Ensayos y Mantenimiento

ENSAYOS DE RECEPCIN Y MANTENIMIENTO

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1. ENSAYOS DE RUTINA.

1.1 Ensayos del conmutador.

El conmutador, una vez montado en el transformador se prueba ejecutando 20 (veinte) maniobras completas de conmutacin sobre todo el campo de regulacin, no debindose encontrar traza alguna de prdida de aceite por el retn y/o junta.

1.2 Medicin de resistencia.

Se realiza sobre todos los arrollamientos y en todos los taps, deben calcularse los valores obtenidos a la temperatura de 75C, segn Norma IRAM 2018. Para ello se cuenta con puentes de medicin de resistencias tipo Kelvin, Wheatstone y Thompson clase 0,5. La frmula de correccin de la resistencia por temperatura es:

= 274,5 + 274,5 +

1.3 Medicin de relacin.

La relacin de transformacin se mide en todos los taps y derivaciones. La misma se efecta con relacionmetro clase 0,1 basado en el principio del divisor patrn. La frecuencia de ensayo es en todos los casos la nominal.-

La verificacin de polaridad y grupo de conexin se realiza puenteando una fase del arrollamiento primario con una fase del arrollamiento secundario, alimentando por el arrollamiento de alta tensin con tensin reducida, y verificando todas las relaciones de tensin, entre las distintas fases, correspondientes al grupo considerado, comparadas con las indicadas en la norma IRAM 2104.

1.4 Ensayo de vaco.

Se realiza para la determinacin de las prdidas de vaco y corriente de excitacin, en un todo de acuerdo a la Norma IRAM 2106.

El ensayo de vaco se realiza aplicando a los terminales de un arrollamiento, su tensin y frecuencia nominales, estando los dems arrollamientos a circuito abierto. Los arrollamientos previstos para funcionar en tringulo deben encontrarse en esa conexin durante el ensayo.-

El circuito de medicin se ejemplifica en la Figura 1, disponindose como se indica, los voltmetros y bobinas voltimtricas de los vatmetros conectados del lado de la carga, con respecto a los circuitos de corriente.

1.5 Ensayo de cortocircuito.

Se realiza para la determinacin de las prdidas homnimas y la tensin de cortocircuito a corriente nominal. Los valores obtenidos se refieren a la temperatura de 75C, en un todo de acuerdo a la


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norma IRAM 2106.

El ensayo de cortocircuito se realiza poniendo en corto un arrollamiento y aplicando al otro la tensin necesaria para que por el mismo circule la corriente nominal. La conexin para la puesta en cortocircuito se realiza lo ms corta posible y con una seccin no menor a la de los terminales.

El circuito de medicin se ejemplifica en la Figura 2, disponindose como se indica, los voltmetros y bobinas voltimtricas de los vatmetros conectados del lado de la carga, con respecto a los circuitos de corriente.

1.6 Medicin de resistencia de aislacin.

Se realiza con meghmetro y a una tensin entre 2500 y 5000 V. Se determina la resistencia de aislacin entre los arrollamientos de alta y baja tensin, entre alta y masa y entre

baja y masa, no debiendo ser en ningn caso inferior a 800 M.

1.7 Ensayo dielctrico.

1.7.1 Ensayo con tensin aplicada.

La ejecucin de este ensayo requiere una fuente de corriente alterna de frecuencia adecuada de por lo menos el 80% del valor nominal y prcticamente sinusoidal.

Para la proteccin de los arrollamientos se dispone de un explosor a esferas en un todo de acuerdo a la norma IRAM 2038.

Para la realizacin de este ensayo, se conectan entre s los terminales y las eventuales tomas del arrollamiento en ensayo, conectando el conjunto al terminal vivo de la fuente de ensayo, conectndose el ncleo, la cuba y los dems arrollamientos entre s, a tierra y al terminal de tierra de la fuente de ensayo.

1.7.2. Ensayo con tensin inducida.

Para el ensayo con tensin inducida, de frecuencia industrial, se dispone de una fuente de corriente alterna polifsica y de frecuencia igual al doble de la de lnea.

La tensin que entrega es muy prxima a la senoidal pura y puede ser regulada entre el 25 y 100% del valor de ensayo.

Para la medicin de la frecuencia de la fuente se dispone de un frecuencmetro clase 0,5.

El esquema circuital para la realizacin del ensayo se muestra en la Figura 3.Figura 3: Disposicin circuital ensayo con tensin inducida.


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2. ENSAYOS DE TIPO.

2.1 Ensayo de calentamiento.

El ensayo de calentamiento consiste en la verificacin de las elevaciones de temperatura que alcanzan sobre la temperatura ambiente los arrollamientos de un transformador y el lquido aislante.-

El ensayo se realiza utilizando la toma a la que corresponda la corriente que ocasiona las mximas prdidas totales, siendo las dems condiciones las de rgimen.

El ensayo se realiza sobre el transformador del lote que presenta las mayores prdidas y, en funcin de las prdidas medidas, se determina para cada mquina si cumple el requisito de calentamiento. La Figura 2 muestra la disposicin circuital para la realizacin de este ensayo.

El mtodo de carga empleado es el de cortocircuito. Para determinar el calentamiento del lquido aislante se pone en cortocircuito uno de los arrollamientos del transformador y se alimenta el otro arrollamiento con una tensin tal, que las prdidas disipadas en los arrollamientos en ensayo sean iguales a la suma de las prdidas de vaco y las debidas a la carga (con una tolerancia en ms o en menos del 20%) referidas a 75C. Alcanzado el equilibrio trmico se determina el calentamiento del lquido aislante en su parte superior y su calentamiento medio en un todo de acuerdo a la Norma IRAM 2018.

Determinado el calentamiento del lquido aislante, se reduce la tensin de alimentacin a un valor que permita obtener las corrientes de rgimen en los arrollamientos (con una tolerancia en ms o en menos del 10%), hasta la estabilizacin de temperaturas. Se determina entonces la temperatura de los arrollamientos por el mtodo de medicin de resistencias y la temperatura media del lquido aislante en ese instante. El calentamiento de los arrollamientos sobre la temperatura ambiente se determina en un todo de acuerdo a la Norma IRAM 2018.

2.2 Ensayos con tensiones de impulso.

El objetivo es simular descargas atmosfricas sobre bornes del transformador y ver cmo se comporta ste ante estas condiciones. Normas a consultar: IRAM 2038 IRAM 2280 IRAM 2211 IRAM 2453

Se procede a verificar con el diseo los niveles de tensin, de acuerdo a stos la norma IRAM declara valores para realizar los ensayos. El ensayo se realiza pierna por pierna efectuando 4 disparos sobre cada una (uno a tensin reducida y otros tres a tensin nominal BIL), luego de obtener los oscilogramas se procede a compararlos entre s a travs de un retroproyector, la diferencia de los mismos indicara un cambio de geometra en los devanados, o, si en el espectro aparece una brusca cada de tensin producida por una rotura de la aislacin de la bobina a tierra. Los bornes no ensayados de la misma tensin se referencian a tierra a travs de un shunt, por el cual tomo una seal para ver la onda de corriente. A travs de un divisor capacitivo ubicado entre el espcimen a ensayar y el generador de tensin de impulso se toma una seal que se traducir en la seal de respuesta


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de tensin. El ensayo ser satisfactorio cuando las formas de onda (1,2/50 ) sean idnticas en los cuatro disparos.

Cabe destacar que debido a las grandes tensiones que se manejan (hasta 1000kV) se procede a calibrar a travs de un espinctermetro 2.3 Ensayo de nivel de ruido.

Para la realizacin de este ensayo se alimenta al transformador con tensin y frecuencias nominales en vaco, ubicndose el transformador en un lugar donde no existen superficies

acsticas reflectoras (con excepcin del piso y del techo).

2.4 Ensayo de hermeticidad.

Con el aceite del transformador a 90C, se somete al transformador a una sobrepresin de 0.50 kgf/cm

2 durante 3 hs. verificndose a simple vista que no existan

deformaciones permanentes y/o prdidas de aceite.

2.5 Ensayo a baja presin.

Estando el transformador sin aceite, se lo somete a una presin interna de 0,7 kgf/cm2

(depresin de 0,3 kgf/cm2) durante 15 min., verificndose a simple vista que no existan

deformaciones permanentes.

2.6 Ensayo del aceite aislante.

2.6.1 Diagnstico a partir de la interpretacin de gases disueltos.

2.6.1.1 Introduccin.

La deteccin de ciertos gases generados y disueltos en el aceite de un transformador es la primera evidencia disponible sobre un problema incipiente que puede conducir en el futuro a una eventual falla y salida de servicio del transformador de no tomarse ciertas acciones correctivas. Arcos internos, falsos contactos, corona en aceite, descargas de baja energa, sobrecargas severas, fallas en los equipos de refrigeracin forzada y sobrecalentamiento del sistema de aislacin son algunos de los mecanismos que pueden originar estos gases.

Estas condiciones pueden ocurrir individual o simultneamente, produciendo en todos los casos la formacin de algunos gases no combustibles y combustibles. El Rel Buchholz es una de las formas de alarma de la presencia de gases en un transformador, pero su capacidad de deteccin es poco sensible y no permite anticipar fallas de baja energa.

Una operacin normal tambin produce la formacin de ciertos gases. Es posible que

un transformador opere dentro de su perodo de vida til con cantidades importantes de ciertos gases, an siendo estos combustibles. De hecho la operacin de un transformador con grandes cantidades de gases presentes en el aceite no es normal pero ocurre, generalmente despus de cierto grado de investigacin y evaluacin de los posibles riesgos.


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Es decir, evaluados todos los riesgos, se deja el transformador en servicio planificando una salida programada para la correccin de las anormalidades existentes y que son la causa generadora de gases.

En un transformador en operacin, los gases generados se encuentran disueltos en el aceite, o como burbujas en las trampas de aire que pueda presentar un mal diseo de la cuba y principalmente la tapa del mismo, o en los sistemas de coleccin de gases que posea. La deteccin de una condicin anormal de funcionamiento depende, adems de la evaluacin de la cantidad de gases combustibles disueltos presente, de la velocidad de crecimiento en el tiempo de los mismos.

Es posible determinar con cierto grado de certeza qu tipo de condicin anormal es la generadora de estos gases a travs de diversas tcnicas desarrolladas a partir del conocimiento de la composicin de gases disueltos presentes en el aceite.

De todos modos conviene aclarar que el anlisis de estos gases y la interpretacin de su significado an no es una ciencia exacta ya que la presencia de los mismos, an como dijimos en un funcionamiento normal, son dependientes de variables propias del equipo bajo control (transformador) tales como ubicacin y temperatura de la falla, solubilidad y grado de saturacin de los gases en el aceite, el tipo de sistema de preservacin de aceite, el tipo de conmutador bajo carga, el tipo y velocidad de circulacin del aceite como refrigerante, la clase de materiales en contacto con la falla y finalmente variables asociadas con la toma de muestras y procedimientos de medicin de los gases. Adems debido a la variabilidad de lmites de porcentajes de gases aceptados por los distintos Fabricantes y Usuarios de transformadores como normales, no ha sido posible hasta el presente normalizar esta condicin lmite.

En lo que sigue se describirn algunos mtodos de anlisis con el objeto de proveer una gua de anlisis al operador, quin junto a su propia experiencia podr inclinarse por uno u otro mtodo, usar unos como complemento de otros y en todos los casos proveerse de cierta informacin importante relacionada al estado actual del transformador, nunca perdiendo de vista que las conclusiones a las que arribe no sern matemticas, sino resultado de una recoleccin de resultados prcticos apoyados por hechos tericos ciertos.-

2.6.1.2 Teora General.

Las dos causas principales en la formacin de gases dentro de un transformador en operacin son las alteraciones trmicas y elctricas. Las prdidas Joule en los bobinados y conductores debidos a la carga producen gases debido a la descomposicin trmica del aceite y de la aislacin slida. Tambin, como dijimos anteriormente, se producen gases por la descomposicin trmica del aceite y la aislacin cuando se producen arcos de alta energa y generalmente por bombardeo inico (descargas de muy baja energa y sin calor asociado) debido a descargas parciales o corona en el aceite. Otras fuentes generadoras de gases son los falsos contactos, mala puesta a tierra del ncleo, tensores pasantes en el ncleo mal aislados, etc.

2.6.1.3 Toma de muestras.

Para asegurar que las muestras sean representativas del aceite que se quiere analizar, la realizacin del muestreo deber seguir una estricta rutina. En caso contrario, los resultados del anlisis pueden conducir a conclusiones falsas sobre el estado del mismo.- Una muestra para la realizacin de un ensayo cromatogrfico consiste simplemente en una jeringa de 50 cm

3. Siempre es recomendable tomar al menos dos muestras. La jeringa

deber ser de vidrio con vstago esmerilado y tapn cnico tambin de vidrio esmerilado.

Para la toma de muestras debern observarse los siguientes puntos:


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Las jeringas y tapones debern estar limpios, libres de suciedad y esterilizados. En el caso de que se usen jeringas con las que ya se han extrado otras muestras ser necesario enjuagarlas con nafta sin contenido de plomo, dejarlas 1 hora para que se volatilicen los restos del solvente en un lugar limpio y con ambiente controlado y luego someterlas a un proceso de esterilizado en autoclave a 100C durante 1 hora. Se retirarn y se dejarn enfriar por espacio de 10 minutos tambin en un ambiente controlado, se le colocar el vstago y el tapn y se guardarn en un lugar oscuro o caja adecuada.-

La muestra deber tomarse en lo posible sobre un aceite vivo, es decir que est en circulacin para que la muestra sea representativa del todo. Esto es solo posible si el transformador est en servicio.-

Utilizar para la extraccin la vlvula toma de muestras. Sacar el tapn (si lo tuviera), limpiar perfectamente los restos que pueden quedar en la rosca de la vlvula debido a los elementos de sellado que pudo haber utilizado el fabricante. Abrir la vlvula parcialmente y drenar una cantidad equivalente a unos dos litros (dentro de un recipiente contenedor) y luego enjuagar la jeringa, vstago y tapn con el aceite del transformador al menos unas dos veces. Cerrar la vlvula y colocar un tubo de goma con manguera para la toma de muestra, de dimetro acorde al pico de la jeringa.

Volver a abrir la vlvula parcialmente y dejar drenar nuevamente un litro de aceite. Sin cerrar la vlvula, insertar el pico de la jeringa en el extremo libre de la manguera y dejar que sta se llene por gravedad (NO accionar el vstago). Llenar 60 cm

3 aproximadamente y retirar

la jeringa (NO cerrar la vlvula si se va a tomar otra muestra). Colocar la jeringa en posicin vertical con el pico hacia arriba y drenar los 10 cm

3 excedentes. Colocar

inmediatamente el tapn esmerilado asegurndose que quede perfectamente sellada la jeringa, rotular la muestra y guardarla en lugar oscuro o en caja apropiada (el aceite mineral es muy sensible a la luz ultravioleta y la exposicin a la luz puede deteriorarlo).

Bajo ninguna causa debe quedar aire atrapado en la muestra. En el transporte a laboratorio, cualquier cambio de temperatura que afecte la muestra y que produce una dilatacin de la misma ser acompaado por movimientos del mbolo de la jeringa, por lo tanto este no debe ser bloqueado.-

Un procedimiento ms sofisticado con equipos especiales de muestreo pueden encontrarse en las normas IEC 567.-

2.6.1.4 Gases originados por fallas.

Los casos tpicos y ms frecuentes son los siguientes:

Descomposicin trmica del aceite.

Los subproductos de descomposicin trmica del aceite involucran al etileno (C2H4) como gas principal acompaado por metano (CH4) y etano (C2H6) en menor proporcin e hidrgeno (H2) en muy pequeas cantidades. Trazas de acetileno pueden tambin encontrarse si la falla es severa o involucra contactos elctricos. Una relacin de proporciones en que aparecen los gases es la siguiente:

Descomposicin trmica de la celulosa.

Grandes cantidades de monxido de carbono (CO) son el resultado de una descomposicin trmica de la celulosa. Si la falla involucra estructuras aislantes impregnadas, pueden

Gas Proporcin (%) Gas Proporcin (%)

CO2 0 C2H6 19

CO 0 C2H4 63

H2 2 C2H2 0

CH4 16


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aparecer pequeas trazas de hidrocarburos tales como metano (CH4) y etileno (C2H4).

Una relacin de proporciones en que aparecen los gases es la del cuadro siguiente:

Corona en aceite.

Las descargas de baja energa como las descargas parciales o corona en aceite producen principalmente hidrgeno (H2) como gas principal y metano (CH4) con pequeas cantidades de etano (C2H6) y etileno (C2H4). Una relacin de proporciones en que aparecen los gases es la siguiente:

Cantidades comparables de monxido y dixido de carbono (CO ; CO2) pueden aparecer si la falla involucra tambin aislacin slida.

Arcos en aceite.

Grandes cantidades de hidrgeno (H2) y acetileno (C2H2) son producidos en este tipo de descargas. Pequeas cantidades de metano (CH4), etano (C2H6) y etileno (C2H4) acompaan a los gases principales. Una relacin de proporciones en que aparecen los gases es la del cuadro siguiente:

Cantidades comparables de monxido y dixido de carbono (CO CO2) pueden aparecer si la falla involucra tambin aislacin slida.

2.6.1.5 Criterios de Evaluacin Diagnstico de Fallas.

Como dijimos anteriormente, en los transformadores en buen estado, tambin tienen lugar los procesos de envejecimiento, por lo que se considera normal que existan gases disueltos en el aceite aislante. Si bien este envejecimiento depende de las condiciones de operacin y de la antigedad del transformador, se consideran en buen estado aquellos equipos con tensin nominal 150kV y que luego de 2 a 4 aos no han sobrepasado los lmites de concentracin de gases que se indican en la tabla siguiente:

Cuando estos valores son superados, el diagnstico de la falla puede hacerse siguiendo alguno de los mtodos que se mencionan a continuacin y que son la experiencia acumulada por distintos centros de investigacin.

En la tabla siguiente se da un mtodo de diagnstico con criterio cualitativo. Segn este mtodo la presencia de un determinado grupo de gases disueltos en el aceite permite identificar el tipo de falla existente. Si bien no se tienen en cuenta las concentraciones relativas de cada gas, se supone que para hacer un diagnstico vlido, las concentraciones superan los lmites de la tabla precedente.

H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 CO CO2 DIAGNOSTICO

X X X Arcos de duracin limitada a travs del aceite

X X X X X Arcos de duracin limitada a travs del papel impregnado

X X X X X Fuertes descargas parciales en el aceite

Gas Proporcin (%)

CO2 8

CO 92

H2 0

CH4 0

C2H6 0

C2H4 0

C2H2 0

Gas Proporcin (%)

CO2 0

CO 0

H2 85

CH4 13

C2H6 1

C2H4 1

C2H2 0 Gas Proporcin (%)

CO2 0

CO 0

H2 60

CH4 5

C2H6 2

C2H4 3

C2H2 30

Gas Ppm

CO2 6000

CO 500

H2 200

CH4 100

C2H6 100

C2H4 150

C2H2 15


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X X X X X X X Fuertes descargas parciales en el papel

X X X X Punto Caliente 500C si predomina CH4 y 500C si predomina C2H4 .

X X X X X X Sobrecalentamiento superior a 130C con descomposicin de celulosa

X X X Envejecimiento normal

X X Descargas parciales dbiles en el aceite.

X X X X X Descargas parciales dbiles a travs del papel.

El problema de este sistema radica en la dificultad de comparar resultados de anlisis realizados a diversos tiempos sobre un mismo equipo y al hecho de que siempre puede existir ms de un tipo de falla.-

El uso en forma cuantitativa elimina en parte estas limitaciones. Generalmente se usan relaciones entre las concentraciones de dos o ms gases presentes. La proporcin de cada gas depende del tipo de falla. En la tabla siguiente se ilustra uno de estos mtodos utilizados en el Reino Unido. En este anlisis, si la relacin de gases indicadas es mayor o igual a 1 se indica con 1, y si es menor con 0. El mtodo no es siempre decisivo, ya que si bien los cocientes mayores o menores que la unidad se toman como comportamiento normal o anormal, existe un entorno cercano a la unidad donde la decisin sobre el tipo de comportamiento solo puede hacerse estudiando la variacin del cociente con respecto a anlisis anteriores. Para evitar indefiniciones, lo que se hace es repetir el anlisis sobre una muestra a intervalos regulares hasta obtener alguna conclusin. El lapso entre muestras vara segn la gravedad que se presume tiene la falla o la importancia del transformador, pudiendo variar entre 1 da a meses.

CH4 H2

C2H2 CH4

C2H4 C2H6

C2H2 C2H4

DIAGNSTICO

0 0 0 0 Si la 1. Columna da 0,1 se presume descargas parciales. Si es mayor, el deterioro es normal.

1 0 0 0 Sobrecalentamiento localizado de hasta 150C.

1 1 0 0 Sobrecalentamiento localizado entre 150 y 200C.

0 1 0 0 Sobrecalentamiento localizado entre 200 y 300C.

0 0 1 0 Sobrecalentamiento generalizado.

1 0 1 0 Corrientes de Foucault y/o sobrecalentamiento en conexiones.

0 0 0 1 Descargas internas no persistentes. Descargas parciales

0 1 0 1 Descargas en cambiador de tomas

0 0 1 1 Arcos o descargas persistentes Simultneamente pueden operar dos o ms tipos de fallas. Por ejemplo, una relacin 1011 = 1000 + 0011 indicara descargas continuas y sobrecalentamiento.

Finalmente, similar al caso anterior es el anlisis a travs de los cocientes de Rogers que se muestra en la tabla siguiente:

CH4 H2

C2H4 C2H6

C2H2 C2H4

DIAGNSTICO

0,1 1,0 1,0 0,1 Funcionamiento normal.

0,1 1,0 1,0 0,1 Arcos de baja energa. Descargas Parciales.

0,1 3,0 0,1 3,0 Arcos y descargas de gran energa.

0,1 1,0 1,0 3,0 0,1 Sobrecalentamiento trmico de hasta 150C.

1,0 1,0 3,0 0,1 Sobrecalentamiento trmico de hasta 700C.

1,0 3,0 0,1 Sobrecalentamiento trmico mayor a 700C.

Los criterios generales de utilizacin de estas relaciones son las siguientes:


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No es posible utilizar un solo cociente para hacer un diagnstico a menos que la concentracin de uno o ms de los componentes sea el doble del valor lmite normal.

En los cocientes caractersticos no se incluyen las concentraciones de CO y CO2 porque se considera que en el caso de fallas incipientes no es posible asegurar que se halle comprometida las aislacin slida.-

A los efectos de realizar un diagnstico de fallas, como dijimos anteriormente no solo deben tenerse en cuenta los valores de concentracin de los distintos gases, sino tambin las caractersticas de los equipos.

Muchos transformadores de cierta antigedad estn provistos de conmutadores de tomas bajo carga, cuya cmara de contactos no est perfectamente aislada de la cuba, por lo que cierta cantidad de gases generados por las conmutaciones se pueden difundir en el aceite del transformador. En estos casos, la presencia de acetileno disuelto en el aceite no significa necesariamente la existencia de falla elctrica en el transformador.-

Resulta aconsejable que todos los transformadores nuevos sean controlados en fbrica antes y despus de los ensayos elctricos.

Finalmente, la frecuencia de este tipo de ensayos vara segn las distintas empresas.

Resulta aconsejable realizar un ensayo inmediatamente despus de recibir el transformador, un ensayo antes de su puesta en servicio si ha pasado mucho tiempo desde su recepcin en depsitos, a los 15, 30, 90 y 180 das de su puesta en marcha y luego anualmente. Si en alguno de los ensayos llegan a aparecer anomalas, segn la gravedad que stas revistan, los ensayos debern realizarse con mayor frecuencia, como mencionamos anteriormente, diarias, semanales o mensuales hasta llegar a un diagnstico preciso.

2.6.1.6 REL BUCHHOLZ

Resumiendo, las irregularidades en el funcionamiento de los transformadores dan origen a

calentamientos locales en los arrollamientos y en consecuencia a la produccin de gases de

aceite, cuya cantidad y rapidez en su desarrollo crecen sensiblemente a medida que se

extiende la avera.

En el efecto de la produccin de estos gases est fundamentado el Rel Buchholz, que ha

resultado de excelente aplicacin en las explotaciones elctricas por su sencillez y seguridad

de funcionamiento.

Los accidentes producidos en los transformadores dan lugar siempre a la produccin de

gases o vapores. Se indica a continuacin diferentes casos que suelen presentarse en la

prctica de aquellos.

a) En casos de ruptura de una conexin se produce un arco que se alarga rpidamente por la

fusin de los conductores y que, ensebndose seguidamente con otra parte del bobinado

dar lugar a un cortocircuito con todas las consecuencias perjudiciales. Este arco volatiliza el

aceite, y defectos de este gnero se sealan por los humos de aceite que se escapan de la

cuba.-

b) Cuando existe una falta de aislamiento con la masa, se produce un arco entre este punto del

bobinado y la cuba u otra parte del cuerpo del transformador, el cual volatiliza el aceite y fluye


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a este lugar del bobinaje, provocando serias quemaduras. sta perforacin a la masa es a

menudo causada por las sobre tensiones.-

c) En caso de cortocircuito o sobrecarga brusca, se producir un aumento fuerte de temperatura

y principalmente en las capas interiores del arrollamiento. El aceite contenido en las bobinas

se volatiliza y descompone rpidamente; los gases resultantes son lanzados bruscamente

como por una explosin al interior de los arrollamientos en forma de pequeas burbujas.-

d) A causa de la modificacin de las propiedades qumicas del aceite que reducen su rigidez

electroesttica, es posible que ciertas partes del arrollamiento estn sometidas a sobre

tensiones muy elevadas, y ello da origen a descargas cuya repeticin puede daar

seriamente al transformador. Estas descargas descomponen al aceite y provocan la

formacin de gas. Tambin los efluvios que se forman producen un resultado anlogo.-

e) Si las juntas entre los ncleos y las culatas no estn bien establecidas, o si el aislamiento de

los bulones que comprimen los paquetes de planchas es defectuoso, pueden producirse

corrientes de Foucault intensas. Este accidente provoca igualmente un aumento local de

temperatura, vaporizando el aceite con produccin de gases.

Se ve que en todos los casos sealados hay formacin de gases, y estos son

utilizados para accionar el rel Buchholz, que debe intercalarse en el tubo que une la cuba del

transformador al conservador de aceite.

La siguiente Figura muestra un Rel Buchholz. La caja a, que est normalmente llena

de aceite, contiene a los flotadores B1 y B2 mviles alrededor de sus ejes.

Cuando por causa de un defecto poco importante se producen pequeas burbujas de

gas, stas se elevan en la cuba hacia el tanque conservador de aceite y son captadas por el

aparato y almacenadas en la caja, cuyo nivel de aceite baja progresivamente. El flotador

superior B1 se inclina y cuando la cantidad de gas es suficiente cierra los contactos que

alimentan los circuitos de alarma asociados a B1.

Si contina el desprendimiento de gas, el nivel del aceite en la caja baja ms, de forma

que los gases pueden alcanzar el conservador de aceite.

Una mirilla que contiene la caja permite observar la cantidad y el color de los gases

captados. De la primera se obtiene la indicacin de la importancia del defecto. Del color de los

gases se deduce el lugar de la produccin del defecto, as: los gases blancos provienen de la

destruccin del papel, los gases amarillos se producen por el deterioro de las piezas de

madera, y los humos negros o grises son provocados por la descomposicin del aceite.

El flotador inferior B2 conserva su posicin de reposo si el desprendimiento de gas es

lento. Si el defecto se acenta, el desprendimiento se hace violento y se producen gruesas

burbujas, de modo que el aceite es enviado bruscamente por choque a travs del tubo y hacia

el conservador de aceite. Esta corriente rodea el flotador B2, arrastrndolo, y ello provoca el

cierre de sus contactos que accionan el mecanismo de desconexin de los interruptores de

AT y BT poniendo al transformador fuera de servicio.


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El mismo resultado se obtiene en caso de sobrecarga peligrosa para el transformador. Las

numerosas pequeas burbujas expulsadas de todo el bobinaje a causa del calentamiento de

los bobinados, actan como si se tratara de gruesas burbujas a modo de choque, que lanza

bruscamente el aceite y arrastra el flotador B2. Esta accin es tan rpida que la desconexin

se produce antes de que el transformador pueda ser averiado por la sobrecarga.

Hay que observar que la aparicin de las pequeas burbujas gaseosas no se manifiesta ms

que cuando la temperatura de los bobinados se eleva de tal modo que el aceite se volatiliza

en su interior; dicha temperatura no puede ser inferior a 150C, a la cual la volatilizacin se

produce. Ahora bien, sta temperatura puede ser soportada pasajeramente por los bobinados

sin inconveniente alguno, y a partir de ella el Rel Buchholz pondr el transformador fuera de

servicio.

Los contactos son as mismo accionados cuando el nivel del aceite desciende por debajo de

un lmite determinado, bien por defecto de control o por causa de una fisura en la cuba. El

aire que se encontrase en el transformador ser igualmente captado por el Rel y la seal de

alarma funcionar.

Sobre la tapa del instrumento van fijados los bornes de contactos que cuando se trata de

instalaciones a la intemperie se protegen por medio de apropiada cubierta. Un grifo h permite

la salida de los gases acumulados en la caja, a los cuales se inflama para apreciar si se trata

B1

B2

a

h i


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de gases de aceite o de aire que hubiese penetrado en el transformador. Otro grifo de ensayo

i permite comprobar, haciendo funcionar el aparato por medio de una bomba auxiliar, que los

contactos, flotadores, conexiones, etc., se hallan en buen estado. Este ensayo debe

realizarse terminado su montaje o durante el servicio despus de cada vez que haya

funcionado el dispositivo.

2.7 Rigidez Dielctrica del aceite.

La rigidez dielctrica es una medida importante de los esfuerzos elctricos que un aceite aislante puede soportar sin fallar. El valor de la tensin de ruptura depende del contenido de agua y partculas que pueda contener el aceite. Es especialmente importante controlarla siempre antes de poner un transformador en servicio. Adems, luego de la puesta en servicio se deber controlar al menos 1 vez por ao.

Usualmente se mide aplicando tensin creciente, con velocidad de crecimiento controlada, entre un par de electrodos sumergidos en la muestra. Existen varias normas para realizar este ensayo, las cuales contemplan distintas formas de electrodos y separacin de los mismos, velocidad de crecimiento de la tensin aplicada, cantidad de pruebas a efectuar sobre cada muestra, uso o no de agitadores para remocin del carbn despus de cada descarga entre electrodos y criterios de aceptacin.

En Argentina usamos generalmente la Norma IRAM 2341 (Similar a la IEC 156), la cual prescribe electrodos semiesfricos con una separacin de 2,5 mm y velocidad de crecimiento de la tensin de 2 kV/s, contemplando adems el uso de un agitador luego de cada disparo y que permite remover el carbn que pudo haber quedado entre los electrodos.

Para proceder al ensayo se coloca la muestra en el recipiente contenedor del Equipo de Rigidez Dielctrica y se lo deja reposar 10 minutos. Si el equipo no es automtico, se efectuarn 6 determinaciones con medicin del valor de tensin para el cual se produce el arco entre electrodos. Entre medicin y medicin es necesario dejar transcurrir 2 minutos y proceder durante ste a la remocin del aceite ubicado entre los electrodos con el agitador del equipo de medicin. El valor de rigidez dielctrica de la muestra se toma como el promedio de las ltimas 5 determinaciones (se descarta la primera).

Caractersticas del aceite mineral para transformadores: Densidad a 20 C

0,9

Viscosidad a 50C

2,5 Engler

Calor especfico por unidad de volumen

0,45

Constante dielctrica a 20 C y 50 Hz

2,2

Coeficiente de dilatacin para un t = 100 C

7%

Inconvenientes: -Es inflamable. -Presenta tendencia a la oxidacin, lo cual reduce sus cualidades dielctricas ya que provoca aumento de acidez y viscosidad con formacin de lodo. -Requiere tratamientos frecuentes. -Reacciona con el Hierro y el Cobre, los cuales actan como catalizadores produciendo depsitos de barro. -El coeficiente de dilatacin es elevado, por lo cual necesita de un tanque de expansin.

Algunos datos:

Potencia en kVA 20 40 63 100 200 500 1000


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Capacidad de aceite en lts. 88,2 137,7 157,5 186,3 261 432 812,7

Ejemplo: para un trafo. de 200 kVA se debe proyectar un tanque de expansin para

un volumen mnimo de .27,18100

7261lts

Tratamiento del aceite -Siendo su rigidez dielctrica normal en servicio de 10 kV/mm

-Se debe proceder al secado cuando esta baja a 7 kV/mm, que corresponde a un contenido de humedad del 0,02%.-

-El mejor equipo para el tratamiento del aceite (limpieza y secado) es aquel compuesto por: una bomba que toma el aceite de la parte inferior del transformador y lo introduce en un recipiente al que se le practica el vaco. Se baja la presin a valores tales que produce la evaporacin del agua a 55 C aproximadamente. En esas condiciones el aceite sale seco, luego se lo hace pasar por filtros de papel para su limpieza y se lo ingresa al transformador por su parte superior.-

-El mejor equipo es aquel que no produce espuma, ya que sta, por su contenido de aire, disminuye la rigidez dielctrica y obligara a hacer reposar al trafo. por lo menos durante 24 hs. para que se eliminen las burbujas y se pueda, luego, poner en servicio.-

-Los equipos que no producen espuma, en cambio, pueden tratar los trafos an en servicio Las caractersticas para los aceites nuevos sin uso, en nuestro pas estn determinados por la Norma IRAM 2026, fijando para todos los tipos de aceite, inhibidos y no inhibidos, un valor mnimo de 10 kV/mm.

Los valores recomendados para transformadores nuevos y en servicio son los siguientes:

Tensin mxima de

servicio

TRANSFORMADOR NUEVO

TRANSFORMADOR EN SERVICIO

Hasta 36 kV

60 40 28 45 32 25

De 36 a 170 kV

65 45 29 50 36 26

Mtodo de Ensayo

IEC 156 IRAM 2341

ASTM D1816

ASTM D877

IEC 156 IRAM 2341

ASTM D1816

ASTM D877

2.8 Ensayo de hermeticidad.

Con el aceite del transformador a temperatura ambiente, se somete al transformador a una sobrepresin de 0,50 kgf/cm

2 durante 3 hs,

verificndose a simple vista que no existan deformaciones permanentes y/o prdidas de aceite.-

3. ENSAYOS ESPECIALES

3.1 Medicin de tangente delta.

El objetivo del ensayo es:

Evaluar la condicin y calidad del


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sistema aislante en transformadores de potencia mediante la medicin de tg expresada en %.

Medicin de las capacidades parciales y totales que forman un sistema trifsico.

Obtencin de las potencias de prdidas.

ESQUEMA DE ENSAYO INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS a) Incrementos en el factor de potencia pueden deberse a:

Contaminacin del sistema de aislamiento.

Deterioro Qumico.

Daos por sobrecalentamiento.

Presencia de humedad.

3.2 Medicin de descargas parciales.

En el interior de todos los sistemas de aislamiento existen imperfecciones denominadas "vacos". Las causas pueden ser numerosas, pero al final estos vacos actan como elementos iniciadores que influyen en la aparicin y posterior evolucin de la descarga parcial (DP). La DP es el movimiento localizado de la carga que daa el aislamiento circundante. Con el tiempo, este dao acumulado puede causar fallas.

Consecuencias:

Las descargas parciales acortan el tiempo de vida de los sistemas de aislacin y causan una serie de interferencias con las medidas, control y comunicaciones elctricas. Por lo tanto las descargas parciales pueden llegar a ser la causa de serias prdidas econmicas al producir reparaciones y cambios prematuros en los equipos elctricos, prdidas de eficiencia y seguridad en la operacin de los sistemas de comunicacin y por ltimo la interrupcin del servicio de suministro de energa.


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Naturaleza del fenmeno:

Cuando el material aislante es sometido a una diferencia de potencial y debido a la presencia de un campo elctrico el cual tiende a concentrarse en la cavidad, se produce la ionizacin del gas presente en stas, dando origen a una descarga elctrica. Mtodos de deteccin de las descargas parciales:

MTODOS ELCTRICOS.

MTODOS QUMICOS.

MTODOS ACSTICOS. Sensor acstico:

Espectro electro - acstico Esquema de ensayo:


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3.3 Verificacin del comportamiento del transformador ante cortocircuitos externos en bornes.

En aquellos casos que el comprador lo requiera, el mismo se deriva a los laboratorios oficiales de las Universidades Nacionales de La Plata (Laboratorio de Alta Tensin de La Plata) y/o Ro Cuarto. La potencia disponible en estos laboratorios permite ensayos de cortocircuito en transformadores de hasta 1000 kVA con tensiones primarias de 13200 V y secundarias de 400-231 V. El ensayo se realiza en un todo de acuerdo a la Norma IRAM 2112.

4. NORMAS DE ENSAYOS.

Los ensayos de recepcin descriptos en los puntos 1 a 3 se basan en las Normas Argentinas de

transformadores (IRAM 2250 y Complementarias).

Cabe recalcar que las normas IRAM 2250 y Complementarias son bsicamente una traduccin de las normas IEC 60076, cumpliendo en consecuencia los ensayos descriptos

anteriormente con dichas normas.

4. NORMAS DE ENSAYOS.

Los ensayos de recepcin descriptos en los puntos 1 a 3 se basan en las Normas Argentinas de transformadores (IRAM 2250 y Complementarias).

Cabe recalcar que las normas IRAM 2250 y Complementarias son bsicamente una traduccin de las normas IEC 60076, cumpliendo en consecuencia los ensayos descriptos anteriormente con dichas normas.

ANEXO: Protecciones del transformador

PROTECCIN DEL TRANSFORMADOR

El transformador se encuentra entre las mquinas elctricas ms importantes de todas las

existentes en los sistemas elctricos de potencia. Las fronteras de generacin, transporte y

distribucin no podran delimitarse sin la existencia de estas mquinas. Su proteccin resulta

fundamental, no slo para su supervivencia, sino para la de todo el sistema elctrico.

En transformadores dotados de protecciones como Rel Buchholz, Termmetro cuadrante,

Imagen trmica, proteccin de cuba, Nivel magntico, Rel de f lujo, que son los ms comunes,

debe realizarse una calibracin y contraste peridico evitando as salidas de servicio por falso

registro o la no deteccin de fallas por obstruccin de mecanismos, caeras, envejecimiento de

juntas o contactos superficialmente oxidados, chisporroteados o flojos.

Realizar mantenimiento adecuado de cada uno de los elementos de proteccin y luego simular

disparo o alarma segn corresponda para verificar su selectividad adecuada a los requerimientos

o modificarla a nuevos valores de los parmetros de funcionamiento.

INTRODUCCIN


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Un transformador quemado puede ser el resultado de uno o varios fallos en su origen, que pueden

ir desde una sobrecarga elctrica o trmica mantenida hasta un defecto en el sistema de

refrigeracin, o un fallo constructivo que hubiese afectado a los devanados en su origen. El

objetivo de esta clasificacin no es otro que establecer las causas particulares que pueden motivar

una avera en la mquina.

PROTECCIN CON REL DE SOBRECORRIENTE

La proteccin con rel de sobre corriente se emplea en transformadores de mayor importancia.

Si la carga en el transformador es diversificada, con motores no muy grandes cuyas corrientes de

arranque pudieran ser parmetros limitantes, se considera la corriente del rel 1.5 veces la

corriente nominal del transformador, esto es, muchas veces suficientes para permitir que los rels

admitan los desbalances de la corriente de carga.

INDICADOR DE NIVEL DE ACEITE

Los indicadores de Nivel de Aceite son dispositivos de medida con o sin contactos. Suelen fijarse

al tanque de expansin de transformadores de distribucin y potencia para medir el nivel de

aceite. Fuga de aceite desde el tanque de expansin es prevenida por medio de un diseo que

separa el flotador del elemento indicador. No hay necesidad de reajustes ni re-calibraciones

durante la vida del aparato.

DISPOSITIVO DE IMAGEN TRMICA

La medida de la temperatura de los arrollamientos puede hacerse por medio del termmetro de

mercurio, pero para ello es preciso que no se hallen bajo tensin. Sin embargo, en los

transformadores es de suma importancia la medida de la temperatura del cobre, puesto que de

ella depende la vida ms o menos larga de aquellos.

Con este objeto se emplean elementos de resistencia que pueden ser montados en los

arrollamientos, durante la construccin, y que permiten la medida de la temperatura del cobre.

Esta medida se basa en la variacin de resistencia de un elemento inserto en un puente de

Wheatstone, en el cual va colocado el instrumento indicado.


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El elemento se conecta al puente por medio de un transformador de tensin, con lo cual el aparato

no recibe el voltaje de servicio.

Este mtodo presenta grandes ventajas porque permite alejar a voluntad el puesto de observacin

del punto de medida y efectuar la determinacin de varias resistencias con el mismo aparato.

Presenta por el contrario, el inconveniente de que el montaje de los elementos en los

arrollamientos es difcil, sobre todo a causa de las conexiones que deben atravesar el aislamiento

de dichos arrollamientos. El debilitamiento inevitable de este aislamiento impide utilizar tal mtodo

para las tensiones superiores a 100 kV.

Por esta causa es empleado, en los transformadores de regular capacidad, el dispositivo llamado,

de imagen trmica, que es en suma un elemento de resistencia con cuerpo de caldeo. Partiendo

del hecho de que la temperatura del cobre depende de la que tiene el aceite y de la cantidad de

calor producido por las prdidas, es posible reproducir en imagen las mismas condiciones de

temperatura que en el transformador. La constante de tiempo debe ser la misma que la del

transformador, y las constantes de enfriamiento en relacin con la masa.

El dispositivo de imagen trmica est constituido en la forma siguiente: un termmetro de

resistencia propiamente dicho, se encuentra en la parte del aparato que se haya sumergido en el

aceite del transformador y en el interior de un tubo perforado de material aislante. ste tubo sirve

de soporte a la resistencia de caldeo, que es atravesada por una parte de la corriente secundaria

de un transformador de intensidad, situado en el circuito de alimentacin del transformador de

potencia protegido. La resistencia de caldeo est alojada en un recipiente metlico provisto de

nervios interior y exteriormente que, estanco y lleno tambin de aceite, va sumergido en el aceite

del transformador de potencia. Las partes del aparato que se encuentran debajo de la tapa de

aquel y rodeadas de aceite, se protegen con una envolvente cilndrica de plancha perforada.

En la parte superior del aparato, encima de la tapa del transformador, se coloca una resistencia

ajustable, conectada en paralelo con la resistencia de caldeo. Los conductores de las resistencias

y del termmetro de resistencia se conectan en una placa de bornes. Una cofia metlica protege

esta parte del aparato contra las gotas de agua y al mismo tiempo permite su aireacin para

refrigerarlo.

El recipiente metlico puede ser construido con un nmero de nervios diferente, lo cual permite

adaptar la constante de tiempo del termmetro de resistencia a la del bobinado del transformador.

Si no pasara corriente por la resistencia de caldeo, el aceite del recipiente tendra la misma

temperatura que el del transformador de potencia; pero esta resistencia se alimenta por un

transformador de corriente, y es por lo tanto, recorrida por una intensidad proporcional a la que da

el transformador de potencia, resultando de ello un calentamiento del aceite del recipiente que

corresponde a la diferencia entre la temperatura el arrollamiento y la del aceite de la cuba.

El instrumento indicador es de cuadro mvil con escala dividida en C. Si las dos constantes de

tiempo estn bien coordinadas, el instrumento indica de una manera bastante precisa las

variaciones de temperatura en el arrollamiento del transformador.

El instrumento indicador se construye en general para que accione, por contactos de mxima, una

seal de alarma o provoque la desconexin del interruptor tan pronto como la temperatura

sobrepasa los valores determinados.

El instrumento puede tambin ser reemplazado por un dispositivo metlico que acte directamente

sobre uno o dos contactos independientes que correspondan a temperaturas regulables.


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El dispositivo de imagen trmica es, segn lo expuesto, una proteccin eficaz contra las

sobrecargas.

PROTECCIN INTEGRAL DE TRANSFORMADOR.

Es un dispositivo electrnico que permite coordinar todas las protecciones en un solo equipo y

coordinarlas debidamente para su actuacin en caso de falla.

A continuacin se observa una fotografa ilustrativa de uno de estos dispositivos. Generalmente,

en la actualidad, pueden ser conectados a HMI con sistemas de comunicacin TCP/IP o va fibra

ptica.

SISTEMA DE REFRIGERACION

Verificar el buen funcionamiento de los accesorios del transformador especialmente de los de vital

importancia como radiadores y ventiladores. La vida til de un material aislante depende de la

temperatura de funcionamiento con que trabaja por lo que mantener una buena refrigeracin es

primordial para un transformador. Las verificaciones ms importantes son limpieza de la superficie

de los radiadores libre de obstruccin a la circulacin de aire, prever y eliminar futuras

construcciones que impidan la libre circulacin de aire, eliminar prdidas de aceite y verificar que

los electro ventiladores funcionen girando en sentido adecuado y cuando la temperatura llegue al

valor previamente seleccionado mediante la proteccin de imagen trmica que seguramente

tendr a su cargo esa funcin. En general los motores de los electro ventiladores son de sentido

axial y vertical por lo que es conveniente un mantenimiento peridico de los mismos.

SECADOR DE AIRE

En el mantenimiento de un transformador es de vital importancia controlar la coloracin de la

carga del gel de slice del secador de aire. Adems es importante mantener el nivel de lquido en

el vaso receptor, ste se utiliza para hacer burbujear el aire en l y de esta manera hacer decantar

partculas slidas contenidas en el aire. De lo explicado se deduce que en el vaso, quedan las

partculas slidas y la humedad es atrapada por el slice del secador. Podemos concluir que el des

humectador, adems de deshumedecer el aire, lo limpia de impurezas en el mismo. Su coloracin,

que indica el grado de humidificacin, es azul cristalino en su estado activo, exento de humedad,


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y cambia a rosa claro cuando de humedece. El secador de aire se compone de un cuerpo de

material transparente que contiene Silicagel. Este recipiente est cubierto por una tapa que a su

vez permite conectar al conjunto con el tanque de expansin. El deshidratador funciona de la

siguiente manera: la disminucin del nivel de aceite en el tanque de expansin, produce

una depresin en la cmara de aire del mismo. El aire hmedo externo penetra por los orificios del

vaso, burbujea a travs del aceite que se encuentra contenido en el, pasa por el cilindro

de aspiracin en donde entra en contacto con el Silicagel, el cual retiene la humedad, permitiendo

que al tanque de expansin solo entre aire seco.

El paso del aire a travs del aceite, impide la absorcin intil de humedad por parte del Silicagel,

ya que impide que este est en contacto permanente con el medio exterior, evitando que los

cristales se saturen en poco tiempo.

El Silicagel puede regenerarse tantas veces como sea necesario, calentndolo en un horno a una

temperatura de 150 a 200 C. Convenientemente tratado el Silicagel tiene vida casi ilimitada ya

que puede ser reactivado sin que varen sus propiedades qumicas y fsicas.

Es necesario evitar todo contacto del Silicagel con el aceite, aun en mnimas cantidades.

El Silicagel empapado en aceite adquiere una coloracin marrn oscura y hasta negro. Una vez

que ha alcanzado este estado, ha perdido su propiedad de absorcin, no pudiendo ya reactivarse.

..OooOO--..

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Ensayos y Mantenimiento