Los bujes, o bushings, son componentes cruciales en transformadores eléctricos y reactores, en virtud a que desempeñan un papel fundamental en la transmisión segura y eficiente de energía eléctrica. Estos dispositivos conectan las partes conductoras internas de un transformador o reactor con los conductores externos, proporcionando aislamiento, distribución uniforme del campo eléctrico y aseguramiento de la integridad del sistema.
De acuerdo con las últimas cifras del CIGRE 642 “Reliability Transformer Survey”, el 17% de la salida de operación de los transformadores y reactores son producidas por fallas en los bushings, las cuales, a menudo son seguidas por explosiones y daños en la cuba, por lo cual, pueden generar potencial daño humano. En este sentido, se debe tener en cuenta que, a medida que aumenta la tensión nominal de los transformadores, mayor es la contribución de las fallas en los bushings, llegando a significar más del 20% en transformadores y reactores de más de 500 kV.
Dada su importancia y considerando que son una de las principales causas de interrupción en la operación, es esencial realizar pruebas y diagnósticos regulares en los bujes para garantizar su correcto funcionamiento y prevenir posibles fallas que podrían resultar en interrupciones en el suministro eléctrico, costosos períodos de inactividad, grandes pérdidas materiales y en el peor de los escenarios, afectación al personal de una subestación.
Las pruebas en bujes, buscan evaluar de manera general la condición mecánica interna y el estado de los aislamientos, normalmente con pruebas de factor de potencia y capacitancia a frecuencia industrial. La forma de evaluar la condición de los bujes, se basa en los criterios del estándar IEEE C57.152 de 2013, el cual indica que si existe una variación de más del 5% de la capacitancia de placa, y/o el factor de potencia presenta incrementos de 1.5 a 2 veces al inicial medido por el fabricante, este debería ser investigado o directamente retirado de servicio; sin embargo, existe la posibilidad de que los valores medidos a frecuencia industrial sean aceptables y la condición real del bushing no necesariamente pueda ser la mejor, por lo que una prueba de factor de potencia de banda ancha o DFR (Dielectric Frecency Response) cobra vital importancia para diagnosticar el estado real de estos equipos.
La prueba DFR en bujes, nos permite obtener mayor información del sistema de aislamiento de los bujes, ya que obtenemos la respuesta del factor de potencia en un rango de frecuencias de 1kHz hasta 10 mHz. De acuerdo al CIGRE 057 de 2016 “HV And EHV Bushing Condition Assessment – Field Experience”, existe una estrecha relación entre la respuesta dieléctrica y el factor de potencia medido a 1 Hz, con la condición del aislamiento del buje. Condiciones tales como gasificación (especialmente presencia de acetileno) o generación de subproductos por deterioro del aislamiento como polímeros de hidrocarburos, afectan directamente la respuesta dieléctrica. En la ilustración 2, se muestra la respuesta dieléctrica en frecuencia para 3 bujes:
De acuerdo a la ilustración anterior vemos que a altas frecuencias y en especial a frecuencia industrial, la condición de los 3 bushings es excelente, sin embargo, a más bajas frecuencias se evidencia una clara desviación en H2: una respuesta atípica del material dieléctrico (una joroba que obedece a la presencia de polímeros de hidrocarburo) y un factor de potencia @1 HZ elevado con respecto a los de H1 y H3. La experiencia en campo, muestra que los bujes que tienen comportamientos atípicos como el de H2 contienen muestras de aceite con gasificación de acetileno y otros gases y contaminación en los aislamientos [1]
Aunque no existen valores normalizados en estándares, de acuerdo a investigaciones realizadas por Megger los valores de aceptabilidad para el factor de potencia a 1 Hz que se sugieren se muestran en la siguiente imagen:
Como se observa en la tabla anterior, los rangos de aceptabilidad de f.p. a 1 Hz, deben ser referenciados a 20 °C, y es en este punto, donde cobra importancia la corrección del factor de potencia mediante el algoritmo ITC (Individual Temperature Compensation), lo anterior se debe a que la corrección mediante el uso de factores fue sustraída de la IEEE C57.90 -2015, la cual expresa: “La experiencia ha demostrado que la variación en el factor de potencia con la temperatura es sustancial y errática, de modo que la curva de corrección no se ajustará a todos los casos. Se debe informar el factor de potencia junto con la temperatura máxima del líquido medida y la temperatura del líquido inferior si está disponible…” [5]. Conforme a lo anterior, la corrección por ITC, basada en la experiencia en campo y la respuesta en frecuencia de los aislamientos OIP (Oin Impregnated Paper) desarrollada por Megger, nos permite obtener una mayor fiabilidad al momento de evaluar los resultados de medida en los bujes tanto a 1 Hz, como a frecuencia industrial (60 Hz), así como una corrección en la respuesta dieléctrica de manera general, un ejemplo de esto se muestra en la ilustración 5 con medidas reales tomadas a un transformador de 33 MVA con tensión de 230 kV buje fase H3:
Con base en los resultados anteriores, se determina que la respuesta dieléctrica es típica, el factor de potencia a 1 Hz da una condición de “como nuevo” (tabla 1) y la capacitancia no tiene una variación superior al 5% con respecto a la placa de características, por lo cual se diagnostica que el buje se encuentra en excelentes condiciones para su operación.
En conclusión, estas pruebas son fundamentales para identificar posibles debilidades en el aislamiento, la presencia de defectos internos, o el deterioro de los materiales a lo largo del tiempo. El diagnóstico preciso de la condición de los bujes permite anticiparse a problemas potenciales, planificar intervenciones y realizar mantenimiento preventivo.
Transequipos cuenta con equipos de última tecnología donde se aplica la experiencia en campo, se realiza DFR y corrección ITC para mejorar los diagnósticos de los transformadores y bujes, evitando así costosas interrupciones en el suministro eléctrico y prolongando la vida útil de transformadores y reactores.
Bibliografía
[1] CIGRE IEC 057 HV and EHV BUSHING CONDITION ASSESSMENT – FIELD EXPERENCE, Ismael Güner, Diego Robalino, Peter Werelius
[2] Multi-frequency validation algorithm for measurement and analysis of Dielectric Losses for Power and Distribution Transformers, Diego Robalino.
[3] Novel Approach for Insulation Condition Assessment of High Voltage Substation Equipment at 1 Hz, Diego Robalino, Vince Oppedisano, Kenneth Petroff. MEGGER.
[4] IEEE, “C57.152 – Guide for Diagnostic Field testing of Fluid-filled Power Transformers, Regulators, and Reactors,” 2013.
[5] IEEE, “C57.12.90 – Código de prueba estándar de IEEE para distribución sumergida en líquido,
Transformadores de potencia y regulación” 2015.
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Ing. Julio César Duque Arévalo
Líder de Transformadores
Transequipos S.A.
