c.f.e. Procedimientos Para Medir El Factor de Potencia en Aislamientos en Equipos Electricos

Hoja 1 de 70 Clave ST-CT-002

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SUBDIRECCIN DE TRANSMISIN

Procedimiento para medicin de factor de potencia en aislamiento de equipo elctrico Fecha de elaboracin: Dic - 2007

1980 Diciembre 2007 Tomo II Manual de transformadores y reactores de potencia

PROCEDIMIENTO PARA MEDICIN DE

FACTOR DE POTENCIA

EN AISLAMIENTO DE EQUIPO ELCTRICO

Esta edicin sustituye a la versin del procedimiento SGP-A003-S 1980


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N D I C E

Pg.

1 Objetivo 3

2 Alcance 3

3 Teora general del aislamiento 3

3.1 Constante dielctrica 4

3.2 Absorcin dielctrica 4

3.3 Resistencia dielctrica 4

3.4 Capacitancia 4

3.5 Factor de potencia 4

3.6 Modos bsicos de prueba 6

4 Aplicaciones y procedimientos de prueba 7

4.1 Transformadores de potencia 7

4.2 Transformador de potencial 13

4.3 Transformadores de corriente 26

4.4 Apartarrayos 28

4.5 Cables de potencia 32

4.6 Aceite aislante 34

4.7 Boquillas 35

5 Bibliografa 35

Anexo A Formatos de datos de prueba 37

Anexo B Operacin de los equipos de medicin de factor de potencia

55

Anexo C Resumen del procedimiento para la medicin de factor de potencia en aislamiento de equipo elctrico ST-CT-002

70


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1980 Diciembre 2007

1 Objetivo

Establecer la metodologa de medicin de factor de potencia en los aislamientos del equipo elctrico primario para verificar sus caractersticas dielctricas.

Tomo II Manual de transformadores y reactores de potencia

IC

C

2 Alcance

Este procedimiento aplica a transformadores, autotransformadores, transformadores de instrumento, apartarrayos, cables y reactores de potencia.

El procedimiento contiene la teora general, los mtodos de prueba, los diagramas de conexin y los criterios de evaluacin. En los anexos se presentan los formatos de prueba y se describe la operacin de los equipos de medicin comnmente utilizados.

3 Teora general del aislamiento

El aislamiento es toda sustancia o material de baja conductividad elctrica, en presencia de una tensin la corriente elctrica que logra circular comnmente es del orden de mili-Amperes, la cual se puede medir para efectos de diagnstico. A la corriente que circula por el aislamiento que se refleja en forma de calor se denomina corriente de fuga.

Los materiales aislantes se conocen tambin con el nombre de dielctricos y los trminos pueden ser utilizados indistintamente.

Los dielctricos perfectos tienen cero conductividad y el fenmeno de absorcin dielctrica no existe, por lo que se refiere a una condicin ideal. En la prctica los dielctricos perfectos no existen debido a que los materiales aislantes que se utilizan tienen cierto nivel de prdidas.

La conductividad elctrica es la propiedad que presenta un material para permitir el paso de un flujo de electrones.

Los aislamientos se encuentran en los tres estados: slidos, lquidos y gaseosos. En la

tabla 1 se presentan algunos ejemplos de materiales aislantes en los tres diferentes estados.

Tabla 1 Estados de los materiales aislantes

Un dielctrico se puede representar mediante el arreglo que tiene un capacitor.

El capacitor es un dispositivo que est formado por dos conductores y separado por un dielctrico, su capacitancia depende del arreglo, separacin de los electrodos y su medio aislante. En la figura 1 se observa el diagrama esquemtico de un capacitor.

C= capacitancia (nF) IC= Corriente en el capacitor (mA)

Figura 1 Diagrama esquemtico de un capacitor.

La capacitancia es la propiedad de un capacitor o de un sistema de conductores y dielctricos que permiten el almacenaje de cargas separadas elctricamente cuando existe una diferencia de potencial entre los conductores.

Los aislamientos tienen las siguientes caractersticas: constante dielctrica, absorcin dielctrica, resistencia dielctrica y factor de potencia.

V

Gas Lquido Slido

Alto Vaco Aceites

Hidrocarburos

Celulosa

(papel)

Aire Silicones Porcelana

SF6 Agua destilada Fenlicos


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3.1 Constante dielctrica

Si entre las placas de un condensador plano introducimos un dielctrico, el campo elctrico, y por tanto la diferencia de potencial disminuye como consecuencia de la polarizacin en su interior. Al factor de disminucin se le llama constante dielctrica, y es un nmero adimensional y caracterstico de cada material. En la tabla 2 se muestran algunas constantes dielctricas para diferentes materiales aislantes.

Tabla 2 Ejemplos de constantes dielctricas

Material Constante Dielctrica

Aire 1.0

Aceite 2,2

Baquelita 4,5 - 5,5

Papel 2,0 2,6

Polietileno 2,3

Porcelana 5,7 6,8

3.2 Absorcin dielctrica

Cuando se realiza una medicin de resistencia de aislamiento con corriente directa, la resistencia inicial es baja y gradualmente aumenta a medida que se prolonga la duracin de la medicin. Para establecer un campo electrosttico en un aislamiento se requiere energa, sin embargo, una vez que el campo se ha establecido plenamente, las cargas de corriente bajan hasta un valor que est en funcin de la corriente de fuga continua a travs del aislamiento.

Cuando se aplica corriente alterna a un aislamiento, el efecto del fenmeno de absorcin dielctrica predomina notablemente sobre el fenmeno de fugas o conductividad, porque el campo dielctrico nunca se establece por completo con una polaridad antes de que la corriente alterna de carga se invierta y comience a cargar con la polaridad opuesta. Para todo propsito prctico, esto hace que la medicin con corriente alterna a frecuencia constante de la prdida de absorcin del dielctrico, sea independiente de la duracin del potencial de prueba, siempre y cuando el aislamiento no haya

alcanzado una posicin inestable con respecto a los efectos de la temperatura.

Las prdidas de absorcin del dielctrico son sensibles a pequeos cambios en el contenido de humedad de un aislamiento y a la presencia de otras impurezas. Por ejemplo, una pequea cantidad de humedad puede producir un gran aumento de la absorcin dielctrica. El hecho de que las prdidas del dielctrico con C.A. se deban casi exclusivamente al fenmeno de absorcin dielctrica, hace que la medicin de prdidas del dielctrico y factor de potencia sea extremadamente sensible a la humedad.

3.3 Resistencia dielctrica

Es el valor mximo del campo elctrico que impide hasta cierto lmite que las molculas de un material dielctrico puedan llegar a ionizarse y volverse conductor, esta propiedad es caracterstica de cada material.

3.4 Capacitancia

La capacitancia C refleja la disposicin fsica del devanado y su aislamiento. La capacitancia est definida por la forma y distancias entre devanados, entre capas de devanado y entre espiras, as como por las distancias al tanque y al ncleo. Cambios en las propiedades fsicas del aislamiento y desplazamientos en los devanados, produce cambios en la capacitancia del equipo.

3.5 Factor de potencia

El factor de potencia de un dielctrico es una indicacin de sus prdidas por unidad de volumen. Este factor se incrementa debido a las siguientes condiciones: envejecimiento, contaminacin, fallas, esfuerzos elctricos, degradacin, etc.

El circuito equivalente de un aislamiento bajo prueba se representa en la figura 2.


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Cp, Capacitancia bajo prueba prueba (F) Ic, Corriente capacitiva (mA) IR, Corriente resistiva (mA) IT, Corriente total (A) Rp, Resistencia indicativa de las perdidas () V, Tensin aplicada (V)

Figura 2 Circuito equivalente de un aislamiento bajo prueba.

El factor de potencia en un aislamiento se define como el coseno del ngulo entre el vector del voltaje aplicado y vector de la corriente total que circula por el aislamiento bajo prueba (ver figura 3).

I

I

VI

C

T

R Figura 3 Diagrama vectorial equivalente de un aislamiento bajo prueba.

Las ecuaciones para la obtencin del factor de potencia son las siguientes:

TVIP=Cos [1]

Donde:

P= V I R=V 2

R P [2]

Sustituyendo [2] en [1] se tiene:

T

P

2

IVRV

=Cos [3]

Teniendo en cuenta que:

I C= I T [4]

Y sustituyendo [4] en [3] tenemos:

C

P

2

IVRV

=Cos [5]

Considerando que:

I C=VX C [6]

Donde:

Cf=XC 2

1 [7]

Sustituyendo [7] en [6]:

fCIV=IC

2

VCf2=IC [8]

Sustituyendo [8] en [5] tenemos:

2

2

2cos

fCVRV

P

= [9]

Dado que:

I R=VR P [10]

Sustituyendo [8] y [10] en [9] se tiene:

C

R

II=cos [11]



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( )T

R

II==FPdisipacin de Factor cos [12]

Donde: C, Capacitancia (F) F, Frecuencia (Hz) IC, Corriente capacitiva (mA) IR, Corriente resistiva (mA) IT, Corriente total (A) P, Potencia (VA) RP, Resistencia de prueba () V, Tensin aplicada (V) XC, Reactancia capacitiva () , ngulo entre el vector del voltaje aplicado y el

vector de la corriente total

El factor de disipacin es la tangente del ngulo de prdidas de un dielctrico. Este factor es aproximadamente igual al factor de potencia del mismo y esta dado por:

( )C

R

II

==FDdisipacin de Factor tan [13]


El factor de potencia es la relacin de las prdidas del dielctrico (watts, miliwatt), entre la carga que demanda el aislamiento bajo prueba (mili-amperes, milivolt-amperes), manejado en porciento para facilidad de referencia. El valor obtenido de esta relacin para un aislamiento en particular depende de las condiciones de humedad, ionizacin y temperatura.

La finalidad de esta medicin es la deteccin de los parmetros elctricos de los aislamientos tales como la capacitancia, factor de potencia y prdidas dielctricas. Un incremento apreciable de las prdidas dielctricas en C.A., (milivolt-amperes) o factor de potencia de un aislamiento indica deterioro.

El porciento de factor de potencia (%FP) es calculado usando la prdida en watts de la corriente total medida,

( ) (( ) (

( ) ( )( ) ( )mAkV=FP

100en Watts prdidas [15]

Desde las mediciones del M2H en trminos equivalentes del valor de 10 kV, entonces:

( ) ( )mA

=FP 10en Watts prdidas [16]

( ) ( )A

,=FP 00010en Watts prdidas [17]

Los valores obtenidos de factor de potencia deben de ser referenciados a una temperatura de 20C de tal manera que se pueda evaluar a una misma temperatura y su tendencia en futuras mediciones.

En la tabla 3 se muestra la comparacin entre el factor de potencia y el factor de disipacin en un material aislante.

Tabla 3 Comparacin entre FP y FD en %

Cos % FP Tan % FD 0 0 0 0

89.71 0.50 0.29 0.50

87.13 5.00 2.87 5.00

84.26 10.00 5.74 10.05

81.37 15.00 8.63 15.18

53.13 60.00 36.87 75.00

45.00 70.71 45.00 100.00

90 100 90 infinito

3.6 Modos bsicos de prueba

Para entender la medicin de factor de potencia, es conveniente considerar las condiciones de la fuente de A.C., el circuito puente, y el espcimen de prueba con respecto a tierra y la terminal de bajo voltaje.

3.6.1 Modo GST Grounded Speciment Test

En este modo, toda la corriente entre la fuente de CA y tierra es medida por el puente. El modo GST es usado cuando una de la terminal del aislamiento que va a ser medido esta

))totalcorrientepruebadeVoltaje=FP

100en Watts prdidas [14]


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3.6.3 Modo UST Undergrounded Speciment Test

permanentemente conectado a tierra, tal como el tanque del transformador, la brida de una boquilla o la carcaza de equipos aterrizados. En este modo se conecta la terminal de bajo voltaje directamente a tierra o al punto que se quiere hacer la referencia (ver figura 4).

En este modo nicamente la corriente entre la fuente de voltaje y la terminal de bajo voltaje es la que es medida, si alguna corriente fluye hacia la terminal de tierra presente esta retorna directamente a la fuente de tensin y no pasa por el circuito de medicin (ver figura 6). (El modo es bsicamente utilizado cuando se tienen objetos flotados o sin referencia a tierra).

Figura 4 Modo GST Grounded Speciment-Test.

3.6.2 Modo GSTG Grounded Speciment Test with Guard

Figura 6 Modo UST Undergrounded Speciment Test.

4 Aplicaciones y procedimientos de prueba En este modo, toda la corriente entre la fuente de CA y tierra es medida por el puente. La terminal de bajo voltaje puede ser conectada al circuito de prueba Guard (guarda), donde la corriente de prueba presente retorna directamente a la fuente de tensin, y no pasa por el circuito de medicin (ver figura 5). Este modo es usado para aislar una seccin individual de aislamiento. (En este modo se bypasea la terminal a guarda del circuito de medicin, tal como la medicin de C2, donde se pone en guarda C1 en las boquillas).

4.1 Transformadores de potencia

4.1.1 Transformador de dos devanados

Los aislamientos que constituyen a los transformadores de dos devanados se muestran esquemticamente en la figura 7, sta figura representa tanto a un transformador monofsico como a un trifsico, las consideraciones para ambos son las mismas.

Figura 7 Diagrama esquemtico de los aislamientos de un transformador de dos devanados.

Figura 5 Modo GSTG Grounded Speciment Test with Guard.



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Los aislamientos representados como CH, CX y CHX, son respectivamente los aislamientos entre el devanado de alta tensin y tierra, entre el devanado de baja tensin y tierra y el aislamiento entre los devanados de alta y baja tensin.

Estos aislamientos no estn compuestos de un solo dielctrico; por ejemplo, CH incluye boquillas, el aislamiento entre el devanado de alta y tierra y el aceite entre devanado y tierra. Los valores de CH y CX se leen directamente. Cuando el devanado de alta es energizado y el devanado de baja se conecta a guarda se mide CH. Cuando el devanado de baja es energizado y el devanado de alta es conectado a guarda, se mide CX. Con un simple clculo se puede determinar CHX, como se indica en formato de datos de prueba Estos aislamientos aunque actan distribuidos a lo largo de los devanados, se muestran como un solo capacitor para mayor simplicidad.

Pasos a seguir para efectuar la medicin:

a) Desenergizar y desconectar sus terminales externas desde las boquillas del transformador.

b) Desconectar el neutro del devanado que se encuentra aterrizado.

c) Conectar en corto circuito cada devanado en las terminales de sus boquillas.

d) Verificar que el tanque est bien aterrizado.

e) Proceder a efectuar las conexiones de prueba de acuerdo con la figura 8 y el formato de datos de prueba ST-CT-002-A.

Los valores obtenidos de acuerdo con las conexiones indicadas deben registrarse en el formato de datos de prueba correspondiente y calcular el valor de CHX con la diferencia de los mVA y mW de la Prueba 1 menos la Prueba 2.

Para comprobar que las mediciones se realizaron correctamente debe efectuarse la diferencia de mVA y mW de la prueba 3 menos 4 y comparar estos valores con los obtenidos para el clculo de CHX. Estas dos diferencias deben ser aproximadamente iguales. En caso de que estas diferencias sean bastante desiguales, se procede a efectuar una prueba en UST ya sea en el lado de alta o de baja, de acuerdo con la conexin de la figura 8.

Energizar el devanado de alta o baja tensin y el devanado que no haya sido energizado se conecta con el cable de baja tensin (LV), con el selector de prueba en UST.

Los valores de mVA y mW obtenidos en esta medicin, deben compararse con los resultados que se obtuvieron de las diferencias de las pruebas 1 menos 2 y 3 menos 4. Los valores que no se aproximen a los obtenidos en esta ltima medicin, deben repetirse y de persistir los mismos valores obtenidos originalmente, debe investigarse el devanado que los est originando.


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Conexiones

Prueba numero

Energice Ground Guard UST Mide

1 H X --- --- CH+CHX2 H --- X --- CH3 X H --- --- CX+CHX4 X --- H --- CX5 H --- --- X CHX6 X --- --- H CHX

Figura 8 Diagrama de conexiones medicin en transformadores de dos devanados.

4.1.2 Transformador de tres devanados

Los aislamientos que constituyen un transformador de tres devanados, se muestran esquemticamente en la figura 9. sta figura representa tanto a un transformador monofsico como trifsico; las consideraciones para ambos son las mismas.

Los aislamientos representados como CH, CX y CY, son respectivamente, los aislamientos entre el

devanado de alta tensin y tierra, el devanado de baja tensin y tierra y el aislamiento entre el terciar io y t ierra. Los aislamientos representados como CHX, CXY y CHY son respectivamente los aislamientos entre devanados. Estos aislamientos no estn compuestos de un solo dielctrico, por ejemplo CH, es el aislamiento entre el devanado de alta y tierra, incluye las boquillas, el aislamiento entre el



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devanado de alta y tierra y el aceite entre el devanado de alta y tanque.

Las lecturas de CH, CX y CY se leen directamente y se anotan en el formato de datos prueba ST-CT-002-B.

Figura 9 Diagrama esquemtico de los aislamientos de un transformador de tres devanados.

Cuando el devanado de alta es energizado y los devanados de baja y terciario son conectados a guarda, se mide el aislamiento CH.

Cuando el devanado de baja es energizado y los devanados de alta y terciario son conectados a guarda, se mide el aislamiento CX. Cuando el devanado terciario es energizado y los devanados de alta y baja son conectados a guarda, se mide el aislamiento CY. Los aislamientos entre devanado CHX, CHY y CXY son determinados por un clculo, al obtener las diferencias de los valores de mVA y mW de la siguiente manera:

CHX, se obtiene de la diferencia de los mVA y mW, de la prueba 1 menos la prueba 2.

CXY, se obtiene de la diferencia de los mVA y mW, de la prueba 3 menos la prueba 4.

CHY, se obtiene de la diferencia de los mVA y mW de la prueba 5 menos la prueba 6.

La prueba marcada en el formato de datos de prueba como No. 7, sirve para verificar las pruebas 2, 4 y 6 cuya suma de mVA y mW debe ser igual a las obtenidas en la prueba 7.

Pasos a seguir para efectuar la medicin:

a) Se procede a desenergizar y desconectar el transformador de la misma manera como se procedi para el transformador de dos devanados, incluyendo los pasos que ah se indican.

b) En este transformador de tres devanados se efectan las conexiones de acuerdo con los circuitos de medicin de la figura 10.

4.1.3 Autotransformador

Un autotransformador consiste de un devanado primario con derivacin (devanados interconectados) y un devanado terciario por separado. Tal transformador ser probado conectando juntas todas las terminales de los devanados interconectados y considerando esta combinacin como un solo devanado. El terciario se considera como un segundo devanado, por lo tanto, las mediciones se efectan de la misma manera que para un transformador de dos devanados de acuerdo con el formato de datos prueba ST-CT-002-C.

Cuando por alguna razn de fabricacin las terminales del terciario no son accesibles nicamente se hace una medicin, sta se efectuar poniendo en corto circuito todas las terminales en las boquillas y considerando como si fuera un solo devanado; se podr hacer nicamente entre este devanado y tierra, de acuerdo con el formato de datos de prueba ST-CT-002-C. Los diagramas de conexin se muestran en la figura 11.



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Conexiones

Prueba nmero Energizar Ground Guard Mide 1 H X Y CH+CHX2 H --- X, Y CH3 X Y H CX+CXY4 X --- H, Y CX5 Y H X CY+CHY6 Y --- H, X CY7 H, X, Y --- --- CH+CX+CY

Figura 10 Diagramas de conexin para mediciones en transformadores de tres devanados.



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Nota: Para la conexin de autotransformadores con terciario no accesible, se puede emplear la conexin de la prueba 2, sin la conexin del terciario a la guarda.

Figura 11 Diagramas de conexin para autotransformadores.

4.1.4 Reactores

Este equipo cuenta solamente con un devanado en reactores monofsicos y en reactores trifsicos se considera para efectos de la prueba igualmente como un solo devanado. Por lo tanto, una sola medicin podr efectuarse entre el devanado y tierra, de acuerdo con el formato de datos de prueba ST-CT-002-D. El diagrama de conexin se observa en la figura 12.

Conexiones

Prueba nmero Energizar Ground Guard UST Mide

1 H + X Y --- --- CH+CHY2 H + X --- Y --- CH3 Y H + X --- --- CY+CHY4 Y --- H + Y --- CY5 H + X --- --- Y CHY6 Y --- --- H + Y CYH


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Conexiones

Prueba nmero Energizar Ground Guard Mide

1 H Tanque --- CH

Figura 12 Circuito de prueba para reactores.

4.1.5 Criterios para la evaluacin de valores de prueba de los transformadores de potencia

Para un transformador nuevo, es decir que entra por primera vez en operacin, el criterio que se considera para un valor de factor de potencia aceptable es que sea menor a 0.5 % (a 20 C).

Los valores aceptables de factor de potencia en porciento a 20 C, de transformadores que se encuentran en operacin, debern considerarse del orden de 0.5 a 1.0%.

Para valores mayores al 1% se recomienda que se investigue dicho valor, el cual puede ser originado por condiciones de deterioro del aceite aislante, o bien algn posible dao en alguna de las boquillas, as como algn agente externo que pudiera estar influenciando la elevacin de dicho valor. En el ltimo de los casos se debe recurrir a revisar las estadsticas de valores obtenidos en aos anteriores, con el objeto de ver el comportamiento de dicho valor. Si se detecta que este valor se ha estado incrementando, el transformador debe programarse para efectuarle un mantenimiento mayor.

Para realizar la comparacin con mediciones anteriores, los valores de factor de potencia deben ser corregidos a 20 C. En la Tabla 4 se muestran los factores de correccin por temperatura que deben ser aplicados. Para corregir el factor de

potencia a una temperatura de 20 C, se multiplica el valor medido por el factor de correccin correspondiente a la temperatura de la medicin, indicado en la tabla 4.

4.2 Transformador de potencial

Un transformador de potencial consiste de dos devanados, el de alto voltaje y el de bajo voltaje. El devanado de alto voltaje puede tener cada terminal descubierta a travs de boquillas separadas, o una sola terminal descubierta por medio de una boquilla y la otra terminal conectada a tierra. El devanado de bajo voltaje normalmente no se prueba.

4.2.1 Transformador de potencial de dos boquillas

Las mediciones en estos transformadores deben efectuarse desconectando tanto el lado de alta tensin como el de baja tensin, para desconectar el transformador de la red.

Para realizar la medicin, se deben poner en corto circuito las dos boquillas del devanado de alta tensin y se aterriza solo una terminal del devanado de baja tensin para evitar cortos circuitos durante las pruebas cruzadas de comprobacin. Los diagramas de conexin se muestran en la figura 13a. Se debe usar el formato de datos prueba ST-CT-002-E.



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Tabla 4 Factor de correccin por temperatura

Temperaturas

de pruebas Transformadores sumergidos en aceite.

(tipo sellado y sellado con gas)

C F

Aceite y transformadores de potencia sumergidos en aceite (respiracin

libre y tipo de conservador) Arriba de 161 kV a

750 kV Considerando 230 kV y

subir a 750 kV 0 32.0 1.56 1.57 0.95 2 35.6 1.52 1.50 0.96 4 39.2 1.48 1.44 0.98 6 42.8 1.45 1.37 0.98 8 46.4 1.43 1.31 0.99

10 50.0 1.38 1.25 0.99 12 53.6 1.31 1.19 1.00 14 57.2 1.24 1.14 1.01 16 60.8 1.16 1.09 1.01 18 64.4 1.08 1.05 1.00 20 68.0 1.00 1.00 1.00 22 71.6 0.91 0.96 0.99 24 75.2 0.83 0.92 0.98 26 78.8 0.76 0.88 0.97 28 82.4 0.70 0.84 0.96 30 86.0 0.63 0.80 0.95 32 89.6 0.58 0.76 0.94 34 93.2 0.53 0.73 0.93 36 96.8 0.49 0.70 0.91 38 100.4 0.45 0.67 0.90 40 104.0 .42 0.65 0.89 42 107.6 0.38 0.62 0.87 44 111.2 0.36 0.59 0.86 46 114.8 0.33 0.56 0.84 48 118.4 0.30 0.54 0.83 50 122.0 0.28 0.51 0.81 52 125.6 0.26 0.49 0.79 54 129.2 0.23 0.47 0.77 56 132.8 0.21 0.45 0.75 58 136.4 0.19 0.43 0.72 60 140.0 0.17 0.41 0.70

Los valores obtenidos de factor de potencia deben de ser referenciados a una temperatura de 20 C de tal manera que se pueda evaluar a una misma temperatura y su tendencia en futuras mediciones.

En estas condiciones se energiza el lado de alta tensin, se leen los mVA y los mW y se calcula el factor de potencia. Esta medicin se denomina prueba completa.

Para determinar las prdidas aproximadas entre devanados, se efecta una medicin con el devanado de baja tensin conectado a guarda, ver


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figura 13b. Usando el formato de datos de prueba ST-CT-002-E.

Prueba cruzada de comprobacin

Para efectuar esta medicin se procede de la manera siguiente:

Se quita el corto circuito entre las boquillas del potencial, se energiza H1 y H2 se conecta el anillo de guarda y se toman lecturas de mVA y mW. Una vez hecho esto, se energiza H2 y se conecta al anillo de guarda H1 y se procede a tomar las lecturas de mVA y mW. Usando el formato de datos de prueba ST-CT-002-E.

Si las lecturas que se obtuvieron en ambas mediciones son iguales, el transformador de potencial bajo prueba puede considerarse en buenas condiciones, slo si el valor del factor de potencia es bajo. Ver figuras 13c y 13d.

a) Prueba 1 b) Prueba 2

c) Prueba 3 d) Prueba 4

Conexiones

Prueba nmero

Modo de prueba

Energizar Ground Guard UST Mide

1 GST H1, H2 X1 --- --- CH + CHX2 GST H1, H2 --- X1 --- CH3 GST H1 X1 H2 --- CH + CHX4 GST H2 X1 H1 --- CH + CHX

Figura 13 Transformador de potencial de dos boquillas.



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Un alto factor de potencia para una de las pruebas cruzadas de comprobacin indica que una boquilla, o la seccin de devanado ms prxima a la boquilla est fallada. En estas condiciones las boquillas debern ser probadas por separado.

Un alto factor de potencia para ambas pruebas cruzadas as como para la prueba completa, ser indicativo de que existe un deterioro en el transformador, ya sea en el aceite, boquillas o devanado, por lo cual si es posible, deber probarse por separado cada elemento.

Asimismo, es posible que en la prueba cruzada de comprobacin se obtenga una lectura negativa,

esto indica que posiblemente el devanado de alta tensin se encuentre abierto.

4.2.2 Transformador de potencial de una boquilla

En algunos transformadores de potencial, el neutro del primario est aterrizado internamente. En este caso, la prueba completa de factor de potencia no se puede realizar; sin embargo, las mediciones de factor de potencia que se pueden realizar se muestran en la figura 14 y empleando el formato de datos de prueba ST-CT-002-E.

Conexiones

Prueba nmero Modo de prueba


1 UST H1 H0 --- X1, Y1Aislamiento de terminal

dentro de devanados

2 GST H1 H0 X1, Y1 --- Corriente de excitacin

Figura 14 Circuito de prueba para medicin de un transformador de potencial monofsico con neutro interno aterrizado.

En los transformadores de potencial de una sola boquilla, en los cuales se pueda desconectar la terminal de tierra en el devanado de alto voltaje, se pueden realizar las pruebas completas (ver figura 15a) y de comprobacin cruzada (ver figuras 15b y 15c) se efectan de la misma forma

que para un transformador de dos boquillas. Para registrar estos datos se utiliza el formato de datos de prueba ST-CT-002-E. Para transformadores de potencial inductivo de 34.5 kV o mayores se debe considerar como de una sola boquilla utilizando el formato de datos prueba ST-CT-002-E.



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a) Prueba completa

b) Prueba cruzada de comprobacin c) Prueba de comprobacin cruzada

Conexiones

Prueba nmero Modo de prueba

Energiar Ground Guard UST Mide

1 GST H1, H2 X1 --- --- CH + CHX2 GST H1, H2 --- X1 --- CH3 GST H1 X1 H2 --- CH + CHX4 GST H2 X1 H1 --- CH + CHX

Figura 15 Diagramas de conexin para prueba a transformadores de potencial de una boquilla.

En el caso de un transformador de potencial de una sola boquilla, el factor de potencia obtenido para las pruebas cruzadas de comprobacin podr no ser el mismo, porque en un caso se prueba una boquilla y parte del devanado, y en el otro caso slo una parte del devanado es probado. Se debe tener cuidado de que el corto circuito entre la terminal de la boquilla y la terminal del devanado tenga un espacio libre a tierra. Si la terminal del devanado est conectada a una tapa ser siempre posible levantar esta tapa y poner suficiente aislamiento durante la medicin entre la terminal y tierra. Cualquier material usado

para soportar la tapa, debe tener una capacitancia y prdidas dielctricas despreciables; podr usarse madera completamente seca, vidrio, etc.

Algunas veces es difcil poner el corto circuito en el devanado de alto voltaje, pero el devanado se puede desconectar de tierra. En tales casos, el devanado de bajo voltaje se puede poner en corto circuito, ya que si se pone en corto circuito uno u otro lado de un transformador, se refleja el efecto de corto circuito en el otro lado. El potencial puede entonces ser aplicado ya sea a la boquilla de alta tensin o a la terminal del devanado.



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Cuando se realicen mediciones cruzadas debe tenerse cuidado de quitar el corto circuito del lado de bajo voltaje.

En algunos casos el devanado de alta tensin puede estar aterrizado internamente y la tierra no puede ser retirada. En tales casos es imposible efectuar cualquier prueba de aislamiento con resultados confiables.

Cuando al realizar la medicin, se aplique potencial en la terminal P2 (conexin a tierra) o en P1-P2 (estando en corto circuito), la tensin aplicada estar limitada por el nivel de aislamiento de P2 (boquilla de tierra).Generalmente este tipo de boquilla soporta 5 kV.

Por lo regular no se prueban los devanados secundarios de los transformadores de potencial inductivo, cuando por alguna razn se requiera aplicar tensin a las terminales secundarias (S1, S2, S3, S4), la tensin no deber ser mayor a 500 Volts ya que se encuentra limitada por el aislamiento secundario del equipo.

4.2.3 Transformador de potencial inductivo en cascada

En los transformadores de potencial en cascada, el devanado primario consiste de un nmero de secciones de devanado conectadas en serie, en donde el devanado secundario est acoplado inductivamente slo para las ltimas secciones o la seccin ms baja como se presenta en la figura 16. La norma que indica la tcnica de prueba y el anlisis de resultados para los transformadores de potencial en cascada line-to-ground es la misma para las unidades convencionales. Sin embargo, en algunos transformadores de potencial es difcil cortocircuitar H1 y H0 para el total de las mediciones; como consecuencia, un procedimiento alternativo para ejecutar las pruebas completas Overall Test en este tipo de unidades se menciona en la tabla de la figura 16 y en el formato de datos de prueba ST-CT-002-E.

CONEXIONES

Prueba nmero

Modo de prueba

Energizar Ground Flotando Mide

1A GST H0 X1, X2, X3 H1 Completa

Y1, Y2, Y3

Figura 16 Transformador de potencial inductivo en cascada.



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4.2.4 Transformador de potencial capacitivo

El equipo de medicin de factor de potencia satisface idealmente las pruebas a capacitores de transformadores de potencial capacitivo, ya que nos permite verificar las condiciones del aislamiento, as como su funcionamiento. Los capacitores se disean para un bajo factor de potencia en sus aislamientos, y junto con su capacitancia de diseo deben permanecer estables, cualquier cambio anormal en cualquiera de estos valores, puede afectar el comportamiento del transformador, adems puede ser indicativo de la evolucin de una falla peligrosa. Los capacitores de un transformador de potencial capacitivo tpico, se construyen de una serie de elementos de papel impregnado de aceite y hojas metlicas, utilizndose uno de estos elementos por cada kV nominal, es evidente que al aumentar el voltaje de los dispositivos aumenta el nmero de elementos y su influencia en la medicin disminuye. Cuando se detectan pequeos cambios significativos se deben efectuar mediciones complementarias, para tomar la decisin de dejarlo en operacin.

Procedimientos de prueba

Las figuras 17, 18, 19 y 20 muestran arreglos tpicos de transformadores de potencial capacitivos, generalmente son capacitores dentro de aisladores de porcelana montados sobre un gabinete que contiene los circuitos de los dispositivos OPLAT y/o potencial. Es obvio que los resultados de campo deben ser comparados con los de placa o los de la ltima medicin, asimismo el procedimiento de prueba debe ser consistente. Con el fin de eliminar cualquier desviacin en las mediciones, es necesario el conocimiento de los circuitos de los dispositivos del OPLAT y potencial, para efectuar los aterrizamientos o desconexiones apropiadas.

Para la medicin de factor de potencia en estos equipos se debe tener en cuenta lo siguiente:

Verificar la variacin de los valores de la capacitancia al terminar la medicin, con los valores de la capacitancia de placa del equipo (ver tabla 5).

Tabla 5 Tolerancia de capacitancia por mdulos y por aparato para transformadores de potencia capacitivo

Tipo Clase Cantidad

de mdulos

Total de bobinas

Toma

C2

Capacitancia por mdulo

(pF)

2 Bobinas falladas

por mdulo

Capacitancia por aparato

Mximo 2

bobinas por

aparato (pF)

CVA-115 115 1 96 16 6,000 128 6,000 128

CVB-115 115 1 88 15 8,800 205 8,800 205

CVC-115 115 1 88 15 19,700 458 19,700 458

CVA-230 230 2 192 16 6,000 63 3,000 32

CVB-230 230 2 176 15 8,800 101 4,400 51

CVC-230 230 2 176 15 19,700 226 9,850 229

CVC-400 400 3 288 14 16,800 117 5,600 39

Nota: Para los aparatos que tienen ms de un mdulo la tolerancia mxima permitida es de dos bobinas falladas en cualquiera de los mdulos.


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Se deber quitar la tapa superior y la virola para realizar una inspeccin visual de los fuelles metlicos o de las membranas de expansin.

Cuando una bobina capacitiva por falla se pone en corto circuito, el paquete capacitivo deber soportar ms tensin, lo que ocasiona que se dae rpidamente otra bobina capacitiva. Por lo anterior entre ms bobinas capacitivas daadas el voltaje secundario del dispositivo de potencial se ver incrementado. Se recomienda que peridicamente se verifiquen los voltajes de las tres fases en donde estn instalados estos equipos. Si existe una variacin del voltaje en un rango de 5% en uno de ellos con respecto a los otros dos, se deber investigar la causa y en su caso probar el mdulo inductivo.

Los procedimientos de prueba mostrados a continuacin fueron diseados para obtener las mediciones requeridas para unidades individuales con las mnimas desconexiones, amplia seguridad y efectos reducidos de la interferencia electrosttica.

Bsicamente el procedimiento se resume como sigue:

Desenergizar el transformador de potencial capacitivo.

Aterrizar el circuito asociado al transformador, con un sistema de tierras, durante el proceso de pruebas.

Cerrar los interruptores de aterrizamiento de la caja del circuito de ferroresonancia, a fin de aterrizar las terminales interiores del capacitor.

Nota: En transformadores de potencial capacitivo con unidades capacitivas mltiples, stas deben ser descargadas por separado antes de efectuar las conexiones.

Retirar las conexiones de las terminales del capacitor como sea necesario.

Proceder a efectuar las conexiones y pruebas de acuerdo con las tablas de las figuras 17, 18, 19 y 20.

Desconectar la terminal de la lnea B1.

Cerrar los interruptores de tierra S1 y S2 que se encuentran en la caja del circuito de ferroresonancia, del transformador.

Desconectar B2 y B3 que se encuentran en el interior de la caja. Las terminales B2 y B3 pueden encontrarse ambas conectadas cuando el dispositivo se utiliza para OPLAT y potencial; B3 flotando cuando se utiliza OPLAT y B2 aterrizada cuando se utiliza para potencial. De acuerdo con la figura 17. Se debe utilizar el formato de datos de prueba ST-CT-002-F.

Probar de la siguiente manera:

Nota: Todas las mediciones se deben realizar a 2.5 o 10 kV segn el equipo de medicin, excepto las marcadas con asterisco.

Para los transformadores de potencial capacitivo en donde se tenga ms de una seccin capacitiva, se usar la figura 18. Se debe utilizar el formato de datos de prueba ST-CT-002-F.

Cerrar los interruptores de tierra S1 y S2 que se encuentran en el gabinete del dispositivo.

Desconectar B2 y B3 que se encuentran en interior del gabinete. Las terminales B2 y B3 se pueden encontrar conectadas cuando el dispositivo se utiliza para OPLAT y potencial, B3 flotado cuando se utilizan slo para OPLAT, o B2 aterrizada cuando se utiliza slo para potencial.

Probar de la siguiente manera:

Nota: Todas las mediciones deben realizarse a 2.5 o 10 kV segn el equipo de medicin, excepto las marcadas con asterisco.

Desconectar B2 y B3 que se encuentran en el interior del gabinete. El capacitor auxiliar es omitido y B2 y B3 sern comunes si el dispositivo de potencial se utiliza para OPLAT, B3 se encontrar aterrizada si el dispositivo de potencial se utiliza slo para potencial. De acuerdo con la figura 19. Se debe utilizar el formato de datos de prueba ST-CT-002-G.


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Probar de la manera siguiente:

Nota: Todas las mediciones deben realizarse a 2.5 o 10 kV segn el equipo de medicin, excepto las que estn marcadas con asterisco.

Cuando se trate de transformadores de potencial capacitivos constituidos por tres o ms secciones se tiene la opcin de variar el procedimiento de

prueba, aterrizando el conector de alta tensin, sin desconectar la terminal de alta tensin de la lnea. Las conexiones del equipo probador se harn como se indica en los formatos de datos de prueba correspondiente.

Conexiones

Prueba nmero Modo de prueba Energizar Ground Guard UST Mide

1 GST B2* B1 --- --- C(B2+B1)

2 GST B3* B1 B2 --- C(B3+B1)

3 GST B3* B1 --- B2 C(B3+B2)

4 GST B2* --- B3 --- Terminal B2


Figura 17 Arreglo tpico de un transformador de potencial capacitivo.



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Conexiones


1A GST B1 T1 B3 --- C(T1-T2)

2A UST B1 T1 --- B2 C(B1+ B2)3A UST B1 T1 --- B3 C(B1+ B3)4A UST B3* T1 --- B2 C(B3+ B2)5A GST B2* --- B3 --- Terminal B2

6A GST B3* --- B1 y B2 --- Terminal B3

* Los voltajes de prueba no deben exceder el nominal de las terminales, no exceda de 2 kV para la terminal B2, hasta que sea conocido el voltaje nominal, la terminal B3 tiene normalmente un voltaje nominal de 5 kV o superior, sin embargo es muy conveniente consultar el instructivo o al fabricante del equipo.

Figura 18 Arreglo tpico de transformador de potencial capacitivo con ms de un mdulo.



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Conexiones

Prueba nmero

Modo de prueba Energizar Ground Guard UST Mide

1 GST B2* B1 B3 --- C(B2+B1)

2 UST B2* B1 --- B3 C(B2+B3)

3 GST B2* --- B1 --- Terminal B2*

Para probar la terminal B2 es necesario desconectar y retirar tierras en B1. En algunos casos puede ser conveniente desconectar la lnea (despus de aterrizar), en tales se prueba de la manera siguiente:

Conexiones


1A UST B1* B3 --- B2 C(B1+B2)

2A GST B2* B3 --- --- C(B2+B3)

3A GST B2* --- B1 --- Terminal B2

* Los voltajes de prueba no deben exceder el nominal de la terminal B2 del capacitor auxiliar, no exceda de 2 kV para B2, a menos que se conozca del instructivo o del fabricante.

Figura 19 Arreglo tpico de transformador de potencial capacitivo.



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Conexiones


1 GST B1=T2 T1 B3 --- C(T1+T2)

2 UST B1=T2 T1 --- B2 C(B1+B2)

3 UST B1=T2 T1 --- B3 C(B1+B3)

4 UST B3* T1 --- B2 C(B3+B2)


6 GST B3* --- B1=T2 y B2 --- Terminal B3

* Los voltajes de prueba no deben exceder el nominal de las terminales, no exceda de 2 kV para la terminal B2, la terminal B3 es usualmente 5 kV o mayor, sin embargo es muy conveniente consultar el instructivo o al fabricante del equipo.


Conexiones

Prueba nmero

Modo de prueba


1 GST B1=T2 T1. B3 --- B2 C(T2 + T1)

2 UST B1=T2 T1. B3 B2 --- C(B1 + B2)

3 GST B2* T1. B3 --- B1=T2 C(B2 + B3)

4 GST B2* --- --- B1=T2 y B3 Terminal B2

Figura 20 Arreglo tpico de transformador de potencial capacitivo.



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a) Desenergizar el dispositivo abriendo las cuchillas.

b) Sin desconectar la terminal de lnea aterrizar B1, usando un sistema de tierras apropiado.

c) Cerrar los interruptores de tierra S1 y S2 que se encuentran en el gabinete del dispositivo.

d) Desenergizar el dispositivo abriendo las cuchillas.

e) Sin desconectar la terminal de lnea, aterrizar T1, usando un sistema de tierras apropiado.

f) Cerrar los interruptores de tierra S1 y S2 que se encuentran en el gabinete del dispositivo.

g) Desconectar B2 que se encuentra en el interior del gabinete.

h) El capacitor auxiliar es omitido, B2 y B3 sern comunes si el dispositivo de potencial se utiliza con el OPLAT, B3 se encontrar aterrizada si el dispositivo de potencial se utiliza slo para voltaje. De acuerdo con la figura 20.

i) Probar de la forma mostrada en la tabla de conexiones con lnea conectada de la figura 20.

Los voltajes de prueba no deben exceder al nominal de la terminal B2 del capacitor auxiliar, no exceda de 2 kV para B2, a menos que se conozca del instructivo o del fabricante del equipo. En ciertos tipos y marcas de transformadores de potencial capacitivos, las terminales de baja tensin en la base del capacitor

son inaccesibles porque estn contenidas en un tanque de aceite, algunos diseos cuentan con terminales (boquillas) para permitir que las mediciones se puedan llevar acabo, sin embargo existen otros en los cuales no existe acceso a las terminales de baja tensin, para los cuales se deber analizar su construccin e implementar las pruebas ms sencillas e indicativas para el caso.

Anlisis de resultados

El factor de potencia del aislamiento y la capacitancia de una unidad nueva deben ser comparados con los valores de placa cuando son dados y con otras unidades similares del mismo fabricante. Las unidades con factor de potencia y capacitancia mayor a lo normal o que se hayan incrementado significativamente con respecto a los valores de puesta en servicio, deben ser retirados de servicio. Generalmente, los transformadores de potencial capacitivos tienen factores de potencia de 0.25% cuando estn nuevos, unidades con factores de potencia de 0.5% deben ser retirados del servicio. Una variacin en el valor de la capacitancia e incremento de factor de potencia, es indicativo de riesgo de falla, por lo que se recomienda retirarlo de servicio. La experiencia ha demostrado que no es necesario efectuar correcciones por temperatura en los rangos en que se realizan las mediciones, adems algunas unidades del mismo tipo y capacidad generalmente se prueban al mismo lapso de tiempo y temperatura.

Los valores obtenidos de factor de potencia deben de ser referenciados a una temperatura de 20C de tal manera que se pueda evaluar a una misma temperatura y su tendencia en futuras mediciones. Los factores de correccin por temperatura se muestran en la tabla 6.


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Tabla 6 Factor de correccin por temperatura

TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO

Temperaturas de pruebas

Temperaturas de pruebas

C F

Transformadores de instrumento sumergidos en aceite

C F

Transformadores de instrumento sumergidos en

aceite

0 32.0 1.67 32 89.6 0.65

2 35.6 1.61 34 93.2 0.60

4 39.2 1.55 36 96.8 0.56

6 42.8 1.49 38 100.4 0.52

8 46.4 1.43 40 104.0 0.48

10 50.0 1.36 42 107.6 0.45

12 53.6 1.30 44 111.2 0.42

14 57.2 1.23 46 114.8 ---

16 60.8 1.16 48 118.4 ---

18 64.4 1.08 50 122.0 ---

20 68.0 1.00 52 125.6 ---

22 71.6 0.93 54 129.2 ---

24 75.2 0.86 56 132.8 ---

26 78.8 0.80 58 136.4 ---

28 82.4 0.74 60 140.0 ---

30 86.0 0.69 -- --- ---

4.3 Transformadores de corriente

Un transformador de corriente consiste generalmente, de un devanado de alto voltaje y un devanado de bajo voltaje (ver Figura 21). El voltaje del devanado secundario se prueba a una tensin mxima de 500 Volts. Las conexiones de las dos terminales del devanado de alto voltaje se ponen en corto.

Para transformadores de corriente de dos mdulos, se deben realizar las conexiones como se muestra en las figuras 22a y 22b.

Procedimiento de prueba

El gancho de prueba de alta tensin se conecta a las terminales del devanado de alta tensin, registrando los valores de mVA y mW en el formato de datos de prueba ST-CT-002-H.

Las terminales del devanado secundario estn conectadas a travs de una bornera ubicada en la parte interior de la caja de conexiones. stas se interconectan entre s, colocando el gancho en el puente, registrando los valores de mVA y mW. En el formato de datos de prueba arriba mencionado.


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Conexiones

Posicin HV LV Mide

Ground P1, P2 S1, S2, S3, S4. CP

Ground S1, S2, S3, S4. P1, P2 CS

Figura 21 Transformador de corriente.

.

LV

HV

2S1S

2P1P

1S 2S

2P1P


Conexiones

Posicin kV HV LV Mide

Ground 10 P1, P2 S1, S2 CP

Ground 10 S1, S2 P1, P2 CS

a)

LV

HV

2S1S

2P1P

1S 2S

2P1P

Conexiones

Posicin kV HV LV Mide

Ground 10 P1, P2 S1, S2 CP

Ground 0.5 S1, S2 P1, P2 CS

b)

Figura 22 TC de dos secciones: a) Medicin del mdulo superior y b) Medicin del mdulo inferior.


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Valores de prueba

Dada la gran variedad de marcas y tipos de estos equipos y considerando despreciables las prdidas superficiales de la boquilla, el criterio utilizado en transformadores de corriente de tensiones menores a 115 kV, es de un factor de potencia aceptable hasta 1% y para tensiones mayores de 115 kV, hasta un valor de 0,5%, ambos a 20C.

En caso de duda consultar el historial de pruebas del equipo as como los datos proporcionados por el fabricante.

4.4 Apartarrayos

La funcin de un apartarrayo es limitar los frentes de ondas de voltaje generadas por maniobras o descargas atmosfricas; al realizar esta funcin es evidente que el apartarrayo debe poder soportar continuamente el voltaje normal de operacin del sistema. Una medicin completa en apartarrayos debera entonces determinar las caractersticas de onda y frecuencia. Las pruebas de onda involucran una gran cantidad de equipos, por lo que normalmente no se hace en campo. Las mediciones de factor de potencia han tenido xito en la gran variedad de apartarrayos para localizar aqullos que podran fallar bajo esfuerzos de voltajes de operacin.

Cualquier apartarrayo de las marcas ms conocidas, ya sean de estacin o de lnea, est constituido por explosores (gaps) y elementos de vlvula, los cuales estn alojados en una

porcelana. De hecho cada unidad es un apartarrayo independiente. Todos emplean elementos explosores en serie con resistencias en derivaciones para proteger los explosores y proporcionar voltajes uniformes. Los elementos de vlvula utilizan materiales con caractersticas no lineales tales como sodios, carburos y silicios, de tal manera que reducen su resistencia elctrica cuando el voltaje y la corriente aumentan.

El objetivo de efectuar la medicin de factor de potencia en apartarrayos es descubrir, a travs de los valores de prdidas en mW, los efectos producidos por la contaminacin en el gap o suciedad en los elementos autovalvulares, humedad, xidos metlicos, as como corrosin en el gap, porcelanas despostilladas o porosas. El anlisis de las mediciones de apartarrayos se basa normalmente en los valores de las prdidas en mW. En las figura 23, 24 y 25 se muestran las conexiones para la medicin en apartarrayos de una, dos y tres secciones, respectivamente. Los valores de la prueba se registraran en el formato de datos de prueba ST-CT-002-I. Cuando se trate de apartarrayos constituidos por tres o ms secciones se tiene la opcin de variar el procedimiento de prueba, aterrizando el conector de alta tensin, sin desconectar el conductor. Para apartarrayos de cinco secciones, ver el circuito de prueba de la figura 26. Las conexiones del equipo probador se harn como se indica en los formatos de prueba correspondiente.


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Conexiones

Posicin HV LV Mide

Ground 1 2 C12

Figura 23 Apartarrayos de una seccin.

Conexiones

Prueba Posicin Energizar A tierra Mide

1 Ground 1 2 A

2 Ground 2 3 B

3 Ground 1 3 A+B

4 UST-1 2 3 A

Figura 24 Apartarrayos de dos secciones.



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Conexiones

Prueba Posicin Energizar A tierra Mide

1 Ground 1 2 A

2 Ground 2 3 B

3 Ground 3 4 C

4 UST-1 1 4 A+B+C

Figura 25 Apartarrayos de tres secciones.

Debido a la gran variedad de elementos que existen en el mercado con diferentes fabricantes, se dificulta la normalizacin de los valores de aceptacin.

A pesar de la gran variedad que existe, se han podido analizar algunos resultados de las mediciones, obteniendo que los tipos de defectos ms comunes en los apartarrayos cuando las prdidas son ms altas que lo normal son: contaminacin por humedad, suciedad o polvo depositado dentro de la superficie inferior de los faldones de la porcelana, o bien una contaminacin de la superficie exterior del sello del gap dentro de la porcelana, gaps corrodos, depsitos de sales de aluminio aparentemente

causadas por la interaccin entre la humedad y productos resultantes por efecto corona y porcelana quebrada. Estas causas son responsables del incremento en los valores de prdidas respecto a los valores normales. Las prdidas pueden ser restauradas a valores normales con la limpieza de las superficies contaminadas. Se han obtenido prdidas ms bajas de lo normal en los casos de unidades que tiene rotos los resistores shunt, as como en apartarrayos cuyo circuito est abierto, causado por rotura de los elementos de preionizacin. Normalmente es recomendable que las reparaciones en los sellos de los gaps no se intenten en campo.



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Conexiones

Prueba nmero

Modo de prueba


1 GST 2 1, 6 3 --- A

2 GST 3 1, 2, 6 4 --- B

3 UST 3 1, 2, 6 --- 4 C

4 UST 5 1, 6 --- 4 D

5 GST 5 1, 6 4 --- E

Figura 26 Circuito de prueba para apartarrayos de cinco secciones.

En la tabla 7 se muestran las conexiones que se deben realizar para la prueba en apartarrayos de cuatro secciones.

Valores de prueba

El anlisis de las mediciones de apartarrayos se basa normalmente en los valores de las prdidas en mW o su equivalente en Watts; 16 mW cuando la medicin se realice a un voltaje de 2500 V. Cuando la medicin se realice a 10 kV las mximas prdidas permitidas sern de 256 mW (0.256 W). Sin embargo los valores obtenidos de prdidas, debern compararse con los valores

registrados en los historiales de pruebas y con los resultados de equipos similares.

Tabla 7 Tabla de conexiones

Prueba

No. Energizar Ground Mide

1 1 2 A

2 2 3 B

3 3 4 C

4 4 5 D

5 1 5 A+B+C+D



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4.5 Cables de potencia

La medicin de factor de potencia en cables se aplica a longitudes cortas, pudiendo ser ste un cable para transmitir la energa de un generador a un transformador elevador. Los resultados de las mediciones pueden verse afectados por diversos factores si no se toma la precaucin de investigarlos antes de interpretarlos.

Cuando se hace una medicin en un cable no blindado, la medicin no se refiere nicamente al aislamiento del cable, ya que incluye materiales que le rodean, como son ductos de fibra. Las prdidas en los materiales extraos no son inherentes al aislamiento del cable, pero se incluyen en la medicin.

Una estimacin inapropiada de prdidas externas puede llevar a una determinacin que no sea altamente confiable; la misma condicin existe para cables multiconductores no blindados, en estos casos por medio de la medicin en UST es posible hacer mediciones de factor de potencia y en estas condiciones se estar midiendo el aislamiento entre conductores.

Esto se nota en una medicin en UST, en donde un circuito de guarda aterrizado se utiliza para drenar del circuito de medicin, cualquier corriente que pase entre la prueba y tierra.

Algunos tipos de cables estn parcialmente blindados, cubiertos de asbesto sobre cables no blindados, son semiconductores en condiciones de humedad moderadamente alta, por lo cual su aislamiento es muy pobre. Algunas cubiertas se impregnan con grafito, el cual es un aislamiento efectivo, pero ste no tiene una resistividad apreciable, adems no es uniforme. En cualquier aislamiento, las prdidas se producen por corriente de carga del cable. El aumento de prdidas depende de la resistividad del aislamiento y de la distancia entre los puntos del aislamiento y tierra. Las prdidas causan un

aparente incremento en el factor de potencia del aislamiento del cable y deben tomarse como resultados al hacer el anlisis.

Muchos cables con rangos de operacin superiores a 5 kV estn blindados metlicamente, su aislamiento se confina con dicha pantalla. El factor de potencia medido debe considerarse como el promedio de factor de potencia de cada longitud elemental de aislamiento. Ver figura 27.

Si una seccin de cable aumenta en factor de potencia, el alto factor de potencia de dicha seccin puede ser promediado con el factor de potencia normal del cable. El efecto del alto factor de potencia en la seccin depende en parte de la longitud total donde se encuentre la seccin.

La habilidad para detectar una falla disminuye al aumentar la longitud de cable bajo prueba. Las mediciones no deben considerarse confiables para detectar fallas locales en cables con unos cuantos cientos de metros en longitud, por lo tanto, las mediciones debern auxiliarse en indicaciones generales de deterioracin, basadas en comparacin de prdidas y factor de potencia de varias longitudes de cable con resultados de mediciones iniciales. En la figura 27 se muestra el diagrama de prueba a un cable monofsico. Para cables trifsicos, el diagrama de conexin se muestra en la figura 28. Los valores de medicin obtenidos debern registrarse en el formato de datos de prueba ST-CT-002-J.

En la actualidad existen otros mtodos ms confiables para probar el aislamiento con terminales de los cables de potencia, utilizando un equipo probador de rigidez dielctrica de aislamiento (High-Pot) probando el aislamiento al porcentaje que indique el fabricante. En la tabla 8 se muestran las tensiones de CD empleadas para pruebas en campo.


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Figura 27 Circuito de prueba para cables.

Conexiones

Prueba Energizar Aterrizar Mide

1 A B+C A

2 B A+C B

3 C A+B C

4 A+B+C A+B+C

Figura 28 Circuito de prueba para un conductor trifsico.



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Tabla 8 Tensiones de CD aplicadas en campo

Al terminar la instalacin

Despus de la instalacin en caso

de falla Clase

KV A B A B

5 28 36 9 11

8 36 44 11 14

15 56 64 18 20

25 80 96 25 30

35 100 124 31 39

46 132 172 41 54

69 192 192 61 61 Notas: 1: Columna A -100 % nivel de aislamiento 2: Columna B -113 % nivel de aislamiento

En la tabla 9 se dan a conocer algunos valores de factor de potencia que podrn servir como gua para tomar un criterio en la interpretacin de los resultados de las mediciones que se lleven a cabo, de acuerdo con el tipo de aislamiento y voltaje del cable de que se trate.

Tabla 9 Valores de FP para cables

Tipo de aislamiento F.P.

Butilo hasta 15 kV Hasta 3%

Dacrn Vidrio 5 kV Hasta 6%

Papel y aceite de 34.5 kV Hasta 1%

Papel y aceite de 69 a 230 kV Hasta 1%

Polietileno hasta15 kV Hasta 1%

Hule 15 kV Hasta 6%

Barniz Cambridge hasta 15 kV Hasta 5%

4.6 Aceite aislante

Probablemente la medicin de factor de potencia, sea la ms importante a efectuar al aceite, ya que nos da una idea muy clara de su deterioro y contaminacin.

El factor de potencia es la medida del coseno del ngulo de fase o el seno del ngulo de prdidas,

de acuerdo con la teora de los dielctricos. En lo qumico es la medicin de la corriente de fuga a travs del aceite, la cual la convierte en una medicin de la contaminacin o deterioro de dicho aceite; esto depende de una accin bipolar y afortunadamente la mayora de los contaminantes son de naturaleza polar, mientras que el aceite no lo es.

Para probar el factor de potencia al aceite, se utiliza una celda especial, la cual es esencialmente un capacitor que utiliza como dielctrico el aceite bajo prueba.

Procedimiento de prueba

Debe tenerse especial cuidado de que la muestra sea efectivamente la representativa, para lo cual debe purgarse suficiente aceite de la vlvula de muestreo del equipo que se est probando, para que cualquier suciedad o agua acumulada en esta vlvula sea drenada antes de llenar la celda. Las burbujas de aire, agua y materiales extraos son la causa usual de ruptura dentro de la celda. Por lo tanto, despus de obtener la muestra, sta debe dejarse reposar por un tiempo aproximado de cinco minutos, durante el cual el aire atrapado podr escapar y las partculas de material extrao se depositarn en el fondo de la celda. Para realizar el muestreo de aceite, consulte el procedimiento para el muestreo de aceite aislante ST-CT-006.

Se debe llenar la celda con el aceite a probar hasta una altura aproximada del tope superior, hecho esto se cubre con su tapa y se asegura para que sta quede ajustada apropiadamente, enseguida se coloca la celda en una base firme y nivelada, evitando as que la superficie del lquido quede a desnivel.

Las conexiones de la celda al aparato de prueba se efectan de acuerdo con el diagrama mostrado en la figura 29. Los valores de medicin obtenidos debern registrarse en el formato de prueba del equipo de transformacin que se est probando.


Revisin 1



1980 Diciembre 2007

TERMINAL DE TIERRA LV

GUARDAENERGIZAR

HV

Figura 29 Circuito de prueba para la medicin de factor de potencia en aceites.

4.7 Boquillas

Para realizar la medicin de factor de potencia y prdidas dielctricas a boquillas, vea el procedimiento ST-CT-011 Procedimiento de prueba a boquillas.

5 Bibliografa

a) CFE K0000-06 Transformadores de potencia de 10 MVA y mayores.

b) CFE-D3100-19 Aceite aislante.

c) CFE-53000-95 Boquillas de alta tensin de 7,2 kV a 420 kV.

d) Equipo porttil de prueba de aislamiento tipo M2H de 10 kV, Manual de operacin para prueba de aislamiento de equipos elctricos de

potencia por el mtodo de factor de potencia y prdidas dielctricas de doble, Doble Engineering Company.

e) Gua para el mantenimiento del transformador, M. Horning, J. Nelly, S. Myers, R. Stebbins, Transformer Maintenance Institute, 2005.

f) Electrical power equipment maintenance and testing, Paul Gill, Ed. Pretince Hall.

g) Service handbook for power transformers, ABB, January 2006.

h) Testing and maintenance of high voltage bushings, Power System Maintenance Manual, Dennis Schurman, February 1999.



Revisin 1




i) Transformer maintenance, facilities instructions, standards and techniques, United States department of the interior bureau of reclamation, Denver, Colorado, October 2000.

j) Transformer diagnostics, United States Department of the Interior Bureau of Reclamation, June 2003.


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Anexo A Formatos de datos de prueba

ST-CT-002-A Transformador de dos devanados

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Revisin 1



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Revisin 1



1980 Diciembre 2007

ST-CT-002-B Transformador de tres devanados

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c.f.e. Procedimientos Para Medir El Factor de Potencia en Aislamientos en Equipos Electricos

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