Sebastián Lauria - Laboratorio Dr. Lantos. Uruman 2015 MANTENIMIENTO PROACTIVO DE TRANSFORMADORES

Transcripción

1 Sebastián Lauria - Laboratorio Dr. Lantos Uruman MANTENIMIENTO PROACTIVO DE TRANSFORMADORES

2 La función del personal de mantenimiento 2 MANTENIMIENTO PROACTIVO Identificar fallas potenciales. Toma de decisiones de mantenimiento. Desviar la tendencia.

3 3 Seguridad y Confiabilidad del Transformador Mantenimiento de las propiedades del aceite Mantenimiento de las propiedades del aislante sólido Aseguramiento de La buena salud eléctrica del Transformador Análisis de riesgo. Toma de decisión.

4 La función del aceite que llena el Transformador 4 El aceite dieléctrico debe: Aislar bobinados. Disipar calor. Proteger la aislación sólida. Asegurar una larga vida en servicio. Servir como herramienta de diagnóstico.

5 Qué es un aceite de Transformador? 5 Lineales Parafínicos Ramificados Composición química Nafténicos Aromáticos

6 Típica Molécula de aceite 6

7 Comportamiento del Aislante 7 CAUSAS DEL ENVEJECIMIENTO DEL ACEITE Contacto con aire: oxígeno. Condiciones de servicio: Temperatura alta. Contacto con agua. Generación de sustancias polares: reacción autocatalítica. Presencia de metales: cobre y hierro actúan como catalizadores. Otros catalizadores: celulosa, stress eléctrico.

8 Comportamiento del Aislante 8 SINTOMAS DE LA DEGRADACIÓN DEL ACEITE OSCURECIMENTO GENERACIÓN DE SUSTANCIAS POLARES FORMACIÓN DE ÁCIDOS OLOR PRECIPITACIÓN DE LODOS DETERIORO DE LAS PROPIEDADES DIELÉCTRICAS

9 Cómo está nuestro aceite? 9 PROPIEDADES BÁSICAS DEL ACEITE Los siguientes ensayos son suficientes para determinar si el aceite es apto para operar: Rigidez dieléctrica* ASTM D 1816 / 877 IRAM 2341 IEC Acidez AN (TAN) ASTM D 974 ASTM D 664 Tensión interfacial (TIF) ASTM D 2285 ASTM D 971 Aditivo antioxidante (AO) IEC ASTM D 4768 ASTM D 2668 Contaminación con agua* ASTM D 1533 Factor de potencia (tg δ) ASTM D 924 IRAM 2340 IEC * Ensayos acreditados bajo ISO 17025

10 Cómo está nuestro aceite? 10 Propiedades de - RIGIDEZ DIELÉCTRICA ASTM D 1816 / 877 IRAM 2341 IEC Reporta el voltaje (potencial) al cual ocurre una descarga entre 2 electrodos. Emula la condición en servicio del aceite, que ocupa espacios entre superficies metálicas con altas diferencias de potencial eléctrico. Categoría del equipo según tensión nominal (kv) Valores recomendandos s nuevos (kv) Valores límites - s en servicio (kv) Buena Regular Mala U > 400 > 60 > a 60 < < U 400 > 60 > a 60 < 50 72,5 170 > 60 > a 50 < 40 U < 72,5 > 55 > a 40 < 30 Ref: ASTM, JOHNSON, PEARCE, LANTOS, IEC 60422

11 Propiedades de - RIGIDEZ DIELÉCTRICA 11 Ref: YPF,varios

12 Cómo está nuestro aceite? 12 Propiedades de - ACIDEZ (AN) ASTM D ASTM D 664 Es un índice que mide la degradación ó envejecimiento del aceite. Se determina a través de la cantidad de álcali necesaria para neutralizar la acidez contenida en un gramo de aceite. Categoría del equipo según tensión nominal (kv) Valores recomendandos - s nuevos (mg KOH/g) Valores límites - s en servicio (mg KOH/g) Buena Regular Mala U > 400 máx. 0,03 < 0,10 0,10 a 0,15 > 0, < U 400 máx. 0,03 < 0,10 0,10 a 0,15 > 0,15 72,5 170 máx. 0,03 < 0,10 0,10 a 0,20 > 0,20 Ref: IEC, ASTM, LANTOS, IEC U < 72,5 máx. 0,03 < 0,15 0,15 a 0,30 > 0,30

13 13 Acidez Ref: YPF,varios Acido Acido Acido Acido Acido Acido Acido Acido Acido

14 Acidez Período de Inducción Oxidación acelerada Saturación 14 Acidez Tiempo Ref: YPF,varios

15 Cómo está nuestro aceite? 15 Propiedades de - TENSION INTERFASIAL (TIF) ASTM D 2285 ASTM D 971 Es un parámetro relacionado con la estabilidad química del aceite. Permite detectar la aparición de sustancias oxidadas solubles. Categoría del equipo según tensión nominal (kv) Tipo de aceite Valores recomendandos - s nuevos (mn/m) Valores límites - s en servicio (mn/m) Buena Regular Mala Todos s inhibidos mín. 35 > a 28 < 22 Todos s no inhibidos mín. 35 > a 25 < 20 Ref: ASTM, IEC, JOHNSON, LANTOS, IEC 60422

16 Tensión interfacial Período de Inducción Oxidación acelerada Saturación 16 Tensión interfacial Acidez Ref: YPF,varios Tiempo

17 Cómo está nuestro aceite? 17 Propiedades de - CONTENIDO DE INHIBIDOR DE OXIDACIÓN Categoría del equipo según tensión nominal (kv) Valores límites - s en servicio (%)* Buena Regular Mala Todos > 60 % del valor original 40 % a 60 % del valor original < 40 % del valor original Ref: HERGUTH, CRINE, JCFITCH, LANTOS, IEC * Solo para aceite inhibidos

18 Cómo está nuestro aceite? ASTM D CONTAMINACIÓN CON AGUA La presencia de agua disminuye la rigidez dieléctrica y acelera la degradación del aislante sólido.

19 AGUA 19 Equilibrio de humedad entre aceite y aislante sólido Ref: YPF,varios

20 Cómo está nuestro aceite? ASTM D CONTAMINACIÓN CON AGUA FUENTES Agregado de aceite húmedo CAUSAS Agregado de aceite no tratado Contaminación con aire húmedo Degradación de la celulosa y aceite Toma de muestra incorrecta Saturación de la sílica-gel (venteo) Envejecimiento del aislante sólido y del aceite Contaminación de la muestra Categoría del equipo según tensión nominal (kv) Valores recomendandos s nuevos (mg/kg) Valores límites - s en servicio (mg/kg) Buena Regular Mala U > 400 < 10 < a 20 > < U 400 < 10 < a 20 > 20 72,5 170 < 10 < a 30 > 30 U < 72,5 < 20 < a 40 > 40 Ref: IEC 60422

21 Cómo está nuestro aceite? 21 FACTOR DE POTENCIA TANGENTE δ ASTM D 924 IRAM 2340 Mide un parámetro adimensional que se relaciona con las pérdidas dieléctricas causadas por el aceite. Los cambios se pueden detectar en forma mucho más temprana que otros métodos químicos. Categoría del equipo según tensión nominal (kv) Valores recomendandos - s nuevos (a 90 ºC y Hz) Valores límites - s en servicio (a 90 ºC y Hz) Buena Regular Mala U > 400 máx. 0,010 < 0,10 0,10 a 0,20 > 0, < U 400 máx. 0,010 < 0,10 0,10 a 0,20 > 0,20 72,5 170 máx. 0,015 < 0,10 0,10 a 0,50 > 0,50 U < 72,5 máx. 0,015 < 0,10 0,10 a 0,50 > 0,50 Ref: LANTOS, IEC 60422

22 Tangente Delta Tangente delta = Watt (energía disipada) V.A (efectivo) 22 en un campo sinusoidal Ref: YPF,varios

23 Cómo está nuestro aceite? Los siguientes ensayos son complementarios para la correcta evaluación del estado del aceite. 23 Ensayos Complementarios Viscosidad ASTM D 445 Densidad* ASTM D Partículas sólidas ISO Punto de inflamación* ASTM D 92 Punto de escurrimiento ASTM D 97 Aspecto y Color ASTM D 1500 Corrosión al cobre* ASTM D 130 Azufre corrosivos ASTM D 1275 Estabilidad a la oxidación IEC 1125 Sustancias polares ASTM D 1902 Limpieza VDE 0370 Lodos IEC Residuo Carbonoso ASTM D 189 Cenizas ASTM D 482

24 Comportamiento del aislante sólido 24 Degradación del aislante sólido Debido a ácidos, calor, agua y oxígeno Barniz protector Descascaramiento Papel Kraft Papel Crépe Presspan Rotura Tela Cambric Madera Ref: LANTOS

25 Estrucutra del Papel 25

26 Comportamiento del aislante sólido. 26 Métodos de Monitoreo Análisis de aceite Análisis de papel La muestra se puede extraer en cualquier momento La muestra se puede extraer sólo cuando se desencuba el transformador Relación CO CO2 Cromat. Gaseosa COMPUESTOS FURANICOS (HPLC) RESISTENCIA A LA TRACCION GRADO DE POLIMERIZACIÓN CO, CO2 pueden indicar degradación del papel pero no son específicos. Compuestos furánicos son específicos para celulosa, no son producidos por el aceite La degradación del papel produce fragilidad Ref: CIGRE, LANTOS

27 Comportamiento del aislante sólido 27 Compuestos furánicos (HLPC) - IEC ASTM D 5837 Diagnóstico Al degradarse el papel, Presspan y madera, pierden flexibilidad y se cuartean. Producen compuestos furánicos que se transfieren al aceite. Búsqueda de productos de degradación de la celulosa en el aceite. FAL Furfural (2-furfural) HMF Hidroximetil furfural (5-hidromexil-2-furfural) FOL Furfuril alcohol ( 2-furfurilalcohol) ACF Acetil furfural (2-acetilfurano) MEF Metil furfural (5-metil-2-furfural) Acidos furánicos Nuevo Envejecimiento normal Dudoso Envejecimiento avanzado < 0,02 ppm 0,02 0,1 ppm 0,1 1 ppm > 1 ppm Ref: CIGRE, LANTOS -Frecuencia bianual -

28 DP Gráfico furanos vs DP ,5 1 1,5 2 2,5 3 Total Furanos (ppm)

29 Análisis de gases disueltos 29 de transformador no afectado por falla eléctrica

30 Análisis de gases disueltos 30 de transformador falla eléctrica en curso

31 Análisis de gases disueltos 31 de transformador molécula afectadas por la falla eléctrica Livianas: gas Pesadas: carbón

32 Análisis de gases disueltos 32 de transformador mezcla de gases incorporados en el aceite

33 33 El Estado Eléctrico Interno del Transformador Proceso de decisión 1 DETECCIÓN 2 DIAGNÓSTICO 3 ACCIÓN PROACTIVA

34 El Estado Eléctrico Interno del Transformador DETECCION DEL PROBLEMA Monitoreo contínuo de gases. Muestreo periódico. Análisis de gases disueltos - ASTM D IEC Ref: SAVIO, CONS.EDISON N Y, LANTOS

35 El Estado Eléctrico Interno del Transformador DIAGNÓSTICO (cont) Límites admisibles de concentraciones : criterio práctico Metano Etileno Etano Acetileno Hidrógeno Monóxido de carbono Gases Clave CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 C 2 H 2 H 2 CO Concentración máxima admisible 100 ppm 100 ppm 100 ppm 8 ppm 300 ppm 600 ppm Si al menos un gas se encuentra por encima de las concentraciones límites admisibles, se aplican los métodos de diagnóstico y se identifica el tipo de falla.

36 El Estado Eléctrico Interno del Transformador DIAGNÓSTICO (cont) Gases Método Concentración Clave IEC Interpretación de gases disueltos en aceite aislante máxima Tipo de Falla C2H2 C2H4 CH 4 H2 C 2 H 4 C 2 H 6 Descargas parciales NS (1) < 0,1 < 0,2 Descargas baja energía > 1 0,1 0,5 > 1 Descargas alta energía 0,6 2,5 0,1-1 > 2 Sobrecalentamiento leve T < 300º C Sobrecalentamiento moderado 300º C < T < 700º C Sobrecalentamiento severo T > 700º C NS (1) > 1 pero NS (1) < 1 < 0,1 > < 0,2 > 1 > 4 (1) NS = No significativo cualquiera sea el valor. Ref:IEC

37 El Estado Eléctrico Interno del Transformador DIAGNÓSTICO (cont) Triángulo de Duval DP D1 D2 Descargas parciales Descargas baja energía Descargas alta energía T1 Sobrecalentamiento, t < 300 ºC T2 Sobrecalentamiento, 300 ºC <t< 700 ºC T3 Sobrecalentamiento, t > 700 ºC D+T Descargas + sobrecalentamiento

38 El Estado Eléctrico Interno del Transformador 38 CASO DE ESTUDIO Transformador de 40 MVA

39 El Estado Eléctrico Interno del Transformador CASO DE ESTUDIO - Transformador de 40 MVA 39 CROMATOGRAFÍA DE GASES DISUELTOS GASES DISUELTOS EN ACEITE AISLANTE 05/1997 NUEVO 03/ meses 03/ meses 03/ meses 03/ ½ meses 04/ meses Metano ppm Etileno ppm Etano ppm Acetileno ppm Hidrógeno ppm Monóxido de carbono ppm Dióxido de carbono ppm Oxigeno ppm Nitrógeno ppm Gases combustibles ppm Gases totales %v

40 El Estado Eléctrico Interno del Transformador 40 CASO DE ESTUDIO - DIAGNOSITCO (cont.) METODO IEC Usa la relación entre gases Tipo de Falla C2H2 C2H4 CH 4 H2 C 2 H 4 C 2 H 6 ACETILENO/ ETILENO C2H2 C2H = 0 Descargas parciales NS (1) < 0,1 < 0,2 METANO/ HIDROGENO CH4 H = 8 Descargas baja energía > 1 0,1 0,5 > 1 ETILENO / ETANO C2H4 C2H = 6 Descargas alta energía 0,6 2,5 0,1-1 > 2 DIAGNOSTICO: FALLA TÉRMICA Sobrecalen tamiento T < 300º C Sobrecalen tamiento 300º C < T < 700º C NS (1) > 1 pero NS (1) < 1 < 0,1 > ALTA TEMPERATURA > 700 ºC / 1300 ºF CONTACTOS DEFECTUOSOS Sobrecalen tamiento T > 700º C < 0,2 > 1 > 4

41 CONEXIÓN DE TERMINAL FLOJO, CARBONIZADO (FALTABA UN TORNILLO PASANTE) 41

42 VISTA DE LA CONEXIÓN ENTRE EL CAMBIADOR Y EL NÚCLEO. FALTA EL TORNILLO ALLEN Y EL TERMINAL ESTÁ FLOJO. 42

43 DEPÓSITOS CARBONOSOS SOBRE EL TERMINAL 43

44 El Estado Eléctrico Interno del Transformador CASO DE ESTUDIO - Transformador de 40 MVA 44 CROMATOGRAFÍA DE GASES DISUELTOS GASES DISUELTOS EN ACEITE AISLANTE 05/1997 NUEVO 03/ meses 03/ meses 03/ meses 03/ ½ meses 04/ meses 04/2000 Reparación 35 ½ meses Metano ppm Etileno ppm Etano ppm Acetileno ppm Hidrógeno ppm Monóxido de carbono ppm Dióxido de carbono ppm Oxigeno ppm Nitrógeno ppm Gases combustibles ppm Gases totales %v

45 El Estado Eléctrico Interno del Transformador 45 Acción Proactiva DETECTE PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN TEMPRANA IDENTIFIQUE LOS PRODUCTOS ANTES DE QUE DAÑEN AL TRANSFORMADOR UTILICE LAS HERRAMIENTAS DE DIAGNÓSTICO COMPLEMENTE CON ENSAYOS ELÉCTRICOS MEJORE LA CONDICIÓN ELÉCTRICA DEL TRANSFORMADOR

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