Conductor de
un Transformador averiado que muestra depósitos de sulfuro de cobre
sobre el
aislamiento del papel
Para
el presente debate cuento con la participación de un gran experto, Alfonso de Pablo,
ex miembro del grupo de trabajo A2.32 del CIGRE (*), conocido en el mundo por
sus trabajos de investigación sobre aceites aislantes.
(*) CIGRÉ o Consejo Internacional de
Grandes Redes Eléctricas, es una organización internacional no gubernamental
sin fines de lucro creada en 1921, con sede central en París, reconocida
mundialmente como una organización líder en sistemas eléctricos de potencia con
miembros en más de 80 países.
Comentario inicial:
Cuando se presume
que el fallo de un transformador se debe a la corrosión de cobre por compuestos
de azufre provenientes del aceite, resulta de suma importancia inspeccionar el
aspecto físico de los papeles aislantes. Si se detecta coloración de los papeles
se debe verificar la presencia de la corrosión de cobre mediante técnicas
especiales como la microscopía electrónica de barrido con objeto de investigar
la presencia de compuestos de la corrosión del cobre en los papeles aislantes
extraídos del bobinado dañado, mostrando las fotografías y espectros de energía
obtenidos con un microscopio electrónico para distintos grados de contaminación
del papel.
Cuando la avería es causada por el fenómeno de sulfuro corrosivo es posible identificar la formación de sulfuro cuproso, cuya fórmula química es Cu2S, mediante inspección del papel aislante en contacto con los conductores de cobre. El sulfuro de cobre se deposita en la superficie del papel tiñéndolo y penetrando en el aislante. Según la severidad de la contaminación se obtienen distintas tonalidades.
Además de la inspección visual, la presencia de sulfuro cuproso debe ser confirmada por otros métodos, uno de los propuestos por la literatura técnica específica es analizar los compuestos por una sonda de electrones (EDX).
Cuanto más oscura es la coloración de los papeles más grande serán las bandas de energía del espectro tanto del cobre como del azufre.
Por lo que puede afirmarse, dadas las experiencias desarrolladas en los últimos años, que las técnicas empleadas por medio del Microscopio electrónico de barrido y del Analizador de espectro de energía por sonda de electrones, han resultado adecuadas para la identificación de la contaminación del papel por medio de la corrosión del cobre.
Andrés, esta vez
siento disentir de tu comentario.
En primer lugar, debería distinguirse entre aceites corrosivos y aceites POTENCIALMENTE corrosivos. Está claro que los "aceites corrosivos" han sido causa de fallos de transformadores como, por ejemplo, el que tuvo lugar en noviembre de 1997 y que afectó a uno de los transformadores principales de la central nuclear de Ascó (España).
Pero lo que estás describiendo aquí es el fenómeno del "aceite potencialmente corrosivo". Un fenómeno que es completamente falso, solo se debe a determinados intereses comerciales.
Hoy se sabe que los aceites de transformador suecos contienen en torno a 200 ppm de DBDS desde, al menos, 1965. Esto es ¡40 años antes de los fallos en Brasil!
También se ha sabido que existe una patente de Shell que precisa 200 ppm de DBDS.
Qué raro, ¿no? Hemos estado conviviendo 42 años, hasta 2007, con aceites "potencialmente corrosivos" y no nos habíamos dado cuenta (porque los transformadores NO fallan por esto, fallan por otros motivos).
¿Por qué fallan los transformadores? Existen, que yo sepa, dos teorías:
Según el sueco Lars Arvidsson (VP Diagnose), la causa del fallo es la pobre calidad de las soldaduras frías (butt weld joints) de los devanados. [L. Ardvisson, J. P. Haugli, E. Ravnemhyr and B. Trandstad, A reason for "corrosive sulphur" failures, IEEE Intl. Conf. on Liquid Dielectris, Bled, Slovenia, June 30 - July 3, 2014].
La segunda, y perdón por la auto cita, es mía. Los transformadores fallan porque entran transitorios por el devanado que van debilitando el sistema de aislamiento papel/aceite. Cuando éste está suficientemente degradado, el transformador no puede soportar más sobretensiones y fallan. Los depósitos de sulfuro de cobre pueden contribuir a este debilitamiento, pero en ningún caso son la causa raíz del fallo. [A. de Pablo, A critical review of potentially corrosive sulphur, Euro TechCon, Stratford-upon-Avon, UK, 2 - 4 December 2014.
Lo más probable es que la causa real sea una mezcla de esas dos teorías. Es muy improbable que la pequeña cantidad de sulfuro de cobre depositada en el papel del devanado, siempre en las 2 o 3 capas más internas del aislamiento, sea suficiente para motivar el fallo del transformador.
Lo que pasó en Brasil entre 2004 y 2008 fue que fallaron varias reactancias de una línea mal diseñada que utilizaba las reactancias para el control de la tensión (transitorios por conexiones/desconexiones frecuentes) y reactancias instaladas en subestaciones conversoras que conectan líneas cc de Brasil con líneas de Argentina (también transitorios).
Como ya he dicho en otras ocasiones, los "aceites potencialmente corrosivos" son un invento, una gran mentira, pero que a mucha gente le ha venido muy bien (sobretodo por motivos comerciales).
Por cierto, EDX significa Energías Dispersivas de rayos-X.
El comentario que expongo hace mención a las técnicas de
detección ampliamente desarrolladas, en las
que se aprecia como a medida que avanza el proceso de corrosión, el compuesto
Cu2S se incorpora
en las capas de papel del sistema aislante,
modificando sus propiedades dieléctricas, este proceso se acelera cuando se eleva la temperatura como sucede con casi todas las reacciones
químicas
Muchos fabricantes reconocidos mundialmente de Transformadores de Potencia
y Reactancias en los que se detectaron dichos fallos han señalado su origen en
la corrosión por Cu2S del papel aislante, las características de los
aceites que contenían cumplían totalmente con las normas internacionales.
Por cierto, efectivamente, tal y como indicas EDX son las siglas del
inglés: Energy-dispersive X-ray spectroscopy, conocido como Analizador de
espectro de energía por sonda de electrones.
El problema es que los transformadores y reactancias no fallan porque tengan algo de sulfuro de cobre en el devanado.
Como sabes, yo fui miembro del grupo de trabajo A2.32 de CIGRE, que se creó
en 2005, y entonces todos estábamos convencidos de que la causa de los fallos
era azufre corrosivo en general y presencia de dibencildisulfuro (DBDS) en
particular.
Efectivamente, fallaron reactancias de ABB, Siemens, Areva y Toshiba, pero
todas contenían aceite Nynas o Shell.
Varios años después de la finalización del grupo de trabajo de CIGRE, se ha
sabido, gracias al trabajo de Lars Ardvisson, que estos aceites, que no son
corrosivos, contenían como formulación inicial 200-250 ppm de DBDS.
¿De cuántos fallos estamos hablando en Europa, Andrés? Confirmados no
conozco ninguno. Hay, que yo sepa, dos casos sospechosos, uno en Portugal y
otro en Austria.
¿Cuántos transformadores hay instalados en Europa que contengan aceites con
DBDS? Cientos de miles, probablemente millones porque Nynas es el mayor
fabricante mundial de aceite y Shell es el segundo en Europa.
Es más, en España, que yo sepa y no creo estar equivocado, no ha habido
ningún fallo hasta la fecha y prácticamente todo el aceite instalado desde
finales de los 1980 hasta 2007 ha sido el Nynas Nitro 11EN (200 ppm de DBDS) o
el Repsol Tensión que también se fabrica con las bases de Nynas.
Un problema asociado a todo esto es que hay muchos intereses comerciales en
el asunto. La italiana Sea Marconi porque "necesita" seguir vendiendo
su exitoso CDP Process, diseñado para descontaminar PCBs, para descontaminar
DBDS. El instituto Nikola Tesla de Serbia porque ha desarrollado un método de
extracción líquido-líquido de DBDS con N-metil-2-pirrolidona. La Suiza Micafil
porque ha desarrollado un equipo de ensayo, denominado TranSCoM X, para medir
DBDS en aceite de transformador. Etc., etc., etc.
Espero haber aclarado algo este asunto.
Estoy seguro que estas en lo cierto, tu experiencia avala tus comentarios.
Pero hay algo
que me sorprende sobre este asunto, que para ser tan pocos los transformadores
que han podido ser afectados por estas circunstancias, sean tantas las
referencias bibliográficas que se pueden encontrar por autores de todo el mundo
y lo que es más curioso cada uno de ellos aporta datos de estos fallos a lo
largo de los últimos 10 años.
Se han hecho
eco de ello las grandes marcas de transformadores, Laboratorios de análisis de
aceites en todo el mundo y especialistas como son: Qian Yi-hua, Wang Yu, Hu
Honq-honq, Yao Wei-jian, Li Zhi1, C. Bengtsson, M. Dahlund, J. Hajek, L.F.
Pettersson, K. Gustafsson, R. Leandersson, A. Hjortsberg, y un largo etc,
algunos de ellos puede que los conozcas ya que son miembros del CIGRE.
Como muestra
adjunto una URL sobre un artículo de SIEMENS donde se habla de estos fallos en
transformadores, denominado: Corrosive sulfur in transformer oil Technical
bulletin on problems, consequences and recommendations for treatment
Lo que dices es
cierto, se han publicado muchos estudios sobre el sulfuro de cobre. Pero,
insisto, esa explicación no es correcta.
Fíjate, me citas varios autores, Jan Hajek, Mats Dahlund (que fue el presidente del grupo de trabajo A2.32 de CIGRE) y Lars Pettersson que, junto a Gunnar Bennstam, investigaron el fallo de un transformador HVDC en 2004. Sus conclusiones, publicadas en la Revista ABB, 3, 61-63 (2004) son:
"Aunque el Cu2S reduce el nivel de iniciación de las PD, los depósitos de sulfuro de cobre en los devanados no bastan para crear un cortocircuito o desencadenar una descarga parcial entre espiras. Para que ocurra una de estas dos cosas, el aislamiento ha de degradarse también por efecto de transitorios repetitivos frecuentes. De hecho, tales transitorios pueden producirse en aplicaciones HVDC. Un transformador HVDC está expuesto a un proceso de conmutación cuando se transfiere la corriente de una fase a otra. Un aumento rápido de la tensión final durante este proceso origina rápidamente tensiones transitorias en los devanados, que debilitan el aislamiento en puntos localizados del devanado".
Esto es el que siempre me ha hecho sospechar a mí que el DBDS no era responsable de los fallos de los transformadores.
Posteriormente he encontrado más artículos al respecto. Te dejo dos links:
El problema es que cuando una explicación es "políticamente correcta" después es muy difícil cambiarla, sobre todo si hay muchos intereses asociados.
POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
http://www.mediafire.com/file/ep758790p4odjfc/Debate_sobre_la_detecci%C3%B3n_de_sulfuro_cuproso_.pdf
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