Ing. Julio Rigoberto Artero.DIAGNOSTICO DE LA CONDICION DE TRANSFORMADORESHistoria Operativa de los EquiposEdad de los activosVida RemanenteEstimacin de la Condicin de EquiposRelacion de Fallas ExistenteDIAGNOSTICOINTEGRALAspectos Tecnolgicos Diseo

Ing. Julio Rigoberto Artero.TECNICAS PARA EL DIAGNSTICO DE LOS TRANSFORMADORES:Tcnicas con el Transformador energizado:

ItemPruebaDetectaItemPruebaDetecta1Anlisis de gases disueltos (DGA)Arqueo interno, mal contacto elctrico, puntos calientes, descargas parciales y sobrecalentamiento de conductores, aceite y aislamiento.5Anlisis acstico (ultrasnico)Descargas parciales internas, arqueo, blindajes no aterrizados, malas conexiones en boquillas, defectos en contactos de cambiadores, problemas de puestas a tierra del ncleo, aislamiento dbil que produce efecto corona.2Pruebas fsicas y qumicas del aceiteHumedad, acidez, tensin superficial, furanos, rigidez dielctrica y factor de potencia.6Deteccin snica de defectosFugas de nitrgeno, vibracin excesiva de ncleo y bobinas, efecto corona en las boquillas, problemas mecnicos en rodamientos de motores y bombas.3Inspeccin externa fsicaFugas de aceite, partes rotas, operacin ruidosa, conexiones flojas, problemas con los ventiladores y refrigeracin.7Anlisis de vibracionesProblemas internos de ncleo, bobinas, blindaje, partes flojas y rodamientos defectuosos.4TermografaPuntos calientes, corrientes circulantes, bloqueos del enfriamiento, conexiones flojas.

Ing. Julio Rigoberto Artero.TECNICAS PARA EL DIAGNSTICO DE LOS TRANSFORMADORES:Tcnicas con Transformador desenergizado:

ItemPruebaDetectaItemPruebaDetecta1Capacitancia de boquillas, factor de potencia del aislamiento, corriente de excitacinPrdida de la integridad dielctrica del aislamiento, prdida de la integridad dielctrica de las boquillas, humedad en los devanados.5Resistencia ohmica de los devanadosFalsos contactos, cintas rotas, conexiones flojas, falso contacto en cambiadores de derivaciones.2Relacin de transformacinDevanados en cortocircuito, cortocircuito entre espiras.6Anlisis de respuesta en frecuenciaMovimientos y deformaciones locales en los devanados.3Impedancia de corto-circuito (reactancia de dispersin).Deformacin mayor en los devanados.7Inspeccin visual internaLodos en el aceite, desplazamiento de devanados y cuas, falta de apriete en devanados, malas conexiones, calentamientos excesivos, objetos extraos en el equipo.4Resistencia de ncleo a tierra.Mala conexin de tierras intencionales del ncleo o existencia de conexiones a tierra no intencionales8Grado de polimerizacin.Condicin y tiempo de vida estimada del aislamiento.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Los primeros transformadores no empleaban el aceite como medio aislante, si no que utilizaban el aire como medio dielctrico.

El aceite dielctrico es un componente muy importante del aislamiento del transformador

Elihu Thomson patent el uso del aceite mineral en 1887 y aproximadamente cinco aos ms tarde, se utilizaba el aceite como aislante dielctrico en el mbito comercial.

El aceite dielctrico es no corrosivo( el deber ser ) a las partes metlicas del transformador y baja solubilidad frente a las pinturas y barnices en el interior del transformador.

USO DEL ACEITE DIELCTRICO EN TRANSFORMADORES DE POTENCIAok

Ing. Julio Rigoberto Artero. Aceites sintticos. PCB

Los aceites bifenilos policlorados, tambin conocidos como askareles o PCBs, son compuestos qumicos formados por cloro, carbono e hidrgeno.

En 1929, la empresa Monsanto (EE.UU.) inici la produccin industrial. El PCB es resistente al fuego, muy estable, no conduce electricidad y tiene baja volatilidad a temperaturas normales.

Los PCBs se utilizaron anteriormente como aislantes para equipos elctricos como transformadores, capacitores y termostatos.

El riesgo ocurre si los transformadores explotan o se prenden fuego, en ese caso, el PCB se transforma en un producto qumico denominado dioxina (es un producto txico de desecho que se forma cuando se queman desperdicios que contienen cloro), estas son las sustancias ms dainas que se conocen, se ha comprobado que son cancergenos.

En 1976, la OMS recomend la prohibicin de la fabricacin, comercializacin y uso de los BPCs a nivel mundial.TIPOS DE ACEITES

Ing. Julio Rigoberto Artero. Aceites Siliconados

Este tipo de aceite es a base de silicona dimetlica(polmero de dimetil siloxano compuesta por cadenas alternadas de tomos de silicio y oxigeno y grupos de metilo unidos a los tomos de silicio) , en la actualidad es uno de los compuestos menos peligrosos y uno de los mejores sustitutos de los PCBs.

Este tipo de aceite es altamente estable, con una capacidad de resistencia al fuego ms alta que los aceites minerales y adems es un refrigerante dielctrico y no contaminante.

Si a un transformador proyectado para aceite mineral o PCB se lo refrigera con lquido siliconado, la potencia del transformador se reduce en 5-10% debido a su mayor viscosidad.

Se han empleado fluidos sintticos a base de silicona en aplicaciones especiales donde un alto grado de seguridad y muy amplio tiempo de servicio es requerido.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Los aceites dielctricos de origen mineral se obtienen de derivados del petrleo, que posee propiedades elctricas aislantes.ACEITE MINERAL

Ing. Julio Rigoberto Artero.

Est formado por compuestos de hidrocarburos y no-hidrocarburos.

Hidrocarburos: Los compuestos de hidrocarburos son el mayor constituyente del aceite mineral y pueden ser divididos en tres grandes grupos.ParafnicosNaftnicosAromticos

No- Hidrocarburos: Los compuestos no-hidrocarburos en el aceite mineral pueden ser compuestos de azufre, compuestos de nitrgeno, compuestos con oxigeno.ACEITE MINERAL

Ing. Julio Rigoberto Artero.ACEITES PARAFINICOS Y NAFTENICOSSe denomina aceite de base parafnica cuando la proporcin de hidrocarburos parafnicos son mayores que los hidrocarburos naftnicos. Y caso contrario se denominan de base naftnica cuando la proporcin de hidrocarburos naftnicos son mayores que los hidrocarburos parafnicos.

Una composicin tpica de un buen aceite dielctrico responde a las siguientes proporciones:

Hidrocarburos Aromticos: 4 a 7%Hidrocarburos Parafnicos: 45 a 55%Hidrocarburos Naftnicos: 50 a 60%Un transformador de potencia requiere de un fluido de alta calidad, por lo que el aceite naftnico es el ms utilizado debido a que posee mejores propiedades que el de tipo parafnico, ya que se comporta muy bien a bajas temperaturas (-40C), ndice de viscosidad baja, buena estabilidad a la oxidacin y baja tendencia a la formacin de gases.

Ing. Julio Rigoberto Artero.ACEITE VEGETALEl aceite vegetal esta basado en semillas oleaginosas y aditivos de mejora de desempeo de clase comestible.

Es un refrigerante dielctrico que se degrada rpido y totalmente en el suelo y en ambientes acuticos.

Es de color verde para destacar su perfil ambiental favorable, y distinguirlo del aceite mineral.

Un ejemplo de aceite dielctrico vegetal es el fluido Envirotemp FR3. Las ventajas de ste aceite entre otras es que posee alta rigidez dielctrica, caractersticas trmicas mejoradas, viscosidad baja y excelente estabilidad qumica.

Debido a sus excelentes caractersticas ambientales, de seguridad contra incendio y de desempeo, las aplicaciones del aceite vegetal se han extendido a una variedad de equipos, incluyendo transformadores de potencia.

Ing. Julio Rigoberto Artero.

PROPIEDADES FSICASViscosidadPunto de fluidezPunto de inflamacinTensin interfacialPunto de anilinaColorDensidad

PROPIEDADES QUMICASEstabilidad a la oxidacinContenido de aguaNumero de Neutralizacin

PROPIEDADES ELCTRICASFactor de potenciaRigidez dielctrica

PROPIEDADES FSICAS, QUMICAS Y ELCTRICAS DEL ACEITE DIELCTRICO MINERAL.

Ing. Julio Rigoberto Artero.CLASIFICACION DE LOS ACEITES DIELECTRICOS (NORMA ASTM D-3487).

Tipo 1: aceites no inhibidos, solo contienen 0,08% en peso de aditivo antioxidante

Tipo 2: aceites inhibidos, contiene hasta 0,3% en peso de aditivo antioxidante, por ejemplo el 2,6-ditertiario-butil para-cresol (DBPC) y el 2,6-ditertiario-butil fenol (DBP)

Los aceites dielctricos tipo 1 se definen como aceites para equipos elctricos donde se requiere una resistencia normal a la oxidacin, y los de tipo 2 para aquellas aplicaciones donde la resistencia a la oxidacin debe ser mayor.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Las cuatro funciones del aceite del transformador

El aceite proporciona rigidez dielctrica; acta como un material aislante y dielctrico.

El aceite se encarga de la transferencia de calor; acta como medio de enfriamiento.

El aceite protege el aislamiento slido; acta como una barrera entre el papel y los efectos dainos del oxigeno y la humedad.

El aceite puede probarse para conocer las condiciones internas del equipo; acta como una herramienta de diagnostico para la evaluacin del aislamiento slido.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Pruebas del aceite en los transformadores de potenciaEl aceite aislante de un transformador requiere pruebas de aceptacin, con el propsito de verificar que cumpla con dos objetivos fundamentales: ser un aislante elctrico y ser un refrigerante de ncleos y bobinas.

El aceite del transformador contiene informacin sobre el estado del transformador. Por ello, analizando el aceite en servicio pueden obtenerse tempranas indicaciones de la degradacin del papel, puntos recalentados y averas elctricas. Para evitar serios problemas, estos datos pueden ser utilizados como gua de las medidas correctivas a tomar en el transformador

Las pruebas se clasifican en: Fsicas-qumicas Gases disueltos Contenido de furanos. Estimacin de la corrosividad de los aceites (Anlisis de DBDS , ensayo ASTM D1275-B, CCD, etc. )

Para realizar las pruebas, es necesario extraer una muestra de aceite del transformador.

Ing. Julio Rigoberto Artero.ESTIMACIN DE LA CORROSIVIDAD DE LOS ACEITESEn los aceites aislantes minerales se encuentran muchas clases de compuestos azufrados, pero no todos son corrosivos o reactivos con el cobre y otros metales como la plata.

Los compuestos de azufre ms reactivos en su orden son: El azufre elemental (S). Los mercaptanos ( (R-SH). Los sulfuros (tioteres), los disulfuros y tiofenos.Se define el azufre corrosivo, de acuerdo a la norma ASTM D2864, como la presencia de azufre y/o azufre elemental en aceites minerales aislantes que pueden causar corrosin de ciertos metales, tales como el cobre y la plata. En el caso de los transformadores de potencia, la deposicin de compuestos de sulfuro de cobre tanto sobre el papel aislante como sobre las lminas metlicas de cobre, conducen a una reduccin de las propiedades dielctricas del aislamiento interno, ocasionando fallas catastrficas.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Los problemas registrados a nivel mundial de fallas en transformadores, ponen de manifiesto que se produce una reaccin con el cobre la cual no requiere para su desarrollo altas temperaturas, aunque el calor produce efectos ms pronunciados.

Ing. Julio Rigoberto Artero.El cobre es el metal menos resistente al ataque del azufre corrosivo (dentro de los transformadores se tienen grandes cantidades de cobre), adicionalmente se requiere ambientes con cantidades bajas o ausentes de oxgeno (transformadores sellados, con tanque con membrana, gas blanket), y con la ayuda de la temperatura favorece la reaccin qumica.

Como se ve en el transformador se cumplen los requisitos para que se favorezca la reaccin qumica entre el cobre y el azufre corrosivo, para formar un compuesto de color negro, gris, verde, azul o violeta llamado sulfuro de cobre ( Cu2S, CuS). Si el azufre reacciona con el aluminio se formar el sulfuro de aluminio (Al2S3), que es de color amarillo verdoso. Estos productos formados son altamente conductores y son los causantes de las fallas de los transformadores. Ellos forman una pelcula sobre la superficie del metal que migra hacia el papel reduciendo la rigidez dielctrica entre espiras. ESTIMACIN DE LA CORROSIVIDAD DE LOS ACEITES

Ing. Julio Rigoberto Artero.El gran nmero de unidades falladas en los ltimos aos, por causa del aceite contaminado con azufre corrosivo, ha llevado a que las empresas tomen los respectivos controles para minimizar las fallas. Entre estos tenemos: Realizar el ensayo de Corrosividad con el mtodo extendido ASTM D1275(06) mtodo B, el cual contempla: Mayor temperatura y tiempo de prueba, eliminacin del oxgeno en el ensayo. Si el aceite es corrosivo realizar la pasivacin con Irgamet 39 (100ppm) o Benzotriazol (30ppm). Realizar el cambio del aceite corrosivo por uno no corrosivo. Disminuir la temperatura de trabajo de la unidad, colocando ventiladores o disminuyendo la carga.

Vale la pena mencionar que con estas actividades no se puede volver irreversible el dao causado a la unidad, slo se detiene.ESTIMACIN DE LA CORROSIVIDAD DE LOS ACEITES

Ing. Julio Rigoberto Artero.Dentro del programa de mantenimientos predictivos de los equipos de potencia del Departamento de Mantenimiento, a finales del ao 2009 se realiz la toma de muestras de aceite y los anlisis para determinar el contenido de azufres corrosivos al parque de transformadores de potencia.CASO REAL : ANALISIS AL PARQUE DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE UNA EMPRESA DE TRANSMISIN DE ENERGA.Las pruebas o ensayos realizados para determinar la presencia de azufres corrosivos fueron el ensayo ASTM D1275-B y el anlisis de DBDS (dibenzyldisulfide). En la gran mayora de transformadores fallados a nivel mundial por aceite contaminado con azufre corrosivo, se ha encontrado la sustancia disulfuro de dibencil (DBDS), en concentraciones cercanas a 100ppm. Este disulfuro es uno de los agentes ms corrosivo inclusive en bajas concentraciones (

Ing. Julio Rigoberto Artero.Segn los resultados de las pruebas, once (11) transformadores se encuentran en clasificacin 3b segn el ensayo ASTM D 1275-B, en donde se define esta condicin como sospechoso de ser o tener azufres corrosivos; y diecisiete (17) transformadores presentaron valores de DBDS mayores a 10 ppm segn el mtodo Doble, lo cual denota caractersticas corrosivas del aceite.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Tabla 1: Transformadores con contenido de azufres segn ensayo ASTM D1575Tabla No.1, se muestran los once (11) transformadores que presentaron clasificacin 3b en su aceite dielctrico que los clasifica como sospechosos de contener azufres corrosivos:

Ing. Julio Rigoberto Artero.Tabla 2: Transformadores con DBDS 10 mg/kg, segn Mtodo DOBLE.Tabla No.2, se muestran los diecisiete (17) transformadores que presentaron valores mayores o iguales a 10 mg/kg de DBDS, en el aceite dielctrico, lo cual es un indicativo que el aceite presenta caractersticas corrosivas.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Tabla 3: Correlacin entre ensayo ASTM D1275B y anlisis DBDS Mtodo DOBLE.Tabla No.3, se muestran los transformadores que no pasaron ambas pruebas: el anlisis de DBDS y al ensayo ASTM D1275B; estos transformadores son los seis (6) indicados en el cuadro rojo punteado:

Ing. Julio Rigoberto Artero.RECOMENDACIONES POR PARTE DEL LABORATORIO QUE REALIZ LOS ENSAYOS: Para todos los transformadores se recomienda realizar anlisis de DBDS y medicin de contenido de pasivador con periodicidad anual.

Para los 17 transformadores que presentaron valores de DBDS mayores de 10 ppm, se recomienda realizar el ensayo de CCD (Covered Conductor Deposition Test) en menos de 6 meses.

Se recomienda evaluar al menos a una de las unidades contaminadas con DBDS con el ensayo de factor de potencia a alto voltaje (20-35 kV), con el fin de evaluar el tip-up y establecer el grado de contaminacin del papel debido a la deposicin de sulfuros de cobre. De acuerdo a esta evaluacin, buscar la mitigacin del azufre corrosivo con una o la combinacin de las siguientes acciones: adicionar un pasivador metlico, reemplazar el aceite por uno no corrosivo, bajar el set point de arranque del sistema de enfriamiento, colocar ventiladores adicionales para reducir la temperatura en 5C disminuir la carga.

Ing. Julio Rigoberto Artero.ACCIONES CONSIDERADAS A EFECTUAR :Para los diecisiete (17) transformadores que presentaron valores de DBDS mayores de 10 ppm, se realizar en el ao 2011 el ensayo de CCD (Covered Conductor Deposition Test), as como el ensayo de DBDS (dibenzyldisulfide), para validar la presencia de azufres corrosivos.

Se ha investigado que el Laboratorio DOBLE de Estados Unidos, ofrece cuatro alternativas a escala para tratar en sus laboratorios muestras de aceites que se encuentren con contenido excesivo de azufre corrosivo, estas alternativas son las siguientes:Alternativa 1: Tratamiento de arcilla- Clay TreatmentEl tratamiento con arcilla ha sido desarrollado para remover DBDS y otros componentes del sulfuro corrosivo. Se realizar el tratamiento a una muestra de aceite piloto para determinar la cantidad de arcilla (a escala) y si el DBDS est presente, que cantidad se remueve con el tratamiento. Posterior a la prueba de tratamiento con arcilla a escala, se realizarn las pruebas ASTM D1275B y la prueba de DOBLE CCD.

Ing. Julio Rigoberto Artero.Alternativa 2: Pasivador- PassivationSe aplicar 100 ppm de pasivador Irgamet a la muestra de aceite, y luego de la pasivacin se realizar las pruebas de sulfuro corrosivo ASTM D1275B, la prueba DOBLE CCD y de DBDS, para determinar la efectividad del mtodo de pasivacin. Adicionalmente se medir las caractersticas de los gases, ya que en algunos casos con la aplicacin del pasivador se generan algunos gases en el aceite.Alternativa 3: Reemplazo de aceite- Oil replacementSi se reemplaza el aceite, un poco de aceite residual se mezcla con el nuevo aceite. Se realiza la prueba al nuevo aceite con el antiguo aceite al 5 a 10%. Para ambos se realiza la prueba DOBLE CCD y ASTM D1275B.Alternativa 4: Tratamiento de Sodio- Sodium TreatmentEl Sodio puede remover DBDS y otros componentes del sulfuro corrosivo. El aceite es tratado a escala y luego se vuelve a realizar las pruebas de DBDS, ASTM D1275B y DOBLE CCD.

Ing. Julio Rigoberto Artero.De las cuatro alternativas de DOBLE, se considera que la mas conveniente es la alternativa No. 1, ya que con el tratamiento con arcilla no se contaminara con ningn producto qumico al aceite dielctrico, lo cual ocurrira en el caso de las alternativas 2 y 4 que utilizan Irgamet y Sodio, respectivamente.

En el ao 2011, se efectuar la alternativa No.1 de DOBLE a una muestra de aceite de uno de los transformadores que no pasaron ambos anlisis efectuados, relacionados a los azufres corrosivos ( ASTM D1275B y anlisis de DBDS). PROYECCIN DE COSTOS ESTIMADOS :ACCIONES CONSIDERADAS A EFECTUAR :