PROACTIVO DE - uruman.org · 9 PROPIEDADES BÁSICAS DEL ACEITE Rigidez dieléctrica* ASTM D 1816 /...

1Sebastián Lauria - Laboratorio Dr. Lantos

Uruman 2015

“MANTENIMIENTO

PROACTIVO DE

TRANSFORMADORES”

2

Identificar fallas potenciales.

Toma de decisiones de mantenimiento.

Desviar la tendencia.

La función del personal de mantenimiento

MANTENIMIENTO

PROACTIVO

3

Seguridad y Confiabilidad del Transformador

Mantenimiento de

las propiedades

del aceite

Mantenimiento de

las propiedades

del aislante

sólido

Aseguramiento de

La buena salud

eléctrica del

Transformador

Análisis de riesgo.

Toma de decisión.

4La función del aceite que llena el Transformador

El aceite dieléctrico debe:

Aislar bobinados.

Disipar calor.

Proteger la aislación sólida.

Asegurar una larga vida en servicio.

Servir como herramienta de diagnóstico.

5¿Qué es un aceite de Transformador?

Composición

química

Parafínicos

Nafténicos

Aromáticos

Lineales

Ramificados

6Típica Molécula de aceite

7Comportamiento del Aceite Aislante

Contacto con aire:

oxígeno.

Condiciones de servicio: Temperatura alta.

Contacto con agua.

Generación de sustancias polares: reacción

autocatalítica.

Presencia de metales: cobre y hierro actúan como

catalizadores.

Otros catalizadores: celulosa, stress eléctrico.

CAUSAS DEL ENVEJECIMIENTO DEL ACEITE

8

OSCURECIMENTO

GENERACIÓN

DE SUSTANCIAS

POLARES

FORMACIÓN

DE ÁCIDOS OLOR

Comportamiento del Aceite Aislante

PRECIPITACIÓN

DE

LODOS

DETERIORO

DE LAS

PROPIEDADES

DIELÉCTRICAS

SINTOMAS DE LA DEGRADACIÓN DEL ACEITE

9

PROPIEDADES BÁSICAS DEL ACEITE

ASTM D 1816 / 877 – IRAM 2341 – IEC 60156 Rigidez dieléctrica*

ASTM D 974 – ASTM D 664Acidez AN (TAN)

ASTM D 2285 – ASTM D 971Tensión interfacial

(TIF)

IEC 60666 – ASTM D 4768 – ASTM D 2668Aditivo antioxidante (AO)

ASTM D 1533Contaminación con agua*

ASTM D 924 – IRAM 2340 – IEC 60247Factor de potencia

(tg δ)

¿Cómo está nuestro aceite?

Los siguientes ensayos son suficientes para determinar si el aceite es apto para operar:

* Ensayos acreditados bajo ISO 17025

10¿Cómo está nuestro aceite?

Propiedades de Aceite - RIGIDEZ DIELÉCTRICA

Reporta el voltaje (potencial) al cual ocurre

una descarga entre 2 electrodos.

Emula la condición en servicio del aceite, que

ocupa espacios entre superficies metálicas

con altas diferencias de potencial eléctrico.

ASTM D 1816 / 877 – IRAM 2341 – IEC 60156

Ref: ASTM, JOHNSON, PEARCE, LANTOS, IEC 60422

Categoría del

equipo según

tensión nominal

(kV)

Valores

recomendandos

Aceites nuevos

(kV)

Valores límites - Aceites en servicio (kV)

Buena Regular Mala

U > 400 > 60 > 60 50 a 60 < 50

170 < U ≤ 400 > 60 > 60 50 a 60 < 50

72,5 ≤ 170 > 60 > 50 40 a 50 < 40

U < 72,5 > 55 > 40 30 a 40 < 30

11

Ref: YPF,varios

Propiedades de Aceite - RIGIDEZ DIELÉCTRICA


Propiedades de Aceite - ACIDEZ (AN)

ASTM D 974 - ASTM D 664

Ref: IEC , ASTM , LANTOS, IEC 60422

Es un índice que mide la degradación

ó envejecimiento del aceite.

Se determina a través de la cantidad

de álcali necesaria para neutralizar la acidez contenida

en un gramo de aceite.

Categoría del

equipo según

tensión nominal

(kV)

Valores

recomendandos -

Aceites nuevos

(mg KOH/g)

Valores límites - Aceites en servicio

(mg KOH/g)

Buena Regular Mala

U > 400 máx. 0,03 < 0,10 0,10 a 0,15 > 0,15

170 < U ≤ 400 máx. 0,03 < 0,10 0,10 a 0,15 > 0,15

72,5 ≤ 170 máx. 0,03 < 0,10 0,10 a 0,20 > 0,20

U < 72,5 máx. 0,03 < 0,15 0,15 a 0,30 > 0,30

13Acidez

Ref: YPF,varios

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

AceiteAceite

AceiteAceiteAceite

Aceite

Aceite

AceiteAceite

Aceite Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

AceiteAceite

Aceite Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite

Aceite AceiteAcido

Acido

Acido

Acido

Acido

Acido

Acido

Acido

Acido

14

Ref: YPF,varios

Acidez

Período de Inducción Oxidación acelerada

Tiempo

Saturación

Acidez


Propiedades de Aceite - TENSION INTERFASIAL (TIF)

ASTM D 2285 ASTM D 971

Ref: ASTM, IEC , JOHNSON, LANTOS, IEC 60422

Permite detectar la aparición de sustancias

oxidadas solubles.

Es un parámetro relacionado con la

estabilidad química del aceite.

Categoría del equipo según

tensión nominal (kV)

Tipo de aceite

Valores recomendandos -

Aceites nuevos (mN/m)

Valores límites - Aceites en servicio (mN/m)

Buena Regular Mala

Todos Aceites inhibidos mín. 35 > 28 22 a 28 < 22

TodosAceites no

inhibidosmín. 35 > 25 20 a 25 < 20

16

Ref: YPF,varios

Tensión interfacial

Período de Inducción Oxidación acelerada Saturación

Acidez

Tiempo

Tensión interfacial


Propiedades de Aceite - CONTENIDO DE INHIBIDOR DE OXIDACIÓN

Ref: HERGUTH, CRINE, JCFITCH, LANTOS, IEC 60422


tensión nominal (kV)Valores límites - Aceites en servicio (%)*

Buena Regular Mala

Todos> 60 % del valor

original

40 % a 60 % del valor

original

< 40 % del valor

original

* Solo para aceite inhibidos


La presencia de agua

disminuye la rigidez

dieléctrica y acelera la

degradación del aislante sólido.

CONTAMINACIÓN CON AGUA

ASTM D 1533

19

Equilibrio de humedad entre

aceite y aislante sólido

AGUA

Ref: YPF,varios

20

FUENTES CAUSAS


CONTAMINACIÓN CON AGUA

ASTM D 1533

Agregado de aceite no tratado

Contaminación con aire húmedo Saturación de la sílica-gel (venteo)

Degradación de la celulosa y aceiteEnvejecimiento del aislante sólido

y del aceite

Toma de muestra incorrecta Contaminación de la muestra

Agregado de aceite húmedo


tensión nominal (kV)

Valores recomendandos

Aceites nuevos (mg/kg)


(mg/kg)

Buena Regular Mala

U > 400 < 10 < 15 15 a 20 > 20

170 < U ≤ 400 < 10 < 15 15 a 20 > 20

72,5 ≤ 170 < 10 < 20 20 a 30 > 30

U < 72,5 < 20 < 30 30 a 40 > 40

Ref: IEC 60422


FACTOR DE POTENCIA– TANGENTE δ

Ref: LANTOS, IEC 60422

ASTM D 924 IRAM 2340

Mide un parámetro adimensional que se relaciona con

las pérdidas dieléctricas causadas por el aceite.

Los cambios se pueden detectar en forma mucho

más temprana que otros métodos químicos.

Categoría del equipo

según tensión nominal

(kV)

Valores

recomendandos -

Aceites nuevos (a 90

ºC y 40 - 60 Hz)


(a 90 ºC y 40 - 60 Hz)

Buena Regular Mala

U > 400 máx. 0,010 < 0,10 0,10 a 0,20 > 0,20

170 < U ≤ 400 máx. 0,010 < 0,10 0,10 a 0,20 > 0,20

72,5 ≤ 170 máx. 0,015 < 0,10 0,10 a 0,50 > 0,50

U < 72,5 máx. 0,015 < 0,10 0,10 a 0,50 > 0,50

22Tangente Delta

Tangente delta =

Ref: YPF,varios

Watt (energía disipada)

V.A (efectivo)

en un campo sinusoidal

23


Ensayos Complementarios

Los siguientes ensayos son complementarios para la correcta evaluación del estado del aceite.

Viscosidad ASTM D 445

Densidad* ASTM D 1298 - 4052

Partículas sólidas ISO 4406 - 4407

Punto de inflamación* ASTM D 92

Punto de escurrimiento ASTM D 97

Aspecto y Color ASTM D 1500

Corrosión al cobre* ASTM D 130

Azufre corrosivos ASTM D 1275

Estabilidad a la oxidación IEC 1125

Sustancias polares ASTM D 1902

Limpieza VDE 0370

Lodos IEC 60422

Residuo Carbonoso ASTM D 189

Cenizas ASTM D 482

24

Descascaramiento

Debido a ácidos, calor, agua y oxígeno

Comportamiento del aislante sólido

Degradación del aislante sólido

Ref: LANTOS

Barniz protector

Papel Kraft

Papel Crépe

Presspan

Tela Cambric

Madera

Rotura

25Estrucutra del Papel

26

Comportamiento del aislante sólido.

Métodos de Monitoreo

Análisis de

aceite

La muestra se puede extraer

en cualquier momento

Análisis de

papel

La muestra se puede extraer sólo

cuando se desencuba el transformador

RelaciónCO

CO2

Cromat.

Gaseosa

COMPUESTOS

FURANICOS

(HPLC)

CO, CO2 pueden

indicar degradación

del papel pero no

son específicos.

Compuestos furánicos

son específicos para

celulosa, no son

producidos por el aceite

RESISTENCIA A LA TRACCION

GRADO DE POLIMERIZACIÓN

La degradación del papel

produce fragilidad

Ref: CIGRE, LANTOS

27Comportamiento del aislante sólido

Al degradarse el papel, Presspan y madera,

pierden flexibilidad y se cuartean.

Producen compuestos furánicos que se

transfieren al aceite.

Compuestos furánicos (HLPC) - IEC 61198 - ASTM D 5837

Diagnóstico

Búsqueda de productos de degradación de

la celulosa en el aceite.

FAL – Furfural (2-furfural)

HMF – Hidroximetil furfural (5-hidromexil-2-furfural)

FOL – Furfuril alcohol ( 2-furfurilalcohol)

ACF – Acetil furfural (2-acetilfurano)

MEF – Metil furfural (5-metil-2-furfural)

Acidos furánicos

Ref: CIGRE, LANTOS-Frecuencia bianual -

Nuevo < 0,02 ppm

Envejecimiento normal 0,02 – 0,1 ppm

Dudoso 0,1 – 1 ppm

Envejecimiento avanzado > 1 ppm

28Gráfico furanos vs DP

200

300

400

500

600

700

800

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

DP

Total Furanos (ppm)

29

Análisis de gases disueltos

Aceite de transformador

no afectado

por falla eléctrica

30



falla eléctrica

en curso

31



molécula afectadas

por la falla eléctrica

Livianas: gas

Pesadas: carbón

32



mezcla de gases

incorporados

en el aceite

33

El Estado Eléctrico Interno del Transformador

Proceso de decisión

1DETECCIÓN

2DIAGNÓSTICO

3ACCIÓN

PROACTIVA

34El Estado Eléctrico Interno del Transformador

1. DETECCION DEL PROBLEMA

Ref: SAVIO, CONS.EDISON N Y, LANTOS

Monitoreo contínuo

de gases. Muestreo periódico.

Análisis de gases

disueltos - ASTM D 3612 - IEC 60567-


2. DIAGNÓSTICO (cont)

Metano

Etileno

Etano

Acetileno

Hidrógeno

Monóxido de

carbono

Gases ClaveConcentración máxima

admisible

CH4 100 ppm

C2H4 100 ppm

C2H6 100 ppm

C2H2 8 ppm

H2 300 ppm

CO 600 ppm

Límites admisibles de concentraciones : criterio práctico

Si al menos un gas se encuentra por encima de las concentraciones límites

admisibles, se aplican los métodos de diagnóstico y se identifica el tipo de falla.



Gases ClaveConcentración

máxima

Tipo de FallaC2H2

C2H4

CH4

H2

C2H4

C2H6

Descargas parciales NS(1) < 0,1 < 0,2

Descargas baja energía > 1 0,1 – 0,5 > 1

Descargas alta energía 0,6 – 2,5 0,1 - 1 > 2

Sobrecalentamiento leve

T < 300º CNS(1) > 1 pero NS(1) < 1

Sobrecalentamiento

moderado

300º C < T < 700º C

< 0,1 > 1 1 - 4

Sobrecalentamiento

severo

T > 700º C

< 0,2 > 1 > 4

Ref:IEC. 60599

Método IEC 60599 - Interpretación de gases disueltos en aceite aislante

(1) NS = No significativo cualquiera sea el valor.

37

Triángulo de Duval



DP Descargas parciales

D1 Descargas baja energía

D2 Descargas alta energía

T1 Sobrecalentamiento, t < 300 ºC

T2 Sobrecalentamiento, 300 ºC <t<

700 ºC

T3 Sobrecalentamiento, t > 700 ºC

D+T Descargas + sobrecalentamiento


CASO DE ESTUDIO

Transformador de 40 MVA

39

GASES

DISUELTOS EN

ACEITE AISLANTE

Metano

Etileno

Etano

Acetileno

Hidrógeno

Monóxido de carbono

Dióxido de carbono

Oxigeno

Nitrógeno

Gases combustibles

Gases totales

05/1997

NUEVO

ppm 6

ppm 29

ppm 7

ppm 1

ppm 12

ppm 500

ppm 1500

ppm 19700

ppm 73700

ppm 555

%v 9.5

03/1998

10 meses

36

100

8

0

20

570

2300

14100

59700

734

7.7

03/1999

24 meses

200

290

51

0

25

560

2600

19600

73700

1226

9.7

03/2000

34 meses

1900

2200

370

2

630

480

2700

19200

58000

5582

8.5

03/2000

34 ½ meses

4000

3200

630

5

1500

650

4700

19200

67700

9335

10.2

04/2000

35 meses

3700

3900

910

5

1650

560

8000

20200

66200

10725

10.5


CASO DE ESTUDIO - Transformador de 40 MVA

CROMATOGRAFÍA DE GASES DISUELTOS

40


CASO DE ESTUDIO - DIAGNOSITCO (cont.)

METODO – IEC 60599

Usa la relación entre gases

ACETILENO/ ETILENO

METANO/ HIDROGENO

ETILENO / ETANO

C2H2

C2H4

0

290= 0

CH4

H2

200

25= 8

C2H4

C2H6

290

51= 6

DIAGNOSTICO:

FALLA TÉRMICA

ALTA TEMPERATURA > 700 ºC / 1300 ºF

CONTACTOS DEFECTUOSOS

Tipo de

Falla

C2H2

C2H4

CH4

H2

C2H4

C2H6

Descargas

parcialesNS(1) < 0,1 < 0,2

Descargas

baja

energía

> 1 0,1 – 0,5 > 1

Descargas

alta

energía

0,6 – 2,5 0,1 - 1 > 2

Sobrecalen

tamiento T

< 300º C

NS(1) > 1 pero

NS(1) < 1

Sobrecalen

tamiento

300º C < T

< 700º C

< 0,1 > 1 1 - 4

Sobrecalen

tamiento T

> 700º C

< 0,2 > 1 > 4

41

CONEXIÓN DE

TERMINAL FLOJO,

CARBONIZADO

(FALTABA UN

TORNILLO PASANTE)

42

VISTA DE LA CONEXIÓN

ENTRE EL CAMBIADOR Y

EL NÚCLEO.

FALTA EL TORNILLO

ALLEN Y EL TERMINAL

ESTÁ FLOJO.

43

DEPÓSITOS

CARBONOSOS

SOBRE EL TERMINAL

44

GASES

DISUELTOS EN

ACEITE AISLANTE

Metano

Etileno

Etano

Acetileno

Hidrógeno

Monóxido de carbono

Dióxido de carbono

Oxigeno

Nitrógeno

Gases combustibles

Gases totales

05/1997

NUEVO

ppm 6

ppm 29

ppm 7

ppm 1

ppm 12

ppm 500

ppm 1500

ppm 19700

ppm 73700

ppm 555

%v 9.5

03/1998

10 meses

36

100

8

0

20

570

2300

14100

59700

734

7.7

03/1999

24 meses

200

290

51

0

25

560

2600

19600

73700

1226

9.7

03/2000

34 meses

1900

2200

370

2

630

480

2700

19200

58000

5582

8.5

03/2000

34 ½ meses

4000

3200

630

5

1500

650

4700

19200

67700

9335

10.2

04/2000

35 meses

3700

3900

910

5

1650

560

8000

20200

66200

10725

10.5


CASO DE ESTUDIO - Transformador de 40 MVA

CROMATOGRAFÍA DE GASES DISUELTOS

04/2000Reparación

35 ½ meses

3

30

4

0

19

23

440

6500

22500

79

2.9

45

DETECTE

PRODUCTOS DE

DEGRADACIÓN

TEMPRANA

IDENTIFIQUE LOS

PRODUCTOS

ANTES DE QUE

DAÑEN AL

TRANSFORMADOR

UTILICE LAS

HERRAMIENTAS

DE

DIAGNÓSTICO

COMPLEMENTE

CON ENSAYOS

ELÉCTRICOS

MEJORE LA

CONDICIÓN

ELÉCTRICA DEL

TRANSFORMADOR

Acción Proactiva


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