Evaluación de condición de transformadores: Parte 3
En la Parte 2 de esta serie, examinamos la prueba que se aplica con más frecuencia a las muestras de aceite de transformadores, a saber, el análisis de gases disueltos en aceite (DGA): El DGA es ideal para detectar fallas incipientes en el transformador. Sin embargo, no se puede subestimar el valor del diagnóstico en el monitoreo de cambios en las propiedades químicas, físicas y dieléctricas del aceite, ya que éstas también se pueden degradar con el tiempo y afectar el rendimiento del transformador. En la última entrega, examinamos algunas de las otras pruebas que aportan información valiosa adicional sobre la calidad del aceite.
Comprobación de la calidad del aceite: Contenido de agua, saturación relativa y voltaje de ruptura
El agua es la molécula más dañina en el transformador. Cuando se disuelve en el aceite, cataliza las reacciones, debilita los enlaces, atrae otras contaminaciones polares al papel y hace que los ácidos sean agresivos. Por el contrario, el agua residual en el aceite suele hundirse en el fondo del transformador, donde contribuye a la corrosión del depósito, mientras que si se precipita en el bobinado debido a la sobresaturación, puede provocar flameos.
En general, las concentraciones de agua son mucho más bajas en el aceite que en el papel; normalmente, el agua existe en niveles de ppm en el aceite en comparación con niveles de porcentaje de una sola cifra en el papel. Esto se debe a que el propio papel tiene componentes polares (por ejemplo, enlaces de hidrógeno) que, aunque dan al papel una resistencia mecánica adicional, también atraen las moléculas de agua. La presencia de agua en el papel es importante, ya que rompe los enlaces de hidrógeno reduciendo la resistencia física del papel.
Conocer cómo se distribuye el agua entre el aceite y el papel significa que, midiendo el contenido de agua en el aceite, se puede calcular el contenido en el papel. No obstante, los distintos aceites tienen diferentes niveles de afinidad por el agua, por lo que es importante saber qué aceite se está probando: la diferencia es especialmente marcada entre los aceites minerales y los ésteres líquidos. Para complicar aún más la situación, la polaridad del aceite se puede ver afectada por los subproductos del envejecimiento. Por lo tanto, es mejor examinar la saturación relativa de agua en aceite que las ppm. Debe permanecer por debajo del 50% para mantener un voltaje de ruptura dieléctrica adecuado.
En determinadas circunstancias, el agua del papel puede generar burbujas de gas, por ejemplo, durante eventos de sobrecarga del transformador, o durante el arranque antes de que se establezca una circulación adecuada del aceite. En estas condiciones, los conductores pueden calentar el papel por encima de los 100˚C haciendo que el agua se vaporice, aumentando así la probabilidad de formación de burbujas, lo que a su vez puede provocar descargas parciales (DP) y riesgos de daños físicos localizados por DP. La probabilidad de que se formen burbujas depende tanto de la concentración de agua en el papel como de la temperatura; por ejemplo, con un 2% en peso seco de agua en el papel, el riesgo de que se formen burbujas es muy bajo por debajo de 140 °C.
Los aceites para transformadores están diseñados para proporcionar aislamiento eléctrico bajo campos eléctricos elevados. Cualquier reducción significativa de la rigidez dieléctrica puede indicar que el aceite ya no es capaz de realizar esta función vital. El voltaje de ruptura (BDV) es una medida del esfuerzo eléctrico que el aceite puede soportar sin descomponerse. La prueba se lleva a cabo aumentando el voltaje entre dos electrodos dentro de un recipiente de prueba que contiene el aceite de prueba hasta que éste se descompone. La técnica de muestreo desempeña un papel importante en la obtención de resultados significativos del voltaje de ruptura; las partículas y fibras introducidas accidentalmente durante la limpieza de la celda de prueba o de las botellas de muestreo (gamuza, trapos de algodón y toallas de papel) pueden reducir drásticamente el resultado medido.
Envejecimiento acelerado: El factor de potencia, las pruebas de color y la tensión interfacial identifican las características clave
Los transformadores suelen durar como mínimo 40 años, a pesar de que la vida útil de diseño suele ser de unos 25 años, aunque esto no es casualidad. Mantener el activo sellado y funcionando a un nivel igual o inferior al de la placa de datos preservará esta esperanza de vida. Las altas temperaturas, los elevados niveles de oxígeno, el contenido de agua, la acidez y los sedimentos -todo ello en presencia de otros factores catalíticos, como el cobre en los bobinados, los contactos de plata y el hierro- pueden acelerar el envejecimiento del papel y del aceite aislante, además de corroer el metal del transformador.
Hay tres pruebas recomendadas para identificar el envejecimiento o la contaminación del aceite, que permiten una intervención temprana:
- Las pruebas de factor de potencia miden las pérdidas dieléctricas del aceite aislante. A medida que el aceite se oxida con el transcurso del tiempo de servicio, el contenido polar aumenta, lo que se puede detectar a través del aumento del factor de potencia. Esta prueba también puede detectar la presencia de otras contaminaciones en el aceite y, aunque no puede identificar las moléculas reales, pone de manifiesto la necesidad de una investigación más profunda.
- Las pruebas de color son un simple indicador rápido del envejecimiento del sistema de aislamiento; cuanto más oscura sea la muestra de aceite, más envejecido está el aceite.
- La tensión interfacial (IFT) es una medida indirecta de la naturaleza polar del aceite y permite conocer la oxidación temprana del aceite y los contaminantes polares, como el agua o los ácidos. La prueba mide la fuerza de la separación entre el agua y la muestra de aceite. El aceite y el agua deberían formar capas distintas cuando hay poca contaminación en el aceite, pero a medida que el aceite envejece o se humedece, la tensión entre los líquidos se hace menos marcada y, por tanto, más débil, de modo que un resultado de IFT más bajo es peor que uno más alto. Hay que tener en cuenta que la IFT también se ve afectada por la presencia de detergentes, de manera que los depósitos residuales de la limpieza del equipo de muestreo, de los contenedores de muestreo o del recipiente de prueba con dichos tensioactivos, pueden tener un efecto dramático en este parámetro de prueba.
Existen otras pruebas de calidad del aceite que se realizan junto con las anteriores, como la acidez y la densidad relativa, que pueden llevarse a cabo para un examen más profundo de las características del aceite. Para que estas propiedades cambien de forma significativa es necesario que haya una gran contaminación, envejecimiento o sobreprocesamiento, por lo que si cualquiera de estos valores fluctúa entre pruebas, podría ser motivo de preocupación. Si se presenta un problema con el aceite, hay otras pruebas de investigación que se pueden emplear.
Autores:
Simon Sutton cuenta con más de 25 años de experiencia en la industria de transmisión y distribución de electricidad, principalmente en el sector de los cables. Ha trabajado en la industria de suministro de materiales para cables, como responsable de la política de cables de una empresa de servicios públicos de transmisión y en el sector de investigación. Sus intereses también incluyen el monitoreo de condición, las pruebas de diagnóstico, la investigación forense y la gestión de activos. Simon trabaja ahora como Director de Servicios para Altanova, una empresa de Doble, y está radicado en el Reino Unido. Sus responsabilidades incluyen la estrategia empresarial, las relaciones externas y la coordinación de las actividades técnicas en todo el mundo. Simon tiene un título y un doctorado en Física, ambos por la Universidad de Reading. Participa activamente en organismos profesionales internacionales representando al Reino Unido en el Comité de Estudio de Materiales y Técnicas de Ensayo Emergentes de CIGRE, convocando al Grupo de Asesoramiento Estratégico sobre Sólidos de CIGRE y siendo miembro del consejo de redacción de la revista IEEE Electrical Insulation Magazine. Es un Miembro visitante de investigación avanzada en la Universidad de Southampton.
Lance R. Lewand es el Director Técnico del Laboratorio de materiales aislantes de Doble. El Laboratorio de materiales aislantes se encarga de los análisis rutinarios y de investigación de dieléctricos líquidos y sólidos para aparatos eléctricos. Desde sus inicios en Doble en 1992, el señor Lewand ha publicado más de 75 artículos técnicos relacionados con las pruebas y muestreos de materiales aislantes eléctricos y diagnósticos de laboratorio. El Sr. Lewand recibió su licenciatura en ciencias de St. Mary's College of Maryland. Participa activamente en organizaciones profesionales, como la Sociedad Química Americana, es representante del Comité Nacional de Estados Unidos para el TC10 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) e ISO TC28, ASTM D-27 desde 1989, presidente del Comité D-27 de ASTM, presidente del subcomité 06 de Pruebas Químicas, secretario del Comité de Doble sobre Materiales aislantes y ha recibido el Premio al mérito de ASTM para el Comité D-27.
Andy Davies trabaja para Doble desde hace más de 6 años. Su trabajo comenzó con 2,5 años en Oriente Medio, proporcionando una indexación del estado de los activos y orientación sobre el mantenimiento de más de 2400 transformadores para una empresa de transmisión de Oriente Medio. Desde entonces, ha participado en el soporte y la capacitación de herramientas de gestión de activos en línea como dobleARMS e INSIDEVIEW, en el soporte de hardware para equipos de pruebas de aceite portátiles y de campo como Calisto, Myrkos y Domino, y en la consulta de transformadores para clientes ubicados en toda la región EMEA. Antes de trabajar en Doble, colaboró con una empresa de servicios petroleros que ofrecía recuperación de petróleo y soluciones móviles para petróleo que incluían asesoramiento técnico para todos los generadores, contratistas de alto voltaje y empresas de transmisión y distribución en el Reino Unido e Irlanda. Ha dirigido investigaciones sobre disulfuro de dibencilo (DBDS) y acidez en transformadores y sus estrategias de mitigación y tiene un sólido conocimiento de la química del aceite.
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Artículos:
- Evaluación de condición de transformadores – Parte 1: Pruebas comunes y mejores prácticas para implementar de inmediato
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