DESARROLLO DE PRUEBAS DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO A
TRANSFORMADORES, AUTOTRANSFORMADORES, REACTORES Y
NÚCLEOS.
1
OBJETIVO
2
ALCANCES
3
DEFINICIONES
4
RESPONSABLES
4.1 GERENTE GENERAL
4.2 GERENTE DE MANTENIMIENTO
4.3 SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO
4.4 TECNICOS
5
DESARROLLO
5.1 RECOMENDACIONES GENERALES PARA REALIZAR PRUEBAS
ELÈCTRICAS A EQUIPO PRIMARIO
5.2 PROCEDIMIENTO GENERAL PARA REALIZAR LA PRUEBA DE
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO A EQUIPOS PRIMARIOS.
1. OBJETIVO.
Establecer los pasos y lineamientos necesarios para realizar las pruebas de resistencia de aislamiento a los diferentes equipos primarios, tales como, transformadores de potencia, de servicios auxiliares, autotransformadores, reactores, capacitores, transformadores de potencial, transformadores de corriente, interruptores, apartarrayos, cables de potencia, cuchillas, boquillas, maquinas rotatorias, teniendo como finalidad la medición de la resistencia de aislamiento. Mediante la aplicación de este procedimiento se asegura la correcta realización de la prueba y la confiabilidad de sus resultados para el análisis estadístico del comportamiento de los aislamientos en su operación, siendo además una herramienta fundamental para la capacitación y seguridad del personal.
2. ALCANCE.
Este procedimiento comprende la realización de pruebas de resistencia de aislamiento en transformadores de 2 y 3 devanados, autotransformadores, reactores y núcleos de transformadores, esta dirigido al personal (ingenieros y técnicos) relacionados con la construcción, puesta en servicio, mantenimiento y operación de las subestaciones eléctricas.
3. DEFINICIONES.
Resistencia de aislamiento: La resistencia de aislamiento se define como la oposición al paso de una corriente eléctrica que ofrece un aislamiento al aplicarle un voltaje de corriente directa durante un tiempo dado, medido a partir de la aplicación del mismo y generalmente expresada en Megaohms, Gigaohms o Teraohms.
A la corriente resultante de la aplicación de voltaje de corriente directa, se le denomina "Corriente de Aislamiento" y consta de dos componentes principales:
a) La corriente que fluye dentro del volumen de aislamiento esta compuesta por:
1) Corriente capacitiva. Es una corriente de magnitud comparativamente alta y de corta duración, que decrece rápidamente a un valor despreciable (generalmente en un tiempo máximo de 15 segundos) conforme se carga el aislamiento, y es la responsable del bajo valor inicial de la Resistencia de Aislamiento. Su efecto es notorio en aquellos equipos que tienen capacitancia alta, como transformadores de potencia, máquinas generadoras y cables de potencia de grandes longitudes.
2) Corriente de absorción dieléctrica. Esta corriente decrece gradualmente con el tiempo, desde un valor relativamente alto a un valor cercano a cero, siguiendo una función exponencial. Generalmente los valores de resistencia obtenidos en los primeros minutos de una prueba, quedan en gran parte determinados por la Corriente de Absorción. Dependiendo del tipo y volumen del aislamiento, esta corriente tarda desde unos cuantos minutos a varias horas en alcanzar un valor despreciable; sin embargo para efectos de prueba, puede despreciarse el cambio que ocurre después de 10 minutos.
3) Corriente de conducción irreversible. Esta corriente fluye a través del aislamiento y es prácticamente constante, predomina después que la corriente de absorción se hace insignificante.
b) Corriente de Fuga.
Es la que fluye sobre la superficie del aislamiento. Esta corriente al igual que la Corriente de Conducción irreversible, permanece constante y ambas constituyen el factor primario para juzgar las condiciones del aislamiento.Transportación: El equipo de prueba debe ser manejado cuidadosamente, teniendo especial cuidado durante su transporte al sitio de pruebas en donde se vaya a utilizar. Preferentemente el equipo debe ser empacado en una caja de madera acolchonada con hule espuma, con el objeto de evitar golpes y desajustes en sus instrumentos de medición.
Humedad: Es recomendable evitar y suspender las pruebas cuando la humedad relativa indicada por el higrómetro sea mayor al 75% y se presenten condensados sobre el aislamiento, pues esto provoca que se incremente las corrientes de fuga, lo cual afecta la medición.
Transformador: Dispositivo estático electromagnético que se utiliza para manejar grandes volúmenes de energía de un circuito a otro, mediante la transformación de voltaje de alta tensión sin que exista contacto físico entre ellos.
4. RESPONSABLES
4.1 GERENTE GENERAL
a) Llevar a cabo este sistema de calidad en las políticas de la empresa, asegurándose que se hagan los instructivos de mantenimiento, se implanten y estén estandarizados con las normas aplicables.
b) Aprobar el presente instructivo de mantenimiento del sistema de calidad
c) Proporcionar los recursos necesarios para implementar este sistema de calidad como una herramienta de dirección.
4.2 GERENTE DE MANTENIMIENTO.
a) Administrar y canalizar los recursos necesarios para la implantación de este instructivo. b) Revisión y aprobación del presente instructivo de mantenimiento del sistema de calidad. c) Asegurar su aplicación del sistema de calidad en todas sus extensiones.
d) Informar al Gerente General el estatus del área de mantenimiento de las diferentes plantas a las que se les ofrecen servicios.
4.3 SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO
a) Coordinar y dirigir las actividades de acuerdo al presente procedimiento.
b) Asegurarse que todas las actividades se cumplan de manera segura y eficiente.
c) Promover la mejora continua de los procedimientos, e iniciar rápidamente los cambios requeridos, manteniendo así la actualización de documentos.
d) Ante la presencia de no conformidades deberá tomar acciones correctivas o preventivas, de acuerdo a la magnitud de la misma.
e) Verificar que se cumpla con el presente instructivo en todas sus partes por el personal involucrado.
f) Informar al Gerente de Mantenimiento del estado general de las maniobras y las acciones tomadas con las empresas a las que se les ofrecen servicios.
4.4 TÉCNICOS
a) Participar activamente en la elaboración de instructivos de mantenimiento preventivo, además de conocerlos y aplicarlos correctamente.
b) Usar equipo de protección necesario.
c) Reportar las condiciones inseguras o no conformidades que se presenten dentro del área de trabajo. Sin embargo el técnico debe tomar la acción correcta para salvaguardar su persona y el equipo de algún daño.
d) Recabar la información requerida en cada una de las actividades que lo requiera. (lecturas, bitácoras, registros ó formatos).
Es la responsabilidad de los arriba mencionados mantener la disponibilidad, confiabilidad y rentabilidad de los equipos y sistemas eléctrico de las empresas a los cuales se les proporciona servicio.
5. DESARROLLO.
5.1 RECOMENDACIONES GENERALES PARA REALIZAR PRUEBAS ELÉCTRICAS A
EQUIPO PRIMARIO.
a) Para equipos en operación, con base en los programas de mantenimiento, tramitar los registros y licencias correspondientes.
b) Tener la seguridad de que el equipo a probar no este energizado, utilizando el equipo de detección sonora para confirmar la ausencia de voltaje, verificar la apertura física de interruptores y/o cuchillas seccionadoras.
c) Utilizar tarjetas y candados siempre que se trabaje con equipo o circuitos eléctricos. d) No trabajar cuando se esté cansado o se tomen medicamentos que causen depresión. e) Asegurarse que no se tienen atmósferas peligrosas como: flamables, polvos o vapor en el
área de trabajo, ya que una parte viva del equipo o instalación podría producir una chispa en cualquier momento.
f) El tanque o estructura del equipo a probar, debe estar aterrizado.
g) Aterrizar el equipo a probar por 10 minutos aproximadamente para eliminar cargas capacitivas que puedan afectar a la prueba y por seguridad personal.
h) Desconectar de la línea o barra, las terminales del equipo a probar.
i) En todos los casos, ya sea equipo nuevo, reparado o en operación, las pruebas que se realicen siempre deben estar precedidas de actividades de inspección o diagnóstico. j) Preparar los recursos de prueba indispensables como son: Instrumentos, Herramientas,
Probetas, Mesas de prueba, etc.
k) Preparar el área de trabajo a lo estrictamente necesario, delimitar el área de trabajo utilizando cinta de precaución, para evitar el paso de personas ajenas a la prueba; procurando se tengan fuentes accesibles y apropiadas de energía.
l) Colocar él o los instrumentos de prueba sobre bases firmes y niveladas.
m) Comprobar que las terminales de prueba están en buenas condiciones y que sean las apropiadas.
n) No aplicar voltajes de prueba, superiores al voltaje nominal del equipo a probar.
o) Durante las pruebas deben tomarse todas las medidas de seguridad personal y para el equipo.
p) Anotar las lecturas de la prueba con todos aquellos datos que requiere el formato correspondiente (multiplicadores, condiciones climatológicas, factores de corrección, humedad relativa, temperatura del aceite y del devanado etc.).
q) Al terminar la prueba poner fuera de servicio el instrumento de prueba y aterrizar nuevamente el equipo probado.
5.1 PROCEDIMIENTO GENERAL PARA REALIZAR LA PRUEBA DE RESISTENCIA
DE AISLAMIENTO A EQUIPOS PRIMARIOS.
a) Realizar limpieza de las porcelanas del transformador.
b) Inspeccionar visualmente las condiciones de integridad de la porcelana y que esta se encuentre libre de impurezas, fisuras o desportilladuras.
c) Desconectar los cables terminales de conexión de las boquillas del equipo a probar. d) Limpiar perfectamente las terminales de las boquillas del transformador, con el fin de
asegurar una buena superficie de contacto de las pinzas del equipo de prueba. e) Revisar el equipo de prueba, así como los cables de prueba a utilizar.
f) Conectar en corto circuito el devanado de alta y baja tensión, en las terminales de sus boquillas.
g) Realizar la prueba de resistencia de aislamiento, de acuerdo al diagrama de conexiones anexo.
h) Después de cada modo de prueba se recomienda aterrizar el equipo y en terminales donde se aplico el voltaje para eliminar cualquier remanencia que nos pudiera afectar en la siguiente conexión.
i) Leer el valor obtenido en el equipo de prueba y registrarlo en el formato de de campo anexo.
j) Realizar la reconexión y reapriete de las terminales primarias y secundarias del transformador al termino de la prueba.
k) Al término de los trabajos, retirar puentes de tierra, herramientas o material extraño en el transformador.
l) Corroborar que no se encuentre personal laborando en esta área e informar al encargado de la planta que el equipo se encuentra listo para su proceso de energización.
n) Verificar los niveles de voltaje en las tres fases en el equipo de medición. o) Reporte de las actividades en bitácora de obra para firma de cliente
5.3 COMPROBACION DEL MEDIDOR DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.
a) Para verificar la posición de la aguja indicadora en la marca de infinito del medidor analógico, poner en operación el equipo y mover si es necesario el tornillo de ajuste hasta que la aguja se posicione en la marca de Infinito. Realizar este ajuste bajo condiciones ambientales controladas.
Para medidores microprocesados al encender el equipo, automáticamente este realiza su rutina de autoprueba.
b) Para verificar los cables de prueba conectar estos al medidor cuidando que no exista contacto entre ellos y seleccionar el voltaje de prueba, mismo que se recomienda sea de 2500 ó 5000 volts. Encender el equipo y comprobar la posición de la aguja indicadora en la marca de infinito. No ajustar la aguja al infinito por pequeñas desviaciones provocadas por las corrientes de fuga de los cables de prueba.
c) Para comprobar la posición cero, conectar entre si las terminales de los cables de prueba (Línea y Tierra), girar la manivela un cuarto de vuelta estando el selector de prueba en 500 o 1000 volts. La aguja debe moverse a la marca de cero.
5.4 CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA.
Al efectuar las pruebas de resistencia de aislamiento a los transformadores, hay diferentes criterios en cuanto al uso de la terminal de guarda del medidor. El propósito de la terminal de guarda es para efectuar mediciones en mallas con tres elementos, (devanado de A.T., devanado de B.T. y tanque).
La corriente de fuga de un aislamiento, conectada a la terminal de guarda, no interviene en la medición.Si no se desea utilizar la terminal de guarda del medidor, el tercer elemento se conecta través del tanque a la terminal de tierra del medidor, la corriente de fuga solamente la trayectoria del devanado en prueba a tierra.
Con el objeto de unificar la manera de probar los transformadores de potencia, y fines prácticos, en éste procedimiento se considera la utilización de la terminal de guarda del medidor. Lo anterior permite el discriminar aquellos elementos y partes que se desea no intervengan en las mediciones, resultando estas más exactas, precisas y confiables. Las conexiones para transformadores de 2 o 3 devanados, autotransformadores, y reactores se muestran en las figuras 1, 2, 3 y 4 respectivamente.
Fig. 4 Prueba de resistencia de asilamiento a reactores.
5.5 INTERPRETACION DE RESULTADOS DE PRUEBA PARA LA
EVALUACION DE LAS CONDICIONES DEL AISLAMIENTO.
Para un mejor análisis de los aislamientos, las pruebas deben hacerse al mismo potencial, las lecturas corregidas a una misma base (20º C) y en lo posible, efectuar las pruebas bajo las mismas condiciones ambientales.
Al evaluar las condiciones del aislamiento deben calcularse los índices de absorción y polarización, ya que tienen relación con la curva de absorción. El índice de absorción se obtiene de la división del valor de la resistencia a 1 minuto entre el valor de ½ minuto y el índice de polarización se obtiene dividiendo el valor de la resistencia a 10 minutos entre el valor de 1 minuto. Los valores mínimos de los índices deben ser de 1.2 para el índice de absorción y 1.5 para el índice de polarización, para considerar el transformador aceptable.
El envejecimiento de los aislamientos o el requerimiento de mantenimiento, provocan un aumento en la corriente de absorción que toma el aislamiento y se detecta con un decremento gradual de la resistencia de aislamiento. Para obtener el valor de una sola resistencia (RH, RX, RY, etc.) es necesario guardar uno o más devanados, considerando esto como pruebas complementarias. En la tabla 1, se proporcionan los valores mínimos de resistencia de aislamiento a 20ºC de los transformadores según su voltaje de operación. La tabla 2, proporciona los factores de corrección por temperatura.
Tabla. 1. Resistencia mínima de aislamiento en transformadores. VOLTAJE ENTRE
FASES KV
MEGAOHMS VOLTAJE ENTRE
FASES KV MEGAOHMS 1.2 32 92 2480 2.5 68 115 3100 5.0 135 138 3720 8.66 230 161 4350 15.0 410 196 5300 25.0 670 230 6200 34.5 930 287 7750 69.0 1860 400
Tabla 2. Factor de corrección (F.C.) por temperatura para resistencia de aislamiento en transformadores.
0 0.3 0.1554 32 2.0503 0.6891 64 13.9404 3.0563 1 0.3184 0.1628 33 2.1857 0.7219 65 14.8 3.2019 2 0.3371 0.1705 34 2.326 0.7563 66 15.7213 3.3545 3 0.3567 0.1786 35 2.47 0.7924 67 16.7039 3.5143 4 0.3775 0.1872 36 2.6172 0.8301 68 17.7459 3.6818 5 0.4 0.1961 37 2.7703 0.8697 69 18.8452 3.8572 6 0.4244 0.2054 38 2.9327 0.9111 70 20 4.041 7 0.4508 0.2152 39 3.1081 0.9545 71 21.2104 4.2336 8 0.4789 0.2255 40 3.3 1 72 22.485 4.4353 9 0.5087 0.2362 41 3.5108 1.0477 73 23.8344 4.6466 10 0.54 0.2475 42 3.7389 1.0976 74 25.2691 4.868 11 0.5728 0.2593 43 3.9816 1.1499 75 26.8 5.1 12 0.6076 0.2716 44 4.2362 1.2047 76 28.437 5.343 13 0.645 0.2846 45 4.5 1.2621 77 30.1881 5.5976 14 0.6856 0.2981 46 4.7715 1.3222 78 32.0607 5.8643 15 0.73 0.3123 47 5.0534 1.3852 79 34.0622 6.1438 16 0.7786 0.3272 48 5.3495 1.4512 80 36.2 6.4365 17 0.8308 0.3428 49 5.6638 1.5204 81 38.48 6.7432 18 0.8857 0.3591 50 6 1.5928 82 40.9018 7.0645 19 0.9424 0.3762 51 6.3617 1.6687 83 43.4636 7.4012 20 1 0.3942 52 6.7509 1.7482 84 46.1637 7.7538 21 1.0581 0.4129 53 7.1692 1.8315 85 49 8.1233 22 1.1176 0.4326 54 7.6184 1.9188 86 51.9775 8.5104 23 1.1802 0.4532 55 8.1 2.0102 87 55.1279 8.9159 24 1.2471 0.4748 56 8.6153 2.106 88 58.4895 9.3408 25 1.32 0.4975 57 9.1639 2.2064 89 62.1008 9.7858 26 1.4 0.5212 58 9.7448 2.3115 90 66 10.2521 27 1.4877 0.546 59 10.3571 2.4216 91 70.2083 10.7407 28 1.5834 0.572 60 11 2.537 92 74.6778 11.2525 29 1.6874 0.5993 61 11.6738 2.6579 93 79.3431 11.7886 30 1.8 0.6278 62 12.384 2.7846 94 84.1389 12.3504 31 1.9213 0.6577 63 13.1373 2.9173 95 89 12.9389 Donde:
K (1) es el F.C. para transformadores sumergidos en líquidos para una referencia a 20ºC. K (2) es el F.C. para transformadores tipo secos para una referencia a 40ºC.
TºC es la temperatura del aceite del transformador.
La prueba se realiza a transformadores que se preparan para su puesta en servicio, con el objeto de verificar la resistencia de aislamiento del núcleo y su correcto aterrizamiento en un solo punto, comprobando al mismo tiempo la adecuada geometría del núcleo, y asegurando que no haya existido desplazamiento del mismo durante las maniobras de transporte. La prueba es aplicable también a trasformadores en operación que presenten sobrecalentamiento sin llegar a su capacidad nominal.
Para realizar la prueba, se utiliza un medidor de resistencia de aislamiento, aplicando un voltaje de 1000 volts durante un minuto.
5.7 RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA.
a) Para transformadores llenos de aceite, reducir el nivel a lo necesario para tener acceso a la conexión del núcleo y tanque; si el transformador tiene presión de nitrógeno, liberarlo por seguridad personal.
b) Retirar la tapa de registro (entrada-hombre).
c) Desconectar la conexión a tierra del núcleo (generalmente localizada en la parte superior del tanque).
d) Preparar el equipo de prueba.
5.8 CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA.
a) Conectar la terminal de línea del medidor de resistencia de aislamiento al núcleo.
b) Conectar la terminal tierra del medidor de resistencia de aislamiento al tanque del transformador. c) Efectuar la prueba y registrar el valor de la resistencia.
PRUEBA
CONEXIONES DE PRUEBA
MIDE
L G T
1 NUCLEO * __________ Tq RN
• Para la prueba, la colilla que aterriza el núcleo debe de desconectarse de la tapa del transformador. El tanque debe estar aterrizado, Tq=Tanque.
Fig. 5 Prueba de resistencia de aislamiento a núcleo de transformadores.
5.9 INTERPRETACION DE RESULTADOS.
El valor de la resistencia de aislamiento del núcleo, debe ser conforme a lo establecido en la especificación CFE K0000-06 TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE 10 MVA Y MAYORES (200 Megaohms a 1000 Volts de corriente directa), para considerarlo satisfactorio.
