Prevencion de fallas en pruebas de transformadores

PREVENCION DE FALLAS EN PRUEBAS DE ACEITE DIELECTRICO EN TRANSFORMADOR DE POTENCIA

Hugo Almeida, Steven Canales, José Santiana, Santiago Miñan

Carrera de Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica Salesiana – Sede Guayaquil, Ecuador.

halmeidac@est.ups.edu.ec

scanales@est.ups.edu.ec

jsantianac@est.ups.edu.ec

lminan@est.ups.edu.ec

Abstract- Este artículo presenta un análisis de pruebas realizadas al aceite dieléctrico de los transformadores de potencia en un periodo operacional en el sector industrial. Inicialmente, los datos de pruebas realizadas que se mostraran han sido recopilados desde la base de datos de la empresa Desinelec y manual de la FIEC, además con estos datos nos ayudar a minimizar número de fallas, demostrando la importancia de una estructuración adecuada para el proceso de mantenimiento efectivo aplicado a sectores industriales.

1. INTRODUCCIÓN

El transformador de potencia es uno de los componentes más costosos e importantes dentro de un sistema eléctrico de potencia. Existen diferentes tamaños y capacidades que van desde pocos kVA hasta cientos de MVA en la red. Estos presentan características para un funcionamiento continuo, con una vida útil alrededor de 40 a 50 años en condiciones ideales.

Las fallas más comunes ocurren dentro de los devanados y núcleo del transformador debido al estrés dieléctrico, térmico y mecánico. El aislamiento regularmente se ve sometido a diversas pruebas y tensiones de operación durante periodos extensos de funcionamiento, lo que provoca la degradación de estos componentes, generando fallos catastróficos internos.

Para lograr un mejor desempeño de los transformadores, se debe prevenir este tipo de fallas con diferentes tipos de protecciones como en caso de cortocircuito estos son dados de manera interna o externa, estos se los realiza mediante relés de sobre corriente de fase y para casos de corrientes de falla a tierra se utiliza una protección de sobre corriente residual.

La vida útil de un transformador está determinada principalmente por su sistema de aislamiento, el diseño, la calidad del montaje, los materiales utilizados, el mantenimiento y las condiciones de funcionamiento, el tipo de material utilizado y cómo fue fabricado.[1]

Dado que los deterioros mecánicos son consecuencia de efectos estocásticos indeseables, es difícil estimar su impacto en la vida útil del transformador, sin embargo, se podrías determinar que la vida útil prevista de un transformador suele ser de unos 40 años. La edad del transformador es un factor importante que hay que tener en cuenta al determinar los candidatos para su sustitución o rehabilitación.

Después de un largo tiempo en servicio, el aislamiento de celulosa se vuelve quebradizo, y no puede mantener las especificaciones mecánicas diseñadas, aunque la fuerza dieléctrica no puede ser amenazada. A veces, incluso el aislamiento de los transformadores más vigilados y mantenidos puede romperse repentinamente, causando cortes no deseados y aumentando la presión económica sobre la gestión de las instalaciones.

El cambio constante de estos componentes no es recomendable debido a que formaría altos costos en mantenimientos basado en el cuidado y el tiempo que tomaría el reemplazo en algunos casos hasta más de un año.[2]

Los tipos de mantenimientos de manera periódica para evitar futuras fallas y averías en los componentes del transformador son:

1.  Mantenimiento predictivo

La intención de predicción significa mantener el enfoque en predicción de fallos, que se produce a través de seguimientos con una sistemático en parámetros y condiciones de equipo. Este método busca minimizar los costos de tenencia, a través del monitoreo de parámetros específicos.

Es una herramienta fundamental para los análisis periódicos en los aislamientos del transformador el cual nos provee información relativa del estado del aceite:

1. Pruebas eléctricas:

• Relación de transformación
• Resistencia de devanados
• Resistencia de aislamiento
• Factor de potencia

1. Pruebas de aceite:

• Rigidez dieléctrica
• Análisis físico químico
• Cromatografía de gases
• Contenido de pcb (bifenilo ploriclorado)
• Factor de potencia del aceite
• Contenido inhibidor

1.  Mantenimiento preventivo.

El análisis periódico del aislamiento es una herramienta clave para monitorear el estado del transformador. [3]

Provee información relativa al estado del aceite y permite la detección de posibles causas de falla en el equipo. Es una pieza fundamental de cualquier programa de mantenimiento de transformadores inmersos en aceite.

Para ello debemos seguir el siguiente procedimiento y pruebas:

• Termo filtrar al vacío del aceite
• Regeneración del aceite dieléctrico
• Lavado y secado de la parte activa
• Suministro, cambio e implementación de: aceite dieléctrico, bushings, válvulas, accesorios.

Es importante mencionar que el aceite dieléctrico recomendable ser cambiado cada cierto periodo de tiempo debido a que nos ayudan prevenir bastantes fallas.

[pic 1]

Fig. 1. Diferentes tonalidades de aceite dieléctrico.

Tipos de aceites Dieléctricos:

• El aceite sintético PCB´s
• Aceites siliconados
• Aceite vegetal
• Aceite mineral

El uso del aceite en los transformadores es destacado por ser un buen aislante, suprime el efecto corona, suprime el arco eléctrico y las descargas parciales y es un buen refrigerante como un medio de enfriamiento para disipar el calor generado por el transformador.

El aceite mineral es el más usado este se obtiene de derivados del petróleo, que posee propiedades eléctricas aislantes.  Está formado por compuestos de hidrocarburos y no-hidrocarburos.[4] Hidrocarburos: Los compuestos de hidrocarburos son el mayor constituyente del aceite mineral y pueden ser divididos en tres grandes grupos.

• Parafínicos
• Nafténicos
• Aromáticos
• No- Hidrocarburos

Los tipos de pruebas necesarias por realizar al aceite dieléctrico

• Rigidez dieléctrica
• Número de neutralización
• Tensión interfacial
• Color
• Contenido de agua
• Densidad relativa
• Factor de potencia
• Inspección visual

La rigidez dieléctrica indica la capacidad del aceite de resistir la formación de un arco entre dos puntos de alta diferencia potencial a la frecuencia de operación. La rigidez dieléctrica es conocida porque es el voltaje mínimo al cual se forma un arco entre dos electrodos sumergido en aceite.[5]

La estructura del articulo está organizada de la siguiente manera. En la segunda sección analizaremos los tipos de materiales y métodos que nos ayudaran a determinar el principio de las fallas, mediante datos proporcionados por la empresa Desinelec. En la tercera sección tendremos la discusión en donde se realiza la comparativa y los acuerdos entre autores de planes de mantenimiento enfocado en pruebas de aceite dieléctrico. En la sección final tendremos las conclusiones del artículo. [pic 2]

1. MÉTODO O TIPO DE MANTENIMIENTO CONVENCIONAL

En la mayoría de los mantenimientos que se desarrollan a lo largo de la vida útil de un transformador en uso, podemos destacar que los planes de mantenimiento específicos nos ayudan a determinar y prevenir futuras fallas dentro de los componentes. Gracias a la base de datos proporcionados por la empresa DESINELEC dedicada a brindar asesoramiento, mantenimientos e instalaciones de equipos eléctricos, podemos demostrar en donde se producen la mayoría de las fallas en los devanados del núcleo.

Esto se genera por las malas prácticas y falta de mantenimientos debido a la poca estructuración a la hora de hacer pruebas en los aislamientos de los equipos. Uno de los errores más presenciado es la mala práctica en la recolección de muestras, incluso hemos observado que no se realizan las pruebas necesarias al aceite dieléctrico.[pic 3]

Este método se basa en los distintos tipos de pruebas que se aplica al aceite dieléctrico, que se encuentra internamente en los tanques de los transformadores.[6]

Hemos identificado en los planes de mantenimiento y en el manual de la FIEC realizado por estudiantes, por falta de experiencia, no ha sido tomada en cuenta el tipo de prueba basado en la norma ASTM D-1500.

Es un tipo de prueba significativa la cual nos permite clasificar el color del aceite - muestra de acuerdo con el tipo de instrumentación utilizada donde son discos de patrones de la ASTM mediante la comparación de colores. [7]

Es una ayuda importante cuando se quiere observar variantes significativas en un periodo de tiempo. Con esta prueba se identifica de forma rápida y efectiva la condición del aceite dieléctrico a diferencia de otros que los resultados se pueden ver afectado por su toma de muestra.

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