO PARA DESPACHO Tabla 8.3 Tiempos de Fabricación para transformadores especiales (en horas) POTENCIA kva Pad Mounted en adelante Conmutador ETAPAS sin carga PREMONTAJE DE BOBINAS CONEXIONES SECADO PRENSADO PARTE ACTIVA Y ENCUBE, MONTAJE VACIO, LLENADO Y HERMETICIDAD MONTAJE DE ACCESORIOS, CAJA Y CLABLEADO CAMPO DE PRUEBAS DESMONTAJE Y ALISTAMIENTO PARA DESPACHO Conmutador con carga Diana Marcela Camargo González 56

72 Tabla 8.4 Número de horas hombre en cada actividad POTENCIA kva Pad Mounted en adelante Conmutador ETAPAS sin carga PREMONTAJE DE BOBINAS CONEXIONES Conmutador con carga SECADO PRENSADO PARTE ACTIVA Y ENCUBE, MONTAJE VACIO, LLENADO Y HERMETICIDAD MONTAJE DE ACCESORIOS, CAJA Y CLABLEADO CAMPO DE PRUEBAS DESMONTAJE Y ALISTAMIENTO PARA DESPACHO ESTADO ADMINISTRATIVO El organigrama de SIEMENS SA. se muestra en la figura 30 y en este se puede observar la estructura organizacional y la forma como están constituidas las diversas actividades que se realizan. En el caso específico del campo de pruebas, éste opera como una dependencia directa de la Jefatura de Planta, la cual se encarga de realizar la fabricación, reparación y reconstrucción de los transformadores. La Dirección Técnica de Transformadores se encarga de coordinar y programar todos los procesos que se realizan en la planta (dentro de los cuales se encuentran los ensayos) junto con la responsabilidad del diseño, construcción y homologación de los transformadores nuevos. Diana Marcela Camargo González 57

73 Figura 30. Organigrama SIEMENS ANDINA PTD Diana Marcela Camargo González 58

74 4.3 PRESUPUESTO PARA LA ACTUALIZACIÓN Y MODERNIZACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PRUEBA Para el traslado del campo de pruebas es necesaria la adquisición de equipos, para la realización de pruebas tipo, y que además en este momento son compartidos con el área de transformadores de potencia. Para ello, se realizaron cotizaciones a tres empresas por equipo. Ver Anexo 5. Los equipos que se cotizaron son los siguientes Tabla 9. Lista de equipos necesarios y especificaciones técnicas para el nuevo campo de pruebas. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Corriente: hasta 2000A en el primario y 5A en el secundario, precision: 0,1%, Nivel de aislamiento 230kV, uso interior (Indoor), cumplimiento IEC, IEEE/ANSI, frecuencia: 50Hz y 60Hz Tensión primaria hasta 140kV/raiz(3), tensión secundaria 110V/raiz(3), precisión: 0.1%, Nivel de aislamiento: 300kV, Uso interior (indoor) cumplimiento norma IEC, IEEE/ANSI, tipo Inductivo, frecuencia: 50Hz y 60Hz TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Clase nominal de Aislamiento 72.5 kv Norma/Especificación IEC , nivel básico al impulso:325,tensión de prueba de rigidez dieléctrica primario: 140 kv Secundario 3.0 kv. CONDENSADORES CAMARAS Cámara Pan/Tilt/Zoom con zoom óptico de 26x, 12x zoom digital y lente con auto enfoque Trabajo bajo cualquier condición de iluminación, tanto en interiores como en exteriores calidad superior de imagen Motion JPEG y MPEG-4 hasta 20 usuarios simultáneos. Virtualmente (a través de un servidor) los usuarios pueden ser ilimitados EQUIPO TTR Operación completamente automática, medida de tres fases simultáneamente,120 VAC, 50/60 Hz máxima medición de la relación de transformación (10.000:1); máxima precisión (0,1%), capacidad de memorización interna y transferencia de resultados, medición en todos los transformadores de distribución, potencia, PTs y CTs, visualización de el % de error respecto a las especificaciones nominales y límites de aceptación/fallo, elección entre prueba rápida o una completa. EQUIPO DE RESISTENCIA DE DEVANADO Diana Marcela Camargo González 59

75 EQUIPO RESIST. AISLAMIENTO Medición de aislamiento desde 30 kώ a GΏ (10 TΏ), tensión 5 kv seleccionable y programable de prueba (40 a 5100V); tensión de paso automática, con paso automático hasta cinco pasos SONDAS OSCILOSCOPIO DESCARGAS PARCIALES Unidad de Adquisición; calibrador, conjunto cuadripolo, preamplificador, filtro de interferencias de AT, Coupling Capacitor. EQUIPO DE IMPULSO Sistemas completo diseñado para la generación de señales de impulso plena y recortada. Señales de impulso de maniobra para ensayos de transformadores de acuerdo a IEC 60076, con capacidad para ensayos de transformadores de hasta 140 kv- 160 MVA. Capacidad Max: 1200 kv 120 kj, Capacidad a msm: Vmax: 1000 kv; lightining: 950 kv; switching: 750 kv; número de etapas: 12, tension por etapa: 85 kv; capacidad por etapa 165 nf. MEDICION DE RUIDO Integrador Tipo I. Rango único de 23 a 140 db. Analizador 1/1 y 1/3 octava. Modulo tiempo de reverberación (opcional). Modulo medida vibraciones según norma ISO 2631 (opcional). Preamplificador extraíble. Comunicación a PC vía RS232 o USB. Valoración curvas NC en pantalla. Memoria 64 Mb. Software SFT030 de gestión de datos incluido. APANTALLAMINETO Compatibilidad electromagnética y eléctrica, Malla de puesta a tierra independiente. ANALIZADOR DE RESPUESTA DE FRECUENCIA EN TRANSF. Registro de armónicos, flicker, factor K e interrupciones, trifásico, Tensión de 0 a 650 Vrms. EQUIPO DE MEDICION DE DESCARGAS PARCIALES CAMARA TERMOGRAFICA Capacidad de diagnostico aplicaciones predicticas de la termografía, temperatura de -10º C a 350º C. Precisión +/-2% ó +/- 2º C VARIVOLT Variador trifásico 1600 kva, tensión 220/440 kv; frecuencia 50/60 Hz Tipo interior AISLAMIENTO ACÚSTICO Aislamiento acústico en laminas de fibra de vidrio de alta densidad y membranas acústicas, control de ruido y vibración de particiones horizontales y verticales, en todo tipo de cubierta y/o placa Diana Marcela Camargo González 60

76 Con el objetivo de cumplir a cabalidad las exigencias de las Normas Técnicas Colombianas para la realización de los ensayos es fundamental la actualización tecnológica de algunos equipos por lo cual se plantea la adquisición de nuevos elementos que permitan el uso de nuevas herramientas de última generación para garantizar un excelente servicio. 4.4 MODERNIZACIÓN DE LA PLANTA FISICA El nuevo campo de pruebas, posee una nueva distribución que permitirá mayor agilidad en el proceso de pruebas, y cuenta con un mayor espacio para, la realización de pruebas a una mayor cantidad de transformadores, permitiendo así tener también espacio para las intervetorias y zonas de dificultades. Ver Anexo 1 De acuerdo a lo establecido por la Norma Técnica Colombiana NTC 2743 se requiere que el lugar donde se realizan los ensayos cumpla con una serie de características específicas que garantice la seguridad del personal que realiza los ensayos y de todas las personas ajenas; de igual forma con el fin de controlar el uso de los equipos y la confidencialidad de la información adquirida por el Laboratorio de Ensayos Eléctricos es primordial tener una zona administrativa propia de acceso restringido. Dentro de las modificaciones realizadas a las instalaciones del laboratorio se encuentran las siguientes: Estudio de la medición de la malla de puesta a tierra, apantallamiento y compatibilidad electromagnética. Compra de equipos con mayor capacidad para con esto, probar una serie de transformadores con una mayor tensión. Cambio de equipos de medida, consiste en realizar una renovación parcial o total de los equipos de medida por equipos digitales. Se presentan dificultades con la precisión de esta clase de equipos ya que para algunos medidores es superior a 0.5% que es el valor mínimo requerido por la Norma Técnica Colombiana NTC OFICINA debido a la nueva planta de Siemens S.A. en donde se dispone de un nuevo espacio, y por tanto se dispuso una ubicación más cómoda para los ingenieros y jefe del campo de pruebas. Incluyendo a los interventores. Ver Anexo NORMAS DE SEGURIDAD No solo existe reglamentación para la realización de los ensayos, también existe reglamentación para la Diana Marcela Camargo González 61

77 descripción de las normas de seguridad mínimas con las que debe contar los laboratorio de ensayos eléctricos establecidas en la NTC De acuerdo a Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas las distancias de seguridad mencionada en planos se basa en la de distancias horizontales entre conductores soportados en la misma estructura de apoyo, además de la distancia exigida por la norma para cada tipo de ensayo. El personal del laboratorio de ensayos eléctricos debe contar con certificado de asistencia a cursos de primeros auxilios. El personal que labore en el Laboratorio de Ensayos Eléctricos deben poseer los elementos de seguridad industrial necesarios para este trabajo como overol, botas dieléctricas, guates de carnaza, casco y protección auditiva. Debe existir un teléfono provisto con la indicación de los lugares a donde se puede llamar en caso de accidentes. El área de ensayos debe estar encerrada por medio de una barrera, la cual impedirá el paso de personal ajeno a ésta y estará enclavada con los circuitos de ensayo de manera que ningún ensayo se pueda realizar mientras la barrera no esté correctamente cerrada. Se recomienda que la barrera sea de color anaranjado. El Laboratorio de Ensayos Eléctricos deberá tener una malla de puesta a tierra la cual estarán sólidamente unidas todas las tierras de los aparatos y circuitos eléctricos utilizados. El Laboratorio de Ensayos Eléctricos debe tener señales donde se advierta la presencia de altos niveles de tensión y el riesgo de choque eléctrico Direccionamiento Estratégico A causa de la autonomía del laboratorio de ensayos eléctricos se requiere de un programa de gestión de la calidad enmarcado en el direccionamiento estratégico propio concordante con la política empresarial que asegura la calidad de los procedimientos y control de información que caracteriza a la organización para lo cual se crearon los procedimientos, instructivos, hojas de vida y formatos que se muestran como Anexos. Lo antes mencionado hace parte del Manual de Calidad donde se encuentra toda la documentación a la que hacen referencia las Normas ISO 9001 y NTC Ver anexo 6. Diana Marcela Camargo González 62

78 MISIÓN: El laboratorio de ensayos eléctricos se dedica a realizar pruebas y ensayos en transformadores eléctricos buscando la satisfacción de sus clientes al mantener la confidencialidad y veracidad de los resultados para lo cual se dispone del recurso humano y técnico idóneo superando las expectativas de los clientes. VISIÓN: Ser reconocidos a nivel nacional luego de la certificación de la SIC como una excelente solución en la prestación de servicios de ensayos de rutina y ensayos tipo para transformadores eléctricos de distribución y de potencia, utilizando la más moderna tecnología. Colaborar con el diseño de transformadores especiales, basados en los resultados obtenidos en las pruebas realizadas en el laboratorio. POLÍTICA DE CALIDAD: La política de calidad del laboratorio de ensayos eléctricos de SIEMENS S.A. es: Planear, actualizar y asegurar los procesos para ofrecer soluciones oportunas, confiables y eficientes que satisfagan las necesidades de nuestros Clientes, que son nuestra razón de ser. Así mismo la Alta Dirección del laboratorio de ensayos eléctricos se compromete a: Cumplir a cabalidad las buenas prácticas profesionales y de calidad en los servicios prestados a todos y cada uno de sus clientes. Mantener un equipo de trabajo basado en su compromiso con el laboratorio sustentado por un criterio de selección guiado por la idoneidad del elemento humano y de unas cualidades éticas y morales intachables que permitan un desarrollo imparcial de sus funciones. Mantener un servicio de primera calidad que se refleje en la plena satisfacción de nuestros clientes. Cumplir con los requisitos de la Norma NTC-ISO y las demás normas que reglamenten los ensayos que se realicen dentro del Laboratorio de Ensayos Eléctricos. OBJETIVOS CERO ERRORES: Para poder mantener la confianza de nuestros clientes en la calidad de nuestros servicios. ENTREGA OPORTUNA: Prestar un servicio oportuno y de calidad para satisfacer las necesidades nuestros clientes. MEJORAMIENTO CONTINUO: Para prestar a nuestros usuarios más servicios y mantener el nivel de los actuales. CONFIABILIDAD Y VERACIDAD DE LOS RESULTADOS: Para que nuestros clientes tengan la plena seguridad de estar recibiendo una información real. Diana Marcela Camargo González 63

79 VALORES ORGANIZACIONALES Trabajo en equipo Disciplina Integridad moral y ética Seguridad Calidad Organización Responsabilidad INDICADORES DE CALIDAD: Estos indicadores de calidad muestran de forma numérica la forma como el laboratorio de ensayos eléctricos cumple con sus objetivos. CERO ERRORES: Corresponde al porcentaje de transformadores que sufrieron averías causadas por mal manejo del equipo durante el proceso de realización de las pruebas, del total de transformadores probados mensualmente. ENTREGA OPORTUNA: Corresponde al porcentaje de transformadores entregados al cliente antes o en la fecha pactada para la tal fin. Este indicador se debe realizar mensualmente. MEJORAMIENTO CONTINUO: El mejoramiento se realizará de acuerdo a las mejoras correctivas y preventivas que se presenten anualmente ante el comité de gerencia y será la relación entre las mejoras realizadas sobre las mejoras propuestas durante el año inmediatamente anterior. CONFIABILIDAD Y VERACIDAD DE LOS RESULTADOS: corresponde a la diferencia porcentual entre los resultados obtenidos en pruebas realizadas en el campo de pruebas SIEMENS S.A. y otro laboratorio acreditado por la SIC (interlaboratorio) a un mismo equipo. Diana Marcela Camargo González 64

80 Tabla 10. Fases del Proceso de acreditación ETAPA ELEMENTO CONTENIDO Manual de Calidad Documentación administrativa Documentación técnica 1 Compra de Equipos Equipo de impulso Transformador intermedio TTR trifásico entre otros Adecuación de la Planta Física Traslado a Tenjo Oficinas Apantallamiento 2 Compra de equipos para la medición Transformadores de Corriente Transformadores de Potencia 3 Variador elevador de tensión 4 Acreditación Diana Marcela Camargo González 65

81 5. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA ISO/ IEC REQUISITOS GENERALES DE COMPETENCIA DE LABORATORIOS DE ENSAYO Y CALIBRACIÓN La acreditación de laboratorios emplea criterios y procedimientos específicamente desarrollados para determinar competencia técnica. Asesores técnicos especializados efectúan una evaluación minuciosa de todos los factores en un laboratorio que afecten la calidad de los resultados de los ensayos. El criterio de evaluación se basa en la norma internacional ISO/IEC 17025, la cual es empleada para evaluar laboratorios alrededor del mundo. Los organismos acreditadotes usan esta norma para determinar factores relevantes de la competencia técnica dentro de los cuales se encuentran: La competencia del recurso humano. Validez y adecuación de las pruebas. Trazabilidad de mediciones. Aptitud, calibración y mantenimiento del equipo. Medio ambiente conducente para efectuar pruebas. Muestreo, manejo y transporte de productos a los que se efectuarán pruebas. Aseguramiento de la calidad de resultados de pruebas y calibración. La acreditación de laboratorios otorga un reconocimiento formal que es valorada nacional e internacionalmente como un indicador confiable de competencia técnica y humana dando de esta manera a los clientes una forma rápida de identificar y seleccionar servicios confiables de ensayos. Este mérito es conferido por un organismo acreditador después de estudiar y verificar parámetros preestablecidos que garantizan la veracidad de los resultados; para mantener este reconocimiento, los laboratorios son re-evaluados periódicamente por el organismo acreditador para asegurar su cumplimiento continuo y para cerciorarse que su estándar de operación es mantenido. 5.1 PARA QUE SIRVE? Permite ascender el nivel empresarial en la clasificación de la proyección para el desarrollo organizacional a través de la gestión de la calidad. Lo cual es una herramienta de mercadeo efectiva y un valor agregado al momento de presentar ofertas a contratistas que requieren laboratorios independientemente verificados con el fin de garantizar la confiabilidad de los resultados. Es importante para los consumidores que los materiales y servicios que compran cumplan con sus expectativas o requerimientos específicos. A menudo esto significa que el Diana Marcela Camargo González 66

82 producto es enviado a un laboratorio para determinar sus características contra una norma o una especificación. Figura 31. Proyección para el desarrollo Organizacional Grado de Desarrollo Fuente: Corporación de Calidad / CIDET 5.2 REQUISITOS INICIALES NECESARIOS PARA LLEGAR A LA ACREDITACION DEL LABORATORIO DE ENSAYOS La competencia técnica de un laboratorio se evalúa teniendo en cuenta parámetros como los que se mencionan a continuación: Idoneidad, capacitación y experiencia del personal. Equipo apropiado - calibrado y mantenido correctamente. Procedimientos adecuados de aseguramiento de la calidad. Métodos y procedimientos de pruebas válidos y apropiados. Trazabilidad de la medición. Procedimientos apropiados para reportar y registrar resultados. Instalaciones apropiadas para efectuar las pruebas. Si un laboratorio cumple con todos los requisitos de la norma ISO/IEC está en capacidad de realizar su proceso de acreditación. En Colombia el procedimiento inicia con la radicación de la solicitud ante la Superintendencia de Industria y Comercio de acuerdo al formato interno, la cual es trasladada a la División de Normas Técnicas Acreditación, dependencia donde se realiza la Diana Marcela Camargo González 67