MÁQUINAS ELÉCRICAS

Proceso de Diagnóstico de Fallas en los

Transformadores

María Rosa Tomapasca Jaramillo

Ing. Mecatrónica

IntroducciónEn un proceso de falla de

Transformadores, muchas veces existen síntomas de aviso de la

condición en proceso o condición de pre-falla.

Veremos cómo es el proceso de falla y las señales de aviso a partir

de las cuales aplicamos los sistemas predictivos para detectar

la existencia, tipo, ubicación y gravedad.

Lo que debemos saber…

¿CÓMO FUNCIONA UN TRANSFORMADOR?

¿QUÉ PODRÍA PASAR SI FALLA UN TRANSFORMADOR?

Falla de un transformador

TIPOS DE FALLAS

Fallas en los devanados-Cortocircuitos Hay cortocircuitos entre las espiras, entre las

fases y entre las bobinas. La mayoría de las fallas de los cortocircuitos se deben a tensión anormal en el pararrayos, y algunas se deben al deterioro del aceite de aislamiento y a la penetración de la lluvia. También algunos cortocircuitos se deben al deterioro por calor, causado por una fuerza mecánica electromagnética o por una carga excesiva anormal. En general, los cortocircuitos internos causan deformaciones graves en las bobinas, como efecto secundario.

Falla por cortocircuito en un Transformador

-Rompimiento de los terminales de los devanados Los terminales de los devanados sufren daños

por un exceso de corriente (cortocircuito externo, etc.) o por un rayo. También los accidentes de cortocircuito del sistema que se acumulan, causan daños en el soporte del bobinado, por su fuerza destructora mecánica repetida, que finalmente rompe los terminales.

-Cortocircuito a tierra. El voltaje de impulso o el deterioro del

aislamiento pueden causar un cortocircuito a tierra del bobinado o de sus terminales al núcleo o al tanque.

Las fallas mencionadas se pueden detectar fácilmente mediante un diagnóstico externo o una verificación eléctrica.

Fallas en el núcleo Hay fallas debidas a un aislamiento deficiente de

los tornillos de afianzamiento del núcleo, o a un canal de enfriamiento de aceite obstruido, lo que causa un calentamiento excesivo del núcleo. Las fallas del núcleo se desarrollan lentamente. El aislamiento y el contacto a tierra deficientes ya mencionados, causan una corriente de cortocircuito parcial, un deterioro del aceite de los materiales de aislamiento en sus alrededores, los cuales gradualmente se convierten en fallas serias. Una sujeción deficiente entre el núcleo y las bridas del bobinado pueden causar una vibración perjudicial.

¿QUÉ TAN IMPORTANTE ES DIAGNOSTICAR FALLAS?

Una falla de un Transformador no sólo tiene costos económicos, sino además tiene altos costos de imagen.

Hay que evitar la falla de un Transformador, no solamente por la energía no vendida sino por los daños colaterales que pueda implicar una falla violenta.

En caso de una salida intempestiva por protecciones, el poder tomar la decisión de volver al servicio o no, es sumamente esencial.

Sistemas predictivos

de Detección de Fallas

PROCESOS DE FALLA

Existen dos tipos de incidencias de

Transformadores donde debemos aplicar sistemas predictivos para detectar fallas incipientes o fallas que causaron la incidencia.

Señales de Condición No Normal (Pre-falla) Salida intempestiva.

Proceso de una falla en Transformadores.

1. Servicio Normal 2. Condición de

Pre-falla (señales de aviso)

3. Salida de servicio por falla con o sin colapso del Transformador.Transformador de potencia

AVISOS DE POSIBLES CONDICIONES DE FALLA

Hay varias entradas de datos o señales que pueden dar un aviso de una posible condición de falla.

Operación:-Señales o alarmas provenientes del SCADA o

dispositivos de monitoreo on-line de los equipos. Mantenimiento:-Inspecciones o ensayos preventivos (rutinarios)

como ser ensayos del aceite y/o ensayos al Transformador (quinquenales), donde una desviación de los resultados es un aviso.

Protecciones-Actuaciones de protecciones de Transformador o

de la barra.

SISTEMA PREDICTIVO

Recibido los datos, se trata de correlacionar con tipos de falla, así analizamos cuál sería el conjunto mínimo de ensayos y pruebas a realizar.

En el caso de carecer de datos, se trataría de hacer la mayor cantidad de ensayos posibles, así cubrir la mayor cantidad de probabilidades a efectos de poder detectar la existencia, el tipo, la gravedad, y si podemos la ubicación de la falla en el Transformador.

Debemos prestar atención a:

Las lecturas de los medidores que están generalmente instalados, ya

que son de mucha utilidad. Cuando las lecturas sean muy diferentes de las obtenidas en

condiciones normales, es necesario realizar una cuidadosa

verificación.Además de lo anterior, se debe

prestar atención a los fenómenos anormales tales como ruido,

cambio de color o de olores, que pueden detectarse a través de los

sentidos.

Transformador autoprotegido

LA TEMPERATURA DE UN TRANSFORMADOR

La temperatura del transformador está

directamente relacionada con la duración de los materiales de aislamiento, por lo que es

necesario prestarle atención. En el caso de transformadores construidos de acuerdo con normas ANSI, la temperatura máxima permitida para el aceite es de 90°C y la temperatura máxima del punto más caliente de

110°C.

RUIDO En algunos casos se puede percibir algún ruido anormal,

cuando se está familiarizado con el sonido que el transformador produce durante la operación normal, lo cual puede ayudar a descubrir alguna falla. Las siguientes son las causas posibles de ruido anormal:

a) Resonancia de la caja y de los radiadores debida a cambios anormales en la frecuencia de la fuente de corriente,

b) un defecto en el mecanismo de ajuste del núcleo,

c) un defecto en la estructura central, (como desajuste en el núcleo) es posible que se encuentren flojos los tornillos de sujeción de las bridas,

d) aflojamiento de las piezas de anclaje, y

e) ruido anormal por descarga estática, debido a partes metálicas carentes de tierra o a imperfección de la puesta a tierra.

Estos ruidos pueden detectarse desde fuera o acercándose a la caja, aún cuando no sean muy fuertes.

AFLOJAMIENTO DE LAS PIEZAS DE FIJACIÓN Y DE LAS VÁLVULAS

Cuando encuentre los terminales de tierra flojos, desenergice el transformador y apriételos enseguida. Los tornillos de los cimientos que estén sujetos a grandes cargas, deben ser apretados firmemente para evitar el desplazamiento del transformador. En algunos casos las válvulas se aflojan debido a vibraciones, apriételas nuevamente.

FUGAS DE ACEITE

Las fugas de aceite pueden ser causadas por el deterioro de algún empaque o por mal posicionamiento; algunas tardan en descubrirse, verifique cuidadosamente las válvulas y los empaques.

INSPECCIÓN DEL VOLUMEN

DE ACEITE

El volumen del aceite tiene siempre que ser verificado desde el punto de vista del aislamiento y de la refrigeración. Cuando el nivel de aceite fluctúe notoriamente en relación con la temperatura, se debe detectar la causa para un oportuno arreglo.

MANTENIMIENTO PREDICTIVO DE

TRANSFORMADORES MEDIANTE ANÁLISIS DE ACEITE DIELÉCTRICOS

Mucho, ya que el aceite dieléctrico cumple las siguientes funciones:

• Aísla eléctricamente los bobinados. • Extingue arcos eléctricos. • Disipa el calor.

Cuando el aceite se degrada, se reducen los márgenes de seguridad, y se aumenta el riesgo de un fallo prematuro. Si cualquiera de estas funciones falla, nuestro equipo se dañará y provocará pérdidas en paros inesperados de la producción.

¿QUÉ TAN IMPORTANTE ES?

Pruebas realizadas al aceite dieléctrico

Rigidez dieléctrica (D877-D1816) Número de neutralización (D974) Tensión interfacial (D971-D2285) Color (D1500) Contenido de agua (D1533) Densidad relativa (D1298) Factor de potencia (D924) Inspección visual (D1524)

CASO DE APLICACIÓN DE DIAGNÓSTICO DE FALLAS

Transformador Elevador (GSU) de 11.5/150, 148MVA

Fenómeno anormal: Disparo de una de dos unidades Generadoras de

Turbina de Gas, por Protección Diferencial del grupo Turbina/Transformador y del Relé Buchholz. Con gases acumulados en el Buchholz.

Predictivo-Se realizan ensayos de-Aislación (tangente delta, capacitancia)-Daños en el circuito eléctrico (resistencia de

bobinados)-Espiras en cortocircuito (TTR, corriente de excitación)-Movimiento de bobinados (impedancia de

cortocircuito)

Ensayo TTR

Ensayo tangente delta y pF

-Todos los ensayos dieron valores similares a ensayos anteriores.

- Solamente la corriente de excitación en la fase A, cortaba la protección del equipo de ensayo, no pudiendo elevar a más de 800V la tensión, en lugar de llegar a los 10kV. Este ensayo es el equivalente a un ensayo de tensión aplicada, por lo que dado que el ensayo TTR no detectó nada anormal, indicaba un cortocircuito entre muy pocas espiras. Tampoco se encuentran fallas en la aislación.

-El análisis cromatográfico, realizado con un equipo de campo fue contundente, gases combustibles, empezando por gran cantidad de acetileno. Esto nos indicó una falla interna.

Cromatógrafo de campo

Bobina principal de 150kv, fase A zona carbonizada

Detalle de cortocircuito leve entre pocas espiras

El diagnóstico indicaba que no podía volver a entrar en servicio.

-Se toma la decisión de sacarlo y colocar la unidad de reserva.

-Luego en el Taller de Reparación de la Empresa, se pudo realizar un SFRA con un equipo recién recibido, y confirma el diagnóstico realizado en campo.

-Al desmontar la bobina de la fase A, se encuentra un par de espiras en cortocircuito y una deformación de esa capa con forma de estrella de mar.

Conclusión-Si se hubiese tomado la decisión de entrarlo

en servicio, la energización sobre la falla hubiese sido catastrófica.

ÚLTIMAS RECOMENDACIONES

La mejor manera de remover el lodo de un transformador es mediante un filtrado de la parte activa y del interior del tanque empleando aceite dieléctrico caliente (60º y 80ºC). Para ejecutar este “lavado” del interior del transformador existen maquinas especiales que emplean calentadores, bombas de vació, cámara con tierra de Fuller, filtros, etc.

GRACIAS