Megger 3 pruebas transformadores - Espectroscopia
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SEMINARIO TEORICOSEMINARIO TEORICO--PRACTICOPRACTICOBuenos AiresBuenos Aires –– La PlataLa Plata -- MontevideoMontevideo
Marzo 2012Marzo 2012
Que es la Espectroscopia? Método para aislar/identificar la estructura constructiva de un
material compuesto Ejemplo 1: Identificar la composición química de una muestra
extraída en la Luna u otro planeta del sistema solar. Ejemplo 2: Fragmentación de un rayo luminoso a través de un
prisma
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Espectroscopia Dieléctrica – Reseña Histórica
La espectroscopia de la Impedancia opera convalores complejos y su historia data desde laintroducción del término impedancia en la décadade 1880.
En 1941 la espectroscopia de la Impedancia seintrodujo en el campo de la Respuesta delDieléctrico al introducir el grafico Cole-Colemostrando ε” en el eje y (imaginario) vs. c' en el ejex (o real).
En 1995 se introduce el PRIMER instrumento parapruebas DFR/FDS en laboratorio/campo
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La espectroscopia de la Impedancia opera convalores complejos y su historia data desde laintroducción del término impedancia en la décadade 1880.
En 1941 la espectroscopia de la Impedancia seintrodujo en el campo de la Respuesta delDieléctrico al introducir el grafico Cole-Colemostrando ε” en el eje y (imaginario) vs. c' en el ejex (o real).
En 1995 se introduce el PRIMER instrumento parapruebas DFR/FDS en laboratorio/campo
Áreas de Aplicación
Diagnostico de Transformadores– Aislamiento de Transformadores de Potencia– Bushings– Transformadores de Instrumentos
Diagnostico de Cables– Cables con aislamiento de Papel (PILC)– Cables de aislamiento XLPE
Otros sistemas de Aislamiento– Para usuarios en áreas de investigación y desarrollo
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Diagnostico de Transformadores– Aislamiento de Transformadores de Potencia– Bushings– Transformadores de Instrumentos
Diagnostico de Cables– Cables con aislamiento de Papel (PILC)– Cables de aislamiento XLPE
Otros sistemas de Aislamiento– Para usuarios en áreas de investigación y desarrollo
DFR en Transformadores de Potencia
Primero – distinguir entre aislamiento solido húmedoversus seco
Segundo - Identificar contaminantes en el sistema deaislamiento liquido
• DFR tiene la capacidad de distinguir entre el aceite mineral yla celulosa cuando se realizan las mediciones
• El aceite tiene una respuesta diferente a la de la celulosa adiferentes frecuencias y temperaturas
Finalmente, el sistema conlleva a una evaluación de lacondición del aislamiento interno deltransformador!
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Primero – distinguir entre aislamiento solido húmedoversus seco
Segundo - Identificar contaminantes en el sistema deaislamiento liquido
• DFR tiene la capacidad de distinguir entre el aceite mineral yla celulosa cuando se realizan las mediciones
• El aceite tiene una respuesta diferente a la de la celulosa adiferentes frecuencias y temperaturas
Finalmente, el sistema conlleva a una evaluación de lacondición del aislamiento interno deltransformador!
Estándares de Referencia
2004 – El reporte CIGRE 254, ”Dielectric Response Methods forDiagnostics of Power Transformers” sale a publicación.
2006 - Proyecto REDIATOOL reporta a CIGRE, recomendandoDFR como el método de preferencia para la evaluación de lahumedad en transformadores de potencia
2009 - CIGRE Task Force D1.01.14 “Dielectric response diagnosesfor transformer windings” finaliza su trabajo y el reporte sale parapublicación
2011 – El Comité de Transformadores de IEEE se reúne porprimera vez para generar una propuesta de guía para el método DFR
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2004 – El reporte CIGRE 254, ”Dielectric Response Methods forDiagnostics of Power Transformers” sale a publicación.
2006 - Proyecto REDIATOOL reporta a CIGRE, recomendandoDFR como el método de preferencia para la evaluación de lahumedad en transformadores de potencia
2009 - CIGRE Task Force D1.01.14 “Dielectric response diagnosesfor transformer windings” finaliza su trabajo y el reporte sale parapublicación
2011 – El Comité de Transformadores de IEEE se reúne porprimera vez para generar una propuesta de guía para el método DFR
Principio de Medición
En la prueba DFR se mide la capacitancia y elfactor de potencia /factor de disipación en un rangode frecuencia entre 1MHz – 0.1mHz.
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Beneficios de las mediciones DFR
Medición de Factor de Potencia/Factor de Disipación amúltiples frecuencias y a cualquier temperatura
Comparación de los valores medidos vs. los valores delmodelo, con referencia en una base de datos demateriales
Se obtienen los resultados en forma de:• humedad en el aislamiento solido de celulosa como
porcentaje del peso total del papel• Conductividad del aislamiento liquido• Geometría estimada del sistema de aislamiento
Corrección precisa del valor de %FD 60Hz de un valormedido a un valor normalizado a 20ºC
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Medición de Factor de Potencia/Factor de Disipación amúltiples frecuencias y a cualquier temperatura
Comparación de los valores medidos vs. los valores delmodelo, con referencia en una base de datos demateriales
Se obtienen los resultados en forma de:• humedad en el aislamiento solido de celulosa como
porcentaje del peso total del papel• Conductividad del aislamiento liquido• Geometría estimada del sistema de aislamiento
Corrección precisa del valor de %FD 60Hz de un valormedido a un valor normalizado a 20ºC
Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia –Variación del Factor de Potencia con laFrecuencia
Eje de FrecuenciaEje del
Factor dePotencia
32% a 0.02 Hz(0.32)
0.31% a 60Hz
(0.0031)
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Eje delFactor dePotencia
0.31% a 60Hz
(0.0031)
Pérdidas en el Aislamiento
Pérdidas dePolarización
PérdidasConductivas
10
PérdidasTotales
Medición: Factor de Disipación (tand), Factor de Potencia (cosΘ)
Conducción y Polarización
Conducción (cargas libres)
Polarización (cargas dipolares)
-q+q
+q
+q -q -q
_ +
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Conducción (cargas libres)
Polarización (cargas dipolares)
Polarización
Polarización• Electrónica• Molecular• Orientación de dipolos (líquidos, polímeros)• Interfacial (en los bordes externos o internos)
La polarización se ve afectada por elenvejecimiento
• Introduce agua y otras moléculas polares• Ruptura de cadenas estructurales• Otros efectos
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Polarización• Electrónica• Molecular• Orientación de dipolos (líquidos, polímeros)• Interfacial (en los bordes externos o internos)
La polarización se ve afectada por elenvejecimiento
• Introduce agua y otras moléculas polares• Ruptura de cadenas estructurales• Otros efectos
Polarización – Incremento de Carga
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _
Ud
AUCQ 00
13
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _
Ud
AUCQ rr 00
Polarización – Incremento de Corriente
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _
El factor mediante el cual el valor de corriente se incrementa se conocecomo permitividad relativa r
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U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +_ _ _ _ _ _ _ _
Material Permitividad Relativa,r a 50/60 Hz
Conductividad, [S/m]
XLPE 2.3 <10-16
Papel Kraft 3.2 – 3.8 10-15 – 10-12
AceiteMineral 2.1 – 2.3 10-13 – 10-10
CartonPrensado 4.1 – 4.5 10-16 – 10-12
Teflon 2.1 10-18
Agua 80
Permitividad Relativa y Conductividad dealgunos materiales Dieléctricos
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Material Permitividad Relativa,r a 50/60 Hz
Conductividad, [S/m]
XLPE 2.3 <10-16
Papel Kraft 3.2 – 3.8 10-15 – 10-12
AceiteMineral 2.1 – 2.3 10-13 – 10-10
CartonPrensado 4.1 – 4.5 10-16 – 10-12
Teflon 2.1 10-18
Agua 80
Como aplica esto en Transformadores dePotencia?
El aislamiento entre las bobinas de AT y BT se modelan como unacapacitancia compleja compuesta de los siguientes materialesdieléctricos
• Celulosa– Casquillo– Cuña
• Aceite
Esta prueba se conoce como la medición de capacitancia CHL enpruebas de factor de potencia.
LV
r
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El aislamiento entre las bobinas de AT y BT se modelan como unacapacitancia compleja compuesta de los siguientes materialesdieléctricos
• Celulosa– Casquillo– Cuña
• Aceite
Esta prueba se conoce como la medición de capacitancia CHL enpruebas de factor de potencia.
HV
r
Factores que influencian la forma de la Curva
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Capacitancias en el Transformador
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Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia
La permitividad relativa compleja ε∗(ω )de un objetode prueba capacitivo puede encontrarse a lafrecuencia del campo aplicado.
La parte imaginaria de la permitividad relativacompleja ε′′(ω), (perdidas) contiene las perdidasresistivas (conductividad DC) y las perdidasdieléctricas (polarización).
Otra manera de presentar la información FDS esusando el factor de disipación (tgδ), donde:
• tgδ(ω) = ε′′(ω) / ε′(ω).
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La permitividad relativa compleja ε∗(ω )de un objetode prueba capacitivo puede encontrarse a lafrecuencia del campo aplicado.
La parte imaginaria de la permitividad relativacompleja ε′′(ω), (perdidas) contiene las perdidasresistivas (conductividad DC) y las perdidasdieléctricas (polarización).
Otra manera de presentar la información FDS esusando el factor de disipación (tgδ), donde:
• tgδ(ω) = ε′′(ω) / ε′(ω).
Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia
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Fuente: CIGRE Brochure 414
Curva Típica de la respuesta del Aceite
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1x10-10
1x10-11
1x10-12
1x10-13
1x10-14
Respuesta del Aceite
22
1x10-10
1x10-11
1x10-12
1x10-13
1x10-14
Nótese que loscambios detemperatura tambiéndesplazan la curvaarriba o abajo
Respuesta Típica de la Celulosa
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Respuesta de la Celulosa
3%
2%
1%
0.5%
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La humedad se midecomo % del peso total delpapel
Característica del sistema dieléctrico delTransformador = combinación de respuestas de
Aceite y Celulosa
+
25
=
Curva Típica de la Respuesta delTransformador
Influenciadel Aceite
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Influenciadel Papel
Medición de Humedad enTransformadores de Potencia
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Medición de Humedad enTransformadores de Potencia
Por qué se mide la humedad?
Un transformador con bajo contenido dehumedad es como una persona en buenascondiciones
• Un transformador se puede poner a carga contranquilidad sin el riesgo de una falla catastrófica.
• Una persona puede trabajar en esfuerzo sin sufrir unataque cardiaco
Un transformador húmedo es como unapersona con las arterias obstruidas.
• El dueño del transformador debe limitar la carga paraevitar la generación de burbujas (riesgo de explosión)
• La humedad en el aislamiento acelera el envejecimientodel mismo
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Un transformador con bajo contenido dehumedad es como una persona en buenascondiciones
• Un transformador se puede poner a carga contranquilidad sin el riesgo de una falla catastrófica.
• Una persona puede trabajar en esfuerzo sin sufrir unataque cardiaco
Un transformador húmedo es como unapersona con las arterias obstruidas.
• El dueño del transformador debe limitar la carga paraevitar la generación de burbujas (riesgo de explosión)
• La humedad en el aislamiento acelera el envejecimientodel mismo
Detección de Humedad enTransformadores de Potencia
Métodos Tradicionales• Punto de Rocío (Dew Point)
– En pruebas de certificación antes del llenado de aceite– En campo durante el proceso de secado (Dry-out) sin aceite
• Muestra de Aceite– Luego de un proceso de recirculación– En Servicio
• Unidades de Monitoreo en Línea– Debe ser independiente para cada transformador a monitorearse
• Medición de Factor de Potencia– Únicamente a frecuencia de línea
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Métodos Tradicionales• Punto de Rocío (Dew Point)
– En pruebas de certificación antes del llenado de aceite– En campo durante el proceso de secado (Dry-out) sin aceite
• Muestra de Aceite– Luego de un proceso de recirculación– En Servicio
• Unidades de Monitoreo en Línea– Debe ser independiente para cada transformador a monitorearse
• Medición de Factor de Potencia– Únicamente a frecuencia de línea
Análisis de Agua en Aceite
El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 ton de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 ton de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
20ppm (partes por millón) en 25 ton de aceite
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3% de agua en 2.5 ton de celulosa
Humedad en Transformadores de Potencia
El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo.
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El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo.
Análisis de Contenido de Agua en AceiteLas muestras de aceite tomadas a bajas temperaturas son debaja precisión debido a que el agua ha migrado hacia el papel
Muestra de Aceite tomada a 200C4.0% agua = 6 ppm1.0 % agua = 3 ppm
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Muestra de Aceite tomada a 200C4.0% agua = 6 ppm1.0 % agua = 3 ppm
Humedad en Transformadores de Potencia
El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la
celulosa papel/prensado
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El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la
celulosa papel/prensado
Humedad en Transformadores de Potencia
El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa
papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo
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El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosaimpregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en lacelulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo. La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa
papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo
Humedad en Transformadores de Potencia
Absorción de humedad en aislamiento solido
El agua se absorbe en elpapel a una velocidad de15kg en 16h si se lo dejaexpuesto en un medio de
20Co @ 97% RH.
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Fuente: Cigre Brochure 349Sobre la migración de humedad en los
Transformadores de Potencia
El agua se absorbe en elpapel a una velocidad de15kg en 16h si se lo dejaexpuesto en un medio de
20Co @ 97% RH.
Humedad en Transformadores de Potencia
La humedad limita la vida útil del equipo
Aislamiento seco (0.5%) @ 900C = 40 Años
Aislamiento húmedo (2.0%) @ 900C = 4-5Anios
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Cuándo debe usar la medición FDS?
Antes y después del proceso de secado• Averigüe que tan exitoso ha sido el proceso
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Humedad en Transformadores de Potencia
El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa impregnadaen aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la celulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa) variacon la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad de agua
que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de muestreo.
La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo La humedad limita la utilización
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El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa impregnadaen aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la celulosa:• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa) variacon la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad de agua
que un aceite nuevo• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de muestreo.
La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa papel/prensado La humedad limita la vida útil del equipo La humedad limita la utilización
100
150
200
250
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Hot
test
Spo
t Tem
pera
ture
(OC
)
Moisture in Insulation (% wt)
Short Time Emergency Limit
Normal Life Expectancy LimitPlanned Loading Beyond Nameplate Limit
Long-Time Emergency Limit
Humedad en Transformadores de Potencia
La humedad determina elmáximo de carga/punto mascaliente para generación deburbujas (ver IEEE StdC57.91-1995)
Conociendo el contenido dehumedad se puede tomar ladecisión correcta
• Dejarlo tal-cual• Secado• Remplazo• Cambio de aislamiento o
reubicación?
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100
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0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Hot
test
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t Tem
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ture
(OC
)
Moisture in Insulation (% wt)
Short Time Emergency Limit
Normal Life Expectancy LimitPlanned Loading Beyond Nameplate Limit
Long-Time Emergency Limit
La humedad determina elmáximo de carga/punto mascaliente para generación deburbujas (ver IEEE StdC57.91-1995)
Conociendo el contenido dehumedad se puede tomar ladecisión correcta
• Dejarlo tal-cual• Secado• Remplazo• Cambio de aislamiento o
reubicación?G. K. Frimpong, M. Perkins, A. Fazlagic, U.
Gafvert, “Estimation of Moistiure in Cellulose andOil Quality of Transformer Insulation using
Dielectric Response Measurements”, DobleClient Conference, Paper 8M, 2001.
Respuesta DFR para Transformadores condiferente nivel de humedad
2.1%
1.5%
0.3%
40
0.2%
Interpretación del Contenido de Humedad
< 0.5 % Transformador Nuevo0.5 - 1.5% Aislamiento Seco1.5 - 2.5% Nivel medio de humedad2.5 - 4% Aislamiento Húmedo> 4% Aislamiento muy húmedo
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< 0.5 % Transformador Nuevo0.5 - 1.5% Aislamiento Seco1.5 - 2.5% Nivel medio de humedad2.5 - 4% Aislamiento Húmedo> 4% Aislamiento muy húmedo
La interpretación del contenido de humedad en elaislamiento solido dado en % de peso de agua por peso
de celulosa
Interpretación del Contenido de Humedad (IEEE 62)
< 1% Transformador Nuevo < 2% Aislamiento Seco 2 - 3% Moderadamente Húmedo 3 – 4.5% Húmedo > 4.5% Aislamiento excesivamente Húmedo
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< 1% Transformador Nuevo < 2% Aislamiento Seco 2 - 3% Moderadamente Húmedo 3 – 4.5% Húmedo > 4.5% Aislamiento excesivamente Húmedo
La interpretación del contenido de humedad en elaislamiento solido dado en % de peso de agua por peso
de celulosa
Factores que afectan la Distribución de laCurva de Respuesta La confiabilidad de las mediciones de campo es de
suma importancia.• Temperatura Constante y de preferencia no muy baja es
una ventaja para el proceso de interpretación – a mayortemperatura menor el tiempo de prueba.
• Se recomienda las mediciones donde la mayor cantidadde material solido esta concentrado, es decir, entre lasbobinas del transformador CHL.
• En el caso de realizar mediciones CH y CL, es importanteverificar la limpieza de los bujes y que exista una buenaconexión a tierra.
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La confiabilidad de las mediciones de campo es desuma importancia.
• Temperatura Constante y de preferencia no muy baja esuna ventaja para el proceso de interpretación – a mayortemperatura menor el tiempo de prueba.
• Se recomienda las mediciones donde la mayor cantidadde material solido esta concentrado, es decir, entre lasbobinas del transformador CHL.
• En el caso de realizar mediciones CH y CL, es importanteverificar la limpieza de los bujes y que exista una buenaconexión a tierra.
-Hum
edad
+Influencia del Aceite
Influencia delpapel
Factores que afectan el valor de FP a variasFrecuencias
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- Conductividad del Aceite +
-Hum
edad
+
- Temperatura +
Influencia delpapel
Métodos de Medición de la Polarización
A una frecuencia fija o como una función de frecuencia• Factor de disipación (tanδ )a una frecuencia fija,
usualmente a 50/60 Hz o 0.1 Hz• Facto de disipación (tanδ )como una función de
frecuenciaIDAX 300 mide desde 0.0001 Hz hasta 1000 Hz
A un instante de tiempo determinado o como una funciónde tiempo• resistencia de aislamiento, índice de polarización
tiempo de hasta 10 min• Corrientes de polarización y despolarización desde
unos pocos ms hasta algunos miles de segundo.• magnitud de la tensión de retorno, espectro de
polarización (RVM)
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A una frecuencia fija o como una función de frecuencia• Factor de disipación (tanδ )a una frecuencia fija,
usualmente a 50/60 Hz o 0.1 Hz• Facto de disipación (tanδ )como una función de
frecuenciaIDAX 300 mide desde 0.0001 Hz hasta 1000 Hz
A un instante de tiempo determinado o como una funciónde tiempo• resistencia de aislamiento, índice de polarización
tiempo de hasta 10 min• Corrientes de polarización y despolarización desde
unos pocos ms hasta algunos miles de segundo.• magnitud de la tensión de retorno, espectro de
polarización (RVM)
Métodos de Medición de la Polarización
FDS PDC RVMNo invasivo Si Si SiDescarga antes de Prueba No Si SiTiempo de Medicion Medio Largo LargoSuceptibilidad a Ruido
DC Bajo Alto AltoAC Bajo Medio Alto
Mediciones con Guarda Si Si NoPresicion Alta Alta BajaRepetibilidad Alta Alta Baja
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FDS PDC RVMNo invasivo Si Si SiDescarga antes de Prueba No Si SiTiempo de Medicion Medio Largo LargoSuceptibilidad a Ruido
DC Bajo Alto AltoAC Bajo Medio Alto
Mediciones con Guarda Si Si NoPresicion Alta Alta BajaRepetibilidad Alta Alta Baja
Resultados DFR en un mismo Transformador adiferentes Temperaturas
Temp Humedad, %Conductividad del
Aceite, pS/m
21 2,4 10,4
27 2,3 13,8
34 2,4 22,8
49 2,3 39,3
47
Corrección Típica de Temperatura del FP
2.00
2.50
3.00
3.50
Typical temp correction, PowerTransformers (IEEE C57.12.90)
48
0.00
0.50
1.00
1.50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Typical temp correction, PowerTransformers (IEEE C57.12.90)Typical temp correction, Bushings
Corrección de Temperatura de FP a frecuencia delínea
La corrección de FP clásica a 20ºC utiliza el valor medido a 60Hza una temperatura especifica.
• IEEE C57.12.90-1993,
DFR provee múltiples valores de FP entregando de esa maneramayor información sobre el sistema y poder correlación la funciónde temperatura.
CorrecciondeFactor
PFPF medido
C20acorregido
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La corrección de FP clásica a 20ºC utiliza el valor medido a 60Hza una temperatura especifica.
• IEEE C57.12.90-1993,
DFR provee múltiples valores de FP entregando de esa maneramayor información sobre el sistema y poder correlación la funciónde temperatura.
Factor de Potencia a baja conductividad deaceite, 1% humedad, 20oC – 50oC
50
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
20C 30C 40C 50C
PF@60Hz
Factor de Potencia a alta conductividad delaceite, 1% humedad, 20oC – 50oC
51
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
20C 30C 40C 50C
PF@60Hz
Manufacturer Year Measuredtemp
Moisture Oil conductivity Power rating Status
Hyundai 2008 27 Co 0.6 % 0.013% PF @ 60Hz 105 MVA New, during commission
Westinghouse 1987 27 Co 1.1 % 0.019% PF @ 60Hz 80 MVA Used, at utility
GE 1950 27 Co 2.1% 0.406% PF @ 60Hz 15 MVA Used, at utilityYorkshire 1977 27 Co 4,5 % 0.467% PF @ 60Hz 10 MVA Used and scrapped
52
1.007 correction 1.055 correction
53
0.797 correction
0.581 correction
DFR y la dependencia de temperatura
Las propiedades del aislamiento varían con la temperatura Según la ecuación de Arrhenius : A mayores temperaturas una reacción es mas rápida La energía de activación es la cantidad de energía requerida
para que se produzca esta reacción Energía de Activación Wc
Papel seco: típicamente ~ 1.0 eV Papel impregnado en aceite – 1.0 eV Aceite mineral de Transformador - 0.4 – 0.5 eV
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Las propiedades del aislamiento varían con la temperatura Según la ecuación de Arrhenius : A mayores temperaturas una reacción es mas rápida La energía de activación es la cantidad de energía requerida
para que se produzca esta reacción Energía de Activación Wc
Papel seco: típicamente ~ 1.0 eV Papel impregnado en aceite – 1.0 eV Aceite mineral de Transformador - 0.4 – 0.5 eV
kT
Wc
e0
La medición DFR es dependiente de latemperatura del aislamiento
Measured insulationproperties are thesame @ 2 mHz, 25 °Cas @ 1 mHz, 18 °C
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Frecuencia,mHz
Corresponden data pointsCellulose, (0.9 eV)
Corrección de Temperatura en Transformadoresusando la medición DFR
6.00
8.00
10.00
12.00
Pauwels 20 MVA, 2000, new
Pauwels 80 MVA, 2005, new
Westinghouse 40 MVA, 1985,spare
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0.00
2.00
4.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Yorkshire 10 MVA, 1977,scrapped
Typical correction table fortransformers
Prueba Tradicional de Factor dePotencia
Factor dePotencia
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Frecuencia60 Hz1 mHz 1kHz
Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico
Factor dePotencia
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Frecuencia60 Hz1 mHz 1kHz
Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico- Un solo valor de FP no es suficiente para tomar una decisión- La Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico es mas explicita
Transformador seco con aceiteviejo (alta conductividad)
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Transformador húmedocon buen aceite
Valor idéntico de FPa 60Hz
Rangos de frecuencia recomendados
Temperatura delAislamiento, °C
Mínima frecuenciasugerida, mHz
Tiempo de pruebapara IDAX-300
0-5 0.1 ~ 5 h
5-10 0.2 ~ 2 h 28min
10-15 0.5 ~ 1 h 14 min
60
10-15 0.5 ~ 1 h 14 min
15-25 1 ~ 37 min
25-35 2 ~ 19 min
35-50 5 ~ 10 min
>50 10 ~ 6 min
Ruido en las sub-estaciones Inducido AC (50/60Hz) Inducido DC (Descargas Corona) Inducido DC (HVDC estaciones) Componente DC por variación del potencial a tierra Otro tipo de interferencias (RF, transitorios de
potencia, etc.)
“Another advantage is that FDS is more suitable forfield-use than PDC because it is less sensitive tonoise….”
• J H Yew, T K Saha, A J Thomas, “Impact of Temperature on the FrequencyDomain Dielectric Spectroscopy for the Diagnosis of Power TransformerInsulation”, PES General Meeting, 2006, IEEE
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Inducido AC (50/60Hz) Inducido DC (Descargas Corona) Inducido DC (HVDC estaciones) Componente DC por variación del potencial a tierra Otro tipo de interferencias (RF, transitorios de
potencia, etc.)
“Another advantage is that FDS is more suitable forfield-use than PDC because it is less sensitive tonoise….”
• J H Yew, T K Saha, A J Thomas, “Impact of Temperature on the FrequencyDomain Dielectric Spectroscopy for the Diagnosis of Power TransformerInsulation”, PES General Meeting, 2006, IEEE
Uso de filtros
10-14
10-13
10-12
10-11
10-10
10-9
10-8
10-7
0,001
0,01
0,1
1
10
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
C: ReferenceC: 130 uA RMS -60dB filterC: 710 uA RMS, 1900 nA DC, Improved filter
Reference: 0 uA AC, 0nA DC130 uA RMS AC, Sine-corr. filter710 uA RMS AC, 1900 nA DC, improved filter
Capacitance (F) Dissipation factor(Tan-delta)
Frequency (Hz)
Capacitance (F)
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10-14
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10-11
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0,001
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C: ReferenceC: 130 uA RMS -60dB filterC: 710 uA RMS, 1900 nA DC, Improved filter
Reference: 0 uA AC, 0nA DC130 uA RMS AC, Sine-corr. filter710 uA RMS AC, 1900 nA DC, improved filter
Capacitance (F) Dissipation factor(Tan-delta)
Frequency (Hz)
Capacitance (F)
Contaminación
Contaminación –Respuesta atípica
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Contaminación –Respuesta atípica
Respuesta Normal
FDS Respuestas Inusuales
• Altas perdidas que incrementan con el incremento defrecuencia
–Resistencia en serie – mala conexión / alta resistenciaen conexión a tierra del núcleo
• Alta conductividad inesperada del aceite para unaconfiguración, ej. CHL
–Las superficies de conducción están puenteando loselectrones - polución, sendas de carbón
• Perdidas negativas en mediciones de bujes (tan/factorde potencia), usualmente alrededor de 1-0.1 Hz
–Circulación de corrientes parasitas por la superficie(externa) o interfaces (interno)
• Incremento de perdidas entre 50-100Hz hacia ~ 0.1Hz–Contaminación, mala conexión del apantallamiento.
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• Altas perdidas que incrementan con el incremento defrecuencia
–Resistencia en serie – mala conexión / alta resistenciaen conexión a tierra del núcleo
• Alta conductividad inesperada del aceite para unaconfiguración, ej. CHL
–Las superficies de conducción están puenteando loselectrones - polución, sendas de carbón
• Perdidas negativas en mediciones de bujes (tan/factorde potencia), usualmente alrededor de 1-0.1 Hz
–Circulación de corrientes parasitas por la superficie(externa) o interfaces (interno)
• Incremento de perdidas entre 50-100Hz hacia ~ 0.1Hz–Contaminación, mala conexión del apantallamiento.
FDS para Fabricantes de Transformadores
• Caracteriza los materiales aislantes• Control de procesos (ej. Secado de humedad)
–Se lo utiliza para controlar el contenido de humedad en elproceso de manufactura de Transformadores de Potencia,Instrumentación, cables de AT y también para monitorear elproceso de curado epóxico en la fabricación de generadores
• Verifica en sitio que el aislamiento se encuentra en buenascondiciones antes de energizarlo
–Permite mediciones a temperaturas superiores e inferiores a lasde fabricación
–Ayuda a entender las posibles causas (inclusive temporales) dealto tan/factor de potencia, ej. Contaminación queeventualmente será absorbida por el papel y el prensado.
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• Caracteriza los materiales aislantes• Control de procesos (ej. Secado de humedad)
–Se lo utiliza para controlar el contenido de humedad en elproceso de manufactura de Transformadores de Potencia,Instrumentación, cables de AT y también para monitorear elproceso de curado epóxico en la fabricación de generadores
• Verifica en sitio que el aislamiento se encuentra en buenascondiciones antes de energizarlo
–Permite mediciones a temperaturas superiores e inferiores a lasde fabricación
–Ayuda a entender las posibles causas (inclusive temporales) dealto tan/factor de potencia, ej. Contaminación queeventualmente será absorbida por el papel y el prensado.
Instrumentación IDAX 300
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Que es IDAX 300?
IDAX 300 es un instrumento para diagnostico de sistemas deaislamiento Señal de Prueba: 0 – 200 Vp 0 – 50 mA Frecuencia: 10 000 Hz – 0.0001 Hz Rango de Muestreo: 10 pF – 100 µF Uno o dos canales de medición independiente Sistema de tres hilos Liviano y Robusto El software de IDAX 300 para PC se utiliza con
sistemas operativos Windows XP Professional, Vista y 7Unidad externa de alta tensión
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IDAX 300 es un instrumento para diagnostico de sistemas deaislamiento Señal de Prueba: 0 – 200 Vp 0 – 50 mA Frecuencia: 10 000 Hz – 0.0001 Hz Rango de Muestreo: 10 pF – 100 µF Uno o dos canales de medición independiente Sistema de tres hilos Liviano y Robusto El software de IDAX 300 para PC se utiliza con
sistemas operativos Windows XP Professional, Vista y 7Unidad externa de alta tensión
Prueba DFR con IDAX 300
Mediciones de perdidas y capacitancia en el sistema deaislamiento en función de la frecuencia.
V
A
Hi
Lo
Ground CHL
CL CH
68
CjI
UZ
1
and
PF,tan,CZ
V
A
Hi
Lo
Ground CHL
CL CH
IDAX 300 Software
• Sistema de Control– Controla y opera el equipo IDAX 300
• Resultados– Organiza los objetos de prueba y las
mediciones– Presenta los datos medidos
• MODS– Software para análisis de datos
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• Sistema de Control– Controla y opera el equipo IDAX 300
• Resultados– Organiza los objetos de prueba y las
mediciones– Presenta los datos medidos
• MODS– Software para análisis de datos
Reporte de Mediciones FDS
• Lista y Titula• Contiene un generador de Reportes con
modificaciones limitadas• Reporte Word MS Office
• Requiere Licencia MS Word• Varias posibilidades de modificación• Fácil para añadir comentarios y gráficos
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• Lista y Titula• Contiene un generador de Reportes con
modificaciones limitadas• Reporte Word MS Office
• Requiere Licencia MS Word• Varias posibilidades de modificación• Fácil para añadir comentarios y gráficos
MODS Software
• Software de Interpretación de lasmediciones DFR realizadas con el equipoIDAX 300
• Permite determinar el contenido dehumedad impregnada en la celulosa y lacalidad del aceite dieléctrico
• Provee una aproximación de la geometríadel sistema dieléctrico.
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• Software de Interpretación de lasmediciones DFR realizadas con el equipoIDAX 300
• Permite determinar el contenido dehumedad impregnada en la celulosa y lacalidad del aceite dieléctrico
• Provee una aproximación de la geometríadel sistema dieléctrico.
Ventajas de IDAX 300 vs MedicionesConvencionales de Capacitancia y tan
• IDAX 300 usa baja tensión de medición (140 Vrms)–Seguridad–Tamaño del equipo
• IDAX 300 mide capacitancia y tan en un rango de frecuencia quepermite:
–Mejor interpretación–Posibilidad de eliminar errores de medición.
• La interpretación de resultados se basa en un modelo real dediseño de transformador
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• IDAX 300 usa baja tensión de medición (140 Vrms)–Seguridad–Tamaño del equipo
• IDAX 300 mide capacitancia y tan en un rango de frecuencia quepermite:
–Mejor interpretación–Posibilidad de eliminar errores de medición.
• La interpretación de resultados se basa en un modelo real dediseño de transformador
IDAX 300 otras Ventajas
• Las mediciones FDS son reproducibles– Las mediciones pueden reiniciarse– Mediciones previas en AC no afectan los
resultados (pruebas de alta tensión en DCbajan el valor de factor de disipación en todaslas pruebas AC)
• Las mediciones FDS son mas fáciles deentender y modelar
– El modelo FDS son cálculos j– El modelo en dominio de tiempo involucra
integración
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• Las mediciones FDS son reproducibles– Las mediciones pueden reiniciarse– Mediciones previas en AC no afectan los
resultados (pruebas de alta tensión en DCbajan el valor de factor de disipación en todaslas pruebas AC)
• Las mediciones FDS son mas fáciles deentender y modelar
– El modelo FDS son cálculos j– El modelo en dominio de tiempo involucra
integración
Proceso de Evaluación de la Humedad
Se mide el factor de disipación/factor de potencia desde1 kHz hasta 2 mHz (por defecto)
Se envía los resultados de la medición a MODS Ingrese el valor de la temperatura del aislamiento
(temperatura del aceite en la cumbre de la unidad) MODS ajusta el modelo matemático a la curva medida
de manera automática variando los parámetros queafectan la forma de la curva para encontrar un ajuste lomas exacto posible.
• La relación de aislamiento solido (celulosa) vs. liquido (aceite)entre devanados
• Humedad en el aislamiento solido• Conductividad del Aceite
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Se mide el factor de disipación/factor de potencia desde1 kHz hasta 2 mHz (por defecto)
Se envía los resultados de la medición a MODS Ingrese el valor de la temperatura del aislamiento
(temperatura del aceite en la cumbre de la unidad) MODS ajusta el modelo matemático a la curva medida
de manera automática variando los parámetros queafectan la forma de la curva para encontrar un ajuste lomas exacto posible.
• La relación de aislamiento solido (celulosa) vs. liquido (aceite)entre devanados
• Humedad en el aislamiento solido• Conductividad del Aceite
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Resultado
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