B. ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS POR CROMATOGRAFÍA
DE GASES
El análisis por cromatografía de gases permite
determinar las condiciones internas de un transformador y de la ocurrencia de
posibles fallos que pueden causar graves consecuencias en él. Una vez alcanzada
la vida útil esperada en cada uno de los transformadores, se tomaron muestras
de aceite y se realizaron análisis por cromatografía de gases, de acuerdo con
ASTM D3612, 1996. En la tabla 3 se indican los límites máximos en partes por
millón (ppm), de acuerdo con IEEE C57.104, 1991 y los resultados obtenidos en
cada prueba para el aceite mineral y vegetal.
Gas
|
Límite
(ppm)
IEEE
C57.104
|
Aceite
vegetal
(ppm)
|
Aceite
mineral
(ppm)
|
Hidrogeno
|
100
|
54
|
16.1
|
Oxigeno
|
---
|
6511.5
|
13646.6
|
Nitrógeno
|
---
|
61522.6
|
73146.5
|
Metano
|
120
|
17.8
|
10.6
|
Monóxido
de
Carbono
|
350
|
37.5
|
240.1
|
Dióxido
de
Carbono
|
2500
|
2138.5
|
3812.3
|
Etileno
|
50
|
4.1
|
N.D.
|
Etano
|
65
|
275.1
|
N.D.
|
Acetileno
|
35
|
N.D.
|
N.D.
|
Total
de Gases
Combustibles
|
720
|
388.6
|
267.1
|
N.D.:
No
Detectados
|
Total
de
Gases
Combustibles
(%)
|
7.06
|
9.09
|
Tabla 3: Resultados de los análisis
de Gases Disueltos por Cromatografía de Gases
Los resultados de la prueba para el caso del
aceite mineral se muestran en la figura 4, indicando el porcentaje de cada gas
disuelto, en relación a la cantidad total de gases combustibles. Como se
observa los niveles de monóxido de carbono son elevados, mientras que los
niveles de los otros gases son menores. Según el método utilizado en la prueba,
lo que ha ocurrido es un sobrecalentamiento del transformador y, por tanto, de
los aislamientos internos, ya que tiene lugar la generación de monóxido de
carbono en las cantidades indicadas, y esto es producto de la celulosa en
descomposición.
Figura 4: Cromatografía de Gases
(Aceite Mineral)
Figura 5: Cromatografía de Gases
(Aceite Vegetal)
De la misma manera, los resultados para el aceite
vegetal se encuentran en la figura 5. En este caso, la cantidad de etano es
predominante, y aparece en mayor proporción que en otros gases, y de acuerdo
con la norma, el transformador ha sufrido sobrecalentamientos breves causados
por sobrecarga, que muestran que en las mismas condiciones de sobrecarga, el
aceite vegetal ha conservado en mayor grado el aislamiento, y ha realizado
eficazmente su función como refrigerante.
C. PRUEBAS DE CALENTAMIENTO Y DEGRADACIÓN DEL
PAPEL AISLANTE DE LOS TRANSFORMADORES
En base al método de la IEEE C57.91, que describe
el envejecimiento de los aislamientos internos de un transformador, se
realizaron pruebas de calentamiento y degradación a las muestras de papel
sumergidos tanto en aceite mineral, como en vegetal.
Estas muestras expuestas a una temperatura de 170
ºC, sin embargo, haciendo referencia a a la norma IEEE C57.91, a esta
temperatura los aislamientos internos de un transformador presenta una vida
útil de aproximadamente 700 horas. Es importante resaltar que una parte importante
de la vida útil de los aislamientos internos de los transformadores ha sido con
los ensayos realizados.
En la tabla 4, se indican en función de las horas
de calentamiento a 170 ºC, las fuerzas de ruptura en kilogramos indicadas en el
método IEEE C57.91 cuando el papel está inmerso en aceite vegetal (FR_VN),
también se indican las fuerzas de ruptura medidas en el ensayo para el caso del
papel en aceite vegetal (FR_V), y el error porcentual entre ambos valores. En
el se aprecia como el error porcentual es pequeño y por lo tanto aceptable.
De igual forma, en la tabla 5, se indican las
fuerzas de ruptura según el método IEEE C57.91, para el papel inmerso en aceite
mineral (FR_MN), y de igual forma las fuerzas de ruptura medidas para el papel
en aceite mineral (FR_M), y los errores porcentuales entre ambos.
t
(horas)
|
FR_VN
(kg)
|
FR_V
(kg)
|
Desviación
|
0
|
11.5
|
11.5
|
0
|
45
|
11.239
|
11.1
|
0.139
|
90
|
10.815
|
10.9
|
-0.085
|
135
|
10.455
|
10.3
|
0.155
|
170
|
10.245
|
10.2
|
0.0455
|
200
|
10.036
|
9.9
|
0.136
|
230
|
9.931
|
9.8
|
0.131
|
Tabla 4: Fuerzas de Ruptura Nominales
y Medidas para el Aceite Vegetal
t
(horas)
|
FR_MN
(kg)
|
FR_M
(kg)
|
Desviación
|
0
|
11.5
|
11.5
|
0
|
45
|
9.148
|
9
|
0.148
|
90
|
7.945
|
7
|
0.945
|
135
|
6.958
|
6.1
|
0.858
|
170
|
6.279
|
6
|
0.273
|
200
|
5.750
|
5.5
|
0.250
|
230
|
5.123
|
5
|
0.123
|
Tabla 5: Fuerzas de Ruptura Nominales
y Medidas para el Aceite Mineral
Al analizar cuidadosamente las tablas 4 y 5, se
puede destacar que la fuerza necesaria para romper el papel aislante, fue mayor
en todos los periodos para el caso del aceite vegetal, es decir, los aceites
vegetales en comparación con los minerales, conservan en mayor grado los
aislamientos internos del transformador, proporcionándole así una vida útil más
larga para los mismos más prolongada.
CONCLUSIONES
Los ensayos fueron programados eficientemente, lo
que permitió analizar las propiedades y características de cada tipo de aceite,
según el tiempo programado. Según los datos obtenidos en las pruebas de
envejecimiento, 14 horas a un 40% de sobrecarga representa un año de vida útil
para un transformador con aceite mineral, mientras que para el transformador
con aceite vegetal, 20 horas a ese mismo porcentaje de sobrecarga representa un
año de vida útil. Analizando los resultados obtenidos se determina que la vida
útil de un transformador con aceite vegetal es 42.86 % superior a la vida útil
de un transformador con aceite mineral.
También el comportamiento del papel aislante para
transformadores se analizó con el desarrollo de las demás pruebas,
estableciéndose comparaciones entre el aceite mineral y el aceite vegetal. Un
transformador con aceite vegetal, posee la capacidad para cubrir mayores
exigencias de carga sin incrementar excesivamente su temperatura, evitando
fallos por sobrecarga, y por tanto, fallos en el servicio.
Debido a que el aceite vegetal es natural y
biodegradable, se podrían reducir significativamente los costos para su
degradación. Las pruebas mostraron que un transformador con aceite vegetal,
presenta mejores condiciones de operación que los que contienen aceite mineral en
su interior, por lo que se recomienda el uso de aceite vegetal, con la
finalidad de mejorar la eficiencia de los transformadores de distribución,
prolongar la vida útil, contribuir a la disminución de fallos por sobrecarga y,
en última instancia mejorar las condiciones del servicio.
FUENTE:
Estudio del aceite vegetal como sustituto del
aceite mineral en Transformadores de distribución. (Autores: F. Labarca, N.
Paz, J. Fonseca, A Marulanda).
Presentado en 2009 para el CIGRE en el II
Congreso venezolano de redes y energía eléctrica.
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