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1 Megger Seminario Teórico - Practico Pruebas SFRA de Mantenimiento y Puesta en Servicio para Transformadores COLOMBIA Agosto / Septiembre 2011
109

SFRA Teorico Practico

Jul 31, 2015

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Curso con la mas avanzada tecnica para diagnosticar transformadores electricos
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Page 1: SFRA Teorico Practico

1

Megger

Seminario Teórico - Practico

Pruebas SFRA de Mantenimiento y Puesta

en Servicio para Transformadores

COLOMBIA

Agosto / Septiembre 2011

Page 2: SFRA Teorico Practico

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

Page 3: SFRA Teorico Practico

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.

Page 4: SFRA Teorico Practico

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

Page 5: SFRA Teorico Practico

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?

Page 6: SFRA Teorico Practico

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

Page 7: SFRA Teorico Practico

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

Page 8: SFRA Teorico Practico

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

Page 9: SFRA Teorico Practico

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?

Page 10: SFRA Teorico Practico

10

HV

coil

LV

coil

Core

Insulation

Configuración

Mecánica

Normal

Condición Normal del Circuito

Vmedido

Vaplicado

Magnitud =

Page 11: SFRA Teorico Practico

11

HV

coil

LV

coil

Core

Variación

Mecánica

Variación

Mecánica

Variación

Eléctrica=

Insulation

Vmedido

Vaplicado

Magnitud =

Variación

Eléctrica

Desviación Mecánica en el Circuito

Page 12: SFRA Teorico Practico

12

Bobina

Señal aplicada = 10 V

Señal Medida =

V de respuesta

Tierra

Cables co-axiales

apantallados

Datos

Transformador

Conexiones

Page 13: SFRA Teorico Practico

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 =

Page 14: SFRA Teorico Practico

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 =

Page 15: SFRA Teorico Practico

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

Page 16: SFRA Teorico Practico

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

Page 17: SFRA Teorico Practico

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

Page 18: SFRA Teorico Practico

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

Page 19: SFRA Teorico Practico

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

Page 20: SFRA Teorico Practico

20

Pruebas Comparativas

Transformador A

Transformador A Transformador B

Basado en

Tiempo

Basado en el Tipo

Constructivo

Basado en Diseño

Page 21: SFRA Teorico Practico

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

Page 22: SFRA Teorico Practico

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)

Page 23: SFRA Teorico Practico

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)

Page 24: SFRA Teorico Practico

24

La comparación es típicamente complicada puesto

que cada bobina puede tener su característica única

de construcción.

Comparación de Transformadores Rebobinados

Page 25: SFRA Teorico Practico

25

Filosofía de las Mediciones SFRA

Nuevas mediciones = Medición de Referencia

Entra en Servicio

Nuevas Mediciones ≠ Medición de Referencia

Se requiere pruebas adicionales

Page 26: SFRA Teorico Practico

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

Page 27: SFRA Teorico Practico

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

Page 28: SFRA Teorico Practico

28

Detección de Fallas en el

Transformador

Page 29: SFRA Teorico Practico

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

Page 30: SFRA Teorico Practico

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

Page 31: SFRA Teorico Practico

31

Configuraciones de Medición SFRA

Page 32: SFRA Teorico Practico

32

SFRA configuración

Page 33: SFRA Teorico Practico

33

Circuito de Medición

Page 34: SFRA Teorico Practico

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

Page 35: SFRA Teorico Practico

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)

Page 36: SFRA Teorico Practico

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

Page 37: SFRA Teorico Practico

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

Page 38: SFRA Teorico Practico

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

Page 39: SFRA Teorico Practico

39

Capacitivo inter-devanados Ejemplo

Page 40: SFRA Teorico Practico

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

Page 41: SFRA Teorico Practico

41

Admitancia Transferida (VT)

Page 42: SFRA Teorico Practico

42

Comparación de resultados de Prueba

Repetitividad es la clave del éxito!

Núcleo sin aterrizar

Núcleo Aterrizado

Page 43: SFRA Teorico Practico

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

Page 44: SFRA Teorico Practico

44

Antes (2007-05-23) y post-falla (2007-08-29)

Bobina BT

Bobina AT

Page 45: SFRA Teorico Practico

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

Page 46: SFRA Teorico Practico

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

Page 47: SFRA Teorico Practico

47

Mala conexión

Mala conexión se refleja en la distorsión a mayores frecuencias

Page 48: SFRA Teorico Practico

48

Terminales de conexión

Abrazaderas tipo C aseguran

la calidad del contacto

Penetra capas no

conductivas

Conexión solida a la brida del

buje

Page 49: SFRA Teorico Practico

49

La Conexión de Puesta a tierra asegura la

repetitividad de la prueba en altas frecuencias

Práctica recomendada Práctica incorrecta

Page 50: SFRA Teorico Practico

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

Page 51: SFRA Teorico Practico

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

Page 52: SFRA Teorico Practico

52

Nivel de Ruido Interno – ”Piso de ruido”

Rojo = Otra marca

Verde = FRAX 101

Page 53: SFRA Teorico Practico

53

Ejemplo de problema de ruido interno

H1 – H2 mediciones circuito abierto y

corto

Negro = Otra marca

Rojo = FRAX 101

Page 54: SFRA Teorico Practico

54

Por qu’e se require por lo menos -100 dB..?

Westinghouse 40 MVA, Dyn1, 115/14 kV, HV [open]

Page 55: SFRA Teorico Practico

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.

Page 56: SFRA Teorico Practico

56

Prueba de resistencia de devanados

Luego de la

desmagnetización

H1-H2 [open]

Luego de prueba de resistencia de devanados

Page 57: SFRA Teorico Practico

57

Efecto a bajas

frecuencias

Efecto en

bobinas

SFRA – Efecto del cambiador de tomas

Page 58: SFRA Teorico Practico

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

Page 59: SFRA Teorico Practico

59

Voltaje de Medici on variable…

Page 60: SFRA Teorico Practico

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

Page 61: SFRA Teorico Practico

61

SFRA Análisis

Page 62: SFRA Teorico Practico

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

Page 63: SFRA Teorico Practico

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

Page 64: SFRA Teorico Practico

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

Page 65: SFRA Teorico Practico

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

Page 66: SFRA Teorico Practico

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.

Page 67: SFRA Teorico Practico

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)

Page 68: SFRA Teorico Practico

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)

Page 69: SFRA Teorico Practico

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.

Page 70: SFRA Teorico Practico

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

Page 71: SFRA Teorico Practico

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.

Page 72: SFRA Teorico Practico

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

Page 73: SFRA Teorico Practico

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.

Page 74: SFRA Teorico Practico

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.

Page 75: SFRA Teorico Practico

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...

Page 76: SFRA Teorico Practico

76

Defectos del Núcleo...

Variaciones importantes

en el circuito magnético

en la primera resonancia

en la prueba de circuito

abierto

Page 77: SFRA Teorico Practico

77

FRAX

Unidad de Medición SFRA

Page 78: SFRA Teorico Practico

78

FRAX 101 – Frequency Response Analyzer

Page 79: SFRA Teorico Practico

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

Page 80: SFRA Teorico Practico

80

SFRA configuración

Generador y

Referencia

Medición

Page 81: SFRA Teorico Practico

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

Page 82: SFRA Teorico Practico

82

Formatos de Importación

Page 83: SFRA Teorico Practico

83

Análisis de Correlación

Page 84: SFRA Teorico Practico

84

SFRA – Ejemplos de Aplicación

Page 85: SFRA Teorico Practico

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…

Page 86: SFRA Teorico Practico

86

Ejemplo – Comparación basada en Tiempo

DL/T911-2004 indica “Distorsión Obvia (falta conexión a tierra del núcleo)

Page 87: SFRA Teorico Practico

87

Ejemplo – Comparación basada en Tiempo (reparado)

DL/T911-2004 indica condición “Normal” (conexión a tierra del núcleo

reparada)

Page 88: SFRA Teorico Practico

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

Page 89: SFRA Teorico Practico

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)

Page 90: SFRA Teorico Practico

90

Comparación de Unidades Gemelas – 3x HV [open]

Page 91: SFRA Teorico Practico

91

Comparación de Unidades Gemelas – 3x HV [short]

Page 92: SFRA Teorico Practico

92

Comparación de Unidades Gemelas– 3x LV [open]

Page 93: SFRA Teorico Practico

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

Page 94: SFRA Teorico Practico

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

Page 95: SFRA Teorico Practico

95

Comparación en Base a Diseño – HV [open]

Page 96: SFRA Teorico Practico

96

Comparación en Base a Diseño – HV [short]

Page 97: SFRA Teorico Practico

97

Comparación en Base a Diseño – LV [open]

Page 98: SFRA Teorico Practico

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

Page 99: SFRA Teorico Practico

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)

Page 100: SFRA Teorico Practico

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)

Page 101: SFRA Teorico Practico

101

Y como se veía la columna intermedia…?

Casquillo de aislamiento

Columna del núcleo

Bobina BT

Page 102: SFRA Teorico Practico

102

Análisis de la Respuesta de Barrido de

Frecuencia

Referencias Técnicas

Page 103: SFRA Teorico Practico

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

Page 104: SFRA Teorico Practico

104

Por qu’e se requiere al menos -100 dB...

Westinghouse 40 MVA, Dyn1, 115/14 kV, HV [open]

Page 105: SFRA Teorico Practico

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

Page 106: SFRA Teorico Practico

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

Page 107: SFRA Teorico Practico

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.

Page 108: SFRA Teorico Practico

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!

Page 109: SFRA Teorico Practico

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