1Controlando la Corrosin del Cobre Controlando la Corrosin del CobrePor qu ocurre y qu se ha hecho desde la perspectiva del aceite aislante? Ing. Jayme Nunessenior technical coordinator - Nynas ABRepresentante brasileo en CIGR A2.32 WG - Corrosive SulfurRepresentante brasileo en IEC TC10 Insulating LiquidsSecretario de la Comit D1 de CIGR BrasilMiembro de Comit ASTM D27Miembro de los Comits de Normalizacin de ABNT (Brasil), ANCE (Mxico) ICONTEC (Colombia) and IRAM (Argentina)Controlando la Corrosin del Cobre Controlando la Corrosin del CobreCasos Conocidos Casos Conocidos Nynas ha conocido aproximadamente 45 casos a nivel mundial durante los ltimos 15 aos. Los transformadores involucrados son de 6 diferentes fabricantes y contenan aceite dielctrico de 8 productores. Hasta hace poco tiempo, los mtodos de prueba y las especificaciones no eran suficientes para prevenir el fenmeno. Esto involucr a toda la industria y se requiri cooperacin multifuncional para enfrentar el fenmeno. Como el lder del mercado y llenando ms de un milln de transformadores cada ao, nuestro propsito es comprender enteramente el fenmeno y mantener un rol activo.22Formacin Formacin deldel Sulfuro Sulfuro dede Cobre CobreIntroduccin Introduccin Los requerimientos de confiabilidad y duracin han puesto siempre una altas demandas a los aceites utilizados en transformadores y reactores. Las normas se desarrollaron para asegurar el cumplimiento a tales demandas. Durante 2004 y 2005, un cierto nmero de equipos fallaron indicando que algo haba cambiado en las condiciones tcnicas de los equipos. La razn principal parece ser una reduccin en el desempeo del aislamiento slido causada por el depsito de sulfuro de cobre en la celulosa y en los devanados. Todos los aceites dielctricos utilizados en la unidades falladas cumplan con las especificaciones vlidas en aquel momento. 3Formacin del Sulfuro de Cobre Formacin del Sulfuro de CobreIntroduccin Introduccin El anlisis de la informacin disponible mostraron que un cambio en las condiciones de operacin, en el diseo y la localizacin de los equipos pueden ser factores incidentes para el desbalance entre cobre, aceite y celulosa. Si una combinacin de estos factores origina un ambiente de bajos niveles de oxgeno y alta temperatura de operacin, podra haber un aumento en el riesgo de que se formen sales de cobre en diversas partes del transformador/reactor incluyendo la parte interna del aislante slido. Es una reduccin en el desempeo del aislamiento slido la principal preocupacin y no la formacin de sulfuro de los conductores. 43Reacciones del Aceite con el Cobre Reacciones del Aceite con el Cobre La bajapresenciade oxgenoy altastemperaturaspromuevenlas reaccionesdeazufrey cobresobrela superficiedelconductor. Complejosdecobresolublespodranmigraral aceitey formarsulfurode cobre en elinteriory el exteriordela celulosa. En la mayorade los casos,la raznde las fallasfue un arcoentreespirasadyacentes5CobreCelulosaSRCu-SulfuroCu-complejoReaccinen la superficie del CobreEl complejodecobrese disuelveenelaceite,se depositaen la celulosay reaccionacon el azufre+ azufreCu-SulfuroCriterios de Riesgo Criterios de RiesgoIndicacionesFuertespara que el fenmenoocurra:IndicacionesFuertespara que el fenmenoocurra: Devanadosno barnizados. Transformadorescon sbanadenitrgenoo conservadoresequipadoscon diafragmade hule(es decir,ambientebajoen oxgeno) Altatemperaturadeoperacin. En combinacincon aceitesquenocumplencon las nuevasnormasdecorrosividadASTM 1275B o IEC 62.535.Otros Factoresimportantesrelacionadoscon las fallas: Otros Factoresimportantesrelacionadoscon las fallas: Ocurrenciade transientes Las unidadesfalladasson predominantementeenaplicacionesde altovoltaje,> 300kVLas fallasrepresentan0.02 0.03 % deltotalde Transformadoresoperandocon estosaceites. 64Condiciones en las que el Fenmeno Tiene MenosCondiciones en las que el Fenmeno Tiene Menos Probabilidades de Ocurrir Probabilidades de Ocurrir Transformadores Abiertos (Open breathing) Devanados de cobre barnizados. Entre ms baja temperatura de operacin, menor riesgo. 78 El mtodo de ensayo de azufre corrosivo (ASTM D1275) se mantuvo sin revisin de 1953 asta 2006.Hay un lmite para la temperatura de trabajo del papel pero no para el aceite. Clase de Temperatura (Papel)55C = kraft paper65C= TU paper75C= TU paper95C= Hybrid/NomexEspecificaciones Especificaciones deldel Aceite Aceite vs vs Temperatura Temperatura dede Operacin OperacinAo de fabricacin Ao de fabricacinLitros de aceiteLitros de aceite aislante/aislante/ kVA kVA1915 7,51945 21960 1,21977 0,51993 0,4Hoy 0,25Los mtodos de prueba y las especificacionesno eran suficientes para prevenir el fenmeno.5 La Temperatura de Operacin de los transformadores no est directamente relacionada con las especificaciones del aceite.9Source: Terna Presentation - Doble ConferenceEspecificaciones Especificaciones deldel Aceite Aceite vs vs Temperatura Temperatura dede Operacin OperacinConsiderandolavelocidaddereaccinqumicase duplicacada10K. (Leyde Arrhenius):10La tasade interaccinentrelos materialesser32 vecesmayora 110C quela tasaa 60C50 60 7080 90100 110 (C)1 1248321605101520253035Tasa de InteraccinTemperaturaEspecificaciones Especificaciones deldel Aceite Aceite vs vs Temperatura Temperatura dede Operacin Operacin611Especificaciones Especificaciones deldel Aceite Aceite vs vs Temperatura Temperatura dede Operacin OperacinQu Qu sese hizo hizo desde desde elel punto punto de vista delde vista del aceite aceite para paracumplir cumplir con loscon los nuevos nuevos requerimientos requerimientos de corrosividad? de corrosividad?127Medidas Posibles de Control del FenmenoMedidas Posibles de Control del Fenmeno 1. Una manera de minimizar el riesgo de que este fenmeno ocurra fue ajustar la formulacin del aceite para condiciones ms severas de operacin de los transformadoresy reactores. 2. Otra manera fue usar un pasivador barniz qumico para limitar la disponibilidad del cobre para una reaccin qumica. (Pasivacin)3. Hacer las especificaciones del aceite ms exigentes en relacin a la corrosividad. (CIGR/IEC/ASTM). 13Soluciones Soluciones Tcnicas TcnicasEquipos en servicioEquipos en servicio Aadir pasivador al aceite de transformadores considerados en riesgo.Nypass es una de las opciones. La pasivacin puede implementarse inmediatamente, ya que es una tcnica sencilla, de bajo costoy que reduce considerablemente el riesgo de fallas.Previenelaprogresindelfenmeno14815Uso Uso dede Aceites Aceites Aislantes Aislantes Pasivados Pasivados Metal Passivators and Deactivators for TRO have been discussed since at least 19581. Wood-Mallock, Steiner, Wood; The effects of metals on transformer oils and some methods ofprotection against adverse effect. J. Inst. Petrol. 1958, 44, 320-332.2. Lipshtein, Shakhnovich, Transfomer Oil IPST Press: Jerusalem, 1970.3. Bartnikas, R., Engineering Dielectrics Volume III,Electrical Insulating Liquids. ASTM: Chelsea, 1994. Passivators (BTA) used in TRO in Australia and Japan (JIS C 2320, 1993) for more than 25 years At least 2 patents covering passivators/deactivators in TRO1. Scotchford, Terence Improvements in or relating to compositions containing metal deactivatorsCastrol Ltd , GB1061904, 1967.2. von Gentzkow, Deml, Soldner; Transformer with copper windings, liquid insulation material and supplydepot containing solid copper deactivator to prevent dissolution of the copperSiemens AG. US4472700, 1984. Higly soluble passivators are used extensively in other petroleum product applications1. Waynick; The Development and Use of Metal Deactivators in the Petroleum Industry: A Review.Energy Fuels 2001, 15, (6), 1325-1340.2. Braun, Omeis; Additives in Lubricants and Lubrication (Ed. Mang, Dressel), 2001169Estudios de Qumica de Superficies. Estudios de Qumica de Superficies.1718101920 El pasivadores establehasta300C en relacina la degradacintrmica. Los resultadosde las medicionesde elipsometraconfirmanla irreversibilidadde los enlacesqumicos. - La concentracinde 100ppmes ms que suficiente. Puedeser absorbidopor la celulosa Acta como reservorio. El efectodela pasivacinpermaneceinclusosi la concentracinen elaceitecaea cero. La pasivacintambines efectivasobreel cobreennegrecido. El contenidode pasivadorpuedepresentarbajadegradacindebidoa oxidacin del aceitePasivadorPasivador Conclusiones Generales Conclusiones Generales11Desempeo del Pasivador en Servicio Desempeo del Pasivador en ServicioFallas de Reactores en Brasil Fallas de Reactores en Brasil21Data Numero de fallas2004 22005 122006 42007 12008 02009 0Soluciones Tcnicas Soluciones TcnicasAceites Nuevos Aceites NuevosEjemplosde aceitesdetransformadorNynasquecumplescon las especificacionespropuestas(ASTM D1275B y IEC 62.535)Todos los grados NovaAceites conaltogradode refinacine bajocontenidode azufreAceites que cumplen con IEC 60296Class (U)Nytro Libra,Nytro Taurus Nytro Libra,Nytro TaurusNytro Gemini, NytroNytro Gemini, Nytro Perseus PerseusClass (T)Nytro 4000 ANytro 4000 A Class (I) NytroNytro Lyra Lyra XXNytro 10XN Nytro 10XN2212Soluciones Soluciones Tcnicas TcnicasAceites Aceites Nuevos NuevosEjemplosde aceitesdetransformadorNynasquecumplescon las especificacionespropuestas(ASTM D1275B y IEC 62.535)Todos los grados NovaAceites conaltogradode refinacine bajocontenidode azufreAceites que cumplen con ASTM D3487Type I Nytro Orion INytro Orion I Nytro Leo I Nytro Leo IType IINytro11GBX Nytro11GBX- -usus Nytro Orion II Nytro Orion IINytro Leo II Nytro Leo IINytroNytro Linx Linx,Nytro Bear ,Nytro Bear23El cambio del uso de aceites no inhibidos para inhibidos es una clara tendenciaen el mercadoSoluciones Tcnicas Soluciones TcnicasAceites Aceites Nuevos Nuevos241325ASTM D1275B IEC 62535 (Cigr test)Tira de CuFrasco hermticoBurbujeo de gas Nitrgeno 150C, 48 hTiras de Cu envueltas en 1 capa de papelkraft Vial Headspace GC Air en fase gaseosa150C, 72 hSoluciones Tcnicas Soluciones TcnicasNuevos Mtodos de Ensayo Nuevos Mtodos de EnsayoAspectos Aspectos Tcnicos Tcnicos basados basados enen Estudios Estudios de Nynas yde Nynas y Otras Otras Instituciones Instituciones Investigacionesde laboratorioy de 4 aosen servicioindicanque laadicinde pasivadorprevienela progresindelfenmeno.Estos aceitestienenen promedio65 -70 ppm decontenidodepasivador. El pasivadornotieneefectosadversosen el desempeode los transformadores El pasivadornoeliminaantiguosdepsitosdesulfuro de Cobre. El anlisisde rutinadelaceiteno se afectapor laadicindelpasivadoryno hay cambioen el patrnde lacromatografade gases(DGA). Hubo unareduccinconsiderableenla cantidadde fallasreportadasdebidoa la corrosindelcobre.2614Conclusiones Conclusiones Hubo una rpida actuacin de los organismos de normalizacin con el desarrollo de nuevos mtodos de prueba y especificaciones limitando el problema a las unidades ya identificadas. La tcnica de pasivacin para estas unidades ya cuenta con 4 aos de experiencia en servicio y mostr ser una solucin efectiva con fuerte reduccin de la ocurrencia de fallas. Actualmente, todos los aceites que cumplen con el mtodoASTM D1275B o IEC 62.535 no presentan indicios de corrosividad en servicio. Todos los aceites dielctricos de Nynas cumplen con el mtodo ASTM D1275 B y IEC 62.535 27Controlando la Corrosin del Cobre Controlando la Corrosin del CobreMaria Laura Moralesmaria.laura.morales@nynas.comNynas LAPor qu ocurre y qu se ha hecho desde la perspectiva del aceite aislante? Jayme Nunesjayme.nunes@nynas.comNynas AB