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8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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Diagnstico de condicin
de equipos de
subestaciones elctricasde alta tensin
MsC Ing Javier AcevedoConsultor para Latinoamerica
Doble Engineering Company
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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Presentado por MsC Ing Javier AcevedoConsultor Doble para Latinoamerica
Y DETERIORO ENTRANSFORMADORES
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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PRINCIPALESCOMPONENTES DELTRANSFORMADOR
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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TRANSFORMADOR TIPO CORE
Sistema de fijacin
del ncleo
Sistema de fijacin
de devanados
Estructura de soporte
de terminales
Terminales desalida
Barrera aislante
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TRANSFORMADORES TIPO
SHELL
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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Ruptor (DiverterSwitch)
Selector de
posiciones (Switchselector)
Mando motor (Motordrive unit)
CAMBIADORES DE TOMAS
BAJO CARGA (OLTCs)
rbol o eje mecnicoAcoples ytransmisin demovimiento.
Rels de presin
sbita o diafragma deruptura.
Contactos
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TIPOS DE OLTCs
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BUSHINGS
(diagrama descriptivo)Conductor Central
Ventana Inspeccin de Nivel de Lquido
Lquido o Compuesto Aislante
Porcelana Aislante Exterior
Ncleo Aislante Princi al
Aislamiento del TapElectrodo del Tap
Base o Brida
Manga de TierraCapa de Capacitor Gradiente para C1
Aislamiento Parte Inferior
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BUSHINGS
(OIP vs RIP))
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FUNCIONES Y NIVELESDE CONDICIN DE UN
TRANSFORMADOR
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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FUNCIONES B SICAS DELTRANSFORMADOR
PROPIEDADES CLAVES QUE
Integridad del circuito
de corriente
Capacidad electromagnticae integridad bajo sobrecarga
y sobreexcitacin sin
sobrecalentamiento
DETERMINAN
LA FUNCIONALIDAD DE UNTRANSFORMADOR
Soportabilidad de esfuerzosmecnicos bajo
condiciones de falla
Soportabilidad de esfuerzosoperativos considerandonivel de deterioro
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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NIVELES DE CONDICIN DE UN
TRANSFORMADOR
Defectuoso (existencia deprocesos
de deterioro reversibles)
NORMAL (como nuevo yenvejecido por servicio)
UN TRANSFORMADOR Hacia falla (existencia deprocesos
de deterioro irreversibles)
Fallado (incapacidadtotal
de operar)
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DIFERENCIAS ENTRE NIVELESDE CONDICIN (ejemplo).
CONDICIN DEFECTUOSA
Posible reduccin crtica del margen deseguridad inicial bajo impacto decontaminacin.
Aparicin de descarga parcial destructiva,evolucin de descarga superficial y
ocurrencia de descarga por contorneo.
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DESCRIPCI N DE CONDICI NDEFECTUOSA (ejemplo)
PRECAUCION
Reduccin del margen dielctrico en 10% o mas.
Incremento de saturacin relativa de humedad en aceite
mayor al 20% por presencia de partculas (fibras).
Alto contenido de humedad en aislamiento principal que
genera % saturacin en aceite mayor al 40% a
temperatura mnima de operacin
Contaminacin por partculas.
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PRINCIPALES MODOSDE FALLA Y PROCESOS
DE DETERIORO ENCOMPONENTES
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MODELO DE DETERIORO DELAISLAMIENTO LQUIDO
SUBPRODUCTOSENVEJECIMIENTO
ACEITE
BURBUJEO
PARTICULAS
METALESFIBRAS
AGUA
LIBRE VAPOR
AISLAMIENTO ESPIRAS-
ACELERACION DELENVEJECIMIENTO
BURBUJEODEBIDO
A:SOBRESATURACIN
CAVITACIN
SOBRECALENTAMIENTO
SE INCREMENTAPORCENTAJE
DE SATURACIN
DECREMENTA LA CAPACIDADDE SOPORTE DIELCTRICO
PRINCIPAL BOBINAS
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MODELO DE DEGRADACI NCELULOSA
CO
O2TEMPERATURA
CO2
Oxidacin aceiteOxidacinCelulosa
H2O
H2O
HIDROLISIS PIROLISIS
ACIDOS
Fragmentacin delevoglucosaCOMPUESTOS
FURANICOS
ACIDOS CO2 CO H2O
Deshidratacin
Depolimerizacin Ruptura demolculas libera
levoglucosa
O2
Oxgenoresidual
y externo
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MODOS DE DETERIORO DE LACELULOSA.
DEGRADACIN TRMICA
Celulosa Glucosa + Agua + CO + CO2 +cidos Orgnicos
CALOR
DEGRADACIN HIDROLTICA
Glucosa libreAGUA / ACIDOS
Celulosa
DEGRADACIN OXIDATIVA
Radicales libres + Glucosa +Agua
OXGENO
Celulosa
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COMPUESTOS FURNICOS
Molculas de glucosa de cadena abierta generancompuestos furnicos por reacciones de deshidratacin.
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DISPOSICIN DE AISLAMIENTOS
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MODELO DE GENERACIN DECOMPUESTOS FURNICOS.
2FAL: Concentracin de 2 furfural (ppm)
( ) BDPAKgpapelmgFAL +=)/(2log
DP: Grado de polimerizacin del papelA y B: Coeficientes que dependen del modelo a usar
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DESAFOS EN LA ESTIMACIN DEVIDA REMANENTE POR FURANOS.
Los compuestos furnicos son solo provienen de la degradacin de lacelulosa, sino tambin de aceites reutilizados, proveniente de secadosexcesivos o nuevos de acuerdo al proceso de refinacin (usando
solventes).Son removidos total o parcialmente durante procesos de regeneramientocon arcillas activas o elementos catalizadores y tambin por procesos dedes asificacin 75% a 80% de remocin .
Su generacin y reduccin dependen del tipo de sistema de respiracindel transformador, del tipo de papel aislantes (Kraft comn, Nomex o TU) einclusin de barnices y componentes epxicos.
El tipo de papel aislante TU tambin es un factor a considerar
(cianoetilacin vs aplicacin dicynamida, melamina, poliacrilamida).Errores de aplicacin de la ecuacin de Chendong al no considerarsistemas de respiracin, tipo de papel, etc.
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MODELO DE DEGRADACINBUSHINGS (cuerpo condensador)
Aceite trmicamente
inestable
Aceite saturado con
gas
NUCLEO PRIMARIOHumedad Residual
Deficiente impregnacin
Arrugas en papel
ENVEJECIMIENTO
Ingreso de humedadIngreso de aire
Migracin de tinta
Sobrecalentamiento
LOCALIZADOSTOTALES
o resa urac n
IonizacinGaseo
Fatiga trmica
Deslaminacin papel dielctrico
Cera X
PerforacinExplosin
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MODELO DE PARMETROSELCTRICOS DE UN BUJE
Zc : Impedancia del ncleo de papel-aceite
Zc: Impedancia entre la capaconectada al tap y la ltima capa
aterrizada.Zpl: Impedancia entre la ltima capadel cuerpo de papel y el aceite.
Zo: Impedancia del aceite
del ncleo.Rp: Resistencia de la superficie internade la porcelana.
Ccs: Acoplamiento capacitivo entre lascapas internas del ncleo y susuperficie.
Csp: Acoplamiento capacitivo entre lasuperficie del ncelo y la superficieinterna de porcelana
Rtp: Resistencia del aislador del tap.
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TCNICAS DE EVALUACIN DECONDICIN DE BUSHINGS
Medicin de factor de potencia y capacitancia (C1, C2,
Tip-up C1, tendencia en el tiempo).
FDS (espectroscopia dielctrica).
Termografia.
Medicin Descargas parciales.Inspeccin visual.
Monitoreo en lnea.
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Medicin aislamiento C1 en bushings.
Cable de Alto Voltaje
Prueba Aislamiento C1
Mtodo Estndar
Contaminacin en
aislamiento de papel.
Presencia de caminos
semiconductores al
Gua
rd
Prueba Incluye
Aislamiento Principal Ncleo C1
LVL
Tierra del
Bushing & Aparato
Test Mode: UST
Cable de Tierra del Instrumento
interior del aislamiento.
Residuos conductivos
formados por presencia de
descarga parcial.
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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Medicin aislamiento C2
Prueba Incluye
Aislamiento del Tap
Aislamiento entre el ncleo y manga de
tierra del bushingParte del Liquido o Compuesto
Parte de la porcelana cercana a la base
LVL
Identificacin de inicio de
proceso de contaminacin
en capas externas de
aislamiento.
Rece tculo del ta con
Gua
rd
Test Mode: GST-Guard
Prueba Aislamiento C2
Mtodo Estndar
HVL
C2
material de altas prdidas.
Contaminacin de canal
de aceite entre cuerpo
capacitivo y porcelana.
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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BUSHINGS(monitoreo en lnea)
Bushings enservicio
Determina cambios en pf% y capacitancia de cualquiera de losbushings a travs de sumatoria fasorial de corrientes y trasmiteseales de alerta con nivel de criticidad asociado.
SistemaExperto
C di i l d b hi
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Condicin anmala de bushingsdetectada por pruebas elctricas
CL 2%
CH y CHLAceptables
Los resultados de las mediciones de pf% y aislamientos deltransformador no mostraban nada critico (2% de pf% en algunosaislamientos de baja puede no ser un valor crtico)
C di i l d b hi
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Condicin anmala de bushingsdetectada por pruebas elctricas
C1 43%
Pero.los resultados de medicin de pf% y capacitancia de bushingsmostraron la gravedad del problema.DESCONEXININMEDIATA
C di i l d b hi
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Condicin anmala de bushingsdetectada por pruebas elctricas
Marca:XXX
Tipo: yyy
25 - 500 KV
3/88 - 10/93
Test KV mA Watts % PF
10 1.313 -0.007 -0.053
Caminosemiconductorformado por reaccinqumica entreempaquetaduras del
bushing concomponentes delaceite.
Si b l i
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Sin embargo a veces los equiposfallan .y las pruebas estn OK.
Bushing, 69kV, 400/1200 A, RIP, 1990, 13 aos enservicio, falla descubierta despus de inspeccin internade transformador fallado. Resultados de pruebas: OK.
La inspeccin is al es m
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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La inspeccin visual es muyimportante...
Algunos de los puntos mas crticos para acceso de lahumedad al interior de los bushings.
La inspeccin termogrfica tambin
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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La inspeccin termogrfica tambines muy til..si se hace bien.
La inspeccin
termogrfica ayuda a
detectar bushings conbajo nivel de aceite.
MODOS DE FALLA EN
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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MODOS DE FALLA ENCOMPONENTES DIELCTRICOS
Aislamiento principal
Aislamiento menor
Excesiva humedad,
Contaminacin aceite,
Contaminacin superficial
de barreras.
Envejecimiento anormal de
DP destructiva,
Arco localizado,
Descarga por contorneo,
Pantallas electrostticas
aceite y celulosa,
Descarga parcial de
baja energa,
Conexiones flojas
de celulosa, Sobrecalentamiento
Sistemas o
Componentes
Defecto
(Reversible)
Falla
(No reversible)
TCNICAS DE EVALUACIN DE
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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TCNICAS DE EVALUACIN DECONDICIN DE AISLAMIENTOS
Medicin de factor de potencia y capacitancia.
FDS (espectroscopia dielctrica).
RVM (Medicin de Voltaje de Recuperacin).
PDC (Polarization and Depolarization Current)
Medicin Descargas parciales.Resistencia de Aislamiento.
Medicin de pf% y capacitancia de
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Medicin de pf% y capacitancia deaislamientos del transformador.
Tiempo de servicioSistema de Respiracin
PotenciaTensin Nominal Fluido aislanteDiseo y Construccin
Variables que
influyen en laevaluacin deresultados.
Medicin de resistencia de
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Medicin de resistencia deaislamiento en transformadores.
Grficos tomados del documento Meger-A stitch in Time
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RVM ,PDC y FDS
Medicin de descargas parciales en
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Medicin de descargas parciales entransformadores.
-1000 0 1000 2000 3000
-4
-2
0
2
4
amp
litude(mV)
time (ns)
2.5
Pulso DP UHF
registrado con
una DP demagnitud
mxima 70 pC
Vista superior de un
transformador trifsico 400kV
con sensor UHF en la vlvula
inferior.
0.00 0.25 0.50 0.75 1.000.0
0.5
1.0
1.5
2.0
frequency (GHz)
amplitude(Vs)Espectro UHF
que corresponde
a la DP
(frecuencia
hasta 1 GHz)
Combinacin de medicin DP por
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Combinacin de medicin DP pormtodo elctrico y acstico.
El problema de la humedad en los
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El problema de la humedad en losaislamientos.
70C
30C
80C90C100C
T(C
)
20C
15C
0C
T aceite(C)
Contenido de Humedad en papel (%)
Temperatura
PF%Y
CAL
ORDISIPADO
Tomados de Transformerboard I, H.P.Moser
La solubilidad de humedad en aceite
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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La solubilidad de humedad en aceitedepende de la temperatura.
Lo importante no son los ppm de
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Lo importante no son los ppm dehumedad sino la RS%..
Medicin de humedad en aislamiento
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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slido (uso de curvas de equilibrio)
Hg
T AceiteSuperior
Aceitemedio
Punto mascaliente
Devanadosuperior
g
Parte
SuperiorDevanado
Usarlas sin evaluaciones previas puede conducir aerrores de interpretacin
Asumiendo 50C, y 27 ppm, se tiene un contenido dehumedad en papel de 2.3% (A) pero si la temperatura delpunto mas caliente es 70C, el contenido de humedad seradel 1.3% (B)
27C
A
BAceiteInferior
Parte InferiorDevanado
Temperatura
La distribucin de temperaturas enlos devanados presentagradientes axiales y radiales.
Ciclo de temperatura y RS% en un
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p yaislamiento hmedo.
50
60
70
80
90
100
nRelativam
edida%
%RS Temp.
Tempe
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100 120 140160 180 200220 240260 280 300 320 340 360
Saturaci
Tiempo transcurrido (horas)
raturaC
Ciclo de temperatura y RS% en un
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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p yaislamiento seco.
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
amedida%
%RS Temp.
Temperat
0
10
20
30
40
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100120 140160180200220 240260280300320340360
Saturacinre
lati
Tiempo trascurrido (horas)
uraC
CIRCUITO ELECTROMAGNTICO
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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CIRCUITO ELECTROMAGNTICO
Ncleo
Devanados
Estructura de
aislamiento
Sistema de fijacin
de bobinas
Aflojamiento del sistema
de fijacin del ncleo.
Sobrecalentamientopor flujo de dispersin
Corrientes circulantes
anormales
Excesiva vibracin
Sobrecalentamiento
general
Puntos calientes
localizados
magntico
Circuito de
aterrizamiento
Potenciales flotantes
Envejecimiento de la
laminacin
,
Cortocircuito entre
espiras
Sistemas o
Componentes
Defecto
(Reversible)
Falla y Modo de falla
(No reversible)
MECANISMOS DE FALLAS TIPICAS
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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EN CIRCUITO ELECTROMAGNTICO
SobrecalentamientoGeneral, Elevacintemperatura aceite
Sobrecalentamiento
CIRCUITO ELECTROMAGNTICOEstados Anormales
Deficiencias del sistema de enfriamiento
Deficiente distribucin interna de aceite
Sobrecalentamiento del ncleo
Cortocircuito entre espiras o entre capascontiguas de una misma bobina
por flujo principal
Sobrecalentamientolocal del ncleopor flujo de dispersin
aislamiento entre elementos tensores, pernos de
sujecin, anillos de compresinSe genera gran cantidad de gas
Excesivas prdidas por corrientes de Eddy
Miembros adyacentes enlazados por flujo dedispersin
Voltajes no referenciadas por apantallamientosmagnticos no aterrizados
MECANISMOS DE FALLA
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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MECNICA EN DEVANADOS.
Aflojamiento estructurade fijacin de devanados
Distorsin geomtrica deldevanado
CAPACIDAD MECNICA
Deformacin Geomtrica deDevanados +
Sobretensin Impulso
Aparicin de PD
Progreso de descarga porcontorneo
Ruptura Dielctrica
Descarga entre bobinas(algunas veces con recuperacinde capacidad dielctrica
Generacin de Gases
CORRIENTE
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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CORRIENTE
Terminales
Conductores del
Contacto deficiente
Uniones deficientes
Puntos calienteslocalizados
Cortocircuito
Circuito Abierto
Sistemas oComponentes
Defecto(Reversible)
Falla y Modo de falla
(No reversible)
MECANISMOS DE FALLAS TIPICOS EN
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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CONEXIONES INTERNASCIRCUITO DE CONDUCCIN DE CORRIENTE
Unin Deficiente
Calentamiento Local
Incremento Resistenciade Contacto
Sobrecalentamiento Aceite
Formacin Capa Superficial
Incremento Resistencia
Contacto
Sobrecalentamiento
Conexin Fija Conexin Mvil
Generacin de gas
Formacin Carbn Piroltico
Carbonizacin
Reduccin Enfriamiento
Fundicin de Cobre
Degradacin irreversibledel contacto
enerac n e gas
Carbonizacin
Circuito Abierto
EL PROBLEMA DE LASO C O S C C S
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DEFORMACIONES MECNICAS.
Grficos tomados del libro Short -Circuit Duty of Power Transformers deG.Bertagnolli, The ABB Approach
EL PROBLEMA DE LASDEFORMACIONES MECNICAS
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DEFORMACIONES MECNICAS.
EVALUACIN DE CONDICIN DECIRCUITO ELECTROMAGNTICO
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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CIRCUITO ELECTROMAGNTICO.
Medicin de corriente de excitacin.
Medicin de relacin de transformacin.
Medicin de resistencia hmica de devanados.
Medicin de impedancia de cortocircuito (Zcoci%.)
SFRA (Anlisis de respuesta al barrido de frecuencia).Medicin de pf% y capacitancia de aislamientos.
MEDICIN DE CORRIENTE DEEXCITACIN
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EXCITACIN.
CONEXIONES PARA PRUEBACONEXIONES PARA PRUEBA
CABLEALTA
CABLEBAJA
ATERRIZARBUJE
BOBINAMEDIDA
H3 H1 H2 A
H1 H2 H3 B
H2 H3 H1 C
AT
I1
I2
DISEO GENRICO
mA
GUARDGUARD
BTUST-RBUST-R
UST-BEn la configuracin delta sedebe aterrizar un buje sinconexin.
M4100M4100
MEDICIN DE CORRIENTE DEEXCITACIN
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EXCITACIN.
Identificandocortocircuitosentre espiras
Identificandofallas a tierra
endevanados.
MEDICIN DE IMPEDANCIA DECORTOCIRCUITO EN CAMPO
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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CORTOCIRCUITO EN CAMPO.
MEDICIN DE IMPEDANCIA DECORTOCIRCUITO EN CAMPO
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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CORTOCIRCUITO EN CAMPO.
I1
I2
Medida de Reactancia de Corto
y prdidas, Z
Medida de resistencia cc
de devanado primario
Medida de resistencia cc
de devanado secundario
Lm
CUST
Rm
V1
R L-1 L 1 L 2 R L-2
V2
R DC-1 R DC-2
Corriente de Excitaciny prdidas, Z
M
IL IC IR
MEDICIN DE RESPUESTA ALBARRIDO DE FRECUENCIA (SFRA)
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BARRIDO DE FRECUENCIA (SFRA).
El bushing X2 del lado de baja tensinfall pero no el devanado
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fallpero no el devanado.
Efecto del cobre
derretido sobre X2
Un cortocircuito no visto por tcnicasde prueba clsicas
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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de prueba clsicas.
Un cortocircuito se ve desde
todos los devanados
Si no hay una buena puesta atierra las trazas cambian
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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tierra.las trazas cambian
En fbrica con conexin de
puesta a tierra segura
En la plataforma de tren sin aterrizajepermanente
8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]
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GRACIAS POR SU
ATENCIN.