Publicado el 27 de Septiembre de 2012 por Cesar Flores
Pruebas de Campo. Las pruebas de campo se puede dividir en tres categorías:
Pruebas de aceptación.
Pruebas periódicas.
Pruebas después de una falla.
Las pruebas de aceptación debe ser realizado inmediatamente después de que el producto llegue a su destino. Algunas pruebas se expresan a continuación:
Relación de transformación (TTR).
Prueba de resistencia con el índice de polarización.
Factor de potencia.
Resistencia (devanado).
Polaridad y relación de fase.
Pruebas al aceite (DGA, la humedad, dieléctricos, etc).
Inspección visual
Prueba de pérdidas sin carga.
Los ensayos periódicos se hacen después de que el producto está instalado en su ubicación permanente. El principal propósito de esta prueba consiste en supervisar el estado de la unidad de forma que cualquier problema potencial puede ser visto temprano antes de una falla. Algunas de ellas se enumeran a continuación:
Relación de transformación (TTR).
Prueba de resistencia con el índice de polarización.
Factor de potencia.
Resistencia (devanado).
Pruebas de aceite (DGA, humedad, dieléctricos, etc).
Prueba de corriente de excitación.
Inspección visual.
Una corte no programado y una falla potencial se pueden prevenir siguiendo un programa de pruebas periódicas. Pruebas realizadas en transformadores eléctricos con falla son:
Relación de transformación (TTR).
Prueba de resistencia con el índice de polarización.
Factor de potencia.
Resistencia.
Pruebas al aceite.
Prueba de corriente de excitación.
Gas combustible / análisis de gas en aceite
Inspección visual (interno)
Cuando un transformador falla, el tiempo de pruebas de fallo decidirá si la unidad se puede reparar en el sitio o si necesita ser devuelto al fabricante, o un centro especializado para reparación. Al comparar los resultados de las pruebas con las normas establecidas, un “historial” del transformador puede ser compilado, y las razones para la falla puede ser diagnosticada.
Publicado el 15 de Septiembre de 2012 por Cesar Flores
El aire no es un aislante perfecto, e incluso bajo condiciones normales contiene una cantidad de libre de electrones e iones. Consideremos dos grandes planos paralelos
conductores. Cuando un gradiente eléctrico es establecido entre ellas, los electrones y los iones adquieren movimiento por este campo eléctrico y se mantiene una corriente muy pequeña entre los planos. Esta corriente es insignificante cuando la intensidad del campo eléctrico es inferior a 30 KV/cm., pero cuando la intensidad del campo eléctrico o gradiente de potencial alcanza el valor crítico de aproximadamente 30 KV/cm, el aire en la vecindad inmediata de los conductores no sigue siendo un dieléctrico, y en esta intensidad los iones alcanzan gran velocidad, chocan con otra molécula neutral y se salen uno o más electrones de esa
molécula neutra. Esto produce un nuevo electrón y un ión positivo que a su vez se aceleran y colisionan con otras moléculas de aire para ionizar más. Así el número de partículas cargadas continúa aumentando rápidamente. Si una intensidad de campo se supone uniforme entre dos electrodos, tales condiciones se producen en todas partes de la separación entre ellas. A consecuencia de esto, se alcanza una saturación, y por lo tanto, el aire se convierte en conductor dando lugar a una completa ruptura eléctrica que produce un arco entre los dos electrodos.
Cuando una diferencia de potencial alterna se aplica a través de dos conductores cuya separación es grande en comparación con el diámetro, entonces el aire que rodea el conductor está sometido a tensiones electro-estáticas. Esta tensión o intensidad es máxima en la superficie del conductor y luego disminuye en proporción inversa a la distancia desde el centro del conductor. Si este diferencia de potencial se incrementa gradualmente, se alcanzará un momento cuando aparece un brillo luminoso débil de color violeta, y al mismo tiempo será escuchado un ruido silbante.
Este fenómeno se llama corona y se acompaña de la formación de ozono, como es indicado por el olor característico de este gas. Este brillo luminoso es debido al hecho de que la aire atmosférico alrededor del conductor se convierte en conductivo debido a la tensión electrostática.
En general, la presencia del efecto corona en un conductor se puede detectar de las siguientes formas:
Una visible y vibrante, azul o púrpura (o halo) puede rodear el espacio de aire alrededor. El halo es generalmente de baja intensidad de luz e invisible, excepto en la oscuridad.
Estallidos, crujidos o frisuras pueden acompañar a la descarga de corona.
Corona ioniza el aire circundante, que convierte el oxígeno en ozono, el cual tiene un olor penetrante característico.
Su presencia puede ser indicado por la erosión de los materiales orgánicos adyacente al espacio de aire en tensión. A menudo se presenta un depósito de polvo blanco a lo largo de los bordes de la zona erosionada. En algunos materiales, el deterioro por el efecto corona tiene la apariencia de la madera carcomida.
Las interferencias en la recepción de radio puede ser una señal de corona. Si el nivel de ruido audible aumenta, como en el caso de una radio que se acerca mas a un desconectador, el efecto corona podría ser la causa.
Si el potencial diferencial se eleva aún más, el brillo y el ruido aumenta en intensidad hasta que, finalmente, aparece una chispa. Si los conductores están perfectamente uniformes y lisos, el resplandor será uniforme a lo largo de su longitud, de lo contrario los puntos ásperos del conductor aparecerán más brillantes. En conductores a una corta separación en comparación con su diámetro, los chispazos pueden tener lugar antes de que haya resplandor luminoso. Un punto importante en relación con el efecto corona es que es acompañado por la pérdida de potencia, que se disipa en forma de calor, luz, sonido y reacción química.
Las descargas del efecto corona originan problemas de diferentes maneras:
• ionización del aire libera iones y electrones. Estos bombardean a los materiales orgánicos cercanos que afectan a su estructura molecular o química.
• El ozono, formado por corona, además de ser un agente oxidante fuerte, también puede reaccionar con muchos materiales.
• El nitrógeno en el aire también reacciona y se ioniza. Ya ionizado, y bajo condiciones de humedad, forma el ácido nítrico, que es perjudicial para el aislamiento.
Pérdidas por efecto corona:
El movimiento de los iones de ambas polaridades generados por descargas de corona, y sujetos al campo aplicado alrededor de los conductores de la línea, es la principal fuente de pérdida de energía. Para las líneas de CA, el movimiento de la cargas de iones está limitado el espacio en la proximidad inmediata de los conductores de línea, que corresponde a su desplazamiento máximo durante la mitad del ciclo, generalmente de unas pocas décimas de centímetros, antes de que el voltaje cambie de polaridad e invierta el movimiento iónico. Las pérdidas por efecto corona se describen en general en términos de las pérdidas de energía por kilómetro de la línea. Estas son generalmente insignificantes bajo condiciones de buen tiempo, pero puede alcanzar valores de varios cientos de kilovatios por kilómetro de línea durante el mal tiempo. La medición directa de las pérdidas por efecto corona es relativamente compleja, pero fallas en el tiempo pueden ser fácilmente evaluadas en jaulas de ensayo en condiciones artificiales de lluvia, que producen la mayor pérdida de energía. Los resultados se expresan en términos de la pérdida generada W, una característica del conductor para producir pérdidas de corona en condiciones de funcionamiento dadas.
El componente básico de un fusible sin retardo de tiempo es el eslabón. Dependiendo del amperaje, el fusible de un solo elemento puede tener uno o más eslabones. Ellos están conectados eléctricamente a las cuchillas en sus puntas (o casquillos) (verIMAGEN 1) y encerrado en un tubo o cartucho rodeado por un material de relleno resistente al arco. En funcionamiento normal, cuando el fusible está operando en o cerca de su amperaje nominal, funciona simplemente como un conductor. Sin embargo, como se ilustra en la IMAGEN 2, si una corriente de sobrecarga se produce y persiste durante más de un breve intervalo de tiempo, la temperatura del enlace alcanza eventualmente un nivel que hace que un segmento del enlace se funda. Como resultado, se abre el eslabón y se forma un arco eléctrico (IMAGEN 3). Sin embargo, como el arco hace que el metal del eslabón se queme, la brecha se vuelve progresivamente más grande. La resistencia eléctrica del arco eventualmente llega a un nivel tan alto que el arco no se puede sostener y se extingue. En ese momento, el fusible habrá cortado completamente el flujo de corriente en el circuito. La supresión del arco se acelera por el material de relleno.
Los fusibles de un solo elemento de diseño hoy en día tienen una muy alta velocidad de respuesta a las sobrecargas. Proporcionan una excelente protección de los componentes contra cortocircuito. Sin embargo, las sobrecargas temporales o las corriente de sobrecarga puede causar daños a menos que las aberturas estos fusibles sean de gran tamaño. Por esta razón, son más utilizados en los circuitos que no están sujetos a fuertes corrientes transitorias y sobrecargas temporales de los circuitos con cargas inductivas tales como motores, transformadores, solenoides, etc. Mientras que una corriente de sobrecarga normalmente cae entre uno y seis veces normales actuales, las corrientes de cortocircuito son bastante altos. Los fusibles puede ser sometidos a corrientes de cortocircuito de 30,000 o 40,000 amperios o más. La respuesta de los fusibles limitadores de corriente de tales corrientes es extremadamente rápida.
IMAGEN 4 muestra un fusible abierto después de un cortocircuito.
El objetivo de controlar un peligro de electricidad estática es proporcionar un medio por el cual las cargas, separadas por cualquier motivo, pueden combinarse sin causar daño, antes de que puedan ocurrir descargas.
Riesgos de ignición de la electricidad estática: estos pueden ser controlados por los métodos siguientes:
Eliminación de la mezcla de inflamables de la zona donde la electricidad estática puede causar una descarga capaz de producir incendios.
Reducir la generación o la acumulación de carga, tanto por medio de modificaciones de procesos o productos.
Neutralización de las cargas de puesta a tierra. Los conductores aislados y la ionización del aire son métodos primarios de cargas neutralizantes.
Control de mezclas inflamables de equipo de inertización, por Ventilación, o reubicar el equipo.
A pesar de los esfuerzos para prevenir la acumulación de cargas eléctricas estáticas, que deben ser el objetivo principal de un buen diseño, muchas de las operaciones que implican el manejo de materiales o equipo no conductores no se prestan a soluciones de ingeniería. Entonces se hace deseable o esencial, proporcionar otras medidas, dependiendo de la naturaleza de los materiales implicados, tales como la inertización del equipo, equipo de ventilación en la zona en la que se encuentra, o la reubicación de los equipos a una zona más segura.
Inertización. Cuando una mezcla contiene materiales inflamables, tales como en un recipiente de tratamiento, la atmósfera se puede convertir en deficiente de oxígeno mediante la introducción de suficiente gas inerte (por ejemplo, nitrógeno o gases de combustión) para hacer la mezcla no inflamable. Esta técnica se conoce como inertización. Cuando las operaciones se llevan a cabo normalmente en una atmósfera que contiene una mezcla por encima del Límite de inflamabilidad superior, podría ser práctico introducir el gas inerte sólo durante los períodos en que la mezcla sobrepasa su rango de inflamabilidad. La norma NFPA 69, Norma sobre sistemas de prevención de explosiones, contiene los requisitos para sistemas de inertización.
Ventilación. La ventilación mecánica se puede utilizar para diluir la concentración de un material combustible a un punto muy por debajo de su límite inferior de inflamabilidad (LII) en el caso de un gas o vapor, o por debajo de su concentración explosiva mínima (MEC) en el caso de un polvo. Generalmente, esto significa una dilución a concentración igual o inferior a 25 por ciento del límite inferior. Además, puede ser práctico dirigir correctamente el movimiento de aire, para evitar que el material se aproxime a una zona de operaciones donde exista un peligro de electricidad estática.
Reubicación de equipo. Cuando el equipo que puede acumular una carga eléctrica estática se encuentra de forma innecesaria en un área peligrosa, podría ser posible moverlo a un lugar seguro en lugar de confiar en los demás medios de control de riesgos.
El rayo esuno de los fenómenosnaturales más estudiadosy documentados.También es unadelas principales causas delas sobretensionestransitoriasen los sistemas eléctricos.Una buena comprensiónde los rayoses esencialpara la planificación dela proteccióncontra los rayos y que no se presenten dañosa los edificiose instalaciones eléctricas.
Durante variosaños se ha realizado una gran cantidad deinvestigaciónen todo el mundoy se han desarrollado varias publicaciones, así como normasnacionales e internacionales quenos dan una buena perspectiva deeste fenómeno.
Algunos de estos son:
AS 1768:1991estándar australianodeprotección contra rayos.
ANSI / NFPA780 Código nacional deprotección contra el rayo.
IEEE142:1991Libro Verde de IEEE(Capítulo 3).
IEC1024:1993Protección deestructuras contra el rayo.
La caída de rayosen las líneas eléctricaso subestacionesson causantes deproblemas enla red de distribución las cuales repercuten en nuestra residencias y oficinas. Ungolpe directoen un conductorde una línea eléctricaprovocapulsos de voltaje extremadamente altos en el punto de impacto, quese propagan comoondas viajerasen cualquier dirección desde ese punto.La crestadel impulsose puede calcular como:
V = IxZ
DondeV esla tensión decresta, I es la corriente pico del rayo,y Z esla impedancia vista
por el pulsoa lo largo dela dirección de desplazamiento.
La impedanciaZ esigual ala mitad de laimpedanciade la líneacuando se golpeaen el punto medio ypuede sertanto comoaproximadamente150Ω. Así, paraunacorriente pico de40kA,la tensióndel impulsopuedeser tan alta como6000kV. Puesto que el nivel básicode aislamientode la mayoría delos sistemases mucho menorque este valor,es evidente quetal pulso puede provocar fallas en el aislamiento delos componentesa lo largo dela línea.Por ello es necesarioque no se permita ningún impacto directo enlos conductores de fasede la líneaeléctrica aérea. Esto se logra mediante la instalación deuno o másconductores “escudo” a lo largo delos conductores de fase por encima deellos para que losconductores “escudo” puedanatraer alas descargas directasy no impacten a los conductores de fase.Elcable “escudo” o pantallaes puesto a tierra encadatorre de transmisióny por lo tantola corriente de rayo pasa con seguridad a la masa de tierra.
El espacio libre entrelos conductores de fasey el cableescudodebeser seleccionado de manera que el espaciode aire entreellosno se rompaporla alta tensión de impulso generada en losconductores escudo. Aún cuando los conductores están protegidos de la manera anterior, el flujodel impulsode corriente de rayoen el cable de blindajeprovocaunatensióninducidaenlos conductores de fase. Como se tratan de impulsos de mucho menor valor queel pulsodirecto, suelen pasara lo largo dela líneasin causar ninguna falla de aislamiento.Para proteger el equipoal punto de terminaciónde laslíneas aéreas (tales comointerruptores, transformadores, aparatos de medición, etc.), se instalan apartarrayos en los puntos determinación.Estossupresores debenabsorberlos aumentos de voltaje repentinosen la línea y les impiden entrar al equipo instalado dentro de la subestación.
Lostransformadoressondispositivos estáticos que no tienenpartes giratoriasyson totalmente cerrados.Por lo tanto,las posibilidades defallas que se producenen los transformadoresson menos comunesen comparación conlas fallas que se presentan en los generadores. Pero a pesar de que la posibilidad defallaes baja, estas ocurren, si esto sucede, eltransformador debe ser rápidamentedesconectado del sistema.Las fallas, si nopueden despejarse rápidamente se pueden convertir en muy graves. Por lo tanto se debe proporcionar al transformador de protección contra posibles fallas. Las fallas internassonlas fallasque se producen enla zona de proteccióndel transformador.Esta clasificación incluye nosólolas fallasdentro del tanquedel transformador, sino tambiénlas fallas externas que se producendentro de loslugaresde los transformadores de corriente. Lasfallas internasse dividen en dos clasificaciones:fallas incipientesyfallas activas. Las fallas incipientessonlas fallas que se desarrollanlentamente, peroque pueden convertirse engrandes fallas, si la causano se detecta y corrige.Las fallas activasson causadas por laavería en el aislamientou otros componentes que crean unasituación de estrésrepentino querequiereuna acción inmediatapara limitar el dañoy prevenir una fuerza destructivaadicional.
Fallas incipientes:
Sobrecalentamiento.
Sobreflujo magnético.
Sobrepresión.
Sobrecalentamiento
El sobrecalentamientopuedeser debido avariascondiciones como:
1.Malas conexionesinternas,ya sea en el circuito eléctrico o magnético.
2.La pérdida derefrigerante (aceite) debido afugas.
3.El bloqueodel flujo de refrigerante.
4.La pérdida deventiladores o bombasque están diseñadospara proporcionar el enfriamiento.
En general, losrelevadores térmicos de sobrecargayrelevadores detemperatura,son utilizados para proporcionarproteccióncontrasobrecalentamiento dando una alarma. También se proporcionan indicadores de temperatura. En los transformadores, cuando la temperatura se eleva, se activa la alarma y se encienden los ventiladores. Algunos termocoples o resistencia indicadores de temperatura se colocan cerca de los devanados, cuando la temperatura se eleva por arriba de niveles seguros, se activa la alarma. Si no se toman acciones correctivas para reducir la temperatura dentro de un tiempo determinado, se manda disparar el interruptor para desenergizar el transformador.
Sobreflujo Magnético
Ladensidad de flujo magnético enel núcleo del transformadoresproporcional a la relaciónde la tensión y frecuencia,es decir,V/f. Los Transformadores depotenciaestán diseñados para trabajarconcierto valor de densidad deflujo magnético en el núcleo. Mayorflujo en el núcleosignifica más pérdidas y sobrecalentamiento del núcleo.El relevador deV/fllamado “relevador voltios/hertz”se ofrecepara dar la protección contrael el sobreflujo.
Sobrepresión
La sobrepresiónen eltanque del transformadorse produce debido a la emisión de gases o productosque acompañan alcalentamiento localdebido a cualquier causa.Por ejemplo,una falla entre vueltas del devanado puedequemarselentamente,liberando gases decalentamientoen el proceso.Estos gasesse acumulan en el tanque cerrado del transformador aumentando la presión, lo cual puede sucederrepentinamente o durante unlargo período de tiempo.
Las fallasanterioresse llamanfallas incipientes, ya que generalmente se desarrollan lentamente, a menudo en la forma deundeteriorogradual delaislamientodebidoa alguna causa. Este deteriorocon el tiempopuede llegar a serlo suficientemente grave comopara causar unafalla de arqueo queserá detectada porlos relevadores de protección. Si la condiciónse puede detectarantes del daño grave, las reparaciones necesarias a menudo son másrápidas yla unidad se colocade nuevo en serviciosin unainterrupción prolongada.Los daños más grandespueden requerirel envíode la unidada fabrica para una reparación mayor,lo que resulta enunperíodo deinterrupción prolongada.
Fallas activas.
Las fallas activassonlas fallas queocurren de repente yque por lo general requieren una acciónrápidapor los relevadoresde protecciónpara desconectarel transformador delsistema depoder y limitar el dañoa la unidad. En su mayor parte, estos errores soncortocircuitos enel transformador, perotambiénotras dificultadespueden ser citadosquerequierenuna acción rápidade algún tipo.
Además deestas fallas,algunasotras fallas,comolas fallasdel cambiador de taps, sobrevoltaje debido a descargas eléctricas y aperturas/cierres de interruptores son comunes en los transformadores.
