Pruebas De Transformadores

55 Artículo científico / Scientific paper

Pruebas de transformadores, espectroscopía en el dominio de la frecuencia y método de análisis de respuesta por barrido de frecuencia

Néstor Xavier Maya Izurieta y Luis Alberto Vásquez Restrepo nxavier4@hotmail.com

Resumen

Abstract:

La espectroscopía es una técnica mediante la

The spectroscopy is a technique by which cual podemos observar gráficamente la interac-

we can see graphically the interaction between ción entre materia y energía radiada, ya sea en

matter and energy radiated, either as a function función de la longitud de onda o la frecuencia,

of wavelength or frequency, allowing us to lo que nos permite aislar e identificar la estruc-

isolate and identify the structural design of a tura constructiva de un material. Esta técnica

material. Technique applied to processors gi- aplicada a los transformadores nos brinda una

ves us a tool to measure losses and capacitance herramienta para medir pérdidas y capacitancia

in the insulation, depending on the frequency en el sistema de aislamiento, en función a la

response of a signal applied spectroscopy from respuesta de frecuencia de una señal aplicada

which we get the frequency domain (DFR). The de donde obtenemos la espectroscopía en el

method of analysisof frequency response sweep dominio de la frecuencia (DFR). El método de

SFRA (Sweep Frequency Response Analysis) in análisis de respuesta por barrido de frecuencia

turn is a diagnostic technique to detect defor- SFRA (Sweep Frequency Response Analysis), a

mations and displacements (includingelectrical su vez, es una técnica de diagnóstico para de-

and mechanical failures) on the windings in tectar deformaciones y desplazamientos (entre

power transformers. In bothcases the detection otras fallas eléctricas y mecánicas) sobre los

problem directly translates into the type of devanados en transformadores de potencia. En

maintenance to be performed, considering high ambos casos la detección del problema se tra-

costs of time and money. duce directamente en el tipo de mantenimiento

Keywords: Test of transformers, SFRA, swept que se debe realizar, considerando altos costos

frequency response, DFR, spectroscopy in the de tiempo y dinero.

frequency domain. Palabras clave: prueba de transformadores, SFRA, respuesta de barrido de frecuencia, DFR, espectroscopía en el dominio de la frecuencia.

Forma sugerida de citar: Néstor Maya Izurieta, Xavier; Vásquez Restrepo, Luis Alberto. 2011. “Pruebas de transformadores, espectroscopía en el dominio de la frecuencia y método de análisis de respuesta por barrido de frecuencia”. Ingenius No. 5. Enero/Junio. Pp. 55-62.

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1. Introducción

Hace poco tiempo, las opciones para rea- lizar análisis predictivo sobre el estado de un transformador eran muy limitadas. Simple- mente se ignoraban ciertos comportamientos, de haberlos, y si realmente había sospechas de daños importantes, se pagaban costosas ins- pecciones que requerían de mucho tiempo y que no siempre daban respuestas claras. Todo esto ha cambiado gracias a los avances tecno- lógicos en el campo de la ingeniería eléctrica y electrónica; avances que han creado poderosas herramientas como el análisis de respuesta de barrido de frecuencia y la espectroscopía en el dominio de la frecuencia, que ayuda a con- trolar el estado y permiten un mejor manteni- miento del transformador.

Estas pruebas permiten realizar una imagen del interior del transformador y detectar inclu- so cambios sutiles en la estructura mecánica del núcleo, los arrollamientos, la humedad y temperatura en el sistema de aislamiento entre otros factores, sin que esto implique operacio- nes complicadas o costos extras.

El objetivo principal es detectar desplaza- mientos una vez producidas sobre corrientes originadas por fallas pasantes, sincronizaciones incorrectas, etcétera. Otras aplicaciones son: la verificación a la condición mecánica luego del transporte del transformador; así como, la de- tección de cualquier problema que se traduzca en cambios a la distribución de inductancia o capacitancia en transformadores (fallas en el núcleo, problemas en la puesta a tierra del nú- cleo o pantallas, etcétera).

La comparación con otras técnicas de diag- nóstico muestran que las ventajas principales del SFRA y la espectroscopía en el dominio de la frecuencia son su sensibilidad a las distintas fallas que se pueden presentar en arrollamien-

tos y sistemas de aislamiento, y una menor dependencia sobre mediciones previas de re- ferencia. Estos fenómenos hacen necesaria una metodología de interpretación sistemática y objetiva.

2. Espectroscopía en el dominio de la frecuencia (DFR)

La espectroscopía en el dominio de la fre- cuencia DFR tiene como base fundamental la interacción entre la materia y la energía ra- diada al momento de aplicar una señal. Esto permite identificar la estructura química de un compuesto, lo que puede ser aplicado para la detección de un factor de humedad y tempera- tura dentro de un transformador de potencia.

2.1 Fundamento teórico

La espectroscopía en el dominio de la fre- cuencia utiliza la espectroscopía de la impe- dancia que trabaja con componentes o valo-

Figura 1.

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res complejos en el eje imaginario. En 1941 se introduce en el campo de la respuesta del dieléctrico mediante el gráfico de Cole-Cole.

El modelo de Cole-Cole ha sido utilizado con éxito para describir los datos experimenta- les de la constante dieléctrica de muchos ma- teriales en función de la frecuencia. En este modelo la constante dieléctrica depende prin- cipalmente de cuatro parámetros:

• La constante dieléctrica estática εo.

• La constante dieléctrica en el infinito fre- cuencia ε∞.

• El tiempo de relajación τ o α y un expo- nente de los factores.

En principio, εo y ε∞ pueden medirse de forma experimental y los otros dos paráme- tros o τ y α tienen que ser tratados como parámetros de ajuste, cuyos valores se pueden recuperar de la mejor ajuste a los datos expe- rimentales.

En la mayoría de los casos, sin embargo, εo y ε∞ no pueden medirse experimentalmente, ya que es difícil medir frecuencias muy bajas

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