Universidad Central de Venezuela

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Elctrica

Departamento de Potencia

Sobretensiones transitorias

Trabajo #1: Aceite Dielctrico

Douglas Carreo C.I. 17080682

1) Introduccin

Los transformadores de potencia, representan un vnculo vital en la trasmisin y distribucin de energa elctrica, por ende, el mantenimiento elctrico y cualquier otro programa que se le asocie, debe tomarlos en consideracin de manera integral como es el caso del transformador y su lquido dielctrico. Cualquier operacin, sea industrial o comercial, delega en los transformadores la responsabilidad de manejar la energa elctrica. Por lo que debe ser un sistema confiable, perdurable y que requiera la menor intervencin posible a fin de garantizar el servicio elctrico. Un transformador es un mecanismo o elemento diseado para transferir potencia elctrica de un circuito a otro. Esto se hace aumentando el voltaje elctrico a medida que la electricidad atraviesa distancias largas por medio de un sistema de potencia. Mientras la electricidad viaja por los conductores ocurren perdidas de energa. La cantidad de energa perdida depende de la longitud de los conductores que atraviesa. Desde una subestacin elctrica donde la energa es derivada al hogar de una persona, la energa se traslada por un transformador de alto voltaje con una corriente baja a la inversa. Esto previene la prdida de energa a la distancia, aunque para utilizar la energa en los hogares otro transformador debe trasladar la energa nuevamente a alto voltaje y formato de corriente alta. Bajo el contexto anterior de no realizarse mantenimiento al Transformador la consecuencia principal es la perdida de energa que ocurra al transferir bloques de potencia o hasta una explosin el cual implica la prdida del elemento de transformacin. Los transformadores explotan cuando una lnea de energa elctrica que llega a un transformador de repente transmite mucha corriente para que los circuitos dentro del transformador puedan procesarla. La norma ms comn de que esto suceda es durante una descarga elctrica. A mayor corriente elctrica se calientan y derrite el circuito. Los circuitos estn hechos para resistir el calor y se mantienen fros mediante varios litros de aceite mineral refinado contenido en una cmara cerrada. A pesar de esto, el circuito se vuelve rojo incandescente y cae en forma de destellos elctricos, recalentando y encendiendo el aceite mineral. El aceite mineral hace combustin hasta explotar causando un fuerte estallido y lanzando metrallas de metal.

2) Desarrollo

La principal razn por la que los transformadores explotan es por falta de regulaciones acerca de medidas de seguridad en su uso y construccin. Mientras hagan su trabajo bajo circunstancias normales, no existe nada legal que se pueda hacer para forzar a las compaas a cambiar la forma en que construyen los transformadores. Se los construye utilizando partes de calidad inferior y bajo medidas de seguridad antiguas, ya que es ms econmico. Si las empresas de electricidad quisieran hacer transformadores ms seguros, podran utilizar sensores que reaccionaran a tiempo cerrando el circuito del transformador, previniendo el recalentamiento catastrfico. Adems, se podra disear un refrigerante de llama ms resistente, ya que la combustin del aceite mineral es el principal problema

Los transformadores se llenan con aceite por una serie de razones, siendo la ms importante de ellas lograr el aislamiento. El aceite dielctrico en los transformadores de potencia realiza dos grandes funciones: - Primero, sirve como elemento aislante para poder soportar los altos voltajes que se generan internamente dentro del transformador. - Segundo, el aceite mineral tiene la funcin de servir de elemento trasmisor de calor para poder disipar el calor generado por los bobinados y ncleo del transformador. De tal manera, el aceite debe mantener excelentes propiedades elctricas para poder soportar la degradacin trmica y la oxidacin.

Tipos de Aceite Dielectricos

Lquidos PCB En la dcada de 1970, los transformadores montados en interiores usaban bifenil policlorinatado, o lquidos de PCB (por sus siglas en ingls), con fines de refrigeracin. Se compone de varios tomos de cloro unidos a anillos benceno, este ltimo es un carcingeno. Grandes piezas de equipamiento siguieron utilizando lquidos PCB hasta diciembre del 2000. Este aceite era un agente de enfriamiento ideal para transformadores cerrados debido a su alto punto de ebullicin, sus propiedades aislantes eficaces y su estabilidad qumica. Segn la Agencia de Proteccin Ambiental, los lquidos de PCB se prohibieron en Estados Unidos en 1979.

Aceite moderno de transformadores El aceite de transformadores que se utiliza hoy en da es el aceite mineral norma ASTM D3487. Hay dos tipos de estos aceites: Tipo I y Tipo II. El aceite Tipo I se utiliza en equipos que no requieren mucha resistencia a la oxidacin, mientras que el de Tipo II ofrece una mayor proteccin contra la oxidacin.

Estndares de aceites minerales Tipo II Segn la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, los aceites de Tipo II pueden tener no ms del 0,3 por ciento de inhibidores de oxidacin. Sus puntos de derrame no pueden ser superiores a 40 grados Fahrenheit (4,5 grados centgrados) y no pueden tener puntos de anilina debajo de los 76 grados centgrados. El punto mnimo de detonacin, o la temperatura en la cual un lquido

puede vaporizarse en una forma de combustible, es de 294,99 grados Fahrenheit (146,11 grados centgrados). Debe tener una rigidez dielctrica de menos 29,9 KVA.

Estndares de aceites minerales Tipo I El aceite Tipo I es similar en muchas formas al aceite de Tipo II. La mayor diferencia es en el contenido de inhibidor de oxidacin. El aceite de Tipo I no puede tener ms del 0,08% de la sustancia inhibidora, mientras que los aceites de Tipo II pueden tener un mximo de 0,3%. El aceite Tipo I puede tener un mximo de 0,3% de lodo por masa, mientras que el aceite de Tipo II slo puede tener un mximo de 0,2%. Se recomienda el uso de un inhibidor de oxidacin en el aceite en aquellos equipos que no cuenten con sistemas adecuados para preservacin del aceite y cuyo contenido de oxgeno disuelto exceda 1.000 ppm.

Ensayos que se le realizan a los aceites dielctricos

Por qu hay que probar el aceite dielctrico? Uno de los elementos de mayor importancia en un programa de mantenimiento elctrico preventivo y predictivo, lo representa el lquido aislante que en la mayora de los casos lo representa el aceite mineral. De tal manera, el aceite debe mantener excelentes propiedades elctricas para poder soportar la degradacin trmica y la oxidacin. Algunos transformadores no contiene aceite mineral sino lquidos sintticos tales como: silicona, R-Temp. askarel Hay varias razones de peso para realizar pruebas peridicas al aceite dielctrico: primero las pruebas indicaran las condiciones internas del transformador. Cualquier sntoma de lodo permitir retirarlo del transformador antes de que penetre y ocasione algn dao en los bobinados y las superficies interiores del transformador, prolongando su vida til .Otra ventaja es la reducir las salidas no programadas, si se detecta algn problema, entonces se toman las medidas que impidan las interrupciones. Finalmente y basado en le hecho de que el aceite se degrada de una manera predecible, las pruebas peridicas ayudarn de una manera bastante segura para poder anticipar cualquier condicin negativa del aceite dielctrico, esto permite realizar comparaciones entre tasas de decremento normales y anormales. Los ensayos que se realizan son los siguientes

Pruebas de laboratorio: Rutinarias y Especiales

Pruebas de Campo

Se considera la explicacin de las tres pruebas de ensayo ms importantes en los ensayos de rutina ya que son las que permiten indicar las condiciones internas de un transformador.

a) Anlisis de la 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 dielctrico podr soportar sin que llegue a fallar. Se mide mediante la aplicacin de un determinado voltaje entre dos electrodos bajo condiciones prescritas por el Std ASTM .Tambin sirve como una indicacin de la presencia de contaminantes particularmente la humedad y dems elementos slidos y semi slidos.

b) Factor de Potencia del Lquido (Factor de Disipacin) Mtodo Normalizado ASTM D 924

EI factor de potencia del lquido es una prueba excelente para monitorear el aceite del transformador en servicio. Esta prueba es til para evaluar el aceite nuevo ofrecido por un proveedor y para evaluar el aceite nuevo instalado en el equipo. Mientras que el aceite est en servicio, existen ciertas condiciones que degradan el aceite, lo cual se evidencia en modificaciones en los resultados del factor de potencia del lquido. Cuando un lquido dielctrico como el aceite del transformador se somete a campos de componente alterna (CA), se producen prdidas dielctricas que causan dos efectos. La corriente resultante se desfasa ligeramente debido al campo de CA aplicado y la energa de las prdidas se disipa en forma de calor.

El factor de potencia del lquido y el factor de disipacin son medidas directas de esas prdidas dielctricas. (El factor de potencia del lquido se calcula como el seno del ngulo de prdidas el valor de desviacin de la corriente debido a las prdidas dielctricas - mientras que el calor de disipacin es la tangente del mismo ngulo de prdidas). El aceite nuevo, limpio y seco presenta un valor bastante pequeo de factor de potencia. La contaminacin del aceite por causa de la humedad o por muchos otros contaminantes aumentar el factor de potencia del lquido. El envejecimiento y la oxidacin del aceite tambin elevarn los valores del factor de potencia del lquido.

Por lo general, los valores del factor de potencia del lquido son nmeros pequeos (en los Estados Unidos se decidi presentarlo como un porcentaje). Como ejemplo, en el aceite recin instalada en un transformador nuevo de tensin primaria 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 las pruebas ANSI/IEEE C57.106-2002. Con frecuencia, en instalaciones nuevas el factor de potencia del lquido medido a 23 C es mucho menor.

c) Anlisis de gases disueltos en el aceite (DGA anlisis) cromatografa de gases Mtodo ASTM No. ASTM D3613 y Espectroscopia Infrarroja foto acstica

Los materiales aislantes dentro del transformador en particular el aceite mineral, se descompone para dar paso a la liberacin de gases dentro de la unidad. La distribucin de esos gases se correlacionan con el tipo de falla elctrica y la tasa de generacin de esos gases indica la severidad de la falla .La identificacin de esos gases es de particular importancia en cualquier programa de mantenimiento proactivo (preventivo y predictivo) elctrico en cualquier planta industrial instalacin comercial. Esta tcnica de anlisis de posibles fallas en un transformador ha sido por dcadas muy til en todas las plantas industriales. Ac perseguimos presentar los lineamientos bsicos que le dan soporte a esos ensayos Indiscutiblemente los beneficios que un anlisis de gases (DGA Analysis) puede proporcionar, son los siguientes:

A continuacin se presentaran una pequea tabla que nos indica cmo se puede

interpretar la informacin de los gases presentes en el aceite dielctrico

Procedimiento para extraer muestras confiables de lquido aislante para ensayos en el laboratorio El procedimiento de tomar muestras para realizar ensayos en el lquido aislante en el laboratorio, requiere tener mucho cuidado a fin de asegurar que la muestra es representativa del aceite que se est muestreando. Mantener un proceso impecable para lograr ser exitoso en los resultados finales. Lo primero que hay que hacer antes de intentar drenar lquido del transformador, es identificar claramente qu clase de lquido aislante es usado por el equipo. Normalmente es aceite minal no contaminado con PCB, aceite mineral sin valores conocidos de PCB silicona, sin embargo hay otros lquidos no contaminantes de origen sinttico que se encuentran disponibles en el mercado como medio refrigerante y aislante. Muestras en botellas para anlisis fisicoqumico Los envases a ser utilizados son envases de vidrio traslucido color mbar (en concordancia con las norma COVENIN 3256) .Estos envases deben Durante la toma de muestra deben seguirse las precauciones necesarias para no contaminar o humedecer el lquido dielctrico. Las toma de muestras en el exterior, bajo lluvia, niebla o viento fuerte se permite si se toman todas las precauciones posibles para evitar la contaminacin del lquido. De ser posible evitar oda condensacin. Calentando el material para la toma de la muestra de tal forma que est a una temperatura superior a la del ambiente.

Muestras en jeringas para Anlisis de Gases Disueltos (DGA) La vlvula de plstico, que viene con la jeringa, debe permanecer firme y ajustado a la jeringa todo el tiempo a fin de prevenir fugas y asegurar su hermeticidad al momento de enviarla al laboratorio. Cuando se toman muestras para anlisis de gases, es muy importante que a la muestra nunca se le realice vaco ya que eso tiende a desgasificar la muestra de aceite y conduce a resultados imprecisos .Esto significa que la jeringa se debe llenar sin halar el mbolo. Es muy importante seguir el procedimiento de muestreo, y siempre recordar que la manilla de la vlvula de plstico apunta al puerto cerrado de la vlvula.

Jeringa y mbolo para tomar muestra

Manilla de la vlvula del transformador

A continuacin se presenta un resumen de los valores estndar que debera presentar un aceite dielctrico antes pruebas de ensayo donde se toma como contexto los ensayos ms referentes que se realizan.

3) Conclusiones

Desde el punto de vista de la seguridad elctrica, continuidad del servicio, disminucin de costos de mantenimiento, es absolutamente indispensable monitorear frecuentemente la condicin del aislante dielctrico, para tomar acciones preventivas y algunas posibles correctivas a que haya lugar antes de que le aceite alcance un grado de deterioro ms all del punto donde la falla es inevitable.

Se deben mantener registros permanentes de todos los ensayos realizados, en la medida que los ensayos demuestran la presencia de un deterioro evidente en el transformador en esa misma medida se acelera la frecuencia de la realizacin de las pruebas.

4) Referencias

Ing. Octavio Fonseca Gerente General Kay Electric CA Ensayos al Aceite Dielctrico. Diagnsticos esenciales en cualquier programa de Mantenimiento Elctrico.

Normas ASTM D-1816, D-877, D-924, D3613.

Normas COVENIN 1182, 2283.

Pgina web eHow en espaol.