Mantenimiento de centros de transformación. ELEE0209
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| Mantenimiento de centros de transformación. ELEE0209 Joaquín González Pérez Juan González Jiménez |
ic editorial
Mantenimiento de centros de transformación. ELEE0209
Autores: Joaquín González Pérez, Juan González Jiménez
1ª Edición
© IC Editorial, 2013
Editado por: IC Editorial
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ISBN: 978-84-15942-22-1
Nota de la editorial: IC Editorial pertenece a Innovación y Cualificación S. L.
Presentación del manual
El Certificado de Profesionalidad es el instrumento de acreditación, en el ámbito de la Administración laboral, de las cualificaciones profesionales del Catálogo Nacional de Cualificaciones Profesionales adquiridas a través de procesos formativos o del proceso de reconocimiento de la experiencia laboral y de vías no formales de formación.
El elemento mínimo acreditable es la Unidad de Competencia. La suma de las acreditaciones de las unidades de competencia conforma la acreditación de la competencia general.
Una Unidad de Competencia se define como una agrupación de tareas productivas específica que realiza el profesional. Las diferentes unidades de competencia de un certificado de profesionalidad conforman la Competencia General, definiendo el conjunto de conocimientos y capacidades que permiten el ejercicio de una actividad profesional determinada.
Cada Unidad de Competencia lleva asociado un Módulo Formativo, donde se describe la formación necesaria para adquirir esa Unidad de Competencia, pudiendo dividirse en Unidades Formativas.
El presente manual desarrolla la Unidad Formativa UF0998: Mantenimiento de centros de transformación,
perteneciente al Módulo Formativo MF1179_2: Montaje y mantenimiento de centros de transformación,
asociado a la unidad de competencia UC1179_2: Montar y mantener centros de transformación,
del Certificado de Profesionalidad Montaje y mantenimiento de redes eléctricas de alta tensión de segunda y tercera categoría y centros de transformación.
Índice
Portada
Título
Copyright
Presentación del manual
Índice
Capítulo 1 Mantenimiento predictivo de centros de transformación
1. Introducción
2. Criterios de revisión. Frecuencia
3. Elementos del centro de transformación (apoyos, celdas, transformadores, puesta a tierra, sistemas auxiliares, etc.)
4. Puntos calientes
5. Herramientas, equipos y medios técnicos auxiliares (de medición, de observación, etc.)
6. Soporte documental. Tabla de puntos de revisión
7. Equipos de seguridad
8. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 2 Mantenimiento preventivo de centros de transformación
1. Introducción
2. Sustitución de elementos (seccionadores, terminales, autoválvulas, etc.)
3. Frecuencia
4. Procedimientos. Soporte documental
5. Herramientas, equipos y medios técnicos auxiliares
6. Equipos de seguridad
7. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 3 Mantenimiento correctivo de centros de transformación
1. Introducción
2. Averías típicas en centros de transformación
3. Procedimiento de localización de averías
4. Técnicas de diagnóstico. Equipos y herramientas
5. Sustitución o reparación de elementos. Comprobaciones
6. Equipos de seguridad
7. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 4 Descargo y restablecimiento de tensión en centros de transformación
1. Introducción
2. Procedimiento de descargo
3. Servicios alternativos. Maniobras a realizar
4. Normas de la compañía suministradora
5. Comprobación de ausencia de tensión. Métodos, herramientas y equipos
6. Señalización de zona de trabajo. Puestas a tierra fijas y portátiles
7. Restablecimiento de tensión. Comprobaciones y medidas previas
8. Autorizaciones. Soporte documental
9. Procedimiento de localización de averías
10. Normas y equipos de seguridad
11. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Bibliografía
Capítulo 1
Mantenimiento predictivo de centros de transformación
1. Introducción
Los centros de transformación tienen como función transformar la tensión de la red eléctrica de alta o media tensión a baja tensión, ya que la gran mayoría de los aparatos eléctricos que se usan en los hogares y en la industria funcionan con baja tensión.
Un fallo en un centro de transformación puede dejar a miles de personas sin electricidad, por lo que un correcto mantenimiento es la mejor forma de prevenir averías e interrupciones en el servicio. Dentro de las técnicas de mantenimiento conocidas, el predictivo es una de las más importantes. Este tipo de mantenimiento parte del estudio de aquellas circunstancias que pueden dar lugar a fallos, con el fin de identificar las partes del centro de transformación más susceptibles de presentar averías en su funcionamiento y, por tanto, prevenir los fallos realizando las reparaciones o sustituciones correspondientes.
La predicción de averías aumenta el coste destinado al mantenimiento a corto plazo, pero dicho coste es mínimo en comparación con las garantías de funcionamiento y aumento de la vida útil del centro de transformación que proporciona el mantenimiento predictivo, con el consiguiente ahorro en gastos a medio y largo plazo.
2. Criterios de revisión. Frecuencia
El mantenimiento predictivo se basa en realizar una serie de mediciones y ensayos con el objeto de encontrar averías antes de que se produzcan, y por tanto, poder corregirlas con el tiempo suficiente para que no afecten al servicio que prestan los centros de transformación.
Los criterios de revisión son variables y dependerán tanto del tipo de centro de transformación como del histórico de otras revisiones, ya que se atenderá a realizar más ensayos o revisiones en aquellas zonas en las que haya constancia de que se producen más fallos.
La frecuencia de revisión, es decir, el tiempo que transcurre entre una revisión y la siguiente, puede ser fija o variable.
Nota
En los primeros años de funcionamiento la frecuencia suele ser menor debido a que los componentes son nuevos y tienen menos probabilidad de fallo pero a medida que el tiempo pasa, la frecuencia de revisión y ensayo de componentes crece ya que la probabilidad de fallo también aumenta.
A continuación se exponen una serie de criterios de revisión típicos de los centros de transformación.
2.1. Criterios de revisión de los centros de transformación
Los criterios de revisión de mantenimiento predictivo sirven para descubrir anomalías en los componentes, previo al fallo de los mismos.
En los centros de transformación los criterios más comunes son:
1 Termografía o descubrimiento de puntos calientes.
2 Análisis físico -químico- de los aceites de los transformadores.
3 Análisis físico -químico- de los gases.
4 Análisis de la instalación de intemperie o de obra civil del centro de transformación.
Análisis físico-químico de los aceites de los transformadores
Los aceites de los transformadores tienen como función el aislamiento de estos aparatos. Los análisis físico-químicos que se realizan al aceite informan sobre la calidad de este e indican sus propiedades mecánicas y eléctricas, así como una idea general del aislamiento que aporta al transformador.
Las pruebas o ensayos realizados a los aceites de los transformadores siguen una serie de normativas y métodos reconocidos por organismos internacionales, entre ellos las normas ANSI, ASTM, ICE, etc. Gracias a estas se obtiene la información técnica del aceite que indica la calidad del aislamiento que proporciona.
Tipos de pruebas
Entre las pruebas que se realizan se pueden destacar:
Color
El color del aceite aislante se expresa numéricamente por comparación con una serie de colores normalizados.
Un incremento anormalmente rápido de color o un número de color elevado pueden indicar degradación o contaminación del aceite. Además del color también es importante analizar el aspecto del aceite ya que la turbidez o los sedimentos pueden indicar la presencia de agua libre, lodos insolubles, fibras u otros contaminantes que influyen en la calidad del aceite.
A continuación, se muestran los criterios para definir la calidad del aceite en función de su color.
Nota
La propiedad del color no es crítica, pero puede ser útil para realizar una evaluación con el color del aceite en buen estado.
Rigidez dieléctrica
La rigidez dieléctrica es la medida de la corriente eléctrica en la que el elemento aislante pasa a ser conductor. La medida de esta característica indica la capacidad del aceite para soportar las solicitaciones eléctricas.
El objetivo de medir la rigidez dieléctrica es poder descubrir la presencia de agua o partículas en el aceite. Si el valor es pequeño indica que pueden estar presentes uno o varios contaminantes, aunque si es alto, tampoco habría que descartar totalmente la ausencia de este.
Tensión interfacial
La tensión interfacial presente entre el agua y el aceite ayudará a detectar posibles contaminantes polares solubles y productos de degradación. La evolución de la tensión interfacial en los aceites de los transformadores es acelerada en la primera etapa de envejecimiento, pero a medida que pasa el tiempo, dicha característica se estabiliza.
Importante
Una rápida bajada de la tensión interfacial del aceite indicará la posibilidad de que este sea incompatible con algunos materiales del transformador tal y como puede ocurrir con los barnices o las juntas.
Acidez
La acidez del aceite, también llamada índice de neutralización, da una idea aproximada de los contaminantes que puede presentar el aceite, ya que la acidez es causada por la formación de productos de oxidación con carácter ácido.
Dichos ácidos, junto con el agua y los contaminantes sólidos, afectan a las propiedades aislantes de los aceites de los transformadores. Por otro lado, también pueden influir negativamente sobre las partes metálicas de los transformadores, y producir su envejecimiento prematuro.
Medición de la acidez del aceite aislante de un transformador en el interior de un centro de transformador
Aplicación práctica
Su empresa ELECOM, dedicada a la realización de mantenimientos eléctricos, le pide que realice un análisis de un centro de transformación, y más concretamente del aceite del transformador. Tras revisar la documentación observa que se han realizado análisis de acidez, de rigidez dieléctrica y de tensión interfacial. Su jefe le pide que no repita ningún ensayo previamente realizado, ya que la última revisión no fue hace mucho tiempo. Tras realizar un examen visual los datos que obtiene son:
1 Color rojizo del aceite.
2 Aceite algo turbio.
3 Nivel de aceite normal.
¿Puede realizar algún ensayo y llegar a alguna conclusión? ¿Haría alguna recomendación?
SOLUCIÓN
El ensayo que se puede realizar es el de color. Dicho ensayo se basa en una comparación del color del aceite con la tabla anteriormente mostrada. Al ser el color del aceite rojizo se puede decir que la situación aparente del aceite es bastante mala, y al tener turbidez, puede que haya agua en suspensión u otras sustancias.
Dado que el análisis del color puede indicar que este es no apto, antes de sustituirlo sería bueno rehacer un plan de ensayos del aceite, ya que el análisis del color no es una propiedad crítica, y tan solo da una idea aproximada del estado del aceite.
Análisis físico-químico de los gases del centro de transformación
Además del análisis de los aceites de los transformadores, es de vital importancia la medida y análisis de los gases que pueden producir fallos en los centros de transformación. La mayoría de estos gases se originan en el propio aceite aislante de los transformadores.
El análisis de los gases de los aceites DGA se realiza mediante una técnica denominada cromatografía. Dicha técnica identifica los gases y los cuantifica, es decir, mide la proporción de cada uno.
La concentración de los gases es variable y depende del centro de transformación en el que se trabaje, aunque los más habituales son:
1 Hidrógeno (H2).
2 Nitrógeno (N2).
3 Monóxido de carbono (CO).
4 Oxígeno (O2).
5 Metano (CH4).
6 Dióxido de carbono (CO2).
7 Etano (C2H6).
8 Etileno (C2H4).
9 Acetileno (C2H2).
Extracción de gases de los aceites
Cromotógrafo de campo
El análisis cromatográfico comienza con una extracción de los gases. Una vez extraídos se pasan al cromatógrafo donde se obtiene un cromatograma que identifica y cuantifica los gases. El análisis cromatográfico está normalizado. La norma que indica cómo realizarlo es la UNE-EN 60567, y la norma que ayuda a interpretar los resultados es la UNE-EN 60599.
Recuerde
Mediante un buen mantenimiento predictivo se puede vigilar la concentración de estos gases en el aceite, y se podrá determinar las condiciones de funcionamiento de los centros de transformación para detectar cualquier fallo en los mismos.
Una vez computarizados los resultados del cromatógrafo se deben comparar los valores obtenidos para ver si la concentración de dichos gases está muy por encima de los valores normales.
A continuación se presentan los fallos asociados a la concentración anormal de los distintos gases y las actuaciones a seguir después del análisis de gases disueltos.
Definición
Defecto de descarga parcial
Defecto que da lugar a descargas eléctricas en el aceite de aislamiento.
Defecto de descarga eléctrica
Defecto que da lugar a chispas en conexiones, arcos eléctricos, etc.
Defecto de térmico solo aceite
Defecto que da lugar a un calentamiento excesivo del aceite aislante del transformador.
Buchholz Relé
Hace referencia a uno de los relés más utilizados en la constitución de transformadores y centros de transformador.
| Naturaleza del defecto | Gas clave | Escenario de posibles actuaciones |
| Descargas parciales | H2CH4 | - El equipo se puede mantener en servicio con vigilancia- Evaluar: contenido y velocidad de formación de gases |
| Descargas eléctricas | C2H2C2H4 | - Mantener una actitud prudente- Determinar si se trata de un defecto de evolución rápida- Si hay gases en Buchholz comparar con gases en aceite- Examinar las posibilidades de reparar |
| Térmico solo aceite | C2H4C2H6 | - El transformador puede permanecer en servicio- Evaluar: contenido y velocidad de formación de gases |
Aplicación práctica
Identifique la naturaleza del defecto y las actuaciones a seguir en los siguientes supuestos:
1 Nivel de hidrógeno (H2) por debajo de nivel de alarma.
2 Todos los gases están en valores normales.
3 Nivel de etileno (C2H4) por encima del nivel de alarma.
4 Producción de gases elevada.
SOLUCIÓN
El nivel de hidrógeno elevado da lugar a descargas parciales. Al estar por debajo del nivel de alarma el equipo puede estar en servicio pero con vigilancia, y por tanto se debe activar una alerta.
Si todos los gases están en valores normales se puede decir que el análisis de gases es normal y por tanto el equipo está bien en este aspecto.
Si el nivel de etileno está por encima del nivel de alarma da lugar a descargas eléctricas, y se debe observar si la evolución del problema es rápida. Habrá que activar la alarma y realizar una reparación inmediata si se pudiera, e incluso anular el centro de transformación si la concentración de gas no para de aumentar.
Si la producción de gases en el centro de transformación es muy elevada se debe activar la alarma. Se debería anular el centro de transformación para analizar los gases que se producen, ya que se está ante problemas de descargas eléctricas parciales y defectos térmicos que pueden dar lugar a situaciones de riesgo como incendios.
Análisis de la instalación de obra civil o intemperie del centro de transformación
Además de los criterios vistos anteriormente, también es importante hacer un mantenimiento predictivo del lugar donde se alojan los componentes del centro de transformación.
Los centros de transformación de interior suelen ser un pequeño edificio de hormigón armado. Su mantenimiento consiste en realizar una inspección visual para poder detectar posibles grietas en el hormigón o goteras que puedan provocar una elevada humedad en el interior.
Centro de transformación interior
Sabía que...
En el caso en que se construyan las torres de apoyo de los centros de transformación de Intemperie de estructura metálica, habrá que protegerla de la corrosión mediante pintura o usando acero corten (cuya oxidación favorece la protección de la pieza) para que evite la degradación de la estructura.
En el caso de centros a la intemperie, el mantenimiento predictivo consistirá principalmente en realizar un examen visual de los aislantes sustituyendo aquellos que se encuentren en mal estado. Por otro lado se deberán vigilar también las sujeciones del centro de transformación para que sea segura, así como realizar un examen visual de la estructura metálica o de hormigón que sirve de apoyo.
Centro de transformación de intemperie
2.2. Frecuencia de revisión de los centros de transformación
En cuanto a la frecuencia de mantenimiento predictivo, esta será variable, y se irá incrementando a medida que va envejeciendo el centro de transformación.
Nota
Es de vital importancia que cuando se lleven a cabo tareas de mantenimiento predictivo se anote la fecha. Con esta, y con la fecha del último fallo de los elementos, se podrá comprobar la durabilidad del componente, y en función de esto, se incrementará o reducirá la frecuencia de revisión.
Un factor que influye en la frecuencia de la revisión es la situación. Así, en los centros de transformación interiores, cuya accesibilidad es relativamente fácil, el mantenimiento será más frecuente. Sin embargo, en los centros de transformación a la intemperie, a veces, por su mala o regular accesibilidad, la frecuencia de revisión desciende, por tanto, las inspecciones y ensayos deben ser lo más completos posibles.
3. Elementos del centro de transformación (apoyos, celdas, transformadores, puesta a tierra, sistemas auxiliares, etc.)
A continuación se describen los elementos que forman los centros de transformación y unas breves recomendaciones en cuanto a su mantenimiento. Estos elementos no son siempre los mismos y pueden variar dependiendo del tipo de centro en el que se trabaje.
3.1. Apoyos de los centros de transformación
El concepto de apoyo se aplicaría en el caso de centros de transformación a la intemperie, y están constituidos por las torres de hormigón o metálicas sobre las que se anclan los centros a la intemperie o aéreos.
En los apoyos metálicos es recomendable realizar un mantenimiento predictivo, a través de la inspección visual de la estructura, para evaluar la degradación de la pintura o su grado de oxidación. En los apoyos de hormigón también es recomendable analizar el desgaste de la estructura por las inclemencias meteorológicas.
3.2. Edificios de los centros de transformación de interior
En el caso de centros de transformación de interior, los elementos que lo componen se alojan en un edificio. Este puede ser de ladrillo, hormigón o metálico.
Centro de transformación de interior de hormigón
Nota
Es necesario realizar un mantenimiento predictivo del edificio para detectar posibles corrosiones en el caso de edificios metálicos, o para detectar posibles deterioros en los edificios de hormigón o ladrillo.
3.3. Celdas de los centros de transformación
Las celdas son los lugares en los que se alojan los distintos elementos de los centros de transformación dependiendo de la función que realizan.
Las más habituales son:
1 Celda de línea.
2 Celda de protección general.
3 Celda de transformador.
Celda de línea
La celda de línea puede ser de entrada o salida, ya que la corriente puede entrar para ser transformada o puede salir ya convertida. Su función principal es recibir los cables de acometida y darle salida hacia otros centros de transformación. En su interior se suele encontrar un seccionador de corte omnipolar que constituye el elemento de corte de corriente. Es importante realizar el mantenimiento predictivo de los seccionadores mediante pruebas periódicas de corte y encendido, ya que si no funcionara es de vital importancia su sustitución.
Definición
Seccionador de corte omnipolar
Instrumento que realiza el corte sobre el neutro y las tres fases de la red trifásica a la misma vez.
Seccionador de corte
Celda de protección general
Se suele ubicar después de la celda de entrada de línea y tiene la misión de proteger al resto de las instalaciones de posibles anomalías. La protección se realiza mediante fusibles o con un interruptor automático especial que mide la tensión.
Fusibles de protección de la celda
Importante
Es esencial realizar un cambio periódico de estos elementos ya que suelen quedarse en desuso cuando hay alguna anomalía en el funcionamiento del centro de transformación.
Celda de transformador
Es la celda en la que se sitúa el transformador correspondiente. Debe tener un sistema adecuado para que aguante la dilatación del líquido aislante. En la celda aparecen los bornes de conexión de baja y media tensión.
Celda de transformador
3.4. Transformadores
El transformador es el elemento fundamental del centro de transformación. La principal función es reducir la tensión que llega de la red de alta o media tensión a los valores de utilización en baja tensión.
Seguidamente se van a describir algunas de las características que poseen.
Constitución externa de un transformador de un centro de transformación
La constitución externa del transformador se muestra en el siguiente dibujo:
Los elementos que lo componen realizan la siguiente función:
1 Pasapatas: su función es efectuar la conexión del transformador con la corriente entrante de media o alta tensión, o con la red de salida de baja tensión. Nota: es muy importante revisar esta parte del transformador pues la tensión que circula es muy elevada y se producen calentamientos que pueden dar lugar a desperfectos irreparables, y por tanto, a su sustitución.
2 Cuba: es el depósito del líquido refrigerante - aislante que suele ser aceite. En este líquido están inmersas las bobinas y el núcleo del transformador. Es importante que en dicha cuba no haya fugas, pues la falta de aislamiento o refrigeración puede dar lugar a la rotura del transformador.
3 Depósito de expansión: se sitúa en la parte superior de la cuba, y se comunica con ella, con lo que asegura una sumersión completa en el aceite. Sirve como cámara de expansión del aceite ya que con las variaciones de temperatura este aumenta su volumen. Al igual que en la cuba se deben evitar fugas en el depósito, y si hubieran, sería preciso su sellado.
4 Indicador de nivel de aceite: esta parte del transformador ayuda a conocer el nivel de aceite en todas las temperaturas comprendidas entre 0 y 100 ºC.
Nota
Este aparato es fundamental para un buen mantenimiento predictivo del transformador, y por tanto, del centro de transformación, pues una bajada anormal en el nivel de aceite indica que hay fuga.
Constitución interna de un transformador de un centro de transformación
Internamente todos los transformadores están formados por un circuito magnético (el núcleo), y dos circuitos eléctricos (arrollamientos o bobinas).
Núcleo magnético
Constituye el camino por el que se establece el flujo magnético. Se compone usualmente de chapas ferromagnéticas de acero aleado de 0,35 mm realizadas con silicio al 3 o al 5%. Sus partes fundamentales son: la culata, el yugo y las columnas.
En este esquema se representa el núcleo de un transformador distinguiendo sus partes:
Arrollamientos o bobinas
Están constituidos por hilos de cobre o de aluminio de sección circular o rectangular. El arrollamiento puede ser alternado o concéntrico. El arrollamiento alternado consiste en realizar unos bobinados de baja tensión, a continuación colocar aislante, después unos bobinados de alta tensión, y así sucesivamente hasta arrollar todo el núcleo. En el caso de arrollamiento concéntrico se realiza en primer lugar el arrollamiento de baja tensión completo, a continuación el aislante y después el arrollamiento de alta tensión completo.
En cuanto al mantenimiento predictivo de las partes interiores del transformador, cabe decir que este es complicado. Si se observan que las temperaturas son anormales podría deberse a contactos no deseables que pueden ser ocasionados por defectos en los bobinados. Por tanto habría que desmontar el transformador y sustituir los bobinados correspondientes.
3.5. Puesta a tierra
En las instalaciones eléctricas la puesta a tierra tiene la misión de limitar la tensión, que con respecto a la tierra, se pueda dar en las partes metálicas de las instalaciones.
Nota
Además de dicha función, las puestas a tierra permiten asegurar que las protecciones actúen y así conseguir eliminar o bajar el riesgo que supone un fallo o avería en el centro de transformación.
En todo centro de transformación existirán dos puestas a tierra interconectadas. Estas se denominan:
1 Puesta a tierra de protección o de herrajes: se colocan en partes metálicas que normalmente no están sometidas a tensión eléctrica pero que, como consecuencia de una serie de circunstancias, pueden llegar a estarlo. Entre estas circunstancias destacan:Averías.Accidentes.Descargas eléctricas atmosféricas, como por ejemplo, tormentas.Sobretensiones.
2 Puesta a tierra de servicio: son las que se encuentran en los núcleos de los transformadores, en los circuitos de baja tensión, en los limitadores, en los pararrayos y en las autoválvulas.
Es importante revisar las puestas a tierra de la instalación porque si la corriente atraviesa partes por las que no debe pasar, estas se pueden quemar y por tanto se deberán sustituir.
Conexión a tierra de distintos elementos del centro de transformación
3.6. Sistemas auxiliares
De todos los sistemas auxiliares que se encuentran en un centro de transformación los que más interesan son los equipos de medida. Dichos equipos sirven para realizar mediciones de consumos eléctricos, para poder facturar la electricidad que se obtiene o saca del cetro, o para efectuar medidas eléctricas que informan sobre el buen o mal funcionamiento de las distintas partes del centro de transformación.
Es necesario realizar una calibración y mantenimiento de los equipos de medida ya que son fundamentales para garantizar la seguridad en los centros de transformación.
Definición
Calibración de un equipo de medida
La calibración es el procedimiento de comparación entre lo que indica el aparato de medida y lo que debería indicar de acuerdo a un patrón de referencia cuyo valor es conocido.