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Ing.JulioNemethSzombathy

MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE TRANSFORMADORES EN LA INDUSTRIA

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Fecha: Febrero 2009 Autor: Julio Nemeth MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE

TRANSFORMADORES Pg.: 2 De: 72

INDICE

CAPITULO 1

EL TRANSFORMADOR COMO PARTE DEL SISTEMA ELCTRICO. PAG 7

CAPITULO 2

COMPONENTES BASICOS DEL TRANSFORMADOR. PAG 12

CAPITULO 3

PRUEBAS ELECTRICAS EN CAMPO Y EN LABORATORIO. PAG 25

CAPITULO 4

ANALISIS FISICO QUIMICO DEL ACEITE MINERAL. PAG 33

CAPITULO 5

CROMATOGRAFIA DE GASES DISUELTOS. PAG 39

CAPITULO 6

ACCESORIOS E INTERPRETACION DE PARAMETROS. PAG 47

CAPITULO 7

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO. PAG 56

CAPITULO 8

SECADO DE PARTES ACTIVAS. PAG 63

CAPITULO 9

FALLAS TIPICAS. PAG 66

ANEXOS PAG 70

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DIRIGIDO A: Personal del rea de Mantenimiento Elctrico del Sector Industrial, Ingenieros y Tcnicos Medios con escasos conocimiento de transformadores.

OBJETIVO: Al finalizar el curso los participantes estarn capacitados para planificar el mantenimiento preventivo de sub-estaciones de transformadores y de poder decidir oportunamente las acciones a tomar para optimizar la confiabilidad del sistema en su empresa.

CONTENIDO: El impacto de fallas de Transformadores en la confiabilidad del sistema elctrico. Componentes bsicos de transformadores. Pruebas elctricas en campo y el taller. Anlisis fisicoqumicos de los aceites dielctricos. Cromatografa de gases disueltos en aceite dielctricos. Interpretacin de la informacin de los diferentes accesorios usados como

proteccin. Planificacin del mantenimiento Preventivo. Cuando hacer el mantenimiento en

campo y cuando en taller especializado. El problema del secado de la parte activa y su vida til. Fallas ms comunes que se presentan y sus soluciones.

ESTRATEGIAS METODOLOGICAS: Exposiciones del facilitador Ejercicios estructurados Dinmica grupal.

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JULIO NEMETH S. Ingeniero Electricista graduado en la Universidad de Carabobo en la especialidad de potencia en 1982. Ha desarrollado proyectos de iluminacin y fuerzas en el sector Comercial e Industrial. Se ha dedicado a la construccin da lneas areas y subterrneas de alta y baja tensin.

Ocupa la gerencia de mantenimiento en la fabricacin de cables FACTI. Actualmente es gerente de produccin en la fabrica de transformadores COSTEL es a la vez asesor de al empresa, C.A. Mantenimiento elctrico.

Se ha dictado talleres en prestigiosas empresas de la Zona, en el rea de mantenimiento tales como CADAFE, PDVSA, SIDETUR, EDELCA, COCA-COLA, etc.

Se ha dictado por 15 aos a la docencia en el IUPSM, dictando ctedras como Maquinas Elctricas, Lneas de Transmisin y Mantenimiento de Sistemas elctricos.

Asesor y Facilitador en FUNDAMETAL, en el rea Tcnico Industrial.

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INTRODUCCION El presente curso esta ideado para llevar un vaco muy frecuente en quienes tienen la responsabilidad de la gestin de mantenimiento en la industria.

Siendo cada vez mas critica la dependencia del hombre con la electricidad resulta pues evidente la necesidad de gerenciar el mantenimiento de los sistemas elctricos con criterios preventivos en vez de criterios correctivos, por lo que es lgico atacar el problema de garantizar la confiabilidad del sistema elctrico en uno de sus puntos mas vulnerables: el transformador.

En este curso se dan a conocer las tcnicas que existen a fin de monitorear y diagnosticar el estado del transformador para que el gerente de mantenimiento o el usuario puedan tomar las decisiones correctas en los momentos oportunos.

El contenido del curso esta basado en aos de experiencia en el mantenimiento y reparacin de transformadores, en el anlisis de los problemas ms comunes que se presentan y en la ntima relacin que hay entre las diferentes pruebas y chequeos de que se disponen hoy en da con lo que fsicamente ocurre dentro de los transformadores.

Se hace un estudio de los ensayos elctricos en campo, talleres y del anlisis fsico-qumico del aceite mineral. se ha incluido la tcnica de cromatografa de gases disueltos dada la importancia que cada da ha ido cobrando y que completamente los otros ensayos.

Como en todo, nadie tiene toda la verdad en la mano, igual ocurre aqu, no debemos olvidar que a pesar que la construccin de los transformadores ha variado muy poco desde sus comienzos, se han ido mejorando las tcnicas de diagnsticos de fallas incipientes y los performances de las protecciones asociadas a los transformadores hoy en da.

De lo anterior se concluye que siempre aparecern nuevas interpretaciones en los diagnsticos y cada vez ms precisas preediciones. todo va a depender del grado de empeo con que el usuario se logre capacitar y documentar con los desarrollos tecnolgicos actuales.

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1. Que voy a lograr al terminar el curso? Tomar la decisin correcta en el momento preciso

2. Cuando tiempo va durar? Dos das: 8 AM A 12 PM. Y 1 PM. A 5 PM.

3. Como aprovechar al mximo? Atienda Pregunte - Anote

4. De que manera se va dictar? Reljese. no es un saln de clase, es un dialogo.

Todo claro? Comencemos

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CAPITULO1

ELTRANSFORMADORCMOPARTEDELSISTEMAELCTRICO El esquema bsico de todo Sistema elctrico industrial se compone de: A: Red Primaria de Energa B: Subestacin de

Transformacin Principal

C: Centro de Distribucin D: Cargas Servidas y Sub Tableros

G

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El usuario requiere que todo lo que se halla en el sector D funcione en todo momento. Hay dos cosas que pueden pasar para que D quede sin servicio: falla en el suministro de energa en el sector A o falla en el transformador principal; cualquier de las dos PRARLIZAR todo el sistema de distribucin elctrica.

Es poco lo que podemos hacer ante cualquier contingencia en A pero en B si se puede. Es preferible prestar peridicamente algo de atencin a la subestacin (lo cual lgicamente tiene un costo) que pasar por un colapso del transformador lo que implica:

Costos de reparacin del equipo Costos por desconexin y movilizacin del equipo Prdida en las lneas de produccin Costos de alquiler de un equipo sustituto

La experiencia indica que siempre resulta ms econmica el mantenimiento preventivo que el correctivo (Aun en tiempo de crisis).

Entonces, la confiabilidad del servicio elctrico depende del tipo de mantenimiento que se practique en las empresas.

Las gerencias modernas estn de acuerdo en que la relacin de tiempo empleado en mantenimiento preventivo TMP y correctivo TMC es un indicador de la gestin y en consecuencia de la confiabilidad del sistema.

Esta relacin puede interpretarse del siguiente modo:

TMP / TMC INDIQUE QUE CONFIABILIDAD ES

Menor que 1 La gestin de mantenimiento solo existe para corregir fallas Baja

Igual a 1 Posiblemente hay falta de informacin tcnica o de personal capacitado

Dudosa

Mayor que 1 Se aplica criterios de ingeniera modernos. La alta gerencia se involucra

Alta

Adicionalmente las tcnicas gerenciales modernas de mantenimiento son capaces de diagnosticar necesidades puntuales tales como:

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Adquirir una planta de emergencia Modificar la red de distribucin primaria Tener equipos de respaldo Reemplazar equipos por obsolescencia. En resumen: la meta del gerente es minimizar la ocurrencia de fallas, y de ocurrir la falla minimizar el tiempo de parada.

Mantenimiento preventivo, Dnde Empezar? Uno de los problemas mas frecuente con que se enfrenta el usuario es que cosa mantener? Y luego Qu mantener primero?

La respuesta se tiene si logramos establecer prioridades, una forma de hacerlo es haciendo uso de la tcnica de Pareto.

Por ejemplo, supongmonos que una maquina perteneciente a una lnea de produccin es de suma importancia y que la parada de esa maquina representa perdidas millonarias para nosotros.

Luego de estudiar las causa que producen que esa maquina se paralicen las hemos listado a continuacin con su respectivo impacto en tiempo:

Problemas neumticos 2 horas Fallas hidrolgica 10 horas Falla de energa elctrica 2 horas Problema en el Breacker 3 horas Problemas de transmisin 1 horas Mala operacin 1 horas Problemas en el CCM 20 horas Falla de la subestacin 60 horas Problemas en aterramiento 1 horas Total 100 horas

Ordenadordemayoramenostenemos1 Fallas de la Subestacin 60 Horas 2 Problemas en el CCM 20 Horas 3 Falla Hidrulica 10 Horas 4 Problemas en el Breacker 3 Horas 5 Problemas Neumticos 2 Horas 6 Falla de Energa Elctrica 2 Horas 7 Problemas de Transmisin 1 Horas 8 mala Operacin 1 Horas 9 Problemas en Aterramiento 1 Horas Total 100 Horas

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GraficandoenDiagramadePareto

60%

20%

10%3% 2% 2% 1% 1% 1%

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

PESO

PO

RC

ENTU

AL

IND

IVID

UA

L

1 2 3 4 5 6 7 8 9CAUSA

95% 97%98% 99% 100%

93%90%

80%

60%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9

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De la figura anterior resulta lo siguiente: 80% de las fallas se deben solo al 20% de las causas. por lo tanto cuando la pregunta es ...

qu hacer primero? ya sabemos donde empezar.

En conclusin, cuando un determinado evento tiene muchas causas que lo pueden producir la tcnica de Pareto es muy til toda vez que logra centrar nuestra atencin en ese 20% de factores llamados los pocos vitales para ser atendidos primero logrando controlar 80% de las consecuencias. Luego se atender el otro 80% de las causas que como solo contribuyen con el 20% de las consecuencias son llamados los muchos triviales.

En ejemplo anterior qued en evidencia que desde el punto de vista del sistema elctrico de distribucin la subestacin y el transformador principal es el punto de partida cuando de confiabilidad se trate.

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CAPITULO 2

COMPONENTES BASICOS DEL TRANSFORMADOR En todo transformador las siguientes partes estn siempre presentes y que son los que requieren control por parte del usuario, como se ir viendo la aparicin de problemas en un componente puede acarrear consecuencias en otras partes hasta que la unidad colapsa por completo. Veamos esos componentes vitales: Ncleo Bobinas Conmutador (TAP CHANGER) Aislamiento Slido Aislamiento Liquido Otras Partes NUCLEO

Es la estructura de hierro laminado sobre la cual estn montados los devanados primario y secundario. Su funcin es permitir el paso del flujo magntico (Creado por el Primario) para concatenar con el secundario.

Su construccin exige un material sea buen conductor de dicho flujo ( Minimizar Corriente de Excitacin o de Vaco). Este atributo se mide con la PERMEABILIDAD MAGNETICA que da la idea de cuntas veces mas conduce mejor un material dado que el aire.

El flujo Magntico se mide en Weber = 108 Lneas de Campo.

La Densidad de flujo B = / A se mide en Weber / m2

Cmo se produce la Electricidad?

Se produce siempre que entre un conductor y un campo magntico exista alguna velocidad relativa, o sea que el conductor corte lneas de flujo magnticos, ver la figura siguiente:

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mx.

En la figura un conductor de longitud L se desplaza hacia abajo con una velocidad V cortando un campo Magntico con densidad constante B, se demuestra que se induce en los extremos del conductor una FEM. dada por:

En un transformador los conductores no se mueven pero lo que varia es el flujo mediante una frecuencia f.

FARADAY DEMOSTRO QUE TAMBIEN Siendo :

N: El numero de espiras del devanado. = 2 x

t=1/f 2

V

SUR

B

L

NORTE

E = B x L x V (Voltios)

E = N x /t voltios

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Entonces E = N x 4 x x f x 10-8 y siendo

ElvalorEficaz=ValorMediox1.11 En resumen, el ncleo solo sirven para que una bobina que recibe un voltaje variable genere un campo magntico variable y otra bobina utilice ese campo para generar un voltaje.

Los ncleos Modernos se Construye de Hierro con Pequeas Cantidades de Silicio y Carbono. Con ello se Reducen las Perdidas por Histresis y Foucault. El ncleo no es Macizo sino laminado y toda la estructura se amarra mediante brindas. Como las laminaciones estn hechas de secciones por facilidad de armado, Se debe tener cuidado en las juntas a fin de evitar Entrehierros, Que constituiran tambin perdidas que se traducen en corriente de vaci alta.

Sin embargo con los aos un transformador puede llegar a presentar aflojamiento de las Bridas Producto de dilatacin trmicas y vibracin natural lo que a su vez provoca la aparicin de entrehierros y perdidas.

Una seal de que un ncleo presenta perdidas anormales es precisamente un aumento en el nivel de ruido del transformador y una temperatura mayor.

- 8 E = 4.44 N f 10 Voltios (Valor Eficaz) Formula elemental clculo transformador y principio de induccin electromagntica.

Voltaje Inducido

Voltaje Aplicado

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Las pruebas de vaci evalan la cantidad de energa que requiere el circuito magntico para establecer el flujo necesario para inducir el voltaje de diseo, estas perdidas deben ser lo mas reducidos posible si se quiere considerar al transformador como maquina eficiente.

JUNTAS DE LAMINAS BRIDAS

BOBINAS Arrollado de un determinado numero de espiras hechas con cobre o aluminio. Generalmente existe un primario que recibe la energa a un determinado potencial y un secundario que la entrega a otro potencial.

En toda bobina el aislamiento slido es crtico y se distinguen dos tipos:

AISLAMIENTO PRINCIPAL,

Consiste en el aislamiento del conductor propiamente dicho y que puede ser de dos tipos: Esmalte o Papel. Su funcin es mantener elctricamente separadas las espiras unas de otras.

AISLAMIENTO SECUNDARIO,

Generalmente de papel, cartn, fibra de vidrio, madera y que separa toda la bobina del ncleo, de la cuba, de bobinas de otra fase y la alta tensin de la baja tensin.

Deben Presentar Entrehierros Mnimos

Deben Estar Muy Apretadas

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Generalmente en transformadores con aos operacin las bobinas son mas propensas a fallar en los aislamiento secundarios bsicamente por envejecimiento de la celulosa, oxidacin del aceite, etc.

Por eso es que se dice: LA VIDA UTIL DEL AISLAMIENTO DETERMINA LA VIDA UTIL DEL TRANSFORMADOR.

CONMUTADOR: Es un dispositivo que permite acomodar al primario para las variaciones del voltaje de la red de suministro a fin de mantener constante la salida. Existen dos tipos bsicos: bajo carga, que permiten conmutar con el transformador energizado y que solo se usa en unidades grandes; y el tipo normal con el cal la conmutacin solo se hace con el transformador des energizado.

Este ultimo modelo es el mas usado y las fallas mas comunes se presentan por falsos contactos entre los polos fijos y mviles. Dichas fallas en su comienzo pueden ser detectados por cromatografa de gases por medicin de resistencia hmica de devanado.

PRINCIPIO FINAL

6 4 2 3 5 7

660 20 20 20 20 660

#1

#2#1

#3

#4#5

#6

2

7

6

3

5

4

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A manera de ejemplo consideremos un primario simtrico de 1400 espiras con taps de 20 y un secundario de 100 espiras. Se observa como se van pasando de 1400 espiras en a posicin #1 a 1320 en la #5 y de que manera va variando la relacin de transformacin. PUNTOS CLAVE EN LOS TAP CHANGER:

Elctricamente deben estar aislado Resistencia de contactos casi cero (m ) Sincronizacin electro-mecnica Capaz de absorber dilataciones mecnicas Siempre sumergido en aceite dielctrico No operar bajo cargas (si no esta diseada para ello)

# TAP CONN N1 N2 RT

1 2-3 1.400 100 140 2 3-4 1.380 100 138 3 4-5 1.360 100 136 4 5-6 1.340 100 134 5 6-7 1.320 100 132

Vista de un cambiador de tomas trifsico cortesa de COOPER

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AISLAMIENTO SLIDO: desde el punto de vista operativo se le llama aislamiento slido todo aquello con comportamiento dielctrico que no es el aceite o el aire y comprende derivados de papel llamado Celulosa.

CARACTERISTICAS:

Separa elctricamente partes energizadas. La de la bobina es quizs la mas critica. Los materiales aislantes son afectados por la temperatura a tal punto que se han clasificado de acuerdo a sus propiedades trmicas en:

CLASE TEMP. GRADO CENT. O 90 A 105 F 155 H 185

El envejecimiento de la celulosa es normal, irreversible y solo se puede

retardar mas no eliminar. Temperaturas extremas y / o humedad son los enemigos # 1 de las celulosa. En teora la vida til de un transformador bajo estrictas vigilancia y con los

parmetros de diseo sobredimensionados podra ubicarse en 400 aos. Pero la realidad es que hoy en da se estipula en 40 aos tericos y 20 aos en la practica motivado entre otras cosas:

Al aumento de la relacin voltios / espira empleado en los devanados. A un que con un mejor hierro para el ncleo se requiere de una menor FMM.

(Menos espiras). A que los KV-BIL no se han ido aumentado del mismo modo en que los

voltajes de operacin. A que el volumen fsico del transformador es cada da menor que a su vez

supone menos aceite, menos papel y menores distancias disruptivas. Al uso descontinuado de PCB ( El mejor aislante dielctrico). CONCLUSION:

El mayor porcentaje de fallas en transformadores ocurre por fallas del aislamiento slido ( 50 a 85% ).

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CELULOSA IMPREGNADA DE ACEITE:

Es quizs el mejor sistema aislante tanto elctrico como mecnico. Qumicamente la celulosa es una estructura de N veces una molcula de glucosa ( C6H10O5 ) N Sin embargo la presencia de hidroxilos secundarios en la molcula la hacen altamente higroscpico, esto es una gran tendencia a la absorcin de tomos de hidrogeno y formar agua. Es imprescindible asegurar que antes de que sea impregnada con aceite mineral el papel celulosa sea bien secada. El papel tipo KRAFT es el mas usado hoy en da.

C6H10O5

HIDROXILOS SECUNDARIOS

HIDROXILO PRIMARIO

OH OH

C C

O C C O

C O

H C H

OH

H

H

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EL AISLAMIENTO LIQUIDO: El aceite mineral

Patentado en 1887 y se uso por primera vez en 1892 como aislante de un transformador por la General Electric. Sus funciones bsicas:

Proveer rigidez dielctrica Refrigerador / transferidor de calor Preservar ncleo y partes metlica Minimizar contenido de oxigeno en la celulosa (evita formacin de lodos). Punto de Inflamacin Relativa:

AGUA 0 ASKAREL (PCB) 1 a 2 SILICONA LIQUIDA 4 a 5 ACEITE MINERAL 20 a 30 KEROSENE 30 a 40 ALCOHOL 60 a 70 GASOLINA 90 a 100

EL PROCESO DE DEGRADACION DE UN ACEITE NUEVO: 1. Contaminacin ( sustancias que pudieran penetrar del exterior durante el

recirculado) 2. Deterioro ( Oxidacin ) La contaminacin, principalmente por humedad se inicia casi siempre por empacaduras daadas que permiten la entrada de agua desde el ambiente exterior. Igualmente puede ocurrir cuando se re circula el aceite a fin de des gasificarlo y por algn motivo las mangueras o el mismo equipo de tratamiento no han sido debidamente lavadas previamente.

El deterioro u oxidacin es un proceso qumico que tiene lugar cuando los tomos de oxgenos se combinan con las molculas de aceite.

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EL PROCESO DE OXIDACION DEL ACEITE MINERAL:

Se inicia con la presencia de aire (oxigeno) dentro del transformador. Nunca se puede extraer el 100% de aire del interior de la cuba, ni cuando se emplea el mtodo de FULL VACIO para llenarla de aceite. La afinidad del oxigeno con el aire atmosfrico y con el aceite:

En sntesis: es claro que el aceite mineral tiene afinidad con el oxgeno, adems que el hecho de las altas temperaturas que degradan a la celulosa son otra fuente de generacin de oxgeno son los factores que hacen que un aceite en buenas condiciones se vuelva deficiente. Esta deficiencia del aceite es lo que al final se traduce en la formacin de lodos lo cual ocurre as:

Afinidadconelaceite

Otros1%

Nitrogeno71%

Oxigeno28%

Afinidadconelaire

Otros1%

Nitrogeno79%

Oxigeno20%

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LA FORMACIN DE LODOS DENTRO DEL TRANSFORMADOR TIENE LOS SIGUIENTES EFECTOS:

Adherencia a las bobinas, esto reduce considerablemente su capacidad de radiacin de calor adems crea caminos para descargar parciales. Tapa los ductos de los radiadores volvindolos mucho menos eficientes. Provoca encogimiento de la celulosa disminuyendo su rigidez dielctrica. Se sedimenta sobre los polos del conmutador ocasionando descargas.

EN CONCLUSION:

El nivel de deterioro de un aceite es directamente proporcional a la cantidad de lodo formado y se puede cuantificar mediante el ndice de Acidez o Numero de Neutralizacin.

Un valor comnmente aceptado como limite para un aceite mineral nuevo es:

NUMERO DE NEUTALIZACION CRTICO:0.25 mg KOH / g de aceite

Aceite

Calor

Oxigeno

Perxidos & Esteres cidos

LODOS

Papel, Cartn,

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La temperatura afecta la vida til del aceite en forma directa, lo cual se cuantifica por el tiempo que requiere para que el NN sobrepase los 0.25 mg KOH / g de aceite , VER TABLA.

TEMP. ACEITE en C

VIDA UTIL ACEITE en aos

60 20 70 10 80 5 90 2.5

100 1.25 110 0.65

Un somero anlisis qumico del aceite mineral obliga a decir que para usarlo en transformadores la composicin ideal del aceite dielctrico debe ser:

HIDRO CARBURO VOLUMEN %

ISOPARAFINICOS 35-40

NAFTENICOS 50-60

AROMATICOS 4-8 PURAMIN AD-66

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LOS GASES PRODUCTO POR DESCOMPOSICION TERMICA SON:

EL GAS PRODUCTO POR EFECTO CORONA ES

EL GAS MAS IMPORTANTE PRODUCIDO

POR ARCO ES:

En los captulos siguientes se har un estudio formal de las propiedades fsicas y qumicas del aceite mineral as como de la cromatografa de gases disueltos para la deteccin de fallas incipientes.

LEFINAS 18% PARAFINAS 80% HIDROGENO 2%

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CAPITULO 3

PRUEBAS ELECTRICAS EN CAMPO Y EN LABORATORIO

Las pruebas elctricas son un conjunto de ensayos que permiten evaluar las condiciones dielctricas del sistema de aislamiento del transformador. Es importante sealar que en muchos casos es necesario analizar los resultados de todos los ensayos en conjunto ya que los valores individuales a veces no son concluyentes, es all donde se dice que lo que se debe evaluar es mas bien LAS TENDENCIAS y no valores puntuales. En el caso de transformadores sumergidos el aceite DEBE estar presente para realizar las pruebas, y por lo tanto se est evaluando tanto el aislamiento slido como el lquido.

NOMBRE DE LA PRUEBA EN CAMPO EN LABORATORIO

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO (MEGGER) SI SI TTR O RELACION DE VUELTAS SI SI HYPOT SI SI RESISTENCIA OHMICA DE DEVANADOS SI SI DOBLE FRECUENCIA NO SI TENSION APLICADA NO SI VACIO NO SI CORTO-CIRCUITO NO SI FACTOR DE POTENCIA SI SI

Comnmente se acepta realizar preventivamente las pruebas una vez al ao, y en los casos de dudas o de que se presuman fallas este periodo debe ser reducido a seis meses o tres segn el tipo de falla que se sospeche.

Los ensayos que se pueden realizar en campo puede evaluar en un 90% las condiciones del transformador, sin embargo las otras pruebas son las nicas que concluyen casos mas especficos.

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1. MEGGER O RESISTENCIA DE AISLAMIENTO:

No destructiva Aplica tensin DC. Lee directamente M El valor ledo es afectado por la temperatura Indica posiblemente presencia de humedad, contaminacin o degradacin de

celulosa y / o aceite Indica contaminacin de BUSHING

Mnimo valor de aceptacin dada por la frmula:

donde: R min.= Valor en M

E = Voltaje de fase en voltios

KVA = Potencia aparente del transformador.

C = 0.8 En aceite y 1.6 en secos

METODO DEL ENSAYO:

Cortocircuitar terminales de alta y baja Aplicar punta positiva a Terminal, y negativa a tierra. Encender Megger y tomar lectura al minuto y a los 10 minutos. Corregir valor final por temperatura y comparar con resultado de calcular la

formula de R min. Calcular ndice de polarizacin como:

I.P. = Lectura 10 min. / Lectura 1 min. Ver Tabla.

R min. = C x E / KVA

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oC ACEITE

FACTOR CORRECCION

0 0.25 5 0.36 10 0.50 15 0.72 20 1.00 30 1.98 40 3.95 50 7.85

CRITERIO I.P.

2 Aislamiento Excelente

Factores de Correccin de lecturas de Aislamiento por temperaturas

Interpretacin del ndice de Polarizacin

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La prueba del Megger en realidad se fundamenta en el fenmeno Capacitivo. Cuando dos partes metlicas se aslan con material dielctrico una de otra y son sometidos a una diferencia de potencial ocurre un proceso polarizador que consiste en la aparicin de cargas electrostticas alineadas creando un campo elctrico interno que tiende a oponerse al campo elctrico externo. En el siguiente esquema E representa el campo elctrico principal producido por la fuente DC y Ed el campo elctrico producido por las cargas inducidas en el dielctrico, ambos campos se oponen y Er es el campo elctrico resultante

+++++++++++

- - - - - - - - - - -

- - - - - - -- - - - -

+ + + + + + + + + + +

Ed

E

Er

i

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Al aplicar una diferencia de potencial constante a las placas aparece el campo elctrico principal E, las cargas electrostticas del dielctrico polarizado se ordenan creando el campo elctrico Ed que inicialmente es muy dbil y que hace que el valor de Er sea muy grande y en consecuencia el valor de la corriente i tambin es grande.

A medida que mas cargas se ordenen mas intenso se hace Ed hasta que casi se iguala a E, la corriente i por lo tanto tiende a ser pequeo. El valor final de i depender de la calidad del dielctrico, por eso el ndice de polarizacin es vital para evaluar el comportamiento del aislamiento.

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2. PRUEBA DE TTR O RELACION DE ESPIRAS: Mide relacin de vueltas entre dos devanados La mxima tolerancia es de + / - 0.5 % en relacin al valor terico Comprueba polaridades y grupos vectorial. Indica posibles falsos contactos en el cambiador

TRANSFORMADOR BAJO PRUEBA TRANSFORMADOR VARIABLE

G . .

- 0 +

~

X1 X2

H1 H2

A

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El generador interno G aplica un determinado voltaje a ambos transformadores ( bajo pruebas y el variable).

Los secundarios se conectan en contratase y el galvanmetro con el Cero en el medio registra cero miliamperes si y solo si las dos corriente son idnticas.

Condicin esta que se cumple si ambas relaciones de vueltas son idnticas, lo cual se consigue variando la relacin de vueltas del transformador variable, en ese momento se lee directamente el valor indicado. La autocomprobacin se realiza colocando puentes entre X1 y H1 y entre X2 y H2; en esas condiciones la relacin de transformacin debe dar =1.00 porqu?

3. PRUEBA DE RESISTENCIA DE DEVANADOS: Si se compara con valores anteriores pude revelar corto entre espiras,

contactos falsos, juntas carbonizadas, etc. Aplica voltaje DC y lectura directa en M . 4. PRUEBAS DE TENSION APLICADA: Prueba destructiva Aplica tensin AC de valor segn nivel en KV del devanado, esta normalizadas

por Covenin. Busca fallas del aislamiento slido. Puntos vulnerables tales como pantallas entre bobinas o bobinas y cuba,

barra, collares, bushings, etc. Revela distancias disruptivas criticas. La prueba no se efecta unas unidades con Megger bajo o dudoso.

5. PRUEBA DE TENSION INCUCIDA: Excita el devanado con el doble del voltaje nominal a 120 HERTZ para no

saturar el ncleo. Prueba destructiva que busca fallas en el aislamiento entre espiras.

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6. PRUEBA DE VACIO: Mide la corriente de excitacin sin carga. Calcula potencial de perdida en WATIOS. Las atribuye a perdidas en el Hierro ( Histresis y Foucault), normales. Valores de perdidas altas pueden ser causados por ncleos con laminaciones

sueltas y / o con excesivos entrehierros. 7. PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO: Mide el voltaje necesario para alcanzar la I nominal teniendo como carga

conectada un corto circuito. Determina la impedancia del transformador. Si se extiende la prueba lo suficiente como para que el transformador alcance

su rgimen permanente de temperatura es posible determinar los KVA del mismo.

8. PRUEBA DE HY POT: Hoy en da en desuso, prueba destructiva en DC y solo se emplea para

evaluar aislamiento de cables subterrneos, copar terminales, etc. Era considerado como una continuacin del Megger pero el voltaje se eleva

hasta KV y se media la corriente en mili amp. fuga. 9. PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA: Al hablar de esta prueba es importante saber que esta refiriendo al factor de potencia de aislamiento del transformador.

Esta prueba pretende evaluar cuenta energa se pierde en el aislamiento, tericamente bebera ser cero si el aislante es perfecto. En todo aparato elctrico lo que se busca es que la energa elctrica absorbida se convierta 100% en energa entregada lo cual nunca ocurre porque no hay aislamiento perfecto.

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CAPITULO 4

ANALISIS FISICO QUIMICO DEL ACEITE MINERAL

Estas pruebas tienen por objeto evaluar la calidad del aceite para cumplir con sus dos principales funciones para las cuales fue diseado: Refrigerante y Dielctrico. Un error frecuente es realizar estos ensayos para descubrir fallas en pleno desarrollo o incipientes, eso lo detecta la cromatografa de gases disueltos.

Los anlisis fisicoqumicos son una serie de 10 pruebas de las que analizaremos las mas importantes y cuyos resultados deben ser considerados en conjunto ya que muchas veces el diagnstico del estado del aceite se hace muy difcil observando solamente resultados de pruebas aisladas; la otra consideracin importante es que la informacin arrojada por los ensayos adquiere mas valor cuando se van acumulando y se logra obtener tendencias para lo cual es una prctica muy comn realizar un estudio fisicoqumico completo del aceite una vez al ao preventivamente y en seis meses o tres meses si se sospecha una acelerada degradacin de alguno de los parmetros.

RIGIDEZ DIELECTRICA O TENSION DE RUPTURA ASTM-D-877

Aplica un voltaje desde 0 hasta 60 KV AC @ 3 KV/ seg. La separacin de los discos deben ser 0.1 pulg. El voltmetro V congela el valor de ruptura. La prueba busca evaluar nivel de humedad. Valores aceptables para aceites nuevos = 30 KV min. Valores aceptables para aceites usados = 25 KV min. Disminuye con la presencia de agua

G ~

V

PPM DE AGUA

Revisin: 03



NUMERO DE NEUTRALIZACION O INDICE DE ACIDEZ ASTM-D-974

Indica que tan acido es un aceite La acidez indica qu nivel de oxidacin existe. Mientras mas acido sea menor es su capacidad de disolver lodos los que comenzaran a depositarse. El NN va en aumento con el envejecimiento del aceite. La vida til disminuye con las altas temperaturas de operacin. Para aceites nuevos NN = 0.01 m g KOH / grs. aceite MAX. Para aceites usados NN = 0.15 m g KOH / grs. aceite MAX

00,20,40,60,8

11,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

AOS

IND

ICE

AC

IDEZ

0

5

10

15

20

25

60 70 80 90 100 110

TEMP. DE OPERACION

A

OS

DE

VID

A U

TIL

Como puede apreciarse el NN tiene a incrementarse en el tiempo a una rata que depender del rgimen da temperatura de operacin del equipo, tambin se observa nuevamente el acortamiento de la vida til del aceite en funcin de la temperatura.

Revisin: 03



TENSION INTERFACIAL: ASTM-D-971

Mide el esfuerzo existente en la interfase de dos lquidos diferentes (Aceite-Agua) en dinas / cm.

Su valor decrece con la presencia de contaminantes producto de la oxidacin ( Lodos).

Un aceite nuevo deber tener una TI de 40 dinas /cm @ 20 oC mnimo. Una TI menor o igual a 30 comenz degradacin !!. Una TI menor o igual a 20 tratar o cambiar aceite !!. Esta ntimamente relacionado con el NN

01020304050

0,1 0,15

0,2 0,25

0,3 0,35

0,4 0,45

0,5 0,55

INDICE DE ACIDEZ

TEN

SIO

N IN

TER

FAC

IAL

Para una idea de lo que se quiere medir con la TI. se suele asociar esta prueba con el experimento casero de colocar una aguja dentro de un tobo lleno de agua y ver como la aguja Flota. Se dice que la tensin en la interfase agua-aguja es lo suficiente como para lograr esto. Si se aade cualquier contaminante en solucin al agua la aguja terminara con irse al fondo dado que se altero el valor critico de la TI.

Otro modo de enfocar esto es observando que una gota de aceite ocupa una superficie mayor que una de agua y esta una superficie mayor que una gotas de mercurio, la razn es que sus TI. respectivas van de menor a mayor.

Revisin: 03



FACTOR DE POTENCIA: ASTM-D-924

Relacin entre potencia disipada en perdidas ( WATTS) y el producto del voltaje ( VOLTS) por la corriente ( AMP) @ 60 Hz.

El FP. se expresa en % y representa la tasa a la que se pierde energa dentro del aceite, cunta corriente de fuga hay a travs del aceite.

Por ejemplo si en un transformador de 1000 KVA el FP es del 0.4 % las perdidas sern del orden de 4 KVA.

Un FP. alto implica altas perdidas, mayor temperatura lo que a su vez provoca que el FP. suba (Reaccin en Cadena) hasta la destruccin de la unidad.

El FP. revela la presencia de contaminantes polares tales como cidos orgnicos.

Un FP. para aceite nuevo ha de ser 0.05 % @ 25 C. Para un aceite en uso 0.50 % obliga investigar. COLOR: ASTM-D-1524 Nuevo normalmente el calor es claro brillante Con el uso se vuelve marrn si hay oxidacin. Muy oscuro indica alto riesgo, posible pirolisis de la celulosa, carbonizacin de

contactos, etc. Valor mximo 2.7 segn tabla de laboratorio. HUMEDAD: ASTM-D-1533 Busca contenido de agua Ayuda a interpretar correctamente otras pruebas que son susceptibles a la

presencia de humedad. Ojo: considerar que el 99.75 % de la humedad esta en la celulosa y solo el

0.25 %, en el aceite. Mximo valor 30 PPM, por encima acta como catalizador en la oxidacin.

Revisin: 03



PUNTO DE ANILINA: ASTM-D-611

La anilina es un amino benceno usado para simular la presencia de lodos y examinar hasta por encima de qu temperatura es capaz el aceite de mantener disuelto los lodos, punto de anilina. 84 C. Max exigidos por la norma se traduce en que con calentar el aceite dentro del transformador hasta cerca de 80 C se logra remover el lodo con el equipo de campo adecuado dado que dicho lodo se halla disuelto en el aceite y no precipitado sobre la parte activa o partes metlicas internas.

C C-NH2 CH CH CH CH CH

MOLECULA DE ANILINA

Revisin: 03



CONCLUSIONES:

El criterio aceptado en la actualidad es practicar las pruebas una vez al ao. Lo que le ocurra al aceite incidir en el desempeo del transformador. Los valores obtenidos en cada prueba cuantifica una determinada propiedad, la mayora de las veces son concluyentes pero es recomendable ver tendencias. Ante parmetros fuera de rangos se tomar la decisin de hacerlas pruebas nuevamente en 6 o 3 meses dependiendo de la gravedad de la situacin. Resulta til comprar los ensayos entre si, por ejemplo la rigidez dielctrica con la humedad, la tensin interfacial con el numero de neutralizacin. Hacer solamente la prueba de rigidez ( Como era la costumbre antes ) no asegura el estado del aceite. NOTA: en el captulo 7 se da una tabla resumida con los valores mnimos y mximos de los parmetros mas importantes.

Revisin: 03



CAPITULO 5

CROMATOGRAFIA DE GASES DISUELTOS (CGD)

Es un hecho que bajo condiciones trmicas y / o elctricas anormales se generan gases combustibles en el interior del transformador los cuales provienen del aceite y de la celulosa. La cromatografa de gases es la tcnica para detectar los diferentes gases mediante un proceso de separacin que requiere de un equipo sofisticado llamado cromatgrafo.

El resultado es un espectro de componentes cuantificados que el analista deber interpretar. Los gases mas comunes que se presenta cuando ocurren esas condiciones anormales son:

HIDROGENO H2 (*) OXIGENO O2 NITROGENO N2 METANO CH4 (*) MONOXIDO DE CARBONO CO (*) DIOXIDO DE CARBONO CO2 ETANO C2 H6 ETILENO C2 H4 (*) ACETILENO C2 H2 (*)

(*) indica gases combustibles La deteccin de gases se logro por primera vez con el rel BUCHHOLTZ en 1928. este dispositivo se conecta entre la cuba y el tanque conservador, posee una vlvula de purga el parte superior que permite extraer los gases. En algunos modelos se incorporan flotadores con contactos auxiliares que registran nivel bajo de aceite bien sea por fuga o por formacin de gases atrapados en la cmara.

Revisin: 03



ESQUEMA GENERAL DE UN RELE BUCHHOLTZ

En el pasado, antes cuando una unidad fallada, se proceda a abrir la vlvula de purga del rel acercando un fsforo encendido; si se observaba algn tipo de llama se conclua que el transformador haba sufrido fallas severas, mas aun los expertos identificaban los tipos de fallas por el color de la llama. De all que esta prueba se llamaba Prueba del fsforo o de la llama.

Evidentemente la desventaja era que no se poda cuantificar la cantidad de gases presente adems la identificacin de un gas en particular por el color de la llama que produca era muy difcil debido al espectro tan amplio de colores posibles y se poda confundir un gas con otro.

La cromatografa de gases separa gases disuelto en lquidos aislante como el aceite mineral. Una muestra del transformador es inyectado en el cromatgrafo para luego ser forzado con un gas inerte ( N2 ), travs de una columna especialmente construido para restringir la velocidad de salida de los diferentes gases a diferentes valores.

El resultado es que cada tipo de gas sale de la columna con un determinado retardo lo cual sirve para identificarlo. Una de la CGD no es un ensayo por

Revisin: 03



atributos tipo pasa o no pasa , su interpretacin es mas un arte que una ciencia exacta.

Las fallas que producen gases combustibles detectables por CGD son:

Efecto corona: esfuerzo elctrico que conlleva a ionizacin y empieza a los 12 KV en conductores con cantos afilados o puntiagudos.

Descargas breves, pequeas chispas con duracin en el orden de los seg.

Punto caliente por falso contacto con calentamiento local.

Sobrecalentamiento General (sin puntos calientes)

Arco elctrico: descargas prolongada generando arco visible brillante, contrario a la dbil luminiscencia del corona.

EL ORIGEN DE GASES COMBUSTIBLES:

Celulosa: que al calentarse en un medio ambiente cerrado a temperatura tan bajas como 140 C se forma CO, CO2 y H2O. Si la temperatura supera los 250 C se produce pirlisis o destruccin trmica de la celulosa con la formacin de hasta 4 veces mas CO y CO2.

Aceite: Hasta los 500 C se forma Etileno (C2 H4); Etano (C2 H6) y Metano (CH4) En caso de ocurrir arcos se produce pirlisis del aceite por encima de los 500 C con la formacin de Hidrgeno y Acetileno (C2 H2) . En resumen tenemos:

GASES DETECTADOS DIAGNOSTICO

CO + CO2 Falso contacto, involucra celulosa CO + CO2 + H2 Corona, involucra celulosa

H2 Corona, involucra aceite CH4 + C2H6 + C2H4 Sobre-temperatura involucra aceite.

H2 + C2 H2 Arco, pirlisis, involucra aceite

Revisin: 03



El contenido total de gases combustibles se considera normal a 720 PPM. Entre 500 y 1000 indica que ha empezado el proceso de envejecimiento. Por encima de 1000 PPM es seal de descomposicin considerable.

METODOLOGIA DE LA CROMATOGRAFIA:

Paso 1: extraccin de la muestra. Se hace con una jeringa de tres vas siguiendo la normativa en forma estricta ( ASTM-D-923-73 ) Paso 2: inyeccin en el cromatgrafo: por el divisor de flujo se inyecta la muestra, el gas portador empuja la muestra a travs de la columna sumergida en el horno que la descomponen cuantificando los diferente gases en el detector. Finalmente el registrador emite un cromatograma con la descomposicin en PPM de cada gas y un procesador complica y almacena toda la informacin.

ARCO EN ACEITE

010203040506070

CO H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2

% C

OM

BU

ST

IBLE

S

SOBRECALENTAMIENTO ACEITE

010203040506070


% C

OM

BU

STI

BLE

S

CORONA EN ACEITE

0

20

40

60

80

100


% C

OM

BUS

TIBL

ES

SOBRECALENTAMIENTO CELULOSA

0

20

40

60

80

100


% C

OM

BUS

TIBL

ES

Revisin: 03



INTERPRETACION CUALITATIVA Y CUANTITATIVA:

1. METODO DEL GAS PREDOMINANTE: Consiste en relacionar el gas de mas alta concentracin con la falla. Ver tabla de gua general para diagnosticar falla en funcin de los gases presentes. La ventaja del mtodo es su rapidez y sencillez pero con fallas tipo incipientes el diagnostico puede ser ambiguo.

GAS NORMAL

( ) PPM

INTERPRETACION

Hidrogeno 150 1000 ARCO + CORONA Acetileno 15 70 ARCO Metano 25 80 DESCARGAS BREVES

Etano 10 35 SOBRECALENTAMIENTO LOCAL

Etileno 20 100 SOBRECALENTAMIENTO SEVERO

Monxido 500 1.000 SOBRECALENTAMIENTO SEVERO

Dixido 10.000 15.000 SOBRECALENTAMIENTO SEVERO Total 0.03% 0.5%

Jeringa

CROMATOGRAMA

Revisin: 03



2. METODO DE DORNENBURG: Usa el grafico siguiente, es muy ilustrativo pero hay zonas sin identificacin clara.

0.001 0.01 0.1 1 10 100 10 1.0 0.1

C2H2/ C2H4

CH4/ H2

Revisin: 03



3. METODO DE ROGERS: Es quizs el mas publicado y el mas nuevo. Es mucho mas exacto y preciso que los mtodos anteriores, se basa en la relacin de pares de gases y la tabla anexa.

CH4/ H2 C2H6 /CH4 C2H4/C2H6 C2H2/ C2H4 DIAGNOSTICO

0.1 1.0 < 1.0 < 1.0

Revisin: 03



CONCLUSIONES:

La CG no evala al aceite, pretende detectar la ocurrencia de fallas. La determinacin del patrn cromatogrfico es el 50% del trabajo, el otro

50% es la Interpretacin. Se recomienda realizar una CG si se va a intervenir una unidad en taller a fin

de evaluar la parte activa apoyndose en los resultados de la prueba. Es muy importante construir curvas de tendencia de cada gas en la medida

que se obtienen datos en el tiempo. La CG no debe faltar en ningn programa de mantenimiento preventivo sobre

todo en unidades de 2500 KVA en adelante. Es recomendable practicar la CG para monitorear unidades sometidas a

sobrecargas. La captacin de las muestras para cromatografas de gases deben ser

siguiendo estrictamente las normas ya que una manipulacin deficiente, unas jeringas no aptas o un cromatgrafo no calibrado conducir a diagnsticos completamente errados.

Revisin: 03



CAPITULO 6

ACCESORIOS E INTERPRETACION DE PARAMETROS

1. TERMOMETRO DE ACEITE: La temperatura registrada en cualquier instante por el aceite de un transformador es debida por el medio ambiente y por la energa generada en el interior del propio transformador.

El termmetro de aceite indica la temperatura a la cual opera el transformador. Si a la lectura se le resta la temperatura ambiental se obtiene la elevacin o RISE el cual no debe superar el valor dado por el fabricante.

Se dispone de modelos con contacto auxiliares los cuales sirven para dar seal de alarma y disparo o encender en forma automtica la ventilacin forzada.

Esta lectura no es temperatura de los devanados (Llamada HOT-SPOT) sino del aceite que los rodea. Para obtener la temperatura HOT- SPOT se debe disponer del termmetro de imagen trmica.

Termmetro de aceite con contactos y capilar

Diferentes formas de Termo-pozos

Revisin: 03



2. TERMOMETRO DE IMAGEN TERMICA : Es un termmetro normal (T) que detecta la temperatura del aceite mas la elevacin de temperatura por los devanados. Como la corriente de carga del transformador produce por efecto Joule un calentamiento proporcional al cuadrado de dicha corriente, Lo que se hace es que mediante un (TC) se detecta la corriente de carga con la cual se alimenta un elemento calefactor (C) va divisor de tensin (DT) Este calefactor esta en contacto con el termmetro de manera que con una adecuada calibracin se tiene la lectura termomtrica de los devanados compensada.

TC

C

C

T DT

CORRIENTE DE CARGA

Revisin: 03



En ambos casos los termmetros propiamente dichos pueden llevar contactos los cuales sirven para dar seales de alarma y disparo. Es importante conocer el rgimen de trabajo del transformador para conocer la temperatura normal de operacin con el fin de ajustar los SET POINT en forma adecuada Por otra parte debemos recordar que el fabricante declara en la placa de caractersticas la elevacin de temperatura mxima o RISE de la unidad, normalmente es de 55 C o 65 C lo cual significa que por encima de la temperatura ambiente el transformador admite 55 C o 65 C mas a plena carga. Por ejemplo a una temperatura ambiente de 20 C tendramos a plena carga una temperatura mxima permisible leda de 85 C para un RISE de 65 C Por otra parte se establece que la capacidad de un transformador se ve incrementada en 12% por el hecho de que su RISE se eleve de 55 C a 65 C 3. MEDIDOR DE NIVEL: Indica el nivel del liquido dielctrico alcanzado a la temperatura de operacin que existe en el momento. Hay que considerar las dilataciones volumtricas por temperatura que experimenta el aceite a la hora de chequear el nivel y nunca sobrepasarla. Para unidades mayores a 1000 KVA se recomienda usar el modelo con contactos auxiliares para telemetra.

4. MANOVACUOMETRO: Instrumento que detecta presiones positivas y negativas en (PSI). Es muy utilizado en unidades selladas. Permite mantener un colchn de nitrgeno a una presin de 2 a 5 LBS. La razn de usar nitrgeno es por la caracterstica de este gas de ser 100% inerte.

Una prdida de presin revela fugas por empacaduras, sellos o soldaduras.

Revisin: 03



5. VALVULAS DE ALIVIO: Dispositivo que acta como vlvula CHECK para permitir la salida de gases pero no la entrada. Usado en tanques sellados a fin de evitar la deformacin mecnica de la cuba por sobre presiones internas. A veces se usa en unidades grandes no selladas como aliviadero de gases.

Consta de un disco que tapa un orificio practico en la tapa de la cuba, un resorte calibrado que mantiene el disco hacia abajo y contacto auxiliares que sealizan si el disco se llego a abrir el orificio.

6. RELE DE SOBREPRESION SUBITA: Es un dispositivo electrnico que detecta la rapidez con la que aumenta la presin interna del tanque haciendo actuar un sistema de contacto de alarma y disparo. Es interesante notar que este rel no acta por la magnitud de la presin sino mas bien por la velocidad con la que aumenta, recurdese que mientras mas severa sea la falla mas rpidamente se generan gases por lo tanto su utilidad radica en que es capaz de sealizar la ocurrencia de fallas internas tales como cortos-circuitos severos donde la generacin de gases es sbita, no as puntos calientes o fallas de baja energa ( Descargas Parciales o Corona )

Seal

Cerrado Abierto

Revisin: 03



PR

ESIO

N (

PSI

)

TIEMPO

ZONA DE DISPARO ES INDEPENDIENTE

DEL TIEMPO

CUNDO ACTUA LA VALVULA DE ALIVIO ?

PR

ESIO

N (

PSI

)

TIEMPO

ZONA DE DISPAROES INDEPENDIENTE

DE LA PRESION

CUNDO ACTUA EL REL DE SOBREPRESION SBITA

PRESION CRTICA

PENDIENTE CRTICA

Revisin: 03



7. VENTILACION FORZADA: Arreglo de ventiladores cuya finalidad es ayudar a la disipacin del calor generando permitiendo sobrecargar al transformador por encima de su capacidad nominal.

Una unidad sin ventilacin forzada donde la circulacin natural del aire es lo nico que enfra a los radiadores se codifica como ONAN, esto significa que tanto el aceite como el aire circulan solamente por conveccin natural.

Una unidad donde se fuerza el aire a enfriar a los radiadores pero manteniendo la conveccin natural del aceite sera un transformador ONAF.

La siguiente tabla ilustra el porcentaje de sobre carga permitida con AF en funcin del tamao en KVA del transformador:

Potencia del Transformador % de sobre carga con ONAF

Menores a 2 MVA 15

Hasta 10 MVA 25

Mayores a 10 MVA 33

8. LLAVES DE PASO Y VALVULAS TOMA MUESTRA: Es conveniente dejar al menos una llave de paso para drenaje en las partes inferior de la cuba y otra superior para recirculacin de aceite por medio de equipos auxiliares.

En unidades trifsicas mas que todo se acostumbra instalar una vlvula inferior y en unidades de 10 MVA en adelante otra superior, de esta forma el muestreo del aceite es mas representativo.

9. PARARRAYOS: Son bloqueadores de sobre voltajes que evitan la entrada de frentes de onda al devanado primario desvindolos a tierra.

La ubicacin de estos elementos ha de ser lo mas cerca fsicamente del transformador a proteger.

Revisin: 03



10. FUSIBLES: Evitan la circulacin de sobre corrientes en caso de fallas en el lado de cargas cortando la alimentacin del transformador. Para su dimensionamiento se debe considerar no solo la corriente nominal sino tambin la de magnetizacin inicial (INRUSH ) que puede alcanzar hasta 5 veces la nominal. El tiempo de fusin de los fusibles varia segn el modelo y es del orden de los milisegundos, por lo tanto el fabricante de fusibles especifica el modelo para cada caso. El INRUSH es el anlogo a la corriente de arranque de un motor.

11. LIMITADORES: Son fusibles de fabricacin especial que no permite que la corriente de falla alcance los valores que se estableceran en ausencia de ellos. Son ampliamente usados en unidades tipo pedestal en donde deben estar coordinados con los fusibles de proteccin normal.

12. TANQUE CONSERVADOR: Hoy en da su uso se limita en unidades de 5 MVA en adelante.

Permite grandes dilataciones volumtricas del aceite a la vez que hace posible la instalacin del rel BUCHHOLTZ. El tanque conservador requiere de un respiradero va SILICA GEL, cuyo color azulado indica que esta en buenas condiciones; si se torna rosado es seal que esta vencido.

TANQUE CONSERVADOR

RELE BUCHHOLTZ

ENVASE DE SILICA GEL

Revisin: 03



El rel Buchholtz se mencion en el captulo anterior cuando se habl de la cromatografa de gases. Este rel interconecta el tanque conservador con la cuba y su funcin es atrapar los gases que se forman en el transformador como producto de fallas y que van emergiendo buscando salir va el respiradero del envase de slica gel. A medida que los gases se acumulan en el rel el flotador superior va inclinndose hasta que el interruptor de mercurio cierra sus contactos dando una seal de alarma. El flotador inferior acta si el rel se queda sin aceite o si una burbuja de gran tamao lo sacude violentamente lo cual ocurre en los caso de fallas severas con generacin de gran cantidad de gases. 13. DUCTOS O CAJAS DE AT Y BT: Cuando la unidad es tipo subestacin se tiene celdas tanto de alta como de baja tensin y conviene que las salidas del transformador sean por medio de ductos con flanges atornillables para lograr el arreglo modular. Los ductos tienen una boca de visita superior para permitir el conexionado.

CELDA DE AT TRANSFORMADOR CELDA DE BT

ARREGLO TIPO SUB ESTACION COMPACTA

Revisin: 03



Si las celdas estn alejadas del transformador y el cableado se hace mediante tuberas enterradas conviene que las salidas sean mediante cajas las cuales poseen tapa frontal atornillada y hueco en el fondo para el acceso de los tubos de conductores.

HV LV

ARREGLO TIPO DEPESTAL (PAD MOUNTED)

ARREGLO TIPO DUCTOS LATERALES

Revisin: 03



CAPITULO 7

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Toda la gestin de mantenimiento se inicia entendiendo que el transformador a pesar de ser una maquina esttica presenta en su interior un proceso dinmico de tipo trmico elctrico.

El aceite mineral junto a la celulosa son materiales orgnicos que se ven sometidos a alteraciones qumicas bajo la influencia de humedad, oxigeno, calor y catalizados por el cobre y el hierro y todo en presencia de campos magnticos intensos.

Hoy en da con la mejora de la revestimiento del cobre y del hierro los catalizadores han mermado su potencial, pero la presencia de humedad, oxigeno y alta temperatura siempre estn presente de un modo o de otro

Por lo tanto una inspeccin peridica para controlar la temperatura de operacin del transformador y un examen peridico del aceite arrojaran la informacin fundamental para poder tomar las acciones necesarias para prolongar la vida til de la celulosa y en consecuencia del transformador

Como se ha mencionado no existe un programa nico que se adapte a todos los casos, es muy importante tener presente el nivel de criticidad del equipo dentro del sistema. Por ejemplo, no se le puede dar el mismo tratamiento a un transformador de alumbrado pblico que uno que alimenta al quirfano de un hospital.

A nivel industrial por ejemplo la alta gerencia a menudo evala con anterioridad el impacto econmico de una parada sobre la lneas de produccin y as poder decidir cunto est dispuesto a invertir en mantenimiento.

Sin embargo el plan bsico de mantenimiento debera comprender:

Inspeccin peridica visual. Estudios peridicos del nivel de aislamiento Estudio fsico-qumico peridico del aceite. Estudio cromatogrfico de gases disueltos. Evaluacin de contenido de Furanos. Determinacin del contenido de Inhibidor de Oxidacin De los resultados anteriores se va delineando lo que ser el programa de mantenimiento a seguir.

Es importante sealar que el resultado de cualquier prueba que se haga arroja mas informacin si se le compara con los resultados anteriores que por si sola.

Revisin: 03



En la mayora de los casos arrojan mas informacin las tendencias que un valor aislado.

Por ultimo cabe mencionar que en la practica lo que se suele llamar mantenimiento integral de un transformador ( Secado al horno, reemplazo de sellos, etc.) casi siempre se contrata con talleres especializados y no lo realiza el usuario con personal propio bsicamente por la infraestructura requerida tal como gra de gran capacidad, hornos, facilidad para el desecho de aceite usado, etc. y el personal calificado que se necesita.

Son muy pocos los casos de usuarios que por tener una gran cantidad de transformadores (por ejemplo: empresas de suministro de energa elctrica) posean laboratorios, talleres y personal dedicados a mantener y reparar sus unidades.

Otro factor importante a ser considerado a la hora de establecer un plan de mantenimiento es la vida til del transformador. Para entender bien esto vamos a analizar la famosa Curva de la Baera o curva de probabilidad de ocurrencia de fallas.

% P

RO

BA

BIL

IDA

D D

E O

CU

RR

ENC

IA

DE

FALL

AS

TIEMPO

ZONA I

MORTALIDAD INFANTIL

ZONA II

VIDA UTIL ZONA III

OBSOLESCENCIA

CURVA TIPICA DE PROBABILIDAD DE OCURRENCIA DE FALLAS

Revisin: 03



Zona I.

Llamada de Mortalidad infantil; corresponde a los primeros aos del equipo con una alta tasa de probabilidad de fallar al comienzo, suele corresponder con el periodo de garanta dada por los fabricante y en muy corto tiempo desciende a valores mnimos.

En este periodo de vida del equipo las fallas son leves y normalmente se corrigen haciendo ajustes finales y puestas a punto.

Zona II.

Llamada de Vida til, la probabilidad de fallas es mnima pero no nula. Lo mas significativo en esta etapa de la vida del transformador es que las fallas ocurren con un valor probable constante en el tiempo.

Se puede planificar los programas de mantenimiento y las paradas de planta por que la unidad se encuentra en un rgimen predecible desde el punto de vista operativo.

Zona III:

Zona de obsolescencia; la fallas comienza a ocurrir con tasas de probabilidad variables y en aumento. Resulta del desgaste general de piezas clave lo cual coloca al equipo en un rgimen impredecible.

Se pueden reemplazar partes del equipo con la cual se logra un tiempo adicional de vida til, pero en un punto llega a ser poco rentable seguir reparando y resulta mejor sustituir completamente el equipo.

El anlisis anterior es aplicable a todo tipo de mquina o equipo que se pretende someter a mantenimiento preventivo, y resulta particularmente interesante el hecho de que el transformador posee una de las zonas de estabilidad relativa mas larga si se compara con otros tipos de aparatos.

Esto principalmente se debe a que el transformador no tiene piezas rotativas por lo que el desgaste mecnico no existe.

El otro punto a favor en el transformador es que es uno de los equipos ms elementales y sencillos que existe, las pocas partes que lo integran son robustas y requieren de poco mantenimiento.

Esto ltimo sin embargo es un arma de doble filo ya que la nobleza del transformador ha logrado que se dependa de l en una manera casi crtica: cuando un motor falla se paraliza una lnea de produccin o una parte de algn proceso pero cuando falla un transformador se paraliza una planta un centro poblado, un hospital, etc.

De todo lo anterior se concluye que estamos obligados a no obviar el mantenimiento preventivo de los transformadores dado que constituyen elementos clave en un sistema de energa confiable.

Revisin: 03



Pasemos ahora a estudiar cules son las actividades mas importantes dentro de una gestin de mantenimiento preventivo en nuestros transformadores.

INSPECCION VISUAL

PRUEBAS ELECTRICAS EN

SITIO

ANALISIS FISICOQUIMICO

DEL ACEITE

CROMATOGRAFIA DE GASES

DISUELTOS

REQUIERE MANTENIM-

MIENTO?

EN SITIO O TALLER?

LAVADO Y SECADO AL HORNO DE PARTE ACTIVA. LAVADO DE CUBA

REEMPLAZO DE AISLANTES, ACCESORIOS Y REINGENIERIA

MANTENIMIENTO MAYOR Y PRUEBAS ELECTRICAS DESTRUCTIVAS

LAVADO Y SECADO AL HORNO DE PARTE ACTIVA. LAVADO DE CUBA

MANTENIMIENTO MENOR Y PRUEBAS ELECTRICAS NO DESTRUCTIVAS

DESGASIFICACION Y TRATATMIENTO ACEITE, CAMBIO SILICA GEL, ETC.

REEMPLAZO DE ACCESORIOS Y CIERTOS INSTRUMENTOS

ESTABLECER LA FECHA DEL NUEVO CHEQUEO PREVENTIVO

PROTOCOLO E INFORME

PROTOCOLO E INFORME

PLAN BASICO DE MANTENIMIENTO

TALLER EN SITIO

SI

NO

Revisin: 03



1. INSPECCION VISUAL: Es llevada a cabo normalmente por el usuario a travs del personal de mantenimiento y de acuerdo con el tamao de la unidad y su criticidad se har diariamente o al menos semanalmente. Se deber chequear entre otras cosas:

Voltajes de salidas. Corrientes de salidas Temperatura, valores mximos alcanzados Presin de nitrgeno. Ruidos. Nivel de aceite . Conveccin de radiadores ( fri abajo- caliente arriba ). Prueba de disparo de los elementos de proteccin. Seales de disparo de elementos de proteccin (sobre presin sbita,

Buchholtz, etc. 2. PRUEBAS ELECTRICAS: Se realiza en campo con el Megger. Es recomendable hacerlo una vez al ao junto a cada anlisis del aceite. En la practica se acostumbra aprovechar la ocasin y se realiza una prueba de TTR, solo en equipos muy grandes ( 10 MVA ) se realiza el estudio del factor de potencia de aislamiento al menos que el usuario lo solicite en unidades mas pequeas.

3. ANALISIS FISICO-QUIMICO DEL ACEITE: La extraccin de la muestra y su anlisis se contrata normalmente, solo las grandes empresas electrificadoras lo hacen ellos mismo. De los valores obtenidos el anlisis concluye cmo se encuentra el aceite y le pasa el informe al usuario. Es recomendable que en condiciones normales se haga el anlisis una vez al ao como mnimo, pero cuando empiezan a aparecer valores fuera de tolerancia la accin mas segura es rastrear la evolucin de ese parmetro haciendo anlisis de aceite con intervalos de 3 meses.

La tabla que sigue presenta un resumen de las pruebas mas importantes que deben ser hechas como mnimo.

Revisin: 03



Mtodo ASTM Criterio de Aceptacin Lmites para uso

continuado Informacin que se

desprende. D-877

Rigidez Dielctrica

Debe ser mayor a 30KV 25 KV

Presencia de contaminantes

polares D-974

Nmero de Neutralizacin

0.03 mg KOH / g mximo 0.10 mg KOH / g Presencia de acido

D-971 Tensin

Interfacial

40 din/cm mnimo 27din/cm mnimo Presencia de lodo

D- 1524 Color

Comparado con escala de 0.5

nuevo 8.0 malo 2.7 mximo

Cambios de ao a ao indica problemas

D-1533 Humedad 25 ppm en equipos nuevos

35 ppm para 69 KV 25 ppm para 288

KV

Presencia de agua por filtraciones

D-924 Factor de Potencia

En 0.05% mximo En 0.70 % mximo Inicio de oxidacin

D-611 Punto de Anilina

En 70 C mximo En 84 C mximo

Capacidad de mantener los

lodos disueltos

Revisin: 03



4. ESTUDIO CROMATOGRAFICO DE GASES: En la prctica se hace la cromatografa en unidades grandes ( 5 MVA) solo de manera predicativa anualmente. Sin embargo en unidades con varios aos en servicio se recurre a la cromatografa siempre que la unidad haya presentado problemas o que se sospeche de anormalidades como resultado de las pruebas de aislamiento o anlisis fsico-qumico.

Generalmente la cromatografa da como resultado dos caminos a seguir: uno, todo va bien, y otro. sacar la unidad de servicio en la parada mas prxima y desencubar la parte activa para inspeccin detallada. De aqu se puede llegar a detectar problemas incipientes como falsos contactos, juntas carbonizadas, errores de ensamblaje, etc. que se corrigen solo en taller mediante Overhauling.

Ya en el taller la unidad se somete a una rutina de pruebas elctricas de rigor (solo practicables con banco de pruebas) llamadas pruebas destructivas.

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CAPITULO 8

SECADO DE LA PARTE ACTIVA

Tradicionalmente se puede secar o intentar secar la parte activa secando el aceite. Esto se hacia des energizando la unidad y conectndole por medio de mangueras un equipo mvil de secado dejndolo trabajar por un tiempo que lo defina el tamao del transformador y la capacidad de filtraje en galones por hora del equipo mvil.

Como se ha mencionado antes el 99.75% de la humedad contentiva en un transformador se halla en la celulosa de la parte activa y solo 0.25% en el aceite por lo tanto al irse secando el aceite se rompe este equilibrio hidrosttico y la celulosa comienza lentamente a ceder humedad al aceite, en consecuencia una vez iniciando este proceso es indispensable terminarlo por que si se deja a medias el riesgo de fallas es enorme al energizar la parte activa con la humedad saturando al aceite. Un chequeo final de la rigidez del aceite y de la resistencia de aislamiento de la parte activa indicar qu tan bien se ha hecho el secado.

Veamos las partes mas importantes de un equipo mvil de filtrado tpico.

1

23

6

4

5

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El aceite entra desde el transformador succionado por la bomba de llenado ( 1) ) atravesando el micro filtro ( 2 ) y calentndose por las resistencias ( 3 ).

El aceite caliente es atomizado en la cmara ( 4 ) que se encuentra bajo alto vaci (+/ - 0.1 mbar ) que lo hace la bomba ( 5 ). Finalmente la bomba de descarga ( 6 ) dirige el aceite seco, caliente y filtrado de vuelta al transformador.

El mtodo antes descrito simplemente es el nico en algunos casos por limitaciones de tiempo. Pero cuando se es capaz de programar una parada de 3 a 4 semanas el mtodo mas idneo de extraer la humedad a un transformador es secar directamente la parte activa al horno y encubando finalmente con aceite nuevo..

Esta parada se aprovecha para hacer otros trabajos como reemplazar sellos, Tap-Changer, reparar radiadores, etc.

Al secar una parte activa al horno normalmente se tarda entre 3 a 7 das dependiendo del nivel de humedad del tamao fsico. Resulta interesante ir tomado lectura del Megger cada 8 horas y observar que hay una tendencia mas o menos similar en todos los casos. Veamos la siguiente grafica.

TIEMPO

M

A B

C

D

TIPICA CURVA DE SECADO

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Se distinguen cuatro zonas:

A: El aislamiento baja a medidas que la parte activa se calienta. La humedad se convierte en vapor saliendo a la superficie de las bobinas hacindolos mas conductoras.

B: El aislamiento crece en el tiempo a medida que se evapora toda la humedad.

C: Se llega al punto mximo alcanzable de aislamiento, toda la humedad ha sido eliminada, es en este punto que se debe sacar del horno.

D: El aislamiento baja peligrosamente como resultado de pirlisis o destruccin de la

celulosa.

Conclusiones:

Dentro del programa de mantenimiento el desgasificado del aceite como acabamos de ver no pretende salvaguardar al aceite sino a la parte activa del transformador.

Decidir cual de los dos mtodos usar para secar la parte activa entre secado al horno o al aceite es cuestin de disponibilidad de tiempo, tamao del trasformador y niveles de humedad presentes.

El secado al horno es un proceso excelente, el desgasificado es de menor calidad pero sigue siendo mejor que no hacer nada.

Al secar al horno debemos tener presente que si el valor del aislamiento no mejor es indicativo de que el problema no era humedad sino envejecimiento de la celulosa lo cual es indicativo que la vida til del aislamiento lleg a su fin.

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CAPITULO 9

FALLAS TIPICAS

Al hablar de fallas debemos diferenciarlas segn su gravedad o segn su impacto en las condiciones operativas del transformador.

FALLAS CATALEPTICAS:

Son aquellas que virtualmente hacen inoperante a un equipo, o sea que ha perdido sus caractersticas de desempeo para las cuales fue construido. Hay que realizar una reparacin mayor.

FALLAS INICIPIENTES:

Son aquellas que se detectan en su fase inicial y no colocan al equipo fuera de servicio de una manera inmediata.

En el caso de transformadores elctricos veamos a continuacin cules son las fallas mas comunes que se presentan en la prctica.

Catalpticas:

Perforacin de aislamiento por envejecimiento o por sobre voltaje. Ruptura de conductores por puntos calientes, uniones, empalmes y

conexiones a Bushings, Tap Changer, Bobinas, etc. Destruccin de Tap Changer por operacin indebida tal como conmutar bajo

carga o mal posicionado. Llegada al fin de vida til en forma de envejecimiento natural o en forma

precipitada por un mantenimiento deficiente. Colapso del sistema de aislamiento por presencia de humedad, bien sea por

agua desde el exterior o por hidrlisis debida a altas temperaturas. Incipientes:

Puntos calientes en Tap Changer, Empalmes, Etc. Presencia de cidos y / o lodos. Contaminacin del aceite por humedad. Exceso de ruidos por anclajes debilitados del ncleo Prdida de nivel de aceite Contaminacin de Bushings Bajo nivel de aislamiento.

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En resumen podemos decir que:

1. Un transformador falla si pierden su aislamiento 2. Falla por corto circuito severo en el lado de carga no despejada a tiempo 3. Falla por sobrevoltaje de origen atmosfrico o de maniobra 4. El aislamiento se pierde por las siguientes razones o combinaciones de

ellos: Envejecimiento Sobre carga prolongada ( Pirolisis ) Deterioro Maniobra errada Contaminacin

Recurdese lo que se menciono en los primeros captulos en cuanto a que si se controla la temperatura de operacin y peridicamente se monitorea el aceite, el transformador no tiene por que fallar en forma catalptica, siempre que se respeten los limites para los cuales la unidad fue diseada.

GUIAS PARA LA SOLUCION A LOS PROBLEMAS MAS FRECUENTES Problema Detectado Posible Solucin

Ausencia total de voltaje de salida

Chequear interrupcin de AT Verificar suministro de CIA. Elctrica Medir aislamiento ( Megger) Verificar fusibles de AT

Ausencia de una fase Verificar fusibles

Calentamiento excesivo

Verificar nivel de aceite Medir corriente en vaco Verificar contenido de lodos en aceite Medir corriente a plena carga

Ruido Medir corriente de vaco

Fluctuacin de voltaje de salida Practicar prueba de TTR Practicar prueba de Resistencia Ohmica Anlisis cromatogrfico

Desbalance de tensiones de salida Comprobar aterramiento del neutro

Disparo por Buccholtz Chequear nivel de aceite Estudio cromatogrfico Purgar Rel Buccholtz

Disparo por sobre presin Verificar mxima carga conectada Estudio cromatogrfico Disparo por rel de sbita Estudio cromatogrfico Fallas catalpticas Desencubar

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REBOBINADO DE LA PARTE ACTIVA:

Cuando solo se destruye una bobina en una unidad trifsica, la pregunta mas frecuente es: Debo rebobinar las tres fases?

La repuesta no es tan sencilla por que hay que ponderar todos los factores de inters: Costo, tiempo, criticidad y confiabilidad; veamos.

COSTO:

Evidentemente que el costo va en funcin del numero de bobinas a reparar, pero esto no es una relacin lineal sino mas bien como lo indica la siguiente grafica.

De aqu se concluye que la diferencia porcentual entre una reparacin total y una parcial no es tan grande y solo se debe considerar cual es el impacto en Bs.

TIEMPO:

El tiempo de ejecucin de los trabajos se comporta de manera similar al comportamiento de costos por lo que el factor a considerar para tomar la decisiones es el tiempo efectivo disponible para intervenir la unidad.

CRITICIDAD:

Se refiere a la importancia que tiene un transformador particular dentro del sistema. No es igual alimentar un quirfano que un estacionamiento. Esto lo debe ponderar el usuario y decidir por la reparacin total si la carga es critica.

CONFIABILIDAD:

Hay que entender lo siguiente: una bobina reparada significa material nuevo y por lo tanto es una bobina nueva, pero el problema en que si se rebobina una sola y las otras quedan como estn la experiencia nos ha demostrado que estas

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 BOBINA 2 BOBINAS 3 BOBINAS

COSTO

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ltimas quedan en una situacin de desventaja desde el punto de vista de su desempeo ante sobre voltaje y sobre cargas, de all que en la mayora de los casos y sobre todo en equipos con mas de 5 aos de servicio el usuario decide por la reparacin total dejando la reparacin parcial solamente en los casos en que se pueda comprobar sin lugar a dudas que las otras dos no se vieron afectadas por la falla de la primera y que la unidad como tal no est prxima a su fin de vida til.

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ANEXOS

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mantenimiento prventivo de transformadores en la industria.pdf

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