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martes, 5 de febrero de 2019

Estudio comparativo entre aceites vegetales y minerales para Transformadores (2ª Parte)



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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