sfra teorico practico
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Curso con la mas avanzada tecnica para diagnosticar transformadores electricosTRANSCRIPT
1
Megger
Seminario Teórico - Practico
Pruebas SFRA de Mantenimiento y Puesta
en Servicio para Transformadores
COLOMBIA
Agosto / Septiembre 2011
2
SFRA Historia
1960: Low Voltage Impulse Method. (método de impulso de
bajo voltaje) propuesto por W. Lech & L. Tyminski en Polonia
para detectar deformaciones de bobinas.
1966: Publicación de resultados; “Detecting Transformer
Winding Damage - The Low Voltage Impulse Method”, Lech &
Tyminsk, The Electric Review, ERA, UK
1978: “Transformer Diagnostic Testing by Frequency
Response Analysis”, E.P. Dick & C.C. Erven, Ontario Hydro,
IEEE Transactions of Power Delivery.
1978: La prueba FRA se desarrolla en Ontario Hydro, Canadá
3
SFRA Historia (2)
1988 - 1990’s : Se realizan pruebas en diferentes compañías
en Europa y la tecnología se dispersa a nivel mundial a través
de CIGRE y muchas otras conferencias y reuniones técnicas
2004: Se publica el primer estándar de SFRA ”Frequency
Response Analysis on Winding Deformation of Power
Transformers”, DL/T 911-2004, The Electric Power Industry
Standard of People’s Republic of China
2008: Se publica CIGRE reporte 342, ”Mechanical-Condition
Assessment of Transformer Windings Using Frequency
Response Analysis (FRA)”
2011: IEEE continúa con la revisión del documento
PC7.149.D8 previa a su aprobación final como guía de
pruebas FRA.
4
Mecánica del Transformador
Un transformador esta diseñado para soportar ciertas cargas mecánicas.
Los limites de diseño pueden ser excedidos debido a:• Fuerte impacto mecánico
– Transporte
– Movimientos sísmicos
• Fuertes impactos eléctricos– Fallas en el sistema
– Fallas en los conmutadores
– Falla de sincronización
La resistencia mecánica del transformador se debilita con el paso del tiempo
– Aminora la capacidad de soportar estrés mecánico
– Incrementa el riesgo de fallas por problemas mecánicos
– Incrementa el riesgo de problemas de aislamiento
5
Para detectar posibles desplazamientos del núcleo
y deformaciones en los devanados debido a:
Grandes fuerzas electromagnéticas por corrientes de
falla
Transporte y reubicación de la unidad
Si estas fallas no se detectan a tiempo, el problema
puede evolucionar y terminar en fallas térmicas o
dieléctricas que provoque la perdida del
transformador
Periodicidad en las pruebas es esencial
Por qué se analiza la condición mecánica?
6
Detección de Fallas con SFRA
Fallas en devanados
Deformación
Desplazamiento
Corto circuito
Fallas de núcleo
Movimiento
Puesta a tierra
Fallas/ cambios mecánicos
Estructuras de fijación
Conexiones
7
Fundamentos de la Prueba SFRA Prueba con el equipo fuera de
servicio
El transformador se analiza como
como un circuito de filtro RLC
complejo
La respuesta del circuito de filtro se
mide en un gran numero de
frecuencias sobre un extenso rango
de frecuencias y se lo grafica como
una curva de magnitud de respuesta
Los cambios en el circuito de filtro
pueden detectarse y mediante
comparación en el tiempo
Este método es único por su
capacidad para detectar una
variedad de fallas en los devanados
o en el núcleo en una sola prueba
8
Insulation
InsulationInsulation
InsulationInsulation
Insulation
Insulation
Insulation
Insula
tion
SFRA – Base Teórica
HV
coil
LV
coil
Conductor
Conductor
Core
Conductor
Conductor
H1
H2
bushing
bushing
X1
X2
bushing
bushing
9
Insulation
Capacitancia Interdevanados
Capacitancia entre Devanados y
Núcleo
Capacitancia entre Devanados y
la cuba
Inductancia de la Bobina
Resistencia de la Bobina
Cambios
Eléctricos
Tra
nsfo
rmer
Tank
Cambios en
la Magnitud
de la
Respuesta
=
Qué se esta midiendo?
10
HV
coil
LV
coil
Core
Insulation
Configuración
Mecánica
Normal
Condición Normal del Circuito
Vmedido
Vaplicado
Magnitud =
11
HV
coil
LV
coil
Core
Variación
Mecánica
Variación
Mecánica
Variación
Eléctrica=
Insulation
Vmedido
Vaplicado
Magnitud =
Variación
Eléctrica
Desviación Mecánica en el Circuito
12
Bobina
Señal aplicada = 10 V
Señal Medida =
V de respuesta
Tierra
Cables co-axiales
apantallados
Datos
Transformador
Conexiones
13
APLICA 10 Volts a una frecuencia a un terminal de la bobina
MIDE la respuesta de Voltaje al otro extremo de la bobina
MAGNITUD de RESPUESTA a una frecuencia es la relación entre Vmedido / V aplicado
REPITA a 1000s de frecuencias en el rango (0.1 Hz -25 MHz), con 10 V
GRAFICO, x=Frecuencia vs. y=Magnitud de la Respuesta
Represente de manera logarítmica, 20 log (medido / aplicado)
Frecuencia (Hz)
Mag
nit
ud
(V
/V)
20 Hz 1000 Hz 10,000 Hz 100,000 kHz 1,000,000 Hz 2,000,000 Hz
Measured V
10 V
20 Hz
Response =
Measured V
10 V
70 Hz
Response =
Measured V
10 V
100 Hz
Response =
Measured V
10 V
500 Hz
Response =
Measured V
10 V
1000 Hz
Response =
Measured V
10 V
2000 Hz
Response =
Measured V
10 V
5000 Hz
Response =
Measured V
10 V
10,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
50,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
100,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
200,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
500,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
800,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
1,000,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
1,500,000 Hz
Response =
Measured V
10 V
2,000,000 Hz
Response =
SFRA – De dónde proviene la Grafica ?
10 Vaplicado Vmedido
Vmedido
Vaplicado
Magnitud =
14
Magnitud de la Respuesta de Barrido de Frecuencia
Modelo eléctrico del transformador = circuito RLC
Cada frecuencia tiene una impedancia efectiva
Frecuencia (Hz)
Mag
nit
ud
(V
/V)
20 Hz 1000 Hz 10,000 Hz 100,000 kHz 1,000,000 Hz 2,000,000 Hz
20 Hz Response
70 Hz Response
100 Hz Response
500 Hz Response
1000 Hz Response
2000 Hz Response
5000 Hz Response
10,000 Hz Response
50,000 Hz Response
100,000 Hz Response
200,000 Hz Response
500,000 Hz Response
800,000 Hz Response
1,000,000 Hz Response
1,500,000 Hz Response
2,000,000 Hz
Response
SFRA – Característica de la Gráfica
Dominio
InductivoDominio
Capacitivo
Resonancias
10 Vaplicado Vmedido
Vmedido
Vaplicado
Magnitud =
15
Rangos de frecuencia para medición SFRA –
CIGRE 342
CategoríaLimite de Baja
Frecuencia
Limite de Alta
Frecuencia
Transformadores de Potencia, Uw <
100 kV< 50 Hz 2 MHz
Transformadores de Potencia, Uw >
100 kV< 50 Hz 1 MHz
Comparación de mediciones
anteriores y/o métodos/practicas que
no se ciñen at estándar de CIGRE
< 50 Hz 500 kHz
16
Rangos de frecuencia para medición SFRA –
Ejemplos
“Estándar”Limite de Baja
Frecuencia
Limite de Alta
Frecuencia
Eskom 20 Hz 2 MHz
ABB 10 Hz 2 MHz
“Japón” (impedancia) 100 Hz 1 MHz
Por defecto el instrumento debe cubrir el rango 20 Hz – 2 MHz
17
SFRA Resultados – Regiones de Frecuencia
Problemas en el transformador pueden detectarse en diferentes rangos de frecuencia
• “Bajas” frecuencias
– Problemas en el núcleo
– Devanados abiertos/corto circuito
– Malas conexiones/incremento resistencia
– Cambios en la impedancia de Corto-circuito
• “Media” frecuencia
– Deformaciones en los devanados
– Desplazamiento de devanados
• “Altas” frecuencias
– Movimiento de los devanados y conexionado del conmutador
Winding
interaction and
deformation
Winding
and tap
leads
Core + windings
18
Regiones de Frecuencia según IEEE…
101
102
103
104
105
106
107
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Frequency, Hz
Magnitude,
dB
A phase
B phase
C phase
Core
influence
Interaction
between
windings
Winding
structure
influence
Earthing
leads
influence
19
Comparativo de diferentes técnicas de
diagnostico (CIGRE 342)Diagnostic technique Advantages Disadvantages
Magnetizing (exciting) current Requires relatively simple equipment.
Can detect core damage
Not sensitive to winding deformation.
Measurement strongly affected by core
residual magnetism
Impedance (leakage reactance) Traditional method currently specified in
short-circuits test standards.
Reference (nameplate) values are
available
Very small changes can be significant.
Limited sensitivity for some failure modes
(best for radial deformation)
Frequency Response of Stray Losses
(FRSL)
Can be more sensitive than impedance
measurement.
Almost unique to detect short circuits
between parallel strands
Not a standard use in the industry
Winding capacitance Can be more sensitive than impedance
measurements.
Standard equipment available
Limited sensitivity for some failure modes
(best for radial deformation).
Relevant capacitance may not be
measurable (e.g. Between
series/common/tap windings for auto
transformers)
Low Voltage Impulse (LVI) (time domain) Recognized as very sensitive Specialist equipment required.
Difficult to achieve repeatability.
Difficult to interpret
Frequency Response Analysis Better repeatability than LVI with the
same sensitivity.
Easier to interpret than LVI (frequency
instead of time domain).
Increasing number of users
Standardization of techniques required.
Guide to interpretation required
20
Pruebas Comparativas
Transformador A
Transformador A Transformador B
Basado en
Tiempo
Basado en el Tipo
Constructivo
Basado en Diseño
21
Comparaciones
Basadas en Tiempo (Las pruebas se levan a cabo en el mismo transformador en diferentes periodos de tiempo)
Esta es la prueba mas eficaz
Desviaciones entre curvas son fácil de detectar
Basadas en el Tipo Constructivo (Las pruebas se llevan a cabo en transformadores de un diseño similar)
Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y sus posible modificaciones
Desviaciones menores no son necesariamente un signo de problemas en la unidad
Basado en Diseño (Las pruebas se realizan en los terminales de los devanados y boquillas de idéntico diseño)
Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y sus posible modificaciones
Desviaciones menores no son necesariamente un signo de problemas en la unidad
22
La comparación entre unidades idénticas de producción
en serie puede ser sencilla ya que todas las bobinas se
fabrican de la misma manera
Comparación de Transformadores Similares
(mismo fabricante)
23
Transformadores con similar especificación pero
diferentes fabricantes difiere por tipo de materiales
y diseño. 2 X 115/34.5 7.5MVA
Comparación de Transformadores Similares
(diferente fabricante)
24
La comparación es típicamente complicada puesto
que cada bobina puede tener su característica única
de construcción.
Comparación de Transformadores Rebobinados
25
Filosofía de las Mediciones SFRA
Nuevas mediciones = Medición de Referencia
Entra en Servicio
Nuevas Mediciones ≠ Medición de Referencia
Se requiere pruebas adicionales
26
Prueba de Aceptación =
Huella Digital
Prueba post-falla
Superposición de curvas Aceptación & Post-falla
Transformador trifásico 2 devanados – mismo transformador, misma fase
SFRA Ejemplo de Comparación
27
Cuándo se realizan las mediciones SFRA?
Pruebas de Fabrica
Control de Calidad en el proceso de manufactura
Verificación de la unidad después de la prueba de corto-circuito
Antes del envío
Instalación/puesta en servicio
Reubicación
Luego de una falla pasante en el sistema
Parte de las pruebas de diagnostico de rutina
Eventos catastróficos
• Movimientos sísmicos
• Huracanes / Tornados
En pruebas por alarmas de la unidad
• Buchholz
• DGA
• Alta Temperatura
Antes-después de mantenimiento correctivo
28
Detección de Fallas en el
Transformador
29
Previo a la prueba de SFRA, la integridad mecánica del
transformador fue evaluada con los siguientes
métodos:
Resistencia de Devanados
Corriente de Excitación
Medición de Reactancia de dispersión
Capacitancia inter-devanados
Cada uno de estos métodos dan una referencia
especifica
Detección de Desplazamiento de Bobinas
30
1.) OPEN Circuit Self Admittance
OPENLooks at Winding AND
Core characteristics
VM
VR
2.) SHORT Circuit Self Admittance
SHORT Looks at Winding
VM
VR
3.) CAPACITVE Inter-Winding
Looks at Capacitance
between WindingsVMVR
4.) INDUCTIVE Inter-Winding
Looks at Inductance of
BOTH Windings
VMVR
Importancia de cada Prueba
Similar to TTR
Similar to Capacitance
Similar to Leakage Reactance
Similar to Excitation Test
@ 60 HzTransformer CharacteristicType of Test
31
Configuraciones de Medición SFRA
32
SFRA configuración
33
Circuito de Medición
34
Tipos de Pruebas- Admitancia de circuito
abierto (CA)
Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, con todos los demás terminales flotantes.
La impedancia de magnetización del transformador es el principal parámetro que caracteriza la respuesta de baja frecuencia (bajo la primera resonancia) en esta configuración
Comúnmente se la usa por su simplicidad y la facilidad de analizar cada devanado por separado
Configuración de la Prueba SFRA en circuito abierto
35
Admitancia de Circuito Abierto- Ejemplo
Bajas Frecuencias
• Puede variar entre mediciones por efecto de magnetización
• Respuesta típica de doble-hundimiento en fases simétricas
• Fase – B normalmente aparece por debajo de las fases A y C (Y)
36
Tipos de Pruebas- Admitancia de
cortocircuito (CC)
Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, mientras el devanado de bajo voltaje es cortocircuitado.
La influencia del núcleo desaparece por debajo de aproximadamente 10-20 kHz porque la respuesta de baja frecuencia se caracteriza por la impedancia de cortocircuito / reactancia de fuga en lugar de la inductancia de magnetización
La respuesta en altas frecuencias es similar a la prueba de admitancia en circuito abierto.
Configuración de la Prueba SFRA en cortocircuito
37
Admitancia de cortocircuito (CC) - Ejemplo
Bajas Frecuencias
• Todas las fases deben ser muy similares. Variaciones > 0.25 dB sugieren
problemas de reactancia de fuga/resistencia de devanados/ conexionado/
conmutadores
38
Tipos de Pruebas – Capacitivo interdevanados
(ID)
Se realiza desde uno de los extremos de un devanado a otro, con
todos los otros terminales flotando.
En la respuesta de esta configuración en bajas frecuencias predomina
la influencia de la capacitancia entre devanados.
Configuración de la Prueba SFRA en capacitiva entre devanados
39
Capacitivo inter-devanados Ejemplo
40
Tipo de Pruebas – Admitancia transferida (VT):
Se realiza desde una fase de uno de los devanados a la misma fase de
otro devanado, con sus respectivos extremos aterrizados. Los demás
terminales que no están bajo prueba deben permanecer flotantes.
El rango de baja frecuencia se define por la relación de transformación
de los devanados
Configuración de la Prueba SFRA en voltaje transferido
41
Admitancia Transferida (VT)
42
Comparación de resultados de Prueba
Repetitividad es la clave del éxito!
Núcleo sin aterrizar
Núcleo Aterrizado
43
Ejemplo de Repetitividad
105 MVA, Transformador monofásico Elevador
(GSU)
Mediciones SFRA con FRAX 101 antes y después
de un severo corto-circuito en el generador
• Dos unidades de prueba diferentes
• Dos técnicos distintos
• Prueba realizada en fechas distintas
44
Antes (2007-05-23) y post-falla (2007-08-29)
Bobina BT
Bobina AT
45
105 MVA, Monofasico GSU
Las mediciones antes y después del evento
resultaron virtualmente idénticas
Excelente correlación entre la referencia y la
medición post-falla.
Conclusión:
No existe indicativos de danos mecánicos internos en el
transformador
El transformador puede ser puesto en servicio
46
Factores que Influyen la calidad de la
medición
Calidad de la conexión de la señal de medición
Practica de aterrizaje
Rango dinámico interno del equipo, piso de ruido
Comprensión de la condición del núcleo en la prueba de circuito abierto
47
Mala conexión
Mala conexión se refleja en la distorsión a mayores frecuencias
48
Terminales de conexión
Abrazaderas tipo C aseguran
la calidad del contacto
Penetra capas no
conductivas
Conexión solida a la brida del
buje
49
La Conexión de Puesta a tierra asegura la
repetitividad de la prueba en altas frecuencias
Práctica recomendada Práctica incorrecta
50
Influencia del tipo de Puesta a Tierra
C. Homagk et al, ”Circuit design for reproducible on-site measurements of
transfer function on large power transformers using the SFRA method”, ISH2007
51
Calidad del Equipo de Pruebas
Los transformadores tienen alta impedancia en su
primera resonancia
El ruido interno del equipo es principalmente el
limitante mas critico, no el ruido de la subestación
Verifique el piso de ruido de su instrumento
realizando una prueba de puntas abiertas
52
Nivel de Ruido Interno – ”Piso de ruido”
Rojo = Otra marca
Verde = FRAX 101
53
Ejemplo de problema de ruido interno
H1 – H2 mediciones circuito abierto y
corto
Negro = Otra marca
Rojo = FRAX 101
54
Por qu’e se require por lo menos -100 dB..?
Westinghouse 40 MVA, Dyn1, 115/14 kV, HV [open]
55
Influencia del núcleo
Trate de minimizar el efecto, de todas maneras algunas diferencias se verán y deben aceptarse.
De preferencia:
Realice las mediciones SFRA antes de la prueba de resistencia de devanados (o des-magnetice el núcleo antes de la prueba SFRA)
Use el mismo nivel de voltaje en todas las mediciones SFRA.
56
Prueba de resistencia de devanados
Luego de la
desmagnetización
H1-H2 [open]
Luego de prueba de resistencia de devanados
57
Efecto a bajas
frecuencias
Efecto en
bobinas
SFRA – Efecto del cambiador de tomas
58
10V peak-to peak
H1-H0 [open]
0.1 V peak-to-peak
El efecto es mayor
en los devanados
de BT
Efecto del Voltaje Aplicado
59
Voltaje de Medici on variable…
60
Calidad de la Medición y Repetitividad
La base de las mediciones SFRA es la comparación y la repetitividad es de extrema importancia
Para asegurar la repetitividad;• Seleccione un instrumento de calidad, alta precisión con un
amplio rango dinámico e impedancia de entrada/salida que sea apropiada para el tipo de cable coaxial (típico 50 Ohm)
• Asegure una buena señal de conexión y conecte la pantalla de los cables coaxiales a la brida de la boquilla usando la técnica de la “trenza mas corta”.
• Use el mismo voltaje de prueba en todas las mediciones SFRA
• Tenga cuidado de las pruebas de resistencia de devanados y otras pruebas que puedan magnetizar el núcleo.
• Documente su prueba apropiadamente, tome fotografías y detalle la configuración de conexiones y posición de conmutadores
61
SFRA Análisis
62
Herramientas de análisis para SFRA
Visual – análisis grafico
• Valores iniciales dB
• La forma esperada de configuraciones -
• Comparación de huellas tomadas en:
– El mismo transformador
– Transformadores de construcción y propiedades similares
– Fases Simétricas
• Nuevas frecuencias de resonancia
Análisis de Correlación
• Estándar DL/T 911 2004
• Especifico de fabrica y usuario final
63
Respuest Tipica de un Transformador en buen estado
HV [abierto] segun lo
esperado para un
trans-r ΔY ”Doble
endidura”
Minima desviacion entre
fases en todas las
pruebas – no hay
defectos de devanados
HV [cortocircuito]
identico entre fases
LV [abierto] segun
lo esperado para
un trans-r ΔY
64
Transformador con serios Problemas
Grandes desviaciones
entre fases en los
rangos de meadia y
altas frecuencias son
indicativos de fallas en
los devanados
Grandes
desviaciones entre
fases para BT
(abierto) en bajas
frecuencias es
indicativo de
cambios en el
circuito magnetico,
defectos del nucleo
65
Transformador con espiras del devanado
en corto
Es la falla mas sencilla de reconocer con SFRA
Típicamente se produce por una falla de corriente pasante
Las espiras adyacentes pierden papel y se fusionan
resultando en una vuelta solida alrededor del núcleo
SFRA provee un diagnostico claro de la espira en corto
La respuesta de SFRA por cortos de espiras no requiere
de referencia pues su variación en las bajas frecuencias
es evidente
66
Espira en Corto Circuito
Rango de
Frecuencia
Corto Circuito entre espiras
Considerando que no existan otras fallas:
20 Hz – 10 kHz Prueba de Circuito Abierto:
La falla de corto circuito remueve el efecto de la reluctancia del núcleo de la
prueba de circuito abierto. La respuesta de FRA en circuito abierto toma un
comportamiento similar al de la prueba de corto circuito. La bobina afectada
muestra la mayor variación. Este tipo de falla afecta también aunque de menor
manera las respuestas de otras bobinas.
Prueba de Corto Circuito:
Los resultados no son comparables con datos anteriores o entre fases. La
bobina afectada esta generalmente fuera del trazado.
5 kHz – 100 kHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
En este rango se produce un desplazamiento o nuevos puntos de resonancia.
50 kHz – 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
En este rango se produce un desplazamiento o nuevos puntos de resonancia.
> 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
En este rango se produce un desplazamiento o nuevos puntos de resonancia.
67
Transformador con espiras en Corto
HV [open]; fase-B (rojo) debe tener una menor respuesta en comparacion con las
fases A y C pero presenta mayor magnitud / menor impedancia
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 100 1000 10000 100000 1000000
Frequency (Hz)
Resp
on
se (
dB
s)
68
Corto circuito entre Espiras…
La impedancia decrece en las
bajas frecuencias en la prueba
de circuito abierto
La impedancia decrece en las
bajas frecuencias en la prueba
de AT corto circuito (solo si el
corto esta en AT)
69
Deformación Radial de la Bobina
Rango de
Frecuencia
Deformación Radial de la Bobina
Considerando que no existen otras fallas:
20 Hz – 10 kHz Prueba de Circuito Abierto:
Esta región (núcleo) generalmente no se ve afectada por deformación radial.
Prueba de Corto Circuito:
Resulta en un incremento de impedancia. El trazado de FRA por la fase afectada
generalmente muestra una ligera atenuación en la zona inductiva.
5 kHz – 100 kHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
El rango que representa las bobinas puede desplazarse o se pueden producir
otros nuevas resonancias dependiendo de la severidad del problema. De todas
formas, esta variación es difícil de identificar. Los cambios son mayores en la
bobina afectada, pero es posible observar cambios en la bobina opuesta. Esta
respuesta debe usarse como evidencia secundaria para corroborar el análisis.
50 kHz – 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
La deformación radial de la bobina es mas evidente en este rango. Puede
desplazarse o producir nuevas resonancias dependiendo de la severidad de la
deformación. Los cambios son mayores en la bobina afectada, pero es posible
observar cambios en la bobina opuesta.
> 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
Este rango generalmente no se ve afectado, aunque una deformación muy severa
puede reflejarse en este rango.
70
Deformación Radial de la Bobina...
Pequeño pero significativo
incremento de impedancia
en las bajas frecuencias en
la prueba de Corto Circuito
Cambios de Resonancia en
las frecuencias medias y
altas en la prueba de
Circuito Abierto
71
Deformación Axial de la Bobina
Rango de
Frecuencia
Deformación Axial de la Bobina
Considerando que no existan otras fallas:
20 Hz – 10 kHz Prueba de Circuito Abierto:
Esta región no se ve generalmente afectada durante la deformación axial de la
bobina.
Prueba de Corto Circuito:
Resulta en un cambio de impedancia. El trazado de FRA en la bobina afectada
causa una diferencia entre fases o resultados previos en la zona inductiva.
5 kHz – 100 kHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
La deformación axial de la bobina es mas evidente en este rango. Puede
desplazarse o producir nuevas resonancias dependiendo de la severidad de la
deformación. Los cambios son mayores en la bobina afectada, pero es posible
observar cambios en la bobina opuesta
50 kHz – 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
La deformación axial de la bobina presenta desplazamiento o produce resonancias
dependiendo de la severidad de la deformación. Los cambios son mayores en la
bobina afectada, pero es posible observar cambios en la bobina opuesta
> 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
La respuesta por deformación axial es impredecible en este rango.
72
Defromacion Axial de la Bobina...
Cambios de Resonancia en
las frecuencias medias y altas
en la prueba de Circuito
Abierto
Pequeño pero significativo
incremento de impedancia
en las bajas frecuencias en
la prueba de Corto Circuito
73
Defectos del Núcleo
Defectos del núcleo causan variaciones en el
circuito magnético del núcleo
Calentamiento de laminas del núcleo
Corto entre laminas del núcleo
Múltiples puntos a tierra
Pérdida del punto de conexión a tierra del núcleo.
74
Defectos del Núcleo
Rango de
Frecuencia
Defecto del Núcleo
Considerando que no existan otras fallas:
20 Hz – 10 kHz Prueba de Circuito Abierto:
Este tipo de fallas afectan la región de baja frecuencia, generalmente <10
kHz. Los defectos del núcleo a menudo cambian la forma de la resonancia
primaria del núcleo. Defectos del núcleo pueden esconderse tras el efecto de
magnetización residual.
Prueba de Corto Circuito:
Esta región normalmente no se ve afectada por defectos del núcleo. Todas
las fases deben ser similares.
5 kHz – 100 kHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
Este rango puede desplazarse o producir nuevas resonancias.
50 kHz – 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
Generalmente este rango se mantiene sin cambios. Pero si la falla se debe a
un problema de aterrizaje del núcleo, cambios de la capacitancia CL puede
causar desplazamiento de las resonancias en la porción superior de este
rango.
> 1 MHz Pruebas de Circuito Abierto y Corto Circuito:
Si la falla se debe a un problema de aterrizaje del núcleo, cambios de la
capacitancia CL puede causar desplazamiento de las resonancias.
75
Defectos del Núcleo - Ejemplo
Importantes (e
inesperadas)
diferencias entre fases
en las bajas
frecuencias en la
prueba de circuito
abierto BT
No hay diferencia entre
fases en altas
frecuencias – No hay
defectos de bobinas...
76
Defectos del Núcleo...
Variaciones importantes
en el circuito magnético
en la primera resonancia
en la prueba de circuito
abierto
77
FRAX
Unidad de Medición SFRA
78
FRAX 101 – Frequency Response Analyzer
79
FRAX 101 – Frecuencia Response Analizar
Bluetooth
en FRAX101
Puerto USB
Alimentación
11-16VDC,
Batería incorporada
(FRAX 101)
Carcasa de aluminio
protegida
Terminales:
Generador
Referencia
Medición
80
SFRA configuración
Generador y
Referencia
Medición
81
Búsqueda en la base de Datos
Archivos de datos guardados en formato XML
La función de indexación guarda la información relevante en una pequeña
base de datos
La función de búsqueda despliega y administra los archivos en diferentes
ubicaciones
82
Formatos de Importación
83
Análisis de Correlación
84
SFRA – Ejemplos de Aplicación
85
Ejemplo – Comparación basada en
Tiempo
Transformador elevador monofásico, 400 kV
Mediciones SFRA antes y después de mantenimiento programado
El transformador se suponía estar en buenas condiciones y listo para entrar en operación…
86
Ejemplo – Comparación basada en Tiempo
DL/T911-2004 indica “Distorsión Obvia (falta conexión a tierra del núcleo)
87
Ejemplo – Comparación basada en Tiempo (reparado)
DL/T911-2004 indica condición “Normal” (conexión a tierra del núcleo
reparada)
88
Comparación de Unidades Gemelas
Parámetros que Identifican Unidades Gemelas: Fabricante
Especificaciones Técnicas Originales
No reparaciones o renovaciones
Año de Producción o +/-1 año para unidades grandes
La unidad es parte de una serie de ordenes
89
Comparación de Unidades Gemelas
- Ejemplo
Tres unidades de 159 MVA, 144 KV monofásicas
fabricadas en 1960
Salen fuera de servicio para mantenimiento/reparación luego de una alarma de alta temperatura del DGA
Unidades idénticas
Las pruebas de Corto Circuito indicaban alta resistencia en una unidad (confirmado por medición de resistencia de devanados)
90
Comparación de Unidades Gemelas – 3x HV [open]
91
Comparación de Unidades Gemelas – 3x HV [short]
92
Comparación de Unidades Gemelas– 3x LV [open]
93
Comparación en Base a Diseño
Los defectos mecánicos en los devanados del
transformador usualmente generan desplazamientos
asimétricos
Comparando resultados FRA de columnas probadas por
separado puede ser un método apropiado para asesorar la
condición mecánica
Dependencia del tipo y tamaño del transformador, el rango
de frecuencia para comparaciones basadas en diseño va
hasta 1 MHz aproximadamente
94
Comparación en Base a Diseño- Ejemplo
40 MVA, 114/15 kV, fabricado en 2006
Sale de servicio para quedar como reserva
Se desconocen fallas
No existe referencia de mediciones FRA de fabrica
La prueba SFRA, comparando fases simétricas resultó OK
Los resultados pueden usarse como referencia para futuras mediciones
95
Comparación en Base a Diseño – HV [open]
96
Comparación en Base a Diseño – HV [short]
97
Comparación en Base a Diseño – LV [open]
98
Comparación en Base a Diseño
– Luego de una posible Falla
Transformador de potencia, 25MVA, 55/23kV, fabricado en 1985
Por error, el transformador fue energizado con el lado de BT aterrizado
Al energizar nuevamente el transformador, opera el interruptor (opera la protección del transformador!)
Se decide entonces realizar una prueba de diagnostico
99
Comparación en Base a Diseño
– Luego de una posible Falla
AT-0, BT abierto
Fases A y C OK, desviación pronunciada en la fase B
(espira en corto?)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 100 1000 10000 100000 1000000
Frequency (Hz)
Resp
on
se (
dB
s)
100
Comparación en Base a Diseño
– Luego de una posible Falla
AT-0 (BT corto circuito)
Fases A y C OK, desviación en la fase B
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 100 1000 10000 100000 1000000
Frequency (Hz)
Resp
on
se (
dB
s)
101
Y como se veía la columna intermedia…?
Casquillo de aislamiento
Columna del núcleo
Bobina BT
102
Análisis de la Respuesta de Barrido de
Frecuencia
Referencias Técnicas
103
SFRA Guías y Recomendaciones
Frequency Response Analysis on Winding Deformation of
Power Transformers, DL/T 911-2004, The Electric Power
Industry Standard of People’s Republic of China
Mechanical-Condition Assessment of Transformer Windings
Using Frequency Response Analysis (FRA), CIGRE report
342, 2008
IEEE PC57.149™/D8 Draft Trial-Use Guide for the
Application and Interpretation of Frequency Response
Analysis for Oil Immersed Transformers, 2009 (Draft)
Internal standards by transformer manufacturers, e.g. ABB
FRA Standard v.5
104
Por qu’e se requiere al menos -100 dB...
Westinghouse 40 MVA, Dyn1, 115/14 kV, HV [open]
105
Comparación del rango de medición
Medición de ruido interno (abierto)
Verde – FRAX-101
Azul – Otra marca SFRA
-100 dB medición
(CIGRE estándar)
Negro – FRAX-101
Rojo – Otra marca SFRA
106
Verificación del Equipo
Verificación del equipo, cables inclusive• Medición con terminales abiertos (abrazadera) debe dar una
respuesta cercana al piso de ruido
• Medición con los terminales en “corto” debe dar una respuesta cercana a 0 dB
• Modulo de verificación externa con respuesta conocida (FTB-101)
Calibración• FRAX: Mínimo cada 3 años
107
Prueba de Integridad del Sistema
Un aparato de verificación con una
respuesta de barrido de frecuencia
conocida se recomienda en la publicación
de CIGRE y otras referencias técnicas
para verificar el funcionamiento optimo de
los equipos antes de la prueba.
108
Conclusiones
SFRA es una metodología establecida para detectar cambios electromecánicos en transformadores de potencia
Obtener curvas de referencia en unidades criticas para la operación es una inversión!
109