lunes, 21 de febrero de 2011

TRANSFORMADORES

ACEITE DIELECTRICO DE UN TRANSFORMADOR

El Aceite para Transformadores American, por su calidad de aceite básico libre de cera y filtrado por un catalizador, su riguroso proceso de elaboración es un aceite extremadamente limpio y estable, con excepcionales propiedades dieléctricas, alta estabilidad térmica y elevada resistencia a la oxidación.

Por las cualidades propias que le otorga su aceite base y las técnicas de manufactura, éste aceite provee una resistencia extraordinaria al óxido y una insuperable estabilidad térmica.

Es recomendado para aplicación en transformadores, interruptores y otros equipos eléctricos auxiliares con baño de aceite que requieran un aceite mineral que se desempeñe como dieléctrico, refrigerante, disipador del calor, desplazador del aire o gases atrapados, extintor en contactos eléctricos y que cumpla con los límites de las especificaciones de la ANSI/ASTM D3487 y los estrictos parámetros de la NEMA para aceites insuladores “TYPE 1”.






Este aceite está procesado y envasado de manera que el producto está totalmente libre de contaminación al momento del despacho.  El usuario debe extremar los cuidados para evitar su contaminación, almacenando el producto en un ambiente limpio y libre de humedad.

Las pruebas típicas de inspección del American Transformer Oil CD y el American Transformer Oil CDI-30, cumplen con los parámetros de las especificaciones de la ASTM D-3487 y los parámetros de la NEMA en referencia a los aceites insuladores “Type I” y “Type II”, respectivamente.

Recomendamos analizar con mucho detalle los valores de los aceites para transformadores antes de comprarlos.

VENTAJAS:
  • Alta rigidez dieléctrica.
  • Baja viscosidad.
  • Bajo punto de fluidez.
  • Alto punto de inflamación.                                                       
  • Bajos valores de fuerza.
  • Libre de cera, azufre y ácidos.
  • Resistencia a la oxidación y sedimentos.
  • Compatibilidad con los materiales presentes.

Transformador con núcleo toroidal

El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

 Transformador de grano orientado

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

 Transformador de núcleo de aire                           

En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

 Transformador de núcleo envolvente                                              

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.










Transformador de aislamiento

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.

El aislamiento eléctrico                           

se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo largo del conductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.






PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
OBJETIVO.
Verificar que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia mínima soportable bajo la operación a la que serán sometidos, así como de comprobar la no inadecuada conexión entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseño del producto y que no exista defectos en el mismo.
INSTRUMENTOS DE MEDICION.
Los instrumentos de medición que se emplearán en esta prueba dependen del grado de exactitud de la lectura de la resistencia de aislamiento que se quiera conocer.
NORMAS DE REFERENCIA.
Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas:
  • IEEE C57.12.90-1993 "IEEE Standard test code for liquid - inmersed distribución, power, and regulating transformers and IEEE guide for short - circuit testing of distribution and power transformers".
  • IEEE 43-1974
METODO DE PRUEBA.
El método de prueba de la resistencia de aislamiento de un transformador es el de medición directa con el instrumento de medición (Megger).
PROCEDIMIENTO.
El significado de la resistencia de aislamiento generalmente requiere de cierta interpretación y depende básicamente del diseño, sequedad y limpieza de los aislantes que envuelven al transformador. El procedimiento de prueba para la medición de la resistencia de aislamiento de un transformador está descrito en la norma IEEE C57.12.90 y contiene básicamente los siguientes puntos claves :
  • La temperatura de los devanados y del líquido aislante deben estar cercanos a 20° C.
  • Todos los devanados deben estar inmersos en el mismo liquido aislante.
  • Todos los devanados deben de estar cortocircuitados.
  • Todas las boquillas del transformador deben estar en su lugar.
  • Todas las terminales que no se consideran en la prueba así como la carcaza y el tanque deberán conectarse a tierra mientras se aplique el voltaje de prueba.
  • Deben seguirse las indicaciones de cada instrumento de medición dependiendo del que se trate teniéndose como mínimas las siguientes:
    • Megger analógico. Primeramente se debe seleccionar el voltaje de prueba de acuerdo a la tabla 1 que son las recomendaciones del fabricante ya que no se cuenta con normas publicadas que contengan una especificación más detallada:
Tabla 1. Voltaje de prueba para diferentes voltajes de referencia.
 
Voltaje nominal de referencia (V) Voltaje de prueba (V)
Menos de 115 250
115 250 o500
230 500
460 500 o 1000
Como una regla general, el voltaje de prueba debe ser aplicado hasta que se registre una lectura que no cambie en un margen de 15 segundos o la lectura final que observa en el transcurso de 60 segundos. En circuitos capacitivos se deberá ejercer la tensión de prueba por un minuto o más si es necesario completar la carga de la muestra. La norma IEEE 43-1974 marca que es imposible de especificar el valor de la resistencia de aislamiento que debe ser medida para la cual un devanado fallará eléctricamente, pero en motores las lecturas mínimas generalmente figuran en 2 MW para tensiones nominales de hasta 460 V.
La figura 1 muestra el diagrama elemental de conexiones del Megger analógico, donde el devanado bajo prueba puede ser cualquiera de los ya mencionados antes. Una vez terminadas las conexiones se debe girar la palanca a una velocidad tal que la aguja del instrumento se estabilice y se encienda el led de color verde y tomar la lectura. Si el led de color rojo se enciende significa que el valor medido se deberá multiplicar por 10.
El voltaje aplicado para la medición de la resistencia de aislamiento a tierra deberá ser incrementado en un tiempo no mayor a 15 segundos y después de ser retenido en su valor de prueba durante un minuto y se deberá reducir gradualmente en no más de 5 segundos a un valor de un cuarto o menos del valor máximo que se haya registrado.
Las pruebas de resistencia de aislamiento deberán realizarse con los circuitos de igual voltaje conectados entre sí y los circuitos de diferente voltaje deberán ser probados por separado, por ejemplo:
  • Alta tensión vs. Baja tensión
  • Alta tensión vs. Tierra
  • Baja tensión vs. Tierra
  • Neutro vs. Tierra (En el caso de que el neutro no esté conectado directamente a tierra)
Esta prueba se realiza con la finalidad de incrementar la exactitud del estado de prueba de los aislamientos de un transformador, y en el caso de que no sea suficiente con la prueba de resistencia de aislamiento, se recomienda la PRUEBA DE INDICE DE POLARIZACION y PRUEBA DE INDICE DE ABSORCION
La prueba debe ser interrumpida inmediatamente si la lectura de la corriente comienza a incrementarse sin estabilizarse.
Podrían presentarse descargas parciales durante las pruebas de resistencia de aislamiento que puedan causar al transformador bajo prueba y también arrojar resultados erróneos en los valores de las lecturas de medición, para este caso se deberá hacer una pausa y continuar posteriormente con la prueba.
Después de que la prueba haya sido completada se deberán aterrizar por un periodo de tiempo suficiente para liberar cualquier carga que haya quedado atrapada.

Figura 1 Conexiones del Megger analógico para la medición de la
resistencia de aislamiento de un transformador.
 
CRITERIOS DE APROBACIÓN.
No hay una buena cifra para determinar si una lectura de una resistencia de aislamiento es buena o mala, pero una buena guía es la de considerar 1 MW por cada 1000 Volts de prueba aplicados como una cifra mínima. Esto es aplicable a motores y transformadores.

PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENTOS.
El Factor de Potencia de un aislamiento es una cantidad adimensional normalmente expresada en por ciento, que se obtiene de la resultante formada por la corriente de carga de pérdidas que toma el aislamiento al aplicarle una corriente de un voltaje determinado, es en si, una característica propia del aislamiento al ser sometido a campos eléctricos.
Debido a la situación de no ser aislantes perfectos, además de una corriente de carga puramente capacitiva, siempre los atravesara una corriente que está en fase con el voltaje aplicado (Ir), a esta corriente se le denomina de pérdidas dieléctricas, en estas condiciones el comportamiento de los dieléctricos queda representado por el siguiente diagrama vectorial.
Figura "A" Diagrama vectorial que muestra el comportamiento de un aislamiento al aplicarle un voltaje dado.
 
Ir Corriente de pérdidas
Ic Corriente de carga.
I Corriente resultante de Ic más Ir.
V Voltaje aplicado.
Para aislamientos con bajo Factor de Potencia, (Ic) e (I) son substancialmente de la misma magnitud y la corriente de pérdidas (Ir) muy pequeña, en estas condiciones el ángulo ó es muy pequeño y el Factor de Potencia estará dado entonces por:
FP = COS f SEN d y prácticamente = TAN d
De lo anterior se desprende que el Factor de Potencia siempre será la relación de los Watts de pérdidas (Ir), entre la carga en Volts - Amperes del dieléctrico bajo prueba (I).
El método de medida del equipo de prueba, se fundamenta, en un circuito puente de resistencias y Capacitores.
Con el conocimiento de los valores de la corriente de carga, el voltaje de prueba y la frecuencia, la capacitancia del aislamiento puede ser determinada de la siguiente manera.
C = ( I Sen f / V ) = I / V
La capacitancia de aislamientos secos no es afectada apreciablemente por la temperatura; sin embargo en los casos de aislamientos húmedos o contaminados, esta tiende a incrementarse con la temperatura.
Tomando en consideración que la reactancia de los aislamientos es predominantemente capacitiva y las pérdidas eléctricas reducidas, la magnitud de la corriente de carga puede calcularse por:
I = V/ wC ó V A = V2/ wC
 
I = Magnitud de la corriente de carga.
V = Potencial aplicado.
w = Frecuencia angular (2pf).
C = Capacitancia.
De las fórmulas anteriores puede determinarse la máxima capacitancia que un equipo de prueba puede aceptar para obtener mediciones confiables.
Por ejemplo: La máxima capacitancia que un equipo de prueba para 10 KV., puede medir por 15 minutos de prueba, seria:
C = I / wV = (0.200 x 1012) / (377 X 104) = 53,000 picofaradios
Y en forma continua:
C = I / wV =(0.100 x 10 12) / (377 x 104) 26,500 picofaradios.
Las boquillas para Transformadores, Interruptores, etc., usualmente tienen capacitancias considerablemente menores que los valores calculados anteriormente.
Los cables de potencia de gran longitud, pueden tener una capacitancia que excedan a los 26,500 picofaradios del medidor, se recomienda hacer el cálculo previo del valor de la capacitancia del cable de que se trate, para poder efectuar la prueba de factor potencia.
En equipos con capacitancias mayores que los valores límites calculados para el medidor de 10 KV., deben ser probados a voltajes menores.

FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA.
Entre los factores que afectan la prueba y tienden a aumentar el valor de factor de potencia de los aislamientos de una manera notable son: la suciedad, la humedad relativa, la temperatura y la inducción electromagnética.
METODO DE MEDICION.
La prueba consiste en aplicar un potencial determinado al aislamiento que se desea probar, medir la potencia en Watts que se disipa a través de él y medir la carga del mismo en Volts - Amperes. El Factor de Potencia se calcula dividiendo los Watts entre los Volts - Amperes y el resultado se multiplica por 100.

CONSIDERACIONES.
Para la interpretación de resultados de prueba, es necesario el conocimiento de valores básicos de Factor de Potencia de materiales aislantes. Como referencia, se presentan valores de Factor de Potencia y constantes dieléctricas de algunos materiales.
 
MATERIAL % FP A 20°C CONST. DIELECTRICA.
Aire 0.0 1.0
Aceite 0.1 2.1
Papel 0.5 2.0
Porcelana 2.0 7.0
Hule 4.0 3.6
Barniz Cambray 4.0 - 8.0 4.5
Agua 100.0 81.0
 
EQUIPO % F.P. a 20° C
Boquillas tipo condensador en aceite 0.5
Boquillas en compound 2.0
Transformadores en aceite 1.0
Transformadores nuevos en aceite 0.5
Cables con aislamiento de papel 0.3
Cables con aislamiento de barniz cambray 4.0 - 5.0
Cables con aislamiento de hule 4.0 - 5.0
El principio fundamental de las pruebas es la detección de algunos cambios de la característica del aislamiento, producidos por envejecimiento y contaminación del mismo, como resultado del tiempo y condiciones de operación del equipo y los producidos por el efecto corona.

INSPECCIÓN Y PRUEBAS DE ACCESORIOS Y EQUIPOS PROPIOS


INTRODUCCIÓN                                              

El transformador es el equipo eléctrico con el cual el usuario comete mayores abusos, lo trabajan a sobrecargas continuas, se le protege inadecuadamente y si se le dedica un período de mantenimiento, éste por lo general es pobre, aquí se presentan algunas fallas y sus correcciones:.
Fallas en el equipo auxiliar: Se debe tener la certeza que el equipo auxiliar de protección y medición funcione correctamente, por lo que se debe reapretarse la tornillería. Los aisladores o bushings deben estar limpios y al menor signo de deterioro, deben reponerse.
El tanque debe estar limpio, sus juntas no deben presentar signos de envejecimiento y se debe corregir de inmediato cualquier fuga. Sobre este particular, conviene hace notar que en el caso de fuga y debido a que en el interior del tanque se tienda hacia una presión negativa, la humedad y el aire serán atraídos al interior del transformador.
Se debe revisar que no existen rastros de carbón en el interior del tanque y que tampoco presente señales de "abombamiento", Si notamos rastros de carbón, o señales de "abombamiento", debemos desconectar el transformador y tratar de determinar las causas que lo hayan generado.

RESULTADOS
Del análisis de fallas en transformadores, podemos determinar que salvo en el caso de sobre tensiones ocasionados por rayos, todas las demás fallas se pueden prever con un buen mantenimiento de nuestro transformador y si la falla está en proceso, un buen registro de mantenimiento y estudio del mismo podrá detectarla a tiempo.
Lo eficiente del servicio dependerá de la periodicidad del mismo. Si bien es reconocido que un mantenimiento preventivo realizado en plazo de cada año, es un buen servicio para el transformador en aceite, creemos que éste será mejor si disminuimos el tiempo transcurrido entre uno y otro, y el o del mismo dependerá de si se lleva o no un registro de operaciones y resultados. En nuestra operación de mantenimiento, debemos verificar lo siguiente:
  • Pruebas Eléctricas a Transformador.
  • Revisar termómetro.
  • Verificar nivel del aceite.
  • Limpiar tanque y bushings.
  • Verificar que no hay fugas.
  • Verificar que las juntas sellan bien y estén en buen estado.
  • Aprieta general de tornilleria y conexiones:
  • Verificar que sigue bien ventilando el cuarto en el, que se aloja el transformador.
  • Verificar que no hay trazos de carbón, ni desprendimiento de gases o humos.
  • Tomar una muestra adecuada de aceite para verificar sus características.
Por supuesto que nuestra labor de mantenimiento preventivo, basada en una periodicidad adecuada y del análisis de sus resultados, contribuirá a lograr que nuestro transformador obtenga su vida útil, y a prevenir fallas en éste. Esto último es muy importante, pues el tener un transformador fuera de servicio se traduce al menos en una paralización parcial de operaciones y por lo tanto en pérdidas de producción.

RECOMENDACIONES PARA LA INSPECCION Y MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES
En vista de que los transformadores son los eslabones vitales para la operación de las grandes empresas industriales y comerciales, es necesario que para su funcionamiento continuo y se logra solamente a través de un programa regular de inspecciones, pruebas y mantenimiento de rutina.

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