Curso Aceite 260112 Para VENOCO - Copia

ndice de Contenidos.

LIC. JULIO C. DAZ.

CENTRO DE INVESTIGACIONES APLICADAS (CIAP) PROCESO INSTRUCTORES INTERNOS

Manual de Adiestramiento

EVALUACIN, DIAGNSTICO Y TOMA DE MUESTRA DE ACEITES DIELCTRICOS EN

EQUIPOS DE POTENCIA.

ENERO 2012

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CENTRO DE INVESTIGACIONES APLICADAS (CIAP)

PROCESO INSTRUCTORES INTERNOS

Pg.

Introduccin. 4

Objetivo General.. 5

UNIDAD I.

TRANSFORMADORES

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Definicin de transformadores 7

Tipos de transformadores 9

Componentes o elementos del transformador 10

Sistema de refrigeracin y tipos de enfriamiento 22

Sistema de aislamiento del transformador.. 26

UNIDAD II. ACEITES DIELCTRICOS 28

Composicin de los aceites dielctricos... 29

Funcin de los Aceites Dielctricos.. 34

Tipos de Aceites Dielctricos 34

Propiedades de los Aceite dielctricos. 37

Anlisis Fsico-Qumicos-Elctricos 38

Normas limites recomendados para aceites dielctricos nuevos y

en uso.

50

Normativa vigente para el uso de aceite mineral dielctrico nuevo

en transformadores y dems equipos de potencia en

CORPOELEC. Agosto 2011.

57

Agua en transformadores

59

Degradacin del Aislamiento Slido (Celulosa)

70

Cromatografa de Gases. 74

UNIDAD III GUA PARA LA TOMA DE MUESTRA DE ACEITES

DIELCTRICOS

100

3



Definiciones. 101

Instrucciones generales para la toma de muestras de aceites

dielctricos .... 102

Muestreo de aceites en transformadores . 106

Procedimiento de muestreo bajo condiciones de falla..................... 109

Procedimiento de toma de muestra de aceite dielctrico para

anlisis fsico-qumico-elctrico.

110

Procedimiento para la toma de muestra de aceite dielctrico

para anlisis de gases ..

111

Criterio de los muestreos.... 112

Referencias Bibliogrficas 114

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INTRODUCCION

El sistema de potencia de CORPOELEC es de vital importancia en el desarrollo

sustentable y productivo del pas, y la confiabilidad y estabilidad de este

sistema dependen en gran medida de los mantenimientos preventivos que se

realicen a los equipos de potencia.

Entre los mantenimientos ms comunes o rutinarios, se encuentran las pruebas

elctricas y anlisis de aceites dielctricos. Estas pruebas permiten estimar la

condicin de estos equipos (transformadores, autotransformadores, reactores,

transformadores de medida) y por lgica, permite la operacin confiable y

segura del sistema elctrico. Es de resaltar que las pruebas de aceites

dielctricos realizada a los equipos de potencia para estimar su condicin, es

de fcil aplicacin y la confiabilidad de los resultados depende en gran medida

de la toma de muestra.

El objetivo fundamental de este curso es facilitar las herramientas necesarias

para tomar muestras de aceites dielctricos en equipos de potencia, con la

finalidad de evaluar y diagnosticar en forma confiable y reproducible, para

diagnosticar las condiciones de los equipos de potencia de Corpoelec, lo que

conllevar a un diagnostico de calidad.

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OBJETIVO GENERAL

Al finalizar el curso el participante estar en capacidad de:

Cumplir con el procedimiento adecuado para la toma de muestras de Aceites Dielctricos en forma confiable y

reproducible, as como tambin, reconocer los diferentes tipos de transformadores de potencia y sus componentes bsicos, establecer las propiedades de los Aceites Dielctricos y las normas que permiten Evaluar y Diagnosticar la calidad del

aceite y el estado de los equipos de potencia.

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UNIDAD I

TRANSFORMADORES

OBJETIVO TERMINAL:

Reconocer los diferentes tipos de transformadores

y sus componentes bsicos.

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Definicin del transformador. Se denomina transformador a una mquina electromagntica que permite aumentar o disminuir el voltaje tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. El transformador es un dispositivo que:

Transfiere energa elctrica de un circuito sin cambio de frecuencia.

Lo hace bajo el principio de induccin electromagntica.

Tiene circuitos elctricos aislados entre s, que son eslabonados por un circuito entre s.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la alta o la baja tensin. El transporte de una cierta cantidad de energa elctrica por unidad de tiempo se puede llevar acabo eligiendo la tensin a la que se realiza el transporte o la intensidad de la corriente, resultando la misma potencia elctrica transportada, siempre que el producto de estas dos magnitudes sea igual, valor que correspondera a la potencia elctrica transportada. Los conductores reales tienen una cierta resistencia por unidad de longitud y el transporte puede ser de centenares de kilmetros, se debe contemplar la perdida real de potencia elctrica que se produce en este transporte. La manera de minimizar esta perdida de potencia, es efectuando el transporte a tensiones elevadas y con bajas intensidades de corriente, parmetros que se eligen en funcin de la distancia a recorrer y la cantidad de potencia elctrica que se quiera transportar. Los equipos elctricos no pueden operar a tensiones tan altas, por lo que se realiza relaciones de transformacin de tensiones, de valores de transporte a valores de consumo.

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Figura 1.1. Esquema de un transformador.

Cumple con la ecuacin: Vp/Vs=Is/Ip=Np/Ns.. Ecuacin N 1. Esta ecuacin cumple la regla de la relacin de transformacin. Es decir el nmero de vueltas del primario y las del secundario se le llama relacin de vueltas del transformador.

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TIPOS DE TRANSFORMADORES. Existen varios tipos de transformadores entre lo que podemos mencionar los elevadores y los reductores. A los transformadores elevadores tambin se le denomina transformadores de potencia. Transformador de potencia: se utiliza para transmisin de energa elctrica en alta y en media tensin. Son de aplicacin en subestaciones transformadoras, centrales de generacin y en grandes usuarios. (Ver figura 1.1) Transformador de distribucin: se denomina transformador de distribucin, a los transformadores de potencia iguales o inferiores a 500 KVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 KV, tanto monofsico como trifsico. La mayora de estos transformadores son utilizados en postes, estaciones, plataforma, empresas, zonas urbanas etc. Autotransformadores: se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisin de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en forma tringulos. El autotransformador no solo presenta menores perdidas que el transformador normal, si no que su menor tamao y peso permiten el transporte de potencias superiores. Transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la lnea y reducirlas a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida y otros dispositivos de medida. Las corrientes nonimales de carga son: 2.5 a 200 VA y las corrientes nonimales de 5 a 1 A en su lado secundario. Transformadores de potencial: es un transformador de devanado especial, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensin. Tiene una potencia nominal muy baja y su nico objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados y deber ser preciso para no distorsionar los valores verdaderos. Transformadores para hornos: suministran potencia a hornos de los tipos de induccin, resistencia, arco abierto y arco sumergidos. Las corrientes elevadas se obtienen conectando en paralelo muchas secciones de devanados.

Transformadores de puesta a tierra: es ideado con la finalidad de proporcional un punto neutro a efecto de puesta a tierra.

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Transformadores y subestaciones mviles: estn montados sobre semi remolques y llevan incorporados pararrayos y seccionadote separadores. Se usan para restablecer el servicio elctrico en emergencias, para mantener el servicio sin interrupcin de servicio y para reducir las inversiones en el sistema. COMPONENTES O ELEMENTOS DEL TRANSFORMADOR. Los componentes bsicos de un transformador son los siguientes elementos: 1.- El ncleo: hay dos tipos de ncleos:

a.- De columnas. b.- Tipo acorazado.

Tipo de columnas: estn caracterizados por la posicin relativa de las columnas y de los yugos. Hay dos tipos monofsicos y trifsicos. Los monofsicos se conforman de dos columnas unidas en las partes superior e inferior por medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del devanado primario y la mitad del devanado secundario. El ncleo trifsico: se tienen tres columnas dispuestas sobre el mismo plano, unidas en sus partes superior e inferior por medio de yugos, sobre cada columna se incrustan los devanados primarios y secundarios de una fase. Tipo acorazado: tiene la ventaja con respecto al de columna de reducir la dispersin magntica, se utiliza comnmente en los transformadores monofasicos. Los devanados se localizan sobre la columna central y cuando se de transformadores pequeos las laminaciones se hacen en troqueles, la forma de construccin puede ser distinta y varan de acuerdo a la potencia (Figura 1.2).

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Figura 1.2 Transformador Trifsico de Distribucin 2.- Herrajes o armadura: Cumplen funciones puramente mecnicas de sujecin de las laminaciones y estructuras, se complementan con componentes como fibra de vidrio o maderas para proteccin de la sujecin de los yugos.

1 Ncleo 6 Tapa 2 Arrollados 7 Soporte 3 Cambiador de tomas sin carga 8 Tanque conservador 4 Aisladores pasantes 9 Rel Buchholz 5 Tanque del transformador

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3.- Devanados: Los devanados de los transformadores se pueden clasificar en baja y alta tensin. Los devanados de baja tensin estn constituidos por una sola espiral con alambre rectangular aislado. El conductor se usa para potencias pequeas y tiene dimetros superiores a 3 3.5 mm. El aislamiento de los conductores, cuando son cilndricos puede ser algodn o papel, si son enfriados por aceite. Los devanados de alta tensin tienen muchas espiras y la corriente que circula por ellos, es relativamente baja, por lo que son de conductor de cobre de seccin circular con dimetro de 2.5 a 3.0 mm. 4.- Cambiador de tomas: En una red distribucin la tensin, no es exactamente la misma en todos los puntos, debido a que la cada de tensin depende de la distancia del punto de alimentacin y a la carga. Para poder emplear los transformadores de distribucin en los distintos puntos de red y adaptarlos a las variaciones de tensin, se provee uno de los devanados de un cambiador de derivaciones (alta tensin), de tal forma que puedan aumentar o disminuir el nmero de espiras y en consecuencia, variar la relacin de transformacin dentro los limites establecidos, que lo general son del 5%. El cambiador de toma, es utilizado para cambiar la conexin de arrollado del transformador en condicin de carga. Los cambios se realizan cuando la entrada del transformador sufre variaciones de tensin, lo cual puede afectar su salida, y con ello a la carga conectada a este transformador.

Un mtodo que se suele utilizar para regular la tensin de los transformadores implica el empleo de tomas que haga posible la variacin del nmero de espiras activas en uno de los devanados. Las variaciones de tensin as obtenidas no son continuas como en el regulador de induccin, sino que se producen a saltos. En los transformadores pequeos provistos de dichas tomas, la variacin de stas se lleva a efecto manualmente cuando el transformador est totalmente desconectado. Este procedimiento requiere que pueda abrirse la tapa de la caja que lo contiene y puede hacer necesario que se extraiga parcialmente el aceite, s el transformador es de este tipo.

Con objeto de evitar la necesidad de abrir la caja y extraer el aceite, los transformadores de gran tamao estn provistos de una especie de conmutador de disco que puede manejarse desde el exterior mediante la correspondiente manivela, si bien en esta disposicin la variacin de las tomas deber efectuarse, igualmente, cuando el transformador est desconectado. Un tipo sencillo de equipo para variacin de tomas en vaco, ilustrado en la figura 2.7,

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emplea cuatro tomas (numeradas 3, 4, 5 y 6 en el esquema), intercaladas en el devanado a intervalos del 2,5 %, que se conectan a los contactos fijos numerados correspondientemente, del conmutador de disco. Estos contactos estn dispuestos en crculo a fin de que puedan conectarse sucesivamente con el miembro mvil A. Cuando A se conecta a los contactos 1 y 2, todo el devanado est en circuito, por lo que la tensin correspondiente puede considerarse como del 100 %; cuando A se conecta a los contactos 2 y 3, la tensin es el 97,5 %, y en la posicin final 5 y 6, determinada por el tope S, la tensin es el 90 %.

Como se indica en la figura 1.3, la mejor situacin de las tomas es en la proximidad del centro del devanado, donde no estarn sometidas a los altos potenciales originados por las descargas y sobrecargas en la lnea. Adems, tiene gran importancia que las tomas se dispongan de forma que exista un desplazamiento mnimo entre los puntos medios de los devanados contiguos de A.T. y B.T. al variar la posicin de las tomas.

Figura 1.3. Transformador de toma variable, condiciones de vaco

Variacin de las tomas bajo carga La figura 1.4 ilustra el principio bsico en que se apoyan todas las formas de cambiadores de tomas proyectados para funcionar sin abrir el circuito, es decir, mientras el transformador est bajo carga. Su caracterstica esencial es la pequea bobina de choque o reactancia R, que impide el cortocircuito de una seccin del devanado principal cuando los contactos mviles a y b estn en contacto con el gas adyacente del conmutador de disco.

En la posicin que aparece en la figura 2.8, todas las espiras del transformador principal estn en servicio; la corriente de carga desde la toma 1 alcanza el

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punto c mediante la reactancia R, entrando la mitad de la corriente en R a travs del conmutador S y la otra mitad a travs del conmutador S, con el resultado de que las Fem. de las dos mitades de R estn en oposicin, por lo que la cada en R es insignificante a causa de su mnima reactancia de dispersin.

Figura 1.4. Transformador de toma variable, condiciones de carga

5.- Bushing: Este dispositivo presenta un condensador de papel con hojas delgadas de aluminio, con un aislamiento exterior el cual esta compuesto por aisladores de porcelana, cubiertos con un vidriado, tanto interno como exteriormente.

El espacio comprendido entre el cuerpo del condensador y los aisladores de porcelana, se llena con aceite mineral dejando solo espacio en la parte superior, esto para la expansin del aceite.

Esta pieza es parte importante en un transformador de aceite, ya que son elementos de conexin por el cual circulan altas tensiones elctricas. Prcticamente todas las piezas que componen este accesorio son fabricadas de latn o cobre y cermica, existiendo algunos componentes de hierro y acero inoxidable. En todo transformador hay una parte de entrada y otra de salida y como los transformadores varan de dimensiones segn la tensin que vayan a recibir y la que vaya a convertir. Es por ello que el tamao de los pasatapas tambin vara.

6.- Conservador de aceite aislante. (Preservacin del aceite). El volumen adicional requerido en el transformador por aumento del volumen de aceite como consecuencia de las variaciones de temperatura, es necesario

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compensarlo, mediante uno de los siguientes sistemas de preservacin de aceite, para evitar la entrada de humedad al transformador.

Sistema sellado El sistema sellado es utilizado en transformadores de distribucin de muy baja capacidad. El volumen de aceite es muy bajo por lo que no requieren de un sistema de compensacin exterior, en consecuencia los transformadores son totalmente sellados y se fabrican en algunos casos con tanques corrugados expandibles como se muestra en la figura 1.5, o alternativamente se coloca encima del aceite un colchn de aire seco o de nitrgeno.

Figura 1.5. Sistema de Preservacin de Aceite

Sellado

Sistema con Tanque Conservador y Medio aire-aceite en contacto El sistema es utilizado en transformadores de distribucin de baja capacidad. El aire atmosfrico se encuentra en contacto con el aceite, sin embargo el aire atmosfrico se hace pasar por un depsito que contiene silicagel.

Sistema con Tanque Conservador y Bolsa de Aire (Air bag system) En este sistema el tanque conservador est provisto de una bolsa de goma sinttica resistente al aceite que ocupa el espacio de aire encima del aceite. El

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interior de la bolsa es conectado a la atmsfera a travs de un depsito que contiene material deshidratante silicagel de tal forma que el volumen de aire se incrementa al enfriarse el transformador y se reduce cuando se calienta el transformador (Figura 1.6).

Figura 1.6. Sistema de Preservacin de Aceite con Tanque Conservador

1. Tanque Conservador: Cmaras separadas para el transformador y para el cambiador de tomas bajo carga. 2. Indicadores de nivel de aceite 3. Vlvula de conexin al tanque principal

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4. Vlvula de conexin al cambiador de tomas bajo carga 5. Vlvulas de llenado y de drenaje 6. Sistema de silicagel para el compartimiento principal 7. Vlvula de cierre de entrada de aire para el separador durante el montaje 8. Vlvula de ventilacin para el compartimiento principal 9. Sistema de silicagel para el compartimiento del cambiador de tomas bajo carga. 10. Bolsa de aire 11. Vlvulas de drenaje y de llenado

Sistema con Tanque Conservador y Membrana Este sistema es similar al anterior con la diferencia que en lugar de bolsa de aire se utiliza una membrana o un diafragma igualmente de goma sinttica sellada en la mitad del tanque conservador. El espacio de aire es conectado a la atmsfera a travs de un depsito que contiene igualmente material deshidratante silicagel.

Sistema con Tanque Conservador y Medio nitrgeno-aceite o aire seco-aceite En este sistema el espacio que se encuentra encima del aceite en el tanque conservador es llenado con nitrgeno o aire seco. Se usa un cilindro de gas comprimido que inyecta gas a travs de una vlvula reductora cuando aumenta el volumen de gas por efecto de enfriamiento del transformador. Al aumentar la temperatura y en consecuencia el volumen de aceite, el gas en exceso es liberado a la atmsfera a travs de una vlvula dispuesta para tal fin. Para minimizar el consumo de gas se deja un margen en las presiones de operacin.

El conservador del lquido aislante con membrana de goma consiste de una cuba de chapa de acero, de construccin resistente a vaco y sobrepresin aplicable a transformador.

La cuba es construida en dos mitades, inferior y superior, brida al medio, donde se encuentra armada la membrana de goma, la cual se fija a la brida inferior,

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por medio de dos empacaduras planas, soportadas por el anillo intermediario y elementos fijadores.

El conservador de aceite permite aislar el aceite de la atmsfera manteniendo al mismo tiempo la superficie del aceite del conservador a la presin atmosfrica. Este aparato reviste de gran importancia, ya que la presencia de humedad, oxgeno y polvo en la superficie del aceite acelera su envejecimiento. La membrana de goma inmersa en el conservado tiene como funcin impedir la absorcin de humedad por parte del aceite, evitando as su oxidacin.

7.- Dispositivos de proteccin del transformador

Rel Bucholz Es uno de los dispositivos ms importantes de proteccin para los transformadores. El rel est montado en la tubera entre la cuba y el conservador. Su funcin es sealar los defectos internos del aparato protegido y la prdida de lquido de aislamiento poniendo en marcha un impulso de alarma o de parada. (Figura 1.7)

Este dispositivo detecta estos sntomas por medio de la captacin de los gases que se desprenden en el interior del equipo, procedente de la descomposicin de los aislantes slidos y lquido, debido a la aparicin de una falla interna.

El rel Bucholz es un dispositivo compacto de poco volumen y de fcil montaje. Este dispositivo consta de dos flotadores uno de alarma, y otro de disparo, y un receptculo de captacin de los gases contenidos en el aceite. Una pequea mirilla situada en el receptculo permite examinar el gas y juzgar la naturaleza del defecto por el color y la cantidad de este. El color de estos gases da una buena indicacin sobre el lugar donde ha producido el defecto; por ejemplo:

Gases Blancos: Proceden de la destruccin del papel. Gases Amarillos: Proceden del deterioro de piezas de madera. Gases Negros o Grises: Proceden de la descomposicin del aceite. La gran ventaja del rel Bucholz es que el transformador queda doblemente protegido con una operacin rpida y positiva basada en su alto rendimiento.

Para evitar la acumulacin excesiva de gases en el Bucholz, se coloca un aparato evacuador de gases, el cual permitir evacuar el gas a la altura

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operacional normal sobre o cerca del transformador. La ventaja que proporciona este aparato son las siguientes:

Ahorro de tiempo de trabajo. Mejora de la seguridad. Reduccin o eliminacin de los perodos de indisponibilidad del equipo. Sencillez operacional.

Figura 1.7. Esquema interno de un relee Bucholz.

Termmetros de temperatura La vida til de un transformador depende en gran parte de la temperatura de los ncleos y arrollados cuando el transformador est en uso. Por lo tanto, es

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importante mantener siempre bajo control la temperatura del aceite y los arrollados, observar los valores de temperatura con regularidad y registrar los valores de las lecturas. Estos valores pueden servir de base para evaluar la vida til del transformador, el funcionamiento del sistema de refrigeracin y otros.

Termmetro para medir la temperatura del aceite El termmetro consiste en un cuerpo sensible cilndrico con briba, un conductor distanciador y una carcasa de termmetro con dispositivo indicador y de conexin. El Sistema de medicin est lleno de lquido que, al variar la temperatura, cambia el volumen y afecta un fuelle elstico. Los movimientos del fuelle son transmitidos por un sistema articulado al indicador y los contactos sealadores.

Termmetro para medir la temperatura de los arrollados del transformador El indicador de temperatura de los arrollados consiste en un sensor y una unidad indicadora iguales a las del termmetro de aceite.

El principio del indicador es que mide la temperatura del aceite ms un suplemento equivalente a la diferencia de temperatura entre arrollado y el aceite circulante. El suplemento viene de una resistencia de calentamiento cuya corriente es proporcional a la corriente del arrollado. La corriente se obtiene de un transformador de corriente especial en el arrollado cuya temperatura va a medirse.

La calibracin del indicador de temperatura se basa normalmente en el resultado de temperaturas medidas durante el ensayo de calentamiento. Las resistencias de calentamiento y de ajuste pueden estar situadas junto al sensor (compartimiento del termmetro) o en la misma unidad indicadora, segn el tipo de indicador elegible.

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Vlvulas de seguridad La caja de un transformador elctrico en aceite est normalmente estructurada no solamente para responder a particulares exigencias sino tambin para resistir a la presin interna de la columna de lquido que est sobre ella.

Por lo tanto, en el caso de un cortocircuito por avera del aislamiento, en el cual el arco elctrico entre las partes en tensin vaporiza instantneamente el fluido cercano, provocando un rpido aumento de presin hasta alcanzar valores notablemente superiores a la presin esttica, se corre el peligro de que la caja se deforme hasta romperse, con la consecuente prdida del aceite.

Lo mismo vale para aquellas partes del transformador o de cualquier otro contenedor en el cual, por las mismas causas, sea posible una improvisa sobrepresin.

Se hace, por lo tanto, necesario proteger tanto la caja del transformador, como cualquier otro contenedor sometido a presin, con equipos apropiados aptos a la descarga en forma casi instantnea, de la sobrepresin en el momento en que se forma, antes que se comprometa la integridad de la estructura.

Los transformadores de potencia sumergidos en aceite poseen cantidades de vlvulas de aplicaciones especficas segn la exigencia para la cual est diseada.

8. Materiales elctricos usados en la construccin del transformador. Los materiales usados como conductores en los transformadores deben cumplir los siguientes requisitos: A.-alta conductividad. B.-Bajo coeficiente trmico por resistencia dielctrica. C.-Adecuada resistencia mecnica. E.-Fcilmente trabajables

F.-Alta resistencia dielctrica.

G.-Buenas propiedades mecnicas

H.-Larga vida til a la temperatura normal de operacin

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I.-Compatibilidad con aislantes lquidos

Los materiales ms comnmente usados son el cobre, aluminio, materiales aislantes como el papel, algodn, cermicas, siliconas y aceites dielctricos. Sistema de refrigeracin y tipos de enfriamientos. Los transformadores estn por lo general enfriados por aire o aceite y cualquier mtodo de enfriamiento empleado debe ser capaz de mantener una temperatura de operacin baja y prevenir puntos calientes en el transformador. En los transformadores existen, segn el tipo, varios sistemas de enfriamiento entre los cuales tenemos:

Tipo AA: transformador tipo seco con enfriamiento propio, no contiene aceite. Tipo AFA: transformador tipo seco con enfriamiento con enfriamiento de aire forzado.

Tipo OA: transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, esta provista de radiadores.

Tipo OA/FA: transformador sumergido en liquido aislante con enfriamiento propio y enfriamiento de aire forzado.

Tipo OA/FOA/FOA: transformador sumergido en liquido aislante con enfriamiento propio con aceite forzado- aire forzado. Aceite forzado aire forzado.

Tipo FOA: transformador sumergido en liquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y aire forzado.

Sistema de enfriamiento El sistema de enfriamiento permite disipar el calor generado por las prdidas que se originan en el transformador; dicho calor afecta la vida til del aislamiento del equipo, por lo cual debe ser disipado al medio ambiente. Para ello se utiliza un medio refrigerante que tiene la tarea de transportar el calor generado en la parte activa del transformador hacia los lugares de disipacin, generalmente radiadores.

Para facilitar la transferencia del calor generado al medio refrigerante, normalmente se utilizan canales longitudinales en el ncleo para extraer el calor producido por ste. De igual manera, se utilizan canales de enfriamiento en los

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arrollados para el mismo propsito. El medio refrigerante puede ser aire o aceite, sin embargo este ltimo es el ms utilizado. Existen diferentes maneras de realizar este proceso, sin embargo siempre se debe garantizar que las mximas temperaturas del ncleo y del arrollado (puntos calientes) no superen los valores especificados, de lo contrario se tendra una acelerada prdida de la vida til del transformador.

Algunos de los transformadores tienen un sistema de enfriamiento compuesto por una serie de ventiladores. El numero de ventiladores a utilizar para el enfriamiento de los transformadores es proporcional a la carga a la cual este sometido dicho equipo, ya que a mayor carga mayor generacin de calor.

Como se puede ver en la Figura 1.8, el aceite que se encuentra en contacto con bobinas y ncleo se calienta y por diferencia de densidad se mover hacia la superficie mientras el aceite fri se precipitar, pero al calentarse se mover y al moverse a travs de los radiadores se enfriar al contacto con el exterior retornando al interior fri y enfriando nuevamente a las bobinas y ncleo; as de esta forma, tenemos que el aceite estar en movimiento constante para poder enfriar adecuadamente al transformador.

Figura 1.8. Ciclo Trmico de enfriamiento de un transformador

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Cabe destacar que los transformadores tienen diferentes mtodos de enfriamiento tales son: Tipo AA: Tipo seco con enfriamiento propio. Tipo AFA: Tipo seco con enfriamiento por aire forzado. Tipo AA/FA: Tipo seco con enfriamiento natural y por aire forzado. Tipo OA: Sumergido en aceite con enfriamiento natural. Tipo OA/FA: Sumergido en liquido aislante con enfriamiento propio y por aire

forzado. Tipo FOA: Sumergido en liquido aislante con enfriamiento por aceite y de

aire forzado. Tipo OW: Sumergido en aceite con enfriamiento de agua. Tipo EOW: Sumergido en aceite con enfriamiento de aceite y agua forzados.

Refrigeracin por conveccin natural del aceite En los transformadores pequeos, de poca capacidad, la circulacin por conveccin natural del aceite suele ser suficiente para mantener la temperatura interna del transformador en valores aceptables. A este mtodo de refrigeracin tambin se la llama autorefrigeracin. En los transformadores pequeos, un tanque liso, contenedor del aceite, proporciona una superficie suficiente para la extraccin del calor. En los transformadores medianos, las paredes estn provistas de pliegues que conforman una superficie corrugada que aumenta la superficie de extraccin del calor del aceite hacia el ambiente. Para transformadores ms grandes, se usan radiadores que proporcionan la mayor superficie posible. La norma ANSI/IEEE especifica para indicar a este tipo de refrigeracin las siglas OA.

Refrigeracin por aire forzado Para ventilar con aire fresco a los radiadores del transformador se suelen instalar ventiladores regulados por termostato. Esto tiene el propsito de aumentar la eficiencia de la extraccin del calor, la norma ANSI/IEEE especifica para indicar a esta refrigeracin las siglas FA.

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Los transformadores con este tipo de refrigeracin suelen tener dos capacidades caractersticas, una correspondiente a la circulacin natural del aceite (OA), y otra correspondiente a la refrigeracin por aire forzado El arranque de los ventiladores est controlado por la temperatura del devanado (punto ms caliente). Bajo el funcionamiento descrito, el transformador de este tipo se indica con la nomenclatura OA/FA. Algunos transformadores de mayor capacidad requieren de dos grupos de ventilacin que arranquen a distintos ajustes de temperaturas, a estos se les indican con la nomenclatura OA/FA/FA, y poseen tres capacidades caractersticas.

Refrigeracin con agua Los transformadores de este tipo usan agua que circula por una tubera que rodea al tanque por su parte interior para refrigerar al aceite caliente. Con este tipo de transformador se ahorra espacio pero se debe tener disponible la fuente de agua constantemente. Por esta razn, por el costo, este tipo de transformadores se restringe a casos especiales donde el espacio y otras consideraciones especifiquen su uso. La norma ANSI/IEEE especifica para indicar a este tipo de refrigeracin las siglas OW. Cuando el agua se le hace circular forzadamente, mediante bombas adicionales, se indican las siglas FOW.

Refrigeracin por aceite forzado Este tipo de refrigeracin consiste en hacer circular el aceite caliente mediante bombas por un refrigerador exterior donde el aceite es enfriado. El arranque de las bombas est regulado por un termostato indicador de la temperatura en el devanado (punto ms caliente). La norma ANSI/IEEE especifica las siglas FOA para indicar la refrigeracin por aceite forzado. Transformadores con este tipo de refrigeracin poseen una capacidad de potencia caracterstica para sta, cuando el equipo de refrigeracin est en funcionamiento, pudindose formar combinaciones de distintos mtodos de refrigeracin y distintas capacidades correspondientes, tales como OA/FA/FOA. En general, la capacidad de un transformador asciende al ponerse en funcionamiento un mtodo de refrigeracin que aumente la extraccin del calor. Los mtodos de refrigeracin descritos presentan variantes que son cuando la capacidad del transformador es muy elevada. La circulacin de aceite forzado con flujo directo es una de estas. Este mtodo consiste en forzar el flujo de

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aceite a circular en las cercanas del devanado, reforzando as la refrigeracin. La refrigeracin de agua forzada con flujo directo es otra de las variantes, en esta, el flujo de agua (u otro agente refrigerante) enfra directamente los devanados.

Sistema de aislamiento del transformador Los sistemas de aislamiento en los transformadores de potencia estn formados por un fluido que puede ser lquido o gas junto con materiales slidos. Se han usado aceite derivados del petrleo para aislar estos transformadores desde 1886 y todava se emplean en prcticamente todos los transformadores medianos y grandes. Se utiliz Askarel desde 1932 hasta la mitad de la dcada de 1970, cuando se convirti en una preocupacin la inflamabilidad del aceite mineral, y desde entonces se suspendi en forma definitiva su fabricacin y dej de usarse en los transformadores por razones de proteccin ambiental. Los aislamientos utilizados en transformadores de potencia son muy variados y en su conjunto forman lo que se llama el sistema de aislamiento, el cual tiene como funcin aislar entre s a los devanados del transformador y a su vez, los asla de las partes conectadas a tierra. Entre los materiales aislantes se encuentran: Aceite, Madera, Papel Kraft, Papel Manila, Cartn Prensado, Algodn, Fibra de vidrio, Barnices, Fibra Vulcanizada, Porcelanas, Baquelitas, Plsticos, y otros. Por otro lado los aislamientos en estos equipos, se derivan en dos tipos: Los mayores, los cuales se utilizan entre las bobinas y tierra o entre fases. Los menores, los cuales se utilizan entre espiras. Los diferentes materiales del sistema de aislamiento poseen ciertas caractersticas fsicas, qumicas, propias, que determinan su vida til. Entre ms inalterables se conserven estas caractersticas, ms vida til tendr el sistema de aislamiento. El aceite se refuerza con aislamiento slido de varias maneras. El aislamiento principal incluye por lo general, barreras de cartn hecho a base de madera (cartn pesado), alternndose ordinariamente las barreras con espacios de aceites. Como la constante dielctrica del aceite es 2.2 y la del slido es aproximadamente 4.0, el esfuerzo dielctrico en el aceite termina siendo ms

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alto que el del cartn prensado, y el diseo de la estructura lo limita generalmente el esfuerzo que obra en el aceite. Tambin se utiliza envoltura de papel grueso en las terminales que salen del devanado. En este caso, el aislamiento sirve para reducir el esfuerzo en el aceite al mover la interfaz de la superficie del conductor (en donde el esfuerzo es considerablemente menor). Nuevamente, el esfuerzo en el aceite determina la cantidad de papel que se requiere, y las consideraciones trmicas establecen el tamao mnimo del conductor para el aislamiento necesario. A continuacin se presentan los factores que ms afectan la vida de los aislamientos:

Las altas temperaturas. La presencia de humedad. Los campos elctricos intensos.

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UNIDAD N II

Aceites Dielctricos

Objetivo terminal:

Establecer las propiedades de los Aceites Dielctricos y las normas que permiten Evaluar y Diagnosticar la calidad del

aceite y el estado de los equipos de potencia

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2.1 Composicin de un Aceite Dielctrico. Los aceites dielctricos son hidrocarburos que como su nombre lo indica solo contienen carbono e hidrgeno, como componentes principales, adems de las impurezas inherentes a los derivados del petrleo que son el azufre, y en una menor proporcin, el nitrgeno. Es conveniente mencionar que no todos los hidrocarburos que normalmente se encuentran en los productos o fracciones del petrleo pueden realizar eficazmente las funciones que los aceites dielctricos deben cumplir en los transformadores e interruptores de potencia. Los aceites dielctricos son una mezcla de hidrocarburos naftnicos, isoparafnicos y aromticos (Figura 2.1), cuya composicin vara de acuerdo con el crudo del que se destilan y del mtodo de refinacin empleado. Cada uno de estos tipos de hidrocarburos tiene diferentes caractersticas que le aportan al producto final, estas son: AROMATICOS

Bajo coeficiente de expansin, que dificulta la disipacin de calor y con ello la funcin de refrigeracin o enfriamiento que le corresponde al aceite dielctrico, cuando estn en exceso.

Baja estabilidad a la oxidacin, pero forman compuestos qumicos estables que no presentan subsiguientes reacciones de oxidacin, actuando como "capturadores" de oxgeno.

Alto poder de solvencia frente a las lacas y resinas (bajo punto de anilina), que puede fcilmente arruinar el aislamiento de los devanados, dependiendo de las especificaciones de las lacas y resinas del recubrimiento.

Conviene recordar que el lodo, originado en la oxidacin prematura de los aromticos, se acumula en los conductos por donde debe circular el aceite y dificulta su funcin refrigerante. Sin embargo, algunos compuestos aromticos actan como INHIBIDORES NATURALES de oxidacin, y por lo tanto, su presencia en pequea proporcin es siempre deseable y necesaria.

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ISOPARAFINICOS

Su punto de fluidez es menor que en los parafnicos, permitiendo que el aceite fluya fcilmente a bajas temperaturas y ejerza su funcin refrigerante.

Tienen menor tendencia a la formacin de gases lo cual es muy conveniente para la operacin de los transformadores.

Buena estabilidad a la oxidacin. NAFTENICOS

Buena estabilidad a la oxidacin. Excelente fluidez a baja temperatura. Baja tendencia a la formacin de gases y carbones ante descargas

elctricas. Aceptable coeficiente de expansin. Alta tensin interfacial.

Lo aceites minerales con un balance de hidrocarburos adecuado tienen un buen comportamiento por muchos aos y a menudo por toda la vida del transformador. Sin embargo, en transformadores que operan bajo condiciones severas, el problema de la oxidacin del aceite puede ocurrir en un tiempo ms corto. Para los transformadores que operan bajo esas condiciones es preferible usar un aceite que contenga aditivo antioxidante o inhibidor de oxidacin.

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Figura 2.1. Serie de hidrocarburos.

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La experiencia ha demostrado que una composicin ideal para los aceites dielctricos, es la siguiente: Isoparafnicos..35-40 % en volumen. Naftnicos.50-60 % en volumen Aromticos4-8 % en volumen. Para obtener aceites dielctricos se utilizan tres mtodos:

1. Refinacin cida 2. extraccin con solventes. 3. hidrogenacin.

1. La refinacin cida se fundamente en tratar el destilado con cido sulfrico de 93% a 98 % concentrado, agitacin, mezcla y separacin de lodos cidos, neutralizacin, lavado con agua, aplicacin de tierras activadas y posterior secado con temperatura y vaci, culminando con el agregado de aditivos de oxidacin. Este mtodo no es muy selectivo, ya que se obtienen rendimientos bajos, comparada con otras tcnicas (Tabla 2.1). 2. Extraccin con solvente: este proceso se basa en la solubilidad selectiva de los componentes no deseados, en solventes especficos. El disolvente ms utilizado es el furfuraldehido y el fenol.

3. Hidrogenacin: este mtodo de refinacin es el ms moderno, se basa en la hidrogenacin por destilado bajo presin, a altas temperaturas, en presencia de catalizadores especficos, seguido de agitacin y tratamiento con tierras activadas, secado con vaco, temperatura y el posterior agregado de los inhibidores antioxidantes. La refinacin hidrogenada es el ms verstil de los mtodos, el grado de hidrogenacin para obtener un producto de calidad depender primero del tipo de base a procesar, el balance de cuatro variables, temperatura, presin, actividad del catalizador y tiempo. La ventaja de la

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extraccin con solventes comparada con el tratamiento cido, es que permite extraer los compuestos aromticos para diferentes fines comerciales. La mayora de los mtodos pasan por un proceso final de limpieza de tierras activadas, que se fundamenta en la adsorcin de las arcillas activadas de los contaminantes que quedan originados por lo diferentes mtodos aplicados

Tabla 2.1. Resumen de los procesos de obtencin de aceites aislantes.

Proceso Mtodo Principal Agente Comentarios

Tratamiento cido Reaccin Qumica. cido Sulfrico.

Buena calidad Final. Problema

con los Desechos.

Extraccin con Solventes Solventes

Furfural Fenol

Disolucin Selectiva de Aromticos,

resinas y compuestos sulfurados.

Hidrogenacin Modificacin Cataltica Hidrogeno

Convierte Azufre y nitrgeno en compuestos en hidrocarburos.

Poca cantidad de desechos. Excelente

rendimiento.

Combinacin 2 o ms Mtodos Tierras activadas.

Extraccin con solventes.

Hidrogenacin. gran utilidad.

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2.2 Funcin de los Aceites Dielctricos. Dentro de las funciones principales que debe cumplir el aceite dielctrico estn las siguientes:

1. En su aplicacin en los transformadores, los aceites dielctricos minerales deben aislar los devanados y con la cuba del transformador, para evitar cualquiera posibilidad de arco elctrico, mientras el equipo esta en servicio.

2. Dispersin del calor, es decir agente refrigerante, que permite la evacuar las perdidas calorficas producidas en los devanados y en el hierro del transformador, por efecto Joule; por corrientes parsitas etc.

3. Proteccin de las partes metlicas y de los otros materiales presente en el equipo.

4. Provee un medio para evaluar la condicin del equipo sin necesidad de sacarlo. De servicio.

5. Asegurar una fcil y completa impregnacin sin producir burbujas de aire.

2.3. Tipos de Aceites Dielctricos De acuerdo con la norma ASTM D 3487, para especificaciones de aceites nuevos, existen dos tipos de aceites dielctricos: Inhibidos (Tipo II) y No Inhibidos (Tipo I). Los aceites inhibidos contienen aditivos antioxidantes (paradibutil cresol), por lo general se utiliza mucho en pases de Amrica, y los no inhibidos son tpicos de pases con bajas temperatura. Las Tablas 2.2 y 2.3 muestran las especificaciones para aceites aislantes nuevos y usados, de acuerdo al tipo de aceite (inhibido o no inhibido).

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Tabla 2. 2. Especificaciones para aceites aislantes nuevos, de acuerdo con la

norma ASTM D-3487.

Propiedades Norma ASTM TIPO I Tipo II

Punto de Anilina (C) D-611 (64-84) (64-84 Color Mximo

D-1500 0.5 0.5

Punto inflamacin (C) D-92 145 145 Tensin Interfacial

(D/cm) D-971 40 40

Punto de Fluidez (C) D-97 -40 -40 Gravedad Especifica D-1298 0.9100 0.9100

Viscosidad (cSt) D-445 12 12

Fsicas

Inspeccin visual D-1524 Claro y Brillante Claro y Brillante Rigidez dielctrica (

KV) D-877 y D-1816 30 y 35 30 y 35

Factor de Potencia 25 C (%) D-924 0.05 0.05

Factor de Potencia 100 C (%) D-924 0.30 0.30

Elctricas

Tendencia a la Gasificacin (uL/min.) D-2300 +30 +30

Azufre corrosivo D-1275 No corrosivo No corrosivo

Contenido de Agua (ppm) D-1533 35 35

Estabilidad a la Oxidacin (72 y 164

horas) 2440 0.15 y 0.3 0.1 y 0.2

Nmero de Neutralizacin (mg

KOH/g.ac.) D-974 0.03 0.03

Contenido de PCB (%) D-4059 0 0

Estabilidad a la oxidacin Bomba

Rotativa (Min). D-2112 - 195

Qumicas

Contenido de Inhibidor D-2668 0.08 0.3

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Tabla 2. 3. Especificaciones para aceites aislantes en uso.

Propiedades Norma ASTM TIPO I Tipo II

Punto de Anilina (C) D-611 (64-84) (64-84

Color Mximo D-1500 3.0 2.5 Punto

inflamacin (C) D-92 130 135

Tensin Interfacial (D/cm) D-971 24 30

Punto de Fluidez (C) D-97 -40 -40

Gravedad Especifica D-1298 0.9100 0.9100

Fsicas

Viscosidad (cSt) D-445 12 12 Rigidez

dielctrica ( KV) D-1816 35 35

Factor de Potencia 25 C

(%) D-924 0.85 0.75 Elctricas

Tendencia a la Gasificacin

(uL/min.) D-2300 +30 +30

Azufre corrosivo D-1275 No corrosivo No corrosivo Contenido de

Humedad (ppm) D-1533 20 20

Estabilidad a la Oxidacin (72 y

164 horas)

D-2440 / D-2112 0.15 y 0.3 0.1 y 0.2

Qumicas

Nmero de Neutralizacin

(mg KOH/g.ac.) D-974 0.055 0.050

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2.4. Propiedades de los aceites dielctricos. En diversos pases se ha reglamentado las caractersticas fsicas, qumicas y elctricas mnimas que deben cumplir los aceites minerales para utilizarse como dielctrico. Los aceites dielctricos deben cumplir tres caractersticas bsicas, de acuerdo con las pruebas realizadas:

1. Por su composicin : a. Punto de anilina. b. Punto de fluidez. c. Color. d. Punto de inflamacin. e. Gravedad especifica. f. Azufre Corrosivo.

2. Por su pureza: a. Contenido de humedad. b. Tensin interfacial. c. Nmero de neutralizacin. d. Tensin de ruptura. e. Factor de potencia.

3. Por su estabilidad: a. Estabilidad al color. b. Formacin de lodos. c. Contenido de inhibidor.

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2.5. Anlisis Fsico-Qumicos-Elctricos Son un conjunto de pruebas que permiten evaluar la calidad del aceite dielctrico, bien sea aceite nuevo, en uso, durante o despus de un tratamiento.

Punto de Anilina

El punto de anilina, se define como la temperatura a la cual el aceite dielctrico se disuelve en un volumen igual de anilina. La anilina es un compuesto aromtico cuya formula molecular se indica en la Figura 2.2.

Figura 2.2. Formula molecular de la Anilina

Teniendo claro que la solubilidad de una sustancia en otra depende fundamentalmente de dos factores:

1. La afinidad fsico-qumica que existe entre ellas, es decir, mientras mas afines son dos sustancias, cualesquiera que sean, mayor ser la solubilidad de una en otra. Bajo esta premisa, la solubilidad de un aceite dielctrico en anilina ser mayor cuando el aceite sea ms aromtico, ya que la anilina es un producto aromtico.

2. A mayor temperatura a la cual se efecta la disolucin, mayor ser la cantidad de aceite que se disuelve en anilina. Si la temperatura sube suficientemente, llegara un momento en que todo el aceite se disolver

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en la anilina, sin importar la naturaleza del aceite dielctrico que se analiza.

Teniendo en cuenta estos dos factores, se puede decir que el punto de anilina se utiliza con la finalidad de caracterizar la mezcla del aceite mineral dielctrico, donde aceites dielctricos aromticos exhiben los menores punto de anilina y los aceites dielctricos parafnicos muestran los puntos mas altos de anilina. Por otra parte, los aceites dielctricos naftnicos tienen valores de punto de anilina que se encuentran entre los que exhiben los aromticos y parafnicos. Y mediante la experimentacin, se logro establecer que cuando el punto de anilina se encuentra entre 78 C y 86 C la composicin del aceite mineral dielctrico cae dentro de los lmites deseados en un buen aceite dielctrico (mayor contenido de naftnicos). El punto de anilina se determina mediante la norma ASTM D-611

Color y Aspecto.

El color de un aceite mineral aislante se expresa con un nmero obtenido por comparacin con una serie de colores normalizados. No es una propiedad crtica, pero puede ser til para una evaluacin comparativa. Un incremento rpido o un nmero de color elevado pueden indicar degradacin o contaminacin del aceite. Adicionalmente, la intensidad del color, tambin depender del tipo o de la serie de hidrocarburos que predominan en dicha fraccin. As por ejemplo, las mezclas parafnicas e isoparafnicas son blancas, transparentes e incoloras. Las naftnicas varan de amarillo claro a amarillo verdoso. Las aromticas poseen coloraciones que van desde el amarillo rojizo (naranja) al marrn oscuro. Por lo anterior, se ha fijado como color mximo para aceite nuevo de transformadores el valor de 0,5 (amarillo claro), con la finalidad de asegurar que la mezcla del aceite mineral dielctrico sea predominantemente naftnico. El color se determina mediante la norma ASTM D-1500

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Adems del color, el aspecto del aceite puede mostrar turbidez o sedimentos que pueden indicar la presencia de agua libre, lodos insolubles, carbn, fibras u otros contaminantes.

Punto de Inflamacin. El punto de inflamacin de un combustible liquido se define como la mnima temperatura a la cual dicho combustible emite una cantidad de vapores que son suficientes para formar una mezcla explosiva con el oxigeno del aire. La norma ASTM D-92 y ASTM D-93 mide la tendencia de la muestra a ser analizada a formar una mezcla inflamable con el aire bajo condiciones controladas en el laboratorio. El punto de inflamacin de los aceites dielctricos se ha fijado en un valor mnimo de 145 C (para aceite nuevo), de lo cual se deduce que cuando dichos aceites presentan puntos de inflamacin menores que el mnimo indicado, ello significa que contienen hidrocarburos de menor numero de tomos de carbono, que el considerado normal para los aceites dielctricos.

Tensin Interfacial.

Por definicin la tensin superficial es un fenmeno fsicoqumico que se produce o tiene su origen en las fuerzas de atraccin que existen entre las molculas de los lquidos. Son precisamente estas fuerzas las que tienden a dar forma esfrica a los lquidos que no estn sometidos a fuerzas externas. As por ejemplo, las gotas de un lquido suspendidas en el aire o en otro lquido en el cual es insoluble, siempre toman forma esfrica, precisamente debido a esas fuerzas intramoleculares o Fuerza de Cohesin. La superficie de contacto entre dos fases condensadas (dos lquidos o un lquido y un slido) se define como interfase. Cuando se ponen en contacto dos lquidos inmiscibles el sistema considerado estar formado por las dos fases lquidas y la interfase de contacto entre ellas, tal como ocurre con el sistema aceite-agua. Ahora bien, en la interfase o superficie de contacto de dos lquidos insolubles, las molculas de la interfase entre los dos lquidos estarn sometidas a fuerzas de magnitudes diferentes a las que estn sometidas las

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molculas del seno de cada uno de los lquidos, lo que tiende a modificar la tensin superficial de ambos lquidos en la zona de la interfase, y en este caso se habla de tensin interfacial, la cual siempre es referida al agua, como patrn de comparacin. (Figura 2.3).

Figura 2.3. Interfase entre dos lquidos. Cuanto ms parecidos sean dos lquidos en su polaridad menor ser el valor de la tensin interfacial entre ellos. La tensin interfacial entre un aceite mineral dielctrico y el agua, es una medida de la fuerza de atraccin entre las molculas del aceite mineral dielctrico (molculas de hidrocarburo saturado no polar) y del agua (molcula altamente polar) y se expresa en dinas por centmetro (dinas/cm) Con el paso del tiempo, y debido a la combinacin de calor, campos elctricos, agua y oxgeno se van generando compuestos polares (compuestos hidroflicos) en el aceite que afectan a su capacidad aislante, ya que estos compuestos facilitan el paso de la corriente elctrica a travs del aceite. As, mientras mayor sea la concentracin de materiales hidroflicos en el aceite, menor ser la tensin interfacial del aceite medida contra el agua Los compuestos polares se van acumulando y afectan a la tensin interfacial, reducindola, lo que facilita que el agua y otros contaminantes se emulsionen con el aceite, aumentando su conductividad. Este aumento de la conductividad del aceite conlleva a que el calor disipado por ste sea menor, lo que facilita a

INTERFASE

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su vez la degradacin del aceite en forman de especies oxigenadas, tales como cidos carboxlicos, que son de naturaleza hidroflica y la acumulacin de estos contaminantes darn paso a la formacin de lodos. Se produce as un efecto "bola de nieve", acelerndose el proceso exponencialmente, afectndose las propiedades fsicas (tensin interfacial), qumicas (la acidez) y elctricas (rigidez dielctrica) del aceite. La disminucin en el valor de la tensin interfacial nos da una indicacin del grado de envejecimiento del aceite, de su nivel de oxidacin, y /o de la presencia de impurezas. En el aceite nuevo la tensin interfacial tiene un valor entre 40 y 45 dinas/cm, mientras que en un aceite envejecido puede bajar a 25-30 dinas/cm. Por todo lo anterior, la prueba de tensin interfacial es importante para detectar contaminantes polares solubles (productos de deterioro del aceite), que generalmente producen una baja tensin interfacial. Esta prueba se realiza mediante la norma ASTM D-971.

Gravedad Especfica.

La gravedad especfica mide el peso de una unidad de volumen de una determinada sustancia, a una temperatura dada. En el caso de los aceites minerales dielctricos, esa temperatura es de 15.6 C. La gravedad especifica de un aceite mineral dielctrico, puede dar una medida de la composicin de dicho aceite. Es decir, los aceites parafnicos son mas livianos que los naftnicos y estos a su ves son mas livianos que los aromticos. De tal manera que cuando se estableci que la gravedad especifica para los aceites dielctricos debe ser menor de 0.910 gr/cm3 a 15.6 C se pretendi limitar a un nivel aceptable la aromaticidad de los mismos. Otro factor importante relacionado con la gravedad especifica de los aceites minerales dielctricos, es el aumento que experimenta el volumen de un aceite cuando se aumenta su temperatura, propiedad que se conoce como factor de expansin de volumen de dicho aceite (Figura 2.4). Cuando el cambio en la gravedad es bastante acentuado con pequeos cambios de temperatura, las corrientes de convecin se realizan en forma mas notable y el aceite cumple mejor su funcin de refrigeracin.

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Figura 2.4. Cambios de la gravedad especifica en funcin de la temperatura

Viscosidad. Es una medida de la resistencia del fluido bajo condiciones especficas. Se reporta en saybolt Universal Segundos y afecta la habilidad del fluido para transferir calor. Es un importante factor en el control de la disipacin de calor. El envejecimiento y la oxidacin del aceite tienden a incrementar la viscosidad. La temperatura tambin afecta a la viscosidad. Un acentuado crecimiento de la viscosidad acompaada de un incremento del nmero de neutralizacin y bajo un color oscuro, puede indicar un deterioro del aceite as como un efecto acentuado de la oxidacin. Esta prueba se rige bajo la norma ASTM D-445

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Rigidez dielctrica. Mtodos Normalizados ASTM D-1816 y D-877. El voltaje asociado con la rigidez dielctrica, es una medida importante de los esfuerzos dielctricos que el aceite mineral dielctrico podr soportar sin que llegue a fallar. Se mide mediante la aplicacin de un determinado voltaje entre dos electrodos bajo condiciones prescritas por las normas ASTM D-1816 y D-877. . Esta prueba sirve como una indicacin de la presencia de contaminantes particularmente la humedad, elementos slidos, semi slidos y gases disueltos. La prueba de rigidez dielctrica es muy sensible al contenido de agua en el aceite, pues adems de ser esta un compuesto polar o conductor de electricidad, hace que muchos compuestos tensoactivos ionicen y se vuelvan ms conductores de electricidad. Al llegar a los veinte kilo voltios por centmetros la rigidez se estabiliza a un valor prcticamente constante, debido a que con una proporcin de agua tan elevada, las gotitas se renen formando gotas de mayor volumen, que se depositan en el fondo del recipiente. Figura 2.5.

Figura 2.5. Valor de rigidez dielctrica en funcin del contenido de agua

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La rigidez dielctrica del aceite aislante mineral aumenta con la temperatura, hasta los 60 grados porque hasta dicha temperatura baja la viscosidad. A partir de los 60 grados aproximadamente la viscosidad permanece constante, mientras que la rigidez dielctrica comienza aumentar de valor. El mximo valor de la rigidez dielctrica se obtiene aproximadamente entre los ochenta y noventa grados. Otras experiencias afirman que el mximo de rigidez dielctrica se obtiene aproximadamente a los sesenta grados y la mnima rigidez dielctrica se obtiene entre los menos veinte y el cero grado. Figura 2.6.

Figura 2.6. Valor de rigidez dielctrica en funcin de la temperatura y viscosidad.

Factor de Potencia El factor de potencia mide la cantidad de corriente que pasa a travs del aceite, entre dos celdas o electrodos, colocados a una distancia predeterminada, cuando son sometidos a una tensin elctrica tambin predeterminada. El factor de potencia mide las prdidas de corriente, que tienen lugar dentro del equipo, cuando se encuentra en operacin.

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Esta prueba es til para evaluar un aceite nuevo y aceite nuevo vaciado en un transformador. Tambin es excelente para monitorear el aceite del transformador en servicio, debido a que en servicio, existen ciertas condiciones que degradan el aceite, lo cual se evidencia en modificaciones de los resultados del factor de potencia del aceite. Cuando el aceite del transformador se somete a campos de comente alterna (CA), se producen prdidas dielctricas que causan dos efectos. La corriente resultante se desfasa ligeramente debido al campo de comente alterna aplicado y la energa de las prdidas se disipa en forma de calor. El factor de potencia del aceite y el factor de disipacin son medidas directas de esas perdidas dielctricas. El aceite nuevo, limpio y seco presenta un valor bastante pequeo de factor de potencia. La contaminacin del aceite por presencia de compuestos polares aumentar el factor de potencia del aceite, y a su vez es la causa de los aumentos anormales de temperatura en los equipos en operacin. El envejecimiento y la oxidacin del aceite tambin elevarn los valores del factor de potencia del aceite dielctrico. La prueba de comprobacin del factor de potencia del aceite mineral dielctrico se realiza, por lo general, a dos temperaturas: 25 C y 100 C. La razn es que las dos lecturas cmo se modifican en el tiempo pueden ser de suma utilidad al diagnosticar cul es la causa de un elevado factor de potencia (humedad, oxidacin del aceite o contaminacin). Adems, el valor a 100 C, en muchas ocasiones, es ms sensible a los pequeos cambios que se presenten en las caractersticas del aceite. Por lo general, los valores del factor de potencia del aceite son nmeros pequeos (en los Estados Unidos se decidi presentarlo como un porcentaje). Como ejemplo, un aceite recin vaciado en un transformador nuevo de tensin menor de 230 kV el factor de potencia de ese aceite a 25 C no debera ser mayor de 0,0005 (0,05%), que es el lmite recomendado para este valor. En el caso de transformadores de medida de muy alta tensin (> 400 kV), debe prestarse especial atencin a este anlisis porque se ha descrito que elevados valores pueden conducir a embalamientos trmicos con un posible fallo del equipo. El factor de potencia a 25 C se mide mediante la norma ASTM D-924 El factor de potencia a 100 C se mide mediante la norma IEC 60247

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Azufre Corrosivo La prueba de azufre corrosivo tiene por objeto determinar la presencia de compuestos activos de azufre que reaccionan con una lamina de plata a 140 C. El azufre est presente en aceites refinados formando molculas que contienen azufre. La cantidad depende de los procesos de refino del aceite, el grado de refino y el tipo de crudo. Debido a un pobre refino, a contaminacin o a las condiciones de trabajo del propio transformador, estas molculas se pueden descomponer dando lugar a especies que pueden provocar corrosin a las temperaturas de trabajo. Los compuestos activos de azufre, adems de que exhiben una cierta polaridad en sus molculas, reaccionan con el cobre o con los otros metales del transformador para formar compuestos organometlicos. Al humedecerse forman iones muy conductores de electricidad, los cuales al permanecer disueltos en el aceite, lo hacen ms conductor, aumentando as las prdidas de corriente en el transformador. El azufre corrosivo se detecta mediante los siguientes mtodos de ensayo normalizados:

ASTM 1275 IEC 62535 DIN 51353

Contenido de Humedad (ppm) Como se sabe el agua es muy poco soluble en los aceites dielctricos, pero aun as, las muy pequeas cantidades de humedad que dichos aceites pueden contener en un momento dado, son suficientes para cambiar drsticamente su conductividad elctrica. La solubilidad del agua en los aceites dielctricos varia con la temperatura, lo cual nos dice que un aceite caliente es capaz de disolver mas agua que un aceite fri. As, por ejemplo, un aceite dielctrico sometido a una temperatura

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moderadamente elevada, puede disolver, desde la atmsfera, una apreciable cantidad de humedad, la cual esta limitada por la condicin de equilibrio o de saturacin de humedad del aceite a esa temperatura. Esa condicin de equilibrio es diferente para cada temperatura. Ahora bien, cuando un aceite que ha logrado su condicin de saturacin respecto a la humedad a una elevada temperatura, esa humedad en exceso no permanecer disuelta en el mismo, sino que comenzar a condensar microgotas y se irn juntando hasta formar gotas mas grandes y finalmente se precipitaran sobre el bobinado y el fondo de la cuba. Igual puede pasar en los transformadores que se encuentran abiertos a la atmsfera, por los cambios de temperatura que se suceden entre el da y la noche. Conviene mencionar que el agua no es solo perjudicial en los aceites de transformadores por el hecho que aumenta su conductividad elctrica, sino que adems, el agua suspendida es un elemento altamente corrosivo a los metales ferrosos y por ello forma xido de hierro que posteriormente se disuelve en el aceite y lo hace mas conductor. Tambin el agua suspendida y/o depositada en el fondo de los transformadores propicia el crecimiento de bacterias, que contribuyen a acelerar el proceso de degradacin de los aceites dielctricos.

Estabilidad a la Oxidacin (72 y 164 horas) Los aceites minerales dielctricos experimentan un proceso de degradacin natural inevitable cuando se encuentran en contacto con el oxigeno. Ese proceso de degradacin se inicia cuando el oxigeno (elemento oxidante) se combina con los hidrgenos presentes en la cadena de hidrocarburos para formar agua. Cuando esto sucede, el hidrocarburo se vuelve mas activo qumicamente debido a las dos instauraciones presentes en su molcula. Esa molcula de agua queda as disuelta en el aceite, originando reacciones posteriores de oxidacin que van a dar como resultado la formacin de cidos orgnicos y lodos. Ahora bien, ya se ha mencionado que el aceite dielctrico puede disolver una cierta cantidad de agua, la cual depende en todo caso de la temperatura a la cual se encuentra el aceite. Este hecho como es de suponer, contribuye a acelerar el proceso de oxidacin de los aceites minerales y por tanto, mientras podamos mantener el aceite lo mas seco posible y fuera del contacto con el oxigeno, podremos alargar considerablemente su proceso de descomposicin.

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La prueba de estabilidad a la oxidacin determina la capacidad del aceite mineral dielctrico para resistir a la oxidacin bajo solicitaciones trmicas y en presencia de oxgeno y un catalizador de cobre y proporciona informacin general acerca de la esperanza de vida del aceite en las condiciones de servicio en equipos elctricos. Se rige bajo la norma ASTM D-2112 y D-2440.

Nmero de Neutralizacin (mg KOH/g.ac.) Cuando el aceite mineral dielctrico se oxida en presencia del agua, los productos de esa reaccin son de naturaleza cida y por lo tanto el numero de neutralizacin de un aceite dielctrico sirve de indicacin de la mayor o menor cantidad de cidos orgnicos que colateralmente se han podido formar en dicho aceite, durante el tiempo en que ha permanecido en uso y en contacto con la humedad disuelta y precipitada. Este anlisis se realiza bajo la norma ASTM D-974

Contenido de inhibidor. Esta determinacin es de gran importancia y se realiza en aceites que contienen inhibidores de oxidacin no naturales, es decir, que se adicionan durante el proceso de fabricacin. El inhibidor mas conocido es el d-terbutil-para-cresol (DBPC o BHT) en una concentracin de aproximadamente 0,3%. En estos aceites inhibidos, prcticamente no se producen fenmenos de oxidacin, o se degradan ms lentamente que los no inhibidos, siempre que el inhibidor activo este presente. El grado de proteccin proporcionado por el inhibidor de oxidacin es una funcin de la composicin del aceite y de la concentracin del aditivo. Cuando se consume el inhibidor el deterioro del aceite es mucho ms veloz que en el caso de los aceites no inhibidos por lo que este ensayo indica la vida til remanente del aceite o la necesidad de agregar nuevamente el inhibidor (Figura 2.7). Es conveniente hacer notar que en el caso de estos aceites, la aparicin de acidez orgnica reciente tiene lugar una vez agotado el inhibidor o sea que la deteccin de la misma slo sirve para indicar que ya es demasiado tarde para tomar otra decisin que no sea el cambio d e aceite en forma urgente.

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Figura 2.7. Curva de oxidacin de un aceite no inhibido vs. un aceite inhibido

El anlisis de contenido de inhibidor se realiza bajo la norma ASTM D-2668

2.6. Normas limites recomendados para aceites dielctricos nuevos y en uso.

Las normas IEC, IEEE y ASTM se utilizan como referencia a la hora de realizar recepcin de aceites nuevos, aceites tratados y en uso para transformadores de potencia, transformadores de medida, interruptores y cambiadores de tomas.

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Tabla 2.4. Especificaciones para aceite mineral dielctrico nuevo segn IEC 60296:2003

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Tabla 2.5. Especificaciones para aceite mineral dielctrico nuevo segn ASTM D-3487-00

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Tabla 2.6. Lmites recomendados para aceite aislante luego de llenado en equipos nuevos antes de energizar segn IEC 60422: 2005

Voltage de Equipos (kV) Propiedad

< 72,5 72,5 - 170 > 170

Humedad (PPM) 20 < 10 < 10

Rigidez (kV) > 55 > 60 > 60

Factor de disipacin FP a 90C (40-60 Hz)

Max. 0,015 Max. 0,015 Max. 0,010

Acidez (mgKOH/gaceite

) Max. 0,03 Max. 0,03 Max. 0,03

Tensin interfacial (mN/m)

Min. 35 Min. 35 Min. 35

Color Max. 2,0 Max. 2,0 Max. 2,0

Apariencia Claro y libre de sedimentos y materia suspendida

Tabla 2.7. Lmites de referencia para diagnstico de aceite en uso de transformadores y reactores segn IEC 60422:2005.

Equipos de tensin nominal X> 170 (Categora O y A)

Equipos de tensin nominal 72,5> X 170 (Categora B)

Equipos de tensin nominal X 72,5 (Categora C)

Propiedad Bueno Moderado Pobre Bueno Moderado Pobre Bueno Moderado Pobre

Humedad (PPM) < 5 5 - 10 > 10 < 5 5 - 15 > 15 < 10 10 - 25 > 25 Rigidez (kV) > 60 50 - 60 < 50 > 50 40 - 50 < 40 > 40 30 - 40 < 30

Factor de disipacin FP a 90C (40-60

Hz) < 0,10 0,10 - 0,20 > 0,20 < 0,10 0,10 - 0,50 > 0,50 < 0,10 0,10 - 0,50 > 0,50

Acidez (mgKOH/gaceite) < 0,10 0,10 - 0,15 > 0,15 < 0,10 0,10 - 0,20 > 0,20 < 0,15 0,15 - 0,30 > 0,30

Tensin interfacial (mN/m) > 28 22 - 28 < 22 > 28 22 - 28 < 22 > 28 22 - 28 < 22

Color y apariencia claro y sin

contaminacin visible

oscuro y/o turbio

claro y sin contaminacin

visible oscuro y/o turbio



Punto de Inflamacin Disminucin mxima 10% Disminucin mxima 10% Disminucin mxima 10%

Contenido de inhibidor > 40% del valor original > 40% del valor original > 40% del valor original

Sedimentos y lodos Sin sedimentos o lodos precipitados.

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Tabla 2.8. Lmites de referencia para diagnstico de aceite nuevo y en uso segn IEEE C57.106-2006

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Tabla 2.9. Lmites de referencia para diagnstico de aceite en uso de transformadores de medida/proteccin, interruptores y cambiadores de tomas segn IEC 60422: 2005

Transformadores de Medida/Proteccin de tensin nominal X > 170 (Categoria

D)

Transformadores de Medida/Proteccin de tensin nominal X 170

(Categoria E)

Interruptores de tensin nominal X > 72,5 (Categoria C)

Interruptores de tensin nominal X 72,5 (Categoria G) Cambiadores de Tomas TAP (Categoria F) Propiedad

Bueno Moderado Pobre Bueno Moderado Pobre Bueno Moderado Pobre Bueno Moderado Pobre Bueno Moderado Pobre Humedad (PPM) < 5 5 - 10 > 10 < 5 5 - 15 > 15 < 10 10 - 25 > 25 No es una prueba de rutina Igual al transformador a que pertenece

Rigidez (kV) > 60 50 - 60 < 50 > 50 40 - 50 < 40 > 40 30 - 40 < 30 < 30 TAP sin carga 0,30 < 0,10

0,10 - 0,50 > 0,50 No es una prueba de rutina No es una prueba de rutina

Acidez (mgKOH/gaceite

) < 0,10 0,10 - 0,15 > 0,15 < 0,10

0,10 - 0,20 > 0,20 < 0,15

0,15 - 0,30 > 0,30 No es una prueba de rutina No es una prueba de rutina

Tensin interfacial (mN/m)

> 28 22 - 28 < 22 No es una prueba de rutina > 28 22 - 28 < 22 No aplica No aplica

Color y apariencia

claro y sin contaminaci

n visible oscuro y/o turbio






visible

oscuro y/o

turbio



Punto de Inflamacin Disminucin maxima 10% Disminucin maxima 10% Disminucin maxima 10% Disminucin maxima 10% Disminucin maxima 10%

Contenido de inhibidor > 40% del valor original > 40% del valor original > 40% del valor original > 40% del valor original > 40% del valor original

Sedimentos y lodos

Sin sedimentos o lodos precipitados.

NORMATIVA VIGENTE PARA EL USO DE ACEITE MINERAL DIELECTRICO NUEVO EN TRANSFORMADORES Y DEMAS EQUIPOS

DE POTENCIA EN CORPOELEC. AGOSTO 2011.

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2.7. AGUA EN TRANSFORMADORES

La humedad entra al transformador por contaminacin externa (aceite hmedo, silica humedad; fugas, alto contenido de oxigeno) o generada internamente por la oxidacin y envejecimiento del aislamiento compuesto papel-aceite. Es de resaltar que en el transformador casi en 98 % el agua esta contenido en el aislamiento slido, motivado a que la celulosa tiene una mayor afinidad por el agua que el aceite. Pequeas cantidades de humedad causan una perdida significativa del aislamiento slido. Hay una regla que dice que cuando se duplica la humedad la vida del transformador se reduce a la mitad. Cuanta agua es daina para el transformador. Las personas encargadas del mantenimiento de transformadores reconocen que el agua en transformadores es un problema, debido a que la vida til del transformador esta definida por el aislamiento slido y este se ve afectado muy fuertemente por el agua. Un alto contenido de humedad puede conllevar a una falla elctrica, por perdida del aislamiento. El agua puede entrar al transformador de las siguientes maneras:

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Cmo se ve afectada la vida del transformador por el Factor de Envejecimiento?

Figura 2.8. Vida til vs. porcentaje de humedad por peso seco.

Tabla 2.10. Daos causados en un transformador por humedad

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Efectos de la humedad.

A. H2O libre en el aceite

1. D877 30-80 ppm. 2. Cuando la ve no hay necesidad de prueba dielctrica

B. H2O en solucin en el aceite

1. No se puede ver con prueba dielctrica. 2. El aceite es claro como el cristal con H2O en solucin. 3. La solubilidad vara con la temperatura.

C. Saturacin punto de oscuridad.

1. El punto de oscuridad es la temperatura a la cual el aceite est 100 % saturado (como el punto de roco) con H2O.

2. Gotitas microscpicas si la temperatura cae por debajo del punto de oscuridad el aceite se torna claro nuevamente.

D. H2O en el aceite en estado de emulsin.

1. El H2O se oculta en los productos en desintegracin. 2. No se puede ver con la prueba dielctrica. 3. El aceite envejecido puede retener ms H2O que el aceite nuevo.

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Figura 2.9. Curva del punto de oscuridad 100 % de saturacin en un aceite

mineral promedio.

Figura 2.10. Curva del punto de oscuridad.

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E. Prueba de Karl Fischer (ASTM D1533)

1. Mide el total de H2O en la muestra de aceite:

a. Libre. b. En solucin. c. En emulsin.

2. Importante: registrar la temperatura del aceite cuando se toma la muestra.

Concepto de Equilibrio A. El gas, el aceite y el papel con H2O como sistema.

1. La misma saturacin relativa en cada material. 2. Ejemplo de punto de roco. 3. Temperatura del aceite y efectos sobre el H2O.

Figura 2.11. Transformador en equilibrio dinmico.

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Figura 2.12. Temperatura en la parte alta vs. la parte baja.

Figura 2.13. Revisin de la muestra del fondo.

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Porqu se usa la muestra de fondo?.

Figura 2.14. Distribucin de la humedad en el transformador.

Figura 2.15. Absorcin de agua en el aceite debido a la humedad relativa del

aire.

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Mtodos de Evaluacin de la Humedad en el aislamiento compuesto papel-aceite.

A. Datos de dos transformadores diferentes

1. El resultado de la prueba de Kart Fischer es de 30 ppm de H2O en el aceite para cada uno de los dos transformadores.

2. La temperatura del aceite es 50 C y 70 C respectivamente de cada

transformador.

3. Las caractersticas del transformador N 1 es:

10 MVA, 700 Kg de papel, 600 Kg de aceite. 4. Las caractersticas del transformador N 2 es:

40 MVA, 1800 Kg de papel, 20000 Kg de aceite.

B. Mtodo curva de Oommen equilibrio aceite-papel. C. Mtodo dos basado en el porcentaje de saturacin del aceite.

Figura 2.16. Humedad en el papel vs. Humedad en el aceite. Curvas de

Oommen para regiones de baja humedad y alta humedad.

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Figura 2.17. Humedad en el papel vs. Humedad en el aceite. Curvas de Oommen para regiones de alta humedad y alta humedad.

Calculo de la cantidad de agua que hay en el papel y el aceite para el transformador N 1.

De acuerdo con la grafica de Oommen para regiones de baja energa, para una humedad de 30 ppm y 50 C de temperatura. Nos ubicamos en el eje X y buscamos el valor de 30 ppm, luego subimos en lnea vertical hasta donde esta la curva de 50 C. Posteriormente en la se va en forma horizontal y determinamos el % de humedad en el papel. % de humedad en el papel = 3.1 %. Ahora calculamos cuantos litros de agua esta contenido en le papel y en el aceite.

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Ecuaciones: Cantidad de agua en la Celulosa= (Peso de papel x % de humedad)/100=21,7 Kg de agua. Cantidad de agua en el aceite= (peso de aceite x ppm H2O)/1000000.=0.18 Kg de agua. Cuanta agua debo extraer del papel para que la humedad se ajuste a un valor aceptable de al menos 2%. Cantidad de agua a extraer para ajustar a 2%= (Peso de papel x (% de humedad calculado - % de humedad a ajustar 2%))/100= 7.7 Kg de agua deben ser removidos del papel.

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Mtodo dos basado en el porcentaje de saturacin del aceite

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2.8. Degradacin del Aislamiento Slido (Celulosa) Las cadenas de polmero del aislamiento slido celulsico (papel, cartn, bloques de madera) contienen un gran nmero de anillos de anhidro glucosa que tiene enlaces dbiles C-O y enlaces glicosdicos que son menos estables que los enlaces de los hidrocarburos del aceite, y que se descomponen a temperaturas inferiores. A temperaturas superiores a 105 C tiene lugar, con velocidad significativa, la escisin o rompimiento de la cadena del polmero, y por encima de 300 C se produce su completa descomposicin y carbonizacin. Durante la operacin normal de un transformador se forman principalmente monxido de carbono (CO), dixido de carbono (CO2) y vapor de agua y con velocidades de descomposicin exponencialmente proporcional a la temperatura, as como tambin, se generan cantidades menores de hidrocarburos gaseosos y compuestos furnicos. La presencia de estos compuestos derivados de la degradacin del papel aislante, ha permitido elaborar tres mtodos con los cuales se pueden detectar cambios en la condicin de la celulosa del papel:

1. Medicin del grado de polimerizacin. 2. Medicin de los compuestos furnicos (furanos) disueltos en el aceite. 3. Medicin de los gases disueltos en el aceite (CO, CO2 por cromatografa

de gases). Los mtodos 2 y 3 son considerados mtodos indirectos, ya que las pruebas no se realizan directamente en una muestra de papel obtenida del devanado, sino en el aceite muestreado del equipo.

1. Medicin del grado de polimerizacin (DP). El Grado de Polimerizacin representa el nmero de monmeros de glucosa presentes en la molcula de la celulosa del papel y este valor se encuentra crticamente relacionado con la rigidez mecnica del papel.

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Durante la fabricacin de un transformador, el DP del papel se encuentra entre 1000 y 1300, el secado del transformador lo reduce a 950 y el envejecimiento en servicio lo reduce mucho ms, a un DP entre 950 y 500, la rigidez mecnica es constante, pero en el margen de 500 200, esta rigidez decrece en proporcin directa al DP, a un DP de 150 la rigidez mecnica se reduce a 20% de su valor inicial y debajo de este valor el papel no tiene rigidez mecnica alguna, por lo que en la industria se considera que debajo de un DP = 200, el papel pierde todas sus propiedades mecnicas y el equipo es susceptible a daos. Un pequeo aumento en el porcentaje de humedad reduce en gran medida la expectativa de vida del aislamiento, por lo que el contenido de humedad es considerado en extremo daino para el papel aislante. La presencia de humedad en el sistema de aislamiento juega un rol crtico en la vida del equipo, ya que la humedad deteriora la rigidez dielctrica y mecnica, y bajo condiciones de sobrecarga promueve la evolucin de burbujas en el aceite, la vida mecnica del aislamiento se reduce a la mitad cuando se dobla el contenido de humedad y la tasa de deterioro del papel es proporcional al contenido de agua. En cuanto al contenido de oxgeno, su reaccin con el aceite aislante crea productos qumicos derivados de la oxidacin tales como cidos, aldehdos, epxidos, etc. que son agresivos con el papel y lo desgarran molcula a molcula, por lo que afectan de manera negativa la vida del papel aislante y la degradacin del papel por oxgeno produce humedad, lo cual debilita las uniones de las molculas de la glucosa del papel, por lo que las reacciones secundarias provocaran rupturas en la cadena del polmero lineal (celulosa) que entrega la rigidez mecnica al papel, degradndolo y disminuyendo as su grado de polimerizacin y su rigidez mecnica. Ahora bien, la calidad del aislamiento de celulosa puede ser medido directamente mediante la determinacin del grado de polimerizacin (DP) por medio del mtodo del promedio viscosimetrito (ASTM D-4243 / IEC-60450), El mtodo del muestreo del papel se considera el ms exacto en la estimacin del valor del DP y por tanto en la vida del aislamiento, pero presenta ciertos problemas tales como:

- El tomar una muestra de papel del interior del transformador causa mucho trabajo y consume tiempo y dinero, adems, es necesario desencubar el transformador para obtener una muestra del papel.

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- El valor de DPV determinado por medio del mtodo viscosimtrico solamente es una estimacin aproximada de la longitud promedio de la cadena de celulosa.

- La informacin acerca del envejecimiento est relacionada con el lugar

de donde la muestra es retirada y no provee informacin acerca del estado global del aislamiento ni de la condicin de los lugares crticos.

2. Medicin de los compuestos furnicos (furanos) disueltos en el aceite.

El anlisis de furanos es una tcnica importante en la deteccin del deterioro trmico, hidroltico y oxidativo del aislamiento slido (papel) del transformador y es un complemento para la cromatografa de gases cuando se trata de la descomposicin del papel aislante. El papel aislante esta constituido de celulosa, que es un polmero constituido por largas cadenas de anillos de glucosa, que conforman complejos glucosdicos. Ahora bien, por los diferentes procesos que ocurren dentro del transformador y particularmente por razones de una degradacin de origen trmico que compromete al papel aislante, las cadenas glucosdicas se rompen formando anillos abiertos de glucosa. Pero la glucosa es inestable y adems tiene una baja estabilidad en el aceite. Posteriormente la glucosa se degrada para formar furanos, que si son estables y solubles en el aceite. Es decir que se produce una oxidacin de los anillos abiertos de glucosa. Estos furanos formados, se pueden medir en el aceite mineral dielctrico en partes por billn (ppb), utilizando un cromatgrafo de alta

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