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ANLISIS DE ACEITES DIELCTRICOS Y SU SIGNIFICADO

NORMA IEEE C57.104-1991

Debe reconocerse que el anlisis de estos gases y la interpretacin de su

significado no son actualmente una ciencia, sino un arte sometido a

variabilidad

Estudios del Consejo Internacional de Grandes Redes Elctricas han determinado que

ms del 70% de los defectos y fallos internos de un transformador dejan una huella en

el aceite aislante que, si se sabe analizar e interpretar, permite identificar la naturaleza

y severidad del defecto o fallo.

ANLISIS FUNDAMENTALES Anlisis de gases disueltos: El anlisis se realiza segn lo dispuesto en la norma UNE EN 60567:2005 y la interpretacin de los resultados segn lo dispuesto en la

norma UNE EN 60599:2007. No obstante, en TEKNIKER hemos adoptado un

novedoso mtodo de interpretacin de los resultados del anlisis basado en los

estudios del Grupo de Trabajo A2.18 (Gestin de vida de transformadores).

Entre los mtodos de extraccin de gases, en TEKNIKER utilizamos el mtodo de

espacio en cabeza (head space) porque, cuando se aplica cuidadosamente, es el

que mejores resultados proporciona. En este mtodo, se introduce un volumen de

aceite en un vial de vidrio en contacto con una fase gaseosa (espacio en cabeza) de

volumen conocido. Una porcin de los gases disueltos en el aceite (H2, O2, N2, CH4,

C2H2, C2H4, C2H6, CO y CO2) pasa al espacio en cabeza, en condiciones de equilibrio

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de temperatura, presin y agitacin. El espacio en cabeza se transfiere a un bucle de

inyeccin del cromatgrafo de gases. Se utilizan curvas de calibracin para establecer

la concentracin de cada gas en el espacio en cabeza. Se calculan las

concentraciones de gases en el aceite utilizando la ley de Henry y los coeficientes de

reparto determinados por calibracin directa con patrones de gases en aceite.

La interpretacin de los resultados de estos anlisis se hace considerando varios

factores:

- los defectos tpicos descritos en la norma UNE EN 60599;

- el mtodo de las relaciones de gases, incluido el cdigo de Rogers;

- el mtodo del tringulo de Duval;

- en ocasiones, el mtodo de las huellas de gases (gas patterns).

Aspecto y color. El color de un aceite aislante se expresa con un nmero obtenido por comparacin con una serie de colores normalizados. No es una propiedad crtica,

pero puede ser til para una evaluacin comparativa. Un incremento rpido o un

nmero de color elevado pueden indicar degradacin o contaminacin del aceite.

Adems del color, el aspecto del aceite puede mostrar turbidez o sedimentos que

pueden indicar la presencia de agua libre, lodos insolubles, carbn, fibras u otros

contaminantes.

Rigidez dielctrica. La rigidez dielctrica es una medida de la capacidad del aceite para soportar solicitaciones elctricas. La medida de la rigidez dielctrica sirve

principalmente para indicar la presencia de contaminantes como agua o partculas. Un

valor bajo de rigidez dielctrica puede indicar que uno o mas de estos contaminantes

estn presentes. Sin embargo, un valor elevado de rigidez dielctrica no indica

necesariamente la ausencia de todo contaminante.

Contenido en agua. Dependiendo de la cantidad de agua, la temperatura del sistema de aislamiento y el estado del aceite, el contenido en agua del aceite aislante influye

en:

- la rigidez dielctrica del aceite;

- el aislamiento slido y

- la tendencia al envejecimiento del lquido y del aislamiento slido.

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El contenido en agua del aislamiento lquido y slido tiene, por tanto, un impacto

significativo en las condiciones operativas reales y en la vida til del transformador.

Existen dos fuentes principales de incremento de agua en el aislamiento del

transformador:

- ingreso de humedad desde la atmsfera;

- degradacin de celulosa y aceite

En equipos elctricos llenos de aceite, el aislamiento lquido es el medio de

transferencia de agua. El agua est presente en el aceite en forma disuelta y tambin

puede estar presente como hidratos adsorbidos por los productos de envejecimiento

polares (agua enlazada). Las partculas, como las fibras de celulosa tambin pueden

enlazar algo de agua.

Acidez. La acidez (ndice de neutralizacin) del aceite es una medida de los constituyentes o contaminantes cidos del aceite. La acidez de un aceite usado se

debe a la formacin de productos de oxidacin cidos. Los cidos y otros productos de

oxidacin, junto con el agua y los contaminantes slidos, afectarn las propiedades

dielctricas y otras del aceite. Los cidos tienen impacto en la degradacin de los

materiales celulsicos y tambin pueden ser responsables de corrosin de partes

metlicas del transformador. La velocidad de incremento de la acidez de un aceite en

servicio es un buen indicador de la velocidad de envejecimiento.

Factor de disipacin dielctrica (DDF, tan d). Este parmetro es muy sensible a la

presencia de contaminantes polares solubles, productos de envejecimiento o coloides

en el aceite. Se pueden controlar los cambios en los niveles de contaminantes

midiendo este parmetro incluso cuando la contaminacin es tan ligera que est cerca

del lmite de deteccin qumica. Puede obtenerse informacin adicional til midiendo la

tan d tanto a temperatura ambiente como a una temperatura ms elevada como 90 C.

En el caso de transformadores de medida de muy alta tensin ( 400 kV), debe

prestarse especial atencin a la tan d pues se ha descrito que elevados valores

pueden conducir a embalamientos trmicos con fallo del transformador.

Recuento de partculas. La presencia de partculas en el aceite aislante de equipos elctricos puede tener diferentes orgenes. El propio equipo puede contener partculas

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del proceso de fabricacin y el aceite puede contener partculas de su almacenamiento

y manipulacin, si no se filtra adecuadamente. El desgaste y el envejecimiento del

aceite y materiales slidos pueden producir partculas durante la vida en servicio del

equipo. Calentamientos localizados por encima de los 500 C pueden formar partculas

de carbn. Las partculas de carbn producidas en el conmutador del cambiador de

tomas en carga pueden migrar por fugas a la cuba principal y contaminar los

componentes sumergidos en aceite del transformador. Una fuente tpica de partculas

metlicas es el desgaste de los cojinetes de las bombas.

El efecto de las partculas en suspensin en la rigidez dielctrica del aceite aislante

depende del tipo de partculas (metlicas, fibras, lodos, etc.) y de su contenido en

agua.

Histricamente, se ha relacionado algunos fallos en transformadores de alta tensin

con la contaminacin por partculas sin que los ensayos tradicionales de rigidez

dielctrica sean suficientes para identificar el problema.

Contenido en inhibidor. Los aditivos ms comnmente utilizados en aceites aislantes son 2,6-di-tert-butil-p-cresol (DBPC) y 2,6-di-tert-butil-fenol (DBP).

Los aceites inhibidos tienen una forma de oxidacin diferente a la de los aceites no

inhibidos. Al principio de su vida en servicio, se consume el inhibidor sinttico con

escasa formacin de productos de oxidacin. Esto se conoce como periodo de

induccin. Una vez que se ha consumido el inhibidor, la velocidad de oxidacin est

determinada, principalmente, por la estabilidad a la oxidacin del aceite base.

La forma comn y sencilla de controlar el consumo de inhibidor es medir la

concentracin en inhibidor segn la norma UNE EN 60666.

Contenido en dibencildisulfuro (DBDS). Algunos aceites aislantes fabricados durante los ltimos aos contienen cantidades relativamente elevadas de una

sustancia, el dibencildisulfuro, que, en determinadas condiciones de trabajo del

transformador, puede descomponerse haciendo que el aceite sea corrosivo.

El mtodo ms sencillo de anlisis de esta sustancia es la cromatografa de gases con

columnas capilares y detector de captura de electrones,

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Pasivantes de metales. Este fenmeno de aceite potencialmente corrosivo ha conducido a la recomendacin de aditivar los aceites con pasivantes de metales,

Estos aditivos son derivados del tolutriazol y se pueden analizar fcilmente mediante

cromatografa de lquidos de alta resolucin (HPLC).

Del mismo modo que con los aditivos antioxidantes, los aceites pasivados se deben

controlar peridicamente.

Azufre corrosivo. El azufre est presente en aceites refinados formando molculas que contienen azufre. La cantidad depende de los procesos de refino del aceite, el

grado de refino y el tipo de crudo.

Debido a un pobre refino, a contaminacin o a las condiciones de trabajo del propio

transformador, estas molculas se pueden descomponer dando lugar a especies que

pueden provocar corrosin a las temperaturas de trabajo. Se detectan mediante dos

mtodos de ensayo normalizados:

- ASTM 1275 mtodo B

- IEC 62535.

Derivados furnicos. El anlisis de derivados furnicos es una herramienta muy til para determinar el envejecimiento del aislamiento celulsico. Este anlisis se realiza

segn lo estipulado en el mtodo B de la norma UNE EN 61198 y la interpretacin de

los resultados de los anlisis se hace, a falta de norma internacional de referencia,

mediante un procedimiento de nuestra propiedad.

ANLISIS COMPLEMENTARIOS Estabilidad a la oxidacin. Se denomina estabilidad a la oxidacin a la capacidad del aceite mineral aislante elctrico para resistir a la oxidacin bajo solicitaciones trmicas

y en presencia de oxgeno y un catalizador de cobre. Proporciona informacin general

acerca de la esperanza de vida del aceite en las condiciones de servicio en equipos

elctricos.

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IEC define esta propiedad como la resistencia a la formacin de compuestos cidos,

lodos y compuestos que influyen en el Factor de Disipacin Dielctrica (DDF) bajo

ciertas condiciones. Para los aceites que cumplen con la IEC 60296, estas condiciones

se detallan en la IEC 61125 mtodo C. No obstante, dada nuestra experiencia en el

campo de los aceites lubricantes, podemos ofrecer la posibilidad de realizar este

ensayo en otras condiciones diferentes.

Tensin Interfacial (IFT). La tensin interfacial entre el aceite y agua proporciona un medio para detectar contaminantes polares solubles y productos de degradacin. Esta

caracterstica cambia muy rpidamente durante las etapas iniciales del envejecimiento

pero se estabiliza cuando el deterioro es todava moderado. Un rpido descenso de la

IFT puede tambin indicar problemas de compatibilidad entre el aceite y algunos

materiales del transformador (barnices, juntas), o una contaminacin accidental

durante el llenado del transformador con el aceite.

Punto de inflamacin. La rotura del aceite causada por descargas elctricas o por exposicin prolongada a muy altas temperaturas puede producir cantidades suficientes

de hidrocarburos de bajo peso molecular para reducir el punto de inflamacin del

aceite.

Un bajo punto de inflamacin puede indicar la presencia de productos combustibles

voltiles en el aceite. Esto puede deberse a contaminacin con un disolvente pero, en

algunas ocasiones, se ha observado que la causa eran chispas elctricas

Compatibilidad de aceites aislantes. Para rellenar el transformador o mantener niveles, se debe utilizar un aceite que cumpla con la norma IEC 60296 y sea del

mismo tipo. Los aceites no usados, que sean conformes con la norma IEC 60296 y

que no contengan o contengan los mismos aditivos, se consideran compatibles entre

s y pueden mezclarse en todas proporciones. La experiencia de campo indica que,

normalmente, no se observan problemas cuando se aade un pequeo porcentaje, por

ejemplo un 5 %, de un aceite no usado a aceites usados clasificados como buenos,

aunque adiciones superiores a aceites fuertemente envejecidos puede ocasionar la

precipitacin de lodos. En estos casos, puede ser necesario realizar un ensayo de

compatibilidad para determinar la viabilidad de las mezclas de aceites no usados de

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diferentes orgenes, con aceite en servicio. Se recomienda vivamente un estudio de

compatibilidad para mezclar aceites usados. Se recomienda consultar al suministrador

del aceite si existen dudas de compatibilidad.

Los ensayos de compatibilidad son especialmente necesarios en el caso de aceites

que contienen aditivos.

Punto de congelacin. Es una medida de la capacidad del aceite para fluir a baja temperatura. No existen evidencias que sugieran que esta propiedad se vea afectada

durante el deterioro normal del aceite. Los cambios en el punto de congelacin pueden

normalmente interpretarse como resultado del rellenado con un tipo diferente de

aceite.

Densidad. La densidad puede ser til para identificar el tipo de aceite. En climas fros, la densidad del aceite puede ser importante para determinar la idoneidad de su uso.

Por ejemplo, los cristales de hielo formados a partir de agua libre pueden flotar en

aceites de alta densidad y conducir a contorneamiento durante la posterior fusin. Sin

embargo, la densidad no es significativa para comparar la calidad de diferentes

muestras de aceite. No existen evidencias de que la densidad se vea afectada por el

deterioro normal del aceite.

Viscosidad. Es un importante factor en el control de la disipacin de calor. El envejecimiento y la oxidacin del aceite tienden a incrementar la viscosidad. La

temperatura tambin afecta a la viscosidad. El envejecimiento y oxidacin normales

del aceite no afectarn significativamente la viscosidad. Esto puede suceder si el

aceite est bajo condiciones extremas de descargas tipo corona u oxidacin.

Policlorobifenilos (PCB). Los policlorobifenilos (PCB) son una familia de hidrocarburos aromticos clorados sintticos, que tienen buenas propiedades trmicas

y elctricas. Estas propiedades, combinadas con una excelente estabilidad qumica,

les hicieron tiles en numerosas aplicaciones comerciales. Sin embargo, su estabilidad

qumica y resistencia a la biodegradacin son causa de preocupacin en trminos de

contaminacin medioambiental. Esta preocupacin sobre el impacto medioambiental

de los PCB ha restringido progresivamente su uso desde el principio de los 70 y su

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uso en nuevas plantas y equipos fue prohibido mediante acuerdo internacional en

1986. Debera medirse el contenido en PCB del aceite de un equipo nuevo para

confirmar que el aceite no contiene PCB. Posteriormente, cuando exista riesgo de

contaminacin potencial (tratamiento del aceite, reparacin del transformador, etc.).