Metodología de cálculo de la vida útil remanente basada en la degradación del aislamiento para predicción de fallas en transformadores de distribución

Abstract

Los transformadores de distribución eléctrica son elementos importantes en los sistemas distribución de energía eléctrica que permiten la transformación de los parámetros eléctricos de voltaje y corriente de un nivel de media tensión a un nivel de baja tensión, el cual es usado por clientes residenciales e industriales. Uno de las principales problemáticas que afrontan las empresas de sistema de distribución eléctrica, es determinar preventivamente el cambio de un equipo transformador en el momento exacto. Cambiar un equipo cuando no es necesario, termina elevando los costos de la empresa en repotenciación de equipos, disminuyendo la utilidad de la organización; por el contrario, no cambiar un equipo oportunamente, podría provocar una falla eléctrica, la cual generaría una interrupción del servicio eléctrico. Las fallas eléctricas son penalizadas por el regulador del sistema eléctrico en Perú, Osinergmin, con pagos compensatorios a los clientes por los daños originados debido al corte de flujo eléctrico. La presente investigación pretende analizar y desarrollar una metodología de predicción de fallas en función a la vida útil remanente del transformador debido a la degradación del aislamiento por efecto de la temperatura y carga, al cual es basada en la norma IEC (Comisión internación de Electrotecnia) 60076-7, y desarrolla los métodos matemáticos para simular la pérdida de vida en transformadores debido a los efectos de la temperatura Hot Spot (máxima temperatura del devanado). Como parte de este proceso de investigación, se realizaron simulaciones de la vida útil remanente en una muestra de transformadores de una empresa de distribución eléctrica que fueron reemplazados en el año 2019 por áreas de emergencias, a consecuencias de fallas propias e internas del transformador, discriminando aquellas que tienen su origen en terceros o falta de un mantenimiento adecuado. Finalmente, se discuten los resultados obtenidos a fin de evaluar la metodología aplicada y verificar si hay correlación entre el la vida útil remanente de un equipo y una falla que genera una interrupción del flujo eléctrico. También se presentan las conclusiones y las recomendaciones de la investigación.

Electric distribution transformers are important elements in electric power distribution systems that allow the transformation of electrical parameters of voltage and current from medium voltage level to low voltage level, which is used by residential customers and industrial. One of the principal problems faced by the electrical distribution system companies is the decisive preventive reeplacement of a transformer equipment at the exact moment. To change a transformer when it is not necessary, ends up increasing the costs of the company in repowering equipment, descreasing the profits of the organization; on the contrary, not to change an equipment opportunely, may cause an electrical failure, which would generate an interruption of the electrical service. Electric failures are penalized by the regulator of the electric system in Perú, Osinergmin, with compensatory payments to customers for damages caused due to the power outage. This research aims to analyze and develop a failure prediction methodology based on the remaining useful life of the transformer due to the degradation of the insulation due to the effect of temperature and load, which is based on the IEC (Intenational Electrotechnical Commission) 60076-7 standard, and develops mathematical methods to simulate the loss of life in transformers due to the effects of the Hot Spot temperature (Hottest winding temperature). As part of this research process, simulations of the remaining useful life were carried out on a sample of transformers from an electrical distribution company that were replaced in 2019 by emergency areas, as consequences of own and internal failures of the transformer, discriminating against those who originate from third parties. or lack of proper maintenance. Finally, the results obtained are discussed in order to evaluate the applied methodology and verify if there is a correlation between the remaining useful life of an equipment and a fault that generates an interruption in the electric flow. The conclusions and recomendations of the research are also presented.