La provisión de energía eléctrica segura y estable es el factor más crítico en la actividad industrial y civil de nuestra época. Sin energía eléctrica todas las operaciones de una fabrica se paralizan, los ascensores de un edificio se detienen, las centrales telefónicas son inútiles, el aire acondicionado no funciona, los sistemas de seguridad entran en zona de alto riesgo en cuanto a confiabilidad y seguridad.
La llegada de la luz es el resultado de una cadena que se inicia a 2000 ó 3000 Km. que es donde se genera la energía eléctrica, luego la tensión llega hasta la entrada del lugar deseado después de haber sido convertida varias veces. Los eslabones de nuestra cadena son turbinas, cables, transformadores y aparatos de maniobra. En esta oportunidad nos ocuparemos de uno de estos eslabones, el transformador: una caja en la que ocurren efectos electromagnéticos, que nos permite recibir la energía eléctrica en las condiciones entregadas por el distribuidor y accionarla a los requerimientos de nuestras maquinas.
El aceite de los trasformadores cumple las siguientes funciones principales:
- Aislar eléctricamente los bobinados.
- Extinguir arcos eléctricos.
- Disipar el calor.
El mantenimiento de la calidad del fluido dieléctrico es esencial para asegurar el buen funcionamiento de los equipos eléctricos aislados en aceite. Existe una gran variedad de criterios para evaluar el estado de los aceites, y la frecuencia de ensayos. Una solución de compromiso sana y razonable consiste en tener en cuenta la explotación del transformador, la confiabilidad exigida, y el tipo de sistema eléctrico. Por ejemplo, las grandes empresas distribuidoras de energía eléctrica consideran el monitoreo de todos sus transformadores una tarea antieconómica, y están preparadas a aceptar un riesgo de falla mas elevado. En cambio, un usuario industrial o el operador de un edificio, cuyas actividades dependen de la confiabilidad de su alimentación eléctrica, desearía reducir su factor de riesgo aplicando una supervisión mas vigilante de la calidad del aceite como un medio proactivo para prevenir cortes de electricidad.
Cuando el aceite se degrada, se reducen los márgenes de seguridad y aumenta el riesgo de un efecto prematuro. Aunque la evaluación del riesgo es difícil, la acción proactiva consiste en identificar los efectos potenciales de un deterioro acrecentado- es mirar hacia delante y analizar hipótesis de conflictos.
La filosofía de este trabajo es presentar un instrumento de comprensión, lo mas amplio posible, de la degradación de la calidad del aceite para tomar las decisiones mas convenientes sobre los procedimientos de mantenimiento.
LAS PROPIEDADES DEL ACEITE AISLANTE Y SU DEGRADACIÓN
A fin de asegurar las funciones múltiples del aceite aislante (dieléctrico, extintor de arcos y agente de transferencia de calor), este debe poseer las siguientes propiedades fundamentales:
La llegada de la luz es el resultado de una cadena que se inicia a 2000 ó 3000 Km. que es donde se genera la energía eléctrica, luego la tensión llega hasta la entrada del lugar deseado después de haber sido convertida varias veces. Los eslabones de nuestra cadena son turbinas, cables, transformadores y aparatos de maniobra. En esta oportunidad nos ocuparemos de uno de estos eslabones, el transformador: una caja en la que ocurren efectos electromagnéticos, que nos permite recibir la energía eléctrica en las condiciones entregadas por el distribuidor y accionarla a los requerimientos de nuestras maquinas.
El aceite de los trasformadores cumple las siguientes funciones principales:
- Aislar eléctricamente los bobinados.
- Extinguir arcos eléctricos.
- Disipar el calor.
El mantenimiento de la calidad del fluido dieléctrico es esencial para asegurar el buen funcionamiento de los equipos eléctricos aislados en aceite. Existe una gran variedad de criterios para evaluar el estado de los aceites, y la frecuencia de ensayos. Una solución de compromiso sana y razonable consiste en tener en cuenta la explotación del transformador, la confiabilidad exigida, y el tipo de sistema eléctrico. Por ejemplo, las grandes empresas distribuidoras de energía eléctrica consideran el monitoreo de todos sus transformadores una tarea antieconómica, y están preparadas a aceptar un riesgo de falla mas elevado. En cambio, un usuario industrial o el operador de un edificio, cuyas actividades dependen de la confiabilidad de su alimentación eléctrica, desearía reducir su factor de riesgo aplicando una supervisión mas vigilante de la calidad del aceite como un medio proactivo para prevenir cortes de electricidad.
Cuando el aceite se degrada, se reducen los márgenes de seguridad y aumenta el riesgo de un efecto prematuro. Aunque la evaluación del riesgo es difícil, la acción proactiva consiste en identificar los efectos potenciales de un deterioro acrecentado- es mirar hacia delante y analizar hipótesis de conflictos.
La filosofía de este trabajo es presentar un instrumento de comprensión, lo mas amplio posible, de la degradación de la calidad del aceite para tomar las decisiones mas convenientes sobre los procedimientos de mantenimiento.
LAS PROPIEDADES DEL ACEITE AISLANTE Y SU DEGRADACIÓN
A fin de asegurar las funciones múltiples del aceite aislante (dieléctrico, extintor de arcos y agente de transferencia de calor), este debe poseer las siguientes propiedades fundamentales:
- Una rigidez dieléctrica suficientemente alta para resistir las solicitaciones eléctricas que se presenten en el servicio.
- Una viscosidad adecuada para asegurar la circulación convectiva y facilitar la transferencia de calor.
- Un punto de escurrimiento bajo, que asegure la fluidez del aceite a bajas temperaturas.
- Una buena estabilidad a la oxidación, que asegure una larga vida util (típicamente 20 a 30 años).
La degradación del aceite depende de las condiciones de servicio y el mantenimiento del transformador. El aceite aislante esta en contacto con el aire y sufre reacciones de oxidación. La oxidación se acelera por efecto de temperaturas elevadas, por el contacto con agua y por la presencia de metales (cobre, hierro) que actúan como catalizadores.
Síntomas de degradación del aceite son:
- Cambio de color: oscurecimiento.
- Formación de sustancias polares.
- Formación de ácidos.
- Olor.
- Generación de lodos.
El deterioro del aceite puede provocar un envejecimiento prematuro del aislante sólido (barniz, papel kraft, presspan, y tacos de madera).
La aparición incipiente de estos productos de degradación se puede determinar estudiando el comportamiento de las propiedades del aceite, y descubrirlos aun antes que repercuta en el estado del fluido o en la condición eléctrica del transformador.
ENSAYOS DE LOS ACEITES Y SU SIGNIFICADO
Existe un gran número de ensayos que se puede aplicar a los aceites dieléctricos. Sin embargo, para determinar si un aceite es apto para continuar en servicio, y para prever su comportamiento futuro, se consideran suficientes los siguientes:
Rigidez dieléctrica
Es la tensión a la cual el aceite permite la formación de un arco. La rigidez dieléctrica permite medir la amplitud de un aceite para resistir las solicitaciones dieléctricas dentro de un transformador o interruptor.
Un aceite limpio y seco se caracteriza por tener una alta rigidez dieléctrica (típicamente 60 KV/0,1”). La presencia de agua, sólidos y sustancias polares reducen sensiblemente su rigidez dieléctrica.
Frecuencia:
Anual o semestral.
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (>50 KV)
Dudoso (30 a 50 KV)
Insatisfactorio (<30>
- Una viscosidad adecuada para asegurar la circulación convectiva y facilitar la transferencia de calor.
- Un punto de escurrimiento bajo, que asegure la fluidez del aceite a bajas temperaturas.
- Una buena estabilidad a la oxidación, que asegure una larga vida util (típicamente 20 a 30 años).
La degradación del aceite depende de las condiciones de servicio y el mantenimiento del transformador. El aceite aislante esta en contacto con el aire y sufre reacciones de oxidación. La oxidación se acelera por efecto de temperaturas elevadas, por el contacto con agua y por la presencia de metales (cobre, hierro) que actúan como catalizadores.
Síntomas de degradación del aceite son:
- Cambio de color: oscurecimiento.
- Formación de sustancias polares.
- Formación de ácidos.
- Olor.
- Generación de lodos.
El deterioro del aceite puede provocar un envejecimiento prematuro del aislante sólido (barniz, papel kraft, presspan, y tacos de madera).
La aparición incipiente de estos productos de degradación se puede determinar estudiando el comportamiento de las propiedades del aceite, y descubrirlos aun antes que repercuta en el estado del fluido o en la condición eléctrica del transformador.
ENSAYOS DE LOS ACEITES Y SU SIGNIFICADO
Existe un gran número de ensayos que se puede aplicar a los aceites dieléctricos. Sin embargo, para determinar si un aceite es apto para continuar en servicio, y para prever su comportamiento futuro, se consideran suficientes los siguientes:
Rigidez dieléctrica
Es la tensión a la cual el aceite permite la formación de un arco. La rigidez dieléctrica permite medir la amplitud de un aceite para resistir las solicitaciones dieléctricas dentro de un transformador o interruptor.
Un aceite limpio y seco se caracteriza por tener una alta rigidez dieléctrica (típicamente 60 KV/0,1”). La presencia de agua, sólidos y sustancias polares reducen sensiblemente su rigidez dieléctrica.
Frecuencia:
Anual o semestral.
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (>50 KV)
Dudoso (30 a 50 KV)
Insatisfactorio (<30>
Tensión interfacial
Entre el aceite y el agua define la capacidad del aceite de “encapsular” moléculas de agua y sustancia polares. Un aceite con alta tensión interfacial será capaz de mantener elevada rigidez dieléctrica aunque el aceite incorpore agua.
Opuestamente, un aceite con baja tensión interfacial no recuperara su rigidez dieléctrica, aunque sea deshidratado y purificado.
El descenso paulatino de la tensión interfacial es señal de envejecimiento del aceite o de mezcla de un aceite dieléctrico con otro lubricante industrial.
Frecuencia:
Anual.
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (>35 dyn/cm)
Dudoso (25 a 35 dyn/cm)
Insatisfactorio (<25>
Entre el aceite y el agua define la capacidad del aceite de “encapsular” moléculas de agua y sustancia polares. Un aceite con alta tensión interfacial será capaz de mantener elevada rigidez dieléctrica aunque el aceite incorpore agua.
Opuestamente, un aceite con baja tensión interfacial no recuperara su rigidez dieléctrica, aunque sea deshidratado y purificado.
El descenso paulatino de la tensión interfacial es señal de envejecimiento del aceite o de mezcla de un aceite dieléctrico con otro lubricante industrial.
Frecuencia:
Anual.
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (>35 dyn/cm)
Dudoso (25 a 35 dyn/cm)
Insatisfactorio (<25>
Número de neutralización
Es una medida de agentes ácidos orgánicos en el aceite. En un aceite nuevo el número de neutralización es pequeño, y aumenta como resultado del envejecimiento, deterioro y oxidación.
Frecuencia:
Anual
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (<0.08>0.15 mg KOH/g)
Critico (>0.20 mg KOH/g)
El inhibidor de oxidación
Es un aditivo incorporado al aceite, que retarda su degradación por oxidación. El mecanismo de acción es ataque a peróxidos, formando moléculas inocuas. Un aceite inhibido se degrada más lentamente que un aceite no inhibido, siempre que el inhibidor este presente. Cuando el inhibidor de oxidación se agota, el aceite se oxida rápidamente. Por ello es importante establecer la condición del inhibidor y su velocidad de consumo. Una velocidad de consumo anormalmente puede indicar la existencia de puntos calientes en el transformador.
Frecuencia:
Anual
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (>0.3 %)
Dudoso (0.1 a 0.3 %)
Insatisfactorio (<0.1>
Es una medida de agentes ácidos orgánicos en el aceite. En un aceite nuevo el número de neutralización es pequeño, y aumenta como resultado del envejecimiento, deterioro y oxidación.
Frecuencia:
Anual
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (<0.08>0.15 mg KOH/g)
Critico (>0.20 mg KOH/g)
El inhibidor de oxidación
Es un aditivo incorporado al aceite, que retarda su degradación por oxidación. El mecanismo de acción es ataque a peróxidos, formando moléculas inocuas. Un aceite inhibido se degrada más lentamente que un aceite no inhibido, siempre que el inhibidor este presente. Cuando el inhibidor de oxidación se agota, el aceite se oxida rápidamente. Por ello es importante establecer la condición del inhibidor y su velocidad de consumo. Una velocidad de consumo anormalmente puede indicar la existencia de puntos calientes en el transformador.
Frecuencia:
Anual
Interpretación de resultados:
Satisfactorio (>0.3 %)
Dudoso (0.1 a 0.3 %)
Insatisfactorio (<0.1>
Nivel de agua
El agua puede provenir del aire atmosférico o de la degradación de la celulosa (aislante sólido del transformador).
Contenidos bajos de agua (hasta 30 ppm) permanecen en solución y no cambian el aspecto del aceite. Cuando el contenido de agua supera el valor de saturación, aparece agua libre en forma de turbidez o gotas decantadas. El agua disuelta afecta las propiedades directas del aceite: disminuye la rigidez dieléctrica y aumenta el factor de disipación dieléctrica (tangente delta).
Es un transformador, el agua se reparte entre el aceite y el papel, en una relación predominante hacia el papel. Un alto contenido de agua acelera la degradación de la celulosa, reduciendo la vida útil del aislante sólido.
Frecuencia:
Anual o semestral.
Interpretación de resultados:
Deshidratado: (<10>20 ppm)
Gases disueltos
El aceite tiene como funciones principales aislar eléctricamente, extinguir arcos y disipar el calor. Cuando una de estas funciones falla, la anomalía del transformador deja sus huellas en el aceite en forma de:
- Compuestos pesados (lacas, barnices y carbón).
- Compuestos livianos (gases de hidrocarburos).
Estudiando los gases disueltos en el aceite, puede examinarse el estado eléctrico interno del transformador sin necesidad de desencubarlo. Los gases clave son: metano, Etano, Etileno, Acetileno e hidrógeno.
Ante una falla térmica que produzca calentamiento, el aceite absorberá energía y reaccionará librando Metano e Hidrógeno. Si el calentamiento es severo, liberará también etileno. Y si existen asociados arcos de alta energía, el aceite generara Acetileno.
Frecuencia:
Anual o semestral.
Anual o semestral.
Las investigaciones realizadas durante los últimos 25 años permitieron complementar el diagnóstico con la tipificación de la falla, de acuerdo a la relación en la concentración de gases. La norma IEC 599 presenta 8 casos típicos de diagnostico:
Tabla 1
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
ACCIONES CORRECTIVAS
Si es un resultado de ensayo da fuera de los límites admisibles, es conveniente comparar con valores anteriores y analizar el comportamiento histórico del aceite. Si fuera necesario, aconseja repetir la toma de muestra antes de emprender cualquier acción correctiva.
En general, un solo parámetro no es suficiente para calificar a un aceite. La evaluación debe efectuarse con el conjunto de los ensayos realizados: varias propiedades deben ser desfavorables con una línea lógica. Si se observa una variación significativa determinada, es conveniente incrementar la frecuencia de ensayos a fin de tomar las medidas correctivas apropiadas. Con la confirmación del deterioro, las acciones correctivas posibles son:
Tabla4
Tabla 3
ACCIONES CORRECTIVAS
Si es un resultado de ensayo da fuera de los límites admisibles, es conveniente comparar con valores anteriores y analizar el comportamiento histórico del aceite. Si fuera necesario, aconseja repetir la toma de muestra antes de emprender cualquier acción correctiva.
En general, un solo parámetro no es suficiente para calificar a un aceite. La evaluación debe efectuarse con el conjunto de los ensayos realizados: varias propiedades deben ser desfavorables con una línea lógica. Si se observa una variación significativa determinada, es conveniente incrementar la frecuencia de ensayos a fin de tomar las medidas correctivas apropiadas. Con la confirmación del deterioro, las acciones correctivas posibles son:
Tabla4
COMPATIBILIDAD DE ACEITES AISLANTES
Los aceites dieléctricos de distintas marcas son compatibles entre sí, con una condición:
¡No mezclar aceites inhibidos con aceites no inhibidos!
Los aceites regenerados que cumplan las especificaciones de aceites nuevos (IRAM 2026 o IEC 296) son compatibles con aceites nuevos y con aceites en servicio, y pueden ser agregados a éstos en cualquier proporción.
En caso que deban suplementarse aceites con aditivos depresores de punto de escurrimiento, el aceite a agregar deberá tener el mismo aditivo que tiene el aceite en uso.
Cuando los aceites contienen aditivos inhibidores de oxidación y depresores de punto de escurrimiento desconocidos, se recomienda estudiar la compatibilidad de la mezcla. Para ello se deben evaluar las propiedades dieléctricas, características físico-químicas y un ensayo de “estabilidad a la oxidación” que incluye un envejecimiento artificial acelerado de la mezcla.
Los aceites regenerados que cumplan las especificaciones de aceites nuevos (IRAM 2026 o IEC 296) son compatibles con aceites nuevos y con aceites en servicio, y pueden ser agregados a éstos en cualquier proporción.
En caso que deban suplementarse aceites con aditivos depresores de punto de escurrimiento, el aceite a agregar deberá tener el mismo aditivo que tiene el aceite en uso.
Cuando los aceites contienen aditivos inhibidores de oxidación y depresores de punto de escurrimiento desconocidos, se recomienda estudiar la compatibilidad de la mezcla. Para ello se deben evaluar las propiedades dieléctricas, características físico-químicas y un ensayo de “estabilidad a la oxidación” que incluye un envejecimiento artificial acelerado de la mezcla.
MANIPULEO Y ALMACENAMIENTO DE ACEITES NUEVOS
Para asegurar un servicio satisfactorio, es necesario asegurar las máximas precauciones al manipular el aceite. Los tambores deberán mantenerse en un lugar cubierto, el abrigo de la radiación solar y otras fuentes de calor, y en lo posible acostados en catres con sus dos tapones cubiertos con aceites para evitar la entrada de aire húmedo durante el almacenamiento.
La trasferencia del aceite de los tambores a los transformadores debe efectuarse a través de una máquina de tratamiento. Se recomienda que el extremo de la manguera de mando, que introduce el aceite al tanque de expansión del transformador, esté sumergido en el pelo líquido. De este modo se evitará la incorporación de aire húmedo al aceite tratado por “efecto cascada”.
Para asegurar un servicio satisfactorio, es necesario asegurar las máximas precauciones al manipular el aceite. Los tambores deberán mantenerse en un lugar cubierto, el abrigo de la radiación solar y otras fuentes de calor, y en lo posible acostados en catres con sus dos tapones cubiertos con aceites para evitar la entrada de aire húmedo durante el almacenamiento.
La trasferencia del aceite de los tambores a los transformadores debe efectuarse a través de una máquina de tratamiento. Se recomienda que el extremo de la manguera de mando, que introduce el aceite al tanque de expansión del transformador, esté sumergido en el pelo líquido. De este modo se evitará la incorporación de aire húmedo al aceite tratado por “efecto cascada”.
CONCLUSION
El transformador es el corazón de cualquier sistema industrial, edificio o complejo habitacional. Es un equipo noble que requiere muy poca atención. Cada molécula de aceite es un periodista que recorre cada rincón recogiendo información acerca de qué información que funciona bien y que funciona mal. Es nuestra misión “escuchar” al aceite, interpretar la información que nos da, adoptar las medidas tendientes a desviar tendencias negativas y asegurar la continuidad del servicio, seguridad de operación y confiabilidad del transformador.
El transformador es el corazón de cualquier sistema industrial, edificio o complejo habitacional. Es un equipo noble que requiere muy poca atención. Cada molécula de aceite es un periodista que recorre cada rincón recogiendo información acerca de qué información que funciona bien y que funciona mal. Es nuestra misión “escuchar” al aceite, interpretar la información que nos da, adoptar las medidas tendientes a desviar tendencias negativas y asegurar la continuidad del servicio, seguridad de operación y confiabilidad del transformador.
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