Aceites de transformador
Introducción
Un aceite mineral de transformador se compone principalmente de carbono e hidrógeno en moléculas que presentan diferentes estructuras.
Los aceites parafínicos están formados por moléculas que pueden ser tanto de cadena lineal como ramificada. Los alcanos normales de tipo cadena lineal son conocidos como parafinas, si son enfriados se impide su libre flujo y se deben tomar precauciones para utilizarlos en un clima frío.
Los aceites nafténicos también conocidos como ciclo alcanos están formados por moléculas con una estructura anular, presentan excelentes características a bajas temperaturas.
Todos los aceites de transformador contienen moléculas aromáticas con una estructura molecular totalmente distinta de las moléculas parafínicas y nafténicas, tanto química como físicamente.
La oxidación se ve influenciada por dos parámetros principales: oxígeno y temperatura. Es de notar que todos los aceites contienen una pequeña cantidad de aire, incluso después de la desgasificación (entre un 0.05 y un 0.25% de oxígeno por volumen). El calor acelera este deterioro.
Los procesos de oxidación se producen por actividad de descargas parciales en micro burbujas, las que generan ozono, elemento especialmente activo en los procesos de oxidación.
El proceso de oxidación se inhibe con aditivos denominados antioxidantes.
Existen dos tipos de aceites en el mercado, inhibidos y no inhibidos. De hecho, todos los aceites son inhibidos, los inhibidos por la adición de fenol retardado (destrucción radical), y los no inhibidos con inhibidores naturales (destrucción por peróxido).
La actividad de los antioxidantes dura un tiempo definido, llamado período de inducción, durante el cual previenen la formación de peróxidos con radicales libres.
Manipulación y almacenamiento
Sin pretender profundizar sobre este importante tema, es esencial destacar que durante el almacenamiento y manipulación pueden verse modificadas ciertas propiedades cruciales para las prestaciones del aceite. Debido a su fácil contaminación, es necesario evitar riesgos tomando precauciones en lo relativo al proceso de manipulación, para lo cual el personal debe estar debidamente capacitado.
El agua es el contaminante más usual en los aceites de transformador durante la manipulación y almacenamiento.
Las partículas interactúan con el agua, reduciendo la tensión de ruptura eléctrica, son extraídas al filtrarlas a través de filtros de partículas, los cuales forman parte de los filtros de desgasificación.
Cuando se carguen aceites de transformador para su suministro a clientes finales, se deberá utilizar un filtro de 5 micrómetros o inferior.
Durante el transporte, manipulación o llenado del transformador pueden entrar en el aceite pequeñas cantidades de contaminantes químicos, provenientes de otros productos que hayan sido tratados con el mismo equipo.
Mantenimiento de los aceites de transformador en servicio
Generalidades
El costo de un transformador es elevado, la supervisión de su funcionamiento a través del aceite resulta económico en comparación con los costos que ocasiona una avería y los provocados por la interrupción del suministro eléctrico.
Esto es válido para transformadores de potencia, para los transformadores de distribución se debe analizar en cada casa la probabilidad de "que sucedería sí...".
Por lo tanto para la elección de un aceite debe asegurar una larga vida en servicio, que las propiedades del aceite sean las requeridas por el equipo, teniendo en cuenta la tensión de servicio, tipo de carga, condiciones climáticas, etc.
Se debe destacar que el aceite de un transformador contiene información acerca del estado del mismo.
Haciendo controles y análisis del aceite se pueden obtener oportunas indicaciones del estado de degradación del papel, presencia de puntos calientes, fallas eléctricas, etc.
Muestreo
Debe ser realizado siguiendo estrictas recomendaciones, caso contrario los resultados del análisis pueden llevar a conclusiones falsas acerca de su estado, para ello es importante que quien toma las muestras tenga suficiente experiencia utilizando para ello equipos limpios, secos y adecuados, siguiendo las recomendaciones que indican las normas.
El color y la apariencia externa como así también el olor proporcionan una información rápida y valiosa in situ.
Tensión de ruptura con corriente alterna
Permite evaluar la capacidad de un aceite para resistir el estrés eléctrico.
Depende del contenido de agua y partículas en el aceite. Es esencial controlar la tensión de ruptura antes de poner en servicio un transformador nuevo, como así también para controlar el envejecimiento del aceite y el aislante de papel, debido a que durante este proceso se genera agua y partículas por degradación del papel.
La norma IEC 156 especifica este ensayo, utilizando electrodos esféricos o semiesféricos a una distancia de 2.5 mm y además la modalidad de realización de la prueba, que consiste en incrementar la tensión de ensayo en pasos de 2 kV/s hasta que se produzca la descarga.
Debido a la baja repetibilidad de cada prueba, el resultado es compendiado como una media de seis pruebas.
Valor de neutralización
Este ensayo indica si el aceite contiene algún material ácido, un valor alto o su incremento señala que el aceite ha comenzado a oxidarse. Un valor alto provoca corrosión y la formación de jabones (saponificación) que afecta sus propiedades eléctricas.
Factor de pérdidas dieléctricas (tang d ) y/o resistividad en c.c.
Estas características son muy sensibles tanto a los productos contaminantes como al envejecimiento.
Tensión superficial
Este es un análisis muy sensible y capaz de ofrecer, combinado con la medición de tang d , una pronta señal de alarma al iniciarse el deterioro del aceite. El aceite en servicio fuertemente deteriorado puede contar con valores de tensión superficial inferiores a 18 mN/m.
Los límites que recomiendo la norma IEC 422 sobre ajuste de los valores que han de presentar los aceites minerales ya cargados en transformadores nuevos se muestran en la tabla siguiente y se comparan con los requisitos de la IEC 296 que se refiere a aceites antes de ser cargados.
Propiedades | Gama del transformador | Requisitos IEC 296 | ||
< 72.5 kV | 72.5-170 kV | > 170 kV | ||
Color | ||||
Contenido de agua (mg/kg) o (ppm) | máx. 15 | máx. 10 | máx. 30 a granel | |
Tensión superficial (mN/m) | mín 35 | mín 35 | mín 35 | 44 para el aceite nuevo como valor típico |
Tang d a 90 ºC | máx. 0.015 | máx. 0.015 | máx.0.010 | máx. 0.005 |
Resistividad 90 ºC (Gohm m) | mín. 60 | mín. 60 | mín. 60 | |
Tensión de ruptura (kV) | mín. 40 | mín. 50 | mín. 60 | mín. 30 antes de/ mín. 50 después tratamiento. |
Es muy difícil que los aceites cumplan los requisitos de la tabla si no han sido des gasificados y filtrados. La técnica consiste en calentar y tratar al vacío para originar la evaporación del agua, y filtrar el aceite a través de un filtro de partículas.
Las partículas interactúan con el agua, reduciendo la tensión de ruptura eléctrica.
Análisis de gases en el aceite y contenido de furfuraldehido
Los eventos relativos al envejecimiento se van registrando en el aceite en forma de gases disueltos.
La actividad de descargas parciales produce mayormente Hidrógeno y Metano (CH4). Los arcos de mayor energía producen cantidades importantes de acetileno.
Estas pruebas se realizan para evaluar el estado físico del transformador con respecto a factores como la producción de arcos, puntos calientes, y deterioro del papel, utilizando para ello equipos de análisis de cromatografía de líquidos y de gases.
Los niveles de monóxido y dióxido de carbono en los análisis de gases en el aceite aportan una indicación del grado de deterioro del papel, pero se obtiene una señal más precisa y temprana sobre el estado del papel midiendo el contenido de furfuraldehido del aceite.
Frecuencia de las pruebas del aceite
Resulta muy difícil emitir recomendaciones generales sobre la frecuencia con que deberá examinarse un aceite de transformador en servicio, y el grado de deterioro a que se le puede permitir llegar.
Es probable que quienes utilizan grandes transformadores de energía eléctrica examinen con regularidad sus transformadores, mientras que para pequeños transformadores de distribución se asuman mayores riesgos.
La valoración del riesgo no deberá basarse únicamente en el tamaño de la unidad, sino sobre todo en los efectos de una avería.
Es importante realizar un análisis de tendencia, como así también reunir experiencia acumulada con todo tipo de equipos bajo distintas condiciones de trabajo.
Requisitos de los aceites en servicio
Compatibilidad
La compatibilidad entre los distintos aceites ha sido siempre un tema muy discutido. Ello no obstante, cabe afirmar que los aceites que cumplen con la IEC 296 son miscibles entre sí.
Viscosidad
La viscosidad de un aceite es importante para la refrigeración del transformador; cuanto más baja es la viscosidad, mejor es la refrigeración.
Las propiedades a baja temperatura son importantes en climas fríos, por lo que las especificaciones para estos casos, incorporan tanto el punto de fluidez como la viscosidad. En algunos países, entre ellos Suecia y Canadá, es objeto de debate la conveniencia de extender los requisitos, es decir, de especificar que el punto de turbiedad debiera ser igual o inferior al punto de fluidez para temperaturas de -40ºC o más bajas aún.
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