Al realizar un análisis simplificado se podría considerar que el adaptador de tap es apenas un enchufe para permitir el contacto eléctrico entre el tap del buje y la entrada de medición del monitor de bujes. Esta simplificación se muestra tanto errónea cuanto peligrosa, ya que debemos tener en cuenta que el tap del buje nunca debe permanecer abierto. Entre las características eléctricas que el adaptador debe poseer para atender a los requisitos de seguridad y desempeño del monitoreo, se sobresalen su diseño mecánico diferenciado y la protección contra una posible falla en la conexión eléctrica del circuito de medición o en el caso de que ocurra una desconexión accidental.

El adaptador de tap utilizado tiene adentro un circuito de protección con doble función. La primera es la protección redundante contra apertura del tap en caso de desconexión accidental de los cables de conexión entre el adaptador y el módulo de medición del monitor de bujes. Esta protección actúa instantáneamente, entrando en acción y limitando la tensión en cualquier parte del circuito secundario del adaptador de tap en ≈15 Vac. Las protecciones utilizadas pueden conducir por tiempo indeterminado y son dimensionadas para ensayo de impulso (BIL) 2.050 kV – buje 765 kV. Además, cada adaptador posee doble protección, que, actuando paralelamente, brinda protección redundante.

Estas características son aseguradas por un diseño mecánico que hace que estas protecciones se vuelvan inaccesibles durante el manejo e instalación del adaptador. La segunda función es la protección primaria contra sobrecorrientes (varios kA) y sobretensiones asociadas que ocurren en el tap del buje en el caso de sobretensiones causadas por maniobras de conmutación o impulsos atmosféricos. Esta función es complementada por la protección secundaria existente adentro del propio BM, de tal forma que las protecciones primaria y secundaria actúan en conjunto, de forma coordinada, para evitar daños al BM y al adaptador.

Suponiendo ahora un cambio en la capacitancia y en el factor de disipación del buje de la fase A, como mostrado en la figura 5(b), el vector modificación que expresa el desplazamiento de la corriente Ia de su valor inicial hasta su valor final se refleja también en la corriente suma, que es modificada con relación a su valor inicial según el mismo vector modificación.

Este vector modificación tiene peso prácticamente insignificante cuando comparado a la magnitud de la corriente de fuga de la fase A. Sin embargo, lo mismo no sucede cuando se compara este vector a la corriente suma, lo que permite detectarlo y, como consecuencia, detectar la modificación en la impedancia del buje en cuestión. De esta forma, la técnica de la suma vectorial de las corrientes de fuga proporciona un aumento de sensibilidad que viabiliza el monitoreo de las modificaciones tanto en la capacitancia cuanto en la tangente delta del aislamiento.

Aun así, las corrientes de fuga de los bujes son función no apenas de sus capacitancias y tangentes deltas, pero también de las tensiones fase-tierra del sistema. Una vez que estas frecuentemente no están disponibles para medición por el sistema de monitoreo, como explicado anteriormente, la posible influencia de variaciones en las tensiones fase-tierra sobre las mediciones de variaciones en la capacitancia y tangente delta es eliminada por técnicas propietarias avanzadas de procesamiento de señales, que incluyen también tratamientos estadísticos de los datos.

Estos tratamientos estadísticos presuponen el uso de una masa de datos, acumulada a lo largo del tiempo de operación del sistema, la cual es actualizada continuamente con las mediciones de corrientes de fuga y corriente suma más recientes. Por este motivo, el sistema de monitoreo online posee un tiempo de respuesta a los cambios sucedidos en la capacitancia y en la tangente delta que puede variar de varias horas a algunos días, con la finalidad de confirmar que la modificación de capacitancia y/o tangente delta es real, y no ocasionada por oscilaciones en las tensiones del sistema eléctrico.

Las modificaciones de capacitancia y tangente delta son utilizadas para incrementar los valores iniciales programados en el BM. De esta manera, con el valor inicial y las modificaciones sucedidas posteriormente, el BM indica el valor actual de la capacitancia y tangente delta correspondiente al obtenido en un ensayo fuera de línea del buje.

Durante el periodo de 2005 a 2010, el sistema de monitoreo estuvo en operación continua. No se registró ninguna alarma sobre el estado del buje, indicando que hasta entonces el buje había presentado funcionamiento normal. La tabla 1 presenta los parámetros iniciales del monitoreo de bujes del T-2 y del TC de pedestal.

Valores iniciales del monitoreo de bujes del T-2 y TC de Pedestal

Los valores de las alarmas de capacitancia alta y muy alta fueron parametrizados para una variación de 3% y 5% del valor inicial. Los valores de las alarmas de tangente delta alta y muy alta fueron parametrizados para una variación de 100% y 200% del valor inicial. La tabla 2 muestra estos valores en pF y %.

Parametrización de las alarmas del monitoreo de bujes del T-2 y TC de Pedestal

El día 20/2/2011, domingo, el monitor de bujes indicó una alarma de tendencia de capacitancia alta en el buje de 230 kV, fase B. Los operadores de la SE Mesquita notificaron al personal de Ingeniería de Mantenimiento de Cemig sobre esta alarma [6].

El día 22/2/2011, martes, el personal de Ingeniería de Mantenimiento de Cemig contactó a Treetech para que esta alarma fuera chequeada. En esa fecha, la alarma por tendencia de crecimiento de la capacitancia indicaba 9 días restantes para alcanzar el valor programado de alarma de capacitancia alta. El BM también indicaba que el tiempo restante para que la medición alcanzara el valor de alarma de la tangente delta alta era de 63 días. En la tabla 3 son presentados los valores mensurados por el monitor de bujes en el momento del análisis.

Valores del monitoreo de bujes el día 22/02/2011, en el momento del análisis

Podemos ver que hubo una variación de 2,08% en la capacitancia y 26,11% en la tangente delta del buje de 245 kV, fase B. Todos los análisis pertinentes fueron realizados y la tendencia de crecimiento tanto de la capacitancia cuanto de la tangente delta fue confirmada. Luego de esta confirmación, el personal de Ingeniería de Cemig programó una desconexión para el día 27/2/2011, domingo, para que fueran realizados ensayos offline que pudieran comprobar la situación del buje. Cemig también ya se preparó para sustituir el buje, en el caso de que se confirmara el problema.

A partir de este punto, tanto Cemig cuanto Treetech movilizaron un cuerpo técnico para acompañar la evolución de las mediciones mostradas por el sistema con el objetivo de mantener la seguridad operacional.

En el gráfico 1 son presentadas las mediciones hasta el día 22/2/2011.

Gráfico 01 – Evolución de los valores de capacitancia y tangente delta del conjunto de 245 kV

Hasta el sábado anterior a la desconexión programada, los valores de capacitancia y tangente delta evolucionaron conforme lo previsto por el monitoreo y no fue necesario reprogramar.

Aún el sábado día 26/2/2011, a las 11h55, el monitor de bujes BM acusó un aumento súbito del valor de tangente delta de la fase B del conjunto de 245 kV. El monitor cambió la indicación de tangente delta, en un intervalo de tiempo muy corto, de 0,490% para 1,263%, superando los límites de la alarma muy alta, mientras que la capacitancia medida cambió poco, con el valor de 530,1 pF. El personal de Cemig y Treetech que estaba de guardia en el local realizó análisis basados en las indicaciones del sistema y chequearon la consistencia de la indicación.

El personal de Operación y de Ingeniería de Mantenimiento de Cemig, en un trabajo conjunto, tomó medidas inmediatas e inició las negociaciones para una desconexión de emergencia del transformador. Como se trata de un equipo perteneciente a la Red Básica del Sistema Interconectado Nacional, la desconexión fue negociada con el ONS, que autorizó la retirada de operación del autotransformador T-2 a las 15h13 por el CLM 748/201, ya que la maniobra se dio en tiempo real.

Cemig inmediatamente envió un equipo para realizar las primeras mediciones offline en el buje sospechoso, así que el transformador fuera desconectado, para chequear la validad de las indicaciones del monitoreo online. Durante esta espera, equipos de ambas empresas acompañaban online la evolución de la tangente delta, que pasó a crecer de forma agresiva hasta el momento de la desconexión, alcanzando 3,331% en su momento más crítico. El gráfico 2 muestra la evolución crítica sucedida momentos antes de la desconexión.

Gráfico 02 – Detalle de la evolución de los valores monitoreados momentos antes de la desconexión

Alrededor de 15h40, las maniobras necesarias para la desconexión cesaron y el transformador, debidamente aislado, tuvo el buje sospechoso sometido al ensayo offline. Siguiendo la recomendación del equipo de Treetech presente, el equipo de Cemig midió los valores de tangente delta así que fue posible, ya que la tangente delta varía con la temperatura. El comportamiento típico es que los valores de tangente delta disminuyan con la temperatura para una misma condición de deterioro del aislamiento. Por esa razón es tan importante hacer esa medición así que posible. En el momento de la desconexión, el monitor de bujes indicaba un valor de capacitancia de 529,9 pF y 3,329% para la tangente delta. La tabla 4 muestra los datos de las mediciones offline y del sistema de monitoreo online.

Valores de las mediciones offline y en online en el buje sopechoso

Así que las mediciones offline confirmaron las indicaciones del monitoreo online, Cemig decidió mantener el transformador desconectado hasta el cambio del buje defectuoso. El cambio fue programado para el lunes, día 28/2/2011.

El domingo, día 27/2/2011, con la llegada del equipo de Cemig que realizaría el cambio del buje el día siguiente, fueron realizadas nuevas mediciones offline con un instrumento de fabricante diferente del utilizado el día anterior, con la intención de corroborar los datos anteriormente obtenidos. La tabla 5 muestra los datos de esta nueva medición.

Valores del nuevo chequeo offline realizado

Figura 06: Punto de pérdida detectado

El día 28/2/2011 fue realizado el mantenimiento para el cambio del buje defectuoso. La figura 7 muestra algunas etapas de la operación realizada por el equipo de Cemig.

Figura 07: Equipo de Cemig realizando el cambio del buje defectuoso

Figura 08: Triángulo de Duval y sus zonas de diagnóstico

Esto muestra que haber optado por la desconexión fue lo correcto y que el sistema de monitoreo funcionó perfectamente, evitando una probable explosión de buje y serios daños al transformador.

En medio de la creciente exigencia por mejores índices de calidad, disponibilidad y confiabilidad, Cemig, motivada por las sospechas con relación a una determinada familia de bujes con historial de fallas en el sector eléctrico, instaló en la SE Mesquita el monitor de bujes capacitivos BM de Treetech en los bujes de 550 kV y 245 kV del autotransformador T-2 y también en un TC de pedestal de 550 kV.

Además de ese factor motivador, es sabido que el monitoreo online de bujes puede contribuir para la reducción de los costos de mantenimiento a través de mejorías en el proceso de planificación del mantenimiento y en la utilización intensiva del paradigma del mantenimiento bajo condición, reduciendo las desconexiones para ensayos de rutina.

Adicionalmente, el monitoreo online ha provisto datos valiosos sobre la forma y el tiempo de evolución de los defectos en este componente. La instalación del sistema de monitoreo de bujes capacitivos BM proporcionó diversas ventajas, siendo que los objetivos primordiales listados abajo fueron plenamente atendidos:

• La reducción de riesgo de fallas con el diagnóstico de los bujes en tiempo real.

• El aumento de disponibilidad por medio de la realización de mantenimiento predictivo en lugar del mantenimiento preventivo (reducción de desconexiones para mantenimiento).

• La reducción de los costos de mantenimiento al evitar mantenimientos desnecesarios.

• La preservación y mejora de la imagen corporativa con la reducción de desconexiones y de fallas catastróficas.

El artículo mostró la importancia y efectividad del monitoreo online de capacitancia y tangente delta de bujes, resaltando la importancia del monitoreo de la tangente delta para detección de defectos en fase inicial, una vez que en la experiencia descrita no hubo modificación significativa de capacitancia, aunque la tangente delta haya aumentado diez veces su valor en relación a los valores iniciales de los ensayos offline.

Fue mostrado que, de ese modo, las fallas en bujes pueden ser detectadas en tiempo real, evitando así daños severos al equipo por la explosión y posible incendio, reduciendo los perjuicios originados por fallas intempestivas de bujes capacitivos.

1. ELECTRA, “An International Survey on Failures in Large Power Transformers in Service”, Paris, CIGRE, Ref. no. 88, 1983.
2. Melo, Marcos A. C., Alves, Marcos, “Experiência c om Monitoração On-Line de capacitância e tangente d elta de Buchas Condensivas”, XIX SNPTEE – Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica. Rio de Janeiro, Brasil, 2007.
3. Alves, Marcos, Pena, Miguel C Medina, Severino, Cláudio “DEFEITOS DE EVOLUÇÃO RÁPIDA E MUITO RÁPIDA EM BUCHAS DETECTADOS POR MONITORAMENTO ON-LINE”, XXI SN PTEE – Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétric a. Florianópolis, Brasil, 20011.
4. The Institute of Electrical and Electronic Engineers, ANSI/IEEE Std C57.19.100-1995, “IEEE Guide for Application of Power Apparatus Bushings”, Março/1995
5. Melo, Marcos A. C., “Investigaç ão de Ocorrências em Buchas de Transformadores e Reatores Utilizando o Doble M-4000”, IV Conferência da Doble Brasil – Cemig. Belo Horizonte, Brasil, 2003.
6. Relatório Técnico de Ocorrência – SE Mesquita – 04/2011
7. IEC 60599 ed2.1– Mineral oil-impregnated electrical equipment in service – Guide to the interpretation of dissolved and free gases analysis