153368364-Pruebas-Electricas-en-Transformadores-ABB

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Pruebas Eléctricas a Transformadores
Field Service
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2
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1. Introducción.
2. Prueba de Factor de Potencia.
3. Prueba de Resistencia de Bobinados.
4. Prueba de Relación de Transformación.
5. Prueba de Corriente de Excitación.
6. Prueba de Respuesta al Barrido de Frecuencia 
(SFRA).
7. Conclusiones.
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OF 
FIELD Indice.
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3
1. Introducción
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OF 
FIELD
Equipos de pruebas Primarias y de aislamiento
CPC 100 + TD1
M4100 DOBLE
M5400
FRAX 101
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4
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3
1. Introducción
SERVICE 
OF 
FIELD
1. Calidad del aislamiento:
Componente contaminado (corrosión 
humedad), provocando una falla.
2. Integridad Física: Algo deformado
que no opera dentro de las
especificaciones, consecuentemente
fallado (deformación, corto, flojo).
Las Fallas en transformadores se dan por dos 
razones principales:
Bajos estas condiciones se debe 
considerar una selección de pruebas.
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PROBLEMA Pruebas Eléctricas y Métodos para Digan stico
Mecánico
SFRA
Reactancia de dispersión.
Capacitancia.
Corriente de excitación.
Resistencia de devanados.
Relación de transformación.
Inspección visual o emisión acústica.
Dieléctrico
Factor de potencia y capacitancia.
Resistencia de aislamiento.
Relación de transformación.
Detección de descargas parciales (Método de ultrasonido o eléctrico).
Análisis de aceite: Humedad, rigidez eléctrica, etc.
Respuesta de Frecuencia Dieléctrica (DRF).
Térmico
Análisis DGA: Cromatografía de gases
Detección de puntos calientes: Instalación de sensores o termografía
infrarroja.
Deterioro de papel: Análisis de furanos.
SERVICE 
OF 
FIELD 1. Introducción
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Pruebas Eléctricas de Factor de Potencia
Ricardo Vásquez Q.; Fields Service 
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3
El objetivo de esta prueba es medir la calidad del
aislamiento, como aislamiento sólido y como líquido. En el se
puede evidenciar presencia de humedad en el aislamiento.
2. Prueba de Factor de Potencia
SERVICE 
OF 
FIELD
2.1 Objetivo
2.2 Norma de referencia.
Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado
en las normas: IEEE C57.12.90-1993 "IEEE.
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2. Prueba de Factor de Potencia
EQUIPO % F.P, a 20º C
Aislador tipo condensador en aceite 0.5
Transformadores en aceite ( en Operación) 1.0
Transformadores nuevos en aceite 0.5
IEEE Std 62-1995 (IEEE Guide for Diagnostic Field Testing for Electric Power 
Apparatus Part 1: Oil Filled Power Transformers, Regulators and Reactors)
NETA. (INTERNATIONAL ELECTRICAL TESTING ASSOCIATION INC).
SERVICE 
OF 
FIELD
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9
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Aislamiento Ideal
2. Prueba de Factor de Potencia
SERVICE 
OF 
FIELD
V(aplicada)
ITOTAL
IR = 0
I(Capacitiva)
2.2 Condición del aislamiento.
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10
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2. Prueba de Factor de Potencia
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OF 
FIELD
IC ITOTAL
IR
V(aplicada)
I(Capacitiva)
Aislamiento Real
2.2 Condición del aislamiento.
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11
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3
IC
V(aplicada)
ITOTAL
IR
I(capacitiva)
2. Prueba de Factor de Potencia
SERVICE 
OF 
FIELD
• En la práctica ningún aislante es
perfecto
• Siempre existen pérdidas resistivas
• La corriente total adelanta a la
tensión en un ángulo de fase y esta
retrasada respecto a la corriente
capacitiva un determinado ángulo
Factor de potencia = 
ITOTAL
IR
Aislamiento Real
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SERVICE 
OF 
FIELD 2. Prueba de Factor de Potencia
• CH: Bujes de AT, papel, epóxicos
y madera junto con el devanado
de AT, aceite y conmutador de
derivaciones sin tensión.
• CHL: Aislamiento y
apantallamiento entre devanados,
aceite.
• CL Bujes de BT, papel,
expóxicos y madera junto con el
devanado de BT, aceite, y otros.
2.3 Que se mide?
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2. Prueba de Factor de Potencia
Prueba de Factor de Potencia 
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
2000.0V 5000.0V 10000.0V
Voltaje de Prueba (V)
Fa
ct
or
 d
e 
Po
te
nc
ia
 (%
)
CH+CHL
CH
CHL 
C L
En la prueba de factor de
potencia se obtuvieron valores
muy altos, lo que evidencia el
bajo aislamiento del
transformador.
La Norma Std 62-1995 
recomienda para 
transformadores antiguos un 
facto de potencia menor a 1%
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FIELD
2.4 Experiencia (caso 1)
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Se realizo el proceso de mantenimiento del transformador con el 
desencubado del mismo, observándose que la parte activa presentaba 
humedad (ver Figuras).
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OF 
FIELD 2. Prueba de Factor de Potencia
2.4 Experiencia (caso 1)
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Como se observa en las figuras ampliadas la contaminación 
encontrada en los aislamientos sólidos del transformador.
2.4 Experiencia (caso 1)
2. Prueba de Factor de Potencia
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FIELD
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3
• Después del proceso de
secado de la parte activa se
procedió al encubado del
transformador.
• Se verificó el ajuste de toda la
pernería de la parte activa.
• Luego del montaje respectivo
se procedió al llenado del
aceite mediante proceso de
termovacío.
2. Prueba de Factor de Potencia
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OF 
FIELD
2.4 Experiencia (caso 1)
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Pruebas Eléctricas de Resistencia de 
Bobinados.
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3. Resistencia de los bobinados.
SERVICE 
OF 
FIELD
Detectar puntos con alta resistencia óhmica en partes de
conducción, como empalmes, conexiones, contactos de los
conmutadores, etc. Estos son fuente de problemas en los
circuitos eléctricos, ya que originan caídas de voltaje, fuentes de
calor a veces con altas temperaturas, pérdidas de potencia, etc.;
ésta prueba puede detectar esos puntos.
3.1 Objetivo
3.2 Norma de referencia.
Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado
en las normas: (ANSI / IEEE C57.12.90) y IEC 60076-1.
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3. Resistencia de bobinados.
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OF 
FIELD
3.3 Criterio de Mediciones y aprobación.
La resistencia se mide con una fuente de tensión continua (DC),
la corriente de prueba no puede exceder el 10% de la corriente
nominal del transformador.
Cuando un transformador sale de servicio por lo general la
diferencia de temperatura entre el aceite y el bobinado debe ser
menor al 5° C (- ANSI / IEEE C57.12.90).
Según las Normas de pruebas, la temperatura de referencia es
75°C para IEC y 85°C para ANSI.
Por experiencia, una medición se puede considerar aceptable si
es menor de 3% sobre el valor medido en fábrica. Valores
superiores al 3% pueden ser indicativos de falsos contactos,
torque no adecuado en conexiones de terminales o uniones,
incluso de los contactos del cambiador, o posibles fallas
internas.
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Resistencia de devanados
50
70
90
110
130
150
170
190
210
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
Posiciones Taps
R
es
is
te
nc
ia
 (m
 O
hm
)
U U
V V
W W
Condiccion Anormal.
RESISTENCIA DE BOBINADO ALTA TENSIÓN ( WW - 00 )
CONEXIÓN TENSION CORRIENTE
EN BORNES ( V ) ( A ) 25 ºC 75 ºC
WW-00 3.4372 V 20.00 A 171.86 m 203.13 m
WW-00 3.4074 V 20.00 A 170.37 m 203.13 m
WW-00 3.3668 V 20.00 A 168.34 m 203.13 m
WW-00 3.3411 V 20.00 A 167.06 m 203.13 m
WW-00 3.3090 V 20.00 A 165.45 m 203.13 m
WW-00 3.2697 V 20.00 A 163.48 m 203.13 m
WW-00 3.2345 V 20.00 A 161.73 m 203.13 m
WW-00 3.2090 V 20.00 A 160.45 m 203.13 m
WW-00 3.1783 V 20.00 A 158.92 m 203.13 m
WW-00 3.1543 V 20.00 A 157.72 m 203.13 m
WW-00 3.1211 V 20.00 A 156.06 m 203.13 m
WW-00 3.0940 V 20.00 A 154.70 m 203.13 m
WW-00 3.0570 V 20.00 A 152.85 m 203.13 m
WW-00 2.8890 V 20.00 A 144.45 m 203.13 m
WW-00 2.9658 V 20.00 A 148.29 m 203.13 m
TAP RESISTENCIA (m) 
1
2
3
4
5
10
11
12
13
6
7
8
9
14
15
El comparativo trifásico no es el adecuado
3.4 Experiencia (caso 2)
3. Resistencia de bobinados.
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FIELD
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3. Resistencia de bobinados.
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OF 
FIELD
3.4 Experiencia (caso 2)
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Pruebas Eléctricas de Relación de 
Transformación
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4. Relación de transformación.
4.1 Objetivo
Verificar la relación de transformación para las diferentes
posiciones del conmutador de un transformador, las que deben
estar todas ellas dentro de la tolerancia de medición.
4.2 Norma de referencia.
Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado
en las normas: (ANSI / IEEE C57.12.90). y IEC 60076-1.
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OF 
FIELD
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3
La relación de transformación es el número de vueltas o espiras
que tiene el devanado de alta tensión comparado con el número
de vueltas del devanado de baja tensión. Para los
transformadores que tienen cambiador de derivaciones (tap´s)
éste sirve para cambiar esa relación de espiras o voltajes. La
relación de transformación de éstos transformadores se deberá
determinar para todos los tap´s y entre todos los devanados del
transformador.
4.2 Procedimiento.
4.3 Criterio de Aprobación.
La tolerancia para la relación de transformación, medida 
cuando el transformador está sin carga debe ser de ± 0.5% en 
todas sus derivaciones.
4. Relación de transformación.
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OF 
FIELD
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SERVICE 
OF 
FIELD 4. Relación de transformación.
4.4 Experiencia (caso 3)
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Pruebas Eléctricas de Corriente de 
Excitación.
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3
5. Corriente de Excitación.
SERVICE 
OF 
FIELD
5.1 Objetivo
Esta prueba se realiza con el fin de detectar tipo de fallas como
defectos en la estructura del núcleo magnético o alguna posible
deformación de los bobinados aunque es menos sensible en
este caso.
5.2 Criterio de Aprobación.
Si la corriente de excitación es inferior a 50 mA, la diferencia
entre los dos más altos corrientes de un transformador trifásico
debe ser inferior al 10%.
Si la corriente de excitación es superior a 50 mA, la diferencia
entre las dos mas altas debe ser inferior al 5%.
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3
5. Corriente de Excitación.
SERVICE 
OF 
FIELD
5.3 Procedimiento.
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29
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5. Corriente de Excitación.
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OF 
FIELD
Transformador Energ Measur Ground Floating Terminals
Normal Current
Pattem
Monofasico
H1
H2
H2
H1
X1X2
X1X2
IH1H2-IH2H1
Trifásico 
Conexión Y
H1
H2
H3
H0
H0
H0
H2H3X1X2X3
H1H3X1X2X3
H1H2X1X2X3
(IH1H0-IH3H0) < IH2H0
Trifásico 
Conexión D
H1
H2
H3
H2
H3
H1
H3
H1
H2
X1X2X3
X1X2X3
X1X2X3
(IH2H3-IH3H1) < IH1H2
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3
5. Corriente de Excitación.
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FIELD
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3
Prueba Respuesta al Barrido de la 
Frecuencia (SFRA)
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3
6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
Existe un alto porcentaje de fallas
mecánicas en transformadores,
como consecuencia de la
deformación y el desplazamiento
de los devanados, causados por
esfuerzos electrodinámicos.
Estos tipos de fallas generalmente
se pueden manifiestar
posteriormente como falla térmica
o dieléctrica.
Existe una alta probabilidad de
ocurrencia de deformación de
devanados y/o desplazamiento
del núcleo durante el transporte.
SERVICE 
OF 
FIELD
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3
Frente a este requerimiento, la prueba SFRA es reconocida
como la herramienta que mejores resultados ha permitido
obtener para el análisis y diagnóstico de defectos mecánicos
en transformadores.
Implementando una técnica sensible en detección de defectos
mecánicos dentro del transformador.
Localizando el defecto dentro del transformador sin necesidad
de ejecutar una inspección interna, si se tiene los elementos
necesarios para el análisis .
SFRA : Sweep Frequency Response Analysis
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
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3
6.1 Entendiendo el principio del SFRA.
Una bobina ideal consta sólo de un
componente inductivo, el cual es
invariable.
Una bobina real se comporta como
un conjunto de elementos
inductivos, capacitivos y resistivos
que solamente dependen de su
diseño constructivo.
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
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ay
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3
dB = 20 log10 (Vout/Vin)
La función de transferencia de
una red RLC es el cociente de
las respuestas en frecuencia de
la salida y de la entrada.
La magnitud y las relaciones de
la fase se pueden extraer de la
función de transferencia.
SERVICE 
OF 
FIELD
Element 
Under Test
in
Element 
Under Test
U Uout
Magnitude:
out
10
in
( )FRA(dB) 20log
( )
U f
U f
out
in
( )FRA(phase) arg
( )
U f
U f
Phase:
6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
6.1 Entendiendo el principio del SFRA.
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 G
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36
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-M
ay
-1
3
El devanado, el núcleo, el tanque y otros elementos internos del
transformador se comportan, eléctricamente, como un circuito
complejo de componentes R, L y C.
6.2 SFRA – Aplicación en transformadores
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
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B
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37
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-1
3
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
6.2 SFRA – Aplicación en transformadores
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38
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3
6.4 Aplicaciones en campo - Beneficios
.
Efectuar después de un
evento como: un cortocircuito
u otra falla eléctrica, una
descarga atmosférica, un
sismo, etc.
Verificación del bobinado
después del transporte.
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
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3
6.5 Categorías análisis y comparación del SFRA
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
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40
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-1
3
Considerar varias propiedades de medición para devanados de
alto voltaje, bajo voltaje, entre devanados.
1. Análisis con registros homólogos.
En este caso existe un grupo de registros históricos
pertenecientes a la misma unidad que representan el estado
normal del transformador.
2. Análisis sin registros de referencia.
Análisis con los registros de las fases pertenecientes a la
misma unidad.
Análisis con registros de unidades gemelas, transformadores
nuevos o transformadores en servicio con características
similares.
6.6. Categorías análisis y comparación del SFRA
SERVICE 
OF 
FIELD 6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
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B
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41
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ay
-1
3
SERVICE 
OF 
FIELD
Pruebas SFRA antes y después del 
transporte (caso 5).
Autotransformador trifásico de 20MVA.
Se realizaron Pruebas SFRA en
fábrica y después de realizar todas
las pruebas de rutina.
Luego fueron realizadas las
pruebas de campo, cuando el
transformador fue colocado en su
celda de transformación en la
subestación.
El transformador cuenta con dos
registro de pruebas SFRA.
6. SFRA–Sweep Frequency Response Analysis
6.6.1. Análisis con registro homologo.
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3
Pruebas SFRA, bobinado de AT fase U - 0
Pruebas realizadas en Fabrica
Pruebas realizadas en Campo
6.6.1 Análisis con registro homólogos.
SERVICE 
OF 
FIELD
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3
Pruebas realizadas en Campo
Pruebas realizadas en Fabrica
SERVICE 
OF 
FIELD 6.6.1 Análisis con registro homólogos.
Pruebas SFRA, bobinado de AT fase W - 0
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3
SERVICE 
OF 
FIELD 6.6.1 Análisis con registro homólogos.
Pruebas SFRA, bobinados de AT cortocircuito BT
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45
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-1
3
6.6.2Análisis sin registro homólogos.
SERVICE 
OF 
FIELD
Pruebas SFRA antes y después de un evento (caso 6).
Se efectuaron pruebas SFRA a un transformador que se vio
involucrado en un evento de sobrecorriente.
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3
SERVICE 
OF 
FIELD 6.6.2 Análisis sin registro homólogos.
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3
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OF 
FIELD 6.6.2 Análisis sin registro homólogos.
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3
6.6.2 Análisis sin registro homólogos.
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OF 
FIELD
Pruebas SFRA, a 02 transformadores idénticos
Análisis con registros de
unidades gemelas, de
transformadores nuevos o de
transformadores en servicio con
características similares.
Al igual que en el caso anterior,
se deben considerar las
diferencias de diseño y
construcción y las posibles
diferencias debidas a la
operación propia de cada
transformador.
Transformador de 40 MVA Trifásico.
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B
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3
SFRA, bobinados de AT fases (UU – 00).
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OF 
FIELD 6.6.2 Análisis sin registro homólogos.
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50
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SFRA, bobinados de AT fases (VV – 00).
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OF 
FIELD 6.6.2 Análisis sin registro homólogos.
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-1
3
El mantenimiento preventivo del transformador basado en pruebas
eléctricas es esencial para un alargamiento de su vida útil. Se
puede concluir que, de acuerdo a los resultados obtenidos en los
análisis de diagnostico realizados a los transformadores, la mayoría
de las fallas producidas en estos equipos pueden ser atribuidas al
deterioro de su sistema de aislamiento, deformación de los
devanados, calentamiento por falsos contactos.
Sin embargo, este “talón de Aquiles” puede ser sometido si se
mantiene un programa completo de mantenimiento preventivo con
pruebas predictivas periódicas, orientado a combatir estos factores,
y detectarlos con anticipación.
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OF 
FIELD 7. Conclusiones
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La prueba del análisis de respuesta de frecuencia de barrido 
(SFRA) en la herramienta valiosa para verificar integridad 
geométrica del aparato eléctrico, especialmente transformadores
Un nuevo transformador se diseña para resistir tales fuerzas 
dinámicas pero, como él envejece, puede generalmente perder su 
compresión inicial en el papel, haciéndola más vulnerable a las 
deformaciones de la bobina.
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