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NUEVA METODOLOGÍA PARA CONTROL DE PROCESOS DE SECADO EN FÁBRICA DE TRANSFORMADORES DE

POTENCIA

Jimmy. A. Vasquez MacaDepartment of Electrical TestsTransformadores de Colombia, TRACOL Cali, ColombiaE-mail: laboratorioelectrico@tracol.com.co

A. Céspedes, D. F. GarcíaSchool of Electrical and Electronic Engineering Universidad del Valle Cali, ColombiaE-mail: alexander.cespedes@correounivalle.edu.co, diego.garcia@correounivalle.edu.co

TABLA DE CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN

2. CARACTERISTICAS DE LOS AISLAMIENTOS DEL TRANSFORMADOR

2.1 Humedad en los aislamientos del transformador

2.2 Métodos de medición de humedad del aislamiento del transformador

2.3 Métodos de secado de transformadores

3. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN TRANSFORMADORES CON LA TÉCNICA FDS

3.1 Modelo del transformador en FDS

3.2 Modelos a escala del transformador

3.3 Secado de modelos a escala

3.4 Modelos planos y cilíndricos del transformador

4. SECADO DE TRANSFORMADOR EN HORNO DE CONVECCIÓN

4.1 Comparación transformador y modelo en horno de convección

4.2 Determinación de humedad final en horno de convección

5. HUMEDAD NORMATIVA DE TRANSFORMADORES

6. METODOLOGÍA PARA SECADO EN HORNO DE CONVECCIÓN

7. CONCLUSIONES

8. REFERENCIAS

1. INTRODUCCIÓN

La vida del transformador está asociada a la vida útil del aislamiento

(condición mecánica del papel)

2. CARACTERÍSTICAS DEL AISLAMIENTO DEL TRANSFORMADORPA

PEL

Sólido

Soporte mecánico

Mayor Permitividaddieléctrica

Viabilidad de recuperación nula

Reemplazo costoso

hidrófilo

AC

EITE

Líquido

refrigerante

Menor Permitividaddieléctrica

Recuperación Viable

Fácil reemplazo

hidrófobo

2.1 Humedad en el aislamiento del transformador

2.2 Métodos de medición de humedad del aislamiento del transformador✓ Punto de roció

✓ Medición de factor de potencia

✓ Método de Karl Fischer (KF) en el aceite y curvas de equilibrio

✓ Resistencia de aislamiento

✓ Método de voltaje de recuperación (RVM)

✓ Espectroscopia en el dominio de la frecuencia (FDS)

✓ Corriente de Polarización y despolarización (PDC)

✓ Sensores de humedad en papel y aceite

2.3 Métodos de secado de transformadoresEN FÁBRICA

▪ Horno de convección (aire)

▪ Vacío

▪ Vapour phase (vacío mas vapor de keroseno)

EN CAMPO

▪ Circulación de aceite caliente (hot-oil)

▪ Circulación de aire caliente

▪ Vacío fuerte con aplicación de calor

▪ Vacío con spray de aceite caliente (hot-oil spray)

▪ Fase de vapor de keroseno

3. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN TRANSFORMADORES CON LA TÉCNICA FDS

Se mide capacitancia / factor de potencia en una rango de frecuencia

entre 1MHZ-0,1 mHZ

3.1 Modelado del transformador en FDS

PAPEL - ACEITEPAPEL - AIRE

3.2

Mo

de

los

a e

scal

a d

el

tran

sfo

rmad

or

DISEÑOMODELO

MEDICIÓNCURVA FDS

3.2

Mo

de

los

a e

scal

a d

el

tran

sfo

rmad

or

MODELO X-Y

CURVA DE RESPUESTA DIELÉCTRICA

3.3 Secado de modelos a escalaMODELO

SECADO EN HORNO DE CONVECCIÓN

SECADO EN HORNO DE VACIÓ

3.4 Modelos planos y cilíndricos del transformadorDE TRANSFORMADOR A BOBINA

MO

DEL

O P

LAN

O Y

CIL

IND

RIC

O

4. SECADO DE TRANSFORMADOR EN HORNO DE CONVECCIÓN

TRAFO A BOBINA

BOBINA A MODELO

4.1 Comparación transformador y modelo en horno de convección

MODELO Y TRANSFORMAD0R

4.2 Determinación de humedad final en horno de convecciónDETERMINACION DE HUMEDAD FINAL

MASA DE LA MUESTRA (mg)PERDIDA DE MASA (mg)

PERDIDAD DE MASA (mg)

HUMEDAD FINAL (%)

TRANSFORMADORMUESTRA

INICIAL AMBIENTE

SECADO EN HORNO DE

CONVECCIÓN

SECADO EN CAMARA DE

VACÍO

CONVECCION -VACÍO

AMBIENTE -CONVECCIÓN

EN HORNO DE CONVECCIÓN

1,6 MVA23349,9 21651,8 21444,1 207,7 1698,1 0,97

24034,6 22414,2 22194,8 219,4 1620,4 0,99

4 MVA 56125,8 52214,6 51621,6 593 3911,2 1,15

2 MVA 57305,5 53285,7 52717,4 568,3 4019,8 1,08

1,5 MVA 53287,5 49439,3 48845,2 594,1 3848,2 1,21

10 MVA 56125,8 52214,6 51621,6 593 3911,2 1,14

HUMEDAD

CU

RV

A D

E C

OM

PA

RA

CIÓ

N

5. HUMEDAD NORMATIVA DE TRANSFORMADORES

Porcentajes permisibles de humedad

Interpretación del contenido de humedad en el aislamiento solido dado en % en peso de agua Por peso seco

6. METODOLOGÍA PARA SECADO EN HORNO DE CONVECCIÓN

MET

OD

OLO

GIA

DE

SEC

AD

O F

DS

7. CONCLUSIONES✓ Se desarrolla metodología de secado en horno de convección en base a la técnica FDS para

transformadores de potencia (1-10 MVA)

✓ Se desarrolla software de aplicación en Excel para determinar el fin del proceso de secadoen un horno de convección a partir de curvas de referencia de modelos a escalaalmacenadas en forma de base de datos.

✓ Los transformadores puede ser representados con un modelo a escala que emulaperfectamente su comportamiento dieléctrico al usar capacitores planos o cilíndricos.

✓ Los transformadores objeto de estudios muestran una humedad final en la celulosaalrededor del 1% .

✓ Determinar el punto óptimo de secado permite no exceder el transformador en el secado oen su defecto que quede húmedo, garantizándose la buena condición del aislamiento y vidaútil del transformador.

✓ Al determinar el secado óptimo se reduce el consumo del recurso energético sin necesidad,lográndose un beneficio económico ambiental.

✓ Los modelos a escala pueden ser útiles para sacar curvas de referencia dieléctricas detransformadores de mayores potencias a 10 MVA, analizar su grado de polimerización ycomportamiento característico.

8. REFERENCIAS

[1] M. Koch, S. Raetzke and M. Krueger, "Moisture diagnostics of power transformers by a fast and reliable dielectric response method," 2010 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, San Diego, CA, 2010, pp. 1-5.

[2] S. Singh, A. Kumar, S. K. Singh and R. K. Jarial, “Dielectric response analysis and diagnosis of oil-filled power transformerscalculation of paper moisture in power transformer”. 2015 International Conference on Energy, Power and Environment: TowardsSustainable Growth (ICEPE), Shillong, 2015, pp. 1-4.

[3] A. Pradhan, B. Chatterjee, and S. Chakravorti, “Estimation of paper moisture content based on dielectric dissipation factor of oil-paper insulation under non-sinusoidal excitations,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 22, no. 2, pp. 822–830, 2015.

[4] M. Bagheri, M. S. Naderi, S. Member, T. Blackburn, B. T. Phung, and S. Member, “Dean-Stark vs FDS and KFT Methods in Moisture Content Recognition of Transformers,” no. December, pp. 2–5, 2012.

[5] Megger. “Transformer life management bulletin: Moisture in power transformers”. TLM Bulletins. Megger Limited, Dover, CT17

9EN, UK, pp. 1–9.

GRACIAS.