CAPITULO 4. SECADO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD COORDINACIÓN DE DISTRIBUCIÓN

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CAPITULO 4: SECADO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Una vez construido un transformador de distribución o de potencia es preciso secar perfectamente el aislamiento solido de su interior, antes de sumergirlo en aceite aislante. Este material aislante es principalmente celulosa, compuesta por una larga cadena de anillos de glucosa. Si no se seca correctamente, el rendimiento del aislamiento se deteriora y con ello se reduce la resistencia eléctrica y mecánica del transformador. Aun cuando en la fábrica se hayan hecho estas pruebas y secado es necesario repetirlas, ya que en el transporte de estos equipos hay muchos elementos que sufren desperfectos debido a las vibraciones y los impactos del traslado. También al armar estos transformadores al recibirlos es necesario destaparlos y trabajar en su interior por lo que tienden a humedecerse y se hace un nuevo secado. En los equipos que ya estaban en operación y a los cuales se les hace mantenimiento mayor, es también necesario efectuar un secado, ya que habrá necesidad de sacarle el aceite, hacerle una revisión y lavado interior y otros múltiples trabajos. Para secar el aislamiento en transformadores de gran potencia se siguen normalmente los métodos de circulación de aire caliente y de secado en fase de vapor, en ambos casos en cámara de vacio. Para los transformadores de diseño especial, conocidos como transformadores acorazados, se aplica el método de secado por rociado de aceite caliente. Sin embargo, con independencia del método que se utilice, el proceso de secado en si es caro y consume mucha energía. La duración del proceso y consumo total de energía son, por consiguiente, factores decisivos al elegir el procedimiento de secado mas conveniente. 4.1.- RECOMENDACIONES ANTES DE INICIAR EL SECADO Generalmente los transformadores de potencia se reciben desarmados, ósea, sin las boquillas o bushines, sin radiadores de enfriamiento y sin aceite aislante; se reciben sellados y con nitrógeno seco para evitar que se humedezcan. Cuando ya se encuentra en la subestación el transformador deberá procederse a armarlo, instalándole las boquillas, radiadores, tanque conservador, etc. Se revisara interiormente y se dejaran las tomas necesarias para conectar el equipo de vacio, para pruebas de vacio, para inyección de nitrógeno, para el llenado de aceite y para indicación de nivel de aceite.


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Lo referente a la revisión interna se trata en forma separada ya que esta incluye bastantes conceptos. Si el secado se va hacer calentando con aceite aislante, se dejara instalada en el interior del transformador una regadera de manera que el aceite bañe los devanados y núcleo abarcando la mayor superficie posible para lograr un calentamiento completo y uniforme de la unidad se procurara que esta regadera pueda sacarse fácilmente después de haber terminado el secado y llenado de aceite del transformador, hasta cubrir sobradamente el núcleo y los devanados. Si no se dispone de las especificaciones de fabrica en cuanto a las presiones positivas y negativas que aguanta la cuba o tanque del transformador, será necesario ver que refuerzos interiores y exteriores tiene el tanque, para asegurarse que aguantara el alto vacio sin deformarse, en los casos en que se tenga duda si aguantara el vacio el tanque, la tapa superior y los radiadores, se pueden instalar reglas en varias partes de las paredes del tanque y en la parte superior o tapa y comenzar a hacer vacio poco a poco para ver el grado de deformación que va ocurriendo. En el caso de los radiadores se pueden medir sus paredes para ver si no se aplastan demasiado con el alto vacio. También puede hacerse una prueba con un radiador sin instalar aplicándole vacio con la maquina de vacio. En caso de que la tapa sufriera mucha deformación se le pueden poner refuerzos por la parte interior o exterior de manera definitiva ya sea atornillados o soldados. Las paredes del tanque pueden también reforzarse si fuera necesario. 4.2.- MÉTODOS DE SECADO PARA TRANSFORMADORES DE POTENCIA 4.2.1.- SECADO POR CALOR INTERNO El secado de los aislamientos de un transformador de potencia es una necesidad para la operación confiable del mismo, por lo cual se debe prestar la mayor atención y cuidado. El procedimiento de secado se fija según las características del equipo y condiciones del lugar de utilización, así como de los medios disponibles. El método de secado por calor interno también se lo conoce como método de corto circuito y consiste en la generación de calor dentro del transformador al colocar en corto circuito el devanado secundario y alimentado con corriente alterna el devanado primario, y de aquí proviene su nombre. Este método se puede realizar de dos maneras:


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a) El transformador sin aceite b) El transformador con aceite

4.2.1.1.- SECADO POR CALOR INTERNO SIN ACEITE El transformador sin aceite, se coloca en su tanque y destapado para que pueda circular aire. El devanado de baja tensión se conecta en corto circuito, alimentando el devanado de alta tensión con un voltaje de valor adecuado para que la corriente que circule por las bobinas produzca un aumento de temperatura entre 80 y 90ºC, medidos por la elevación de su resistencia. Se calcula que aproximadamente será precisa una quinta parte de la corriente nominal. Hay que hacer notar que las conexiones se harán en las terminales de las bobinas, de tal forma que la corriente circule por todo el devanado. Para que el secado sea efectivo, es necesario mantener la temperatura precisamente entre 80 y 90ºC. Las ventajas y desventajas de este método son:

• Es lento e inseguro, por que la humedad puede quedar en los devanados de alta tensión

• Existe el peligro de sobre calentamiento excesivo en el aislamiento de los devanados, debido a los puntos calientes sobre los cuales no se tiene control.

• Es un método de secado en el campo, ya que no es necesario contar con gran equipo

4.2.1.2.- SECADO POR CALOR INTERNO CON ACEITE Se realiza de igual forma que el anterior, con la diferencia de que el transformador esta sumergido en aceite. El calor se genera por el corto circuito, expulsa la humedad de los aislamientos hacia el aceite, y este la elimina a través de la evaporación, pudiendo también auxiliarse con un sistema de recirculación de aceite con desgasificación, centrifuga o filtro prensa. Al igual que en el método anterior la temperatura de los devanados debe mantenerse entre 80 y 90ºC, y el aceite debe estar tan caliente como sea posible, sin exponer los aislamientos a una temperatura demasiado elevada. Para elevar la temperatura, hasta el valor en que la humedad se evapore en el aire, es necesario limitar la radiación de calor, pudiendo controlarse envolviendo el tanque principal con material aislante al calor. Cuando el transformador este equipado con


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radiadores exteriores se suspende la circulación de aceite, cerrando las válvulas de los radiadores; después se extrae el aceite del tanque hasta que su nivel quede por debajo de la conexión superior de los radiadores. Es conveniente que el espacio del aire, sobre el nivel del aceite, tenga bastante ventilación, pues de lo contrario la humedad no se evaporaría. Las tapas de inspección pueden levantarse y en caso necesario, se puede aplicar ventilación forzada con suficiente presión para evitar que la humedad se condense en las tapas y vuelva a caer dentro del aceite. Este inconveniente se puede corregir aumentando la ventilación o disminuyendo la temperatura del aceite. Este método es más efectivo, instalando una pequeña maquina de vacio, para extraer la humedad, como se ilustra en la figura 4.1.

Figura 4.1 Método de secado de transformador por calor interno con aceite

A continuación se mencionan las ventajas y desventajas de este método:

• Es un método de secado en el campo, ya que no es necesario contar con gran equipo

• El vacio aplicado durante el secado, no es muy efectivo por la columna de aceite en el tanque.

• Existe el peligro de sobrecalentamiento excesivo en el aislamiento de los devanados debido a los “puntos calientes” sobre los que no se tienen control.

• Debido a las diferencias de presiones entre la parte superior e inferior de los aislamientos, el secado no es uniforme.


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• La humedad extraída por medio del aceite aislante, esta limitada por la saturación del mismo

• Al terminar el secado, el aceite queda con mucha agua en solución. 4.2.2.- SECADO POR ACEITE CALIENTE Este método es parecido al de secado de transformador por calor interno con aceite, la diferencia es que el aceite es calentado por medio de un calentador, acoplado a una bomba para la circulación continua del aceite, saliendo de la parte inferior del tanque del transformador a la parte superior del mismo. Este procedimiento será más efectivo si se realiza de la siguiente manera:

I. Para eliminar la radiación de calor en el tanque del transformador, se puede envolver este con material aislante al calor.

II. Si el transformador esta equipado con radiadores, estos deberán cerrarse, para suspender la circulación del aceite a través de ellos.

III. Se puede acoplar un filtro-prensa, centrifugadora o desgasificadora para tratar el aceite caliente en una circulación continua.

IV. Si se dispone de una maquina de vacio y el tanque del transformador soporta la presión negativa, esta se deberá conectar en la parte superior como se muestra en la figura 4.2

Figura 4.2 Secado de transformador con aceite caliente


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Las ventajas y desventajas de utilizar este método se dan a continuación:

• Debido a que se emplea poco equipo, es muy utilizado en el campo.

• El vacio aplicado durante el secado no es muy efectivo por la columna de aceite en el tanque.

• Debido a la diferencia de presiones entre la parte superior e inferior de los devanados, el secado no es uniforme.

• La humedad es extraída por medio del aceite y es limitada por la saturación de la misma

• Al termino del secado, el aceite queda con mucha agua en solución 4.2.3.- SECADO POR CALOR EXTERNO La construcción de un horno de secado permanente, como se muestra en la figura 4.3, resulta una buena inversión para el secado de transformadores en fábrica, pero no así para el secado en el campo. El secado en horno se recomienda especialmente para transformadores que recientemente se han fabricado y los hornos deben tener ventilación para que el aire circule libremente y arrastre la humedad de los aislamientos. El calor puede aplicarse con calentadores eléctricos, haciendo circular vapor por serpentines o soplando aire caliente dentro del horno. Para graduar debidamente la temperatura es necesario instalar termómetros. Los hornos provisionales pueden construirse con planchas de asbesto, laminas de hierro o bloques de hormigón o ladrillo y las paredes deben revestirse con materia incombustible y aislante del calor. El sistema de caldeo puede variar, según las circunstancias locales, pero debe evitarse que el hollín y el humo entren en el horno. También deben tomarse precauciones para evitar incendios.


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Figura 4.3 Horno para secado de transformadores

4.2.4.- SECADO POR AIRE CALIENTE Los transformadores de gran tamaño pueden secarse dentro de su propio tanque, sin aceite, soplando aire caliente a través de la válvula principal. La parte superior del tanque debe ventilarse bien o en su defecto cerrar el circuito, tal como se muestra en la figura 4.4.

Figura 4.4 Secado de transformador por aire caliente

Para establecer la circulación de aire en forma adecuada se utiliza un soplador o ventilador pequeño. Como es necesario que el aire caliente pase a través de los conductos de los devanados, se deben colocar pantallas que le cierren el paso entre el conjunto de núcleo y bobinas. La mejor manera de obtener aire caliente es haciéndolo pasar a través de resistencias de rejilla o sobrecalentadores eléctricos. Los calentadores pueden colocarse dentro de una caja a prueba de incendio. La temperatura máxima de los devanados debe de


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oscilar entre 80 y 90ºC y la del aire que llegue de los calentadores no debe exceder a los 125ºC. Como se puede observar en la figura 4.5, puede improvisarse satisfactoriamente una unidad calentadora, utilizando un tambor de aceite vacio, revestido interiormente con varias capas de papel de asbesto. Una de las tapas o extremos del tambor se quita por completo y en el otro extremo se hace un orificio de diámetro suficiente para introducir un tubo de chimenea, que por el otro extremo se conecta por el orificio inferior de la válvula de aceite del tanque. Se toman 20 calentadores eléctricos (del tipo de lamina o cinta de 500 watts de potencia o de 75 cm de longitud por 4 cm de ancho), y se aseguran en dos aros de acero de unos 25 cm de diámetro, el conjunto se suspende dentro del tambor de aceite que debe quedar en posición horizontal y cerca del tanque del transformador. En el extremo abierto del tambor se coloca un ventilador de 40.5 cm.

Figura 4.5 Unidad calentadora improvisada de un tambor de aceite vacio

También puede obtenerse calor por combustión directa, pero es esencial que ninguno de los productos de la combustión llegue a penetrar en el tanque. Este método no debe emplearse sino en casos de mucha urgencia. En casos de extrema urgencia se pueden colocar los calentadores eléctricos dentro del tanque del transformador, especialmente cuando el transformador ha estado expuesto al agua y esta ha penetrado entre las laminaciones del núcleo. Debido al riesgo de incendio y explosión de los gases que pueden generarse con la aplicación del calor dentro del tanque, este procedimiento requiere estricta y cuidadosa vigilancia de expertos. Si por cualquier motivo, no es posible secar el transformador dentro de su tanque puede colocarse dentro de una caja de madera que tenga orificios de ventilación en la


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base y en la tapa. Debe tomarse las mismas precauciones que para secar el transformador dentro de su propio tanque a fin de que el aire circule por los conductos de los arrollamientos o devanados. Al utilizar o seguir este método de secado deben tomarse todas las precauciones posibles para evitar incendios. La combinación de aparatos debe vigilarse muy cuidadosamente durante toda la operación del secado. En caso de que el ventilador o soplador deje de operar, debe desconectarse inmediatamente la rejilla o calentadores de resistencia para evitar recalentamiento para ello resulta muy conveniente que tanto los calentadores como el ventilador se encuentren en el mismo circuito de control. 4.2.5.- SECADO POR ALTO VACIO El método de secado al vacio bien sea por calor interno o externo, es el mas rápido y eficaz cuando se trata de secar transformadores de potencia, que no se encuentren en un grado de humedad alto (mayor de 2%). La extracción de humedad del aislamiento y del aceite se efectúa más fácilmente bajo el vacio, que a la presión atmosférica. Como en el vacio el punto de ebullición es mas bajo, las temperaturas necesarias son menores. Además de muy efectivo puede efectuarse en campo, sin excesivo y complicado equipo adicional. Supongamos que el transformador ha llegado a su lugar de utilización perfectamente seco; entonces la función de aplicar el vacio, es desalojar el aire que haya quedado atrapado entre los aislamientos como resultado de haberle destapado para su revisión interior. Entonces bastara con efectuar un proceso de vacio de 24 horas durante el cual se alcance unos cuantos µmHg para proceder a meter el aceite aislante. Es muy común que el personal especializado utilice el termino “micrones” para referirse valores e vacio alcanzado durante un proceso de vacio. Trataremos de explicar en forma breve y sencilla el origen de este término. Por definición un micrón es la millonésima parte de 1 m. 1 µm = 10-6 m = 10-3 mm La presión atmosférica a nivel del mar tiene los siguientes valores: 1.033 kg/cm2 = 14.22 psi =760 mmHg


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Los valores de vacio se miden en presiones mucho menores que estos valores y se miden en presiones negativas, generalmente en micrones, que por lo común son milímetros columna de mercurio (mmHg). En el caso de que el transformador recibido este húmedo, entonces se requerirá de efectuar un ciclo completo de secado, a la temperatura ambiente que podrá variar de 15 a 45ºC, en cuyo caso será necesario alcanzar un valor de vacio por debajo de 30 micrones. En la tabla 2.1 se pueden observar los valores de humedad residual de acuerdo al vacio alcanzado y temperatura de devanados. El arreglo para el proceso de secado por alto vacio, se ilustra en la figura 4.6. La experiencia en el secado de transformadores de potencia en el campo por este método, nos indica que podemos determinar con bastante aproximación el contenido de agua según la tabla 2.1, de hecho la correlación que existe entre el agua extraída y los valores calculados en pruebas de campo nos afirman la valides y exactitud del método.

Figura 4.6 Método de secado por alto vacio

A continuación se mencionan las ventajas y desventajas de este método:

• Se realiza un secado uniforme en los aislamientos.

• El tiempo de duración es mas corto y los aislamientos no sufren ningún deterioro.


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• En caso de no ser verificada correctamente, la no existencia de fugas en el

tanque principal del transformador, este método se va a desarrollar en un tiempo mayor, hasta detectarlas y corregirlas.

4.2.6 SECADO POR ALTO VACIO Y ACEITE CALIENTE Este método es muy similar al descrito en el punto 4.2.5 siendo variante de adición de un sistema de recirculación de aceite caliente. Los efectos combinados de una temperatura elevada proporcionada por el aceite caliente y el vacio, permite la rápida, eficiente y económica extracción de la humedad del aislamiento. En la figura 4.7 se ilustra este procedimiento.

Figura 4.7 Método de secado alto vacio con aceite caliente

Las ventajas y desventajas de este método son:

• Se realiza un secado uniforme de los aislamientos.

• El tiempo en el cual se realiza es mas corto y los aislamientos no sufren ningún deterioro.


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• En el caso de no ser verificados la ausencia de fugas en el tanque principal, este método de secado se va prolongar en tiempo hasta que no sean detectadas y corregidas.

• El aceite caliente utilizado ya no puede se utilizado en el llenado final, debido al cambio de sus propiedades eléctricas por haber sido calentado.

Después de haber descrito los métodos mas comunes utilizados para el secado de transformadores de potencia, trataremos como información adicional la lista de trabajos que deben efectuarse a un transformador de potencia, utilizando el método de “secado por alto vacio”, tomando en cuenta que el equipo esta en operación.

I. Elaborar programa de trabajo.

II. Conseguir e instalar, si fuera necesario e indispensable otro transformador para sustitución por el tiempo de mantenimiento.

III. Elaborar relación de equipo, material y herramienta a utilizar y concentrarlo en su lugar de utilización.

IV. Elaborar el presupuesto de todos los gastos que originara el mantenimiento, incluyendo materiales y mano de obra.

V. Solicitar y obtener el número de registro para la licencia o libranza correspondiente para sacar de operación el equipo.

VI. Llevar a cabo la licencia o libranza correspondiente.

VII. Poner en servicio el transformador que va a sustituirlo, previamente probado.

VIII. Realizar pruebas eléctricas, al transformador retirado de operación.

IX. Retirar aceite, envasándolo preferentemente en tambores y con ayuda de nitrógeno.

X. Realizar inspección interna, si fuera necesario hacer las correcciones.

XI. Instalar el sistema de vacio.

XII. Inyectar nitrógeno seco a una presión de 7 a 9 psi, instalando manómetro. Verificar fugas en caso necesario corregir, dejar a 5 psi.


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XIII. 24 horas después de haber inyectado nitrógeno, llevar a cabo la prueba de punto de roció para determinar la humedad residual en los aislamientos del transformador.

XIV. Si fuera necesario, se deberán cerrar las válvulas de los radiadores, para efectuar el vacio, únicamente dentro del tanque.

XV. Desalojar el nitrógeno del tanque principal del transformador ventilándolo directamente a la atmosfera hasta tener una presión de 1 psi.

XVI. Iniciar el proceso de secado, arrancando la maquina de vacio, abriendo poco a poco la válvula (localizada entre el tanque principal del transformador y la propia maquina de vacio). Puede considerarse un tiempo de 2 horas para abrir totalmente dicha válvula.

XVII. Inmediatamente después de tener la válvula abierta, se deberá instalar (en el lugar donde se encontraba el manómetro), el vacuometro de mercurio, el cual nos indicara el valor de vacio que se obtiene durante el proceso.

XVIII. Durante todo el tiempo que dure el proceso de secado, se deberán anotar, cada hora las lecturas de vacio, temperatura del indicador de aceite y ambiente, registrándose en las hojas destinadas para dicho propósito.

XIX. Una vez que se han alcanzado valores de 50 o 60 micrones, inclusive menores, y se han estabilizado por mas de 24 horas es indicativo de que estamos en condiciones de llevar a cabo la prueba de punto de roció para determinar la humedad residual en los aislamientos del transformador.

XX. Se suspende el proceso, parando la maquina de vacio y cerrando la válvula entre esta y el tanque principal del transformador, retirando vacuometro e instalando manómetro.

XXI. Se inyecta N2 (previamente probado su punto de roció) al tanque principal hasta alcanzar una presión de 5 psi. Esta operación deberá efectuarse muy lentamente de una presión de 0.5 psi o menos y aumentar conforme aumenta la presión en el tanque.

XXII. Después de 24 horas de haber inyectado el N2 se procede a efectuar la prueba de punto de roció, utilizando ALNOR, siguiendo los pasos descritos anteriormente.


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XXIII. Paralelamente al proceso de secado, deberán efectuarse las pruebas eléctricas al aceite aislante nuevo que se utilizara en el llenado del transformador. También deberá verificarse los dispositivos de control como indicadores de temperatura, TRO, nivel, motoventiladores, etc.

XXIV. Después de haber obtenido un valor de humedad satisfactorio, se procede a liberar el N2 hasta tener una presión de 1 psi. Posteriormente se reinicia el proceso de secado recomendándose por un periodo de 24 horas.

XXV. Después de 24 horas de haberse reiniciado el proceso, y con el vacio sostenido en el transformador, se procede al llenado con el aceite previamente probado, el cual es pasado por una cámara desgasificadora y deshidratadora con la finalidad de que el aceite aislante tenga las mejores características dieléctricas. Generalmente la entrada del aceite al tanque del transformador se efectúa por la válvula superior.

XXVI. Después del llenado de aceite aislante hasta su nivel normal, se deja reposar por un periodo de 24 horas al término del cual se le efectúan las pruebas eléctricas normalizadas.

Para estar en condiciones de poder valorar los resultados obtenidos estos deberán tener los valores de norma como mínimo. De igual forma, para poder valorar la eficiencia de estos trabajos, deberán compararse los valores antes y después del proceso. 4.3.- MAQUINA DE VACIO Las bombas de vacio utilizadas en el secado de transformadores, deberán ser adecuadas en desplazamiento, y vacio final alcanzado. Se pueden conseguir bombas de vacio que varían desde 2 ft3/min de desplazamiento, hasta 300 ft3/min y aun de mayor capacidad, y capaces de alcanzar un vacio final de 10 micrones, (un micrón equivale a la milésima parte de un milímetro de mercurio}. De las marcas de bombas de vacio mas conocidas destacan las bombas Kinney y las Stokes, de las cuales las mas utilizadas en los secados de transformador las Kinney de 46 ft3/min y las Stokes de 80 pies ft3/min. Estas bombas son del tipo de lóbulos giratorios, las Kinney (figura 4.9) son de 2 etapas y las Stokes (Figura 4.8) de una sola etapa; las primeras enfriadas por aire y estas últimas enfriadas por agua. En estas bombas se usa aceite lubricante de turbina marca Mobiol, dte oil heavy medium, este aceite es el equivalente al que recomienda la fabrica de estas bombas


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Figura 4.8 Maquina de vacio Stokes Figura 4.9 Maquina de vacio Kinney 4.3.1.- TRAMPAS DE HIELO SECO Los equipos de secado se formaron instalando en una base metálica, la bomba de vacio y una trampa de hielo seco, con sus respectivas válvulas. Al equipo Stokes se le hizo una unidad para el enfriamiento por agua, consistente en un radiador, ventilador y bomba de agua, accionados por un motor eléctrico. La trampa de hielo seco, como la mostrada en la figura 4.10, viene siendo un recipiente con dos cámaras separadas; una de las cámaras va conectada al sistema de vacio y en las paredes de la misma se va congelando la humedad que se extrae del transformador en forma de vapor húmedo; la otra cámara va llena de hielo seco y es lo que hace que la humedad se congele. En esta forma casi la totalidad de los gases húmedos son congelados en la trampa y solamente una mínima parte pasa a la bomba de vacio y al aceite de la bomba. Existen también trampas refrigeradas, las cuales no usan hielo seco, su construcción es similar a las de hielo seco, con la diferencia que estas tienen un equipo de refrigeración especial que alcanza temperaturas menores de 40ºC bajo cero. Cuando se usa hielo seco en la trampa, la humedad que se saca del transformador se condensa en dicha trampa haciéndose hielo, cuando se termina el ciclo de secado, se descongela la trampa calentándola con resistencias o con un soplete y sacando el agua por la parte inferior de la misma.


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La cantidad de agua que se saca en cada descongelada o ciclo se mide para llevar el control durante el secado y saber al final la cantidad total de agua que se le extrajo al transformador. Cuando no se usa hielo seco en la trampa, es necesario hacer cambios de aceite muy frecuentes a la bomba de vacio; cada 4 o cada 6 horas, según sea la humedad del transformador; la humedad que se le saca al transformador se queda casi toda en el aceite de la bomba, y una cantidad muy pequeña alcanza a salir por la descarga de la bomba, en estos casos se puede medir la cantidad de aceite que se le saca a la bomba de vacio en los cambios de aceite para llevar un control aproximado del agua extraída al transformador. Usando hielo seco en la trampa, los cambios de aceite a la bomba se pueden hacer cada 12 0 14 horas de secado. Al descongelar la trampa queda algo de humedad en ella y al arrancar de nuevo la bomba de vacio, esta tendrá que extraer esta humedad primero, ya que aun cuando se llene de nuevo la trampa con hielo seco no congelara esta humedad inmediatamente, por lo que se recomienda arrancar la bomba de vacio teniendo la válvula que comunica con el transformador, cerrada durante unos 15 o 20 minutos y después ir abriendo esta válvula poco a poco hasta normalizar de nuevo el vacio en el sistema. Por lo anterior expuesto es más conveniente hacer ciclos de secado largos, de 48 a 72 horas para aprovechar más tiempos de secado con menos periodos de interrupción.

Figura 4.10 Trampa de hielo seco (izquierda) y bomba de vacio (derecha)


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4.3.2.- MEDIDORES DE VACIO En los secados de vacio es indispensable el medidor de vacio o vacuometro. Si no se cuenta con un medidor adecuado y de alta precisión, no será posible conocer el rendimiento real de la bomba de vacio, ni llevar el control del secado de los transformadores. Los vacuometros normales o comunes de carátula y aguja indicadora, no son adecuados ya que este tipo de aparatos tienen su escala marcada en mmHg y en pulgHg, no siendo posible leer en ellos vacio de µm, por lo tanto es necesario utilizar medidores de más precisión. Existen medidores de alto vacio eléctricos y del tipo de mercurio de muy alta precisión y aunque algunos de estos se consideran como equipo de. Laboratorio pueden también usarse en el campo con los cuidados que requieren por ser muy delicados. Un medidor de vacio de tipo eléctrico es el Thermistor de la fabrica Kinnet, este medidor se alimenta con 120 volts de corriente alterna y para tomar la lectura o medición de vacio utiliza un bulbo o elemento sensible que se conecta con un cable especial al aparato. También la fabrica Stokes fábrica un medidor eléctrico similar al descrito anteriormente. Los medidores de vacio o vacuometros del tipo de mercurio se consiguen en varias escalas de acuerdo con los rangos de vacio que se requiera medir hay medidores muy comerciales como los de la marca Stokes y se fabrican con escalas de los µm a 50 mm, De un µm a 5 mm de 0.1 a 500 µm y de 0.01 µm a 5 mm. De las escalas anteriores, las más adecuadas en los secados de los transformadores son los de un µm a 5 mm y la de 0.1 a 500 µm. Estos medidores de vacio se conectaron al sistema que se va a medir por medio de una manguera flexible de pared grueso para que aguante el alto vacio sin aplastarse y con tubo de cobre. Estos medidores están provistos de una trampa química de vapores a través de la cual pasan los gases. Estos aparatos se colocan en posición horizontal si no se esta tomando medición y para tomar las lecturas de vacio se giran a la posición vertical debiendo siempre volverse a la posición horizontal mientras no se tomen lecturas, al tomar la primera lectura de vacio se coloca el medidor lentamente en posición vertical y se espera que


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el mercurio suba hasta la flecha colocada en el lado superior izquierdo, dicho mercurio deberá coincidir exactamente en la flecha ya que esta es la calibración del aparato si la flecha no coincide con el nivel de mercurio, se girara el aparato por medio de un tornillo de ajuste que trae en la parte posterior hasta hacer coincidir el mercurio con la flecha.

Figura 4.11 Medidor de vacio de precisión

4.4.- RELLENO DE ACEITE EN VACIO El relleno de aceite se requiere en transformadores nuevos o reparados que se embarcan sin aceite. Recurra a la tabla 3.3 para determinar si se requiere el relleno de aceite en vacío para un transformador que se ha drenado o abierto para inspección o mantenimiento. Cuando se rellene de aceite un compartimiento LTC, utilice la tabla 3.4 para determinar que tipo de relleno de aceite se requiere. Cuando se transfiera aceite a un transformador de potencia, haga pasar el aceite a través de un sistema de filtro aprobado para eliminar la humedad y los sedimentos. Nunca energice un transformador de potencia sublleno o sobrelleno


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4.4.1.- PRECAUCIONES PARA EL LLENADO DE ACEITE EN VACIO

• Aplique vacio solo en transformadores diseñados para relleno en vacio.

• Nunca permanezca sobre la parte superior del transformador mientras se aplica el vacio.

• Nunca energice un transformador mientras se aplica vacio.

• Algunos transformadores requieren apuntalamientos removibles para vacio; consulte las instrucciones y diagramas del fabricante

• Separe los dispositivos de desahogo de presión y los relevadores de presión se realice el llenado en vacio

Cuando un transformador cuenta con compartimientos de cambios de derivación de carga, puede ser necesario aplicar el vacio de manera simultánea para igualar las presiones. Consulte las instrucciones del fabricante. 4.4.2.- PROCEDIMIENTO PARA EL LLENADO DE ACEITE EN VACIO

1. Elimine todo el aceite del transformador.

2. Pruebe el aceite nuevo y no procesado respecto a la resistencia dieléctrica utilizando el método D877 de la ASTM.

3. El aceite debe tener una tensión de ruptura mínima de 30 KV. Después del

ensamble, presurice el transformador hasta 2 psi agregando nitrógeno seco. Verifique que no haya fugas en el transformador.


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Temperatura de

aislamiento, ºF

Punto de rocío

máximo, ºF

Temperatura de

aislamiento, ºF

Punto de rocío

máximo, ºF

Temperatura de

aislamiento, ºF

Punto de rocío

máximo, ºF

0 -78 40 -44 80 -10 5 -74 45 -40 85 -6 10 -70 50 -35 90 -1 15 -66 55 -31 95 3 20 -64 60 -27 100 7 25 -58 65 -22 110 16 30 -53 70 -18 120 25 35 -48 75 -14 130 33

Tabla 4.1 Limites del punto de rocío basados en los comportamientos de aislamiento

Si la tensión de operación del transformador es

Entonces el tiempo de retención de vacio es

Menor que 115 KV 4h 1115 – 345 KV 6h

Arriba de 345 KV 12h Tabla 4.2 Tiempo de retención de vacio previo al llenado de aceite en el

transformador

Si la tensión de operación del transformador es Entonces déjese en plataforma Menor que 115 KV 4h

1115 – 345 KV 6h Arriba de 345 KV 12h

Tabla 4.3 Tiempo en plataforma antes de energizar al transformador

4. En el caso de transformadores con valores nominales de 115 KV y mayores, después de esperar durante un periodo de 24 horas, efectúe una nueva revisión del punto de rocío para determinar la sequedad del aislamiento del transformador. En cuanto a transformadores nuevos o transformadores dentro de garantía, consulte las instrucciones del fabricante en lo referente a lecturas aceptables de punto de rocío. En el caso de transformadores que no estén en garantía, refiérase a la tabla 4.1. Si no pasa la prueba de punto de rocío, se requerirá el secado del aceite caliente. Después del secado, repita el paso 4.


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5. Realice un vacío de 2 mmHg o menos. Manténgalo durante el periodo de tiempo especificado en el manual de instrucciones del fabricante, si el transformador es nuevo o está en garantía. Si la garantía ha vencido, utilice la tabla 4.2.

6. Manteniendo un vacío de 2 mmHg o menos, admita aceite en la parte superior

de la conexión del transformador. Una vez que se inicia el llenado de aceite, no debe interrumpirse. Se requiere equipo de desgasificación de aceite en transformadores con valores nominales de 115 KV y superiores.

7. Si el transformador es de tipo conservador, detenga el llenado cuando el aceite

alcance un nivel de 2 pulgadas por debajo de la cubierta del transformador. Si el transformador está equipado con una botella de nitrógeno, interrumpa el llenado cuando el medidor del nivel de aceite esté un poco arriba del nivel de 25°C. Lo anterior se hace para compensar la expansión del transformador cuando se interrumpe el vacío y para el enfriamiento del aceite.

8. Rompa el vacío con nitrógeno seco. Si el transformador cuenta con un

conservador con bolsa de aire, o una membrana de separación de aire, añada el aceite restante en los tanques de expansión de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.

9. Extraiga el aire de las ventilas de la bomba de aceite del transformador. Active

todas las bombas y manténgalas en operación mientras, se enfría el aceite.

10. Permita que el transformador se mantenga antes de la energización (o en las bombas de aceite operando) de acuerdo con la tabla de tiempos que se indican en la tabla 4.3. Opere la mitad de las bombas por la mitad del tiempo y la otra mitad por la parte restante.

11. Antes de energizar el transformador, verifique los niveles de aceite en

todos los compartimentos. Bombee aceite hacia la parte superior, si es necesario, para elevar el nivel del mismo hasta la marca de 25°C.

Antes de energizar el transformador, apague todas las bombas de aceite y ponga los controles en automático de manera que ninguna bomba opere antes de la energización. Esto es importante para eliminar la electrificación estática del aceite, la cual podría provocar una falla interna. Este tiempo de espera debe ser un mínimo de 12 h.


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4.5.- SELLADO DEL TRANSFORMADOR Si en el secado de transformador de potencia se va a emplear el método de alto vacio, es de vital importancia que al armar el transformador se tome en cuenta que deberá quedar con un sello hermético en todas las juntas que contiene. Para lograr un sello hermético en las juntas es conveniente usar empaques que tengan la elasticidad adecuada, que no se fracturen con el tiempo o con la compresión y que no se deterioren con el aceite del transformador. Un tipo adecuado y recomendable de empaque es el de corcho-neopreno. Al emplear empaques de corcho-neopreno debe procurarse que dichos empaques no se compriman mas de un 40% de su espesor, ni que sea menor de 30% del espesor su compresión este tipo de empaque generalmente no requiere que se le aplique ningún compuesto sellador a menos que las superficies metálicas de los asientos estén deterioradas.

Si se usa algún sellador debe procurarse que este no afecte las propiedades del aceite y que no se deteriore a causa del mismo aceite. En las juntas o uniones que tienen en una de sus superficies una caja maquinada formando una ranura para alojar el empaque, dicho empaque deberá cortarse lo mas preciso posible ya que normalmente la ranura donde encaja el empaque es muy angosta y si no se hace a la medida, al comprimirlo puede romperse y fallar el sello. Cuando las bridas de las boquillas o bushings y las tapas de registro se sujetan al tanque o cuba del. Transformador por medio de birlos soldados a dicho tanque, estos deben revisarse cuidadosamente para ver que sus roscas no estén dañadas y las soldaduras en sus bases no estén agrietadas con objeto de poder apretar debidamente las bridas de las boquillas y las tapas. Si alguno de estos sirios tiene su rosca defectuosa o su soldadura esta agrietada, debe cambiarse y soldar el nuevo birlo cuando el transformador se encuentre sin sus registros o sea debidamente ventilados para evitar una explosión. Es importante también empacar correctamente la parte de los bushings donde va el conector, usando empaques de espesor adecuado y dándose la compresión indicada.

Estas indicaciones se pueden emplear al sellar las bridas de sujeción de las boquillas, las tapas de registros y las bridas de sujeción de los radiadores de enfriamiento.

Para lograr el sello hermético en el transformador se deben revisar también las válvulas de drene y llenado así como las de muestreo. Los cambiadores de


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derivaciones o tapas deben. Empacar en sus estoperos para evitar fugas en estos puntos. De preferencia debe armarse el transformador con todos sus elementos para que el secado sea completo y procurar no abrirlo a la atmosfera después de efectuar el secado, Y en caso de tener que abrir algún registro, hacerlo cuando ya se encuentre el transformador lleno de aceite hasta cubrir el núcleo. Debe señalarse que los elementos que puedan dañarse con la aplicación de vacio, no deberán incluirse en el secado, tales elementos como diafragmas, flotadores etc., pueden ser desmontados y se instalaran al terminar el secado. Para probar si el transformador esta perfectamente sellado, se le puede aplicar aire a presión, siempre y cuando la presión aplicada no exceda de 1 kg/cm2, para evitar la deformación del tanque o que se dañe una boquilla o alguno de los radiadores. Antes de comenzar a llenar el transformador con aire comprimido, es conveniente drenar la tubería de aire dejando escapar un rato el aire para que salga la humedad condensada en las tuberías y depósitos de aire, después de drenar las tuberías y tanques de aire se procederá a llenar el transformador y desde luego este aire no estará completamente seco y la humedad que se introduzca al transformador será eliminada durante el secado. Si se quiere evitar introducir humedad al probar las fugas con aire comprimido, puede usarse nitrógeno seco en sustitución del aire, tomando en consideración desde luego que este método es mas costoso ya que posiblemente haya fugas en el transformador y sea necesario tirar el nitrógeno y volver a llenar varias veces hasta que se hayan corregido dichas fugas. El método mas sencillo de probar si hay fugas después de haber aplicado aire a presión o nitrógeno a una presión máxima de 1 kg/cm2 o 14.7 psi, es por medio de jabonadura aplicada a todas las juntas o uniones que puedan producir escapes. En cualquier forma que se hagan las pruebas de fuga debe instalarse un manómetro y las válvulas necesarias para controlar y limitar la presión que se requiere.


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4.6.- EVALUACIÓN DE LOS PROCESOS DEL SECADO Existen varias alternativas de procesos de secado de transformadores de potencia, que a su vez pueden comprender diversas etapas o ciclos para obtener los grados de sequedad requeridos con los equipos disponibles por un fabricante. No es posible por lo tanto, establecer un método único de evaluación de los procesos de secado, pero si se pueden establecer los lineamientos generales para este propósito, ya que todos los procedimientos tienen puntos en común como son alcanzar y sostener el tiempo necesario la temperatura y vacio que garantice el buen grado de sequedad de los aislamientos del transformador. Se recomienda por lo tanto, seguir los siguientes pasos:

A. Describir brevemente el proceso de secado, sus etapas y ciclos. Y las características principales de los equipos empleados para este propósito.

B. Registrar los parámetros importantes de control como temperatura de los

aislamientos, vacio, tiempo, presión de vapor, etc. Durante cada una de las etapas o ciclos del proceso.

C. Registrar los parámetros importantes, que pueden afectar las condiciones de

secado cuando se expone el transformador al ambiente para reaprietes, ensambles, conexiones, etc., como son humedad ambiental, tiempo, contaminación.

D. Determinar las etapas en donde sea significativo la aplicación de los métodos

descritos anteriormente.

E. Registrar los resultados parciales y finales de sequedad obtenidos con el proceso de secado empleado.

F. Recomendar los métodos de control de rutina

CAPITULO 4. SECADO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

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