9 Transformadores lubricacion

Aceites para transformadores Contenido

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Nueve

Sección Uno Transformadores

Clasificación de los aceites en servicio

Introducción

Diagnóstico de fallas en un transformador

Componentes básicos de un transformador Clasificación de los transformadores Categorías de equipos

Sección Dos

Sección Tres Lubricantes Shell para transformadores

Superioridad regional de calidad Shell Diala A y Shell Diala AX / Bench Marking

Lubricantes para transformadores Tipos de lubricantes para transformadores Propiedades de los aceites dieléctricos Composición de los aceites dieléctricos Clasificación de los aceites dieléctricos Proceso de degradación de los aceites dieléctricos Control de calidad de los aceites dieléctricos

Sección Cuatro Manejo de aceites dieléctricos

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Sección Uno

Los transformadores son equipos encargados de convertir un voltaje de entrada en otro voltaje de salida. Los transformadores se encuentran presentes tanto en la generación de energía eléctrica como en su transmisión y distribución. También, su uso se extiende al campo de las comunicaciones y en aplicaciones domésticas. El papel que desempeñan es de gran importancia económica debido a las graves consecuencias que pueden derivarse de la falla de estos equipos. En su forma más simple, un transformador consiste en un núcleo de hierro dulce que lleva en dos regiones del mismo dos enrollados o devanados que constituyen los circuitos primario y secundario. El circuito o devanado que recibe la potencia eléctrica es el primario, y el devanado secundario es el encargado de entregarla a una red exterior. En el esquema superior, se observan las tres partes mencionadas: 1- Una bobina primaria conectada a una fuente de corriente alterna. 2- Una bobina secundaria.

Ip

Is

Ep

Np

Ns

Es

o i r adnugeS

INTRODUCCION

o i r am i r P

TRANSFORMADORES

3- Un núcleo laminado de hierro dulce. A veces, como ocurre en muchos transformadores de teléfonos y radiofrecuencia, no hay núcleo alguno y se dice que se trata de un transformador con núcleo de aire. El mecanismo de operación de un transformador es el siguiente; conforme se aplica una corriente alterna en el devanado primario, por inducción electromagnética se genera una corriente alterna en el devanado secundario. La relación entre el voltaje del devanado primario y el voltaje inducido en el devanado secundario es función directa del número de vueltas o arrollamientos de cada devanado. Vp / Vs = Np / Ns Vp = Voltaje de entrada o voltaje en el primario Vs = Voltaje de salida o voltaje en el secundario

Aceites para transformadores Np = Número de vueltas en el primario Ns = Número de vueltas en el secundario De la fórmula se concluye que, si el número de vueltas o arrollamientos del devanado primario es mayor que el secundario, el voltaje de salida en el transformador es menor que el voltaje de entrada, por lo tanto, se tiene una reducción de voltaje. Pero, si ocurre la situación contraria, es decir, el número de vueltas o arrollamientos del devanado secundario es mayor que el del primario, el voltaje de salida es mayor que el de entrada y se tiene una multiplicación del voltaje. Como analogía mecánica podemos citar lo que ocurre en un par de engranajes, donde la relación de velocidad es una función inversamente proporcional al número de dientes de cada engranaje. N1 Z = 2 N2 Z1

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Funcionamiento del Transformador El mecanismo de funcionamiento de un transformador tiene su origen en la LEY DE FARADAY. El descubrió que cuando un elemento conductor atraviesa (corta) líneas de flujo magnético se induce una corriente eléctrica en dicho elemento. En la figura se observa que a medida que el elemento conductor se mueve hacia abajo y corta las líneas de flujo se induce una corriente eléctrica. Entre más rápido sea el movimiento del conductor,

Hacia Abajo Hacia Arriba

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la señal que recibe el dispositivo medidor (galvanómetro) será mayor por lo tanto se presenta una mayor deflexión de su aguja indicadora. Cuando el conductor se mueve hacia arriba y corta las líneas de flujo se observa el mismo fenómeno que en el caso anterior, excepto que la corriente se invierte. Si no se cortan las líneas de flujo, es decir, si el elemento conductor se mueve paralelamente al campo, no se induce corriente. Como ya vimos, un transformador sencillo consta de una bobina primaria, una bobina secundaria y un núcleo de hierro. Cada bobina está compuesta de una serie de devanados (arrollamientos o espiras). Si una bobina de N vueltas o espiras se mueve y atraviesa las líneas de flujo del campo magnético en un imán, la magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras y a la rapidez del movimiento. El mismo efecto se observará cuando la bobina se mantiene estacionaria y el imán se mueve. Los transformadores modernos son tan eficientes que puede considerarse en muchos problemas como un dispositivo transformador perfecto. En la forma más sencilla de la teoría del transformador se supone que: - Son despreciables las resistencias de los devanados. - Es despreciable la pérdida de energía en el núcleo.

Aceites para transformadores - El flujo magnético total atraviesa todas las espiras de ambos devanados. - Las capacidades de los devanados son despreciables. - La permeabilidad del núcleo es muy elevada. Es decir, no hay pérdidas de energía, no hay fugas magnéticas y no se presentan corrientes de excitación. Así, para un transformador ideal las tensiones instantáneas entre bobinas son proporcionales a los números de espiras de los devanados. Vp/Vs = Np/Ns De dónde resulta fácil concluir que si se varía la razón de las vueltas de la bobina secundaria Ns respecto a las vueltas de la primaria Np, un voltaje de entrada (primario) puede suministrar cualquier voltaje de salida deseado (secundario). Ejemplo: En un dispositivo transformador, la bobina del secundario tiene 40 veces más vueltas que la bobina del primario. Si el voltaje de entrada es de 120 V, cual será el voltaje de salida? Vs = 40 x 120 V = 4800 V El rendimiento de un transformador se define como la relación entre la potencia de salida respecto a la potencia de entrada. Si se recuerda que la potencia eléctrica es igual al producto del voltaje por la corriente (P = V x I), el rendimiento o eficiencia de un transformador es: E = VsIs/VpIp donde Ip e Is son las corrientes en las bobinas del

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primario y el secundario, respectivamente. La mayor parte de los transformadores eléctricos son diseñados para obtener rendimientos muy altos, generalmente por arriba del 90%. Finalmente, es importante reseñar que no se obtiene una ganancia de potencia como resultado de la acción de un transformador. Cuando el voltaje se eleva, la corriente se reduce para que el producto V x I no se incremente.

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COMPONENTES BASICOS DE UN TRANSFORMADOR En el desarrollo y perfeccionamiento de los transformadores han influido varios factores. Las propiedades físicas de los materiales de que están construidos han mejorado en gran manera, particularmente los aislantes y materiales magnéticos para los núcleos. La experiencia ha llevado a un empleo más eficaz de los materiales disponibles y a mejorar los métodos de ensamble de los mismos. Adicionalmente, los aceites actuando como medio de refrigeración y aislantes han facilitado la construcción de grandes transformadores de potencia de alta tensión. El servicio que debe realizar un transformador determina las características físicas de su construcción. Los componentes generales son:

NUCLEO El núcleo de los transformadores está formado por chapas (láminas) delgadas de hierro magnético al silicio. En todos los transformadores el núcleo es asegurado por una estructura de prensado que permite reducir las vibraciones, el nivel de ruido y las corrientes de excitación, evitando el

Aceites para transformadores consecuente calentamiento por dichos fenómenos. Los dos tipos fundamentales de estructura de transformador son el tipo de núcleo, en el cual dos grupos de devanados abrazan a un núcleo único, y el tipo acorazado, en el cual un único grupo de devanados abraza, al menos, dos núcleos dispuestos en paralelo. Una modificación de este tipo es el llamado tipo acorazado distribuido, corrientemente empleado en transformadores de distribución. Para transformadores de potencia y algunos de distribución para alta tensión se utiliza con frecuencia la estructura tipo de núcleo. La elección del tipo de construcción del núcleo se ve influenciada por las características eléctricas que debe aportar, costos de construcción y reparaciones, exigencias del espacio, refrigeración, aislamiento y robustez mecánica. DEVANADOS Los devanados de los transformadores sumergidos en aceite son en general de cobre electrolítico y, en algunos casos especiales, de aluminio. Dependiendo del tipo de bobina pueden tener forma redonda, rectangular o en fleje y, cuando se requiere, las soldaduras son en plata. En los transformadores pequeños para baja tensión se emplea hilo redondo, pero en los transformadores grandes los conductores suelen ser rectangulares. La elección del material de los devanados está influenciada por su costo. El oro y la plata son mejores conductores de electricidad que el cobre

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pero en el caso de la plata su costo es unas 50 veces mayor comparado con el del cobre. Por sus excelentes características conducción/costo el cobre es el metal de uso casi exclusivo en los devanados de los transformadores Tanto los devanados de baja tensión como los de alta, están provistos de canales de refrigeración para la circulación libre del aceite y están aislados con papel del tipo presspan, revestido con resina epóxica, estable ante las altas temperaturas, que pega íntegramente el papel al cobre del devanado formando un conjunto muy resistente a desplazamientos, lo cual permite después del secado obtener una adecuada resistencia al cortocircuito.

Aceites para transformadores PARTE ACTIVA Los devanados y el núcleo están unidos en una estructura llamada “parte activa”. Este conjunto se encuentra inmovilizado dentro del tanque del transformador evitando que las vibraciones producidas durante el transporte lo afecten y también, que en el caso de un cortocircuito, no se presenten desajustes o deformación de las bobinas.

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para permitir la dilatación y contracción térmicas del aceite. En los transformadores de distribución es corriente utilizar un tanque hermético con una cámara de aire suficiente entre la tapa y el aceite que permita que éste comprima o dilate el aire encerrado. En algunos transformadores grandes, la cámara sobre el aceite se llena de nitrógeno mantenido a una presión ligeramente superior a la atmosférica. En general, a los transformadores grandes se les permite “respirar”. Un método utilizado para ello consiste en conectar al tanque principal un tambor

TANQUE PRINCIPAL Los transformadores que emplean la refrigeración por líquido deben tener sus núcleos y devanados necesariamente encerrados en tanques que eviten las pérdidas del refrigerante. Estos tanques están construidos por chapas (láminas) lisas de acero, soldadas entre sí y pueden tener forma redonda, ovalada, elíptica o rectangular. Estos tanques deben tener una holgura suficiente

Aceites para transformadores “conservador de aceite” o tanque de expansión.mEl aceite refrigerante llena el tanque principal por completo y parcialmente el de expansión. En la parte superior de éste existe un orificio de respiración a la atmósfera. El respiradero puede estar equipado de un filtro químico que elimine la humedad y el oxígeno del aire que penetre en el tanque conservador.

REFRIGERACION Y AISLAMIENTO El aislamiento está compuesto por dos clases de material aislante: Sólido y líquido. El material sólido utilizado es la celulosa o papel aislante que recubre a los devanados de alta y baja tensión, y el aislante líquido es el aceite que tiene como función principal la refrigeración. En ciertas aplicaciones, como es el caso de los transformadores instalados en el interior de edificios, es indispensable reducir al mínimo el peligro de incendio a causa del transformador, por lo que no resultan convenientes los transformadores refrigerados por aceite y se emplean los refrigerados por aire, que circula libremente a través del equipo. Las dimensiones de un transformador refrigerado por convección del aire son algo mayores que las de un transformador de igual potencia refrigerado por aceite. Cuando la tensión es inferior a 4000 voltios y convenga reducir el peso del transformador y el espacio requerido por el mismo, éste se puede refrigerar mediante un ventilador. La corriente de aire forzada por el ventilador circulará a través del equipo.

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Refrigeración por líquido. Uno de los métodos más efectivos de refrigeración consiste en sumergir en aceite las partes del transformador que conducen la electricidad, lo cual sirve para el doble propósito de facilitar la extracción del calor del núcleo y los devanados, y al mismo tiempo, como medio aislante para reducir las pérdidas de energía eléctrica a través del transformador. La pérdida de energía a través del transformador ocurre por la resistencia que oponen sus partes al flujo de electricidad. La analogía mecánica que permite comprender mejor este fenómeno se explica a continuación; cuando hay dos superficies en contacto y en movimiento entre sí, hay una fuerza de resistencia a dicho movimiento conocida como fricción, que obliga a gastar una parte de la energía disponible en vencer esta resistencia, por lo que se dice que hay pérdida de energía. Para el caso de los transformadores se habla de una fricción magnética, que es la fuerza que se opone al flujo de electricidad y causa pérdida de energía eléctrica. Como resulta evidente, el aceite debe tener unas propiedades y características particulares que contribuyan a obtener la máxima eficiencia del transformador. Un aspecto clave a vigilar es que el aceite para transformadores es muy volátil y si se vaporiza hay riesgos de explosión. Aún cuando no explotara, el aceite puede quemar-

Aceites para transformadores se produciendo una llama intensa y calor. Por ello los transformadores refrigerados por aceite deben funcionar preferiblemente en el exterior, y si estuvieran en un interior deben hallarse en recintos a prueba de incendio.

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Materiales componentes de un transformador HERRAJES Son los elementos que permiten la conexión al transformador de los cables de acometida generalmente de cobre. PINTURA El tipo de pintura depende del sitio de instalación del transformador. Las pinturas anticorrosivas y los esmaltes empleados para el acabado son sintéticos. Para transformadores de potencia y sitios agresivos y/o muy salinos se emplean pinturas tipo epóxica y para transformadores de distribución tipo alquídica. El método de limpieza de los equipos, antes de pintarlos, es por chorro de arena (sand blasting). EMPAQUES Se emplean para asegurar la hermeticidad o sellado entre tanque y herrajes. Se fabrican de caucho sintético apto especialmente para aplicaciones que requieran resistencia a los aceites derivados del petróleo, sin llegar a contaminarlos. Poseen buena resistencia a los ácidos y las bases, excepto cuando tengan un fuerte efecto oxidante; además tienen buena resistencia al envejecimiento por temperatura, a la rotura por cargas de choque, baja deformación y buena resistencia eléctrica y a la abrasión.

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RADIADORES Se emplean cuando la superficie del tanque no es suficiente para disipar el calor o pérdidas de energía generadas en el transformador. Estos elementos son planos y vienen fijamente soldados al tanque. Además de estos componentes básicos, los transformadores vienen equipados con otros elementos y con accesorios tales como los dispositivos de protección contra sobrepresiones, sobretensiones, cortocircuitos, indicadores de nivel de aceite, etc., cuyo uso depende de la potencia del transformador y del grado de protección y confiabilidad que se requiera del sistema.

Aceites para transformadores CLASIFICACION DE TRANSFORMADORES 1. Dependiendo de la red de suministro de energía a la cual se conecte el transformador se distinguen básicamente tres grupos: Transformadores de distribución Para montaje en postes, opera con potencias hasta de 150 kVA (kilo voltio amperio) y transformación de 13.200 a 240 o 120 Voltios. Transformadores tipo subestación Para montaje sobre el piso o en plataforma especialmente construida, opera con potencias de 225 a 2.000 kVA y tensiones hasta de 34.500 Voltios. Transformadores de potencia Para montaje sobre el piso o en plataformas especiales, opera con potencias superiores a 2000 kVA y con tensiones hasta 115.000 Voltios. Normalmente las características técnicas están coordinadas con los requerimientos específicos de cada proyecto. 2. Con relación al tipo de medio aislante y refrigerante se clasifican en: Transformadores sumergidos en aceite Pueden ser con ventilación natural o con ventilación forzada, ésta última aplicable por costos, a transformadores con potencias superiores a 2.000 kVA. Cuando por especificaciones muy particulares en el diseño o empleo se requieran sistemas especiales se pueden construir transformadores

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en los que por medio de bombas exteriores el aceite circula forzadamente a través de radiadores ventilados adecuadamente. Transformadores tipo seco Son de fabricación especial y se caracterizan porque el núcleo y los devanados no están sumergidos en un líquido aislante y refrigerante. Las bobinas están fabricadas con arrollamientos de aluminio y el aislamiento está constituido por una mezcla de resina epóxica y harina de cuarzo, siendo un material resistente a la humedad e ignífugo (no combustible, es decir no incendiable). Los transformadores tipo seco se utilizan bajo techo, y ocupan normalmente un espacio más reducido que un transformador sumergido en aceite. Son apropiados para operar en sitios con alto riesgo de incendio o explosión. La refrigeración puede ser natural o forzada por medio de ventiladores controlados por temperatura con lo cual se logra un incremento de la potencia hasta un 40% para servicio permanente.

Aceites para transformadores Transformadores Especiales De acuerdo con exigencias especiales del servicio se requieren transformadores con construcciones no convencionales. Dentro de estos casos se encuentran los siguientes: Transformadores tipo Pedestal o Pad Mounted Dichos transformadores están diseñados para montaje sobre una base de concreto y aptos para instalaciones a la intemperie. Las características constructivas de este tipo de transformador permiten su instalación en lugares donde haya circulación de personas y/o donde el reducido espacio impida el montaje de una subestación tradicional. Transformadores de frecuencia variable Especialmente diseñados para accionamiento de motores de velocidad variable tales como los utilizados en equipos de exploración de petróleo. Transformadores autoprotejidos Incluyen interruptores o switches automáticos para desconectar el transformador cuando está sometido a una sobrecarga que conduce a sobrecalentamiento o para separar el transformador de la red secundaria cuando ocurre un cortocircuito en ésta. Estos transformadores también vienen equipados con pararrayos.

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Aceites para transformadores CATEGORIAS DE EQUIPOS Con el fin de tener en cuenta las diferentes exigencias de los usuarios, los equipos han sido clasificados en diferentes categorías a saber: Categoría O: Transformadores de potencia para sistemas de tensiones superiores a 420 kV. Categoría A: Transformadores de potencia para sistemas de tensiones superiores a 170 kV y hasta 420 kV. Igualmente están incluidos los transformadores de potencia, cualquiera que sea la tensión asegurada, cuya continuidad de servicio es vital y los equipos similares para aplicaciones especiales que trabajan en condiciones de costos elevados. Categoría B: Transformadores de potencia para sistemas con tensiones superiores a 72,5 kV y hasta 170kV (y aquellos que no pertenezcan a la categoría A). Categoría C: Transformadores de potencia para sistemas con tensiones hasta 72,5 kV (aquellos que no pertenezcan a la categoría A). Interruptores en aceite, selectores y reguladores de corriente alterna blindados. Categoría D: Transformadores de medida para sistemas con tensiones superiores a 170kV. Categoría E: Transformadores de medida para sistemas con tensiones hasta 170 kV. Categoría F: Conmutadores de derivación bajo carga sumergidos en aceite. Categoría G: disyuntores sumergidos en aceite.

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LUBRICANTES PARA TRANSFORMADORES La eficiencia de un transformador depende no solo de su diseño y la forma de operación, sino también de las características del lubricante utilizado para su refrigeración y aislamiento. De hecho, tal como ocurre en otras aplicaciones, los lubricantes para transformadores deben cumplir una variedad de funciones que incluyen: REFRIGERACION La función más importante que debe desarrollar un aceite dieléctrico es la de enfriamiento y disipación del calor generado durante la operación de los transformadores. Para cumplir de una forma eficaz con este propósito, el aceite debe poseer no solo una buena fluidez, sino también excelente estabilidad térmica y a la oxidación que le permita circular libremente sin dejar depósitos. Para esto se requiere un aceite de baja viscosidad cuidadosamente refinado para prevenir la formación de lodos. AISLAMIENTO La función eléctrica de un aceite para transformador es prevenir la formación de arco entre dos conductores con una diferencia de potencial grande. Solamente con un aceite que esté esencialmente libre de contaminantes y permanezca así a través de todo el periodo de su vida de servicio pueden cumplirse totalmente los requisitos de aislamiento

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eléctrico. Para ser un excelente aislante el aceite debe tener baja viscosidad, buenas propiedades dieléctricas y buena capacidad de disipar el calor. LUBRICACION El aceite debe proveer una película químicamente inerte y de naturaleza apolar que asegure la protección de las partes metálicas y de los otros materiales presentes en una transformador, sin reaccionar con ellos.

Aceites para transformadores TIPOS DE LUBRICANTES PARA TRANSFORMADORES ACEITES MINERALES Los aceites dieléctricos de origen mineral se obtienen de un derivado secundario del petróleo en cuya composición predominan los hidrocarburos nafténicos. Las propiedades de un buen aceite de transformador no son propias o no están presentes, en forma exclusiva, en un determinado tipo de hidrocarburo, sino que por el contrario se encuentran repartidas entre varios (Nafténicos, parafínicos y aromáticos). Una composición típica de un buen aceite dieléctrico responde a las siguientes proporciones: - Hidrocarburos Aromáticos: 4 a 7% - Hidrocarburos Isoparafínicos: 45 a 55% - Hidrocarburos Nafténicos: 50 a 60% Los aceites minerales representan el 90% del volumen de ventas de aceites dieléctricos a nivel mundial, casi todo usado en transformadores e interruptores de potencia. Una cantidad menor es usada en capacitores y cables. ACEITES SINTETICOS La aplicación de aceites sintéticos como aislantes eléctricos ha sido muy limitada. Recientemente se han empleado fluidos sintéticos a base de silicona y ésteres de ftalato en aplicaciones especiales donde un alto grado de seguridad y muy

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amplio tiempo de servicio es requerido. También, últimamente, se están ensayando aceites dieléctricos de naturaleza predominantemente parafínica. Las pruebas y su interpretación son prácticamente las mismas para un aceite sintético a base de silicona que para un aceite mineral. El test de oxidación no se requiere para las siliconas debido a que este material no se oxida (no forma lodos).

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10000 5000

PROPIEDADES DE LOS ACEITES DIELECTRICOS

PROPIEDADES FISICAS VISCOSIDAD Por definición, la viscosidad de un fluido es la resistencia que dicho fluido presenta al moverse o deslizarse sobre una superficie sólida. Mientras más viscoso es el aceite, mayor será la resistencia que ofrecerá a moverse dentro del transformador y será menos efectiva su función de refrigeración. Por esta razón, los aceites dieléctricos deben tener una baja viscosidad para facilitar la disipación del calor generado en la operación del transformador. Las viscosidades máximas establecidas para aceites dieléctricos, a las diferentes temperaturas de evaluación, mediante el método ASTM D445 o D-88, son: 100oC ……………………………....3 cSt. 40oC ……………………………..12 cSt. 0oC ……………………………. 76 cSt. La figura ilustra el comportamiento típico de la viscosidad de un aceite dieléctrico con las variaciones de temperatura.

1000 800 500 400 300

V IS C O S I D A D, cS T

Para que un aceite dieléctrico cumpla adecuadamente con su trabajo debe tener ciertas características físicas, químicas y eléctricas. Las principales son:

1800

200 150 100 75 50 40 30 25 20 15 10 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0

2.0

-30

-20 -15 -10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110

120

T E M PE R A T U R A ºC

Curva de Viscosidad vs. Temperatura de los aceites Dieléctricos

PUNTO DE FLUIDEZ Se define como la temperatura a la cual el aceite deja de fluir, mientras se somete a un proceso de enfriamiento progresivo. Este dato sirve para identificar diferentes tipos de aceites aislantes. Un punto de fluidez igual o mayor que 0oC indica la presencia dominante de hidrocarburos parafínicos, en tanto que puntos de fluidez del orden de -10oC son propios de las fracciones de petróleo en las cuales predominan los hidrocarburos isoparafínicos. Las fracciones de hidrocarburos nafténicos tienen puntos de fluidez entre -20 a -35oC y las fracciones de hidrocarburos aromáticos llegan a tener puntos de fluidez del orden de los -40 a -60oC.

Aceites para transformadores Puntos de fluidez aceptables para aceites dieléctricos, evaluado mediante el método ASTM D-97, es de - 40oC a - 50oC. PUNTO DE INFLAMACION Se define como la mínima temperatura a la cual el aceite emite una cantidad de vapores que es suficiente para formar una mezcla explosiva con el oxígeno del aire en presencia de una llama. El punto de inflamación de los aceites dieléctricos se ha fijado con un valor mínimo de 145oC y mientras más alto, será más segura su utilización en transformadores e interruptores de potencia. TENSION INTERFACIAL Conviene recordar que la solubilidad de un líquido en otro y también la viscosidad de ellos dependen, en buena parte, de su tensión superficial. Así por ejemplo, cuando dos líquidos tienen una tensión superficial muy diferente son insolubles, tal como sucede con el aceite y el agua. Ahora bien, en la interface o superficie de contacto de dos líquidos insolubles, se sucede una interacción molecular que tiende a modificar la tensión superficial de ambos líquidos en la zona de contacto; en este caso se habla de tensión interfacial, la cual casi siempre es referida al agua, como patrón de comparación. Existen compuestos que se forman de la descomposición natural de los aceites dieléctricos de origen mineral, que son igualmente solubles tanto en el agua como en el aceite, modificando su tensión interfacial, causando un aumento considerable de la humedad de saturación del aceite y haciéndolo

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más conductor de la electricidad. La tensión interfacial mínima aceptada para aceites dieléctricos, evaluada por el método ASTM D-971, es de 40 dinas/cm. PUNTO DE ANILINA Temperatura a la cual un aceite dieléctrico se disuelve en un volumen igual de anilina. Sirve como parámetro de control de calidad, ya que un aceite dieléctrico con alto contenido de aromáticos disuelve la anilina a menor temperatura. Temperaturas de disolución entre 78 y 86oC corresponden a un buen dieléctrico. El punto de anilina aceptado para aceites dieléctricos, evaluado mediante el método ASTM D-611, es de 63 a 84oC. COLOR La intensidad de color del aceite dieléctrico depende de los tipos de hidrocarburos que predominen en dicho aceite. Así por ejemplo, las fracciones parafínicas e isoparafínicas son blancas y transparentes, color agua. Las nafténicas varían de amarillo claro a amarillo verdoso. Las aromáticas poseen coloraciones que van desde el amarillo rojizo (naranja) al marrón oscuro. Para los aceites dieléctricos se ha fijado un color máximo de 0,5 (amarillo claro), buscando que el aceite sea predominantemente nafténico. El color se determina mediante el método ASTM D1500.

Aceites para transformadores PROPIEDADES ELECTRICAS FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia mide las pérdidas de corriente que tienen lugar dentro del equipo cuando se encuentra en operación. Estas pérdidas de corriente son debidas a la existencia de compuestos polares en el aceite y a su vez son la causa de los aumentos anormales de temperatura que se suceden en los equipos bajo carga. El factor de potencia máximo permisible (%), evaluado mediante el método ASTM D-924, es: 25oC …………………………………..0,05% 100oC ……………………………….…0,3% RIGIDEZ DIELECTRICA La rigidez dieléctrica de un aceite aislante es el mínimo voltaje en el que un arco eléctrico ocurre entre dos electrodos metálicos. Indica la habilidad del aceite para soportar tensiones eléctricas sin falla. Una baja resistencia dieléctrica indica contaminación con agua, carbón u otra materia extraña. Una alta resistencia dieléctrica es la mejor indicación de que el aceite no contiene contaminantes. Los contaminantes que disminuyen la rigidez dieléctrica pueden usualmente ser removidos mediante un proceso de filtración (filtroprensa) o de centrifugación.

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Aceites para transformadores PROPIEDADES QUIMICAS ESTABILIDAD A LA OXIDACION Los aceites dieléctricos, en razón de su trabajo, están expuestos a la presencia de aire, altas temperaturas y a la influencia de metales catalizadores tales como hierro y cobre, lo cual tiende a producir en el aceite cambios químicos que resultan en la formación de ácidos y lodos. Los ácidos atacan el tanque del transformador y reducen significativamente la capacidad aislante del aceite con las consecuentes pérdidas eléctricas. Los lodos interfieren en la transferencia de calor (enfriamiento), haciendo que las partes del transformador estén sometidas a más altas temperaturas, situación que también conduce a pérdidas de potencia eléctrica. Como resulta obvio, es importante reducir al mínimo posible la presencia de estas sustancias perjudiciales (ácidos y lodos). Por esta razón es esencial el uso de aceites refinados que posean óptima resistencia a la oxidación y estabilidad química que garanticen amplios periodos de funcionamiento y alarguen la vida de los equipos.

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Aceites para transformadores COMPOSICION DE UN ACEITE DIELECTRICO La mayoría de los lubricantes dieléctricos están basados en aceites minerales sin aditivos y sólo en caso de aplicaciones severas se emplean aceites aditivados con inhibidor de oxidación. El proceso de fabricación involucra la destilación del crudo y su posterior refinación mediante algunos de los siguientes tratamientos: Por ácidos, extracción por solventes o hidrogenación.

ACEITES BASES Son hidrocarburos que como su nombre lo indica solo contienen carbono e hidrógeno, como componentes principales, además de las impurezas inherentes a los derivados del petróleo que son el azufre, y en una menor proporción, el nitrógeno. Es conveniente mencionar que no todos los hidrocarburos que normalmente se encuentran en los productos o fracciones del petróleo pueden realizar eficazmente las funciones que los aceites dieléctricos deben cumplir en los transformadores e interruptores de potencia. Los aceites dieléctricos son una mezcla de hidrocarburos nafténicos, isoparafínicos y aromáticos, cuya composición varía de acuerdo con el crudo del que se destilan y del método de refinación empleado. Cada uno de estos tipos de hidrocarburos tienen diferentes características que le aportan al producto final, estas son:

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AROMATICOS - Bajo coeficiente de expansión, que dificulta la disipación de calor y con ello la función de refrigeración o enfriamiento que le corresponde al aceite dieléctrico, cuando están en exceso. - Baja estabilidad a la oxidación, pero forman compuestos químicos estables que no presentan subsiguientes reacciones de oxidación, actuando como "capturadores" de oxígeno. - Alto poder de solvencia frente a las lacas y resinas (bajo punto de anilina), que puede fácilmente arruinar el aislamiento de los devanados, dependiendo de las especificaciones de las lacas y resinas del recubrimiento. Conviene recordar que el lodo, originado en la oxidación prematura de los aromáticos, se acumula en los conductos por donde debe circular el aceite y dificulta su función refrigerante. Sin embargo, algunos compuestos aromáticos actúan como INHIBIDORES NATURALES de oxidación, y por lo tanto, su presencia en pequeña proporción es siempre deseable y necesaria. ISOPARAFINICOS - Punto de fluidez es menor que en los parafínicos, permitiendo que el aceite fluya fácilmente a bajas temperaturas y ejerza su función refrigerante. - Tienen menor tendencia a la formación de gases lo cual es muy conveniente para la operación de los transformadores.

Aceites para transformadores - Buena estabilidad a la oxidación. NAFTENICOS - Buena estabilidad a la oxidación. - Excelente fluidez a baja temperatura. - Baja tendencia a la formación de gases y carbones ante descargas eléctricas. - Aceptable coeficiente de expansión. - Alta tensión interfacial. Lo aceites minerales con un balance de hidrocarburos adecuado tienen un buen comportamiento por muchos años y a menudo por toda la vida del transformador. Sin embargo, en transformadores que operan bajo condiciones severas, el problema de la oxidación del aceite puede ocurrir en un tiempo más corto. Para los transformadores que operan bajo esas condiciones es preferible usar un aceite que contenga aditivo antioxidante o inhibidor de oxidación. Estos aditivos son sustancias que alargan considerablemente el tiempo de inducción de oxidación. El inhibidor de oxidación más comúnmente utilizado en los aceites dieléctricos es un compuesto conocido con el nombre genérico de Di-Butil Paracresol, del cual existen pequeñas variaciones en composición, de acuerdo con su procedencia o método empleado en su producción. Al igual que los aceites no inhibidos, éstos deben estar libres de cualquier otra clase de aditivos.

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No todos los aceites dieléctricos se comportan de la misma manera frente a los inhibidores de oxidación y por tanto, siempre resulta conveniente conocer la “susceptibilidad del aceite frente al inhibidor de oxidación”, puesto que algunas veces, cuando se agregan cantidades adicionales de inhibidor se pueden obtener resultados contrarios a los esperados. Otro aspecto a tener en cuenta es la toxicidad de los inhibidores. En la figura se ilustra el proceso completo de fabricación de un aceite dieléctrico, ya sea que se utilice tratamiento con ácidos, extracción por solventes o la hidrogenación, que es el método más aceptado hoy día, por su mínimo efecto sobre el medio ambiente.

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CRUDO DESTILADO HIDROGENO ACIDO SULFURICO

TRATAMIENTO ACIDO

LODO ACIDO

NEUTRALIZACION CON OLCALI

LODO ALCALINO

LAVADO CON AGUA TRATAMIENTO CON ARCILLA

SOLVENTE EXTRACCION POR SOLVENTE

HIDROGENACIÓN CATALITICA

ROCIADO (REMOCION POR SOLVENTE) TRATAMIENTO CON ARCILLA FILTRACION

FILTRACION ACEITE DE TRANSFORMADOR

TRATAMIENTO CON ARCILLA (OPCIONAL) FILTRACION O SECADO

Aceites para transformadores CLASIFICACION DE LOS ACEITES DIELECTRICOS Las propiedades y el comportamiento de los aceites dieléctricos son similares en muchos aspectos a los aceites para turbinas. Ambos circulan a temperaturas de medianas a altas (40 a 95oC) por largos períodos de tiempo y en continuo contacto con aire y metales. Los aceites dieléctricos se caracterizan por ser de color claro y de baja viscosidad (ISO 15 o menor). Las especificaciones de los aceites dieléctricos han sido establecidas, a nivel internacional, por organismos oficiales y asociaciones de profesionales e industriales con el objeto de garantizar: a. Una calidad uniforme en su producción. b. Un desempeño óptimo durante todo el tiempo de servicio que, en todo caso, no debe ser menor de cinco (5) años, cuando se emplean racionalmente en equipos de alta potencia. Las especificaciones internacionales más conocidas y adoptadas son las de la Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (American Society of Testing and Materials, ASTM), que clasifica los aceites dieléctricos, mediante la norma ASTM D3487, como aceites tipo 1 y tipo 2. Los aceites dieléctricos tipo 1 se definen como aceites para equipos eléctricos donde se requiere una resistencia normal a la oxidación, y los de tipo 2 para aquellas aplicaciones donde la resistencia a la oxidación debe ser mayor.

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Los aceites tipo 1 se conocen como aceites no inhibidos, porque solamente contienen hasta 0,08% en peso de aditivo antioxidante, y los tipo 2 son aceites inhibidos, en los que el inhibidor de oxidación llega hasta 0,3% en peso. Las cifras típicas de los aceites tipo 1 y tipo 2 se muestran en la tabla siguiente:

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Propiedad Parámetro Método ASTM Física Punto de anilina, oC D-611 Color, Máx. D-1500 Punto de inflamación, Mín. oC D-92 Tensión interfacial a 25 oC, Mín. dinas/cm. D-971 Punto de fluidez, Máx. oC D-97 Gravedad específica, 15oC/15oC Máx. D-1298 Viscosidad Máx, cSt D-445 ó 100oC D-88 40oC 0oC Inspección visual Eléctrica Caída dieléctrica de voltaje, a 60Hz - Electrodos de disco, Min. kV D-877 - Electrodos VDE, Min gap. 0.040 pulg. (1.02 m.m.) D-1816 0.080 pulg. (2.03 m.m.) Caída dieléctrica de voltaje D-3300 condición de impulso, 25oC, Mín. kV 1", gap. D-2300 Factor de disipación (o factor de potencial) a 60 Hz. Máx. % 25oC D-924 100oC Química Estabilidad a la oxidación (prueba de lodos ácidos) D-2240 72 horas: % lodo, Máx. por masa TAN, mgr KOH/gr.ac.us 164 horas: % lodo, Máx. por masa TAN, mgr KOH/ gr.ac.us Estabilidad a la oxidación (bomba rotativa), Mín. minutos D-2112 Contenido de inhibidor de oxidación D-1473 Máx. % por masa D-2628 Azufre corrosivo D-1275 Agua, Máx. ppm D-1533 Número de neutralización D-974 Número ácido total, Máx. mgr KOH/gr.ac.us. Cont. de BCP* ppmD-4059 NOTA: *BCP es el inhibidor de oxidación Butil P-Cresol

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Aceite Tipo 1 63-84 0,5 145 40 -40 0,91

Aceite Tipo 2 63-84 0,5 145 40 -40 0,91

3,0 12,0 76,0

3,0 12,0 76,0 Claro y traslúcido

30,00

30,00

28,00 56,00 145,00 +15,00 +30 0,05 0,30

28,00 56,00 145,00 +15,00 +30 0,05 0,30

0,15 0,50 0,30 0,60

0,10 0,30 0,20 0,40 195,00 0,30

0,08 35,00 0,03

35,00 0,03 No detectable

Aceites para transformadores PROCESO DE DEGRADACION DE LOS ACEITES DIELECTRICOS Al igual que ocurre en otras aplicaciones, los lubricantes para servicio en transformadores están sometidos a diversas condiciones de operación y expuestos a la presencia de elementos que conllevan al deterioro gradual de sus propiedades. El proceso de oxidación de los aceites dieléctricos depende, entre otros, de los siguientes factores: -

La naturaleza o composición del aceite.

La cantidad de oxígeno disponible para la reacción de oxidación. La presencia del agua y otros catalizadores de oxidación, tales como partes de cobre. El nivel de temperatura al cual es sometido el aceite dieléctrico durante el servicio. Como ya se ha mencionado, dependiendo del tipo y balance de hidrocarburos empleados en la fabricación del aceite dieléctrico, éste presentará mejores o peores propiedades tanto refrigerantes como de estabilidad química y a la oxidación, factores de gran influencia en el proceso de oxidación del aceite. El oxígeno disponible para las reacciones de oxidación proviene: a. Del aire que normalmente está disuelto en dicho aceite. b. De las electrólisis del agua presente en el equipo.

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A mayor cantidad de oxígeno presente en el aceite, las reacciones de oxidación son más completas y frecuentes. El agua, además de aportar oxígeno para las reacciones de oxidación que ocurren en el aceite, es un buen catalizador para éstas mismas y sobre todo para aquellas que afectan a los metales ferrosos presentes en el equipo (corrosión de la carcaza y del núcleo del transformador). Conviene recordar que el hierro, el cobre y cualquier otro metal en contacto con el aceite son también catalizadores de las reacciones de oxidación que afectan a éste. El nivel de temperatura a que normalmente opera el equipo es un factor muy importante en la velocidad de oxidación del aceite dieléctrico y mientras más alta sea dicha temperatura, más rápida será la degradación del aceite, tal como se observa en la tabla siguiente. NUMERO DE NEUTRALIZACION vs. TEMPERATURA TEMPERATURA DE OPERACION DEL EQUIPO

VIDA UTIL DEL ACEITE* DIELECTRICO EN AÑOS

60oC 20,00 70oC 10,00 o 80 C 5,00 90oC 2,50 100o C 1,25 110o C 7 meses *Tiempo estimado para que el número de neutralización del aceite alcance una acidez equivalente a 0,25 mg KOH/g.

Aceites para transformadores Los transformadores modernos operan con tensiones o voltajes más altos y son de menor tamaño que los equipos de comienzo de siglo. En consecuencia, la cantidad de aceite dieléctrico requerida por estos transformadores es considerablemente menor, por lo cual su temperatura de operación depende en gran medida de la eficiencia de su sistema de refrigeración, o en otras palabras, de la capacidad refrigerante del aceite.

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acidez del aceite a un nivel más bajo que los aceites sin inhibidor. Ahora bien, cuando se agota el aditivo antioxidante en el aceite inhibido la reacción de oxidación se acelera drásticamente y por tanto la curva toma forma exponencial con una pendiente mayor que la del aceite no inhibido. El control requerido sobre el nivel de acidez de un aceite dieléctrico inhibido, en su período final de servicio, es muy exigente debido al cambio radical en el comportamiento de su proceso oxidativo, lo cual podría dar origen a formación excesiva de lodos en el transformador con las consecuentes fallas en su funcionamiento.

Número de neutralización mg KOH / g

En la gráfica se muestra la diferencia existente entre las curvas de oxidación de un aceite no inhibido y otro inhibido. Como se puede ver, los inhibidores artificiales de oxidación mantienen la CURVA DE OXIDACION DE UN ACEITE DIELECTRICO

0.4

1

Sin Inhibidor

0.3

2

Con Inhibidor

1

2

0.2 0.1 0 2

4

6 AÑOS DE SERVICIO

8

1

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COMPOSICION

CONTROL DE CALIDAD DE LOS ACEITES DIELECTRICOS

PUREZA

Las pruebas que se realizan con el propósito de evaluar el estado de las propiedades de los aceites dieléctricos de origen mineral, se orientan a determinar tres características básicas en dichos aceites: - Su composición (pruebas de composición). - Su pureza (pruebas de pureza). - Su estabilidad (pruebas de estabilidad).

La estabilidad del mismo depende primordialmente de su composición. Esto significa que las pruebas de composición y estabilidad no son muy necesarias cuando se trata de controlar la calidad de un aceite dieléctrico en servicio, teniendo en cuenta que son estrictamente efectuadas para los aceites nuevos. En conclusión, las pruebas de pureza son las que tienen mayor peso en la determinación del comportamiento o desempeño de los aceites dieléctricos en servicio; por lo tanto son éstas pruebas las que se incluyen con más frecuencia en los programas de control. En el cuadro siguiente se enumeran las pruebas que se realizan para determinar la calidad de los aceites dieléctricos.

ESTABILIDAD

La composición de un aceite dieléctrico, una vez que ha sido formulado y elaborado adecuadamente, no varía significativamente mientras permanece en servicio.

Punto de anilina Punto de fluidez Color Punto de inflamación Gravedad específica Viscosidad Azufre corrosivo Contenido de humedad Tensión interfacial No. de Neutralización Tensión de ruptura Factor de potencia Estabilidad de color Formación de lodo Período de inducción Contenido de inhibidor

Del cuadro anterior se tiene que los aceites dieléctricos, entregados en equipos nuevos o tomados de equipos en servicio, pueden ser sometidos a un gran número de ensayos; sin embargo, las pruebas siguientes son consideradas como suficientes para determinar si el estado del aceite es adecuado o no para continuar en servicio o para proponer una acción correctiva. -

Contenido de humedad. Tensión interfacial. Número de neutralización. Rigidez dieléctrica. Factor de potencia. Color y aspecto. Análisis de gases disueltos.

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Las pruebas ya reseñadas y la frecuencia promedio con que pueden realizarse dichas pruebas se muestran en los cuadros siguientes: VOLTAJE DE OPERACION DEL TRANSFORMADOR kV Inspección Inicial Fecha: Pruebas: Segunda Después de: Pruebas: Tercera Después de: Pruebas: Subsiguientes Después de: Pruebas:

75 ó menos

76-149

150-250

Más de 250

ABCDEF

Antes de energizar el equipo ABCDEF

ABCDEF

ABCDEFG

2 años ABCD

18 meses ABCD

1 año ABCD

6 meses ABCDEFG

18 meses ABCD

1 año ABCD

1 año ABCD

6 meses ABCDE

ABCD

1 año después de la última inspección ABCDEF ABCDEFG

SIGNIFICADO DE LAS LETRAS A - Color, ASTM D-1500 B - Número de neutralización, ASTM D-974 C - Tensión interfacial, ASTM D-971 D - Tensión de ruptura, ASTM D-877 E - Factor de potencia, ASTM D-924 F - Contenido de agua, ASTM D-1315 ó D-1523 G - Análisis de gases disueltos

ABCDEFG

Es clave hacer énfasis en que la frecuencia de las inspecciones y pruebas efectuadas a un transformador debe establecerse con base en los factores que se relacionan a continuación: 1. Capacidad del equipo. 2. Condiciones de operación. 3. Importancia del servicio prestado. 4. Condiciones del aceite dieléctrico: A medida que aumentan los años de servicio de los transformadores es lógico esperar una progresiva degradación del aceite, con lo cual se aumenta la probabilidad de falla en los equipos.

Aceites para transformadores 5. Condiciones ambientales: En condiciones ambientales adversas, las inspecciones que se deben practicar serán más frecuentes, pues tanto el aceite como la carcaza y accesorios externos del transformador se ven seriamente afectados.

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APLICACION Y FRECUENCIA DE LOS ENSAYOS Propiedades

Lugar del ensayo *

Categoría del Equipo

Frecuencia de los ensayos

Color y aspecto

SoL

O,A,B,C,D,E

Tensión de ruptura

SoL

O,A,B,C,D,E,F,G

O,A,B. Después del llenado o rellenado y antes de la energización. Luego, pasados 12 meses, después cada dos años. C,D,E. Después del llenado o rellenado y antes de la energización. Luego, pasados 12 meses, después cada seis años. F. Después del llenado o rellenado y antes de ponerlobajo tensión. Luego, cada 4 años o cada 70.000 maniobras sí ese número se alcanza antes, o según las instrucciones del fabricante. G. Referirse a las especificaciones del fabricante.

Contenido de agua

L

O,A,B,C,D,E

O,A. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego, pasados 3 y 12 meses, luego al mismo tiempo que el análisis de los gases disueltos B,D,E. Después del llenado o rellenado y antes deenergizarlo. Luego, pasados 12 meses, después cada 6 años o de acuerdo con el análisis de gases disueltos. C. No es un ensayo de rutina, solamente cuando la tensión de ruptura está próxima al valor límite de rechazo.

Indice de neutralización

L

O,A,B,C,D,E,F,G.

Sedimentos y depósitos (lodos)

L

O,A,B,C,D,E

Simultáneamente con otros ensayos cuantitativos

O,A,B,C - Cada 6 años D,E,F,G - Ningún ensayo de rutina. Ningún ensayo de rutina. Efectuar según los resultados del examen visual o el valor del índice de neutralización.

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APLICACION Y FRECUENCIA DE LOS ENSAYOS Propiedades

Lugar del ensayo *

Categoría del Equipo

Frecuencia de los ensayos

Resistividad

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,D. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego pasados 12 meses, después cada 6 años. C,E. Ningún ensayo de rutina.

Factor de disipación dieléctrica, tgs a 100 oC y 40Hz a 60 Hz.

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,D. Después del llenado o rellenado y antes de la energización. Luego, pasados 12 meses, después cada 6 años. C,E. Ningún ensayo de rutina.

Tensión interfacial

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,C,D,E. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego, pasados 12 meses, después cada 6 años.

Contenido de gas

L

O,A,B,D

Punto de inflamación

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,C,D,E. Ningún ensayo de rutina, quizás revisarlo cuando un olor anormales detectado; enseguida de un defecto interno o cuando el transformador viene de ser llenado.

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A continuación se detalla un poco más sobre cada una de las pruebas realizadas a los aceites dieléctricos como parte del programa periódico de inspecciones.

El agua puede proceder del aire atmosférico o resultar de la degradación de materiales aislantes. La solubilidad del agua en el aceite para transformadores aumenta en función de la temperatura y del índice de neutralización.

Contenido de Humedad Como se sabe, el agua es poco soluble en los aceites dieléctricos, pero aun así, pequeñas cantidades de humedad son suficientes para aumentar drásticamente su conductividad eléctrica, reducir su rigidez dieléctrica y subir su factor de potencia.

En el diagrama se observa que para una temperatura dada, el aceite disuelve una cantidad de agua determinada, la cual depende del punto de equilibrio o de saturación del aceite para cada temperatura. Cuando el contenido de agua sobrepasa un cierto nivel (valor de saturación) no puede permanecer en solución, y el agua, ahora libre, aparece en forma de turbulencia o de góticas provocando invariablemente una disminución en la rigidez dieléctrica.

B

150

A

Muestra puramin AD-AD, lote 16,19,5,79 1000 800 100

CONTENIDO DE AGUA, ppm

CONTENIDO DE AGUA DEL ACEITE (mg/Kg)

200

50

10 0

600 400 300 200 100 80 60 40 30

0

10

20

30

40

50

60

TEMPERATURA DEL ACEITE EN SERVICIO

Curva A: Saturación en contenido de agua de un aceite nuevo. Curva B: Saturación en contenido de agua en un aceite oxidado con un índice de neutralización de 0,3 mg KOH/g.

20 10 0

10

20

30 40 Temperatura ° C

50

60

70

Aceites para transformadores El agua no sólo es perjudicial para el aceite porque aumenta su conductividad eléctrica sino que además es un elemento altamente corrosivo a los metales ferrosos y por ello forma óxido de hierro que al disolverse en el aceite lo hace aun más conductor. También, el agua suspendida o depositada en el fondo de los transformadores propicia el crecimiento de bacterias que contribuyen a acelerar el proceso de degradación de los aceites dieléctricos. Dentro de un transformador el contenido total de agua se reparte entre el papel y el aceite en una relación predominante para el papel. Las variaciones pequeñas de temperatura modifican sensiblemente el contenido de agua del aceite pero muy poco la del papel. Conociendo el contenido de agua de un aceite a una temperatura dada, es posible mediante gráficas obtener el contenido de agua del papel. Los valores límites de contenido de agua recomendados en la tabla Guía de Valores Límites, tienen por objeto controlar el contenido de agua en el aislamiento celulósico (papel), a temperaturas normales del aceite en servicio a más de 40oC y hasta 60oC. Un alto contenido de agua acelera la degradación química del papel aislante y es un indicio de malas condiciones de funcionamiento o de un mantenimiento que necesita medidas correctivas. Valores típicos de contenido de agua para aceites dieléctricos nuevos están en el orden de 15 ppm a

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30 ppm. Resulta evidente que se requiere someterlos a un proceso de secado previo a su uso. Tensión Interfacial Este es uno de los test más ampliamente usados para determinar el nivel de deterioro y contaminación de un aceite dieléctrico. Esta característica cambia rápidamente durante las etapas iniciales de envejecimiento, luego su evolución se estabiliza, cuando la degradación es aún moderada. Es por esta razón que los resultados son bastante dificiles de interpretar en términos de mantenimiento del aceite. Sin embargo, es conveniente analizar en detalle los aceites cuyos valores de la tensión interfacial se encuentran en el límite mínimo recomendado en la Guía de Valores Límites, que aparece en la página siguiente. Los valores típicos de tensión interfacial de los aceites nuevos están alrededor de 45 dinas/cm; sin embargo, aceites con valores de 20 o más se consideran apropiados para el servicio. Tensiones interfaciales por debajo de 20 dinas/cm indican la contaminación del aceite con productos de oxidación, barnices, glicol, jabones de sodio, y posiblemente otras materias extrañas. La filtración del aceite, especificada en la norma ASTM D-971, puede reportar valores altos de tensión interfacial. Un comportamiento típico de la tensión interfacial con los años de servicio del aceite se ilustra en la figura.

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TENSIO DE RUPTURA

50 40 30 20 10 0 2

4

6

8

AÑOS DE SERVICIO

10

12

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GUIA DE VALORES LIMITES PARA LA ACEPTACION, MANTENIMIENTO Y REGENERACION DE ACEITES AISLANTES PARA TRANSFORMADORES Y OTROS EQUIPOS ELECTRICOS O R D E N

ENSAYOS

1

Tensión de ruptura dieléctrica (Kv)

METODOS

ASTM D877

ASTM D1816 (0,04 pulg.) ASTM D1816 (0,08 pulg.) IEC 156

2

Factor de potencia (%)

ASTM D924 (25oC) ASTM D924 (100oC)

3

4

5

6 7 8

Contenido de humedad (ppm) Número de neutralización (mg KOH/g) Tensión interfacial

ASTM D1533

Color Aspecto Visual Contenido de gases (%)

ASTM D1500 ASTM D1524

9

Sedimentos y lodos 10 Resistividad (Gm) 90oC

ASTM D974

ASTM D971

D831, D1817 D2945 Anexo A IEC 247

20oC

11 Estabilidad a la oxidación 164h - NN - lodos Bomba rotativa

ASTM D2440

ASTM D2112

CLASIFICACION DE TRANSFORMADORES Tensión máxima de operación

ACEITES SIN USAR Recibido en equipo nuevo

C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A A

>3 0 >3 0 >3 5 >3 5 >2 5 >2 5 >3 0 >3 0 >4 0 >4 0 >5 0 >6 0 >4 0 >5 0 >6 0 >6 0 4 0 >5 0

2 6 >3 4 >3 4 >4 5 >4 5 >3 0 >3 0 >4 0 >5 0

90 C>60 90oC>60 90oC>60 90oC>60

Según norma ICONTEC 1465 Según norma ICONTEC 1465

GRUPO III por regenerar

Límites de aceptación después de regenerar

Después de llenar y antes de energizar

>3 0

>3 0 >3 0 >3 5 >3 5 >26-30 >26-30 >26-30 >26-30

>2 6

0,5 >0,4

1 20oC>60 20oC>200 20oC>200 20oC>60