Megger 3 pruebas transformadores - Espectroscopia

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SEMINARIO TEORICOSEMINARIO TEORICO--PRACTICOPRACTICO
Buenos AiresBuenos Aires –– La PlataLa Plata -- MontevideoMontevideo
Marzo 2012Marzo 2012
Artec Ingeniería S.A. Representante exclusivo de Megger en Argentina
www.artec-ingenieria.com

Que es la Espectroscopia?
 Método para aislar/identificar la estructura constructiva de un
material compuesto
 Ejemplo 1: Identificar la composición química de una muestra
extraída en la Luna u otro planeta del sistema solar.
 Ejemplo 2: Fragmentación de un rayo luminoso a través de un
prisma
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Espectroscopia Dieléctrica – Reseña Histórica
 La espectroscopia de la Impedancia opera con
valores complejos y su historia data desde la
introducción del término impedancia en la década
de 1880.
 En 1941 la espectroscopia de la Impedancia se
introdujo en el campo de la Respuesta del
Dieléctrico al introducir el grafico Cole-Cole
mostrando ε” en el eje y (imaginario) vs. c' en el eje
x (o real).
 En 1995 se introduce el PRIMER instrumento para
pruebas DFR/FDS en laboratorio/campo
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 La espectroscopia de la Impedancia opera con
valores complejos y su historia data desde la
introducción del término impedancia en la década
de 1880.
 En 1941 la espectroscopia de la Impedancia se
introdujo en el campo de la Respuesta del
Dieléctrico al introducir el grafico Cole-Cole
mostrando ε” en el eje y (imaginario) vs. c' en el eje
x (o real).
 En 1995 se introduce el PRIMER instrumento para
pruebas DFR/FDS en laboratorio/campo

Áreas de Aplicación
 Diagnostico de Transformadores
– Aislamiento de Transformadores de Potencia
– Bushings
– Transformadores de Instrumentos
 Diagnostico de Cables
– Cables con aislamiento de Papel (PILC)
– Cables de aislamiento XLPE
 Otros sistemas de Aislamiento
– Para usuarios en áreas de investigación y desarrollo
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 Diagnostico de Transformadores
– Aislamiento de Transformadores de Potencia
– Bushings
– Transformadores de Instrumentos
 Diagnostico de Cables
– Cables con aislamiento de Papel (PILC)
– Cables de aislamiento XLPE
 Otros sistemas de Aislamiento
– Para usuarios en áreas de investigación y desarrollo

DFR en Transformadores de Potencia
 Primero – distinguir entre aislamiento solido húmedo
versus seco
 Segundo - Identificar contaminantes en el sistema de
aislamiento liquido
• DFR tiene la capacidad de distinguir entre el aceite mineral y
la celulosa cuando se realizan las mediciones
• El aceite tiene una respuesta diferente a la de la celulosa a
diferentes frecuencias y temperaturas
 Finalmente, el sistema conlleva a una evaluación de la
condición del aislamiento interno del
transformador!
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 Primero – distinguir entre aislamiento solido húmedo
versus seco
 Segundo - Identificar contaminantes en el sistema de
aislamiento liquido
• DFR tiene la capacidad de distinguir entre el aceite mineral y
la celulosa cuando se realizan las mediciones
• El aceite tiene una respuesta diferente a la de la celulosa a
diferentes frecuencias y temperaturas
 Finalmente, el sistema conlleva a una evaluación de la
condición del aislamiento interno del
transformador!

Estándares de Referencia
2004 – El reporte CIGRE 254, ”Dielectric Response Methods for
Diagnostics of Power Transformers” sale a publicación.
2006 - Proyecto REDIATOOL reporta a CIGRE, recomendando
DFR como el método de preferencia para la evaluación de la
humedad en transformadores de potencia
2009 - CIGRE Task Force D1.01.14 “Dielectric response diagnoses
for transformer windings” finaliza su trabajo y el reporte sale para
publicación
2011 – El Comité de Transformadores de IEEE se reúne por
primera vez para generar una propuesta de guía para el método DFR
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2004 – El reporte CIGRE 254, ”Dielectric Response Methods for
Diagnostics of Power Transformers” sale a publicación.
2006 - Proyecto REDIATOOL reporta a CIGRE, recomendando
DFR como el método de preferencia para la evaluación de la
humedad en transformadores de potencia
2009 - CIGRE Task Force D1.01.14 “Dielectric response diagnoses
for transformer windings” finaliza su trabajo y el reporte sale para
publicación
2011 – El Comité de Transformadores de IEEE se reúne por
primera vez para generar una propuesta de guía para el método DFR

Principio de Medición
 En la prueba DFR se mide la capacitancia y el
factor de potencia /factor de disipación en un rango
de frecuencia entre 1MHz – 0.1mHz.
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Beneficios de las mediciones DFR
 Medición de Factor de Potencia/Factor de Disipación a
múltiples frecuencias y a cualquier temperatura
 Comparación de los valores medidos vs. los valores del
modelo, con referencia en una base de datos de
materiales
 Se obtienen los resultados en forma de:
• humedad en el aislamiento solido de celulosa como
porcentaje del peso total del papel
• Conductividad del aislamiento liquido
• Geometría estimada del sistema de aislamiento
 Corrección precisa del valor de %FD 60Hz de un valor
medido a un valor normalizado a 20ºC
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 Medición de Factor de Potencia/Factor de Disipación a
múltiples frecuencias y a cualquier temperatura
 Comparación de los valores medidos vs. los valores del
modelo, con referencia en una base de datos de
materiales
 Se obtienen los resultados en forma de:
• humedad en el aislamiento solido de celulosa como
porcentaje del peso total del papel
• Conductividad del aislamiento liquido
• Geometría estimada del sistema de aislamiento
 Corrección precisa del valor de %FD 60Hz de un valor
medido a un valor normalizado a 20ºC

Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia –
Variación del Factor de Potencia con la
Frecuencia
Eje de Frecuencia
Eje del
Factor de
Potencia
32% a 0.02 Hz
(0.32)
0.31% a 60
Hz
(0.0031)
9
Eje del
Factor de
Potencia
0.31% a 60
Hz
(0.0031)

Pérdidas en el Aislamiento
Pérdidas de
Polarización
Pérdidas
Conductivas
10
Pérdidas
Totales
Medición: Factor de Disipación (tand), Factor de Potencia (cosΘ)

Conducción y Polarización
 Conducción (cargas libres)
 Polarización (cargas dipolares)
-q
+q
+q
+q -q -q
_ +
11
 Conducción (cargas libres)
 Polarización (cargas dipolares)

Polarización
 Polarización
• Electrónica
• Molecular
• Orientación de dipolos (líquidos, polímeros)
• Interfacial (en los bordes externos o internos)
 La polarización se ve afectada por el
envejecimiento
• Introduce agua y otras moléculas polares
• Ruptura de cadenas estructurales
• Otros efectos
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 Polarización
• Electrónica
• Molecular
• Orientación de dipolos (líquidos, polímeros)
• Interfacial (en los bordes externos o internos)
 La polarización se ve afectada por el
envejecimiento
• Introduce agua y otras moléculas polares
• Ruptura de cadenas estructurales
• Otros efectos

Polarización – Incremento de Carga
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +
_ _ _ _ _ _ _ _
U
d
A
UCQ  00 
13
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +
_ _ _ _ _ _ _ _
U
d
A
UCQ rr  00 

Polarización – Incremento de Corriente
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +
_ _ _ _ _ _ _ _
El factor mediante el cual el valor de corriente se incrementa se conoce
como permitividad relativa r
14
U= 0
+
_
U
+ + + +
U= 0
+
_
U
+ + + + + + + +
+ + + +
_ _ _ _ _ _ _ _

Material
Permitividad Relativa,
r a 50/60 Hz
Conductividad, 
[S/m]
XLPE 2.3 <10-16
Papel Kraft 3.2 – 3.8 10-15
– 10-12
Aceite
Mineral
2.1 – 2.3 10-13
– 10-10
Carton
Prensado
4.1 – 4.5 10-16
– 10-12
Teflon 2.1 10-18
Agua 80
Permitividad Relativa y Conductividad de
algunos materiales Dieléctricos
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Material
Permitividad Relativa,
r a 50/60 Hz
Conductividad, 
[S/m]
XLPE 2.3 <10-16
Papel Kraft 3.2 – 3.8 10-15
– 10-12
Aceite
Mineral
2.1 – 2.3 10-13
– 10-10
Carton
Prensado
4.1 – 4.5 10-16
– 10-12
Teflon 2.1 10-18
Agua 80

Como aplica esto en Transformadores de
Potencia?
 El aislamiento entre las bobinas de AT y BT se modelan como una
capacitancia compleja compuesta de los siguientes materiales
dieléctricos
• Celulosa
– Casquillo
– Cuña
• Aceite
 Esta prueba se conoce como la medición de capacitancia CHL en
pruebas de factor de potencia.
LV
r
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 El aislamiento entre las bobinas de AT y BT se modelan como una
capacitancia compleja compuesta de los siguientes materiales
dieléctricos
• Celulosa
– Casquillo
– Cuña
• Aceite
 Esta prueba se conoce como la medición de capacitancia CHL en
pruebas de factor de potencia.
HV
r

Factores que influencian la forma de la Curva
17

Capacitancias en el Transformador
18

Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia
 La permitividad relativa compleja ε∗(ω )de un objeto
de prueba capacitivo puede encontrarse a la
frecuencia del campo aplicado.
 La parte imaginaria de la permitividad relativa
compleja ε′′(ω), (perdidas) contiene las perdidas
resistivas (conductividad DC) y las perdidas
dieléctricas (polarización).
 Otra manera de presentar la información FDS es
usando el factor de disipación (tgδ), donde:
• tgδ(ω) = ε′′(ω) / ε′(ω).
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 La permitividad relativa compleja ε∗(ω )de un objeto
de prueba capacitivo puede encontrarse a la
frecuencia del campo aplicado.
 La parte imaginaria de la permitividad relativa
compleja ε′′(ω), (perdidas) contiene las perdidas
resistivas (conductividad DC) y las perdidas
dieléctricas (polarización).
 Otra manera de presentar la información FDS es
usando el factor de disipación (tgδ), donde:
• tgδ(ω) = ε′′(ω) / ε′(ω).

Espectroscopia en el Dominio de Frecuencia
20
Fuente: CIGRE Brochure 414

Curva Típica de la respuesta del Aceite
21

1x10-10
1x10-11
1x10-12
1x10-13
1x10-14
Respuesta del Aceite
22
1x10-10
1x10-11
1x10-12
1x10-13
1x10-14
Nótese que los
cambios de
temperatura también
desplazan la curva
arriba o abajo

Respuesta Típica de la Celulosa
23

Respuesta de la Celulosa
3%
2%
1%
0.5%
24
La humedad se mide
como % del peso total del
papel

Característica del sistema dieléctrico del
Transformador = combinación de respuestas de
Aceite y Celulosa
+
25
=

Curva Típica de la Respuesta del
Transformador
Influencia
del Aceite
26
Influencia
del Papel

Medición de Humedad en
Transformadores de Potencia
27
Medición de Humedad en

Por qué se mide la humedad?
 Un transformador con bajo contenido de
humedad es como una persona en buenas
condiciones
• Un transformador se puede poner a carga con
tranquilidad sin el riesgo de una falla catastrófica.
• Una persona puede trabajar en esfuerzo sin sufrir un
ataque cardiaco
 Un transformador húmedo es como una
persona con las arterias obstruidas.
• El dueño del transformador debe limitar la carga para
evitar la generación de burbujas (riesgo de explosión)
• La humedad en el aislamiento acelera el envejecimiento
del mismo
28
 Un transformador con bajo contenido de
humedad es como una persona en buenas
condiciones
• Un transformador se puede poner a carga con
tranquilidad sin el riesgo de una falla catastrófica.
• Una persona puede trabajar en esfuerzo sin sufrir un
ataque cardiaco
 Un transformador húmedo es como una
persona con las arterias obstruidas.
• El dueño del transformador debe limitar la carga para
evitar la generación de burbujas (riesgo de explosión)
• La humedad en el aislamiento acelera el envejecimiento
del mismo

Detección de Humedad en
Métodos Tradicionales
• Punto de Rocío (Dew Point)
– En pruebas de certificación antes del llenado de aceite
– En campo durante el proceso de secado (Dry-out) sin aceite
• Muestra de Aceite
– Luego de un proceso de recirculación
– En Servicio
• Unidades de Monitoreo en Línea
– Debe ser independiente para cada transformador a monitorearse
• Medición de Factor de Potencia
– Únicamente a frecuencia de línea
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Métodos Tradicionales
• Punto de Rocío (Dew Point)
– En pruebas de certificación antes del llenado de aceite
– En campo durante el proceso de secado (Dry-out) sin aceite
• Muestra de Aceite
– Luego de un proceso de recirculación
– En Servicio
• Unidades de Monitoreo en Línea
– Debe ser independiente para cada transformador a monitorearse
• Medición de Factor de Potencia
– Únicamente a frecuencia de línea

Análisis de Agua en Aceite
 El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa
impregnada en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la
celulosa:
• 25 ton de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg
• 2.5 ton de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
20ppm (partes por millón) en 25 ton de aceite
30
3% de agua en 2.5 ton de celulosa

Humedad en Transformadores de Potencia
celulosa:
• 25 tons de aceite con contenido de agua de 20 ppm = 0,5 kg
• 2.5 tons de celulosa con 3% de contenido de agua = 75 kg
 El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa)
varia con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:
• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad
de agua que un aceite nuevo
• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de
muestreo.
31
celulosa:
muestreo.

Análisis de Contenido de Agua en Aceite
Las muestras de aceite tomadas a bajas temperaturas son de
baja precisión debido a que el agua ha migrado hacia el papel
Muestra de Aceite tomada a 200C
4.0% agua = 6 ppm
1.0 % agua = 3 ppm
32
Muestra de Aceite tomada a 200C
4.0% agua = 6 ppm
1.0 % agua = 3 ppm

celulosa:
muestreo.
 La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la
celulosa papel/prensado
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celulosa:
muestreo.
 La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la
celulosa papel/prensado

celulosa:
muestreo.
 La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa
papel/prensado
 La humedad limita la vida útil del equipo
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celulosa:
muestreo.
 La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa
papel/prensado

 Absorción de humedad en aislamiento solido
El agua se absorbe en el
papel a una velocidad de
15kg en 16h si se lo deja
expuesto en un medio de
20Co @ 97% RH.
35
Fuente: Cigre Brochure 349
Sobre la migración de humedad en los
El agua se absorbe en el
papel a una velocidad de
15kg en 16h si se lo deja
expuesto en un medio de
20Co @ 97% RH.

Aislamiento seco (0.5%) @ 900C = 40 Años
Aislamiento húmedo (2.0%) @ 900C = 4-5Anios
36

Cuándo debe usar la medición FDS?
 Antes y después del proceso de secado
• Averigüe que tan exitoso ha sido el proceso
37

 El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa impregnada
en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la celulosa:
 El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa) varia
con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:
• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad de agua
que un aceite nuevo
• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de muestreo.
 La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa papel/prensado
 La humedad limita la utilización
38
 El aislamiento en transformadores de potencia consiste de celulosa impregnada
en aceite y aceite. Casi toda la humedad esta en la celulosa:
 El contenido de humedad en el aceite (es casi constante en la celulosa) varia
con la temperatura y la condición de envejecimiento del aceite:
• Un aceite envejecido permite mayor solubilidad de mayor cantidad de agua
que un aceite nuevo
• Una pequeña concentración de humedad dificulta el proceso de muestreo.
 La humedad cambia las propiedades dieléctricas de la celulosa papel/prensado
 La humedad limita la utilización

100
150
200
250
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
HottestSpotTemperature(
O
C)
Moisture in Insulation (% wt)
Short Time Emergency Limit
Normal Life Expectancy Limit
Planned Loading Beyond Nameplate Limit
Long-Time Emergency Limit
 La humedad determina el
máximo de carga/punto mas
caliente para generación de
burbujas (ver IEEE Std
C57.91-1995)
 Conociendo el contenido de
humedad se puede tomar la
decisión correcta
• Dejarlo tal-cual
• Secado
• Remplazo
• Cambio de aislamiento o
reubicación?
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100
150
200
250
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
HottestSpotTemperature(
O
C)
Moisture in Insulation (% wt)
Short Time Emergency Limit
Normal Life Expectancy Limit
Planned Loading Beyond Nameplate Limit
Long-Time Emergency Limit
 La humedad determina el
máximo de carga/punto mas
caliente para generación de
burbujas (ver IEEE Std
C57.91-1995)
 Conociendo el contenido de
humedad se puede tomar la
decisión correcta
• Dejarlo tal-cual
• Secado
• Remplazo
• Cambio de aislamiento o
reubicación?
G. K. Frimpong, M. Perkins, A. Fazlagic, U.
Gafvert, “Estimation of Moistiure in Cellulose and
Oil Quality of Transformer Insulation using
Dielectric Response Measurements”, Doble
Client Conference, Paper 8M, 2001.

Respuesta DFR para Transformadores con
diferente nivel de humedad
2.1%
1.5%
0.3%
40
0.2%

Interpretación del Contenido de Humedad
< 0.5 % Transformador Nuevo
0.5 - 1.5% Aislamiento Seco
1.5 - 2.5% Nivel medio de humedad
2.5 - 4% Aislamiento Húmedo
> 4% Aislamiento muy húmedo
41
< 0.5 % Transformador Nuevo
0.5 - 1.5% Aislamiento Seco
1.5 - 2.5% Nivel medio de humedad
2.5 - 4% Aislamiento Húmedo
> 4% Aislamiento muy húmedo
La interpretación del contenido de humedad en el
aislamiento solido dado en % de peso de agua por peso
de celulosa

Interpretación del Contenido de Humedad (IEEE 62)
 < 1% Transformador Nuevo
 < 2% Aislamiento Seco
 2 - 3% Moderadamente Húmedo
 3 – 4.5% Húmedo
 > 4.5% Aislamiento excesivamente Húmedo
42
 < 1% Transformador Nuevo
 < 2% Aislamiento Seco
 2 - 3% Moderadamente Húmedo
 3 – 4.5% Húmedo
 > 4.5% Aislamiento excesivamente Húmedo
La interpretación del contenido de humedad en el
aislamiento solido dado en % de peso de agua por peso
de celulosa

Factores que afectan la Distribución de la
Curva de Respuesta
 La confiabilidad de las mediciones de campo es de
suma importancia.
• Temperatura Constante y de preferencia no muy baja es
una ventaja para el proceso de interpretación – a mayor
temperatura menor el tiempo de prueba.
• Se recomienda las mediciones donde la mayor cantidad
de material solido esta concentrado, es decir, entre las
bobinas del transformador CHL.
• En el caso de realizar mediciones CH y CL, es importante
verificar la limpieza de los bujes y que exista una buena
conexión a tierra.
43
 La confiabilidad de las mediciones de campo es de
suma importancia.
• Temperatura Constante y de preferencia no muy baja es
una ventaja para el proceso de interpretación – a mayor
temperatura menor el tiempo de prueba.
• Se recomienda las mediciones donde la mayor cantidad
de material solido esta concentrado, es decir, entre las
bobinas del transformador CHL.
• En el caso de realizar mediciones CH y CL, es importante
verificar la limpieza de los bujes y que exista una buena
conexión a tierra.

-Humedad+
Influencia del Aceite
Influencia del
papel
Factores que afectan el valor de FP a varias
Frecuencias
44
- Conductividad del Aceite +
-Humedad+
- Temperatura +
Influencia del
papel

Métodos de Medición de la Polarización
 A una frecuencia fija o como una función de frecuencia
• Factor de disipación (tanδ )a una frecuencia fija,
usualmente a 50/60 Hz o 0.1 Hz
• Facto de disipación (tanδ )como una función de
frecuencia
IDAX 300 mide desde 0.0001 Hz hasta 1000 Hz
 A un instante de tiempo determinado o como una función
de tiempo
• resistencia de aislamiento, índice de polarización
tiempo de hasta 10 min
• Corrientes de polarización y despolarización desde
unos pocos ms hasta algunos miles de segundo.
• magnitud de la tensión de retorno, espectro de
polarización (RVM)
45
 A una frecuencia fija o como una función de frecuencia
• Factor de disipación (tanδ )a una frecuencia fija,
usualmente a 50/60 Hz o 0.1 Hz
• Facto de disipación (tanδ )como una función de
frecuencia
IDAX 300 mide desde 0.0001 Hz hasta 1000 Hz
 A un instante de tiempo determinado o como una función
de tiempo
• resistencia de aislamiento, índice de polarización
tiempo de hasta 10 min
• Corrientes de polarización y despolarización desde
unos pocos ms hasta algunos miles de segundo.
• magnitud de la tensión de retorno, espectro de
polarización (RVM)

Métodos de Medición de la Polarización
FDS PDC RVM
No invasivo Si Si Si
Descarga antes de Prueba No Si Si
Tiempo de Medicion Medio Largo Largo
Suceptibilidad a Ruido
DC Bajo Alto Alto
AC Bajo Medio Alto
Mediciones con Guarda Si Si No
Presicion Alta Alta Baja
Repetibilidad Alta Alta Baja
46
FDS PDC RVM
No invasivo Si Si Si
Descarga antes de Prueba No Si Si
Tiempo de Medicion Medio Largo Largo
Suceptibilidad a Ruido
DC Bajo Alto Alto
AC Bajo Medio Alto
Mediciones con Guarda Si Si No
Presicion Alta Alta Baja
Repetibilidad Alta Alta Baja

Resultados DFR en un mismo Transformador a
diferentes Temperaturas
Temp Humedad, %
Conductividad del
Aceite, pS/m
21 2,4 10,4
27 2,3 13,8
34 2,4 22,8
49 2,3 39,3
47

Corrección Típica de Temperatura del FP
2.00
2.50
3.00
3.50
Typical temp correction, Power
Transformers (IEEE C57.12.90)
48
0.00
0.50
1.00
1.50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Typical temp correction, Power
Transformers (IEEE C57.12.90)
Typical temp correction, Bushings

Corrección de Temperatura de FP a frecuencia de
línea
 La corrección de FP clásica a 20ºC utiliza el valor medido a 60Hz
a una temperatura especifica.
• IEEE C57.12.90-1993,
 DFR provee múltiples valores de FP entregando de esa manera
mayor información sobre el sistema y poder correlación la función
de temperatura.
CorrecciondeFactor
PF
PF medido
C20a
corregido 

49
 La corrección de FP clásica a 20ºC utiliza el valor medido a 60Hz
a una temperatura especifica.
• IEEE C57.12.90-1993,
 DFR provee múltiples valores de FP entregando de esa manera
mayor información sobre el sistema y poder correlación la función
de temperatura.

Factor de Potencia a baja conductividad de
aceite, 1% humedad, 20oC – 50oC
50
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
20C 30C 40C 50C
PF@60Hz

Factor de Potencia a alta conductividad del
aceite, 1% humedad, 20oC – 50oC
51
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
20C 30C 40C 50C
PF@60Hz

Manufacturer Year Measured
temp
Moisture Oil conductivity Power rating Status
Hyundai 2008 27 Co 0.6 % 0.013% PF @ 60Hz 105 MVA New, during commission
Westinghouse 1987 27 Co 1.1 % 0.019% PF @ 60Hz 80 MVA Used, at utility
GE 1950 27 Co 2.1% 0.406% PF @ 60Hz 15 MVA Used, at utility
Yorkshire 1977 27 Co 4,5 % 0.467% PF @ 60Hz 10 MVA Used and scrapped
52

1.007 correction 1.055 correction
53
0.797 correction
0.581 correction

DFR y la dependencia de temperatura
 Las propiedades del aislamiento varían con la temperatura
 Según la ecuación de Arrhenius :
 A mayores temperaturas una reacción es mas rápida
 La energía de activación es la cantidad de energía requerida
para que se produzca esta reacción
 Energía de Activación Wc
 Papel seco: típicamente ~ 1.0 eV
 Papel impregnado en aceite – 1.0 eV
 Aceite mineral de Transformador - 0.4 – 0.5 eV
54
 Las propiedades del aislamiento varían con la temperatura
 Según la ecuación de Arrhenius :
 A mayores temperaturas una reacción es mas rápida
 La energía de activación es la cantidad de energía requerida
para que se produzca esta reacción
 Energía de Activación Wc
 Papel seco: típicamente ~ 1.0 eV
 Papel impregnado en aceite – 1.0 eV
 Aceite mineral de Transformador - 0.4 – 0.5 eV







 kT
Wc
e0

La medición DFR es dependiente de la
temperatura del aislamiento
Measured insulation
properties are the
same @ 2 mHz, 25 °C
as @ 1 mHz, 18 °C
55
Frecuencia,
mHz
Corresponden data points
Cellulose, (0.9 eV)

Corrección de Temperatura en Transformadores
usando la medición DFR
6.00
8.00
10.00
12.00
Pauwels 20 MVA, 2000, new
Pauwels 80 MVA, 2005, new
Westinghouse 40 MVA, 1985,
spare
56
0.00
2.00
4.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Yorkshire 10 MVA, 1977,
scrapped
Typical correction table for
transformers

Prueba Tradicional de Factor de
PotenciaFactor de
Potencia
57
Frecuencia
60 Hz1 mHz 1kHz

Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico
Factor de
Potencia
58
Frecuencia
60 Hz1 mHz 1kHz

Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico
- Un solo valor de FP no es suficiente para tomar una decisión
- La Respuesta de Frecuencia del Dieléctrico es mas explicita
Transformador seco con aceite
viejo (alta conductividad)
59
Transformador húmedo
con buen aceite
Valor idéntico de FP
a 60Hz

Rangos de frecuencia recomendados
Temperatura del
Aislamiento, °C
Mínima frecuencia
sugerida, mHz
Tiempo de prueba
para IDAX-300
0-5 0.1 ~ 5 h
5-10 0.2 ~ 2 h 28min
10-15 0.5 ~ 1 h 14 min
60
10-15 0.5 ~ 1 h 14 min
15-25 1 ~ 37 min
25-35 2 ~ 19 min
35-50 5 ~ 10 min
>50 10 ~ 6 min

Ruido en las sub-estaciones
 Inducido AC (50/60Hz)
 Inducido DC (Descargas Corona)
 Inducido DC (HVDC estaciones)
 Componente DC por variación del potencial a tierra
 Otro tipo de interferencias (RF, transitorios de
potencia, etc.)
 “Another advantage is that FDS is more suitable for
field-use than PDC because it is less sensitive to
noise….”
• J H Yew, T K Saha, A J Thomas, “Impact of Temperature on the Frequency
Domain Dielectric Spectroscopy for the Diagnosis of Power Transformer
Insulation”, PES General Meeting, 2006, IEEE
61
 Inducido AC (50/60Hz)
 Inducido DC (Descargas Corona)
 Inducido DC (HVDC estaciones)
 Componente DC por variación del potencial a tierra
 Otro tipo de interferencias (RF, transitorios de
potencia, etc.)
 “Another advantage is that FDS is more suitable for
field-use than PDC because it is less sensitive to
noise….”
• J H Yew, T K Saha, A J Thomas, “Impact of Temperature on the Frequency
Domain Dielectric Spectroscopy for the Diagnosis of Power Transformer
Insulation”, PES General Meeting, 2006, IEEE

Uso de filtros
10
-14
10
-13
10
-12
10
-11
10
-10
10
-9
10
-8
10
-7
0,001
0,01
0,1
1
10
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
C: Reference
C: 130 uA RMS -60dB filter
C: 710 uA RMS, 1900 nA DC, Improved filter
Reference: 0 uA AC, 0nA DC
130 uA RMS AC, Sine-corr. filter
710 uA RMS AC, 1900 nA DC, improved filter
Capacitance (F) Dissipation factor
(Tan-delta)
Frequency (Hz)
Capacitance (F)
62
10
-14
10
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10
-12
10
-11
10
-10
10
-9
10
-8
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0,001
0,01
0,1
1
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0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
C: Reference
C: 130 uA RMS -60dB filter
C: 710 uA RMS, 1900 nA DC, Improved filter
Reference: 0 uA AC, 0nA DC
130 uA RMS AC, Sine-corr. filter
710 uA RMS AC, 1900 nA DC, improved filter
Capacitance (F) Dissipation factor
(Tan-delta)
Frequency (Hz)
Capacitance (F)

Contaminación
Contaminación –
Respuesta atípica
63
Contaminación –
Respuesta atípica
Respuesta Normal

FDS Respuestas Inusuales
• Altas perdidas que incrementan con el incremento de
frecuencia
–Resistencia en serie – mala conexión / alta resistencia
en conexión a tierra del núcleo
• Alta conductividad inesperada del aceite para una
configuración, ej. CHL
–Las superficies de conducción están puenteando los
electrones - polución, sendas de carbón
• Perdidas negativas en mediciones de bujes (tan/factor
de potencia), usualmente alrededor de 1-0.1 Hz
–Circulación de corrientes parasitas por la superficie
(externa) o interfaces (interno)
• Incremento de perdidas entre 50-100Hz hacia ~ 0.1Hz
–Contaminación, mala conexión del apantallamiento.
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• Altas perdidas que incrementan con el incremento de
frecuencia
–Resistencia en serie – mala conexión / alta resistencia
en conexión a tierra del núcleo
• Alta conductividad inesperada del aceite para una
configuración, ej. CHL
–Las superficies de conducción están puenteando los
electrones - polución, sendas de carbón
• Perdidas negativas en mediciones de bujes (tan/factor
de potencia), usualmente alrededor de 1-0.1 Hz
–Circulación de corrientes parasitas por la superficie
(externa) o interfaces (interno)
• Incremento de perdidas entre 50-100Hz hacia ~ 0.1Hz
–Contaminación, mala conexión del apantallamiento.

FDS para Fabricantes de Transformadores
• Caracteriza los materiales aislantes
• Control de procesos (ej. Secado de humedad)
–Se lo utiliza para controlar el contenido de humedad en el
proceso de manufactura de Transformadores de Potencia,
Instrumentación, cables de AT y también para monitorear el
proceso de curado epóxico en la fabricación de generadores
• Verifica en sitio que el aislamiento se encuentra en buenas
condiciones antes de energizarlo
–Permite mediciones a temperaturas superiores e inferiores a las
de fabricación
–Ayuda a entender las posibles causas (inclusive temporales) de
alto tan/factor de potencia, ej. Contaminación que
eventualmente será absorbida por el papel y el prensado.
65
• Caracteriza los materiales aislantes
• Control de procesos (ej. Secado de humedad)
–Se lo utiliza para controlar el contenido de humedad en el
proceso de manufactura de Transformadores de Potencia,
Instrumentación, cables de AT y también para monitorear el
proceso de curado epóxico en la fabricación de generadores
• Verifica en sitio que el aislamiento se encuentra en buenas
condiciones antes de energizarlo
–Permite mediciones a temperaturas superiores e inferiores a las
de fabricación
–Ayuda a entender las posibles causas (inclusive temporales) de
alto tan/factor de potencia, ej. Contaminación que
eventualmente será absorbida por el papel y el prensado.

Que es IDAX 300?
IDAX 300 es un instrumento para diagnostico de sistemas de
aislamiento
 Señal de Prueba: 0 – 200 Vp 0 – 50 mA
 Frecuencia: 10 000 Hz – 0.0001 Hz
 Rango de Muestreo: 10 pF – 100 µF
 Uno o dos canales de medición independiente
 Sistema de tres hilos
 Liviano y Robusto
 El software de IDAX 300 para PC se utiliza con
sistemas operativos Windows XP Professional, Vista y 7
Unidad externa de alta tensión
67
IDAX 300 es un instrumento para diagnostico de sistemas de
aislamiento
 Señal de Prueba: 0 – 200 Vp 0 – 50 mA
 Frecuencia: 10 000 Hz – 0.0001 Hz
 Rango de Muestreo: 10 pF – 100 µF
 Uno o dos canales de medición independiente
 Sistema de tres hilos
 Liviano y Robusto
 El software de IDAX 300 para PC se utiliza con
sistemas operativos Windows XP Professional, Vista y 7
Unidad externa de alta tensión

Prueba DFR con IDAX 300
 Mediciones de perdidas y capacitancia en el sistema de
aislamiento en función de la frecuencia.
V
A
Hi
Lo
Ground CHL
CL CH
68
   
  CjI
U
Z



1

 
 




and
PF,tan,C
Z
V
A
Hi
Lo
Ground CHL
CL CH

IDAX 300 Software
• Sistema de Control
– Controla y opera el equipo IDAX 300
• Resultados
– Organiza los objetos de prueba y las
mediciones
– Presenta los datos medidos
• MODS
– Software para análisis de datos
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• Sistema de Control
– Controla y opera el equipo IDAX 300
• Resultados
– Organiza los objetos de prueba y las
mediciones
– Presenta los datos medidos
• MODS
– Software para análisis de datos

Reporte de Mediciones FDS
• Lista y Titula
• Contiene un generador de Reportes con
modificaciones limitadas
• Reporte Word MS Office
• Requiere Licencia MS Word
• Varias posibilidades de modificación
• Fácil para añadir comentarios y gráficos
70
• Lista y Titula
• Contiene un generador de Reportes con
modificaciones limitadas
• Reporte Word MS Office
• Requiere Licencia MS Word
• Varias posibilidades de modificación
• Fácil para añadir comentarios y gráficos

MODS Software
• Software de Interpretación de las
mediciones DFR realizadas con el equipo
IDAX 300
• Permite determinar el contenido de
humedad impregnada en la celulosa y la
calidad del aceite dieléctrico
• Provee una aproximación de la geometría
del sistema dieléctrico.
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• Software de Interpretación de las
mediciones DFR realizadas con el equipo
IDAX 300
• Permite determinar el contenido de
humedad impregnada en la celulosa y la
calidad del aceite dieléctrico
• Provee una aproximación de la geometría
del sistema dieléctrico.

Ventajas de IDAX 300 vs Mediciones
Convencionales de Capacitancia y tan
• IDAX 300 usa baja tensión de medición (140 Vrms)
–Seguridad
–Tamaño del equipo
• IDAX 300 mide capacitancia y tan en un rango de frecuencia que
permite:
–Mejor interpretación
–Posibilidad de eliminar errores de medición.
• La interpretación de resultados se basa en un modelo real de
diseño de transformador
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• IDAX 300 usa baja tensión de medición (140 Vrms)
–Seguridad
–Tamaño del equipo
• IDAX 300 mide capacitancia y tan en un rango de frecuencia que
permite:
–Mejor interpretación
–Posibilidad de eliminar errores de medición.
• La interpretación de resultados se basa en un modelo real de
diseño de transformador

IDAX 300 otras Ventajas
• Las mediciones FDS son reproducibles
– Las mediciones pueden reiniciarse
– Mediciones previas en AC no afectan los
resultados (pruebas de alta tensión en DC
bajan el valor de factor de disipación en todas
las pruebas AC)
• Las mediciones FDS son mas fáciles de
entender y modelar
– El modelo FDS son cálculos j
– El modelo en dominio de tiempo involucra
integración
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• Las mediciones FDS son reproducibles
– Las mediciones pueden reiniciarse
– Mediciones previas en AC no afectan los
resultados (pruebas de alta tensión en DC
bajan el valor de factor de disipación en todas
las pruebas AC)
• Las mediciones FDS son mas fáciles de
entender y modelar
– El modelo FDS son cálculos j
– El modelo en dominio de tiempo involucra
integración

Proceso de Evaluación de la Humedad
 Se mide el factor de disipación/factor de potencia desde
1 kHz hasta 2 mHz (por defecto)
 Se envía los resultados de la medición a MODS
 Ingrese el valor de la temperatura del aislamiento
(temperatura del aceite en la cumbre de la unidad)
 MODS ajusta el modelo matemático a la curva medida
de manera automática variando los parámetros que
afectan la forma de la curva para encontrar un ajuste lo
mas exacto posible.
• La relación de aislamiento solido (celulosa) vs. liquido (aceite)
entre devanados
• Humedad en el aislamiento solido
• Conductividad del Aceite
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 Se mide el factor de disipación/factor de potencia desde
1 kHz hasta 2 mHz (por defecto)
 Se envía los resultados de la medición a MODS
 Ingrese el valor de la temperatura del aislamiento
(temperatura del aceite en la cumbre de la unidad)
 MODS ajusta el modelo matemático a la curva medida
de manera automática variando los parámetros que
afectan la forma de la curva para encontrar un ajuste lo
mas exacto posible.
• La relación de aislamiento solido (celulosa) vs. liquido (aceite)
entre devanados
• Humedad en el aislamiento solido
• Conductividad del Aceite

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