Localización de averías de transformadores

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Antecedentes
Antecedentes
Localización de averías de
transformadores
Análisis innovador de averías de un transformador de 220 kV
La energía generada en las centrales eléctricas tiene que transportarse hasta los
consumidores. Para asegurar la transmisión de energía a largas distancias con bajas
perdidas, la tensión del generador (comprendida entre 6 kV y 27 kV en las centrales
eléctricas) tiene que transformarse a niveles de tensión de 110 kV, 220 kV y 380 kV.
Esta conversión se realiza mediante transformadores de generador en las centrales
eléctricas y transformadores de acoplamiento en las estaciones de transformación.
Se produjo un cortocircuito en uno de estos transformadores en la estación de transformación de Bürs (Austria), operada por Vorarlberger Illwerke AG. OMICRON pudo
utilizar procedimientos innovadores de prueba para demostrar que la reparación de
este transformador sería extremadamente costosa y definitivamente inviable. Cuando se abrió el transformador, se hizo evidente el alcance de los daños.
La fuerza destructiva de las martas
embargo, una corriente de cortocircuito de 54 kA fluyó
El transformador en cuestión se utilizaba para tres
a través del devanado de 10 kV durante un tiempo
niveles de tensión: 220 kV, 110 kV y 10 kV. El devanado
breve.
de 10 kV hacía las veces de devanado terciario para
atender las necesidades de la propia estación de trans-
Análisis de los daños
formación. Muchas de las bornas de los devanados de
Para aclarar el alcance de la avería, Vorarlberger
10 kV están unidas a la tapa de la cuba del transforma-
Illwerke encargó a OMICRON que realizara medicio-
dor. En el pasado, las barras de los devanados terciarios
nes de diagnóstico en el transformador. El objetivo
a menudo no se protegían contra el contacto directo.
era determinar si sería posible reparar el sistema. Las
Por ello, en invierno, algunos animales pequeños,
mediciones de la resistencia de los distintos aislamien-
como las martas, podían subirse al cálido tanque del
tos indicaron que los devanados de 10 kV, que están
transformador y provocar un cortocircuito entre dos
conectados en una configuración delta, estaban en
barras o entre una barra y la cuba. Esto es exactamen-
cortocircuito tanto con el núcleo como con el tanque.
te lo que sucedió con el transformador dañado. Los
relés de protección detectaron el cortocircuito y los
Además de las mediciones de la resistencia de los aisla-
interruptores de potencia desconectaron correctamen-
mientos, se midieron las corrientes sin carga de todas
te el transformador en aproximadamente 100 ms. Sin
las fases. La corriente sin carga de la fase U destacó
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entonces inmediatamente, ya que era alrededor de
34 veces mayor que la de las fases V y W. Esto indicaba
un cortocircuito en uno de los devanados de la fase U.
La medición de las relaciones de transformación entre
los devanados de alta tensión y los devanados terciarios indicaba una desviación de -24% en la fase U, lo
que significaba que la tensión medida en el devanado
terciario era un 24% demasiado baja. Esta baja tensión
indicaba que partes del devanado habían quedado
inutilizadas por la elevada corriente de cortocircuito
y por lo tanto, habían quedado cortocircuitadas o
quemadas. Una prueba de la función de transferencia, realizada mediante el análisis de la respuesta en
frecuencia (FRA), confirmó esta suposición. El daño por
lo tanto ya había sido localizado, aunque todavía no se
había determinado con precisión.
Análisis preciso con un proceso innovador
Para realizar un análisis más preciso de los daños, se
entonces entre sí. Otro aspecto novedoso es que la
utilizó un nuevo tipo de procedimiento de prueba. Se
impedancia se dividió en la resistencia efectiva (parte
trataba de realizar mediciones de las impedancias de
real) y la reactancia (parte imaginaria) para la evalua-
cortocircuito en función de la frecuencia, un método
ción. Para hacer esto, es necesario no solo que el valor
descrito por primera vez en 2001 por Hydro Québec,
de la impedancia se determine a partir de la tensión y
Los resultados de
las mediciones de
diagnóstico llevan a
los operadores a la
decisión de desmantelar el transformador.
una compañía eléctrica canadiense. Consistía en
cortocircuitar un lado del transformador, por ejemplo, el devanado terciario, y a continuación medir la
impedancia de cortocircuito desde el otro lado, por
ejemplo, el devanado de alta tensión. Este concepto
en sí no es nada nuevo, aunque un nuevo aspecto era
que la medición no se realizó en la frecuencia habitual
de 50/60 Hz, sino más bien sobre un amplio rango de
frecuencias. Las curvas de las tres fases se compararon
CPC 100 - Dispositivo
de pruebas universal para diagnóstico
eléctrico.
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«Cuando se abrió el transformador, se hizo
patente que las hipótesis basadas en los
resultados de las pruebas de diagnóstico
eran correctas y el alcance de los daños fue
inmediatamente evidente.»
Johannes Berthold
Director de la estación de
transformación de Bürs operada por
Vorarlberger Illwerken.
B
Conductor dañado por un cortocircuito.
corriente, sino también que se midan los ángulos con total preci-
Devanado de AT
sión. Esta medición es extremadamente compleja, ya que requiere
Las corrientes
inducidas se
compensan
una fuente potente que pueda suministrar la tensión necesaria
sobre un amplio rango de frecuencias. Además de esto, se requiere un equipo de prueba especial para la medición de impedancias
complejas. El CPC 100 de OMICRON es idóneo para esto, ya que
Devanado de BT
su amplificador de potencia es capaz de generar frecuencias de
15 a 400 Hz y sus componentes electrónicos de medición no solo
pueden medir las tensiones y corrientes con total exactitud, sino
también los ángulos de fase correspondientes. Por tanto, este
El uso de conductores de perforación permite evitar las corrientes circulares inducidas y las pérdidas correspondientes.
dispositivo de pruebas compacto incluye todas las funciones necesarias para el nuevo proceso de medición.
El método FRSL
B
Devanado de AT
La parte real de la impedancia de cortocircuito depende en gran
Perdidas
adicionales
causadas
por las
corrientes
inducidas
Devanado de BT
medida de la frecuencia. A bajas frecuencias de solo unos pocos
Hz, la parte real está determinada por las resistencias de los
devanados. A frecuencias altas, sin embargo, las pérdidas en las
separaciones entre devanados también desempeñan un papel
importante. Esta es también la razón por la que se utiliza esta medición cuando se sospecha que las hebras del devanado conectadas en paralelo están cortocircuitadas entre sí. Estas hebras están
normalmente aisladas entre sí para evitar corrientes circulares.
Cuando se produce un cortocircuito entre los conductores paralelos,se
producen pérdidas causadas por las corrientes circulares inducidas. Sin
embargo, la relación de transformación y la resistencia del devanado
permanecen constantes. No es posible detectar una falla de este tipo con
las mediciones de relación o de resistencia.
Sin embargo, si este aislamiento falla, pueden producirse grandes
corrientes circulares que, en el peor de los casos, pueden llegar a
destruir un transformador.
Dado que este método de medición evalúa las pérdidas en la separación, se conoce como el "método FRSL" (Frequency Response of
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«Nuestros conocimientos
y experiencia están siempre
a disposición de nuestros
clientes»
Inductividad en H
0.10
7
U
V
W
0.09
0.08
0.07
0.06
0
100
200
300
400
Frecuencia en Hz
Dr. Michael Krüger
Cambios de la inductancia de cortocircuito
en función de la frecuencia.
Stray Losses, respuesta en frecuencia de pérdidas de dispersión.
del fabricante para su reparación, se decidió no reparar-
Además de esto, también se midió en el transformador en cues-
lo", comenta Johannes Berthold, director de la estación
tión la respuesta en frecuencia de la reactancia de la impedancia
de transformación de Bürs operada por Vorarlberger
de cortocircuito. El trazado de la inductancia de cortocircuito con
Illwerke.
respecto a la frecuencia planteó una serie de preguntas. El valor
de la fase U era completamente diferente de las mediciones de las
Una asociación con un futuro brillante
fases V y W a bajas frecuencias. Por otro lado, a altas frecuencias
En Vorarlberger Illwerke estaban muy contentos con los
los valores de impedancia de todas las fases fueron casi idénticas
resultados de las mediciones de diagnóstico. Los comple-
(véase el diagrama).
tamente nuevos procedimientos de medición permiten
Una curva de este tipo indica el siguiente problema: Las espiras
evaluar el alcance de los daños en transformadores de-
del devanado terciario de la fase U están rotas y en contacto
fectuosos de una forma extremadamente precisa. Todos
con diversas secciones del núcleo. Por tanto, cuando se mide la
en Vorarlberger Illwerke están seguros de algo: definiti-
impedancia de cortocircuito, la corriente de prueba debe fluir a
vamente, seguirán confiando en los conocimientos y la
través del núcleo. A bajas frecuencias, toda la sección transversal
experiencia de OMICRON en el futuro.
del núcleo está disponible para esto, lo que a su vez conduce a un
Dr. Michael Krüger
aumento del valor de la inductancia. Sin embargo, a frecuencias
más altas el efecto pelicular fuerza el flujo magnético hacia la su-
Head of Engineering Services
Test & Diagnostics Solutions for Primary Assets
perficie del núcleo de hierro. Esto explica por qué la inductancia de
cortocircuito es similar a la de las fases V y W en buen estado.
Vorarlberger Illwerke AG
Resultados claros: no se recomendaba la reparación
En función de los datos disponibles, Michael Krüger, jefe del
La empresa se constituyó en 1924 y desde
departamento de Pruebas Primarias de Servicios de Ingeniería de
entonces ha estado suministrando energía de
OMICRON, descartó una reparación fácil y económica. "Las me-
picos de carga y de control para atender las
diciones de diagnóstico llevadas a cabo por OMICRON utilizando
necesidades que se producen en las opera-
un procedimiento de medición completamente nuevo demos-
ciones cotidianas. La sede de la empresa se
traron ser extremadamente útiles. Debido a la antigüedad del
encuentra en la ciudad austríaca de Bregenz.
transformador y a los gastos de su transporte a las instalaciones
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