Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]

8/4/2019 Fenomenos Degradacion Deterioro Transform Adores Javier Acevedo[1]

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Diagnstico de condicin

de equipos de

subestaciones elctricasde alta tensin

MsC Ing Javier AcevedoConsultor para Latinoamerica

Doble Engineering Company

[email protected]


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Presentado por MsC Ing Javier AcevedoConsultor Doble para Latinoamerica

[email protected]

Y DETERIORO ENTRANSFORMADORES


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PRINCIPALESCOMPONENTES DELTRANSFORMADOR


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TRANSFORMADOR TIPO CORE

Sistema de fijacin

del ncleo

Sistema de fijacin

de devanados

Estructura de soporte

de terminales

Terminales desalida

Barrera aislante


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TRANSFORMADORES TIPO

SHELL


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Ruptor (DiverterSwitch)

Selector de

posiciones (Switchselector)

Mando motor (Motordrive unit)

CAMBIADORES DE TOMAS

BAJO CARGA (OLTCs)

rbol o eje mecnicoAcoples ytransmisin demovimiento.

Rels de presin

sbita o diafragma deruptura.

Contactos


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TIPOS DE OLTCs


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BUSHINGS

(diagrama descriptivo)Conductor Central

Ventana Inspeccin de Nivel de Lquido

Lquido o Compuesto Aislante

Porcelana Aislante Exterior

Ncleo Aislante Princi al

Aislamiento del TapElectrodo del Tap

Base o Brida

Manga de TierraCapa de Capacitor Gradiente para C1

Aislamiento Parte Inferior


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BUSHINGS

(OIP vs RIP))


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FUNCIONES Y NIVELESDE CONDICIN DE UN

TRANSFORMADOR


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FUNCIONES B SICAS DELTRANSFORMADOR

PROPIEDADES CLAVES QUE

Integridad del circuito

de corriente

Capacidad electromagnticae integridad bajo sobrecarga

y sobreexcitacin sin

sobrecalentamiento

DETERMINAN

LA FUNCIONALIDAD DE UNTRANSFORMADOR

Soportabilidad de esfuerzosmecnicos bajo

condiciones de falla

Soportabilidad de esfuerzosoperativos considerandonivel de deterioro


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NIVELES DE CONDICIN DE UN

TRANSFORMADOR

Defectuoso (existencia deprocesos

de deterioro reversibles)

NORMAL (como nuevo yenvejecido por servicio)

UN TRANSFORMADOR Hacia falla (existencia deprocesos

de deterioro irreversibles)

Fallado (incapacidadtotal

de operar)


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DIFERENCIAS ENTRE NIVELESDE CONDICIN (ejemplo).

CONDICIN DEFECTUOSA

Posible reduccin crtica del margen deseguridad inicial bajo impacto decontaminacin.

Aparicin de descarga parcial destructiva,evolucin de descarga superficial y

ocurrencia de descarga por contorneo.


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DESCRIPCI N DE CONDICI NDEFECTUOSA (ejemplo)

PRECAUCION

Reduccin del margen dielctrico en 10% o mas.

Incremento de saturacin relativa de humedad en aceite

mayor al 20% por presencia de partculas (fibras).

Alto contenido de humedad en aislamiento principal que

genera % saturacin en aceite mayor al 40% a

temperatura mnima de operacin

Contaminacin por partculas.


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PRINCIPALES MODOSDE FALLA Y PROCESOS

DE DETERIORO ENCOMPONENTES


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MODELO DE DETERIORO DELAISLAMIENTO LQUIDO

SUBPRODUCTOSENVEJECIMIENTO

ACEITE

BURBUJEO

PARTICULAS

METALESFIBRAS

AGUA

LIBRE VAPOR

AISLAMIENTO ESPIRAS-

ACELERACION DELENVEJECIMIENTO

BURBUJEODEBIDO

A:SOBRESATURACIN

CAVITACIN

SOBRECALENTAMIENTO

SE INCREMENTAPORCENTAJE

DE SATURACIN

DECREMENTA LA CAPACIDADDE SOPORTE DIELCTRICO

PRINCIPAL BOBINAS


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MODELO DE DEGRADACI NCELULOSA

CO

O2TEMPERATURA

CO2

Oxidacin aceiteOxidacinCelulosa

H2O

H2O

HIDROLISIS PIROLISIS

ACIDOS

Fragmentacin delevoglucosaCOMPUESTOS

FURANICOS

ACIDOS CO2 CO H2O

Deshidratacin

Depolimerizacin Ruptura demolculas libera

levoglucosa

O2

Oxgenoresidual

y externo


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MODOS DE DETERIORO DE LACELULOSA.

DEGRADACIN TRMICA

Celulosa Glucosa + Agua + CO + CO2 +cidos Orgnicos

CALOR

DEGRADACIN HIDROLTICA

Glucosa libreAGUA / ACIDOS

Celulosa

DEGRADACIN OXIDATIVA

Radicales libres + Glucosa +Agua

OXGENO

Celulosa


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COMPUESTOS FURNICOS

Molculas de glucosa de cadena abierta generancompuestos furnicos por reacciones de deshidratacin.


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DISPOSICIN DE AISLAMIENTOS


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MODELO DE GENERACIN DECOMPUESTOS FURNICOS.

2FAL: Concentracin de 2 furfural (ppm)

( ) BDPAKgpapelmgFAL +=)/(2log

DP: Grado de polimerizacin del papelA y B: Coeficientes que dependen del modelo a usar


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DESAFOS EN LA ESTIMACIN DEVIDA REMANENTE POR FURANOS.

Los compuestos furnicos son solo provienen de la degradacin de lacelulosa, sino tambin de aceites reutilizados, proveniente de secadosexcesivos o nuevos de acuerdo al proceso de refinacin (usando

solventes).Son removidos total o parcialmente durante procesos de regeneramientocon arcillas activas o elementos catalizadores y tambin por procesos dedes asificacin 75% a 80% de remocin .

Su generacin y reduccin dependen del tipo de sistema de respiracindel transformador, del tipo de papel aislantes (Kraft comn, Nomex o TU) einclusin de barnices y componentes epxicos.

El tipo de papel aislante TU tambin es un factor a considerar

(cianoetilacin vs aplicacin dicynamida, melamina, poliacrilamida).Errores de aplicacin de la ecuacin de Chendong al no considerarsistemas de respiracin, tipo de papel, etc.


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MODELO DE DEGRADACINBUSHINGS (cuerpo condensador)

Aceite trmicamente

inestable

Aceite saturado con

gas

NUCLEO PRIMARIOHumedad Residual

Deficiente impregnacin

Arrugas en papel

ENVEJECIMIENTO

Ingreso de humedadIngreso de aire

Migracin de tinta

Sobrecalentamiento

LOCALIZADOSTOTALES

o resa urac n

IonizacinGaseo

Fatiga trmica

Deslaminacin papel dielctrico

Cera X

PerforacinExplosin


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MODELO DE PARMETROSELCTRICOS DE UN BUJE

Zc : Impedancia del ncleo de papel-aceite

Zc: Impedancia entre la capaconectada al tap y la ltima capa

aterrizada.Zpl: Impedancia entre la ltima capadel cuerpo de papel y el aceite.

Zo: Impedancia del aceite

del ncleo.Rp: Resistencia de la superficie internade la porcelana.

Ccs: Acoplamiento capacitivo entre lascapas internas del ncleo y susuperficie.

Csp: Acoplamiento capacitivo entre lasuperficie del ncelo y la superficieinterna de porcelana

Rtp: Resistencia del aislador del tap.


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TCNICAS DE EVALUACIN DECONDICIN DE BUSHINGS

Medicin de factor de potencia y capacitancia (C1, C2,

Tip-up C1, tendencia en el tiempo).

FDS (espectroscopia dielctrica).

Termografia.

Medicin Descargas parciales.Inspeccin visual.

Monitoreo en lnea.


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Medicin aislamiento C1 en bushings.

Cable de Alto Voltaje

Prueba Aislamiento C1

Mtodo Estndar

Contaminacin en

aislamiento de papel.

Presencia de caminos

semiconductores al

Gua

rd

Prueba Incluye

Aislamiento Principal Ncleo C1

LVL

Tierra del

Bushing & Aparato

Test Mode: UST

Cable de Tierra del Instrumento

interior del aislamiento.

Residuos conductivos

formados por presencia de

descarga parcial.


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Medicin aislamiento C2

Prueba Incluye

Aislamiento del Tap

Aislamiento entre el ncleo y manga de

tierra del bushingParte del Liquido o Compuesto

Parte de la porcelana cercana a la base

LVL

Identificacin de inicio de

proceso de contaminacin

en capas externas de

aislamiento.

Rece tculo del ta con

Gua

rd

Test Mode: GST-Guard

Prueba Aislamiento C2

Mtodo Estndar

HVL

C2

material de altas prdidas.

Contaminacin de canal

de aceite entre cuerpo

capacitivo y porcelana.


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BUSHINGS(monitoreo en lnea)

Bushings enservicio

Determina cambios en pf% y capacitancia de cualquiera de losbushings a travs de sumatoria fasorial de corrientes y trasmiteseales de alerta con nivel de criticidad asociado.

SistemaExperto

C di i l d b hi


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Condicin anmala de bushingsdetectada por pruebas elctricas

CL 2%

CH y CHLAceptables

Los resultados de las mediciones de pf% y aislamientos deltransformador no mostraban nada critico (2% de pf% en algunosaislamientos de baja puede no ser un valor crtico)

C di i l d b hi


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C1 43%

Pero.los resultados de medicin de pf% y capacitancia de bushingsmostraron la gravedad del problema.DESCONEXININMEDIATA

C di i l d b hi


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Marca:XXX

Tipo: yyy

25 - 500 KV

3/88 - 10/93

Test KV mA Watts % PF

10 1.313 -0.007 -0.053

Caminosemiconductorformado por reaccinqumica entreempaquetaduras del

bushing concomponentes delaceite.

Si b l i


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Sin embargo a veces los equiposfallan .y las pruebas estn OK.

Bushing, 69kV, 400/1200 A, RIP, 1990, 13 aos enservicio, falla descubierta despus de inspeccin internade transformador fallado. Resultados de pruebas: OK.

La inspeccin is al es m


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La inspeccin visual es muyimportante...

Algunos de los puntos mas crticos para acceso de lahumedad al interior de los bushings.

La inspeccin termogrfica tambin


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La inspeccin termogrfica tambines muy til..si se hace bien.

La inspeccin

termogrfica ayuda a

detectar bushings conbajo nivel de aceite.

MODOS DE FALLA EN


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MODOS DE FALLA ENCOMPONENTES DIELCTRICOS

Aislamiento principal

Aislamiento menor

Excesiva humedad,

Contaminacin aceite,

Contaminacin superficial

de barreras.

Envejecimiento anormal de

DP destructiva,

Arco localizado,

Descarga por contorneo,

Pantallas electrostticas

aceite y celulosa,

Descarga parcial de

baja energa,

Conexiones flojas

de celulosa, Sobrecalentamiento

Sistemas o

Componentes

Defecto

(Reversible)

Falla

(No reversible)

TCNICAS DE EVALUACIN DE


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TCNICAS DE EVALUACIN DECONDICIN DE AISLAMIENTOS

Medicin de factor de potencia y capacitancia.

FDS (espectroscopia dielctrica).

RVM (Medicin de Voltaje de Recuperacin).

PDC (Polarization and Depolarization Current)

Medicin Descargas parciales.Resistencia de Aislamiento.

Medicin de pf% y capacitancia de


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Medicin de pf% y capacitancia deaislamientos del transformador.

Tiempo de servicioSistema de Respiracin

PotenciaTensin Nominal Fluido aislanteDiseo y Construccin

Variables que

influyen en laevaluacin deresultados.

Medicin de resistencia de


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Medicin de resistencia deaislamiento en transformadores.

Grficos tomados del documento Meger-A stitch in Time


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RVM ,PDC y FDS

Medicin de descargas parciales en


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Medicin de descargas parciales entransformadores.

-1000 0 1000 2000 3000

-4

-2

0

2

4

amp

litude(mV)

time (ns)

2.5

Pulso DP UHF

registrado con

una DP demagnitud

mxima 70 pC

Vista superior de un

transformador trifsico 400kV

con sensor UHF en la vlvula

inferior.

0.00 0.25 0.50 0.75 1.000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

frequency (GHz)

amplitude(Vs)Espectro UHF

que corresponde

a la DP

(frecuencia

hasta 1 GHz)

Combinacin de medicin DP por


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Combinacin de medicin DP pormtodo elctrico y acstico.

El problema de la humedad en los


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El problema de la humedad en losaislamientos.

70C

30C

80C90C100C

T(C

)

20C

15C

0C

T aceite(C)

Contenido de Humedad en papel (%)

Temperatura

PF%Y

CAL

ORDISIPADO

Tomados de Transformerboard I, H.P.Moser

La solubilidad de humedad en aceite


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La solubilidad de humedad en aceitedepende de la temperatura.

Lo importante no son los ppm de


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Lo importante no son los ppm dehumedad sino la RS%..

Medicin de humedad en aislamiento


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slido (uso de curvas de equilibrio)

Hg

T AceiteSuperior

Aceitemedio

Punto mascaliente

Devanadosuperior

g

Parte

SuperiorDevanado

Usarlas sin evaluaciones previas puede conducir aerrores de interpretacin

Asumiendo 50C, y 27 ppm, se tiene un contenido dehumedad en papel de 2.3% (A) pero si la temperatura delpunto mas caliente es 70C, el contenido de humedad seradel 1.3% (B)

27C

A

BAceiteInferior

Parte InferiorDevanado

Temperatura

La distribucin de temperaturas enlos devanados presentagradientes axiales y radiales.

Ciclo de temperatura y RS% en un


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p yaislamiento hmedo.

50

60

70

80

90

100

nRelativam

edida%

%RS Temp.

Tempe

0

10

20

30

40

0 20 40 60 80 100 120 140160 180 200220 240260 280 300 320 340 360

Saturaci

Tiempo transcurrido (horas)

raturaC

Ciclo de temperatura y RS% en un


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p yaislamiento seco.

50

60

70

80

90

50

60

70

80

90

amedida%

%RS Temp.

Temperat

0

10

20

30

40

0

10

20

30

40

0 20 40 60 80 100120 140160180200220 240260280300320340360

Saturacinre

lati

Tiempo trascurrido (horas)

uraC

CIRCUITO ELECTROMAGNTICO


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CIRCUITO ELECTROMAGNTICO

Ncleo

Devanados

Estructura de

aislamiento

Sistema de fijacin

de bobinas

Aflojamiento del sistema

de fijacin del ncleo.

Sobrecalentamientopor flujo de dispersin

Corrientes circulantes

anormales

Excesiva vibracin

Sobrecalentamiento

general

Puntos calientes

localizados

magntico

Circuito de

aterrizamiento

Potenciales flotantes

Envejecimiento de la

laminacin

,

Cortocircuito entre

espiras

Sistemas o

Componentes

Defecto

(Reversible)

Falla y Modo de falla

(No reversible)

MECANISMOS DE FALLAS TIPICAS


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EN CIRCUITO ELECTROMAGNTICO

SobrecalentamientoGeneral, Elevacintemperatura aceite

Sobrecalentamiento

CIRCUITO ELECTROMAGNTICOEstados Anormales

Deficiencias del sistema de enfriamiento

Deficiente distribucin interna de aceite

Sobrecalentamiento del ncleo

Cortocircuito entre espiras o entre capascontiguas de una misma bobina

por flujo principal

Sobrecalentamientolocal del ncleopor flujo de dispersin

aislamiento entre elementos tensores, pernos de

sujecin, anillos de compresinSe genera gran cantidad de gas

Excesivas prdidas por corrientes de Eddy

Miembros adyacentes enlazados por flujo dedispersin

Voltajes no referenciadas por apantallamientosmagnticos no aterrizados

MECANISMOS DE FALLA


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MECNICA EN DEVANADOS.

Aflojamiento estructurade fijacin de devanados

Distorsin geomtrica deldevanado

CAPACIDAD MECNICA

Deformacin Geomtrica deDevanados +

Sobretensin Impulso

Aparicin de PD

Progreso de descarga porcontorneo

Ruptura Dielctrica

Descarga entre bobinas(algunas veces con recuperacinde capacidad dielctrica

Generacin de Gases

CORRIENTE


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CORRIENTE

Terminales

Conductores del

Contacto deficiente

Uniones deficientes

Puntos calienteslocalizados

Cortocircuito

Circuito Abierto

Sistemas oComponentes

Defecto(Reversible)

Falla y Modo de falla

(No reversible)

MECANISMOS DE FALLAS TIPICOS EN


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CONEXIONES INTERNASCIRCUITO DE CONDUCCIN DE CORRIENTE

Unin Deficiente

Calentamiento Local

Incremento Resistenciade Contacto

Sobrecalentamiento Aceite

Formacin Capa Superficial

Incremento Resistencia

Contacto

Sobrecalentamiento

Conexin Fija Conexin Mvil

Generacin de gas

Formacin Carbn Piroltico

Carbonizacin

Reduccin Enfriamiento

Fundicin de Cobre

Degradacin irreversibledel contacto

enerac n e gas

Carbonizacin

Circuito Abierto

EL PROBLEMA DE LASO C O S C C S


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DEFORMACIONES MECNICAS.

Grficos tomados del libro Short -Circuit Duty of Power Transformers deG.Bertagnolli, The ABB Approach

EL PROBLEMA DE LASDEFORMACIONES MECNICAS


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DEFORMACIONES MECNICAS.

EVALUACIN DE CONDICIN DECIRCUITO ELECTROMAGNTICO


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CIRCUITO ELECTROMAGNTICO.

Medicin de corriente de excitacin.

Medicin de relacin de transformacin.

Medicin de resistencia hmica de devanados.

Medicin de impedancia de cortocircuito (Zcoci%.)

SFRA (Anlisis de respuesta al barrido de frecuencia).Medicin de pf% y capacitancia de aislamientos.

MEDICIN DE CORRIENTE DEEXCITACIN


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EXCITACIN.

CONEXIONES PARA PRUEBACONEXIONES PARA PRUEBA

CABLEALTA

CABLEBAJA

ATERRIZARBUJE

BOBINAMEDIDA

H3 H1 H2 A

H1 H2 H3 B

H2 H3 H1 C

AT

I1

I2

DISEO GENRICO

mA

GUARDGUARD

BTUST-RBUST-R

UST-BEn la configuracin delta sedebe aterrizar un buje sinconexin.

M4100M4100

MEDICIN DE CORRIENTE DEEXCITACIN


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EXCITACIN.

Identificandocortocircuitosentre espiras

Identificandofallas a tierra

endevanados.

MEDICIN DE IMPEDANCIA DECORTOCIRCUITO EN CAMPO


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CORTOCIRCUITO EN CAMPO.

MEDICIN DE IMPEDANCIA DECORTOCIRCUITO EN CAMPO


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CORTOCIRCUITO EN CAMPO.

I1

I2

Medida de Reactancia de Corto

y prdidas, Z

Medida de resistencia cc

de devanado primario

Medida de resistencia cc

de devanado secundario

Lm

CUST

Rm

V1

R L-1 L 1 L 2 R L-2

V2

R DC-1 R DC-2

Corriente de Excitaciny prdidas, Z

M

IL IC IR

MEDICIN DE RESPUESTA ALBARRIDO DE FRECUENCIA (SFRA)


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BARRIDO DE FRECUENCIA (SFRA).

El bushing X2 del lado de baja tensinfall pero no el devanado


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fallpero no el devanado.

Efecto del cobre

derretido sobre X2

Un cortocircuito no visto por tcnicasde prueba clsicas


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de prueba clsicas.

Un cortocircuito se ve desde

todos los devanados

Si no hay una buena puesta atierra las trazas cambian


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tierra.las trazas cambian

En fbrica con conexin de

puesta a tierra segura

En la plataforma de tren sin aterrizajepermanente


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GRACIAS POR SU

ATENCIN.

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