sfra teorico practico

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Curso con la mas avanzada tecnica para diagnosticar transformadores electricos

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Megger

Seminario Terico - Practico Pruebas SFRA de Mantenimiento y Puesta en Servicio para TransformadoresCOLOMBIA Agosto / Septiembre 20111

SFRA Historia 1960: Low Voltage Impulse Method. (mtodo de impulso de bajo voltaje) propuesto por W. Lech & L. Tyminski en Polonia para detectar deformaciones de bobinas. 1966: Publicacin 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, Canad

2

SFRA Historia (2) 1988 - 1990s : Se realizan pruebas en diferentes compaas en Europa y la tecnologa se dispersa a nivel mundial a travs de CIGRE y muchas otras conferencias y reuniones tcnicas 2004: Se publica el primer estndar de SFRA Frequency Response Analysis on Winding Deformation of Power Transformers, DL/T 911-2004, The Electric Power Industry Standard of Peoples Republic of China 2008: Se publica CIGRE reporte 342, Mechanical-Condition Assessment of Transformer Windings Using Frequency Response Analysis (FRA) 2011: IEEE contina con la revisin del documento PC7.149.D8 previa a su aprobacin final como gua de pruebas FRA.

3

Mecnica del Transformador Un transformador esta diseado para soportar ciertas cargas mecnicas. Los limites de diseo pueden ser excedidos debido a: Fuerte impacto mecnico Transporte Movimientos ssmicos

Fuertes impactos elctricos Fallas en el sistema Fallas en los conmutadores Falla de sincronizacin

La resistencia mecnica del transformador se debilita con el paso del tiempo Aminora la capacidad de soportar estrs mecnico Incrementa el riesgo de fallas por problemas mecnicos Incrementa el riesgo de problemas de aislamiento

4

Por qu se analiza la condicin mecnica? Para detectar posibles desplazamientos del ncleo y deformaciones en los devanados debido a: Grandes fuerzas electromagnticas por corrientes de falla Transporte y reubicacin de la unidad

Si estas fallas no se detectan a tiempo, el problema puede evolucionar y terminar en fallas trmicas o dielctricas que provoque la perdida del transformador Periodicidad en las pruebas es esencial

5

Deteccin de Fallas con SFRA Fallas en devanados Deformacin Desplazamiento Corto circuito

Fallas de ncleo Movimiento Puesta a tierra

Fallas/ cambios mecnicos Estructuras de fijacin Conexiones

6

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 comparacin en el tiempo Este mtodo es nico por su capacidad para detectar una variedad de fallas en los devanados o en el ncleo en una sola prueba7

SFRA Base TericaCore

H1 bushing

Insulation ConductorInsulation

Insulation Conductorbushing Insulation

X1

HV coil

Insulation

LV coil

Insulation H2 bushing Conductor Insulation

Insulation Conductor Insulation bushing X2

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Qu se esta midiendo?Cambios en Cambios = la Magnitud Elctricos de la Respuesta

Transformer Tank

Capacitancia Interdevanados Capacitancia entre Devanados y Ncleo Capacitancia entre Devanados y la cuba Inductancia de la Bobina Resistencia de la Bobina

Insulation

9

Condicin Normal del CircuitoCore

Configuracin Mecnica Normal

HV coil LV coil

Magnitud =

Vmedido VaplicadoInsulation

10

Desviacin Mecnica en el CircuitoCore

Variacin Mecnica

Variacin Mecnica

=

Variacin Elctrica

HV coil LV coil

Variacin Elctrica

Magnitud =

Vmedido VaplicadoInsulation

11

Conexiones

Seal aplicada = 10 VSeal Medida = V de respuesta

Cables co-axiales apantallados

Datos

Tierra

Transformador

Bobina

12

SFRA De dnde proviene la Grafica ? 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 relacin 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 logartmica, 20 log (medido / aplicado)Measured V Measured V 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 = 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V

10 Vaplicado

20 Hz Response =

VmedidoMagnitud (V/V)

10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V Measured V 10 V

70 Hz Response = 100 Hz Response = 500 Hz Response = 1000 Hz Response = 2000 Hz Response = 5000 Hz Response =

Magnitud =

Vmedido Vaplicado

10,000 Hz Response =

20 Hz

1000 Hz

10,000 Hz

100,000 kHz Frecuencia (Hz)

1,000,000 Hz

2,000,000 Hz

13

SFRA Caracterstica de la Grfica Magnitud de la Respuesta de Barrido de Frecuencia Modelo elctrico del transformador = circuito RLC Cada frecuencia tiene una impedancia efectiva

Dominio Inductivo Dominio Capacitivo10 Vaplicado VmedidoMagnitud (V/V) 20 Hz Response

70 Hz Response 100 Hz Response 500 Hz Response

1,500,000 Hz Response 50,000 Hz Response 2,000,000 Hz Response 100,000 Hz Response 1,000,000 Hz Response 800,000 Hz Response 200,000 Hz Response 500,000 Hz Response

Magnitud =

Vmedido Vaplicado20 Hz

10,000 Hz Response 1000 Hz Response 5000 Hz Response 2000 Hz Response

1000 Hz

10,000 Hz

100,000 kHz Frecuencia (Hz)

1,000,000 Hz

2,000,000 Hz

Resonancias14

Rangos de frecuencia para medicin SFRA CIGRE 342Categora Transformadores de Potencia, Uw < 100 kV Transformadores de Potencia, Uw > 100 kV Comparacin de mediciones anteriores y/o mtodos/practicas que no se cien at estndar de CIGRE Limite de Baja Frecuencia < 50 Hz < 50 Hz Limite de Alta Frecuencia 2 MHz 1 MHz

< 50 Hz

500 kHz

15

Rangos de frecuencia para medicin SFRA EjemplosEstndar Eskom ABB Japn (impedancia) Limite de Baja Frecuencia 20 Hz 10 Hz 100 Hz Limite de Alta Frecuencia 2 MHz 2 MHz 1 MHz

Por defecto el instrumento debe cubrir el rango 20 Hz 2 MHz

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SFRA Resultados Regiones de Frecuencia Problemas en el transformador pueden detectarse en diferentes rangos de frecuencia Bajas frecuencias Problemas en el ncleo Devanados abiertos/corto circuito Malas conexiones/incremento resistencia Cambios en la impedancia de Corto-circuito

Winding and tap leadsWinding interaction and deformation Core + windings

Media frecuencia Deformaciones en los devanados Desplazamiento de devanados

Altas frecuencias Movimiento de los devanados y conexionado del conmutador

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Regiones de Frecuencia segn IEEE10 0 -10 -20

Core influence

Winding structure influence

Magnitude, dB

-30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 1 10 A phase B phase C phase 102

Interaction between windings3 4 5 6

Earthing leads influence

10

10 Frequency, Hz

10

10

10

7

18

Comparativo de diferentes tcnicas de diagnostico (CIGRE 342)Diagnostic techniqueMagnetizing (exciting) current

AdvantagesRequires relatively simple equipment. Can detect core damage

Disadvantages

Not sensitive to winding deformation. Measurement strongly affected by core residual magnetism Impedance (leakage reactance) Traditional method currently specified in Very small changes can be significant. short-circuits test standards. Limited sensitivity for some failure modes Reference (nameplate) values are (best for radial deformation) available Frequency Response of Stray Losses Can be more sensitive than impedance Not a standard use in the industry (FRSL) measurement. Almost unique to detect short circuits between parallel strands Winding capacitance Can be more sensitive than impedance Limited sensitivity for some failure modes measurements. (best for radial deformation). Standard equipment available 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 Better repeatability than LVI with the Standardization of techniques required. Frequency Response Analysis same sensitivity. Guide to interpretation required Easier to interpret than LVI (frequency instead of time domain). Increasing number of users19

Pruebas ComparativasTransformador A Basado en Diseo

Basado en Tiempo

Transformador A

Transformador B

Basado en el Tipo Constructivo20

Comparaciones Basadas en Tiempo (Las pruebas se levan a cabo en el mismotransformador en diferentes periodos de tiempo)

Esta es la prueba mas eficaz Desviaciones entre curvas son fcil de detectar

Basadas en el Tipo Constructivo (Las pruebas se llevan a caboen transformadores de un diseo similar)

Se requiere un conocimiento especifico sobre el objet