Diagnostico y mantenimiento de transformadores inmersos en aceite mineral aislante (En FRIO y ENERGIZADO)
Ernesto Gallo Martínez
Confiabilidad!!!
Conozco el nivel de confiabidad que tengo del transformadorr ? transformado
Tengo información sobre la vida útil remanente del equipo? Qué parámetros y criterios manejo? La instalación es adecuada y permite una ventil ven tilac ación ión apr apropi opiad ada? a? Sé claramente qué tipo de mantenimiento requiere el tr tran ansf sfor orma mado dor? r? Estoy informado de la presencia fallas latentes? Conozco su gravedad y su tendencia? Tengo un plan de contigencia? Se cómo y cuándo debo intervenir el equipo?
La cromatografía de gases como diagn dia gnós óstitico co pr pred edic ictiv tivoo de de fal falla lass térm té rmic icas as y/ y/oo eléc eléctr tric icas as
Cromatografía de gases objetivos
Monitorear, aviso anticipado de una falla Supervisar unidad en operación con posible falla. Determinar naturaleza de falla Verificar una unidad nueva en período de garantía.
Tópicos a resolver en CROM
Gases representativos en las diferentes fallas Que niveles parcial o total de gases son aceptables Velocidad de generacion de gases Tipo de gases generados por determinada falla.
GASES A ANALIZAR: Hidrogeno (H2) Oxígeno (O2) + Argón (Ar) (n2) Nitrogeno Monóxido de carbono (CO) Metano (CH4) Dióxido de carbono (CO2) (C2H4) Etileno Etano (C2H6) Acetileno (C2H2)
CROMATOGRAFIA DE GASES Fallas de tipo térmico: Sobrecalentamiento papel Sobrecalentamiento aceite Fallas de tipo eléctrico: Arco interno Efecto corona
GAS CARACTERISTICO: ETILENO (C2H4)
E L B I T S U B M O C S E S A G %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
63
16 0,01 CO
17
2 H2
2 C H4
C 2H6
GASES
C 2H4
C 2H2
GAS CARACTERISTICO: MONOXIDO DE CARBONO (CO)
100 90 S 80 E 70 S L I E B 60 S T S A 50 G U 40 B % M 30 O 20 C 10 0
92
6 ,7 CO
H2
1 ,2 C H4
0,01 C 2H6
GASES
0,01 C 2H4
0,01 C 2H2
GASES CARACTERISTICOS: HIDROGENO (H2) Y ACETILENO (C2H2)
E L B I T S U B M O C S E S A G E D %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
60
30
0,01 CO
H2
5
1 ,6
C H4
C 2 H6
GASES
3 ,3 C 2 H4
C 2H2
GASES CARACTERISTICOS: HIDROGENO (H2) y METANO (CH4)
100 S E L S B E I S T A S G U B % M O C
86
80 60 40 20
13
0,5
0,2
0,1
C2H6
C2H4
C2H2
0,2
0 CO
H2
CH4
GASES
CROMATOGRAMA
IEC 60599 – Velocidad de Generación de gases Gas
Velocidad (cc/día)
Hiidrógeno (H2)
<5
Metano (CH4)
<2
Etano (C2H6)
<2
Etileno (C2H4)
<2
Acetileno (C2H2)
<0,1
Monóxido de Carbono (CO)
<50
Dióxido de Carbono (CO2)
<200
Cromatográfía de Gases Disueltos Norma ASTM-D -3612 Esta técnica se basa en el rompimiento de las moléculas de Hidrocarburos provenientes del aceite y de Carbohidratos del papel aislante debido a choque térmicos o eléctricos. Los gases producidos pueden ser colectados en una muestra tomada apropiadamente (Norma ASTM D-3613) y analizados mediante métodos muy sensitivos como la Cromatografía de gases (Norma ASTM D3612.
Criterios más recientes
Cortesía DOBLE Eng.
Norma IEEE C57.104-1991
Total Gases Combustibles (Doble) Total Gases Combustible 0 - 500 501 – 1500 1501 - 2500 >2500
Significado Bajo Nivel de Gases Moderada Descomposición – Establezca una Tendencia Alto Nivel de Descomposición Tendencia Verifique el alto nivel de Descomposición - Identifique la causa Cortesía DOBLE Eng.
IEC 60599 – Velocidad de Generación de gases
Gas
Velocidad (cc/día)
Hiidrógeno (H2)
<5
Metano (CH4)
<2
Etano (C2H6)
<2
Etileno (C2H4)
<2
Acetileno (C2H2)
<0,1
Monóxido de Carbono (CO)
<50
Dióxido de Carbono (CO2)
<200
Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V. Volumen de aceite: 200 gals
Energía requerida para romper los hidrocarburos Hidrógeno (H2 )
:
338 kJ/mol
Metano (CH4)
:
338 kJ/mol
Etano (C2H6 )
:
607 kJ/mol
Etileno (C2H4)
:
720 kJ/mol
Acetileno (C2H2) :
960 kJ/mol Fuente: DOBLE Eng.
Triángulo de Duval
Triángulo de Duval y
z
•%C2H2= 100x / (x+y+z) •%C2H4= 100y / (x+y+z) •%CH4 = 100z / (x+y+z) Siendo x = C2H2, y = C2H4, z = CH4
x
PD: Descargas parciales D1: Descargas de Alta Energìa. D2: Descargas de Baja Energìa DT: Indeterminada, falla térmica o eléctrica T1: Falla Tèrmica T<300 ºC T2: Falla Térmica 300ºC700ºC
EJEMPLO Un transformador se encontró con incrementos recientes de : •45 ppm of CH4, •90 ppm de C2H4, •15 ppm de C2H2. Este significativo incremento C2H4 and C2H2 es suficiente justificación para sospechar una falla y aplicar el método del triángulo de Duval. Calcule el total T = CH4 + C2H4 + C2H2 = 45 + 90 + 15 = 150. Exprese la cantidad de cada gas como un porcentaje de T. CH4: 100*CH4/T = 100*45/150 = 30% C2H4: 100*C2H4/T = 100*90/150 = 60% C2H2: 100*C2H2/T = 100*15/150 = 10%
Rutina para análisis de CROM Compare las ppm con el total de GC Total CG menor que límite Transformador en Condición Normal Frecuencia Normal de Muestreo
Uno o más valores por encima del límite
CO y CO2 por encima de los límietes
Mas de 10 veces de condición Normal
Mas de 5 Veces de condición Normal
Repita la muestra en 15 días
Repita la muestra en 6 semanas
Calcule la velocidad del generación
Calcule la velocidad del generación
Velocidad significativa: Razones, Duval
Velocidad significativa: Razones, Duval Tipo de falla
Sobrecalentam iento del papel
Verificar fisicoquímico, condiciones de instalación y carga
Toma de Muestra para CROM
Cromatografía de gases (Jeringa para toma de muestra)
Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.
Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.
Efecto Corona
Confiabilidad con Valor Agregado Nuevas Técnicas de Diagnóstico Complementarias: • Emisiones Acústicas • Análisis de barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
Técnicas complementarias
Confiabilidad con Valor Agregado Emisiones Acústicas - EA
Técnicas complementarias
Emisiones Acústicas EA
Instalación de Sensores
Gráfica en tres dimensiones
Caso de Estudio
Caso de Estudio
Caso de Estudio
Caso de Estudio
Confiabilidad con Valor Agregado Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
Definición de FRA (CIGRE)
Definición de FRA (IEEE)
FRECUENCY RESPONSE ANALYSIS (FRA)
Procedimiento FRA
Procedimiento FRA
Requerimientos para la prueba
Criterios de Evaluación
Comparación
Comparación: Curva de Referencia
Comparación: Curva nueva contra la de Referencia
Interpretación
Tres Fases de un Transformador
Norma China
Interpretación
Observaciones
Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
VIDEO
Equipo Doble Eng.
Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
VIDEO
Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)|
video
Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
Análisis de Barrido de Respuesta en Frecuencia (SFRA)
Confiabilidad con Valor Agregado
PORQUE MANTENIMENTO A TRANSFORMADORES INMERSOS EN ACEITE MINERAL AISLANTE ?
Causas de Falla en Transformadores
Confiabilidad!!!
Conozco el nivel de confiabidad que tengo del transformador ?
Tengo información sobre la vida útil remanente del equipo? Qué parámetros y criterios manejo? La instalación es adecuada y permite una ventilación apropiada? Sé claramente qué tipo de mantenimiento requiere el transformador? Estoy informado de la presencia fallas latentes? Conozco su gravedad y su tendencia? Tengo un plan de contigencia? Se cómo y cuándo debo intervenir el equipo?
Fuentes de Criterios
Normas:
Fabricantes de Transformadores:
IEC IEEE, ANSI, ASTM Otras ABB, Siemens, Waukesha, General Electric, Cooper etc…
Fabricantes de aceites aislantes:
Consultores e Investigadores de nombre Internacional:
Shell, Texaco, Puramin, Nynas, Cooper, Repsol, etc
S.D. Myers Doble Engineering Morgan Schaffer Otros
Experiencia propia (Know How)
El aceite aislante aporta: Aislamiento eléctrico Protección de las partes internas del transformador Refrigeración disipante del calor por convección Prevención de la formación de lodo en el transformador (Paradoja??)
NOTA: La pérdida o disminución de cualquiera de estas propiedades es razón suficiente para tomar alguna acción sobre el transformador
Capas de devanados
Referencia: S.D. Myer
Convección dentro del transformador
BASES DE LOS ACEITES MINERALES AISLANTES
Base isoparafínica
Base nafténica
Base aromática
INHIBIDORES SINTETICOS CONTRA LA OXIDACION
2,6 Diterbutil fenol (DBP)
2,6 Diterbutil paracresol (DBPC)
COMPOSICION TIPICA DE ACEITES AISLANTES
35% A 40% Base Isoparafínica Base Nafeténica 50% A 60% Base Aromática (Inhibidor Natural) 4% a 8%
Inhibidor Sintético (DBP, DBPC)
0,08% T1 O,3% T2 (ASTM 3487)
PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DEL PAPEL AISLANTE TEMPERATURA TENSION INTERFACIAL NUMERO DE NEUTRALIZACION CONTENIDO DE AGUA
PRODUCTOS DE OXIDACION
RIGIDEZ DIELECTRICA
AGUA
AGUA
DEGRADACION QUIMICA
DEGRADACION MECANICA RESITENCIA MECANICA
CO,CO2
CR.GASES
FURANOS
CR.LIQUIDA
DISMINUCION GRADO DE POLIMERIZACION
DIAGNOSTICO PREVENTIVO
DIAGNÓSTICO
Diagnostico Preventivo ADFQ Pruebas de campo: - PEC Tradicionales - Termografìa - Nuevas Técnicas
Azufre Corrosivo
Diagnostico Predictivo Cromatografía de Gases
DIAGNÓSTICO Diagnostico Preventivo ADFQ Pruebas de campo: - PEC Tradicionales - Termografìa -Nuevas Técnicas
Azufre Corrosivo
Diagnostico Predictivo Cromatografía de Gases
DIAGNÓSTICO ADFQ
ADFQ
% de agua en papel aislante
Grado de impregnación del papel aislante de productos de oxidación
EFECTOS ADVERSOS EN PRESENCIA DE AGUA Y P. DE OXIDACION :
Aumento del factor de potencia Aumento de la temperatura de operación. Degradación química Degradación mecánica (disminución de la resistencia mecánica a la tracción, cristalización ) Disminución del grado de polimerización Disminución de la resistencia de aislamiento Disminución de la rigidez dieléctrica. En condición critica: falla del transformador .
DIAGNOSTICO
Pruebas ASTM degradación (ADFQ) : agua en papel , impregnación de p.Polares, ácidos, lodos en papel Pruebas de envejecimiento: grado de polimerización, resistencia mecánica a la tracción, CO-CO2, furanos Pruebas eléctricas (PEC) Cromatografía de gases (predictivo) Inspecciones oculares periódicas Termografía Historia
DIAGNÓSTICO ADFQ
ADFQ
% de agua en papel aislante
Grado de impregnación del papel aislante de productos de oxidación
AGUA EN EL TRANSFORMADOR
Dinámica del comportamiento del agua en los aislamientos, BASE PARA EFECTUAR SECADO EN CALIENTE
El Agua en el aceite está de tres formas
Agua disuelta: unida por el hidrógeno a las molécula de hidrocarburos del aceite. Agua emulsionada: Sobresaturada en solución pero no totalmente separada del aceite, de apariencia turbia lechosa. Agua libre: Sobresaturada pero en alta concentración suficiente para formar gotículas y separada totalmente del aceite.
Solubilidad del agua en el aceite
La solubilidad (S0): Es la cantidad total de agua en ppm que puede disolver un aceite a determinada temperatura.
Log S0 = - 1567 + 7,0895 K So : Solubilidad del agua en aceite en ppm a una determinada temperatura. K : Grados absolutos Kelvin (ºC + 273) Referencia: Doble Engineering
Solubilidad del Agua en el Aceite Aislante 900
So 800
700
) m p p 600 ( a u g A 500 e d o 400 d i n e t n 300 o C 200
100
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Temperatura del Aceite (C)
Log So = -1567/K + 7.0895
80
90
100
Solubilidad del Agua en el Aceite Aislante 900
So
800
700
) m p p 600 ( a u g A 500 e d o 400 d i n e t n 300 o C
Agua libre ‼
200
Agua disuelta
100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
Temperatura del Aceite (C)
Log So = -1567/K + 7.0895
80
90
100
Saturación Relativa (RS)
La Saturación Relativa (RS): Es la cantidad de agua actual (Wc) medida en el aceite en ppm, con relación a la Saturación (S0) una temperatura dada RS (%)= Wc S0 (100%) Referencia: Doble Engineering
Solubilidad del agua en función de T H2O en aceite: 40 ppm Temperatura promedio del transformador: 70ºC Saturación a 70ºC, S0 = 331 ppm (Log So = -1567/K + 7.0895) Porcentaje de H2O en el papel aislante: 1,8% RS= 40 =12% 331
900
800
700
) m p p 600 ( a u g A 500 e d o 400 d i n e t n 300 o C 200
100
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Temperatura del Aceite (C)
H2O en aceite: 40 ppm (antes de equilibrio del agua entre el aceite y el papel aislante) Temperatura promedio del transformador: 10ºC Saturación a 10ºC S0 = 36 ppm (Log So = -1567/K + 7.0895) RS= 40 = 111% !!!! 36 HAY SOBRESATURACIÓN: CONDENSACIÓN!!!, LLUEVE DENTRO DEL TRANSFORMADOR!!!! El % de agua en el papel AUMENTA!!!
Agua en sistema de aislamiento Es muy importante saber:
La solubilidad del agua en el aceite a determinada temperatura (Log So = -1567/K + 7.0895) para saber que tan cerca estamos de la saturación Cuánta agua en ppm hay en el aceite para saber que tan cerca estamos de la saturación. A qué temperatura promedio está el transformador (10ºC menos de la Temperatura máxima o 5ºC más por encima de la temperatura de la muestra)
AFINIDAD DEL PAPEL CON EL AGUA El agua no se reparte uniformemente en el papel
60ºC
AFINIDAD DEL PAPEL CON EL AGUA VS. LA DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA DEL ACEITE
40°C
20°
0
300
1000
3000
La parte superior es la más caliente
INTERRELACION AGUA EN EL ACEITE Y AGUA ENEL PAPEL M U L T IP L I C A D O R E S D E M Y E R S 0,34 0,32 0 ,3 0,28 0,26 R E Y M E D S E R O D A C I L P I T L U M
0,24 0,22 0 ,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0 ,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
T E M P E R A T U R A D E L A C E IT E ° C
6 0
7 0
DISTRIBUCION DEL AGUA EN LAS BOBINAS
%M/ dW 0.71%
60ºC
1.77%
40ºC
5.32%
20ºC
300
A 25 PPM H2O
1000
3000
AFINIDAD DEL PAPEL CON
Curvas de equilibrio agua papel aceite
DIAGNÓSTICO ADFQ
ADFQ
% de agua en papel aislante
Grado de impregnación del papel aislante de productos de oxidación
LA DEGRADACION DEL ACEITE AISLANTE
UN PROCESO QUE ENVEJECE EL PAPEL
GENERACION DE PRODUCTOS DE OXIDACION ALCOHOLES ALDEHIDOS
2RCH3 + O2 2R.CH2OH +O2
2RCH2OH 2R.COH +2H2O
CETONAS
R.OC.R +H2O R.OCH + R.CH2OH R.OC.R+1.5O2 2R.COOH ESTERES 2RCOH +O2 2R.COOH (ACIDOS) PERÓXIDOS R.CH2OH + R.COOH RCOOR. + H2O ESTRES ACTIVADOS
POLIESTERES PESADOS
(LODOS)
R.COO.R + O2
R.COO.CH2OH
R.COO.RCH2OH+R.COOH R.COO.R.COO.R
Factores básicos que deterioran el aceite aislante: Catalizadores y Agua
El H2O Catalizadores:
Cobre Hierro
Nota: La actividad del cobre y el hierro como catalizadores se incrementa proporcionalmente a la cantidad de agua presente.
PRUEBAS ASTM DE DEGRADACION (ADFQ) Rigidez dieléctrica ASTM D-877 Agua (ppm) ASTM D-1533 Nro. de Neutralización (mgKOH/g) ASTM D-974 Tensión Interfacial (din/cm) ASTM D-971 Color ASTM D-1500 Gravedad específica ASTM D-1298 Opcionales: Factor de Potencia(Norma ASTM D924), Contenido de Inhibidor (Norma ASTM D- 4768)
INDICE DE CALIDAD
Se define como:
IC=TIF/NN
Condición buena p.e.: (TIF=40, N=0,01 IC=40/0,01=4.000)
Condicion mala p.e.: (TIF=20, NN=0,2 IC=20/0,2= 100)
INTERRELACION AGUA EN EL ACEITE Y AGUA ENEL PAPEL M U L T IP L I C A D O R E S D E M Y E R S 0,34 0,32 0 ,3 0,28 0,26 R E Y M E D S E R O D A C I L P I T L U M
0,24 0,22 0 ,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0 ,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
T E M P E R A T U R A D E L A C E IT E ° C
6 0
7 0
CLASIFICACION DE ACEITES EN OPERACION SEGUN INDICE DE CALIDAD Y CODIGOS DE ACCION
IC 1500
INIINI
1250
INHIBIR
1000
INICIO DE DEGRADACION
750
REGENERACION 6P
500
DEGRADACION AVANZANDO
300 250
REGENERACION 10P ACEITE MARGINAL
200 150 100 50
REGENERACION 15P ACEITE MUY MALO
DESLODIFICACION 20P ACEITE EXTREMADAMENTE MALO
Tiempo de servicio (años)
EL DIAGNOSTICO PERIODICO: UNA DISCIPLINA QUE GARANTIZA CONFIABILIDAD Y BENEFICIO ECONOMICO
L A B O R A T O R IO D E A C E IT E S
Calificación aceites
Normatividad
• • • •
ASTM IEC IEEE/ ANSI Otras
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers Quick Facts
The IEEE has*: » more than 370,000 members, including more than 80,000 students, in over 160 countries. » 319 sections in ten geographic regions worldwide. » 1676 chapters that unite local members with similar technical interests. » more than 1,526 student branches at colleges and universities in 80 countries. » 39 societies and 5 technical councils representing the wide range of technical interests. » 132 transactions, journals and magazines. » more than 450 IEEE sponsored or cosponsored conferences worldwide each year. » over 900 active IEEE standards and more than 400 in development.
Test limits for Shipments of New Mineral insulating Oil as received from the supplier (Norma IEEE C57.106 – 2006)
Test limits for New Mineral insulating Oil received in New equipment, below 230kV, prior to energization (Norma IEEE C57.106 – 2006)
Test limits for New Mineral insulating Oil processed for equipment, 230 kV class and above, prior to Energization (Norma IEEE C57.106 – 2006)
Table 7 - Suggested limits for continued use of Service-age insulating Oil(grouped by voltage class) (See also IEEE Std 62-1995)
(Norma IEEE C57.106 – 2006)
IEEE C57.106-2006 - Definiciones
Clasificación de aceites minerales en servicio según IEEE C57.106 - 2006
Clase I: Aceites que pueden continuar en servicio porque cumplen la Tabla 7 de IEEE C57.106-2002. (Cada caso debe estudiarse individualmente y seguir las recomendaciones del fabricante). Clase II: No cumplen con los requerimientos de Rigidez Dieléctrica y Contenido de agua de la Tabla 7 y deben ser Reacondicionados (reconditioned) mediante deshidratación por vacío. Clase III: Aceites que están en condición precaria y deben ser Regnerados (reclaimed) utilizando un medio adsorbente como tierra fuller
Regeneración – IEEE C57.106-2006
O IL T E S T C L A S S IF IC A T IO N ** TE ST
ASTM
AC *
QU*
UN*
A C ID IF T D IE L . COLOR SP. G R. V IS U A L DBPC POWER FACTOR
D 974 D 971 D 877 D 1500 D 1298 D 1524 D 2668 D924 25 ° C 100° C D1533 <69kV 6 9 -2 8 8 k V >3 4 5 k V
<0 . 0 5 >3 2 >3 0 <3 . 5 0 .8 4 - 0 .9 1 C LE AR >0 . 2 0 . <0 . 1 <2 . 9 9 . <3 0 <2 0 <1 5 ** * * ** * *
0 .0 6 - 0 .1 0 2 8 .0 - 3 1 .9 2 5 -2 9 ________ <0 . 8 4
>0 . 1 0 <2 7 . 9 <2 5 3 .5 0 .9 1
0 .1 9 - 0 .1 1 . 0 .1 - 0 .3 3 .0 - 3 .9 9 . 3 0 - 3 4 .9 2 0 - 2 4 .9 1 5 - 1 9 .9 ** * * ** * *
<0 . 1 0 . >0 . 3 >4 . 0 . >3 5 >2 5 >2 0 * ** * * ** *
*
*
*
<1 0 0
101-249
>250
*
*
*
KARL F IS C H E R
G AS CONTENT IC P PC B
D3612 D4059
( O p tio n a l )
FURAN ( O p tio n a l )
D 5837
* A C =A C C E P T A B L E - Q U = Q U E S T I O N A B L E - U N =U N A C C E P T A B L E * * O th e r flu id c la s s ific a tio n s m a y d iffe r *** R e c o m m e n d a tio n b a s e d u p o n c u r r e n t d a ta
S . D . M y e rs h a s b e e n te s tin g a n d s e r v ic in g tr a n s fo r m e rs s in c e 1 9 6 5 . W e te s t o v e r 2 0 0 ,0 0 0 s a m p le s p e r y e a r . W e h a v e o v e r 1 ,0 0 0 ,0 0 0 tra n s fo r m e r te s t r e c o rd s in o u r c o m p u te r d a ta b a n k .
El papel como filtro
NUMERO DE NEUTRALIZACION =0,05
NUMERO DE NEUTRALIZACION =0,20
NUMERO DE NEUTRALIZACION =0,10
NUMERO DE NEUTRALIZACION =0,30
El papel como filtro
El papel como filtro
Laboratorio de Aceites
Dispositivo para toma de muestras
Azufre Corrosivo
Materia de investigaciones recientes En varios transformadores que han fallado recientemente no se encontró una explicación ni en DGA, ni en deterioro del aceite. Después de investigaciones profundas (Doble Eng.) se atribuyó a la presencia de azufre corrosivo, que afectó de manera directa la Rigidez Dieléctrica. Doble Eng. demostró en recientes investigaciones que la Norma ASTM D 1275 (19 hrs a 140ºC) no es suficiente y por tal razón se debe ejecutar a 40 Hrs 150ºC
Norma ASTM D-1275- 06
Azufre Corrosivo
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb2006 Clearwaterbeach FLA, USA
Azufre corrosivo IEC 60422 de 2005 60422 IEC:2005 – 43 – Due to poor refining or contamination, reactive compounds giving corrosion at normal operating temperatures may be present. They are detected by standard tests as ISO 5662 [14] or DIN 51353 [5], which are included in all major oil specifications. At high temperatures, >300 °C, sulphur-containing oil molecules may decompose and react with metal surfaces to form metal sulphides. Such reactions may take place in switching equipment and will impact the conductivity of contacts.
Porqué la presencia de sulfuros en el aceite mineral aislante?
Hay varios compuestos de azufre en el aceite aislante pero no todos son corrosivos. Vienen de:
Las bases del petróleo crudo Algunos se agregan para mejorar la estabilidad química del aceite y son inofensivos por ser estables. De los procesos de sulfonación en la refinación de los aceites aislantes. Los compuestos de azufre deben ser removidos después de cumplido este objetivo. Algunos materiales de construcción del transformador: empaques, lacas, pegamentos, pinturas
En el mismo proceso de refinación se remueven o se convierten en compuestos estables como los Tiofenos
Cuál es el mal que causa el azufre corrosivo?
El cobre es de lejos el metal menos resistente al ataque del azufre. En presencia de O 2 los compuestos corrosivos y reactivos de azufre se combinan con el cobre, el aluminio y otros metales formando:
Sulfuro de Cobre (Cu2S). Negro, gris ,verde, azul o violeta. Sulfuro de Aluminio (Al2S3). Gris amarillento, tornándose muy gris en presencia de agua y O 2 Otros sulfuros inorgánicos
Los compuestos no corrosivos se pueden tornar en corrosivos por efecto de la alta temperatura El azufre corrosivo puede generar descargas por la reducción de la rigidez dieléctrica.
Investigación Falla Transformador de potencia tipo GSU
Falla por azufre Corrosivo
Falla por azufre Corrosivo
Falla por azufre Corrosivo
Falla por azufre Corrosivo
Remoción del Azufre corrosivo
Se han hecho ensayos con tierra fuller y otros materiales adsorbentes como la alúmina activada y el carbón activado, sin resultados hasta ahora satisfactorios. Por ahora la recomendación es cambiar y disponer adecuadamente el aceite con azufre corrosivo
Aceites Vegetales (Ésteres Naturales)
Biodegradabilidad
Aceites Vegetales
Esteres Sintéticos
Aceite Mineral
H.T-H
Silicona
Basado en la prueba CEC L-A-33-A-usada ampliamente en lubricntes
Saturación del agua
Referencia: J. Luksich – Cooper P.S
Rigidez dieléctrica vs ppm H2O
Referencia: Don Cherry – BIOTEMP ABB “Life of a transformer Seminar” Orlando FLA Feb 2008
Normatividad sobre aceites vegetales
Se han venido usando desde finales de los 90s La nueva especificación para Líquidos dieléctricos de esteres naturales (aceites vegetales) ASTM D6871 fue publicada en junio del 2003 Un nuevo comité de la IEEE, sobre aplicaciones de los esteres naturales, ha empezado a trabajar en una Norma análoga a la C57.106 del aceite mineral (IEEE PC57.147 en borrador) Norma Brasilera: PROJETO 03:010.02-027 (Mayo 2005)
El mantenimiento con base en Diagnostico: una actividad que debe programarse
OBJETIVO DEL MANTENIMIENTO:
No se pretende recuperar la vida útil perdida, ella es irrecuperable
El mantenimiento disminuye la rata de envejecimiento.
El mantenimiento alarga la vida que le queda al transformador
MANTENIMIENTO (FORMULACIONES)
Agua en el papel:
Secado mediante vacío y criogénia. SECADO EN CALIENTE: Se aprovecha la dinámica de intercambio de agua entre el papel y el aceite en función de la TEMPERATURA.
Sustancias polares, ácidos y/o lodos:
Inicio degradación : inhibición Degradación intermedia: regeneración Degradación avanzada: deslodificación.
AGUA EN LA CELULOSA
Agua en aceite ppm (10-6) : Agua en papel %
-2) (10
Mas del 90% del agua se
encuentra en el papel.
Capas de devanados
Códigos de Acción (Desarrollo de Transequipos Ltda.) Código de Acción
Descripción
A6 A12
Tomar muestra en 6 meses Tomar muestra en 12 meses
100
Tratamiento por termovacío y adición de inhibidor
200 300 400 (406-410-415) 500 (506-510-515) 420
Secado de la parte activa Lavado y secado con cambio total de aceite Regeneración de aislamientos (limpieza del papel de productos ácidos): Regeneración de aislamientos y secado de la parte activa: Regeneración de aislamientos y secado de la parte activa: Deslodificación total y secado de la parte activa:
520
Secado mediante vacío al transformador
CONJUN DE VAC I TRA NSFO NSFO RMA DO R BAJ O VAC IO
Cámara de Vacío CA D ENTRADA DE AC EIT EITE
C ALE ALENTADO NTADO R BO M BA D E ALIM ALIM ENTAC NTAC IO N
SALIDA DE AC EIT EITE
FILTRO BO M BA DE DES DESC ARG ARG A
Secado por aspersión de aceite caliente y vacío OPCIONAL
10 CO NJ UNT DE VACI
A SPERSIO PERSION N DE AC EIT EITE C A LIENT LIENTE E Y SEC SECO O SO BRE LOS LOS BO BINADO INA DO S
NIVEL DE A C EIT EITE
CONDENSADOR DE VA POR DE AC EIT EITE
10
3 ENTRADA DE A C EIT EITE 4
TR TRANSF ANSFO RMADOR MA DOR
BOMBA AUXILIAR
SALIDA DE AC A C EITE
5
C AM DES DES
BO MBA DE ALIMENTACION CALENTADOR FILTRO BO MBA DE DES DESC ARG A
Secado por criogénia 8” V
”
M
DEVANADOS NITROGENO
HIGROMETRO
TRANSFORMADOR
BOMBA DE VACIO
Diferentes capas de lodos que se forman con el tiempo CAPAS DE LODO 5 4 3 2 1 DEVANADO DEVANADO
Capas de devanados
El tratamiento de aceite no regenera los aislamientos
(TOMADO DE S.D.MYERS)
Soluciones a remoción de sustancias polares, ácidos y/o lodos:
Cambiar aceite ?
Desencube y lavado ?
Aspersion de aceite caliente en sitio ?
Regeneracion / deslodificacion, la solucion efectiva !
Grano adsorbente de tierra fuller AC EITE C O N LODO
G RANO DE TIERRA FULLER
Regeneración (6-15) deslodificación (>20) I I - E TA P A D E TR A TA M I EN TO C O N J U N TO D E V A C IO
C A M A RA D E SG .
C A L E N TA D O R
P
B O M BA D E A L IM E N TA C IO N
FILTRO
APLICACIÓN DE INHIBIDOR
III - ETA P A D E A P LIC A C IO N D E I N H I BID O R BO M B A D E D E SC A R G A
P TRA N S FO R M A D O R
1
8
2
9
3
FF
TA N Q U E 1
4
TA N Q U E 2
5
TA N Q U E 3
6
I - E TA P A D E D E SLO D IFIC A C IO N
Regeneración 10P con tierras fuller Transformador 96 MVA 13.8/230 KV RESISTENCIA DE AISLAMIENTOS
Regeneración 10P con tierras fuller Transformador 96 MVA 13.8/230 KV
Regeneración 10P con tierras fuller Transformador 96 MVA 13.8/230 KV
Regeneración 10P con tierras fuller Transformador 96 MVA 13.8/230 KV
Factores Clave en Regeneración con Tierras Fuller 1. Purgar bien los equipos de tratamiento para garantizar inmersión permanente del transformador en el aceite. 2. Lecho de tierra fuller en tanques que permitan un buen recorrido del aceite para ser regenerado y poderlo emplear luego como limpiante de papel. 3. Llevar el aceite a temperatura por encima de punto de anilina (>63°C) donde tiene su máximo poder solvente de sus productos de oxidación para lograr la limpieza del papel aislante en el número de pasadas requeridas. 4. Una vez lograda una buena limpieza (regeneración) del papel aislante aplicar inhibidor en la máxima concentración permitida por la Norma ASTM D-3487 (0,3%)
Mantenimiento con el TRANSFORMADOR ENERGIZADO!
Mantenimiento con transformador Energizado
Cuándo Debe efectuarse:
Por razones económicas : Es un transformador que alimenta una planta o una sección que no puede parar. La condición del transformador amerita un mantenimiento preventivo pero no está en condición crítica
SECADO con transformador energizado
Aprovechamos la dinámica de intercambio de agua entre los dos medios aislantes: El papel aislante a alta temperatura PIERDE AFINIDAD CON EL AGUA, mientras que el aceite aislante AUMENTA SU CAPACIDAD DE SATURACIÓN con el agua
Secado con transformador energizado
Utilizando SUPERFILTROS, que remuevan el AGUA DISUELTA del aceite, se logra crear un desequilibrio de humedades en los dos medios, con el transformador EN SERVICIO facilitando la MIGRACIÓN del agua del papel aislante al aceite
Secado con transformador energizado Cáculo del consumo de SUPERFILTROS
Ventajas de un secamiento en caliente vs un secamiento en frío con vacío
Con un equipo convencional con vacío se ejecuta recirculación de aceite en caliente más no el SECADO. El equipo es más compacto que un equipo convencional con vacío. Es seguro porque las variables críticas se controlan en forma totalmente automática. Es amigable ambientalmente. Se trabaja con un equipo muy funcional, versátil y de fácil ubicación cerca al transformador .
Ventajas para el usuario del SECADO EN CALIENTE
No interrupción del servicio Se logra un secado adecuado al papel aislante. Mejoran los valores de contenido de agua en ppm, rigidez dieléctrica y factor de potencia. Bajo consumo adicional de energía porque se aprovecha el calor interno del transformador, para que el papel libere agua y el aceite la absorba, para luego extraerla a través del equipo. Dispositivos incorporados en el equipo que controlan las variables críticas durante el proceso Aumenta la vida útil de los aislamientos y del transformador.
Secado con transformador energizado Requerimientos
Conocer muy bien previamente la condición fisicoquímica del aceite, y con base en ella evaluar si es posible efectuar el servicio sin riesgos. Tener la información de la Cromatografía de gases reciente para descartar problemas internos. Válvulas inferior y superior con diámetros no inferiores a ¾”
REGENERACIÓN de aislamientos con transformador energizado
Se ejecuta con el mismo equipo que para el secado. Se emplea FILTRACION ADSORBENTE con filtros de ALUMINA ACTIVADA, que son mucho más eficientes que la tierra fuller. Las variables de riesgo a controlar son las mismas que para el secado
Cantidad de Material adsorbente requerido
Variables de Riesgo a Controlar AUTOMATICAMENTE ! (1/3)
Purga completa del sistema (pequeña bomba de vacío) Control de flujo: Si se detecta una interrupción del flujo de aceite por presencia de burbujas de gas. Control de sobrepresión. Control ambiental amigable: Las mangueras son coaxiales, y permiten recoger mínimos derrames de aceite y el equipo interrumpe el servicio de inmediato.
Variables de Riesgo a Controlar AUTOMATICAMENTE ! (2/3)
Control de saturación de filtros: Indica el momento en que deben ser cambiados. Control en línea de las ppm de agua en el aceite Control de Nivel en el transformador: Las señales de alarma y/o disparo por nivel se pueden llevar al equipo.
Variables de Riesgo a Controlar AUTOMATICAMENTE ! (3/3)
Siempre el transformador está protegido a la entrada y salida de aceite con válvulas solenoides que actúan de inmediato ante cualquier variable que se salga de control !!!
Comparaciones En FRIO Con Transformador Con Transformador Energizado Energizado (Equipo Convencional: (Eq. Conv.: Vacío y (Equipo Automático) Vacío y calor) Calor) 1. Interrupción del servicio 2. Utiliza Sistema de Vacío 3. Alto consumo de Energía para operación y calentamiento 4. Control de variables críticas: AUTOMATICO 5. Secamiento del papel 6. Regeneración de aislamientos 7. Eficiencia del material ADSORBENTE 8. Cualquier Potencia.
SI
NO
NO
SI
SI
NO
SI
SI
NO
NO SI
NO NO
SI SI
SI NORMAL
SI NORMAL
SI ALTA
NO
NO
SI
SUPERFILTROS
Medidor en línea de ppm de H2O
MANTENIMIENTO CON TRANSFORMADOR ENERGIZADO TRANSFORMADOR DE 2 MVA 34.5/0.44 KV- CA: 406C VOLUMEN DE ACEITE : 300 GALS. UBICACIÓN : BOGOTÁ T.I. 50 40 31,04
30
36
33,19
37,85
43,95
39,97
47,6
46,36
25,36 20 10 0 T.I.
0
900
1800
2700
3600
8178
14852
21593
23078
25,36
31,04
33,19
36
37,85
39,97
43,95
47,6
46,36
GALONES TRATADOS
Fecha Hora T equipo ºC T trafo ºC
07-08-2005
07-08-2005
07-08-2005
07-08-2005 07-08-2005
08-08-2005
09-08-2005
10-08-2005
10-08-2005
15:00
5:30
11:00
14:10
17:00
9:30
8:40
8:43
13:30
13,7
13,7
28
22,5
23,2
23,6
21,5
23
28,3
20
20
30
28
28
30
25
30
32
N. Pasadas
0
3
6
9
12
27
50
72
77
MANTENIMIENTO CON TRANSFORMADOR ENERGIZADO TRANSFORMADOR DE 2 MVA 34.5/0.44 KV- CA: 406C VOLUMEN DE ACEITE : 300 GALS. UBICACIÓN : BOGOTÁ N.N. 0,04
0,0376
0,03
0,0291 0,0206
0,02
0,0167 0,0125
0,01
0,0081 0,0042
0 N.N.
0,0041
0,004
0
900
1800
2700
3600
8178
14852
21593
23078
0,0376
0,0291
0,0206
0,0167
0,0125
0,0081
0,0042
0,0041
0,004
GALONES TRATADOS
Fecha Hora T equipo ºC T trafo ºC
07-08-2005
07-08-2005
07-08-2005 07-08-2005 07-08-2005
08-08-2005
09-08-2005
15:00
5:30
11:00
14:10
13,7
13,7
28
20
20
30
10-08-2005 10-08-2005
17:00
9:30
8:40
8:43
13:30
22,5
23,2
23,6
21,5
23
28,3
28
28
30
25
30
32
MANTENIMIENTO CON TRANSFORMADOR ENERGIZADO TRANSFORMADOR DE 2 MVA 34.5/0.44 KV- CA: 406C VOLUMEN DE ACEITE : 300 GALS. UBICACIÓN : BOGOTÁ I.C. 15000
10464
10000
5000
0 I.C.
11610
11590
4935 674
1067
1611
2156
3028
0
900
1800
2700
3600
8178
14852
21593
23078
674
1067
1611
2156
3028
4935
10464
11610
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GALONES TRATADOS
Fecha Hora T equipo ºC T trafo ºC
07-08-2005
07-08-2005
07-08-2005
07-08-2005 07-08-2005
08-08-2005
09-08-2005
10-08-2005
10-08-2005
15:00
5:30
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17:00
9:30
8:40
8:43
13:30
13,7
13,7
28
22,5
23,2
23,6
21,5
23
28,3
20
20
30
28
28
30
25
30
32
MANTENIMIENTO CON TRANSFORMADOR ENERGIZADO TRANSFORMADOR DE 2 MVA 34.5/0.44 KV- CA: 406C VOLUMEN DE ACEITE : 300 GALS. UBICACIÓN : BOGOTÁ COLOR 4 3
3
3
3
3
3
3 2,5
2
2
2
1 0 COLOR
0
900
1800
2700
3600
8178
14852
21593
23078
3
3
3
3
3
3
2,5
2
2
GALONES TRATADOS
Fecha Hora T equipo ºC T trafo ºC
07-08-2005
07-08-2005
07-08-2005 07-08-2005 07-08-2005
08-08-2005
09-08-2005
15:00
5:30
11:00
14:10
13,7
13,7
28
20
20
30
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17:00
9:30
8:40
8:43
13:30
22,5
23,2
23,6
21,5
23
28,3
28
28
30
25
30
32
MANTENIMIENTO CON TRANSFORMADOR ENERGIZADO TRANSFORMADOR DE 2 MVA 34.5/0.44 KV- CA: 406C VOLUMEN DE ACEITE : 300 GALS. UBICACIÓN : BOGOTÁ
MANTENIMIENTO CON TRANSFORMADOR ENERGIZADO TRANSFORMADOR DE 2 MVA 34.5/0.44 KV- CA: 406C VOLUMEN DE ACEITE : 300 GALS. UBICACIÓN : BOGOTÁ
MVA: 35, 115/13,8 KV 2695 Galones
NUMERO DE NEUTRALIZACIÓN 0.045 0.04 0.035 R 0.03 O0.025 L 0.02 A V 0.015 0.01 0.005 0 0
7 . 5 1
6 . 6 2
8 . 7 3
8 . 0 5
9 . 4 6
9 . 9 7
PASADAS
. 4 9 8
2 . 2 9
8 . 4 0 1
MVA: 35, 115/13,8 KV 2695 Galones TENSIÓN INTERFACIAL 38 36 34 R32 O30 L 28 A V 26 24 22 20 0
15.7
26.6
37.8
50.8
64.9
79.9
PASADAS
89.4
92.2 104.8
MVA: 35, 115/13,8 KV 2695 Galones INDICE DE CALIDAD 4500 4000 3500 R3000 O2500 L 2000 A V 1500 1000 500 0
0
7 . 5 1
6 . 6 2
8 . 7 3
8 . 0 5
9 . 4 6
9 . 9 7
PASADAS
. 4 9 8
2 8 . . 2 4 9 0 1
MVA: 35, 115/13,8 KV 2695 Galones COLOR 5.0 4.5 4.0 3.5 R O3.0 L 2.5 A2.0 V 1.5 1.0 0.5 0.0 0
15.7
26.6
37.8
50.8
64.9
79.9
PASADAS
89.4
92.2 104.8
MVA: 35, 115/13,8 KV 2695 Galones AGUA 60.0 50.0
R40.0 O L 30.0 A V 20.0 10.0 0.0 0
15.7
26.6
37.8
50.8
64.9
79.9
PASADAS
89.4
92.2 104.8
MVA: 35, 115/13,8 KV 2695 Galones
Equipo para Mantenimiento EN CALIENTE
Equipo para Mantenimiento EN CALIENTE
Equipo para Mantenimiento EN CALIENTE
