Análisis de Gases Disueltos, predicción, purificación y cambiado


Los sistemas de energía y los transformadores son equipos esenciales, por tanto, su fiabilidad y el funcionamiento seguro es importante para determinar sus condiciones de operación, y la industria utiliza pruebas de control de calidad en el diseño de transformadores llenos de aceite. Por lo tanto el empleo de medidores de rigidez dieléctrica o chispómetros es fundamental. El efecto del envejecimiento, las propiedades de aceite para transformadores (físicas, químicas y eléctricas) se estudió empleando los métodos internacionales de análisis para la evaluación de la calidad del aceite del transformador. El estudio se llevó a cabo en seis transformadores operando en campo y con períodos de seguimiento de más de veinte años. Se especificaron las propiedades que son fuertemente dependientes del tiempo, y se definieron aquellas que tienen un gran impacto en la acidez del aceite del transformador, la tensión de ruptura y de análisis de gases disueltos. Varias pruebas en el aceite de los transformadores fueron estudiadas para conocer el tiempo de purificación o su modificación, por otra parte, la predicción de las características de bajo diferentes condiciones de operación.

I. INTRODUCCIÓN

Los transformadores de potencia son equipos muy importantes de alto costo utilizados en la transmisión y la distribución de la electricidad. Su óptimo rendimiento es importante para los sistemas de operación eléctrica, ya que la pérdida de una unidad crítica puede generar un gran impacto en la seguridad, la fiabilidad y el coste del suministro de la energía eléctrica.

Los transformadores de energía eléctrica se utilizan para aumentar o disminuir la tensión y son un componente clave en cualquier red de distribución eficiente de energía. Un transformador típico incorpora bobinas de hilo conductor envuelto alrededor de un núcleo y cubierto con soporte de papel aislante. Parte esencial del funcionamiento de estos equipos son los aceites de transformadores, que sirven para dos funciones: El aislamiento eléctrico y la disipación de calor.

Lamentablemente, hay ocasiones en las que los transformadores fallan, lo que supone altos costes para el proveedor de energía y, en casos extremos, posibles explosiones, con la consiguiente amenaza para los trabajadores por lesiones graves, e impactos medioambientales significativos. Los transformadores de potencia se encuentran entre los elementos más valiosos e importantes de los sistemas de energía eléctrica. El envejecimiento del sistema de aislamiento reduce tanto la resistencia mecánica como la fuerza dieléctrica del transformador. Un transformador envejecido está sujeto a defectos que se traducen en altas fuerzas radiales y de compresión.

En un fallo en un transformador envejecido, el aislamiento del conductor normalmente se deteriora hasta el punto en que ya no puede sostener los esfuerzos mecánicos causados por el fallo. La vida/edad del transformador está comúnmente relacionada a la degradación del aislamiento, causado principalmente por la tensión térmica de los aislantes de papel, junto con la descomposición electroquímica de éste. La vida conocida de un transformador la basamos en un parámetro diseñado con respecto a la operación normal y las condiciones climáticas. El envejecimiento no sólo depende de la carga, sino también del tipo de papel, la composición de la pulpa, la humedad y el contenido de oxígeno, así como el nivel de acidez del líquido aislante.

El aislamiento es el componente principal, que desempeña un papel importante en la esperanza de vida del transformador. El aceite sufre un continuo deterioro y degradación debido a la aplicación sostenida de las tensiones térmicas de la electricidad, el ciclo de la carga termal y las condiciones climáticas. Esto puede ser peligroso para el equipo eléctrico y la instalación. La vigilancia continua de las características de aislamiento del aceite se ha convertido en una tarea importante para evitar el deterioro del aceite bajo condiciones de trabajo. Se han hecho varios esfuerzos en los últimos años para estudiar las propiedades eléctricas, físicas y químicas de los aceites aislantes. El mantenimiento preventivo diario de un transformador de aceite consiste en grabar las lecturas de nivel de aceite, lecturas de la temperatura, la media anual de muestras de aceite y toma de muestras para comprobar las propiedades físicas, químicas y eléctricas. Los análisis de aceite incluyen el peso específico, viscosidad cinemática, punto de inflamación, acidez total, humedad, desintegración de tensión y los gases disueltos. Ese es el monitoreo de la condición de aceite del transformador.

Entre esos esfuerzos hay una característica de los aceites naturales frescos y de edad avanzada. Esta área está todavía abierta a estudiar el efecto del período de servicio en las propiedades del aceite de transformadores. Las distintas pruebas de aceite de los transformadores estudiados nos permiten saber cuándo purificar, cambiar y predecir el envejecimiento en las diferentes condiciones de operación.

II. EXPERIMENTACIÓN

El rendimiento fiable de aceite mineral aislante en un sistema de aislamiento depende de ciertas características del aceite base, que pueden afectar al rendimiento global del equipo eléctrico. Para llevar a cabo sus múltiples funciones dieléctricas, transferencia de calor y de arco el aceite, deben poseer la creación de las propiedades básicas. El aceite en servicio varía ampliamente en el grado de degradación y el grado de contaminación. El aceite mineral en servicio está sujeto a alteraciones debidas a las condiciones de uso. En muchas aplicaciones, el aceite aislante está en contacto con el aire y por lo tanto sujeto a reacciones de oxidación acelerada por altas temperaturas y presencia de metales, compuestos metálicos, compuestos orgánico-metálicos o de ambos en calidad de agentes oxidantes.

Hay un gran número de pruebas que pueden aplicarse al aceite entregados junto con el equipo o el aceite de aparatos en servicio, pero las siguientes pruebas se cree que son suficientes para determinar si el estado del aceite es el adecuado para la operación continua y sugerir el tipo de acción correctora necesaria. En general no existe sólo un examen como único criterio de la condición de la muestra de aceite.

La evaluación de la condición preferiblemente debe basarse en la evaluación de compuestos de características significativas determinados en laboratorios debidamente equipados. Las pruebas experimentales se llevan a cabo en los transformadores de aceite para determinar experimentalmente sus propiedades eléctricas, físicas y químicas. Las pruebas explicadas se llevaron a cabo en Central Laboratories, Egyptian Electricity Holding Company, Ministry of Electricity and Energy. Seis transformadores con muestras de aceite de prueba para estudiar las características del tiempo de vida del aceite. Se tomaron muestras de aceite de los diferentes transformadores. Estos transformadores operaron en la estación de energía Cairo sur. Las muestras fueron tomadas de transformadores operando durante varios años, con diferentes cargas y condiciones de operación.

Las pruebas llevadas a cabo en el aceite del transformador incluyeron: la tensión de ruptura, acidez total, punto de inflamación, densidad y viscosidad cinemática.

Los diferentes casos de aceite de los transformadores utilizados en los ensayos fueron:

• El aceite de transformador de los transformadores (1 y 5) está nuevo (fresco).


• El aceite de transformador de los transformadores (3 y 6) está purificado.


• El aceite de transformador de los transformadores (2 y 4) está cambiado

Las clasificaciones de estos transformadores, como se muestra en el cuadro (1). Los efectos de las propiedades físicas, químicas y eléctricas de aceite del transformador se estudiaron utilizando los métodos internacionales de análisis para la evaluación de la calidad del aceite del transformador.

La determinación de la tensión de ruptura de cada muestra de aceite del transformador se llevó a cabo de acuerdo con el procedimiento de prueba IEC 156. La acidez total para una muestra de aceite, que figura en (mg KOH / g de aceite), se determinó de acuerdo con el procedimiento previsto en IP 139/64. El punto de inflamación de la muestra de aceite del transformador se llevó a cabo de acuerdo con la norma ASTM D92. El procedimiento de análisis para determinar la viscosidad del aceite del transformador (mm ² / s) se da en la referencia, ASTM D445.

La gravedad específica determinó la norma ASTM 1298. Existen varios métodos de interpretación de análisis de gases disueltos (DGA) en los transformadores en servicio están previstas en la norma CEI 60599, [la Guía IEEE C57.104].

III. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIÓN

El aceite de los transformadores envejece rápidamente a altas temperaturas y la humedad actúa como un catalizador para su envejecimiento. Hay también otros catalizadores presentes en un transformador que son responsables de la degradación del aceite. Estos incluyen el cobre, pintura, barniz y oxígeno. El principal mecanismo de envejecimiento de aceite del transformador es la oxidación, lo que da lugar a ácidos y formación de otros compuestos polares. Estos productos de oxidación tendrán un efecto perjudicial sobre el estudio de los procesos de degradación. El aceite de transformador, cuando se somete a esfuerzos térmicos y eléctricos en una atmósfera oxidante, va perdiendo su estabilidad y se descompone, se oxida, aumenta su acidez y, finalmente, comienza a producir barro. Este es el mecanismo de degradación del aceite. De hecho, los mecanismos de envejecimiento del aceite son complicados.

En general, el oxígeno reacciona con ciertos hidrocarburos por un proceso de radicales libres, lo que genera hidroperóxidos. Los hidroperóxidos no son estables y se descomponen para formar cetonas y agua. La presencia de grupos de hidroxilo se traducirá en la producción de alcoholes y fenoles. La mayoría de los productos de oxidación tendrán un efecto negativo en las propiedades eléctricas del aceite. Los ácidos carboxílicos que se producen serán disueltos en el aceite o evaporados. Los ácidos disueltos pueden provocar daños en el papel y las bobinas de cobre, mientras que los ácidos evaporados corroen la parte superior de la unidad. Como resultado, se dan las condiciones necesarias para la degradación del aceite. Una parte importante de la degradación del aceite proviene más por el aire en contacto con el aceite caliente en el aparato, que por los resultados de la oxidación en la degradación del aceite. La celulosa en caliente es también una fuente de oxígeno.

Las pruebas experimentales se realizan en aceite de transformadores para aclarar experimentalmente sus propiedades eléctricas, físicas y químicas. Las pruebas llevadas a cabo en el aceite del transformador incluyeron: la tensión de ruptura, acidez total, punto de inflamación, densidad y viscosidad cinemática.

La tensión de ruptura aumentó en el primer período y luego disminuyó con largos períodos de tiempo. En condiciones normales de funcionamiento, la tensión de ruptura será mínima por la oxidación y la contaminación. La contaminación se encuentra comúnmente en aceites de transformadores que contienen agua y partículas, estos contaminantes reducen las cualidades aislantes de aceite del transformador.

La disminución de la tensión de ruptura debida a largos períodos en servicio incrementa algunas partículas impuras, esto aumentará la humedad y el aceite se convertirá en no homogéneo, en consecuencia, disminuye la resistencia al aceite del transformador, que reducirá el valor máximo de la tensión de ruptura del aceite del transformador. Las descargas silenciosas y los flujos de corriente concentrada llevan a la formación de agua, ácidos e hidrógeno. Las descargas de arcos y los líquidos fomentan la producción de partículas de carbono, cera y gases como el monóxido de carbono, dióxido de carbono, acetileno y ácidos, debido a la oxidación y las descargas, hierro y cobre en el líquido, que conducen a la reducción de la resistencia eléctrica.


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