Este documento resume los fundamentos y aplicaciones de la prueba de análisis de respuesta de frecuencia (SFRA) para transformadores. Explica que SFRA analiza el transformador como un circuito RLC complejo y mide su función de transferencia a diferentes frecuencias para detectar fallas en los devanados o el núcleo. También describe los diferentes tipos de pruebas SFRA, rangos de frecuencia, configuraciones de medición, herramientas de análisis e interpretación de resultados.

1. SFRA Análisis de la Respuesta de
Barrido de Frecuencia
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2. Mecánica del Transformador
Un transformador esta diseñado para soportar ciertas cargas
mecánicas.
Los limites de diseño pueden ser excedidos debido a:
Fuerte impacto mecánico
Transporte
Movimientos sísmicos
Fuertes impactos eléctricos
Fallas en el sistema
Fallas en los conmutadores
Falla de sincronización
La resistencia mecánica del transformador se debilita con el
paso del tiempo
Aminora la capacidad de soportar estrés mecánico
Incrementa el riesgo de fallas por problemas mecánicos
Incrementa el riesgo de problemas de aislamiento
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3. Por qué se analiza la condición mecánica?
Para detectar posibles desplazamientos del núcleo
y deformaciones en los devanados debido a:
Grandes fuerzas electromagnéticas por corrientes de
falla
Transporte y reubicación de la unidad
Si estas fallas no se detectan a tiempo, el problema
puede evolucionar y terminar en fallas térmicas o
dieléctricas que provoque la perdida del
transformador
Periodicidad en las pruebas es esencial
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4. Detección de Fallas con SFRA
Fallas en devanados
Deformación
Desplazamiento
Corto circuito
Fallas de núcleo
Movimiento
Puesta a tierra
Fallas/ cambios mecánicos
Estructuras de fijación
Conexiones
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5. Fundamentos de la Prueba SFRA
Prueba con el equipo fuera de
servicio
El transformador se analiza como
como un circuito de filtro RLC
complejo
La respuesta del circuito de filtro se
mide en un gran numero de
frecuencias sobre un extenso rango
de frecuencias y se lo grafica como
una curva de magnitud de respuesta
Los cambios en el circuito de filtro
pueden detectarse y mediante
comparación en el tiempo
Este método es único por su
capacidad para detectar una
variedad de fallas en los devanados
o en el núcleo en una sola prueba
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6. SFRA Cómo funciona?
Una serie de señales de bajo voltaje se aplican al
transformador en varias frecuencias
Se mide amplitud y fase en las señales de entrada y
salida
La relación entre las dos señales provee la respuesta de
frecuencia o función de transferencia del transformador
De la función de transferencia se pueden derivar una
serie de términos como una función de frecuencia:
Magnitud
Fase
Impedancia / admitancia
Correlación
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7. SFRA Cómo funciona (2)
El circuito RLC posee una impedancia diferente a
diferentes frecuencias.
La función de transferencia para todas las frecuencias
es la medida de la impedancia efectiva del circuito
RLC.
Cualquier deformación en la geometría del sistema,
cambia el circuito RLC, el cual a su vez cambia su
impedancia y por ende, su función de transferencia a
diferentes frecuencias.
Estos cambios dan una advertencia sobre posibles
daños en el transformador.
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8. SFRA Resultados Regiones de Frecuencia
Problemas en el transformador
pueden detectarse en diferentes
rangos de frecuencia
Problemas en el núcleo
Devanados abiertos/corto
circuito
Winding
Malas conexiones/incremento and tap
resistencia leads
Cambios en la impedancia de
Corto-circuito Winding
interaction and
deformation
Deformaciones en los
devanados Core + windings
Desplazamiento de devanados
frecuencias
Movimiento de los devanados y
conexionado del conmutador
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9. 10
0
Winding
-10 structure
Core
-20 influence influence
Magnitude, dB
-30
-40
-50
-60 Earthing
Interaction leads
-70 A phase between influence
B phase windings
-80
C phase
-90
1 2 3 4 5 6 7
10 10 10 10 10 10 10
Frequency, Hz
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10. Rangos de frecuencia para medición SFRA
CIGRE 342
Limite de Baja Limite de Alta
Categoría
Frecuencia Frecuencia
Transformadores de Potencia, Uw <
< 50 Hz 2 MHz
100 kV
Transformadores de Potencia, Uw >
< 50 Hz 1 MHz
100 kV
Comparación de mediciones
anteriores y/o métodos/practicas que < 50 Hz 500 kHz
no se ciñen at estándar de CIGRE
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11. Rangos de frecuencia para medición SFRA
Ejemplos
Limite de Baja Limite de Alta
Frecuencia Frecuencia
Eskom 20 Hz 2 MHz
ABB 10 Hz 2 MHz
100 Hz 1 MHz
Por defecto el instrumento debe cubrir el rango 20 Hz 2 MHz
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12. Comparative tests
Transformador A Basado en Diseño
Basado en
Tiempo
Transformador A Transformador B
Basado en el Tipo
Constructivo
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13. Comparaciones
Basadas en Tiempo (Las pruebas se levan a cabo en el mismo
transformador en diferentes periodos de tiempo)
Esta es la prueba mas eficaz
Desviaciones entre curvas son fácil de detectar
Basadas en el Tipo Constructivo (Las pruebas se llevan a cabo
en transformadores de un diseño similar)
Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y
sus posible modificaciones
Desviaciones menores no son necesariamente un signo de
problemas en la unidad
Basado en Diseño (Las pruebas se realizan en los terminales de los
devanados y boquillas de idéntico diseño)
Se requiere un conocimiento especifico sobre el objeto de prueba y
sus posible modificaciones
Desviaciones menores no son necesariamente un signo de
problemas en la unidad
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14. Filosofía de las Mediciones SFRA
Nuevas mediciones = Medición de Referencia
Entra en Servicio
Se requiere pruebas adicionales
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15. Mediciones de Referencia
Cuando el transformador es nuevo
Se adquiere los datos durante las pruebas de
puesta en marcha de unidades nuevas
Cuando se conoce que el transformador
esta en buenas condiciones
Se adquiere los datos durante una parada
programada (pruebas de rutina donde no se
encuentren problemas en la unidad)
Mantenga la información para comparación
a futuro
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16. Cuándo se realizan las mediciones SFRA?
Pruebas de Fabrica
Control de Calidad en el proceso de manufactura
Verificación de la unidad después de la prueba de
corto-circuito
Antes del envío
Instalación/puesta en servicio
Reubicación
Luego de una falla pasante en el sistema
Parte de las pruebas de diagnostico de rutina
Eventos catastróficos
Movimientos sísmicos
Huracanes / Tornados
En pruebas por alarmas de la unidad
Buchholz
DGA
Alta Temperatura
Antes-después de mantenimiento correctivo
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17. Configuraciones de Medición SFRA
17

18. SFRA configuración
18

19. Circuito de Medición
19

20. La Conexión de Puesta a tierra asegura la
repetitividad de la prueba en altas frecuencias
Práctica recomendada Práctica incorrecta
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21. Calidad de la Medición y Repetitividad
La base de las mediciones SFRA es la comparación y la
repetitividad es de extrema importancia
Para asegurar la repetitividad;
Seleccione un instrumento de calidad, alta precisión con un
amplio rango dinámico e impedancia de entrada/salida que sea
apropiada para el tipo de cable coaxial (típico 50 Ohm)
Asegure una buena señal de conexión y conecte la pantalla de
los cables coaxiales a la brida de la boquilla usando la técnica de
Use el mismo voltaje de prueba en todas las mediciones SFRA
Tenga cuidado de las pruebas de resistencia de devanados y
otras pruebas que puedan magnetizar el núcleo.
Documente su prueba apropiadamente, tome fotografías y detalle
la configuración de conexiones y posición de conmutadores
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22. Tipos de Pruebas- Admitancia de circuito
abierto (CA)
Se realiza entre los extremos o
terminales de un mismo
devanado, con todos los
demás terminales flotantes.
La impedancia de
magnetización del
transformador es el principal
parámetro que caracteriza la
respuesta de baja frecuencia
(bajo la primera resonancia) en
esta configuración
Comúnmente se la usa por su
simplicidad y la facilidad de
analizar cada devanado por Configuración de la Prueba SFRA en circuito abierto
separado
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23. Admitancia de Circuito Abierto- Ejemplo
Bajas Frecuencias
Puede variar entre mediciones que se están magnetizando
Respuesta típica de doble-hundimiento
Fase B normalmente aparece por debajo de las fases A y C (Y)
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24. Tipos de Pruebas- Admitancia de
cortocircuito (CC)
Se realiza entre los extremos o terminales de un mismo devanado, mientras el
devanado de bajo voltaje es cortocircuitado.
La influencia del núcleo desaparece por debajo de aproximadamente 10-20 kHz
porque la respuesta de baja frecuencia se caracteriza por la impedancia de
cortocircuito / reactancia de fuga en lugar de la inductancia de magnetización
La respuesta en altas frecuencias es similar a la prueba de admitancia en circuito
abierto.
Configuración de la Prueba SFRA en cortocircuito
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25. Admitancia de cortocircuito (CC) - Ejemplo
Bajas Frecuencias
Todas las fases deben ser muy similares. Variaciones > 0.25 dB sugieren
problemas de reactancia de fuga/resistencia de devanados/ conexionado/
conmutadores
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26. Tipos de Pruebas Capacitivo interdevanados
(ID)
Se realiza desde uno de los extremos de un devanado a otro, con
todos los otros terminales flotando.
En la respuesta de esta configuración en bajas frecuencias predomina
la influencia de la capacitancia entre devanados.
Configuración de la Prueba SFRA en capacitiva entre devanados
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27. Tipo de Pruebas Admitancia transferida (VT):
Se realiza desde una fase de uno de los devanados a la misma fase de
otro devanado, con sus respectivos extremos aterrizados. Los demás
terminales que no están bajo prueba deben permanecer flotantes.
El rango de baja frecuencia se define por la relación de transformación
de los devanados
Configuración de la Prueba SFRA en voltaje transferido
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28. Admitancia Transferida - Ejemplo
En bajas frecuencias la respuesta de la prueba interdevanados es
capacitiva (línea roja)
AT (línea negra) refleja la característica de relación de transformación
en bajas frecuencias (135 MVA, 160/16 Dd0)
Similar response at high frecuencias
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29. SFRA Análisis
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30. Herramientas de análisis para SFRA
Visual análisis grafico
Valores iniciales dB
La forma esperada de configuraciones -
Comparación de huellas tomadas en:
El mismo transformador
Transformadores de construcción y propiedades similares
Fases Simétricas
Nuevas frecuencias de resonancia
Análisis de Correlación
Estándar DL/T 911 2004
Especifico de fabrica y usuario final
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31. Respuest Tipica de un Transformador en buen estado
HV [cortocircuito]
identico entre fases
LV [abierto] segun
lo esperado para
un trans-r Y
Minima desviacion entre
fases en todas las
pruebas no hay
defectos de devanados
HV [abierto] segun lo
esperado para un trans-
r
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32. Transformador con serios Problemas
Grandes Grandes desviaciones
desviaciones entre entre fases en los
fases para BT rangos de meadia y
(abierto) en bajas altas frecuencias son
frecuencias es indicativos de fallas en
indicativo de los devanados
cambios en el
circuito magnetico,
defectos del nucleo
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33. SFRA Estándares y Recomendaciones
Frequency Response Analysis on Winding Deformation of
Power Transformers, DL/T 911-2004, The Electric Power
Mechanical-Condition Assessment of Transformer Windings
Using Frequency Response Analysis (FRA), CIGRE report
342, 2008
-Use Guide for the
Application and Interpretation of Frequency Response
Analysis for Oil Immersed Transformers, 2009 (Draft)
Internal standards by transformer manufacturers, e.g. ABB
FRA Standard v.5
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