UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DETECNOLOGA E INGENIERA ELCTRICA PRUEBAS ELCTRICAS DE DIAGNSTICO A LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA Por: Arthuro Jos Lon NG INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electricista Sartenejas, Noviembre de 2012 UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE TECNOLOGA E INGENIERA ELCTRICA PRUEBAS ELCTRICAS DE DIAGNSTICO A LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA Por: Arthuro Jos Lon NG Realizado con la asesora de: Tutor Acadmico: Prof. Juan Carlos Rodrguez Tutor Industrial: Ing. Braulio Ramos INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electricista Sartenejas, Mayo de 2012 iv PRUEBAS ELCTRICAS DE DIAGNSTICOA LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA POR ARTHURO JOS LON NG RESUMEN Elpresenteinformemuestraelestudiodeltransformadordepotenciaatravsdelaspruebas elctricasdediagnosticodurantesuprocesodereparacinymantenimientoeneltallerCNRT (CentroNacionaldeReparacindeTransformadoresdePotencia)conelfindedeterminarla condicindesusistemadeaislamiento,sieslanormalmenteesperada,sihayindiciosdela ocurrenciadeunafallaysiestayaocurrisirveparadeterminarelsectorfalladoylos componentes afectados. Se realiz una investigacin de los objetivos, montajes, procedimientos e interpretacin de cada prueba elctrica (factor de potencia, corriente de excitacin, resistencia de aislamiento,relacindetransformacin,etc.),yunestudiodelosfactoresqueinfluyenenel deteriorodesusistemaaislanteconstituidoprincipalmenteporaceitemineralycelulosa;ylosprocesos de recuperacin como: el tratamiento de aceite y el secado del aislamiento slido. Entre lasconclusionesmsimportantesestnqueladistribucindelacorrientedeexcitacinparaun transformadortipocolumnaseslamismaparalasfasesexternasymenorenlafasecentral debido a que el flujo magntico recorre un camino de menor reluctancia, las pruebas de factor de potenciasirvenparadeterminarelcontenidodehumedaddeltransformadorylasnormativas internacionalesIEC,IEEEnodefinenloscriteriosdeaceptacindeestaspruebas,soloofrecen recomendacionesdeseguridadydeprotocoloparalacorrectaejecucindeestas,porloquese utilizaronloscriteriosdeltallerCNRTquesiguenlosvaloresestndaresusadosporlos fabricantes. v DEDICATORIA A mis Padres, A mis Hermanos, A Miguel Zapata. vi AGRADECIMIENTOS ADiossobretodaslascosaspordarmelavidaysalud,sinellasnopodrarealizar ninguna actividad. Amispadresyamishermanosporsugranapoyoincondicionalyporensearmelos valores y principios necesarios que me han llevado por este camino. Amisamigosporsiempreacompaarmeycompartirmomentosespecialesenel transcurso de mi vida universitaria. AmitutorindustrialIng.BraulioRamosporbrindarmelaoportunidadderealizarlas pasantas en el taller CNRT. AmitutoracadmicoProf.JuanCarlosRodrguezporbrindarmetodoelapoyo necesario para la realizacin de este informe. A todo el personal que labora en las instalaciones del CNRT que compartieron conmigo y prestaronsuapoyoduranteestaetapadelacarrera,especialmentealIng.Romero,Tec.Luis Pacheco, Ing. Moises Campos, Sr. Miguel Zapata, Ing Sariol e Ing. Jhonatan Carta. vii NDICE GENERAL RESUMEN .................................................................................................................................... iv DEDICATORIA ............................................................................................................................ v AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................... vi NDICE GENERAL .................................................................................................................... vii NDICE DE TABLAS .................................................................................................................. xi NDICE DE FIGURAS ............................................................................................................... xii INTRODUCCIN ......................................................................................................................... 1 Objetivo general ......................................................................................................................... 2 Objetivos especficos ................................................................................................................. 2 CAPTULO I ................................................................................................................................. 4 DESCRIPCION DE LA EMPRESA ........................................................................................... 4 1.1 Resea histrica ................................................................................................................... 4 1.2 Visin de CADAFE ............................................................................................................. 6 1.3 Misin de CADAFE ............................................................................................................ 6 1.4 CENTRO NACIONAL DE RECUPERACION DE TRANSFORMADORES .................. 6 1.5 Estructura Organizativa ....................................................................................................... 8 CAPTULO II ................................................................................................................................ 5 EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA Y LOS FACTORES QUE AFECTAN SUS CARACTERISTICAS AISLANTES ........................................................................................... 5 2.1 El transformador de potencia ............................................................................................... 5 2.2 Partes Constitutivas de un transformador .......................................................................... 10 2.3 Origen de las fallas en los transformadores de potencia .................................................... 12 2.4 Mecanismo de Degeneracin del aceite Dielctrico .......................................................... 13 2.5 Mecanismos de Degradacin del Papel Aislante [4] ......................................................... 14 2.5.1 El Problema de la Humedad [4] ................................................................................ 14 2.5.2 El problema de la Oxidacin [4] ............................................................................... 16 2.5.3 El Problema del Calor [4].......................................................................................... 16 viii 2.6 Mantenimiento preventivo del aceite ................................................................................. 17 2.6.1 Cambio de aceite [5] ................................................................................................. 17 2.6.2 Secado del Aceite [5] ................................................................................................ 18 2.6.2.1 Filtrado del Aceite [5] ............................................................................................ 19 2.6.2.2 Evaporacin al vaco [5] ........................................................................................ 19 2.6.2.3 Filtracin y evaporacin al Vaco [5] ..................................................................... 19 2.7 Proceso de Vaco [4] .......................................................................................................... 20 2.8 Tratamiento de aceite [4] ................................................................................................... 21 2.9 Secado de la Parte Activa mediante Recirculacin del Aceite [3]..................................... 22 2.10 Teora del Secado de la Parte Activa de los Transformadores [3] ................................... 23 2.10.1 Mtodos de Secado [3] ............................................................................................ 24 2.10.1.1 Mtodo Antiguo ............................................................................................ 24 2.10.1.2 Mtodo Convencional ................................................................................... 25 2.10.1.3 Mtodo Vapour Phase................................................................................... 25 CAPTULO III ............................................................................................................................ 10 PRUEBAS ELCTRICAS DE CAMPO ................................................................................... 10 3.1 Evaluacin de la Calidad del Sistema Aislante del Transformador ................................... 10 3.2 Recomendaciones generales para realizar pruebas elctricas al equipo primario [7] ........ 27 3.3 Prueba de Resistencia de Aislamiento [7] ......................................................................... 28 3.3.1 Factores que afectan la prueba [7]............................................................................. 29 3.3.2 Conexiones para realizar la prueba [7] ...................................................................... 30 3.3.3 Interpretacin de resultados para la evaluacin de las condiciones de aislamiento .. 32 3.4 Prueba del Factor de Potencia del Aislamiento [7] ............................................................ 33 3.4.1 Mtodos de prueba con el equipo para medicin de factor de potencia [11] ............ 34 3.4.2 Clculo del Factor de Potencia .................................................................................. 36 3.4.3 Conexionespara realizar la prueba de factor de potencia [7] .................................. 36 3.4.4 Interpretacin de resultados para la evaluacin de las condiciones de aislamiento .. 37 3.5 Prueba de la Corriente de Excitacin ................................................................................. 40 3.5.1 Factores que afectan la prueba .................................................................................. 40 3.5.2 Conexiones para realizar la prueba ........................................................................... 41 3.5.3 Interpretacin de resultados ...................................................................................... 44 3.6 Prueba de relacin de transformacin ................................................................................ 45 ix 3.6.1 Mtodos de prueba e interpretacin de resultados .................................................... 46 3.7 Prueba de Resistencia hmica a Devanados ..................................................................... 47 3.7.1 Mtodos de Medicin ................................................................................................ 47 3.7.2 Conexiones para realizar la prueba ........................................................................... 48 3.7.3 Interpretacin de Resultados ..................................................................................... 50 3.8 Prueba de rigidez dielctrica del aceite .............................................................................. 52 3.8.1 Procedimiento de prueba ........................................................................................... 53 3.9 Pruebas Especiales realizadas en el Centro Nacional de Reparacin de Transformadores54 3.9.1 Ensayo de tensin Inducida ....................................................................................... 54 3.9.2 Prueba de Impedancia de Cortocircuito a Tensin Reducida ................................... 56 CAPTULO IV ............................................................................................................................. 27 PRUEBAS REALIZADAS EN EL CENTRO NACIONAL DE REPARACIN DE TRANSFORMADORES ............................................................................................................. 27 4.1 Pruebas realizadas al Transformador Siemensserial 311509 ........................................... 58 4.1.1 Prueba de factor de potencia ..................................................................................... 58 4.1.2 Prueba de Impedancia de Cortocircuito a tensin reducida ...................................... 59 4.1.3 Prueba de relacin de transformacin ....................................................................... 61 4.2 Transformador BBC serial GM-94608 .............................................................................. 63 4.2.1 Prueba de Aislamiento de los devanados del transformador ..................................... 65 4.3 Transformador Caivet serial 2402207 ............................................................................... 67 4.3.1 Pruebas de corriente de excitacin ............................................................................ 67 4.3.1.1 Prueba de corriente de Excitacin despus del Secado de la Parte Activa en el Horno de Induccin (con la parte activa sin aceite) ................................................... 67 4.3.1.2 Prueba Final de Corriente de Excitacin ........................................................ 68 4.3.2 Pruebas de Factor de potencia ................................................................................... 68 4.3.2.1 Prueba de Factor de Potencia despus del tratamiento de la parte activa mediante inyeccin de corriente y antes de introducirlo al horno de induccin ........ 68 4.3.2.2 Prueba de Factor de Potencia despus del secado de la parte activa en el horno de induccin ................................................................................................................ 69 4.3.2.3 Prueba final de Factor de Potencia despus del tratamiento de aislantes slidos .................................................................................................................................... 72 4.3.3 Prueba de Tensin Inducida ...................................................................................... 73 x 4.3.4 Prueba de Relacin de Transformacin .................................................................... 74 4.4 Pruebas elctricas a Subestaciones Mviles IEM, serial 26-1737 ..................................... 75 4.4.1 Prueba de factor de Potencia S/E mvil IEM ............................................................ 75 4.4.2 Corriente de Excitacin S/E mvil IEM ................................................................... 77 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 78 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................................... 81 APENDICE A ............................................................................................................................... 83 Caractersticas principales de los instrumentos de medicin ................................................... 83 A.1 Equipo de prueba de factor de potencia y capacitancia Doble M2H-10kV ................ 83 A.2 Equipo de prueba de baja tensin de capacitancia y factor de potencia del aislamiento (Megger CB-100) ............................................................................................................... 83 A.3 Equipo de prueba de resistencia de arrollamientos y cambiador de derivaciones (Ohmmetro de Transformadores) ...................................................................................... 84 A.4 Equipo de prueba de relacin de vueltas de transformador trifsico (Megger TTR 550503)............................................................................................................................... 85 A.5 Equipos de prueba de resistencia de aislamiento de 10 KV (Megger S0-1052/2) ...... 85 APENDICE B ................................................................................................................................ 87 B.1 Recomendaciones para realizar la Prueba de Resistencia de Aislamiento .................. 87 B.2 Recomendaciones para realizar pruebas de Factor de Potencia del Aislamiento ........ 87 B.3 Recomendaciones para efectuar la prueba de corriente de excitacin ........................ 88 APENDICE C ................................................................................................................................ 91 C.1.1 Procedimiento de la prueba de factor de potencia con el Medidor M2H de 10 kV . 91 C.1.2 Interferencia Electrosttica ....................................................................................... 94 C.2 Procedimiento de prueba de relacin de transformacin con el puente TTR-55050394 APENDICE D ............................................................................................................................... 96 D.1 Formato de la prueba de relacin de transformacin .................................................. 96 D.2 Formato de la prueba de factor de potencia ................................................................ 97 D.3 Formato de la prueba de corriente de excitacin ......................................................... 98 xi NDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Voltajes recomendados por la MEGGER para medir la resistencia de aislamiento [8] 28 Tabla 3.2 Correccin por temperatura para resistencia de aislamiento [7] ................................... 32 Tabla3.3ResistenciadeAislamientodelTransformador.Tensindepruebaaceptaday resultados mnimos. [14] .............................................................................................. 33 Tabla 3.4 Comparacin de valores de FP y Tang para ngulos pequeos de [10] .................. 34 Tabla 3.5 Voltajes recomendados por la DOBLE para las prueba de factor de potencia [10] ...... 34 Tabla3.6Interpretacinderesultadosdelaspruebasdefactordepotenciaentransformadores modernos inmersos en aceite[12] ............................................................................... 38 Tabla 3.7 Factores de potencias recomendados para transformadores sumergidos en aceite [14] 38 Tabla3.8Multiplicadoresparareferirfactoresdepotenciadetransformadores,reactoresy reguladores de voltaje a temperaturas de 20 C[10] ................................................... 39 Tabla 3.9 Comparacin entre el mtodo del voltmetro y el mtodo puente................................. 46 Tabla 3.10 Caractersticas principales de las normas D-877 y D 1816 ......................................... 53 Tabla 4.1 Resultados de la prueba de factor de potencia Transformador SIEMENS 311509 ...... 59 Tabla 4.2 Resultados de la prueba de Zcc, Transformador Siemens 311509 ................................ 60 Tabla 4.3 Desviacin de la Zcc obtenido durante la prueba, Transformador Siemens 311509 .... 60 Tabla 4.4 Medicin de la resistencia de aislamiento. Transformador BBC-GM-94608 ............... 66 Tabla C.1 Posiciones de los cables de baja tensin para el equipo Doble M2H ........................... 93 xii NDICE DE FIGURAS Figura 1 Organigrama de la empresa ............................................................................................... 8 Figura 2.1 Principales componentes externos de un transformador depotencia [3] .................... 11 Figura 2.2 Vista interna del transformador CEM 115/34.5 kV en el CNRT. ................................ 11 Figura 2.3 Ciclo de vida de un transformador de potencia [19] .................................................... 12 Figura 3.1 Circuito equivalente de un aislamiento en DC ............................................................. 28 Figura 3.2 Resistencia de aislamiento con respecto al tiempo [8] ................................................ 29 Figura 3.3 Transformadores de dos devanados [7] ....................................................................... 31 Figura 3.4 Transformadores de tres devanados [7] ....................................................................... 31 Figura 3.5 Descomposicin fasorial de la corriente de aislamiento [10] ...................................... 33 Figura 3.6 Mtodos para realizar la prueba de factor de potencia [12] ......................................... 35 Figura 3.7 Efecto de no cortocircuitar los devanados en la prueba de factor de potencia [10] ..... 35 Figura 3.8 Transformadores de dos devanados [7] ....................................................................... 36 Figura 3.9 Transformadores de tres devanados [7] ....................................................................... 37 Figura 3.10 Representacin esquemtica para aislamientos de transformadores [10] .................. 37 Figura 3.11 Representacin circuital de la prueba con el transformador conectado en delta [10] 41 Figura 3.12 Esquema circuital de la prueba en un transformador conectado en estrella [10] ....... 42 Figura 3.13 Conexiones para transformador de dos devanados conectado en delta en A.T. [10]. 42 Figura 3.14 Conexiones en transformador de dos devanados conectado en estrella en A.T. [10]43 Figura 3.15 Conexiones de prueba para transformador de tres devanados [7] .............................. 43 Figura 3.16 Distribucin de los flujos magnticos en ncleos de tres columnas [10] .................. 44 Figura 3.17 Medicin de la resistencia dearrollado por el mtodo voltiamperimtrico .............. 48 Figura 3.18 Prueba de resistencia hmica, transformadores de dos devanados [7] ...................... 49 Figura 3.19 Prueba de resistencia hmica. Transformadores de dos devanados [7] ..................... 49 Figura 3.20 Conexin prueba de resistencia hmica, transformador de tres devanados [7] ......... 50 Figura 3.21 Conexin de los devanados en delta [17] ................................................................... 50 xiii Figura 3.22 Conexin de los devanados en estrella [17] ............................................................... 51 Figura 3.23 Equipo de prueba Hipotronics para la prueba de rigidez dielctrica ......................... 53 Figura 3.24 Circuito elctrico para la prueba de tensin inducida [17] ........................................ 55 Figura 3.25 Circuito elctrico para la prueba de impedancia de cortocircuito .............................. 56 Figura 4.1 Desencubado de la parte activa de transformador BBC-GM-94608 ........................... 64 Figura 4.2 Parte activa del transformador BBC dentro del horno de induccin ........................... 65 Figura 4.3 Transformadores Caivet y Mitsubishi (amarillo) en el horno de induccin ................ 70 Figura 4.4 Subestacin Mvil IEM serial 26-1737 ....................................................................... 75 Figura A.1 Doble M2H .................................................................................................................. 83 Figura A.2 Megger CB-100 ........................................................................................................... 84 Figura A.3 Equipo para prueba de resistencia de arrollado ........................................................... 84 Figura A.4 Equipo TTR para medicin de relacin de transformacin ........................................ 85 Figura C.1 Panel de la unidad de medicin y transformacin de un medidor de factor de potencia. ...................................................................................................................................... 93 Figura C.2 Equipo de prueba M2H, panel de la unidad de potencia ............................................. 94 Figura C.3 Esquema de conexin con el puente de relacin TTR-550503 ................................... 95 1 INTRODUCCIN Lostransformadoresdepotenciasonelementosesencialesenlatransmisindeenerga elctrica,consistenenaparatosestticoscondosomsdevanados,loscualesatravsde induccinelectromagntica,transformanunsistemadevoltajeycorrientesalternasenotro sistema de voltajes y corrientes, usualmente de diferentes valores y con la misma frecuencia con elpropsitodetransmitirenergaelctrica.Sinestosdispositivoseltransportedeenergaa grandes distancias no sera factible debido a los costes econmicos ocasionados por las prdidas en las lneas de transmisin. La vida de un transformador depender en gran medida, de lacalidad de sus medios aislantes. Estosmediosaislantessedegradanconelpasodetiempoypuedenllegaracontaminarse, ocasionandofallasaltransformadorqueimplicarancostosenlareparacino reacondicionamiento de los mismos. Adems es el componente al que se le debe cuidar en mayor grado, debido a la fragilidad de los mismos respecto a los dems elementos del equipo y por ser el primero en daarse. Enloreferentealareparacin,estatendraqueefectuarseenuntallerespecializadocomoel C.N.R.T. que posee las condiciones y los equipos adecuados donde se puede realizar este proceso deformaptimayeficiente.steseespecializaenlaboresdemantenimientopreventivo, correctivo y reparaciones a transformadores de potencia en sitio y en el taller. Entre los procesos utilizados para la recuperacin del sistema de aislamiento, el tratamiento del aceite dielctrico del transformador y el tratamiento de los aislantes slidos que se encuentran en laparteactivaconstituyenparteprimordialdelmantenimientoqueseefectaalequipoenlas instalaciones del CNRT. En el presente informe se explica la constitucin del sistema de aislamiento del transformador y losfactoresqueafectansuvidatil,ascomotambinlosmecanismosderecuperacindeste sistemaempleadosporeltallerCNRT.Lasrealizacindelaspruebaselctricasdediagnstico sondevitalimportanciaenesteprocesoyaqueproveenlainformacinnecesariaacercadel2 estadodeltransformadoryenbaseaellassetomanlasdecisionesadecuadasparacorregirlascondiciones anormales en el equipo. Las principales normas internacionales, entre ellos la IEC no ofrecen criterios de evaluacin de los resultados de las pruebas de diagnstico de transformadores, solo explican los procedimientos msadecuadosparalarealizacindelaspruebasdeformataldegarantizarlaseguridaddelas personas.Porconsiguiente,laevaluacindelaspruebasusadasenestetrabajosebasan principalmenteenloscriteriosusadosporeltallerdereparacinCNRT,quesonlos recomendadosporlosfabricantes.Unasdelasnormasqueofrecensugerenciasacercadelos valoresesperadosdelaspruebaselctricassonlasnormasNETA(InternationalElectrical Testing Assocciation INC). Objetivo general Realizar pruebas elctricas de diagnstico paraevaluar las condiciones de los transformadores de potencia durante su proceso de reparacin y mantenimiento en el taller CNRT. Objetivos especficos Revisarmaterialbibliogrficosobrelascaractersticasprincipalesdeuntransformador de potencia y las partes del mismo. Investigar el procedimiento y recomendaciones de las pruebas elctricas de diagnostico segn la normativa internacional IEC. Familiarizarse con el entorno de trabajo, las normas de seguridad, reas del taller. Indagaracercadellasprincipalesfactoresqueinfluyeneneldeteriorodelsistemade aislamiento de un transformador de potencia. Indagar acerca del funcionamiento y manejo de los equipos de medicin. Planificarjuntoalpersonaldeltallerlosmontajesdeloscircuitoselctricos, instrumentosdemedicinrequeridosylalogsticaencadaunadelasfasesdelas pruebas diagnostico. Recopilarinformacinacercadelosprocesosderecuperacindelsistemade aislamiento:tratamiento del aceite y secado de la parte activa.3 Ejecutar las pruebas de diagnstico en el taller y en campo para evaluar los condiciones del transformador. ProcesarladatamedidaenelCNRT,paraobtenerlosindicadoresdeintersyas realizarunacomparacinconlosdatosdefabricaoloscriteriosdeaceptacindelas normas internacionales o de la empresa. Este trabajo est dividido de la siguiente manera: ElcaptuloI,narralosantecedentesdeCADAFE,sumisin,visin,valoresyelorigendel Centro Nacional de Reparacin de transformadores. En el captulo II se realiza un breve enfoque sobre el origen de las fallas en los transformadores de potencia, los diferentes procesos de tratamiento de aceite en el secado de transformadores y las causas de contaminacindel mismo; as como se mencionan las caractersticas ms importantes de los mtodos de secado de la parte activa. En el captulo III contiene informacin sobre las pruebas elctricas que deben realizarse a los transformadores, el objetivo de cada ensayo, los mtodos a usar y los criterios de evaluacin. En el captulo IV se muestran y analizan algunos resultados de las pruebas realizadas durante la pasanta en el taller CNRT como parte de las pruebas de rutinas realizado por el personal de taller para el diagnostico y seguimiento del trabajo de reparacin. Yporultimoenlosanexosseencuentrainformacinimportanteacercadelascaractersticas principales de los instrumentos de medicin utilizados en las pasantas, las recomendaciones en la ejecucindecadaunadelaspruebasylosformatosparainsertarlosdatosdelosensayos suministrados por el CNRT. CAPTULO I DESCRIPCION DE LA EMPRESA 1.1 Resea histrica LaCompaadeAdministracinyFomentoElctrico(C.A.D.A.F.E.),fuecreadael27de Octubre de 1.958 por medio de la Corporacin Venezolana de Fomento (C.V.F.), que agrupara a lasquincecompaasdeelectricidadqueexistanparaesemomento;estoconelpropsitode centralizar la administracin y coordinacin de los programas de fomento elctrico en el territorio nacional. En la dcada de 1.968 a1.978, la compaa C.A.D.A.F.E.experimenta un gran empuje,como consecuenciadelaaplicacindepolticasdeconstruccindegrandesplantasdegeneracin, desarrollodelsistemadetransmisineinterconexinycrecimientodelaelectrificacinde caserosycentrospoblados.SecomienzaaconstruirPlantaCentro(Morn-Carabobo),con5 unidades de generacin de 400 MW cada una. C.A.D.A.F.Econstruyoyamplionumerosassubestaciones,logrndoselaincorporacindela IsladeMargaritaalSistemaInterconectadoNacional,atravsdeuncablesubmarinoentrela Pennsula de Araya (Chacopata-Sucre)y Margarita (Punta de Mosquito-Nueva Esparta). En esta misma dcada se interconectan los sistemas central y occidental, y entra en operacin el sistema elctrico asociado a Planta Centro operando en 230kV y 400kV. Entre1.979y1.988C.A.D.A.F.E.logralaconsolidacindelservicioelctricoencasila totalidad del pas (aproximadamente un 90%). En esta etapa se concluye en su totalidad la Planta5 TermoelctricadelCentro,larepresaJuanAntonioRodrguezDomnguezyelprimer desarrollodelcomplejohidroelctricodeLosAndesLeonardoRuizPinedaenUribante-Caparo. Lacuartaetapadedesarrollodelaempresaseinicioconelprocesodedescentralizaciny regionalizacin, el 18 de Mayo de 1.987, cuando la Junta Directiva de C.A.D.A.F.E. aprueba este proyecto de desarrollo organizacional. Se decide crear cinco empresas regionales de distribucin ycomercializacin:CADELA,consedeenSanCristbal,paraatencinalosEstadosTchira, Mrida, Barinas y Trujillo; ELECENTRO, con sede en Maracay para servir a los Estados Aragua, Miranda,Gurico,ApureyAmazonas;ELEOCCIDENTE,consedeenAcarigua,paraprestar servicioelctricoenlosEstadosFalcn,Lara,Yaracuy,Carabobo,CojedesyPortuguesa; ELEORIENTE,con sede en Cumana paraatender a los Estados Sucre, AnzoteguiyBolvar;y SEMDA, con sede en Maturn para servir a los Estados Monagas y Delta Amacuro. C.A.D.A.F.E.harealizadolaplanificacindesistemasdegeneracinytransmisindesdesu fundacin, no as de su sistema de distribucin. Esta poltica ha trado como consecuencia que el crecimiento del sistema de distribucin se ha regido por las tendencias de crecimiento globales de la carga del sistema y no por requerimientos particulares y caractersticas especificas de la carga en cada regin. CADAFE, a finales del 2007 pas a convertirse en Filial de la Corporacin Elctrica Nacional (CORPOELEC), que fue creada por el Gobierno, mediante decreto presidencial N 5.330, en julio de2007,dondeelPresidentedelaRepblica,HugoRafaelChvezFras,establecila reorganizacin del sector elctrico nacional con la finalidad de mejorar el servicio en todo el pas. En el Artculo 2 del documento se define a CORPOELEC como una empresa operadora estatal encargadadelarealizacindelasactividadesdegeneracin,transmisin,distribuciny comercializacin de potencia y energa elctrica [3]. DesdelapublicacindeldecretodecreacindeCORPOELEC,todaslasempresasdelsector: EDELCA,LaEDC,ENELVEN,ENELCO,ENELBAR,CADAFE,GENEVAPCA,ELEBOL, ELEVAL,SENECA,ENAGEN,CALEY,CALIFEyTURBOVEN;vienentrabajando conjuntamente para atender y garantizar el servicio elctrico nacional. 6 CORPOELECtienecomoobjetivoredistribuirlascargasdemaneraquecadaempresaquela conformaasumaelliderazgoenfuncindesupotencialyfortalezas.El objetivoesreagruparse comoequiposdegestinbajounagranCorporacinaprovechandolosvaliososequipos existentes en cada regin [1]. 1.2 Visin de CADAFE Ser una empresa estratgicamente posicionada en la prestacin del servicio de energa elctrica, contecnologadepuntayunpersonalcalificado,comprometidoconeldesarrolloeconmicoy social del pas, ofreciendo servicios de calidad a sus usuarios, con una gestin transparente y una sostenibilidad financiera [1]. 1.3 Misin de CADAFE Prestar un servicio pblico de energa elctrica de calidad, con un personal comprometido en la gestinproductiva,parasatisfacernecesidadesdelosusuarios,hacerusoeficientedelos recursos,enunaGestinquegaranticeingresossuficientes,necesariosalasostenibilidad financieradelaorganizacinyenconcordanciaconunProyectoPasexpresadoenpolticas sociales y de desarrollo [1]. 1.4 CENTRO NACIONAL DE RECUPERACION DE TRANSFORMADORES Paraelaode1.985,C.A.D.A.F.E.empezasentirlosefectosdelaumentodeaquellos insumos importados, afectados por el movimiento ascendente de la paridad de cambio de nuestra moneda y las extranjeras, situacin que afecto tambin la actividad de mantenimiento y mejoras, porquetodoeseequipoenconstantefuncionamiento,requieredecambiodepiezasypartesa fines de su reparacin, buen desempeo y modernizacin. C.A.D.A.F.E.,ya haba hecho estudios sobre la factibilidad de crear un centro de recuperacin de equipamiento elctrico, con mayor nfasis en los transformadores de potencia, esto debido a la carenciadeuntallerespecializadoenlamateria,yasevitarlaadquisicindenuevasunidades las cuales reemplazaban a las ya existentes, lo cual creara altos costos para la empresa. 7 Antes estas necesidades fue fundado el 8 de enero de 1986, el Centro Nacional de Recuperacin deTransformadoresdepotencia(C.N.R.T.)yparaello,seestimocomoinfraestructuralos galpones situados en la Sub-Estacin La Horqueta propiedad de C.A.D.A.F.E., que originalmente estaban provistos para atender el mantenimiento de los autotransformadores de 400kV. ElCentroNacionaldeRecuperacindeTransformadoresabrisuspuertasconunaplantillainicialdenueveobreros,trestcnicosyuningeniero,actualmenteelC.N.R.T.cuentaconun personaltotalde39trabajadores,entreingenieros,tcnicos,personaladministrativo,obreroy personal de limpieza, debido al crecimiento constante de la demanda de trabajo que se solicitan al taller de reparacin y mantenimientos mayores. Arazdelaactividaddesarrolladaporelcentro,C.A.D.A.F.E.,logrotenerunaunidad especializada en transformadores de potencia, mediante la experiencia obtenida por el personal en cadaprocesoderecuperacin,entrenamientoenfabricasinternacionalesdemanufacturasde transformadores,cursoseintercambiosnacionaleseinternacionalesconpersonalexpertoenla reparacin, diseo de este tipo de equipos. ElC.N.R.T.cumpleconlatareaconjuntaderepararequiposdetransformacinyrealizar mantenimiento mayor aunidades con muchos aos de servicio.De hecho la labor pedaggicay deconjuntoefectuadaporeltaller,halogradoquelatasadefallasentransformadoresde potencia,quehabanllegadohastacuatrounidadesporaoenladcadadelosochenta,bajara hasta valores cercanos a un transformador de 115kV cada dos aos. Asimismo es bueno acotar que el taller cuya filosofa principales el diagnostico, reparaciny puesta en servicio de las unidades falladas en todo el territorio nacional, dispone de un personal altamentecapacitadoparalarealizacindelasdiferentestareaspresentadasendicholugar, productodeaosdeexperienciaydeentrenamientosadquiridospormediodecursosdentroy fueradelmismo,ademsdellegaraserelnicotallerdereparacindetransformadoresde Latinoamrica,parafinalizaryaunquelamisinprincipalnoesladeconstruccindeunidades transformadoras, se puederealizar modificaciones a dichas unidades si se considera necesario. 8 1.5 Estructura Organizativa Figura 1 Organigrama de la empresa Ing. Jefe de Taller Ing, Coordinador A Ing. Supervisor Ing, Coordinador B Supervisor del Taller Supervisor de rea MEC/ ELEC Supervisor de rea MEC/ ELEC Almacenista Tcnico electromecnico Tcnico de medicin Montador especialista Capataz de montaje Capataz de montaje Montador especialista Tcnico de medicin Tcnico electromecnico Capataz de montaje Capataz de montaje Montador especialista Montador especialista Obrero Obrero Obrero Obrero Obrero Obrero Obrero CAPTULO II EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA Y LOS FACTORES QUE AFECTAN SUS CARACTERISTICAS AISLANTES 2.1 El transformador de potencia Lostransformadoresdepotenciasonelementosesencialesenlatransmisindeenerga,son mquinaselctricasestticascondosomsdevanados,loscualesatravsdeinduccin electromagntica,transformanunsistemadevoltajeycorrientesalternaenotrosistemade voltajesycorrientesalternasusualmentedediferentesvaloresyconlamismafrecuencia.Sele consideran transformadores de potencia cuando operan a potencias superiores a los 2 MVA. Lainvencindeltransformadoryeldesarrollosimultaneodelasfuentesdepotenciaalterna eliminaronparasiemprelasrestriccionesreferentealalcanceyalniveldelossistemasde potencia. Un transformador cambia, idealmente, un nivel de voltaje alterno a otro nivel de voltaje sinafectarlapotenciaqueselesuministra.Siuntransformadorelevaelniveldevoltajeenun circuito, debe disminuir la corriente para mantener la potencia que entra en el dispositivo igual a la potencia que sale de l. De esta manera, a la potencia elctrica alterna que se genera en un sitio determinado, se le eleva el voltaje para transmitirla a largas distancias con pocas prdidas y luego selereduceparadejarlanuevamenteenelniveldeutilizacinfinal. Puestoquelasprdidasde transmisinenlaslneasdeunsistemadepotenciasonproporcionalesalcuadradodela corriente, al elevar con trasformadores 10 veces el voltaje de transmisin se reduce la corriente en elmismonmerodevecesylasprdidasdetransmisinsereducen100veces.Sinel transformador simplemente no seria posible utilizar la potencia elctrica en muchas de las formas en que se utilizan hoy en da. [2] 10 El aislamiento elctrico es el que evita la circulacin de la corriente entre dos puntos que tienen diferentepotencialelctrico.steesparteconstitutivadetodoslosequiposeinstrumentos elctricos, adems se puede decir, que es la base de la vida del equipoy se pueden encontrar en generadores,pararrayos,pasatapas,disyuntores,transformadores,conductores,etc.Lavidatil delostransformadoresdepotenciadependedelatemperaturadelosdevanados,porqueesta influye directamente en el deterioro del aislamiento del transformador. 2.2 Partes Constitutivas de un transformador Parte Activa Ncleo Devanados Baja Tensin -BT Alta Tensin-AT Estructura mecnica de prensado Conmutador Conexiones de AT y BT Tanque y tapa (proteger la parte activa, disipar el calor) Accesorios Cambiadores de derivaciones Termmetros Indicadores de nivel de Aceite Sistemas de preservacin de aceite con compensador elstico Rel Buchholz Vlvulas de sobrepresin Pasatapas Transformador de corriente tipo boquilla Otros Enlafigura2.1semuestranlosprincipalescomponentesexternosdeuntransformadorde potenciayenlafigura2.2lavistainternadeuntransformadormarcaCEM115/34,5kVcon cambiador de tomas bajo carga, desencubado en el taller CNRT.

11 Figura 2.1 Principales componentes externos de un transformador depotencia [3] Figura 2.2 Vista interna del transformador CEM 115/34.5 kV en el CNRT. 12 2.3 Origen de las fallas en los transformadores de potencia Los transformadores de potencia son equipos integrados por componentes fijos, algunos de los cuales estn solamente sometidos a las presiones derivadas de su propio peso ypor lo tanto, no esposibleconcebirdesgastesorupturasdeesoscomponentesporefectosderoceotorsin durante el funcionamiento normal de tales equipos. En consecuencia, la gran mayora de las fallas queocurrenenlostransformadorestienensuorigenenelsobrecalentamientodesuspartes energizadas.Estesobrecalentamiento,asuvezsedebeaunadelascausassiguientes: sobrecargasprolongadasalascualessonsometidasdichosequipos,odeficienciasenelsistema de refrigeracin del transformador. Lasdeficienciasdelsistemaderefrigeracinsongeneralmenteocasionadaspordefectoo deterioro del aceite dielctrico. Debido al envejecimiento natural del aceite, se forman dentro de stecompuestosorgnicossemislidosloscuales,apartirdeciertaconcentracintiendena depositarse en las paredes de los elementos energizados del equipo. Cuando estos compuestos se recalientan,sevuelvenslidosyresinosos,pudiendollegaraobstruircompletamentelos conductosatravsdeloscualescirculaelaceiteimpidiendolarefrigeracindeltransformador. La eliminacin de esos compuestos semislidos o lodos permite que el transformador de potencia contine operando en forma adecuada y eficiente. Enlafigura2.3semuestraelciclodevidadeuntransformadordepotenciadesdesu fabricacin a travs de la especificacin, hasta el fin de su vida til. Figura 2.3 Ciclo de vida de un transformador de potencia [19] 13 2.4 Mecanismo de Degeneracin del aceite Dielctrico SegnMyers[4],losaceitesdielctricosestnformadosporhidrocarburosqueposeenuna aceptableestabilidadalaoxidacin.Noobstante,esoshidrocarburossonconstantemente activados por efecto de: Radiaciones solares Altas temperaturas a las cuales pueden ser sometidos Descargas elctricas que pueden sucederse en el seno del aceite Una vez que la molcula del hidrocarburo ha sido activada mediante los mecanismos anteriores, puede ser fcilmente afectada por los tomos o molculas de oxigeno presente en el aceitey as se inician las reacciones de oxidacin. Posteriormente esas reacciones de oxidacin, ayudadas por la accin catalizadora del agua, los metales y las altas temperaturas presentes en el transformador, sehacenmscomplejasydancomoresultadolaformacindecompuestosdealtopeso molecular, en cuyas molculas pueden incorporarse varias molculas de agua. Estosesteresasuvezsepolimerizanenpolisteres,resinasocomplejosmolares,de consistencia pastosa, decoloroscuroy muy poco solubles enel aceite. Precisamente eltrmino molecularseutilizaenestecasodebidoalhechodequelacomposicindeloscompuestos formados vara con la cantidad de agua fijada en sus molculas. En un principio esas molculas de polisteres permanecen en solucin en el aceite y le imparte un color amarillo rojizo que se hace cada vezms intenso u oscuro. Cuando la cantidad de esos complejosmolecularessaturenelaceite,elloscomienzanaaglomerarseyasedimentarsesobre lasparedessolidasdelequipoylleganaformarunacapaconsiderabledesedimentos,de consistencia pastosa, que se conoce con el nombre de lodo. Porelefectodelasaltastemperaturasestelodopuedellegaraformarunacapasolidamuy resistente que algunos expertos consideran conveniente para reforzar las resinas que recubren los alambresdelosarrollados.Lospionerosenmantenimientodetransformadoresgeneralmente aludan a esta capa solida as formada como el nico soporte que puede mantener unido un viejo 14 transformador. Pero hoy en da, lo ms aconsejable es evitar por todos los medios posibles que ese soporte llegue alguna vez a formarse, ya que con las rgidas tolerancias utilizadas actualmente en el diseo de transformadores, una capa muy pequea depositada en un conducto o abertura de circulacin de aceite puede limitar notablementela capacidad de refrigeracin de dichos equipos. 2.5 Mecanismos de Degradacin del Papel Aislante [4] El sistema aislante ms eficiente disponible es la celulosa, siempre y cuando este seca, libre de gasysumergidaenaceite.Sinembargoeseleslabnmsdbildelsistemadeaislamientodel transformador. Eldesarrollodelprocesodedeteriorodelcompuestocelulsicoempiezaconelcalentamiento de la celulosa en combinacin con rastros de humedad. Estas reacciones continan hasta provocar el mal funcionamiento del servicio. La humedad en combinacin con el calor destruir el sistema de aislamiento slido antes que la fuerza dielctrica del aceite. Las tres caractersticas que representan los puntos dbiles del compuesto celulsico son: La afinidad por el agua y otros productos provenientes del aceite. La reaccin adversa al oxigeno. La vulnerabilidad al calor. Estastrescaractersticasimponenlaslimitacionesdeoperacindeltransformador. Afortunadamente,ladegradacindelpapelpuedesereficazmentecontroladagraciasaun diagnostico tempranoy respetando los lmites de la celulosa impregnada en aceite. No obstante, esta degradacin solo puede controlarse, nunca eliminarse. 2.5.1 El Problema de la Humedad [4] Laafinidaddelacelulosaconelaguaesmuyfuerte,estacapacidadhigroscpicadelaislante solidonolepermitecompartirdemaneraequilibradasucontenidodehumedadconellquido aislante. 15 La humedad puede estar dividida entre el papel y el aceite en una proporcin definida y en un estadofinaldeequilibrio,endondeelvolumendehumedadcontenidoenpapelcelulsicoes cientosdevecesmsgrandequeenelaceite.Estorepresentaunaraznparareconocerel pequeovalorprcticoquetienelapruebaderigidezdielctricadelaceite.Elpapelabsorbeel agua del aceite, en efecto, lo deshidrata, colocando esta agua en el peor lugar posible, en el papel y en el rea de tensin elctrica ms alta. Cuandolacelulosasecaesexpuestaalahumedadatmosfrica,elaguaseadhiereaesta qumicamenteyfsicamente.Lahumedadesfsicamenteabsorbidaenlasuperficieyenla estructura capilar de la estructura celulsica. El resultado de esta absorcin, en algunos casos, se manifiesta en una hinchazn de la fibra de celulosa. Lahumedadpresenteeselprincipalproblemaenelsecadodelaislamientocelulsicoporun equipo de tratamiento.La naturaleza higroscpica deaislamiento celulsico constituye entonces una dificultad en el proceso de fabricaciny mantenimiento de transformadores de potencia.La humedadafectadirectamentelavidatildeltransformador,normalmentepresenta1%de humedadomenosdesupesototal,unaumentodelahumedadal2%reduciralavidatildel equipo a la mitad como podemos apreciar en la figura 2.4. Figura 2.4 Impacto de la humedad sobre la vida til del transformador [3] La extraccin de humedad del aislamiento celulsico por medio de la aplicacin del calor seco, serealizaexponiendoelequipoaisladoaunaaltatemperatura,generalmenteenelrangodelos 100 C a 120 C. No obstante debe considerarse que la temperatura solo puede ser tan alta como seaposiblesiempreycuandonoocasionedaosqumicosnifsicosenelaislamiento.La humedadporconsiguientesolopuedesereliminadaconlaelevacindetemperatura.La 16 extraccin completa de la humedad del aislamiento celulsico sin causar degradacin qumica es una imposibilidad prctica. 2.5.2 El problema de la Oxidacin [4] Laoxidacinesnormalmenteasociadaconeldeteriorodelaceiteaislante.Sinembargola oxidacin del aceite, el calory la humedad trabajan en combinacin; esta combinacin afecta al aceite y al papel de diferentes maneras como son: Elaislamientolquido(aceite):laoxidacinylahumedadcomoenemigosdel aislamiento, y el calor como acelerador primario. Elaislamientosolido(papel):elcalorylahumedadcomoenemigosdelaislamiento con la oxidacin como acelerador primario. La oxidacin puede controlarse, pero no puede eliminarse. El oxigeno viene de la atmsfera o es liberado de la celulosa como resultado del calor. La oxidacin de la celulosa es acelerada por lapresenciadeciertosproductosprovenientesdelaceitellamadoscompuestospolarescomo cidos, perxidos y agua. El papel kraf, es sumamente poroso, este absorber alrededor del 10% del aceite contenido en el transformador.Porconsiguiente,elprocesodedegradacindelaislamientocelulsicoempieza inmediatamente despus del llenado de aceite del transformador. 2.5.3 El Problema del Calor [4] Aproximadamente 90% de la degradacin del aislamiento celulsico, es de origen trmico.La temperaturaelevadaaceleraelenvejecimiento,reduciendolafuerzamecnicaydielctricadel aislamientosolido.Losefectossecundariosincluyenladescomposicindelpapel (despolimerizacin), y la produccin de agua, materiales cidos y gases. La degradacin trmica es funcin de del tiempo, la temperatura y la sequia del sistema inicial. Desgraciadamente la temperatura no es uniforme a lo largo del transformador, por esta razn se 17 debe tener extremadaprecaucin al seleccionar los mtodos de medicin de temperatura para el diseo del mtodo alternativo de secado. Silacelulosasecalientaenpresenciaoausenciadeoxigeno,sudegradacinesacelerada. Cuando esta se calienta rompe el enlace de la molcula de la celulosa (glucosa), y se ve afectada con la formacin de agua. Esta presencia de agua provoca un nuevo enlace molecular, y a su vez debilita el hidrogeno que une las cadenas moleculares de las fibras de la pulpa. 2.6 Mantenimiento preventivo del aceite Segn el fabricante de aceites Puramn [5], el mantenimiento preventivo de los transformadores de potencia debe orientarse hacia el logro de los siguientes objetivos: Mantenerlaoperacineficientedelequipoporelmayortiempoposibley sin interrupciones imprevistas. Prevenir las fallas prematuras del equipo. Conservarlasinversionesrepresentadasporeltransformadoryelsistema elctrico asociado a sus operaciones. Eltratamientopuedeconsistir,deacuerdoconlanaturalezadeladeficienciaquesequiere corregir, en una o varias de las siguientes operaciones: Cambio del aceite. Secado del aceite. Secado del sistema dielctrico. 2.6.1 Cambio de aceite [5] Elcambiodeaceiteslosejustificacuandodichaoperacinvaacompaadadeuna recirculacino lavado previo con aceite nuevo a alta temperatura, con lo cual se eliminara parte 18 del agua y del lodo contenido en el equipo. No ayuda mucho en el mantenimiento preventivo del transformador,yaquenodisminuyeconsiderablementelascantidadesdeaguaylodoque pudieran existir en el transformador. Cuandoelgradodedeteriorodeaceiteseencuentrabastanteavanzado,esdecir,cuandoyael lodo ha comenzadoa precipitarseen el interior del equipoy la celulosade papel dielctrico ha logradoacumularunaconsiderablecantidaddeagua(mayora4.5%dehumedad[6]),elsolo cambio de aceite no modifica mucho la condicin del transformador, si se toma en cuenta que el 99,75%delaguacontenidaenelequiposeencuentradiluidaenlacelulosapresenteenel transformador. Noobstante,durantelaoperacindecambiodeaceitedeuntransformadordepotenciaes conveniente tener en cuenta las siguientes precauciones: Dejar drenar completamente todo el aceite contenido en el equipo. Procurar que el cambio de aceite se lleve a efecto en un ambiente seco o de baja humedad relativa. La temperatura del aceite debe ser lo ms cercana posible a la del ambiente, pues desermenor,elaceitecondensaraensuinteriorlahumedadambientalysiesmayor, tendera a saturarse con ella. Evitar la exposicin prolongada del ncleo del transformador al aire hmedo o a cualquier otrogasconhumedadrelativaigualomayorque85%,conelfindeevitarqueelpapel dielctrico y la madera que conforman la parte activa del transformador fijen la humedad contenida en el aire. 2.6.2 Secado del Aceite [5] Puede efectuarse mediante las operaciones convencionales siguientes: Filtrando el aceite hmedo a travs de un medio secante o hidrfilo. La evaporacin al vacio del agua contenida en el aceite. Lacombinacindeunafiltracinatravsdeunmediohidrfilomaslaevaporacinal vacio del aceite filtrado. 19 2.6.2.1 Filtrado del Aceite [5] Serealizaatravsdeunmediohidrfilo(papelsecooarcillaactivada),estodisminuyela cantidaddehumedadcontenidaenelaceite(disueltaosuspendida)yademseliminalas partculas slidas de lodo suspendidas en su interior, con lo cual disminuye considerablemente el grado de acidez del aceite. No obstante, el grado de secado obtenido de estos procesos es bastante deficiente en gran medida de la humedad relativa originalmente contenida en el aceite usado. La filtracin del aceite a travs del papel secante se realiza en equipos cuyautilizacin ha sido bastanterelegadaactualmenteporotrosmateriales.Paralafiltracinconarcillaseutilizan tanquescilndricosencuyointeriorseencuentradichomaterialfinamentegranulado.Enla actualidad,tambinseconsiguenenelmercadofiltrosdecermicadeporosidadmicromtrica que eliminan casi totalmente la humedad y el lodo suspendidos en el aceite. 2.6.2.2 Evaporacin al vaco [5] Elmtodogeneralizadoyeficientedeeliminarlahumedadcontenidadelaceitedielctrico consisteenunaevaporacindelaguaconaltovacoymoderadastemperaturas.Mediantela evaporacin al vaco se logra reducir la humedad a niveles bastante bajos, muchos ms bajos que losqueselogranconlosprocesosdefiltracin;sinembargo,conellanoselograeliminarlos slidossuspendidosenelaire.Enlaactualidadexistenequiposdetratamientoenlneaque trabajan a base de filtros y logran bajar los contenidos de humedad a valores de 10 ppm. 2.6.2.3 Filtracin y evaporacin al Vaco [5] Cuando el aceite contiene considerables cantidades de agua y lodo, es conveniente utilizar para su recuperacin y reutilizacin una combinacin de filtracin-evaporacin al vaco, pues de esta manera se logra: Eliminar los slidos o lodos suspendidos. Bajar considerablemente su color y nivel de acidez (0.01 mg kOH/g). Reducir la humedad a niveles bastantes bajos (10ppm o menos). 20 Se puede lograr una rigidez elctrica mayor a 50 kV. La estabilidad a la oxidacin del aceite es restablecida hasta alcanzar valores iguales a los del aceite nuevo. Se retarda la degradacin del aislamiento slido (papel). Elaceitecirculadesdeelfondodeltanqueprincipal,secalienta,cubretodalaparteactiva, luego remueven las partculas por medio de un filtro, se pasa a una cmara de termo vaco antes de ser introducido por la parte superior del tanque de expansin. 2.7 Proceso de Vaco [4] Antes de iniciarel proceso de vaco debenabrirse todas las vlvulasen los radiadores, tanque deexpansinyconmutadordeformatalqueexistaentodoslospuntosdeltransformadorla misma presin. El proceso de vaco del transformadorsirve tambin para comprobar la interconexin correcta de las tuberas, vlvulas, rels de proteccin (Buchholz, Jensen), bushings y corregir las posibles fugaspordeteriorodesellos,gomasoperforacionesenlacubadeltransformador(soldaduras frgiles), etc. Para iniciar el proceso de vaco del transformador, se debe estar seguro de que no existan fugas (pruebasdehermeticidad),delocontrarioentrarahumedadalacubaynosealcanzaranlos valores mnimos requeridos. En este caso, el proceso deja de ser efectivo sobre los aislamientos, ya que el aire que entra por el punto de fuga, pasa directamente hacia el circuito de vaco (sitio de conexin de la bomba de vaco)yporlotantonoextraerlahumedadsuperficialdelosaislamientos,estosedetecta porque el tanque no alcanza nunca un valor de presin ptimo (presin residual < 1 mbar). El tiempo de vaco ser el mnimo recomendado por el fabricante en el manual de servicio y se contar a partir de cundo se alcance el valor mnimo de presin residual o cuando la cantidad de agua extrada de la mquina de vaco sea inferior aml por un periodo de 6 a 12 horas. 21 Paralaeventualidaddeunainterrupcindelprocesodebidoaunafallaenlaalimentacin elctrica o en la bomba de vaco, una persona estar permanentemente supervisando el proceso y tomando registro hora a hora de los valores alcanzados. Asimismo se dispondr de un mecanismo de cierre rpido (vlvulas, llaves de paso, etc.) que permita evitar el paso aire al interior en caso de una falla. 2.8 Tratamiento de aceite [4] Este proceso se har simultneamenteal procesode vaco del transformador pasando elaceite desde los tambores de aceite al tanque auxiliar, para lograr que el proceso sea lo ms homogneo posible para el volumen total. Eltanqueauxiliardeberestarlomslimpioysecoposible.Delocontrariocontaminarael aceiteydisminuir su rigidez dielctrica. El personal de tratamiento debe efectuar una pruebaa unamuestradeaceitetomadaalasalidadelaplantaconunmesmximodeanterioridadala fecha de montaje donde se certifique que el equipo se encuentra libre de PCBs. Para el tratamiento del aceite se utilizar una mquina especializada que realizar un proceso de termovacoqueconstadelbombeo,vaco,filtradoycalentamientodelaceitedeltransformador hacia el tanque auxiliar en un proceso de recirculacin para el secado del aceite. Elaceiteparaeltransformadorpuedesersuministradoytransportadoenbarrilesoenun camincisterna.ParatransformadoresnuevosquevanaserllenadosporprimeravezNOse acepta llenar directamente de los barriles al transformador. Paratodosloscasosserecomiendausaruntanqueauxiliarelcualdebeserinspeccionadode que este perfectamente limpio y seco. Las muestras de aceite para pruebas de rigidez elctrica de control deben ser tomadas de tanque auxiliar. Si el aceite se suministra en camin cisterna, el trasformador puede ser llenado a travs de una planta de tratamiento de aceite, solamente cuando el aceite cumpla con las condiciones indicadas en las normas ASTM D 1816 (Rigidez dielctrica), ASTM D 2285 (Tensin Interfacial), ASTM 22 D974(Nmerodeneutralizacin),IEC666(ContenidodeInhibidordeoxidacin),ASTMD 1533 (Contaminacin por agua) y IEC 60567/60599 (Gases Disueltos). Elaceiteseintroducedesdeeltanqueexternodealmacenamientoalamquinamediante manguerasy se hace pasar por un filtro grueso donde se retienen partculas grandes que pueden estar contenidas en el aceite. Despussepasarelaceiteatravsderesistenciascalefactorasqueelevaransutemperatura hasta un mximo de 60C, de all el vaco extraer la humedad o contenido de agua existente, el resultado varia de forma directa con el contenido de agua. Deltanquedesgasificadorelaceitepasaaltransformador,sicumpleconlarigidezdielctrica mayor a 39 kV para electrodos planos y 50 kV para semiesfricos en transformadores nuevos deacuerdo con la norma ASTM D 1816. Para la prueba se tomara una muestra directamente de la mquina de tratamiento. En este punto sutemperaturadeberestarconunatemperaturamayora40Cymenora60C,conelfinde garantizar que no haya pas de humedad del aceite hacia los aislamientos. 2.9 Secado de la Parte Activa mediante Recirculacin del Aceite [3] Consiste en la repeticin, cuantas veces sea necesaria de la operacin de secado del aceite, con temperaturas moderadas y posterior aplicacin de alto vaco. En efecto, si el aire seco se bombea a un transformador que tiene el ncleo hmedo al ponerse en contacto con la humedad de dicho ncleo se satura nuevamente con agua. Conviene sealar que el aceite dielctrico no debe calentarse por encima de 90 C pues de esa manera se acelerara considerablemente el proceso de oxidacin natural al que constantemente se encuentrasometido.Unavezqueelaceitehasidoutilizadoenunaoperacindesecadodeun transformador,debedeterminarseelcontenidodelosinhibidoresyreponerlosquesehayan gastado hasta ese momento. 23 El 99,75 % del agua presente en el transformador se encuentra en la parte activa y por lo tanto elnmerodevecesquehayquecircularelaceiteatravsdeltransformadordependerdela cantidad de humedad contenida en la parte activa y de la temperatura del aceite que se circula. Es decir,mientrasmssecoymscalienteesteelaceitequecirculaporeltransformador,mayor ser la cantidad de agua extrada en cada paso. La operacin de secado continuar hasta tanto el contenidodeaguahumedaddelaceitequeentraysaledeltransformadoresmsomenosla misma, o se haya alcanzado el grado de humedad deseado. Existen en los aceites dielctricos ciertos compuestos aromticos ramificados que se combinan con los cidos y forman compuestos estables, sin activar ninguna otra molcula de hidrocarburo. Esdecir,cuandoestoscompuestosaromticossecombinenconunacidodetienenlas subsiguientes reacciones de oxidacin y as se evita la secuencia de las reacciones. Por esta razn, a dichos compuestos se les llama inhibidores naturales de oxidacin. Todos los inhibidores de oxidacin impiden que la reaccin de oxidacin se vuelva exponencial mientrasellospermanezcanenelaceite.Noobstante,losinhibidoresnaturalespermitenquela acidezvayacreciendopaulatinamentehastaelmomentoquesehaceexponencial,quees precisamente cuando ya todos ellos han sido consumidos. 2.10 Teora del Secado de la Parte Activa de los Transformadores [3] Lavidatildeuntransformadorsemideporelbuenestadodesuaislamiento.Elsecarun transformador depende principalmente de dos parmetros: Evitar la falla prximo al fin de vida til. Si la humedad es mayor al 4.5% puede ocurrir una disrupcin por la prdidas de las propiedades aislantes (dielctricas). Extender o maximizar la vida til. El aislamiento de la parte activa est compuesto principalmente de material de celulosa: Papel Kraft termo estabilizado Cartn prensado Presspan Madera Kp 24 Losmaterialescompuestosporcelulosasonhigroscpicos,esdecir,absorbenhumedaddel medio ambiente. La humedad hace que las propiedades elctricas y mecnicas se pierdan, por lo cual es necesario someter los compuestos de celulosa a un secado. ElenvejecimientodelaislamientoeslarupturadelosenlacesglucosidicosRompimientodel enlace. Estoocurreporque lasmolculas de la celulosa se separan al reaccionar conlas altas temperaturas,excesodeaguayeloxigeno.Elresultadodeprocesodeenvejecimientoesla presencia de compuestos de carbono, furanos y agua. Elsecadodelaparteactivaconsisteenladeextraccindelaguamedianteunprocesode evaporacin,yaseausandoelincrementodetemperatura,ladisminucindelapresinola combinacin de ambas tcnicas. 2.10.1 Mtodos de Secado [3] 2.10.1.1 Mtodo Antiguo Latemperaturadelaislamientoeselevadamediantelarecirculacindeairecalentadopor resistencias aceite trmico. Alincrementarlatemperaturadelaislamientoelaguaimpregnadaensta,esevaporadaal llegar a los 100C. El proceso en totalidad, se realiza a presin atmosfrica. El proceso se realiza en una sola etapa. Solo calentamiento. Desventajas: Prcticamente el Transformador es Cocinado Tiempo de Proceso muy largo. Aprox. 8-10 das. Envejecimiento rpido del aislamiento, y el calentamiento no se realiza de forma uniforme. Contenido de humedad alcanzado: 0,7 1,0 % 25 2.10.1.2 Mtodo Convencional Versin mejorada del mtodo antiguo por la incorporacin de bombas de vaco. La temperatura del aislamiento es elevada mediante la recirculacin de aire caliente. La extraccin de agua es ms eficiente que el proceso anterior por la aplicacin de vaco. Dos etapas: Un calentamiento y una evaporacin. Desventajas: El aislamiento se sigue envejeciendo por el calentamiento en presencia de oxigeno. Calentamiento localizadoo no uniforme y la oxidacin de componentes Ventajas: Tiempo del proceso ms corto: 5 - 7 das. Menos consumo de energa. Contenido de humedad: 0,5 0,7 % 2.10.1.3 Mtodo Vapour Phase Mtodo actual en los pases desarrollados. Todo el proceso se realiza bajo vaco. El aislamiento es calentado a travs de la inyeccin de vapor de kerosene. Varias etapas: Calentamientos, evaporaciones y vaco fino. Ventajas: Los aislamientos son envejecidos 15% menos porque el proceso siempre es bajo vaco. No se presenta oxidacin de los componentes de la parte activa. Calentamiento uniforme, porque el Kerosene solo cede calor a las partes ms fras. Tiempos de procesos ms cortos: 2 - 3 das. Contenido de humedad restante: 0.3 - 0.5 % CAPTULO III PRUEBAS ELCTRICAS DE CAMPO Se efectan a los equipos que se encuentran en operacin o en proceso de puesta en servicioy se clasifican de la siguiente manera: a)Recepciny/overificacin:Serealizanatodoelequiponuevooreparado, considerandolascondicionesdetraslado:efectuandoprimeramenteunainspeccin detallada de cada una de sus partes. b)Puesta en servicio: Se realizan a cada uno de los equipos en campo despus de haber sido: instalados, ajustados, secados,etc., con la finalidad de verificar sus condiciones para decidir su entrada en operacin. c)Mantenimiento:Seefectanperidicamenteconformeaprogramasyacriteriosde mantenimientos elegidos y condiciones operativas del equipo. 3.1 Evaluacin de la Calidad del Sistema Aislante del Transformador Cuando se realiza la inspeccin de un transformador, bien sea por rutina o por mantenimiento, se aplican en primera instancia una serie de pruebas preliminares que indican el estado en que se encuentra la unidad. Enbasealosresultadosdeestaspruebas,setienenquetomardecisionesrespectoal transformador, la de dejarlo fuera de servicio debido a que las condiciones en que se encuentra no es prudente que contine en operacin y por lo tanto debe someterse a un mantenimiento o la de dejarloenoperacinyprogramarunmantenimientopreventivo.Lasdecisionessobrelas condicionesdeltransformador,lasaccionesaseguiryelenvideunasubestacinmvilcomo relevoserealizardeacuerdoalanlisisdelosresultadosdelaspruebaselctricas.27 A continuacin, a travs de la gua de la Comisin Federal de Electricidad Procedimientos de PruebadecampoparaMantenimientoElctricoenSubestacionesdeDistribucin[7]se realizar una descripcin de las principales pruebas elctricas a los transformadores de potencia. 3.2 Recomendaciones generales para realizar pruebas elctricas al equipo primario [7] a)Paraequiposenoperacin,conbaseenlosprogramasdemantenimiento,tramitarlos registros y permisos correspondientes. b)Tener la seguridad de que el equipo a probar noest energizado. Verificando la apertura fsica de interruptores y/o cuchillas seccionadoras. c)El tanque o estructura a probar debe estar puesto a tierra. d)Desconectar de la lnea o de la barra los terminales del equipo a probar. e)Entodosloscasos,yaseaequiponuevo,reparadooenoperacin,laspruebasquese realicen siempre deben estar precedidas de actividades de inspeccin o diagnostico visual. f)Prepararlosrecursosdepruebaindispensablescomoson:Instrumentos,Herramientas, Mesas de Prueba, etc. g)Prepararelreadetrabajoaloestrictamentenecesario,delimitarelreadetrabajopara evitarelpasodepersonasajenasalaprueba,procurandosetenganfuentesaccesiblesy apropiadas de energa. h)Colocar los instrumentos de prueba sobre bases firmes y niveladas, verificando adems la posicin de trabajo de los equipos. i)Comprobarquelosterminalesdepruebaestnenbuenascondicionesyqueseanlas apropiadas. j)No aplicar voltajes de prueba superiores al voltaje nominal del equipo a probar. k)Durantelaspruebasdebentomarsetodaslasmedidasdeseguridadpersonalyparael equipo. l)Anotarocapturarlaslecturasdelapruebacontodosaquellosdatosquerequiereel formato correspondiente (multiplicadores, condiciones climatolgicas, etc.). m)Alterminarlapruebaponerfueradeservicioelinstrumentodepruebayponeratierra nuevamente el equipo probado. En el apndice B se encontraran las recomendaciones detalladas para la ejecucin de cada una de las pruebas, mencionadas a continuacin. 28 3.3 Prueba de Resistencia de Aislamiento [7] Elmodelocircuitaldeunmaterialaislantecuandoseleaplicauncampoelctricoest compuesto por una resistencia en paralelo con un capacitor, como podemos apreciar en la figura 3.1. Cuando se le somete a un campo elctrico, aparecen dos corrientes: una corriente capacitiva provenientedelapolarizacindelascargaselctricasyotracorrienteresistivaproductodel movimientodeloselectronesporconduccindeunladodelmaterialalotro.Enrgimen permanenteelcapacitorsecargaysecomportacomouncircuitoabierto(yaqueldependede una funcin en el tiempo) quedando solamente la resistencia pura del modelo. Figura 3.1 Circuito equivalente de un aislamiento en DC La resistencia de aislamiento vara directamente con el espesor del aislamiento e inversamente conelreadelmismo;cuandoseaplicaunvoltajedecorrientedirectaaunaislamiento,la resistenciaseiniciaconunvalorbajoygradualmentevaaumentandoconeltiempohasta estabilizarse. En la tabla 3.1 se muestran unos voltajes de pruebas recomendados por la MEGGER en funcin de la tensin nominal del transformador o autotransformador. Tabla 3.1 Voltajes recomendados por la MEGGER para medir la resistencia de aislamiento [8] Voltaje AC lnea lnea nominal (V)Voltaje de prueba DC (V) < 1000500 1000 2500500 1000 2501 50001000 2500 5001 120002500 5000 > 120005000 10000 Graficandolosvaloresderesistenciadeaislamientocontraeltiempo,seobtieneunacurva denominada absorcin dielctrica; indicando su pendiente el grado relativo de secado y limpieza 29 o suciedad delaislamiento. Si el aislamientoest sucio o hmedo, se alcanzara un valorestable en uno o dos minutos despus de haber iniciado la prueba y como resultado se obtendr una curva con baja pendiente. Figura 3.2 Resistencia de aislamiento con respecto al tiempo [8] La pendiente de la curva puede expresarse mediante la relacin de dos lecturas de resistencia de aislamiento, tomadas a diferentes intervalos de tiempo durante la misma prueba. A la relacin de 60a30segundosseleconocecomondicedeAbsorcin,yalarelacinde10a1minuto como ndice de Polarizacin. Los ndices mencionados, son tiles para la evaluacin del estado del aislamiento de devanados de transformadores de potenciay generadores. Esta prueba es de gran utilidad para dar una idea rpida y confiable de las condiciones del aislamiento total del transformador bajo prueba. Lamedicindeestaresistenciaindependientementedesercuantitativatambinesrelativa,ya que el hecho de estar influenciada por aislamientos, tales como porcelana, papel, barnices, etc., la convierte en indicadora de la presencia de humedad y suciedad en los materiales. 3.3.1 Factores que afectan la prueba [7] Entre los factores que afectan la prueba y tienden a reducir la resistencia de aislamiento de una maneranotableson:lasuciedad,lahumedadrelativa,latemperaturaylainduccin electromagntica; para la suciedad, es necesario eliminar toda la materia extraa (polvo, carbn, aceite,etc.)queestedepositaenlasuperficiedelaislamiento;paralahumedad,serecomienda efectuar las pruebas a una temperatura superior a la de roco. 30 Laresistenciadeaislamientovarainversamenteconlatemperaturaenlamayorpartedelos materialesaislantes;paracompararadecuadamentelasmedicionesperidicasderesistenciade aislamiento, es necesario efectuar mediciones a la misma temperatura, o convertir cadamedicin aunamismabase.(Verecuacin3.1).Labasedetemperaturarecomendada,esde20Cpara transformadores y 40 C para maquinas rotatorias [12]. 3.1 De donde: Rc = Resistencia de aislamiento en Megaohms corregida a la temperatura base. Rt = Resistencia de aislamiento a la temperatura que se efectu la prueba. Kt = Coeficiente de correccin por temperatura. Otro factor que afecta las mediciones de resistencia de aislamiento y absorcin dielctrica es la presencia de carga previa en el aislamiento. Esta carga puede originarse porque el equipo trabaja aislado de tierra o por una aplicacin prueba anterior de corriente DC. Por ende, es necesario que antes de efectuar la prueba se descarguen los aislamientos mediante una conexin a tierra. Consideraciones [7] Si al aumentarel voltaje de prueba se reducen significativamente los valores de resistencia de aislamiento,puedeserindicativodequeexistenimperfeccionesofracturasenelaislamiento, posiblementeagravadasporsuciedadohumedad,auncuandotambinlasolapresenciade humedad con suciedad puede ocasionar este fenmeno. 3.3.2 Conexiones para realizar la prueba [7] Alefectuarlaspruebasderesistenciadeaislamientoalostransformadores,haydiferentes criterios en cuanto al uso de la terminal de guarda del medidor. El propsito deeste terminal es efectuar mediciones en mallas con tres elementos, (devanado de AT, BT y tanque). Para fines prcticos, en este procedimiento se considera la utilizacin del terminal de guarda del medidor. Lo anterior permite discriminar aquellos elementos y partes que se desea no intervengan 31 en las mediciones, resultando estas ms exactas, precisas y confiables. En las figuras 3.2 y 3.3 se pueden observar las conexiones para realizar la prueba en transformadores de 2 y 3 devanados y autotransformadores. Figura 3.3 Transformadores de dos devanados [7] Figura 3.4 Transformadores de tres devanados [7] 32 3.3.3 Interpretacin de resultados para la evaluacin de las condiciones de aislamiento Para evaluar las condiciones del aislamiento de los transformadores de potencia es conveniente analizar la tendencia de los valores que se obtengan en las pruebasperidicas. Para facilitar este anlisisserecomiendagraficarlaslecturas,paraobtenerlascurvasdeabsorcindielctrica;las pendientes de las curvas indican las condiciones del aislamiento, una pendiente decreciente en el tiempo indica que el aislamiento esta hmedo o sucio. Paraunmejoranlisisdelosaislamientos,laspruebasdebenhacersealmismopotencial,las lecturas corregidas a una misma base 20 C (ver tabla 3.2) y en lo posible, efectuar las pruebas bajo las mismas condiciones ambientales. Tabla 3.2 Correccin por temperatura para resistencia de aislamiento [7] Enlaevaluacindelascondicionesdelosaislamientos,debencalcularselosndicesde absorcinypolarizacin.Lasnormativasinternaciones(IEEE,IEC,ANSI,etc.)noemitenun rango o valor de aceptacin para estos ndices por lo que cada empresa posee su propio criterio de aceptacinoserigenporlosdadosporlosfabricantes,loscualesestablecenquedebenser superiores a 1 y estar comprendidos entre 1,1 y 1,3 para transformadores depotencia. En la tabla 3.3encontramosvaloresmnimosderesistenciadeaislamientorecomendadosporelcomit tcnico de la NETA (International Electrical Testing Association) que en ausencia de normas de consenso, sugiere dichos valores. 33 Tabla 3.3 Resistencia de Aislamiento del Transformador. Tensin de prueba aceptada y resultados mnimos. [14] 3.4 Prueba del Factor de Potencia del Aislamiento [7] Elfactordepotenciadelaislamientoesotramaneradeevaluaryjuzgarlascondicionesdel aislamientodelosdevanadosdetransformadores,autotransformadoresyreactores.Es recomendado para detectar humedad y suciedad en los mismos,es en s, una caracterstica propia del aislamiento al ser sometido a campos elctricos. Elprincipiofundamentaldelaspruebasesladeteccindecambiosenlascaractersticasdel aislamiento,producidosporelenvejecimiento,contaminacindelmismo,comoresultadodel tiempo, condiciones de operacin del equipo y los producidos por efecto corona. Todo material es capaz de conducir corriente elctrica, aunque este valor sea muy pequeo,el materialaislanteesunpsimoconductor,peroaaltosnivelesdetensinpodemoslograruna circulacindecorriente,dichacorrienteestarformadaporunacorrientecapacitiva(Ic)yuna corrientedeprdidas(IR)comosemuestraeneldiagramafasorialdelafigura3.5.Cuandoel ngulo delta es pequeo el factor de potencia y el factor de disipacin (tangente delta) son iguales como se muestra en la tabla 3.4. Figura 3.5 Descomposicin fasorial de la corriente de aislamiento [10] 34 Con la aplicacin de una tensin ACaparece una corrientecomo consecuencia del proceso de polarizacindelmaterialaislante(orientacindelascargasenelsentidodelcampoelctrico), este fenmeno disminuye en el tiempo, en transformadores puede durar desde algunos segundos hasta varios minutos. [8] Tabla 3.4 Comparacin de valores de FP y Tang para ngulos pequeos de [10] El equipo de prueba de aislamiento F.P. mide la corriente de carga y los vatios de prdida. En la tabla3.5podemosobservarlosvoltajesrecomendadosporlaDOBLEparapruebasdeF.Pa transformadores con fluidos aislantes. Tabla 3.5 Voltajes recomendados por la DOBLE para las prueba de factor de potencia [10] Rango de Voltaje sobre el arrollado (kV)Voltaje de prueba (kV) 12 y sobre10 5,04 a 8,725 2,4 a 4,82 menos a 2,41 Comoelfactordepotenciaaumentadirectamenteconlatemperaturadeltransformador,se debenreferirlosresultadosaunatemperaturabasede20C,parafinesdecomparacintanto para transformadores, como para lquidos aislantes y bushings. 3.4.1 Mtodos de prueba con el equipo para medicin de factor de potencia [11] A continuacin se explica los tres modos de prueba ms comunes de los medidores de factores de potencia, los cuales se realizan variando la conexin interna de los equipos de medicin. 35 a)UST:Equipobajopruebanopuestoatierra,enestemodosolamentesemidela corriente que circula por el cable de alto voltaje (donde se inyecta la fuente) y el cable de bajo voltaje, no se mide la corriente que circula hacia tierra. (ver figura 3.6 a). b)GST:Equipobajopruebapuestoatierra,enestemodosemidelacorrientede fuga que circula hacia tierra y la que circula por el cable de bajo voltaje (ver figura 3.6 b). c)GST-g:Equipobajopruebapuestoaguarda,enestemodosolosemidela corriente de fuga hacia tierra (ver figura 3.6 c). LapruebaenGST-gmideunaislamientoatierra,elensayoUSTmideelaislamientoentre devanados. Si se utiliza el mtodo GST, lo que no se quiere medir se conecta a guarda y cuando se utiliza el mtodo UST, lo que no se desea medir se conecta a tierra. Figura 3.6 Mtodos para realizar la prueba de factor de potencia [12]

Sedebehacernfasisencortocircuitarcadagrupodedevanados(alta,bajayterciariosi tuviese). Si los devanados se dejan flotando, la inductancia de los mismos ser introducida en el circuito, y el equipo de pruebas registraraIT ' en vez de IT (figura 3.7) dando como resultado un mayor factor de potencia. Figura 3.7 Efecto de no cortocircuitar los devanados en la prueba de factor de potencia [10] Los factores quetienden a aumentarel valor delfactor de potencia de los aislamientos de una manera notable estn: la suciedad, la humedad, la temperatura y la induccin electromagntica.36 3.4.2 Clculo del Factor de Potencia El factor de potencia en porcentaje se calcula con la ecuacin 3.2:

En donde,%FP: factor de potencia en porcentaje P: Potencia real expresada en Vatios (W) E: Tensin de prueba expresada en Voltios (V) It: Corriente de Prueba expresado en Amperios (A) 3.4.3 Conexionespara realizar la prueba de factor de potencia [7] A continuacin, enlas figuras 3.8 a 3.9 se muestran los esquemas de conexin para la prueba de factor de potencia a transformadores de 2 y 3 devanados. Figura 3.8 Transformadores de dos devanados [7] 37 Figura 3.9 Transformadores de tres devanados [7] 3.4.4 Interpretacin de resultados para la evaluacin de las condiciones de aislamiento Enlafigura3.10semuestraesquemticamente,larepresentacindelosaislamientosque constituyen a los transformadores de potencia de dos, tres devanados y autotransformadores. Figura 3.10 Representacin esquemtica para aislamientos de transformadores [10] 38 Los aislamientos CH, CX, y CY, son respectivamente los aislamientos entre el devanado de alta tensinytierra,eldevanadodebajatensinytierrayeldevanadoterciarioytierra.Los aislamientos representados como CHX, CXY y CHY son aislamientos entre devanados. En la tabla 3.6 se presenta el criterio de evaluacin del aislamiento para transformadores nuevos (construidos despus de 1957). Se debe revisar en la estadstica de valores obtenidos de factor de potencia en pruebas anteriores, con el objeto de analizar la tendencia de dichos valores. Tabla 3.6 Interpretacin de resultados de las pruebas de factor de potencia en transformadores modernos inmersos en aceite[12] Resultados de Factor de Potencia corregidos a 20C en Transformadores de Potencia Modernos inmerso en Aceite Menos de 0,5%Bueno > 0,5 % pero < 0,7%Deteriorado > 0,5 pero < 1,0% y aumentandoInvestigar Mayor de 1,0%Problema Los transformadores nuevos con aislamiento de papel-aceite tpicamente presentanfactores de potencia entre 0.25% a 0.30%; cualquier valor mayor a 0.5% se considera deteriorado, excepto en transformadoresusadosdondedebensermenoresal1%.Segn[11]variacionesbienseaen capacitanciaocorrienteindicanmovimientodeldevanadoodelncleo;5%omsindican movimiento severo. En la tabla 3.7 observamos los valores recomendados por la comisin tcnica de la NETA por la ausencia de normas de consenso. Tabla 3.7 Factores de potencias recomendados para transformadores sumergidos en aceite [14] 39 Para valores mayores al 1.0 % de factor de potencia, se recomienda investigar la causa que lo origina,quepuedeserprovocadapordegradacindelaceiteaislante,humedady/osuciedaden los aislamientos o por posible deficiencia de alguno de los bushings. Losresultados de lasmediciones se han normalizados a una temperatura de 20 C, poreso es importantetomarencuentalatemperaturadelaceitedurantelaprueba,paraluegohacerla correccin [13]. Es til sealar que por medio de la interpolacin lineal se puede calcular factores de correccin reflejados en la tabla 3.8. Tabla 3.8 Multiplicadores para referir factores de potencia de transformadores, reactores y reguladores de voltaje a temperaturas de 20 C[10] La capacitancia es unafuncin de lageometra del espcimeny no se esperancambios con la edad. Cambios de capacitancia son indicativos de cambios fsicos. Un aumento en el valor de los vatiosindicacontaminacindelsistematalcomoabsorcindehumedad,polucinosuciedad. Ejemplosque pueden producir variaciones en las prdidas: Mala conexin (pintura, oxidacin) o prdida de distancias mnimas enbarras o uniones. 40 Carbonizacin debido al paso de un arco elctrico. Ionizacin de un material aislante solido causando pequeas descargas parciales. 3.5 Prueba de la Corriente de Excitacin La medicin de la corriente de excitacin en transformadores, determina la existencia de espiras en cortocircuito, detecta daos o desplazamiento de devanados y ncleo, conexiones defectuosas, problemas en el cambiador de tomas, etc.Se obtiene en el devanado primario al aplicar a ste un voltaje a frecuencia nominal, manteniendo el devanado secundario en circuito abierto. La corriente de excitacin consta de dos componentes: una en cuadratura (IL)y la otra en fase (IR).Lacomponenteencuadraturacorrespondealacorrientereactivamagnetizantedelncleo, mientras que la componente en fase incluye prdidas en el ncleo y cobre. La magnitud de la corriente de excitacin depende en parte del voltaje aplicado, del nmero de vueltasylasdimensioneseneldevanado,delareluctanciaydeotrascondicionestanto geomtricascomoelctricasqueexisteneneltransformador.Laspruebasdecorrientede excitacin se realizan con el medidor de factor de potencia que se disponga. 3.5.1 Factores que afectan la prueba Segn [7] el factor que afecta las lecturas, en forma relevante es el magnetismo remanente en el ncleodeltransformadorylainduccinelectromagntica;elmagnetismoesindeseablepordos razones: a)Alvolveraconectaruntransformadorconmagnetismoremanente,lacorrientede magnetizacinodearranque(INRUSH),quesbitamentedemandaeltransformador, aumenta considerablemente. b)Puedeoriginarvaloresanormalesdecorrientedeexcitacindurantelaspruebas,al analizar condiciones de los devanados o alguno en especial. 41 Desafortunadamente no existe un mtodo simple para medir el magnetismo remanente,ya que el valor y polaridad cambian en virtud de que dependen del punto de la curva de histresis, en el cual la corriente se interrumpi. Elmtodomsempleadoparaeliminarelmagnetismoremanenteeslaaplicacindeuna corriente directa, inversa al sentido del devanado. Este mtodo se basa en utilizar corrientes altas, lascualespuedenserobtenidasporbateras,aprovechandolabajaresistenciahmicadelos devanados del transformador. Los mtodos de medicin para esta prueba, en el caso de un transformador monofsico, bastar conectardirectamenteunampermetroenunodelosextremosdeldevanadoenergizado.Enun transformador trifsico conectado en estrella, la corriente de excitacin puede medirse aplicando voltajeindependientementeacadaunadelasfasesyconectandounampermetroenserieal neutro. 3.5.2 Conexiones para realizar la prueba Lasfiguras,dela3.11ala3.14,semuestranlarepresentacincircuitalylasconexionesde prueba decorriente de excitacin para transformadores de dos devanados con las conexiones en deltayestrella;enlafigura3.15seobservalasconexionesdepruebaparauntransformadorde tres devanados. Figura 3.11 Representacin circuital de la prueba con el transformador conectado en delta [10] 42 Figura 3.12 Esquema circuital de la prueba en un transformador conectado en estrella [10] Figura 3.13 Conexiones para transformador de dos devanados conectado en delta en A.T. [10] 43 Figura 3.14 Conexiones en transformador de dos devanados conectado en estrella en A.T. [10] Figura 3.15 Conexiones de prueba para transformador de tres devanados [7] 44 3.5.3 Interpretacin de resultados CADAFEensumayoracuentacontransformadoresyautotransformadorestrifsicosconun ncleo tipo columna (3 columnas), los cuales cuentan con un patrn de dos corrientes similares y que sern mayores o menores que la corriente restante. Este comportamiento se debe bsicamente porque el flujo magntico de la columna central recorre un camino de menor reluctancia (camino mscorto)paraenergizarse,mientrasqueparalascolumnasexternasocurrelocontrario(ver figura 3.14) [10], a mayor reluctancia, mayor ser la corriente para crear el flujo magntico, por lo tanto esperamos un patrn de 2 corrientes altas e iguales en las fases exteriores (A y C) y una corriente menor en la fase del medio (B). Figura 3.16 Distribucin de los flujos magnticos en ncleos de tres columnas [10] Paraloscasosdencleosde4,57seccionesyparancleostipocoraza(shell),sedael patrn de todas las corrientes iguales para las tres fases. Entransformadoresdepotenciaconcambiadoresdetomas,generalmenteeneldevanadode altatensin,esnecesariorealizarlapruebadecorrientedeexcitacinencadaunadesus derivaciones. Una evaluacin rpida de estas lecturas toma el criterio de que a mayor voltaje de operacin del devanadodealtatensinsedebeesperarmenoscorrienteenlamedicin;esdecir,aliniciarla pruebaeneltomanmero1sedebenobtenervalorescadavezmayoreshastallegaraltoma nmero5,estosvaloresmedidosdelacorrientedeexcitacindebencompararseconvalores obtenidos en pruebas efectuadas con anterioridad o de puesta en servicio. Unacorrienteexcesivaquesuperealosvaloresdereferenciadefabricaodelhistorialde equipopuededeberseauncortocircuitoentredosovariasespirasdeldevanadocuyovalorse 45 adiciona a la corriente normal de excitacin. Tambin el exceso de corriente puede ser atribuido a defectos dentro del circuito magntico como: fallas en el aislamiento de los tornillos de sujecin del ncleo o aislamiento entre laminaciones. Se recomienda que los resultados se comparen entre unidades similares cuando se carezcan de datosanterioresodealgunaestadsticasobreelequipobajoprueba,quepermitaefectuardicha comparacin. 3.6 Prueba de relacin de transformacin La relacin de transformacin se define como la relacin de vueltas o de voltajes del primario al secundario, o la relacin de corrientes del secundario al primario en los transformadores. Mediante la aplicacin de esta prueba es posible determinar: Lascondicionesdeltransformadordespusdelaoperacindeproteccionesprimarias tales como: rel diferencial, rel Buchholz, fusibles de potencia, etc. Identificacin de espiras en cortocircuito Investigacin de problemas relacionados con corrientes circulantes y distribucin de carga en transformadores en paralelo. Cantidad de espiras en bobinas de transformadores. Circuitos abiertos (espiras, cambiadores, conexiones hacia los pasatapas, etc.). Se debe realizar la prueba de relacin de transformacin en todas las posiciones del cambiador detomasantesdelapuestaenserviciodeltransformador.Paratransformadoresenservicio, efectuarlapruebaenlaposicindeoperacinocuandosellevaacabouncambioenla derivacin. Tambin se realiza cada vez que las conexiones internas son removidas debido a la reparacin delosdevanados,reemplazodebushings,mantenimientoalcambiadordetomas,etc.Para determinarelgrupodeconexinypoderrealizarlapruebaderelacindetransformacinen transformadores trifsicos se puede utilizar el mtodo del reloj. 46 3.6.1 Mtodos de prueba e interpretacin de resultados Enlatabla3.9obtenemosunacomparacinentrelosmtodosdelvoltmetroydepuente,las cuales pueden ser aplicados por los equipos de medicin para realizar esta prueba. Tabla 3.9 Comparacin entre el mtodo del voltmetro y el mtodo puente

Para calcular la diferencia entre la relacin terica y la relacin medida se usa lafrmula 3.3.

x 1003.3 Donde, % Desv: es la desviacin de la medicin en porcentaje. Vte: es el valor terico o de placa. Vmed: es el valor medido en la prueba. 47 La diferencia mxima permitidapor los fabricantes y usada por las empresas de mantenimiento esdel0,5%.Lasnormativasinternacionalesnoposeencriteriosdeevaluacin,solo procedimientos para garantizar la seguridad durante las pruebas. Si en el transformador trifsico bajo prueba, no se logra obtener resultados similares en las tres fases,elproblemapuedeconsiderarsecomouncortocircuitoouncircuitoabiertoenlos devanados;unacorrienteexcesivadeexcitacinyvoltajepequeo,sonindicativosdeun cortocircuito en uno de los devanados. 3.7 Prueba de Resistencia hmica a Devanados Esta prueba es utilizada para conocer el valor de la resistencia hmica de losdevanados de un transformador cuando es sometida a una corriente continua. Es auxiliar para conocer el valor de las prdidas en el cobre (I2R) y detectar falsos contactos en conexiones de bushings, cambiadores de tomas, soldaduras deficientes y hasta alguna falla inicial en los devanados. La corriente empleada en la medicin no debe exceder el 15 % del valor nominal del devanado, yaquecon valores mayores pueden obtenerse resultados inexactos causados por variacinen la resistencia debido al calentamiento del devanado. Losfactoresqueafectanlapruebason:cablesinapropiados,suciedadenlosterminalesdel equipo bajo prueba y contactos malhechos que generan puntos de alta resistencia 3.7.1 Mtodos de Medicin Debido a que la resistencia de un circuito es la relacin entre la diferencia de potencial aplicado entre sus extremos y la intensidad de la corriente resultante. Un mtodo es utilizar un medidor de indicacindirectallamadohmetro,suprincipiodeoperacineselmismodelvoltmetroy ampermetro con una fuente de corriente directa integrada en el medidor. El segundo mtodo para medir resistencia de un circuito, es conectarlo a una fuente de corriente directa tal como un batera y medir la intensidad de corriente por medio de un ampermetro como se muestra en la figura 3.17. 48 Figura 3.17 Medicin de la resistencia dearrollado por el mtodo voltiamperimtrico Paralasmedicionesderesistenciahmica,existenequiposdepruebaespecficamente diseadosparaello,comosonlospuentesdeWeatstoneyKelvin,estospuentessonutilizados paradevanadosconcorrientenominalmenora1A.Almedirlasresistenciasdelosdevanados con corriente directa (DC), es necesario esperar un tiempo para que la inductancia se cargu y su valor seestabilice para permitir una lecturaexacta, este hechoest relacionado con la constante de tiempo que posee el propio devanado [13]. Losprincipiosdeoperacinparaambosequipos,s