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martes, 26 de septiembre de 2023
martes, 19 de septiembre de 2023
Sistemas de conservación de aceite en Transformadores
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Las variaciones de temperatura
del líquido aislante debidas a la carga de los transformadores o al ambiente
provocan un aumento ó disminución del volumen de aquél. Estas variaciones se
regulan mediante el depósito de expansión o conservador. Este dispositivo
consiste en un depósito metálico, habitualmente cilíndrico, que se conecta al
transformador mediante una tubería fijada al fondo del depósito. Con el
transformador fuera de servicio el conservador se encuentra parcialmente lleno
de aceite, quedando en la parte superior una cámara ocupada por aire.
Cuando el transformador está en
servicio los volúmenes de aceite-aire son variables, expulsándose aire al
exterior en algunas ocasiones mientras que en otras debido a la contracción de
la masa de aceite se aspira aire del exterior; esta comunicación se efectúa a
través de una tubería terminada en un dispositivo que filtra y seca el aire
exterior aspirado.
Este es el sistema denominado de
“preservación de aceite a presión constante en contacto con la atmósfera”.
Debido al diferente estado del
desecante, el aire que penetra en el interior del conservador puede estar más o
menos húmedo, con lo cual parte de esa humedad pasará indefectiblemente al
aceite del transformador. Con objeto de evitar totalmente el contacto del aire
con el aceite del transformador, frecuentemente se utiliza el sistema
denominado de “preservación de aceite a presión constante sin contacto con la
atmósfera”, o sistema sellado.
Consiste en introducir dentro del depósito metálico un balón o bolsa de caucho, sujeto a la parte superior de aquél. El aceite rodea externamente al balón, mientras que en el interior de éste solo se encuentra aire, con lo cual se consigue separar totalmente el aceite del contacto con la atmósfera externa..
El aumento de volumen del aceite
en el conservador empuja el fondo del balón hacia arriba expulsando el aire del
interior, por el contrario, cuando la masa de aceite se contrae el balón aspira
aire del exterior y aumenta de volumen.
Estos sistemas se completan con
una serie de accesorios destinados a vigilar el correcto funcionamiento u
operatividad de los mismos, tales como indicadores de nivel, válvulas de
vaciado y llenado, etc.
Los cambiadores de tomas en carga
por estar lleno de aceite el compartimiento del ruptor necesita igualmente de
un pequeño conservador para absorber las variaciones del volumen de este
aceite; pero es preciso señalar que el único sistema válido para ellos es de
preservación a presión constante en contacto con la atmósfera, ya que no es
imperativo el mantener un aire totalmente exento de humedad por carecer el
ruptor de elementos aislantes significativos, y por otra parte es preciso el
evacuar al exterior los gases producidos por el arco durante las conmutaciones.
Aunque la función principal del
sistema de conservación de aceite es adaptarse a los cambios en el volumen de
aceite debidos a las variaciones de temperatura, también desempeña un papel
importante en la conservación de la calidad del aceite al evitar la entrada de
contaminantes en el transformador. Cuando un transformador tiene varios
compartimentos de aceite además del tanque principal, para cambiadores de
tomas, cajas de cables y dispositivos auxiliares, cada compartimento suele
requerir su propio sistema de conservación de aceite.
Se han desarrollado muchas
tecnologías y variantes diferentes para los sistemas de conservación del
aceite, y cada una de ellas tiene unos requisitos de mantenimiento
particulares.
A continuación se describen los
tipos más comunes.
Sistema de cámara de gas a presión regulada
En algunos transformadores se utiliza un volumen de gas en
la superficie del aceite (cámara de gas) como método para impedir la entrada de
oxígeno y humedad en el transformador. Estos sistemas ofrecen algunas ventajas
y desventajas que el usuario debe conocer.
|
Ventajas |
Inconvenientes |
|
- La presión positiva del nitrógeno (junto con una buena junta)
mantiene alejados el oxígeno y la humedad - La purga de nitrógeno durante los ciclos térmicos elimina la
humedad y el oxígeno - Los valores más bajos de contenido de humedad y oxígeno en el
transformador reducen la velocidad de deterioro del aislamiento. |
- Si la botella de nitrógeno está vacía, puede entrar humedad y
oxígeno en el transformador - Los altos niveles de nitrógeno en el aceite podrían provocar la
retención de burbujas de nitrógeno en el aislamiento o en las bombas en
determinadas condiciones de enfriamiento. - La purga de nitrógeno eliminará otros gases del transformador, lo
que hace que el análisis de gases disueltos tenga un valor limitado para las
tendencias a largo plazo, especialmente en el caso de gases de baja
solubilidad que se liberan fácilmente del aceite, como el hidrógeno. - Mayores requisitos de recursos de mantenimiento |
Tabla 1: Sistema de cámara
de gas a presión regulada
Normalmente, los principales
componentes instalados en un transformador con un sistema de cámara de gas
regulado incluyen los siguientes elementos: Cilindro de nitrógeno, reguladores
de alta y baja presión, manómetro de alta presión para indicar la presión en el
cilindro de nitrógeno, sumidero para recoger cualquier condensado de humedad o
aceite, dispositivo de alivio de presión y alarmas de alta y baja presión.
Figura 1: Principales sistemas de conservación del aceite
Sistemas conservadores
El Sistema Conservador de aceite
de transformador consiste normalmente en uno o más depósitos montados
externamente (o tanques de expansión). Se instalan a la altura necesaria para
proporcionar un nivel de aceite en el transformador que esté por encima de la
tapa del tanque principal del transformador o, en muchos casos, por encima del
saliente más alto de los aisladores con aceite. Muchos sistemas conservadores
suelen incluir, como se ha indicado anteriormente, un balón dentro del tanque
que proporciona una barrera de aceite-aire para evitar que la humedad y el aire
disuelto penetren en el aceite del transformador (ver figura 2). Por lo
general, la vida útil del balón de caucho debe considerarse en el rango de
10-20 años.
El sistema incluye una tubería de
compensación de aire que permite que el aire entre en el balón cuando la
temperatura del transformador disminuye y que el aire salga del balón cuando la
temperatura aumenta. También suele haber un desecante en este conducto de
compensación para secar el aire entrante.
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Figura 2: Balón de
caucho dentro del conservador
Algunos sistemas conservadores
tienen un tanque de compensación de presión separado y no tienen el balón de
aire interno. Estos sistemas no mantienen el aceite desgasificado en un
transformador, sino que permiten que el aceite se sature con aire o nitrógeno
(dependiendo de si se utiliza aire o nitrógeno en el espacio de gas del
sistema).
Todos los sistemas conservadores
suelen tener un indicador de nivel de aceite conectado al tanque con una
conexión de alarma para alertar a los operadores cuando el nivel de aceite está
en el mínimo, o en el máximo, aceptable en el depósito. También suele haber una
válvula Buchholz u otra válvula antirretorno que se cierra en caso de rotura
del depósito principal. Algunas de estas válvulas también contienen un colector
de gas que atrapa el gas generado en el tanque principal y emite una alarma
cuando se acumula un determinado volumen. Los transformadores con sistemas
conservadores también pueden tener sistemas de relés detectores de gas que se
montan por separado en el tanque.
Se debe tener en cuenta que las
pruebas de inyección de aire en el relé Buchholz provocarían la acumulación de
burbujas de aire en el lado del aceite de cualquier balón, diafragma o membrana
instalada en un conservador.
Transformadores de tanque
sellado
Un sistema de tanque sellado
simplemente utiliza el tanque sellado de un transformador para mantener el
aceite aislado de las condiciones atmosféricas externas. El uso de un sistema
de tanque sellado requiere que el tanque sea lo suficientemente grande como
para acomodar el volumen mínimo de aceite requerido por el transformador cuando
el aceite está frío, y el volumen máximo de aceite generado cuando el
transformador funciona con su carga nominal máxima a la temperatura ambiente
máxima prevista. Por lo tanto, el tanque debe ser capaz de absorber todas las
variaciones volumétricas del aceite, (por ejemplo. tanques corrugados) desde
una condición de frío sin tensión hasta una condición de "carga
máxima". Este tipo de sistema de conservación se utiliza normalmente para
transformadores más pequeños cuyos requisitos de nivel de aceite mínimo y
máximo pueden predecirse con exactitud.
Muchos otros transformadores de
tanque sellado se llenan con nitrógeno seco y disponen de manómetros y válvulas
de llenado para añadir manualmente nitrógeno si la presión disminuye. Una de
las ventajas del sistema de tanque sellado es que son menos costosos que el de
tanque sellado con gas a presión regulada. Una de las desventajas es que una
fuga puede permitir la entrada de oxígeno y humedad en el tanque. Algunos
transformadores de tanque sellado pueden sufrir una ligera pérdida de presión
de gas en picos de carga, lo que dará lugar a presiones negativas (o vacío)
durante los periodos de carga ligera. Debe considerarse la posibilidad de
convertir estos transformadores a un sistema de gas regulado por presión.
Transformadores con
respiración libre
El sistema más común de
conservación del aceite es, con diferencia, el transformador de libre
respiración. Para mantener la sequedad del aceite, la mayoría de los
Transformadores de respiración libre están equipados con un filtro desecante,
de modo que sólo entre aire seco en el conservador. Sin embargo, algunos
Transformadores de respiración libre no tienen ninguna disposición para evitar
que el aire húmedo entre en el conservador, e inevitablemente aumente el
contenido de humedad del aceite.
En estos casos, debe considerarse
la posibilidad de adoptar alguna medida que garantice la sequedad del aceite.
Después de la sustitución, el
reacondicionamiento o el reprocesamiento del aceite, la modificación preferida
es incluir un balón de caucho en el depósito de expansión (si así está previsto).
Si no se justifica el coste de la
conversión a un diseño sellado con balón, una mejora alternativa sería ventilar
el depósito de expansión a través de un sistema desecante. La adición de un
balón de caucho es preferible porque su diseño incluye el sellado del aceite
contra la entrada de oxígeno y humedad en el conservador
FUENTES:
Guide for Transformer Maintenance
(Cigre 2011)
ABB: Transformer Handbook
viernes, 15 de septiembre de 2023
Materiales aislantes utilizados en transformadores
Los materiales aislantes
utilizados en transformadores deben tener las siguientes propiedades:
1. Alta rigidez dieléctrica,
2. Buenas propiedades mecánicas,
3. Larga vida útil a temperatura de funcionamiento,
4. Fácilmente trabajable.
El material aislante debe
soportar las temperaturas de funcionamiento que se producen en el transformador
durante su vida útil.
Los materiales de aislamiento que
se utilicen en transformadores sumergidos en líquido deben ser compatibles con
el mismo.
MATERIALES SÓLIDOS
Materiales de celulosa
Se utilizan principalmente en
transformadores sumergidos en aceite con clase térmica 105.
El aislamiento de celulosa está
hecho de tipos de madera de crecimiento lento, con fibras alargadas. Estas
fibras proporcionan una larga vida útil, y la alta densidad proporciona una
elevada rigidez dieléctrica.
Los productos de celulosa son
compatibles con el aceite mineral y son fáciles de impregnar con él.
La impregnación se realiza al
vacío y a temperatura elevada, y las diminutas cavidades de la celulosa se
llenan de aceite. De este modo se aumenta aún más la rigidez dieléctrica. Si
las cavidades no se llenaran de aceite, estas pequeñas burbujas de aire provocarían
descargas parciales. A largo plazo, las descargas parciales pueden provocar una
ruptura dieléctrica.
Los contaminantes representan
puntos débiles en el aislamiento que pueden provocar una ruptura dieléctrica.
El aislamiento de celulosa se
especifica en las normas IEC 60554-3 para papel e IEC 60641-3 para el cartón.
Madera
La madera laminada se utiliza
para diferentes fines de soporte en transformadores sumergidos en líquido. La
norma IEC aplicable es la 61061-1/2/3.
Porcelana
La porcelana se utiliza
principalmente para aisladores en transformadores sumergidos en aceite. En
algunos casos también se utiliza como soportes o separadores en transformadores
de tipo seco.
Materiales aislantes
sintéticos
Estos materiales se utilizan
principalmente en transformadores de tipo seco o reactancias con clases
térmicas superiores 130, 155, 180, 220. Estos materiales son más caros que el
aislamiento de celulosa.
Los esmaltes se utilizan como
aislamiento de conductores, y normalmente tienen doble revestimiento. Existen
varias calidades para diferentes aplicaciones. Se hace referencia a la norma
IEC 60317.
Las resinas epoxi utilizadas en
combinación con cargas, por ejemplo, fibra de vidrio y polvo de cuarzo, se
emplean para barreras aislantes y bobinados completos al vacío.
Los poliésteres pueden utilizarse
como barreras aislantes, espaciadores y adhesivos para conductos. Se hace
referencia a las normas IEC 60893-3 e IEC 61212-3.
Las fibras de aramida se utilizan
para fabricar hojas de papel o cartón aislante de diferentes grosores. La
superficie del material puede ser lisa o porosa. El tipo poroso puede
impregnarse de aceite hasta cierto punto. El material tiene muy buenas propiedades
térmicas, clase térmica 220.
El aislamiento de aramida se
especifica en la norma IEC 60819-3 para el papel y en la IEC 60629-1 para el
cartón.
MATERIALES LÍQUIDOS
Generalidades
El fluido de un transformador
tiene varias funciones; las dos más importantes son, sin duda, el aislamiento y
la refrigeración. Otra función es llevar información sobre el estado de la
parte activa dentro del transformador.
Deben cumplir varios requisitos;
|
Químicos |
Eléctricos |
|
Estabilidad a la oxidación |
Tensión de ruptura CA |
|
Contenido de inhibidor de oxidación Se recomienda inhibidor |
Tensión de ruptura, impulso |
|
Azufre corrosivo |
Factor de disipación |
|
Contenido de agua |
Carga de corriente |
|
Índice de neutralización |
|
|
|
|
|
Físicos |
Adicionales |
|
Viscosidad |
Bajo contenido de partículas |
|
Aspecto |
Compatibilidad con otros materiales del transformador |
|
Densidad |
Propiedades gaseosas |
|
Punto de fluidez |
Estructura aromática |
|
Tensión superficial |
Estructura poliaromática |
|
Punto de inflamación |
Propiedades de solubilidad |
Aceite mineral
Las propiedades importantes del
aceite mineral se especifican en la norma IEC 60296.
Punto de inflamación 145 °C,
densidad 0,88 kg/dm3, permitividad relativa 2,2.
El aceite mineral es el líquido
más utilizado. Normalmente, el aceite mineral es la referencia con la que se
comparan todos los demás líquidos.
El aceite mineral ofrece en la
mayoría de los casos el mejor compromiso entre coste y propiedades técnicas, y
la compatibilidad con otros materiales del transformador también es muy buena.
Los inhibidores retardan el
proceso de envejecimiento del aceite.
Otros fluidos
Estos fluidos se reservan para
aplicaciones especiales y suelen ser entre 5 y 6 veces más caros que el aceite
mineral.
La principal motivación para
utilizar estos fluidos es mejorar la seguridad contra incendios y el impacto
medioambiental.
Además, estos fluidos se pueden
utilizar a temperaturas elevadas, pero tienen capacidades limitadas en climas
extremadamente fríos.
Dimetil Silicona
Las propiedades importantes del
fluido de silicona se especifican en IEC 60836
Punto de inflamación 310 °C,
densidad 0,96 kg/dm3, permitividad relativa 2,7.
El fluido de silicona tiene
menores propiedades dieléctricas y de refrigeración que el aceite mineral.
Cuando se inflama, crea una capa
de óxido en la superficie que retarda la llama. Sin embargo, no es
autoextinguible, lo que provoca la formación de arcos y fallos eléctricos.
El fluido de silicona no se
utiliza en cambiadores de tomas bajo carga debido a sus bajas propiedades lubricantes.
Éster sintético
Las propiedades importantes del
éster sintético se especifican en IEC 61099
Punto de inflamación 275 °C,
densidad 0,97 kg/dm3, permitividad relativa 3,2.
Hidrocarburos sintéticos
Las propiedades importantes del
hidrocarburo sintético se especifican en IEC 60867
Punto de inflamación 230 °C,
densidad 0,83 kg/dm3, permitividad relativa 2,1.
Éster agrícola
Sin especificación aplicables IEC.
Punto de inflamación 330 °C,
densidad 0,91 kg/dm3, permitividad relativa 3,2.
Se trata de un buen compromiso
entre seguridad contra incendios y respeto del medio ambiente. BIOTEMP es un
éster agrícola desarrollado y patentado por ABB, basado en aceite de girasol,
domingo, 10 de septiembre de 2023
lunes, 4 de septiembre de 2023
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