seminario de transformadores pruebas de mantenimiento y

50
1 Megger Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y Puesta en Servicio Introducción a Transformadores Julio 2010

Upload: others

Post on 12-Nov-2021

5 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

1

Megger

Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y Puesta en

Servicio

Introducción a Transformadores

Julio 2010

Page 2: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

2

Contenido

Fundamentos de TransformadoresSeguridadTeoría AplicaciónDiseñoTipos

(Source: Waukesha)

Page 3: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

3

Seguridad Ante Todo !!

Page 4: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

4

Equipo de Protección Personal

Seguridad Ante Todo !!

Page 5: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

5

Seguridad

Los transformadores utilizan electricidadLa energía eléctrica proviene de otro tipo de energía

Nuclear, Hidráulica, Térmica, Combustibles

La electricidad no siempre es visible o audibleAl pasar por un conductor

Fácilmente puede atravesar cualquier materialMadera, metales, material orgánico, líquidos, gases

Page 6: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

6

Seguridad

Inspección VisualCables sin aislamientoPuntos de Tierra flojosDeformaciones en el tanqueInstrumentos de Medición (T,P,L)

Asegúrese de conocer los elementos que están energizadosVerifique la proximidad delineas energizadas

Pueden imponer energía en equipos des energizados

Verifique la identificación del área de pruebasNUNCA DEJE DE ESTAR ATENTO!

Page 7: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

7

Transformadores - Propósito

Los Transformadores son elementos clave en la estructura de los sistemas eléctricos de potenciaLos generadores producen cantidades variables de energíaNormalmente las estaciones de generación se encuentran a grandes distancias de los centros de carga finalLos transformadores intervienen de una manera efectiva en el transporte de energía sobre largas distancias con mínimas perdidas

Elevación de voltaje de generaciónLíneas de Transmisión de AT transportando energía a grandes distanciasAlta Tensión, baja corriente = perdidas bajas (i2·r)

Los transformadores deben utilizarse en el lado de distribuciónReducción de Voltaje (en etapas) a los niveles de voltaje requeridos por la carga

Page 8: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

8

Aplicación en el Mundo Real

Líneas de Transmisión

ATAT a MT / BT

Transformador

BT y AT Transformador

(GSU)Generación EléctricaCargas de Potencia

ElecticaFuente de EnergíaMT / BT Líneas de Distribución

Transformadores

Page 9: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

9

Líneas de Transmisión

ATAT a MT/BT

Transformador

MT a AT Transformador

(GSU)GeneraciónCargas del Sistema

Eléctrico

MT / BT Líneas Distribución

Aplicación Modelo Eléctrico Trifásico

LV HV

Generador

Generador

Generador

HV LV

V1

V2

R

L

Cargas Reactivas

Cargas Resistivas

Fuente de

Energía

Transformadores

Page 10: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

10

Transformadores Centro de una SubestaciónLos otros equipos son para Control Automático y Protección

Page 11: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

11

Niveles de Voltaje

Generación 10 a 34.5kV

Transmisión 1000 kV, 765kV, 500kV, 345kV, 230kV, 138kV, 124kV, 69kV

Distribución / Industrial69kV, 34.5kV, 28kV, 24kV, 13.2kV, 11kV, 7.6kV, 4.16kV, 0.480

Residencial0.240 kV, 0.120 kV

Page 12: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

12

Monofásico vs. Trifásico

Page 13: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

13

Diseño Devanados

Estándar Servicios IndustrialesMonofasico o Trifásico residencial e industrial (montado en el piso o en poste)Monofásicos Auto transformadores2-devanados, transformadores trifásicos3-devanados, transformadores trifásicos

Tipos EspecialesMóvilArco (alta corriente)Cambiadores de TapMúltiple devanado (>3 devanados)

Page 14: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

14

Diseño Configuraciones

1-

Delta

Y

Zigzag

Varias rotaciones de fase

Page 15: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

15

Potencia Real (P) = kW

Pot

enci

a R

eact

iva

(Q) =

kVA

R

Transformador Sistema de Potencia Trifásico

jQPS

2y 1 vectoresentre angulo

Vect

or 2

Vector 1

Capacitiva o Inductiva

Capacitiva = Banco Capacitivo

Capacitivo = Largas líneas de transmisión

Reactiva = Reactor

Motor

Generador

Resistiva

Iluminación

Resistores

Page 16: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

16

Transformadores Potencia

LL IVS 3

FF IVS 3

En sistemas 3 En sistemas 1

LL IVS

potencia defactor P LL IVpotencia defactor 3 P LL IV

-O-

1 MVA = 1000 * kVA1 kVA = 0.001 * MVA

Page 17: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

17

Load

Fuente Voltaje

Teoría Transformador MonofasicoObjetivo:

Transfer ir energía desde la fuente hacia la cargaConstrucción:

Dos conductores (primario y secundario) bobinados sobre un mismo núcleo, por ende asilados eléctricamente uno del otro

Teoría:Ley de Faraday: Una fuente de energía aplica una corriente AC que pasa por el devanado primario, produce una densidad de flujo magnético que varia en el tiempo sobre el núcleoEste flujo también pasa a través del secundario induciendo un voltaje en el secundarioCuando la carga esta conectada al secundario, la corriente fluye según la impedancia de la carga

Page 18: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

18

Ecuación universal del transformador

BNAfV 44.4

V = Voltaje

f = Frecuencia

A = sección área del núcleo

N = # de espiras

B = Densidad de Flujo magnético

I = Corriente de Excitación

IB

Teoría Transformador monofásico

Función de frecuencia, geometría y corriente

Page 19: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

19

Air Core

Teoría Transformación de Energía

1. Corriente (i, amps) pasa a través de un conductor y produce una fuerza de campo magnético

2. La energía potencia, se mide como flujo (B, Tesla)

3. Concentración of Flujo = Densidad de Flujo

HV

LV

Núcleo Magnético

10,000 veces mas efectivo

i

Page 20: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

20

Corriente AC crea Flujo ACVariable en el tiempo, dirección cambiante (polaridad)

EnergíaAT Núcleo BTEnergía Eléctrica Energía Magnética Energía Eléctrica

Teoría Transformación de Energía

Page 21: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

21

Flujo de SaturaciónEs el nivel máximo de flujo magnético que un material puede manejar

Sin importar el valor de corriente aplicadaDepende únicamente de las propiedades del material del núcleo y su diseño

Permeabilidad MagnéticaTemperatura

Corriente de ExcitaciónLa corriente que fluye a lo largo del conductor bobinado en vacio (circuito abierto), cuando se aplica un voltaje al transformador

Generado por corrientes parasitas del núcleo (eddy) y perdidas de histéresisDepende principalmente del voltaje aplicado

Corriente de SaturaciónEs el nivel en el cual la saturación del flujo inicia (ver curva de histéresis)

Teoría Transformación de Energía

Page 22: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

22

Teoría Transformación de Energía

Page 23: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

23

Histéresis (perdidas) = Memoria Magnética (historia)No toda la energía necesaria para magnetizar un material se recupera cuando este es desmagnetizadoMientras mas ancho y alto el lazo de histéresis, mayores las pérdidas por histéresis que tiene un material

Teoría Transformación de Energía

Page 24: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

24

Pérdidas

Resistencia de los DevanadosDebido a la resistencia de los conductores

Reactancia de FugaDebido a la fuga de flujo

Resistencia del NúcleoPérdidas por histéresis y corrientes parasitas

Page 25: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

25

Modelo Eléctrico de una unidad monofásica

Perdidas del Núcleo

Perdidas en Devanados

Perdidas en Devanados

Pérdidas del núcleo

Prueba en vacio

Histéresis (magnetizing)

Eddy current (resistive)

Perdidas de los devanados

Prueba de Corto circuito

Inductive (stored energy)

Resistive (watts loss)

Page 26: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

26

Diseño Trifásico

Principales Componentes:

Conductores Eléctricos / Devanados

Núcleo Magnético

AislamientoPrimarioSecundario

Page 27: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

27

Conductores Eléctricos / Devanados

Objetivo: Paso de electricidadMaterial: Cobre o Aluminio

(Source: Alconex) (Source: Waukesha Transformer)

Page 28: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

28

El Núcleo Magnético

(Source: Waukesha Transformer)

Objetivo: Ser el canal del Flujo MagnéticoMaterial: Acero eléctrico M3, M4

Page 29: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

29

El Núcleo MagnéticoUna serie de laminas delgadas planas, aisladas una con respecto a la otraReduce las perdidas corrientes (Eddy)

Malo

Bueno

Page 30: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

30

Insulating Structure Inside Power Transformer(Source: 2005 Weidmann Conf.)

Material Aislante (Primario)

Objetivo: Aislar los potenciales y proveer soporte mecánicoMaterial: CELULOSA; papel Kraft, envoltura del Devanado, Papel Crepe, Madera Eléctrica, etc..

Page 31: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

31

Material Aislante (Secundario)

Objetivo: Aislar potenciales, reducir calentamiento, mantiene alejada la humedadMaterial: Aceite Mineral, Natural, Silicona, Air, Nitrógeno, SF6

Page 32: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

32

Diseño

Transformador Trifásico (Montaje de núcleo y devanado

Page 33: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

33

Diseño

Transformador Trifásico (Producto Final) Cuba, bujes, conservador, radiadores,Ventiladores, Instrumentación, TCs, Cambiador de Taps, etc..

Page 34: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

34

Relación de Transformación Cambiadores de Tap

100% + (1) * 5/8%

100% + (2) * 5/8%

100% + (0) * 5/8%

100% - (1) * 5/8%

100% - (2) * 5/8%

100% + (1) * 5/8%

100% + (2) * 5/8%

100% + (0) * 5/8%

100% - (1) * 5/8%

100% - (2) * 5/8%

De-energized Tap Changer (DETC)

100% - (3) * 5/8%

100% + (4) * 5/8%

100% + (6) * 5/8%

100% + (0) * 5/8%100% - (1) * 5/8%100% - (2) * 5/8%

100% + (7) * 5/8%100% + (8) * 5/8%

100% + (5) * 5/8%

100% + (3) * 5/8%100% + (1) * 5/8%

100% - (4) * 5/8%100% - (5) * 5/8%100% - (6) * 5/8%100% - (7) * 5/8%100% - (8) * 5/8%

100% + (16) * 5/8%

100% - (16) * 5/8%

Load Tap Changer (LTC)

Typically 32 taps, regulating V range +10% to -10%

Typically 5 taps, regulating V range % based on design need

Page 35: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

35

Transformador Cambiadores de Tap

Regulación de Voltaje y Control TrifásicoCambiador de Tap bajo Carga (CTBC)Cambiador de Tap Des-energizado (CTDE)

Page 36: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

36

Transformador Cambiadores de Tap

Page 37: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

37

Clase Sistema de Enfriamiento

ONAN (OA) Aceite Natural Enfriamiento PropioONAF (FA) Aceite Natural Aire Forzado Ventiladores OFAF (FOA) Aceite Forzado Aire Forzado Bombas y

VentiladoresODAF (FOA) Aceite Dirigido Aire Forzado Bombas y

Ventiladores

Page 38: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

38

Sistema de Enfriamiento Radiadores, Ventiladores, Flujo, etc..

Page 39: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

39

Datos de PlacaRango de Operación

Voltajes nominales de 1rio y 2rio

Potencia Nominal

Impedancia

# de Serie

Especificaciones de Peso

Niveles de impulso

Clase de Enfriamiento

Page 40: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

40

Datos de PlacaDiagramas de Conexionado de Primario y Secundario

Cambiadores de Tap -Configuraciones

Información de TCs

Page 41: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

41

Datos de PlacaConfiguración de devanado trifásico y polaridad

Page 42: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

42

Datos de PlacaDevanado Trifásico Polaridad de primario a voltaje secundario

Page 43: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

43

Los componentes del Transformador serian CERO pérdidas

No existen conductores perfectos (cero resistencia de devanados)

No existe permeabilidad del núcleo infinita ( permitiendo 100% del flujo que se comparta)

No todo el flujo magnético se concentra en el núcleo del transformador (fuga de flujo)

No existe resistencia de aislamiento infinita y/o factor de potencia del aislamiento CERO (sin corriente de fuga)

Page 44: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

44

Diseño Real

Diseño de los Componentes del Transformador

EléctricoPara transferir potencia AC de un potencial a otro

TérmicoPara soportar las altas temperaturas de Operación

MecánicoPara mantenerlo estático, invariable y físicamente robusto

Page 45: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

45

Condiciones Reales

Esfuerzos en los componentes del Transformador

EléctricoSobre voltajes = Alto esfuerzo en el aislamientoEnvejece el material dieléctrico; inclusive a voltajes nominales

TérmicoAlta Corriente = Alto esfuerzo en todos los componentesEnvejece el material dieléctrico; inclusive a Temperaturas nominales

MecánicoFuerte Impacto = Alto esfuerzo físicoDEFORM ACION/ DESPLAZAMIENTO

Page 46: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

46

Condiciones Reales

Esfuerzos en los componentes del Transformador

Ataque QuímicoAceite, Celulosa, y productos del CobreDETERIORO de los componentes del aislamiento

Contaminantes del Medio AmbienteSal y corrosión externaDETERIORO de la cuba y equipos auxiliares

Page 47: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

47

Programación de Pruebas

Dependiendo del nivel de importancia del equipo (transformador)

Potencia - <2500 kVA, >50 MVA, etc..Importancia de la carga generación, hospital, Centro de Computo, etc.

No-PlanificadaLuego de una fallaLuego d alarmas de falla activaEtc.

Frecuencia6 meses12 meses36 mesesEtc.

Page 48: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

48

Resumen de Transformadores Que sedebe Probar ?

DevanadosAislamientoNúcleoCambiadores de TapBujesAceite Dieléctrico

Page 49: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

49

Component Test Megger products

Windings

Resistance MTORatio/polarity TTR

Excitation current Delta/TTRShort-circuit impedance MLR/FRAX

Frequency response analysis FRAXInsulation resistance S1

Capacitance Delta/IDAXPower factor/tan delta Delta/IDAX

Dielectric frequency response IDAX Induced voltage/partial discharge

Bushings

Capacitance Delta/IDAXPower factor/tan delta Delta/IDAX

Dielectric frequency response IDAXPartial discharge

Temperature (Infrared)

Insulating oil

Water content KFDissolved gas

Dielectric strength OTSParticle count

Power factor/tan delta IDAX/DeltaInterfacial tension

AcidityVisualColor

Oxidation stabilityCellulose insulation Moisture content IDAX-MODS

Tap changers

Load

Contact/winding resistance MTOTemperature (Infrared)

Ratio TTRTiming (make before break) MTO

Motor currentLimit switch

De-energized

Contact pressure (resistance test) MTOCentering

Ratio TTRVisual inspection

CoreInsulation resistance MIT/S1

Frequency response analysis FRAXGround test MoM/DLRM

IEEE 62Detalle de Pruebas, basado en los componentes del Transformador

Page 50: Seminario de Transformadores Pruebas de Mantenimiento y

50

Megger Equipos de PruebaDiagnóstico y Pruebas de Transformadores