Identificando envelhecimento e problemas de instalação em uma bucha AT

Histórico

As buchas de 69 kV são instaladas em um transformador de dois enrolamentos Dyn1 10
MVA, 69/13,09 kV. Depois de concluir a manutenção do on-load tap changer (OLTC) neste
transformador vintage de 1969, o proprietário do utilitário seguiu com testes elétricos.

Resumo 

Testes gerais do fator de potência de frequência da linha do transformador (LF PF): As
perdas medidas para os sistemas de isolamento de low-to-ground (CLG) e high-to-ground
(CHG) foram maiores que as medidas para o sistema de isolamento interenrolamento ou
de highto-low (CHL) do transformador. Os resultados do teste de LF PF com temperatura
corrigida (ou seja, equivalente a 20 ºC) para componentes de isolamento CLG e CHG
estavam dentro dos limites aceitáveis (< 0,5 %) e até mesmo dentro dos limites estabelecidos
para transformadores novos. No entanto, o resultado do teste CHG LF PF (0.43 %) foi
aproximadamente 1,8 vezes o resultado do CHL LF PF (0,24 %) (Tabela 1).

Tabela 1: Resultados gerais do teste LF PF do transformador - condição inicial

Com base em experiências recentes, utilizando testes Narrowband Dielectric Frequency
Response (NB DFR) na descoberta de problemas ocultos não observados pelos testes de LF
PF, foi realizado um teste de NB DFR. Um teste NB DFR é a medição de %PF ou %DF em
frequências diferentes de 1 Hz a 505 Hz.

Além disso, o especialista em testes realizou testes de 10 kV C1 LF PF nas buchas de
enrolamento do lado alto do transformador (Tabela 2). A bucha H3 produziu resultados de
teste de LF PF elevados (medidos e corrigidos pela temperatura) que foram notavelmente
maiores que os resultados para as buchas equivalentes montadas no mesmo transformador.
Consequentemente, os resultados do teste de LF PF corrigido por temperatura individual
para as buchas H1 e H2 obtiveram as boas classificações (G) de buchas, enquanto o
resultado do teste de LF PF corrigido por temperatura individual para a bucha H3 resultou
numa avaliação de envelhecimento (A).

Os resultados dos testes também apresentam uma anomalia interessante nos valores de
"correção individual da temperatura". É utilizado um fator de correção da temperatura (TC)
para determinar o valor de LF PF equivalente a 20 ºC de uma amostra de ensaio quando a
amostra é um fator de potência testado a uma temperatura de -20 ºC.

Um fator ITC é um fator TC exclusivo para cada amostra de teste, pois é baseado
na condição específica da amostra. Observe que o fator ITC para a bucha H3
(aproximadamente 0,6) é diferente dos fatores ITC determinados para as buchas H1 e
H2 (aproximadamente 1,04). A não uniformidade que existe nesses fatores ITC é uma
indicação clara de que a bucha H3 tem uma condição de isolamento diferente das buchas
H1 e H2.

Investigação de teste da bucha do transformador C1

Os fatores ITC são muito mais precisos do que os fatores de TC acessados em uma tabela
de consulta. Para minimizar o problema correção de temperatura da tabela de pesquisa,
considere o seguinte:

1. Se o usuário final tivesse contado com tabelas de correção, o fator TC teria sido
   determinado com base na média das temperaturas ambiente e da bucha. Isso teria
   resultado em um fator TC próximo à unidade para todas as três buchas – válido para as
   buchas H1 e H2, mas não para H3.
2. A bucha H3 teria sido removida neste cenário devido a um valor > 1 % PF. No
   entanto, se a bucha tiver sido testada a 10 ºC em vez de aproximadamente 30 ºC, seus
   resultados de teste PF medidos e corrigidos pela temperatura pela tabela de pesquisa
   podem ter sido suficientemente baixos para serem aprovados nos critérios de aprovação
   como normal, como unidade de serviço-unidade.

Tabela 2: Resultados do teste de C1 para as buchas do lado alto, incluindo resultados de LF PF de 10 kV e
DFR NB de 250 V, medidos e corrigidos pela temperatura por meio do método ITC

Tendo em conta os resultados do teste LF PF, a utilidade realizou testes NB DFR nas buchas
de alta tensão. As medições de 1 Hz e 505 Hz deste teste são fornecidas na Tabela 2. Estes
resultados tabulares afirmam a boa condição e a classificação das buchas H1 e H2, mas
encaminham a avaliação da bucha H3 para uma classificação de investigação.

Figura 1: Resultados do teste de NB DFR medidos para o lado alto de buchas de 69 kV

Os resultados do teste NB DFR para bucha H3 (o traço azul na Figura 1) revelaram as duas
características elétricas preocupantes a seguir e a utilidade substituiu a bucha

Uma bucha em boas condições terá um valor de PF corrigido pela temperatura ITC
≤ 1 % a 1 Hz. O resultado do teste de PF de 1 Hz corrigido pela temperatura ITC da
bucha H3 foi de 7,92% (Tabela 2).

O resultado do teste LF PF de 10 kV, 1,1 % (Tabela 2), e o resultado do teste LF
PF a 250 V, uma tensão típica do teste NB DFR, obtida da Figura 1, 0,8 %, são
diferentes. Isso implica uma dependência de tensão dos resultados do teste LF PF.

Tabela 3: Resultados do teste C1 de pré-instalação para a nova bucha de substituição H3, LF PF de 10 kV e
NB DFR de 250 V.

Antes de instalar no transformador, os testes LF PF e NB DFR foram realizados na bucha de
substituição H3 para confirmar sua integridade. Os resultados dos testes LF PF e NB DFR
indicaram a condição boa (G) da bucha (Tabela 3) (Figura 2).

Figura 2: Resultados do teste NB DFR de pré-instalação para bucha de substituição H3

Após a substituição da bucha H3, o utilitário repetiu os testes gerais de LF PF no
transformador para observar qual efeito a substituição da bucha H3 teve nas características
gerais do teste de isolamento do enrolamento de AT(Tabela 4). Uma melhoria notável foi
observada.

Tabela 4: Resultados do teste de LF PF do transformador geral de 10 kV após H3 substituição da bucha

Com o problema corrigido nos resultados gerais do teste de isolamento do enrolamento, a
equipe de serviços públicos complementou o procedimento de rotina atual com um teste LF
PF de 10 kV na bucha de substituição H3 instalada (Tabela 5).

Tabela 5: Resultados do teste C1 pós-instalação para bucha de substituição H3, LF PF de 10 kV e NB DFR de 250 V.

O resultado do teste de LF PF medido de 10 kV para a bucha de substituição H3 foi aceitável.
No entanto, o resultado de LF PF corrigido pela temperatura do ITC é aproximadamente
1,5 vezes o valor medido, enquanto os resultados de 1 Hz medidos e corrigidos pela
temperatura do ITC são quase os mesmos e o resultado de teste de PF de 505 Hz é não típico e
notavelmente mais alto que os resultados de teste de PF de 505 Hz para H1 e Buchas H2.

Os testes de NB DFR para a bucha de substituição H3 instalada revelaram uma resposta não típica,
com perdas incaracteristicamente elevadas na faixa de alta frequência (curva azul na Figura 3).

Os dados implicaram a integridade da conexão do flange da bucha com o tanque aterrado.
Para verificar a suspeita de problema de aterramento, o especialista em testes aplicou uma
cinta de aterramento no flange da bucha e repetiu os testes LF PF e NB DFR (Tabela 6).
Observou-se melhora significativa nos resultados do teste de LF PF e na resposta dielétrica
com a tira de aterramento em uso (curva verde na Figura 3).

Deve-se observar que o especialista em testes de campo não teve experiência anterior com
a detecção de aterramento inadequado do flange. Quando apresentada a causa provável
desta anomalia de 505 Hz, o especialista usou um multímetro e mediu a resistência entre o
aterramento do tanque e o flange da bucha sem aviso de problema de resistência. Somente
com o uso de um instrumento de teste de baixa resistência de quatro terminais foi o
especialista capaz de detectar uma diferença "antes e depois". Isso ressalta a sensibilidade
excepcional de um teste NB DFR para um aterramento inadequado das buchas.

As curvas NB DFR da bucha H3 original, a bucha de substituição H3 antes da instalação,
após a instalação com aterramento insuficiente, e finalmente em sua condição "como
esquerda" após restaurar uma boa conexão de aterramento são mostradas na Figura 5.
Isso fornece um lembrete visual impressionante de quão ruim foi a bucha original, como o
NB DFR é prático para a verificação pós-instalação e como deve ser a curva DFR para uma
bucha em boas condições.

Figura 5: Curvas de teste NB DFR da bucha H3 de “como encontrado” a “como deixado”

Puntos de referencia

O teste de LF PF é a abordagem principal para avaliar o isolamento de alta tensão (AT). Diferenças significativas entre as medições de UST e GST podem exigir investigação adicional. As buchas constituem parte da medição geral do GST de um transformador e, portanto, podem ser um fator em um resultado de teste elevado de LF PF de enrolamento para aterramento. A Megger recomenda sempre testar buchas equipadas com teste de tap ou teste de potencial de tap.

As tabelas de pesquisa de correção de temperatura não são precisas para buchas com isolamento comprometido. A única forma confiável de acessar o valor verdadeiro e equivalente de LF PF a 20 ºC é determinar o fator ITC da amostra de ensaio.

NB DFR na faixa de 1 Hz a 505 Hz confirma a degradação precoce e avançada no isolamento das buchas.

Após a instalação de uma bucha, recomenda-se o teste NB DFR como procedimento de verificação para detectar aterramento inadequado. 

Os resultados dos testes de PF a 1 Hz e 505 Hz para buchas, em particular, têm um significado importante e, como diz Vince Oppeddisano da Megger, é o "microscópio" dos testes de isolamento.
 

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