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Analisis de fallas en transformadores de distribuci´ on ...

R I UC, V . 18, N . 2, A 2011 15 - 26An alisis de fallas en transformadores de distribuci on utilizando ensayosno destructivos y pruebas de tensi on mec anicasMar a Gabriela Mago ,a, Luis Vall esa, Jhon Jairo Olayab, Martha ZequeracaDepartamento de Potencia y de Materiales y Procesos de Fabricaci on, Escuela de El ectrica y Mec anica, Facultad deIngenier a, Universidad de de Mec anica, Postgrado en Materiales y Procesos, Facultad de Ingenier a, Universidad Nacional de Colombia,Bogot a, de Electr onica, Facultad de Ingenier a, Universidad Pontificia Javeriana de Bogot a, Bogot a, investigaci on plantea realizar pruebas en transformadores de distribuci on monof asicos de poste bajo condici onde falla, efectuando ensayos no destructivos: part culasmagn eticas y l quidos penetrantes a la chapa de aceroal silicio, as como tambi en, pruebas de tensi on mec anicas al papel aislante, como una continuaci on de lasinvestigaciones sobre m etodos no convencionales para predecir tiempos de vida util en transformadores dedistribuci on en Venezuela y Colombia respectivamente, que establezcan en el futuro acciones de mejora en losest andares de calidad.

M. Mago et al. /Revista Ingenier´ıa UC, Vol. 18, No. 2, Agosto 2011, 15-26 17 Tabla 1: Muestras de transformadores utilizados Marca Nivel de Tensio´n An˜o de fabricacio´n kVA Falla presentada

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1 R I UC, V . 18, N . 2, A 2011 15 - 26An alisis de fallas en transformadores de distribuci on utilizando ensayosno destructivos y pruebas de tensi on mec anicasMar a Gabriela Mago ,a, Luis Vall esa, Jhon Jairo Olayab, Martha ZequeracaDepartamento de Potencia y de Materiales y Procesos de Fabricaci on, Escuela de El ectrica y Mec anica, Facultad deIngenier a, Universidad de de Mec anica, Postgrado en Materiales y Procesos, Facultad de Ingenier a, Universidad Nacional de Colombia,Bogot a, de Electr onica, Facultad de Ingenier a, Universidad Pontificia Javeriana de Bogot a, Bogot a, investigaci on plantea realizar pruebas en transformadores de distribuci on monof asicos de poste bajo condici onde falla, efectuando ensayos no destructivos: part culasmagn eticas y l quidos penetrantes a la chapa de aceroal silicio, as como tambi en, pruebas de tensi on mec anicas al papel aislante, como una continuaci on de lasinvestigaciones sobre m etodos no convencionales para predecir tiempos de vida util en transformadores dedistribuci on en Venezuela y Colombia respectivamente, que establezcan en el futuro acciones de mejora en losest andares de calidad.

2 Con la aplicaci on de estas t ecnicas, se pretende desarrollar simulaciones para determinar lavida remanente en los transformadores de distribuci on. Eltrabajo se apoy o en ensayos experimentales realizadosen la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogot`a. De acuerdo a los resultados obtenidos se recomiendautilizar estas pruebas de tensi on mec anica como m etodo predictivo en los sistemas de detecci on y an alisis defallas para estos equipos, ya que el desarrollo de sistemas para mantenimiento preventivo estar an orientados haciaestos m etodos no convencionales, de acuerdo a la propuestade investigaci on doctoral que se est`a desarrollandoactualmente en el Doctorado en Ingenier` a de la Universidad de Carabobo, y cuyos resultados servir an de referenciaa estudios posteriores en el clave:transformador monof asico, an alisis de fallas , l quidos penetrantes, part culas magn eticas, tensi onmec analysis of distribution transformers using non-destructivetesting and mechanical tension research focuses on testing single phase distributiontransformers under fault condition pole, making non-destructive testing.

3 Magnetic particle and liquid penetrant to the silicon steel sheet, as well as, mechanical stresstesting the insulating paper as a continuation research on non-conventional methods for the analysis of machineswith metal components of the electrical industry. With the application of these techniques is to develop simulationsto determine the remaining life of the transformers. The work was supported by experimental trials conducted inColombia. According to the results of these tests is recommended as a method of mechanical stress predictivedetection systems and failure analysis for these teams, as the development of preventive maintenance based onthese unconventional methods, will soon a :single phase transformer, liquid penetrant, magnetic particles, mechanical stress. Autor para a Gabriela Mago)Recibido: junio 2011 Aceptado: agosto 2011 Revista Ingenier a UC16M. Magoet Ingenier a UC, Vol. 18, No. 2, Agosto 2011, ONEste estudio trata acerca de la aplicaci on det ecnicas de ensayos no destructivos a la chapa deacero al silicio de un transformador monof asicoreductor de poste (transformador monof asico enaceite) bajo condici on de falla, aplicando pruebascon l` quidos penetrantes y part culas magn eticas,adem as de pruebas de tensi on mec anicas al papelaislante.

4 De manera especifica, se eval ua la calidadde los materiales de fabricaci on, aumentando laexperticia de calificaci on y complementando losm etodos para el diagn ostico con la finalidad dedesarrollar t ecnicas novedosas que faciliten ladeterminaci on de la vida remanente en estosequipos al igual que se realiza en reactores,calderas, hornos y tanques de almacenamiento,aplicando estudios de vida restante e integridadestructural con el criterio de gesti on de riesgos deingenier a [1].Los ensayos no destructivos y las pruebas detensi on mec anicas se aplican a equipos mec anicosy de otras especialidades, verificando, a trav es deestas t ecnicas; si pueden continuar en operaci on,manteniendo un nivel de riesgo aceptable por unperiodo de tiempo, o si deben repararse y salir deservicio, de consideran transformadores monof asicos dedistribuci on aquellos con capacidad nominal de 10a kVA de acuerdo a la norma existen transformadores monof asicosde distribuci on con capacidad nominal desde 3kVA.

5 Si la capacidad es mayor de 500 kVA, seconsideran transformadores de potencia. En laFigura 1 se muestran algunas partes constitutivasdel n ucleo del transformador de distribuci DE fallas EN TRANSFORMA-DORES DE DISTRIBUCIONE xiste una clasificaci on de los tipos de fallas quepresentan los transformadores de distribuci on [2],las cuales se indican a continuaci on:T ermicas:las mismas ocurren, cuando la tem-peratura de trabajo sobrepasa la establecida porel fabricante, ocasionando degradaci on del aceitediel ectrico de manera progresiva, lo que trae comoFigura 1: Partes constitutivas del n ucleo de un transformadorde distribucion1. Recipiente met alico o cuba del transformador2. Aisladores3. Chapa de acero al silicio4. Bobina de baja tensi on5. Bobina de alta tensi on6. Papel aislanteconsecuencia a mediano plazo, el deterioro delequipo, por efecto de una El ectrico:las mismas ocurren, cuando fallanlas protecciones del transformador, lo que traecomo consecuencia, cortocircuitos externos queda nan internamente el equipo, dejando esa partede la red el ectrica fuera de servicio en Parciales:son peque nas descargasel ectricas que se producen en el seno de cavidadescon gas presente en un medio aislante s olido ol quido.

6 En los transformadores de distribuci onest an asociadas a condiciones de sobretensi onocasionando da nos en el aislamiento del la Tabla 1 se indican algunas caracter sticasde los transformadores fallados cuyas muestrasfueron utilizadas en las pruebas experimentales dela presente investigaci Otras causas de fallas en transformadoresde distribuci onExisten otras causas de fallas que se pueden pre-sentar en los transformadores de distribuci on, paralo cual, se presentan una serie de recomendacionesa fin de evitar la ocurrencia de las mismas [3,4 y 5].Revista Ingenier a UCM. Magoet Ingenier a UC, Vol. 18, No. 2, Agosto 2011, 15-2617 Tabla 1: Muestras de transformadores utilizadosMarcaNivel de Tensi onA no de fabricaci onkVAFalla presentadaMagnetr on7620/246200410 SobrecargaMagnetr on13200/240200915 HumedadMagnetr on13200/240200710 Cortocircuito ExternoABB7620/240200125 Defecto Operaci onSiemens13200/240200715 Sobretensi onSiemens7620/240200610 Defecto Fabricaci onTPL13200/240199115 Conexi on errada en Baja tensi onFuente: M.

7 Mago (2011). Especificaciones T ecnicasExisten caracter sticas nominales indicadas porlos fabricantes, que deben corresponder a la cargarequerida por la red de distribuci on el ectrica,dentro de las cuales es importante considerar losiguiente:Nivel b asico de aislamiento (BIL) (del valorrequerido).Impedancia de cortocircuito del valor nomi-nal: si la misma es demasiado alta, afectala regulaci on del sistema; y si es demasiadobaja, da lugar a elevadas corrientes de conmutador de derivaciones debe ser deaccionamiento Defectos de Fabricaci onAunque hay formas de construcci on preesta-blecidas, las mismas no est an exentas de erroresque pudieran presentarse, ocasionando fallas enlos transformadores de distribuci on, por lo tanto,se recomienda tener en cuenta lo indicado acontinuaci on, a fin de evitar estos defectos:No es recomendable trabajar a niveles deinducci on demasiados altos, porque dan lugara la magnetostricci on o deformaci on deln ucleo y producen efectos vibratorios en laparte la fabricaci on del n ucleo se debe evitar lareducci on de las distancias internas a nivelescr materiales que satisfagan lasnormas y/o valores exigidos para operar a de-terminados niveles de esfuerzos diel l aminas, pinturas, refuerzos, ais-ladores, herrajes, empaques de caucho, soporten condiciones del medio ambienteu otros esfuerzos internos, originados en Defectos de Operaci onLos errores humanos que se presentan en laoperaci on de equipos son inevitables, a pesar dela preparaci on que reciben los operadores delsistema el ectrico.

8 Se recomienda tener en cuentalo indicado a continuaci on, a fin de minimizar laocurrencia de estos efectos:Realizar adecuado sistema de selecci on ymontaje utilizando sistemas de movilizaci ony almacenaje el sistema de protecciones existente,a fin de disminuir la condici on de falla quepudiera presentarse motivado a: sobretensio-nes (directas: por rayos y/o de maniobra),sobrecargas y/o fallas en la red (l neas atierra, cortocircuitos en la red, desbalances decarga).Implementar rutinas de inspecci on que evitenel vandalismo hacia los transformadores dedistribuci Ingenier a UC18M. Magoet Ingenier a UC, Vol. 18, No. 2, Agosto 2011, EN transformadores DEDISTRIBUCIONU tilizando las definiciones indicadas en el ma-nual de CORPOELEC (CADAFE) [6], que fuerondesarrolladas por el Ing. Ra ul Cabrera actualGerente General de la Empresa Transformadoresdel Centro (Valencia, Venezuela), de las causas yefectos que originan los diferentes tipos de fallassobre el transformador y que sirven de referenciaal personal que realiza labores de reparaci on y/omantenimiento para apoyar los diagn osticos, acontinuaci on se indican las un transformador falla debido a unasobrecarga se presentan los siguientes efectos:En la conexi on de baja tensi on hay salidas decobre papel aislante de la bobina y salidas diel ectrico ennegrecido o quemadocon gran formaci on de del tanque con gran contenido de 2: Transformador fallado por SobrecargaEn caso de ser por error de conexi on, en lasbobinas de baja tensi on se podr a observar unada nada y otra en buen estado.

9 En la Figura 2,se muestra un transformador fallado bajo esacondici on, y en la Figura 3; la apariencia del aceitediel 3: Apariencia del aceite diel ectrico de este transfor-mador Sobretensiones de origen atmosf`ericoCuando un transformador falla debido a so-bretensiones se pueden observar algunos de lossiguientes da nos:Cortocircuito entre las espiras pertenecientesa las dos primeras o dos ultimas capas o m veces se observa tambi en, ennegrecimientode uno de los aisladores de alta tensi menudo la bobina descarga la sobretensi onsobre el n ucleo, o sobre el tanque, pudiendoestar los mismos parcialmente de descarga entre los devanados dealta tensi on y baja tensi 4: Transformador fallado por Sobretensi on At-mosf ericaEn la Figura 4, se muestra imagen de un equipofallado por esta condici on y en la Figura 5, laapariencia del aceite diel Ingenier a UCM. Magoet Ingenier a UC, Vol.

10 18, No. 2, Agosto 2011, 15-2619 Figura 5: Apariencia del aceite diel ectrico de este transfor-mador falladoFigura 6: Transformador fallado por Cortocircuito Externoen alta tensi onFigura 7: Apariencia del aceite diel ectrico de este transfor-mador externoCuando ocurre un cortocircuito externo se ob-serva que las bobinas presentan algunos devanadosdeformados o desplazados el uno con respecto alotro. En la Figura 6, se muestra un equipo falladopor cortocircuito externo en alta tensi on y en laFigura 7 la apariencia del aceite diel Conexi on errada en baja tensi onLas bobinas se presentan con devanados defor-mados o desplazados el uno con respecto al otro yel transformador puede quedar en buen estado Defecto de operaci onCuando un transformador falla por defecto deoperaci on se pueden observar los siguientes da nos:Rotura del erradas en baja tensi con buena encontrarse bien la parte activa 8: Transformador fallado por Defecto de Operaci onFigura 9: Apariencia del aceite diel ectrico de este transfor-mador falladoEn la Figura 8, se muestra un transformadorfallado por defecto de operaci on y en la Figura 9,la apariencia del aceite diel ectrico:Revista Ingenier a UC20M.


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