Conceptos Basicos Pruebas Doble

Conceptos Básicos Pruebas Doble Metodologías y procedimientos para evaluar equipo de Alto-Voltaje (facilitando las pruebas Doble) Arturo H. Oropeza Doble Engineering Company ©2013 Doble Engineering Company. All Rights Reserved

Agenda • Objetivo • Conceptos básicos – Propósito de aislamientos eléctricos – Aislamiento y dieléctricos – Capacitores y conceptos de Capacitancia

• Preguntas básicas sobre las pruebas Doble ¿Qué es una prueba Doble? ¿Cuán efectiva es una prueba Doble? ¿Qué se debe incluir en un programa de pruebas Doble? ¿Cuál es la frecuencia para probar equipos con la metodología Doble? – ¿Cuáles son los pasos a seguir para asegurar que se obtendrán datos “representativos” en pruebas Doble? – – – –

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Agenda (cont.) • Preguntas básicas sobre las pruebas Doble (cont.) – ¿Qué se necesita completar para asegurar un análisis adecuado de las pruebas Doble?

• Filosofía de pruebas Doble • Conjunto de diagnósticos Doble (Doble’s Toolbox) • Repaso de teoría básica y Metodología Doble – – – –

Definiciones e interpretación de mediciones Relevancia del uso adecuado de los modos de prueba Seguridad en procedimientos Importancia del uso apropiado de las metodologías Doble

• Un ejemplo de Metodología Doble • Normas relevantes • Resumen y conclusiones Basic Facts about Doble Testing

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Objetivo La introducción a los conceptos básicos de “Pruebas de aislamientos para determinar el Factor de Potencia y las pérdidas del dieléctrico en Corriente Alterna” comúnmente conocidas como pruebas Doble. El entendimiento fundamental de la aplicación de estas pruebas así como la interpretación de los resultados obtenidos es de vital importancia para la evaluación de la condición de los sistemas de aislamiento para alto voltaje. La evaluación periódica en los sistemas de aislamiento es de vital importancia para determinar la posible prevención de fallas catastróficas que pueden causar perdidas humanas y materiales. Basic Facts about Doble Testing

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Conceptos básicos • Propósito de aislamientos eléctricos – Prevención de conducción o descarga entre puntos a diferentes potenciales (voltaje) – Debe de ser económicamente practico – De tamaño y peso razonable – De buenas propiedades dieléctricas mecánicas y térmicas – Razonablemente fácil de construir, transportar, instalar, probar y mantener – Resistente al clima y sus elementos *AC Dielectric Loss, Power Factor and Capacitance. Measurements as applied to insulation systems of high-voltage power apparatus in the field (a review) Part I Dielectric Theory, Doble Engineering Company

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Conceptos básicos (cont.)… • Aislamientos y Dieléctricos – Reconozcamos la diferencia – Aislamiento: generalmente referido como material de pobre conductividad – Dieléctricos: materiales que tienen propiedades especificas mesurables como: • • • •

Constante dieléctrica Absorción dieléctrica Rigidez dieléctrica Factor de Potencia

Los Aislamientos están construidos con materiales Dieléctricos Basic Facts about Doble Testing

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Conceptos básicos (cont.)… • Capacitores y Conceptos de Capacitancia – ¿Qué es un Capacitor? • Físicamente: un arreglo de dos conductores separados por dieléctrico(s) • Eléctricamente: un elemento diseñado para contener “Capacitancia” • Los aislamientos pueden ser modelados como capacitores (conductores separados por dieléctricos)

– Conceptos de Capacitancia • Propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica • Un Capacitor de dos placas es el modelo común para explicar su función: la Capacitancia será proporcional a el área de las placas e inversamente proporcional a la distancia que las separe • Depende de la geometría de las placas y conductores y de la permitividad* del dieléctrico que los separe • La carga acumulada será proporcional al voltaje entre placas *Constante dieléctrica * Dielectric Theory and Practice; Professor C. L. Dawes and E. H. Povey, Doble Engineering Company Basic Facts about Doble Testing

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Preguntas básicas sobre las pruebas Doble… ¿Qué es una prueba o ensayo Doble? ¿Cuán efectiva es una prueba Doble? ¿Qué se debe incluir en un programa de pruebas Doble? ¿Cuál es la frecuencia para probar equipos con la metodología Doble? • ¿Cuáles son los pasos a seguir para asegurar que se obtendrán datos “representativos” en pruebas Doble? • ¿Qué se necesita completar para asegurar un análisis adecuado de las pruebas Doble? • • • •

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Preguntas básicas sobre las pruebas Doble… • ¿Qué es una prueba o ensayo Doble? – En la teoría de CA, un material aislador o un Sistema de aislamiento, sin importar su complejidad, puede ser representado por un elemento primario capacitivo, considerando también su efecto resistivo, el cual representara las perdidas dieléctricas (medidas en Watts) – El principio fundamental de las pruebas Doble es la medición en CA de las características fundamentales de aislamientos

• ¿Cuán efectiva es una prueba Doble? – Al medir las características fundamentales de aislamientos, la prueba Doble permite: • Detectar fallas incipientes (permitiendo una temprana identificación de esta condición) • Comparación de condición en base a pruebas de fabrica/laboratorio con pruebas de campo • Habilitación de tendencias

– Confirmación del modelo teórico de prueba con datos empíricos – Sobre limitaciones • Características técnicas y limitaciones del instrumento • Habilidades y conocimientos del usuario Basic Facts about Doble Testing

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Preguntas básicas sobre las pruebas Doble… •

¿Qué incluir en un programa de pruebas Doble? – Todo aparato de alto-voltaje y sus dispositivos auxiliares • Porque forman parte de un sistema coordinado de aislamiento (un fin común)

– Se recomienda incluir (sin limitaciones/excepciones) • • • • • •

•

Transformadores Interruptores Bushings (Boquillas) Maquinas Rotativas Aparta Rayos Aislamientos líquidos (aceites/gases)

¿Cuál es la frecuencia de pruebas? – Doble recomienda el siguiente criterio* • • • • •

Relevancia del aparato en el Sistema Desempeño del aparato Edad del aparato Propósito del aparato Tipo de aislamiento del aparato

– Basado en el programa de manejo de fijos definido por los usuarios * Basado en respuestas de clientes a encuestas de cuestionarios técnicos, Doble recomienda 3 – 4 años de intervalo entre pruebas para la mayoría de aparatos de alto-voltaje Basic Facts about Doble Testing

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Preguntas básicas sobre las pruebas Doble… • ¿Qué pasos se deberán tomar para asegurar obtención de datos “representativos”? – – – –

Técnicas de prueba reconocidas y aceptadas como validas Conocimiento y competencia en la operación del equipo (hardware y software) Capacitación en la interpretación de resultados de prueba Acceso a recursos (internos y externos)

• ¿Qué se necesita para asegurar un análisis apropiado para los resultados? – Conocimiento de las características del aparato – Resultados esperados relativos al espécimen – Comparaciones a: • Datos de prueba en fabrica • Unidades similares • Puntos de referencia de pruebas de campo (datos base o benchmarks)

– Tasa de cambio (absoluta vs. relativa) – Contribución de los componentes del sistema de aislamiento (en general o individual) – Condiciones de prueba Basic Facts about Doble Testing

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Filosofía de pruebas Doble Evaluación de la condición de aparatos para alto-voltaje – – – – – –

Considerando el “Conjunto de diagnósticos Doble” Una solo prueba no completa una evaluación total Revisión de varias pruebas para obtener “el cuadro de referencia” Diagnosticar la condición del aparato Encontrar la causa y entender los síntomas Entender el propósito de las herramientas de diagnósticos disponible

Identificación de los modos de falla – – – – – –

Contar con las características del aparato y su aplicación Conocimiento de las condiciones pre-falla Incluir historial de pruebas para evaluación Análisis situacional requiere inversión de tiempo Conocimiento de las herramientas de prueba disponibles Involucrar a expertos en la materia

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Consideraciones adicionales • Metas en el programa de mantenimiento (tangibles vs. intangibles) • Componentes del programa (otras herramientas disponibles) • Correlación entre pruebas (confirmación de condición) • Capacitación del personal • Capacidades del equipo de prueba (actualizaciones) • Experiencia colectiva como fuente de referencia adicional (Comités Doble, Conferencias, Seminarios, etc.)

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Conjunto de diagnósticos Doble (Doble’s Toolbox) Aspectos para la evaluación de condición de aislamientos en aparatos de alto-voltaje (la perspectiva Doble)

Tipos de Diagnósticos En línea o bajo operación (On-Line) – – – –

La mejor herramienta para equipo de alta criticidad (críticos) Evaluación en tiempo real Fácil toma de decisiones Referenciado y confirmado en diagnósticos fuera de línea

Fuera de línea, fuera de servicio (Off-Line)

– Mas popular (eficaz en costos) – Diferentes filosofías de aplicación (base-tiempo, baseconfiabilidad, base-condición) – Fundado en programas de manejo de fijos – Complementario a diagnósticos en línea

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Ventajas vs. Desventajas En línea (On-Line)

Fuera de línea (Off-Line)

• Ventajas

• Ventajas

– Evaluación en tiempo real – Notificación temprana y posible estimación a tiempo de falla – Evaluación parcial condicional a mediciones monitorizadas – Incremento en disponibilidad, menos perdidas de producción – Reemplazo diferido estimado por manejo de riesgos

• Desventajas

– Costoso – No intuitivo – Necesita usuario altamente capacitado

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– Evaluación basada en tiempo – Mantenimiento programado con “salidas” de servicio programadas – Detección de fallas incipientes – Completa y total evaluación de condición

• Desventajas

– Evaluación periódica de condición, por lo tanto, sujeto a no detección de una falla de evolución rápida – Dependiente y limitado a tiempo de salida (licencia) dedicado a mantenimiento 16

Ejemplo de diagnósticos fuera de línea Diagnósticos Doble para evaluación de condición de transformadores (Doble TCA – Transformer Condition Assesment) • Pruebas de Laboratorio a Materiales • Factor de Potencia y Capacitancia • Medición de Resistencias • Diagnósticos especializados

— Mediciones de Corrientes y Perdidas de Excitación — TTR — Reactancia de Dispersión — SFRA (Frequency Response Analysis – Análisis de Respuesta a la Frecuencia) — Medición de descargas parciales

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Ejemplo de diagnósticos fuera de línea (cont.) Pruebas de laboratorio a Materiales • • • • • • •

Análisis de gases disueltos (DGA – Dissolved Gas Analysis) Contenido de agua en el aceite Pruebas de calidad Compuestos Furánicos en aceite Grado de Polimerización Metales en aceite PCB

Factor de Potencia y Capacitancia • • • •

Diagnostico de evaluación primario Mediciones de características básicas en aislamiento — Calidad de aislamiento del espécimen — Condición física del espécimen (geometría) Tendencias en el espécimen Enorme base de datos y experiencias

Medición de Resistencias • • • • •

Diagnostico de evaluación primario Calidad en el aislamiento Alta Resistencia, buen aislamiento Dependiente de las condiciones de prueba Prueba de CD

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Ejemplo de diagnósticos fuera de línea (cont.) Diagnósticos especializados • • • • •

Específicos a su aplicación Pueden ser rutinarios Pueden ser para investigación (complementarios a pruebas de rutina) Requiere entendimiento claro de su aplicación y uso ¡Parte del conjunto!… (mas información)

Corrientes y Perdidas de Excitación

Relación de transformación (TTR)

• Prueba de rutina • Mediciones por fase • Detecta:

• Prueba de rutina • No necesariamente una prueba para aislamiento • Mediciones por fase • Detecta:

– Defectos de manufactura – Fallas en devanados (cortos circuitos y/o circuitos abiertos) – Aterramientos anormales del núcleo – Problemas en cambiadores (LTC/DETC)

• Sensible a magnetismo residual Basic Facts about Doble Testing

– Conexiones incorrectas en cambiadores – Espiras en corto-circuito – Interconexiones de corto entre devanados

• Fallas en cambiadores (LTC/DETC)

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Ejemplo de diagnósticos fuera de línea (cont.) Reactancia de Dispersión • • • • • •

Diagnostico de evaluación primario Puede ser prueba rutinaria o de investigación Equivalencias en general y/o por fase Confirmación de Impedancia de placa Establece Impedancia por Fase (dato base – benchmark) Para investigar deformaciones en devanados

Análisis de Respuesta a la Frecuencia (SFRA)

• Diagnostico de evaluación primario • Puede ser prueba de rutina o de investigación • Detecta desplazamientos de núcleo y devanados

– Debidos a fuerzas electromagnéticas derivadas en corrientes de falla – Contracción de devanados causando relajamiento de presión mecánica – Re locaciones de transformadores

• Requiere de capacitación adecuada

Detección de Descargas Parciales • • • • •

Preferentemente diagnostico en línea (on-line) pero se puede aplicar fuera de línea (off-line) Diagnostico de evaluación primario Puede ser de rutina o de investigación Diferentes metodologías Requiere de capacitación adecuada

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Diagnósticos Doble para evaluación de condición de transformadores (Doble TCA – Transformer Condition Assesment)

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Repaso teoría básica y metodologías pruebas Doble Definiciones e interpretación de mediciones. Relevancia del uso adecuado de los modos de prueba. Seguridad en procedimientos. Importancia del uso apropiado de las metodologías Doble.

¿Qué es una Prueba o Ensayo Doble?... El principio básico de la prueba o ensayo Doble, se basa en la medición de las características fundamentales (en corriente alterna), del sistema de aislamiento. Cualquier cambio (movimiento físico, deformación, deterioro o contaminación), en una o más de las características fundamentales del aislamiento, son detectables.

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¿Qué es Aislamiento?... Aislamiento: Acción y efecto de aislar • Aislar: Cercar por todas partes. Dejar solo, incomunicar – Fís. Apartar por medio de aisladores un cuerpo electrizado de los que no lo están – Aislador: Fís. Cuerpos que interceptan el paso de electricidad, calor o sonido. También llamados cuerpos noconductores.

•

Conductor: Persona que conduce. Persona a cargo de un tren, tranvía, autobús. Director de orquesta o grupo musical –

Fís. Cuerpo, sustancia o material que conducen electricidad, calor o sonido.

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• Aislamiento: Material o combinación de materiales no conductores que generalmente provee aislamiento eléctrico entre dos puntos con diferencia de potencial.

• Características Dieléctricas: Implica que el medio o material usado, tiene propiedades específicas mesurables, tales como: Rigidez Dieléctrica Absorción Dieléctrica Constante Dieléctrica Pérdidas Dieléctricas Factor de Potencia. 24

Materiales con Propiedades Aislantes Los materiales con propiedades aislantes, regularmente se encuentran en tres estados: Gas

Líquido

Sólido

Alto Vacío

Aceites Hidrocarburos

Celulosa (papel)

Aire

Silicones

Porcelana

SF6

Agua destilada

Fenólicos

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Características Fundamentales del Aislamiento en Corriente Alterna (CA) Relevantes para las pruebas Doble: • Corriente Total • Pérdidas en el Dieléctrico • Capacitancia • Factor de Potencia • Resistencia

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Medidas por las pruebas Doble: • Corriente de carga Total • Pérdidas en el Dieléctrico • Capacitancia Midiendo las características listadas, se pueden deducir el Factor de Potencia y la Resistencia.

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Aislamiento y sus Características Fundamentales En CA, las características fundamentales del aislamiento son susceptibles a cambios debidos a deterioración. Esta deterioración, puede ser causada por daños o por contaminación. Dichos cambios afectarán uno o más parámetros medidos por la prueba Doble. Cambios en características originales: • Eléctricas • Mecánicas • Químicas

Detectados por: • Pruebas Destructivas • Pruebas No-Destructivas Basic Facts about Doble Testing

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Deterioro en Aislamiento Básicamente: • • • • •

Cambio en Rigidez Dieléctrica Cambio en Constante Dieléctrica Cambio en Pérdidas Dieléctricas Cambio en Capacitancia Cambio en Factor de Potencia

Cambio implica comparación a alguna referencia. Referencia ideal son las perdidas inherentes del aislamiento. Basic Facts about Doble Testing

Detección de deterioro en aislamiento: Pruebas Destructivas • Prueba en la cual se requiere la destrucción del espécimen para encontrar sus límites de rendimiento Pruebas No-Destructivas: • De alto esfuerzo: Prueba en la que se requiere someter el espécimen a voltajes mayores a los nominales • De bajo esfuerzo: Prueba en la que el espécimen se somete a voltajes menores a los nominales • Cero esfuerzo: Prueba en la que el espécimen no se expone a esfuerzo alguno 28

Representación de modelos de aislamiento En la teoría de Corriente Alterna CA, un sistema de aislamiento sin importar su complejidad, puede ser representado como un elemento capacitivo primario, considerando también el efecto resistivo del mismo.

RS CP

RP

CS Circuito en serie Basic Facts about Doble Testing

Circuito en paralelo 29

Representación de modelos de aislamiento (cont.) Leyes Básicas de Electricidad •

CP

RP

• •

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Para que haya flujo de corriente entre dos puntos de un circuito, debe existir una diferencia de potencial La corriente SIEMPRE regresa a su fuente de origen La corriente SIEMPRE toma el camino de menor resistencia

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Factor de Potencia y Capacitancia IT IR

IC E

IT

IC

CP

RP

O IR

E

Para la generalidad de los sistemas de aislamiento IC >> IR Basic Facts about Doble Testing

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Factor de Potencia y Factor de Disipación IC

IT

I Factor de Potencia = COS  = I



 90 89.71 45.0 0 Basic Facts about Doble Testing

T

Factor de Disipación = TAN  = I I

 IR

R

R C

E % PF (%  COS  ) 0 0.500 70.71 100.00

 0 0.29 45.0 90

% DF (% TAN  0 0.500 100.0

)

∞ 32

Considerando el modelo simplificado IR

IC E

IT

IC

IT

CP

RP θ IR

• • • •

E

Capacitor ideal sin perdidas; corriente 90˚ rezagada al voltaje Resistencia ideal; la corriente y voltaje están en-fase Al aplicar voltaje CA: Watts = E · IT · Coseno θ El Angulo θ representa la relación entre voltaje (E) entre las terminales del espécimen y la demanda de corriente total por el mismo, su definición por lo tanto:

Factor de Potencia = Coseno θ = Watts / E · IT Basic Facts about Doble Testing

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Medición en Resumen Capacitancia

IT

• Referencia – Voltaje aplicado

• Medida – Vector corriente total • Angulo • Magnitud

• Cálculos – Capacitancia – Factor de Potencia – Perdidas Reales (Watts)

θ

Watts Basic Facts about Doble Testing

V

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Corriente y Capacitancia… Características Fundamentales en CA consideradas por la prueba Doble. . . Corriente Total Capacitancia Perdidas Dieléctrico Resistencia Factor de Potencia%PF

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IT C W R

}

Para evaluar la composición física del espécimen, dependiente del tamaño

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Componentes Reales (perdidas reales) Características Fundamentales en CA consideradas por la prueba Doble. . Corriente Total Capacitancia Perdidas Dieléctrico Resistencia Factor de Potencia%PF

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IT C W R

}

Para evaluar la calidad del material dieléctrico, es dependiente del tamaño

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Factor de Potencia y aislamientos básicos Características Fundamentales en CA consideradas por la prueba Doble. . Corriente Total Capacitancia Perdidas Dieléctrico Resistencia Factor de Potencia

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IT C W R %PF

}

Para evaluación general de aislamiento del espécimen, independiente del tamaño

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Las 5 piezas de información Doble 1) Corriente Representa la geometría del espécimen

2) Capacitancia 3) Pérdidas 4) Factor de Potencia

Representa la calidad del material dieléctrico

Representa la condición general del aislamiento, independiente del tamaño

5) Factor de Potencia Vs. Voltaje de prueba (Tip-Up)

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Repaso teoría básica y metodologías pruebas Doble Relevancia del uso adecuado de los modos de prueba.

Modos de prueba Doble • Considerando la posición relativa de la Fuente de poder, el circuito de medición y el espécimen con respecto a su referencia de tierra – 3 Configuraciones básicas para pruebas Doble • Configuración a espécimen a tierra (GST-Ground) Medición a potencial de tierra • Configuración a espécimen a tierra con guarda (GST-Guard) Medición a potencial de tierra excluyendo conexiones referidas a guarda • Configuración a espécimen sin referencia a tierra (UST) Medición a espécimen con potencial de tierra en guarda Basic Facts about Doble Testing

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GST-Ground (Tierra)

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GST-Guard (Guarda)

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42

UST (Medición sin Tierra)

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Terminal del Cable de alto-voltaje Terminal a Tierra

Blindaje de Guarda

Blindaje de Tierra

Terminal a Guarda

Posicionamiento correcto

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

 Aislamiento de Guarda a Tierra

Conductor de alto-voltaje

Gancho de alto-voltaje

Aislamiento de alto-voltaje a Guarda

Posicionamiento incorrecto

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Repaso teoría básica y metodologías pruebas Doble

Seguridad en procedimientos.

Asuntos de Seguridad • Usuario calificado (preparado/capacitado) – Consultar sus normas locales de seguridad

• NUNCA ignorar reglas de seguridad • Preparación antes de iniciar pruebas – Espécimen fuera de servicio y des energizado – Espécimen adecuadamente a tierra – Junta de revisión de tareas (identificación de peligros y riesgos) – Revisión de procedimientos de emergencia – Revisión de protocolo de comunicación entre usuarios (operador y ayudante) Basic Facts about Doble Testing

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Electricidad estática y voltaje inducido • Fenómeno – Electricidad estática: cargas o energía eléctrica que permanecerá hasta que esta se descargue con el flujo de energía (corriente) – Voltaje inducido: condición en la cual un conductor des energizado asume el potencial relativo a el campo eléctrico que lo afecta

• ¿Qué significa? – Un conductor sin referencia a tierra asumirá el potencial sin una conexión galvánica a una Fuente de voltaje

• Razón de interés: – el voltaje siempre buscara el potencial mas bajo (Tierra), que puede ser una vía de flujo de corriente a este punto

• Usuarios deberán prevenir ser esa vía de flujo Basic Facts about Doble Testing

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Como EVITAR exposición a electricidad estática y voltaje inducido Para evitar exposición, se recomienda el siguiente procedimiento: – – – –

Trabajar protegido (entre referencias a tierra) Verificar que la fuente de AC esta adecuadamente referenciada a tierra M4100 adecuadamente referenciado a tierra Nunca conectar eléctricamente las referencias de Chasis y tierras de prueba del M4100

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Equipo M: esquema de doble tierra • Detección de 2 tierras por el relé de tierra – Se requiere de 2 tierras para operar el instrumento • Tierra a chasis – Conexión eléctrica que aterriza la carcaza del instrumento – Realizada por la tierra del cable de potencia (AC)

• Tierra de la prueba – Conexión realizada por la tierra que se conecta al espécimen

– Resistencia entre estos 2 puntos es mayor a 70 Ω el relé no actuara y el instrumento no opera – El propósito es mantener un equipotencial en el área de prueba – Evitar este requerimiento de 2 tierras resultará en severas lesiones y/o peligro de muerte

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Un ejemplo de Metodología Doble Introducción a protocolo de pruebas Doble para Transformadores “Doble Transformer Condition Assessment”

¿Para qué probar?...

¡Para prevenir esto!... Basic Facts about Doble Testing

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Motivación • ¿Cuándo y porqué? • ¿Qué pruebas hay disponibles? • ¿Qué pruebas hacer? Los programas de pruebas proveen al Ingeniero con un grupo de herramientas para determinar la condición del equipo de campo bajo prueba.

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Beneficios • Cada prueba debe brindar resultados claros y concisos • Su interpretación debe de ser completamente entendida • La información debe ser correlacionada a las condiciones: – Dieléctrica – Térmica – Mecánica

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¿Qué esperar?... • Identificar condiciones anormales y el orden de prioridades • Escoger la herramienta adecuada para el trabajo adecuado • Responder a eventos que afectan al equipo – Fallas pasantes

• Calificar los resultados • Identificar pruebas especiales

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Aplicación de pruebas • • • •

Aceptación Establecer Dato Base Rutina (tendencia) Manejo de activos Casos especiales – Definir áreas “problema” – Garantía – Relocalizaciones

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Protocolo de pruebas Doble • Factor de Potencia y Capacitancia: – Deterioración de aislamiento – Distorsión de devanados

• Corrientes de Excitación: – Problemas de devanados y/o núcleo (circuitos abiertos, múltiples tierras a núcleo, espiras cortocircuitadas, laminaciones cortocircuitadas) – Problemas en cambiadores (defectos de manufactura)

• TTR a Alto Voltaje: – Espiras cortocircuitadas – Circuitos abiertos Basic Facts about Doble Testing

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Protocolo de pruebas Doble (cont.)… • Reactancia de Dispersión (o de fuga): – Distorsión en devanados – Confirmación de impedancia de placa

• Análisis de Respuesta a la Frecuencia (SFRA): – Espiras cortocircuitadas – Movimiento de núcleo y/o devanados – Distorsión en devanados

• Análisis de laboratorio: – Detección de fallas incipientes – Deterioro en aislamiento Basic Facts about Doble Testing

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Transformadores La prueba Doble para transformadores, es la más comprensiva para  la evaluación de aislamiento HumedecimientoContaminación Carbonización Prueba Doble Falla Mecánica

La técnica de prueba permite separar el espécimen en partes  individuales permitiendo un análisis más efectivo Basic Facts about Doble Testing

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Tipos de Transformadores Los Transformadores pueden ser monofásicos ó trifásicos, y pueden tener las siguientes configuraciones: 

Dos devanados



Tres devanados



Auto transformadores (con ó sin devanado Terciario)

El sistema de aislamiento puede ser gas, líquido, sólido, y por supuesto, combinaciones de los elementos mencionados.

La técnica de prueba, se basa en el acceso a los devanados. Basic Facts about Doble Testing

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Parámetros de medidas Doble. . .

• • • •

Pérdidas en el dieléctrico Capacitancia (Corriente de carga total) Factor de Potencia Cambio de Factor de Potencia con el Voltaje

Basic Facts about Doble Testing

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Pruebas de Factor de Potencia y Capacitancia Transformadores 

Factor de Potencia y Capacitancia: 

Aislamiento general  Devanados

del Alto Voltaje  Devanados del Bajo Voltaje  Inter.-devanados 

Boquillas (Bushings)  Aislamiento

principal  Aislamiento del Tap  Hot-Collar (Collares) 



Aceite

Otras pruebas Doble (de Protocolo)    

Corrientes de excitación (prueba monofásica) Medición de pérdidas en apartarrayos TTR en alto voltaje (prueba monofásica) Reactancia de dispersión (trifásica y monofásica)

Basic Facts about Doble Testing

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Procedimiento pruebas Doble a transformadores de dos devanados

Basic Facts about Doble Testing

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Sistema de aislamiento (3-fases 2-devanados) Simplificando, el aislamiento de  transformadores se agrupa en  tres subsistemas representativos:

Devanados de Alto Voltaje

CHL

CH

CH CL CHL

CL

Devanados De Bajo Voltaje

Basic Facts about Doble Testing

La prueba Doble permite a los  usuarios medir estos subsistemas  individualmente. 

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Representación física (3-fases 2-devanados)

High-Voltage Windings

CH

CHL

Low-Voltage Windings

CL

Core Leg

Transformer Tank

Basic Facts about Doble Testing

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Representación Dieléctrica (3-fases 2-devanados)

High CH CHL

Tank and Core

CL

Low

Basic Facts about Doble Testing

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Detalle de devanado (transformador tipo núcleo)

Basic Facts about Doble Testing

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Circuito Dieléctrico: transformador de 2 devanados

Alta CH CHL

Tanque y núcleo

CL

Baja

Basic Facts about Doble Testing

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Componentes del lado de alto-voltaje CH – Aislamiento entre componentes del lado de Alto voltaje y el núcleo y tanque Boquillas (Bushings) del lado de Alta Aislamiento de devanado de Alta Miembros estructurales de aislamiento Aislamiento de cambiadores (NLTC) Fluido aislante Basic Facts about Doble Testing

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Componentes de lado de bajo-voltaje CL - Aislamiento entre componentes del lado de Bajo voltaje y el núcleo y tanque Boquillas (Bushings) del lado de Baja Aislamiento del devanado de Baja Miembros estructurales de aislamiento Aislamiento de cambiadores (LTC) Fluido aislante

Basic Facts about Doble Testing

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Componentes entre devanados

CHL – Aislamiento entre los devanados de Alta y Baja

.

Barreras entre aislamientos Fluido aislante

Basic Facts about Doble Testing

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La prueba General Antes de empezar:

CHL

CH CL

Asegurarse de desconectar el neutro e incluirlo en el cortocircuito del devanado correspondiente Basic Facts about Doble Testing

Cortocircuitar el devanado de Alta Cortocircuitar el devanado de Baja Desconectar las referencias de devanados a tierra

Esta es la fuente principal de errores en el procedimiento de pruebas

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Metodología (3-fases 2-devanados) Procedimiento (HV lado de alto-voltaje) HV Cable

High

Low Tank & Core

Test Set Ground Lead Low Voltage Lead

Guard I & W Meter

Basic Facts about Doble Testing

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Pruebas 1, 2 & 3 (CH+CHL, CH and CHL) ICHL

ICHL

HV Cable

High

HV Cable

Low

High ICH

ICH

Tank & Core

Tank & Core Test Set

Test Set

ICH

ICH GST-Ground

ICHL

GST-Guard Ground Lead

Ground Lead

ICHL

ICH

ICH + ICHL

Guard

Low Voltage Lead

Guard

Low

Low Voltage Lead I&W Meter

I&W Meter ICHL HV Cable

High

Low

ICH Tank & Core Test Set ICH UST

ICH

Ground Lead

ICHL

ICHL Low Voltage Lead

Guard Basic Facts about Doble Testing

I&W Meter

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Metodología (3-fases 2-devanados) Procedimiento (LV lado de bajo-voltaje) HV Cable

High

Low

Tank & Core

Test Set Low Voltage Lead Ground Lead Guard I & W Meter Basic Facts about Doble Testing

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Pruebas 5, 6 & 7 (CL + CHL, CL & CHL) HV Cable

High

HV Cable

Low

ICHL

High ICHL

Tank & Core

Tank & Core Test Set GST-Ground ICL + ICHL

Low

Test Set ICL

Low Voltage Lead

GST-Guard ICL

Ground Lead

Low Voltage Lead

ICL

Ground Lead

Guard

Guard I & W Meter

I & W Meter

HV Cable

High

Low

ICHL Tank & Core Test Set UST ICHL

Low Voltage Lead

ICL

Ground Lead

Guard I & W Meter Basic Facts about Doble Testing

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Automatización y sus ventajas…

Basic Facts about Doble Testing

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Comparación entre sistemas de aislamiento (2-devanados vs. 3-devanados) High CH CHL CL

Tank and Core

Low High CH CHL CHT

Tank and Core

Low CL CLT Tert CT

Basic Facts about Doble Testing

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Circuito Dieléctrico: transformador de 3 devanados Alta CHL CHT

CH

Baja CL

Tanque y Núcleo

CLT Terc. CT Basic Facts about Doble Testing

78

Circuito Dieléctrico: Autotransformador Alto y Bajo voltaje H2 CHT

X2 H1

X1 H0X0

X3 H3 CH

Tanque y núcleo Basic Facts about Doble Testing

79

Circuito Dieléctrico: Autotransformador con Terciario Alto y Bajo Terciario

H2 CHT

X2 H1

Y2

X1 H0X0

X3 H3

Y1

CH

Y3

CT

Tanque y núcleo Basic Facts about Doble Testing

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Prueba General (consideraciones) • • • • • • •

Configuración del equipo Voltaje del equipo Sistema de aislamiento Aplicación del equipo Seguridad del personal Equipos similares Base de datos

Basic Facts about Doble Testing

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Pruebas de Factor de Potencia y Capacitancia Transformadores 

Factor de Potencia y Capacitancia: 

Aislamiento general  Devanados

del Alto Voltaje  Devanados del Bajo Voltaje  Inter.-devanados 

Boquillas (Bushings)  Aislamiento

principal  Aislamiento del Tap  Hot-Collar (Collares) 



Aceite

Otras pruebas Doble (de Protocolo)    

Corrientes de excitación (prueba monofásica) Medición de pérdidas en apartarrayos TTR en alto voltaje (prueba monofásica) Reactancia de dispersión (trifásica y monofásica)

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Normas IEEE para pruebas de campo • IEEE Std. C57.152 – 2013 (Revision of IEEE 62 – 1995) – Guide for Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus – Part 1: Oil Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors • Section 3 Definitions (3.6: Power Factor - Dielectric) • Section 6 Tests and test techniques – – – – –

6.1.2 Ratio/Polarity/Phase 6.1.3 Exciting Current 6.1.4 Short Circuit Impedance 6.1.6 Capacitance, Power Factor, and Dissipation Factor 6.3 Insulating Fluids (Transformer-Grade mineral Oil)

– Annex A (informative): Power Factor measurements

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Entendiendo la aplicación de las pruebas Doble Relevancia del uso adecuado del equipo de prueba Doble y la importancia del uso apropiado de las metodologías Doble

Equipo de pruebas Doble • ¿Qué tengo disponible para pruebas? • ¿Se cual es el propósito del equipo de prueba? • ¿Cuál es la condición del equipo de prueba?

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Preparativos para el Equipo de Campo Ejemplo M4000 y sus Componentes

• • • • • • • • • • • • • • •

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Controlador de datos y su cable de comunicación (M4200, DUC o Laptop del usuario) Instrumento M4100 Transportador M4300 (opcional) Referencia de calibración (M4150 o M4151) Cable de aterramiento (¡seguridad!) Cable alto-voltaje (HV) M2 Cables de medición (LV), rojo y azul Cable de CA (fuente y caja de dist.) Switches de seguridad (1 & 2) Sensor remoto Lámpara estroboscópica (¡seguridad!) Accesorios de diagnósticos (cable & conector de “loop-back” para com.) Collares Cables de aterramiento Adaptadores de boquillas (Bushings)

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Preparativos para el Equipo de Campo (cont.) Chequeo del Instrumento M04100 • Chequeo Preliminar

– Cables en Buena condición – Conexión adecuada a Fuente active de CA (estable y propiamente aterrada) – Comunicaciones adecuadamente establecidas

• Diagnósticos (condición de operación) – Status del Sistema (System Status) – Verificación de Calibración – Chequeo de Subsistemas (Subsystem Diagnostics) – Listado de componentes – Perfil térmico – Retoro de señal de comunicación (Communication Loopback)

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Preparativos para el Equipo de Campo (cont.) M4110

M5200/5400

• M4110 – Cable de aterramiento (¡seguridad!) – Cable sensor de voltaje – Cables para alta corriente (rojo & negro) – Lámpara estroboscópica – Switch de seguridad – Cable de alimentación de CA

• M5200/5400 – Cable de aterramiento (¡seguridad!) – Cable de comunicaciones – Cable de señal (coaxial) – Cable de alimentación de CA – Cables de aterramiento Basic Facts about Doble Testing

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Preparativos para el Equipo de Campo (cont.) Verificación de herramientas antes de pruebas •

Inspección completa de Hardware

•

Inspección completa de Software

– Según laminas anteriores

– Versiones de las aplicaciones a usar: ¿están actualizadas? – Archivos de equipo a probar – ¿Tengo acceso remoto a mis bases de datos?

Revisión de procedimientos en sitio • • • •

Plan de seguridad Aterramientos para los equipos de pruebas (conexiones adecuadas) Fuente de alimentación CA adecuada (fuentes portátiles) Cables y sus conexiones

•

Software

•

Metodologías

– Cables alto-voltaje (HV) – Cables bajo-voltaje (LV) – Accesorios

– Comunicaciones a instrumentos (Serie, USB, Ethernet) – Acceso a Internet (Celular, “Hot-Spot”, “WiFi”, otros)

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Normas IEEE para pruebas de campo • IEEE Std. C57.152 – 2013 (Revision of IEEE 62 – 1995) – Guide for Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus – Part 1: Oil Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors • Section 3 Definitions (3.6: Power Factor - Dielectric) • Section 6 Tests and test techniques – – – – –

6.1.2 Ratio/Polarity/Phase 6.1.3 Exciting Current 6.1.4 Short Circuit Impedance 6.1.6 Capacitance, Power Factor, and Dissipation Factor 6.3 Insulating Fluids (Transformer-Grade mineral Oil)

– Annex A (informative): Power Factor measurements

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Proprietary Information Arturo H. Oropeza Principal Engineer Doble Engineering Company

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