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Unidad 2. Obra electromecánica. Primeros montajes. Aceites minerales aislantes para transformadores de potencia

Aceites minerales aislantes para transformadores de potencia Antecedentes Los aceites aislantes son materiales en estado líquido provenientes de una fracción de la destilación del petróleo. Por el origen del petróleo del cual se extrajo, pueden clasificarse en dos tipo: los de bases nafténicas, que encontramos comúnmente en petróleos extranjeros; y los de base parafínica como el que se extrae de nuestro petróleo nacional. Las funciones del aceite aislante dentro de un transformador son: 1.- aislante eléctrico 2.- disipador térmico 3.- extintor de arqueo 4.- anticorrosivo Las características dieléctricas requeridas para un tipo de aparato pueden ser marcadamente diferentes de aquellas necesarias para otro equipo y el aceite mineral cumple con todas ellas. Por ejemplo, las resistencia a la oxidación es un factor muy importante en un transformador pero no lo es tanto en un interruptor, en el cual en cambio se requiere de la propiedad o característica del aceite para extinguir rápidamente el arco en la operación de apertura y cierre. Las características que hicieron válido que el aceite mineral fuera por fin aceptado son: 1.- Actúa como material aislante y dieléctrico. 2.- Se encarga de la transferencia de calor, actúa como medio de enfriamiento. 3.- Protege el aislamiento sólido, actúa como una barrera entre el papel y los efectos dañinos del oxígeno y la humedad. 4.- A través del aceite pueden conocerse las condiciones internas del equipo; actúa como una herramienta de diagnóstico para la evaluación del aislamiento sólido. Los dos materiales más utilizados como aislantes en los transformadores son: el papel kraft (aislamiento solido) y aceite aislante (aislamiento líquido). En realidad el medio aislante o dieléctrico más importante en el equipo es la combinación de ambos materiales.

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Mientras más tiempo esté en operación el transformador, se afectan más rápido las propiedades dieléctricas del aceite, de lo que se afectan a las propiedades del aislamiento sólido. Las características del aceite, en relación con la transferencia de calor, cambiaran muy lentamente, a medida que el aceite envejece en servicio. El transformador se mantiene unido, por el papel que constituye el aislamiento sólido. La acción del calor, el oxígeno y la humedad sirven para descomponer el papel y reducir su resistencia mecánica. El 85 % de todas las fallas del transformador se deben a que el papel se ha debilitado hasta el punto en que ya no se puede recuperar del esfuerzo. El aceite protege de la acción del calor, del oxígeno y la humedad.

Figura 1. Procesos de degradación del aislamiento

El aceite no va a durar para siempre, por eso es muy importante que en donde quiera que se utilice, se asegure que las condiciones y especificaciones sean las adecuadas para mantenerlo el mayor tiempo posible en servicio. En CFE el almacenamiento del aceite en tambores es el procedimiento más usado. En este caso debe estar bajo techo y no expuesto a cambios de temperatura y colocados en forma vertical. Para el transporte del aceite se usaran camiones tipo pipa y tambores. Los tanques de los camiones pipa deben sellar herméticamente y ser de acero inoxidable o aluminio para evitar la oxidación. Para el transporte en tambores estos deben ir en posición vertical y tapados con lona o en transporte cerrado. Al recibir el aceite en el sitio, es conveniente determinar en cada recipiente su rigidez dieléctrica, factor de potencia y aspecto visual, si se encuentra en buen estado se procede a descargarlo para su tratamiento. Con los proceso previos al llenado de los transformadores se pretende que el aceite aislante se encuentre libre de humedad y gases por lo general aire

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o contaminantes que casi siempre están en cantidades superiores a los límites de operación, aun en aceites recién obtenidos de fábrica. Con relación a lo anterior se puede decir que un transformador que ha sido acondicionado adecuadamente para su instalación, tiene una expectativa de vida útil de 20 años.

Muestreo La determinación de la calidad de un aceite aislante, se realiza por medio de una serie de pasos. El éxito de cada parte del proceso inicialmente depende del buen cumplimiento del paso anterior. Como el muestreo es el principio del proceso, debe considerarse como el evento más importante del análisis. Un mal muestreo no solo representa un dato inútil, sino además, significa una pérdida de tiempo, materiales y esfuerzo, por lo que el responsable de esta función debe conocer los requisitos básico del muestreo. Para la realización de un análisis completo de pruebas físico-químicas se recomienda una muestra de 4 litros de aceite, para un análisis de rutina se requiere 2 litros de aceite en frascos de vidrio o de polietileno, de preferencia nuevos, con el fin de evitar la contaminación de la muestra. Para un análisis de gases se necesita una jeringa de 50 a 100 ml de aceite y para una prueba de BPC´s o Askarel con 20 ml de aceite es suficiente. Las condiciones del aceite de una muestra deben representar lo mejor posible a las del aceite contenido dentro de un equipo. No se debe realizar muestreo en aceite cuando este lloviendo o la humedad relativa sea superior al 60 %.

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Pruebas Las pruebas a los aceites se pueden clasificar por su naturaleza en físicas, químicas y eléctricas, pero también pueden clasificarse por su aplicación, en pruebas de rutina en campo y en laboratorio, de fábrica o aceptación y rechazo de lote. La prueba de rutina son las que realizamos durante el mantenimiento, son aquellas que determinan una propiedad que se va degradando con el envejecimiento. Las pruebas de fabrica, aceptación y rechazo, son aquellas que nos dan la confiabilidad y calidad de un aceite, son de origen, por lo general son más completas, específicas y minuciosas. Las pruebas realizadas al aceite mineral aislante de acuerdo al documento de pruebas pre operativas en subestaciones de transmisión y distribución (alcances del contratista) son:

1. Rigidez dieléctrica La rigidez o tensión a soportar un esfuerzo estamos midiendo la corriente, su valor es partículas sólidas.

la ruptura dieléctrica de un aceite es la habilidad para eléctrico. Esta prueba se realiza en campo. Con ella resistencia momentánea de un aceite al paso de la afectado por la humedad excesiva, las burbujas, o las

Esta prueba aunque solo nos da un diagnóstico de bueno o malo, es muy útil cuando tenemos que evaluar un lote grande de tambores de aceite, con ella podemos discriminar fácil y rápidamente aquellos tambores que deben ser separados para no dañar el resto al momento de mezclarlos. El aparato de prueba consiste de un transformador y un regulador de voltaje, un voltímetro, un interruptor y una copa de prueba. La copa de prueba cuenta con dos electrodos que pueden ser de tipo plano o semiesférico.

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2. Factor de potencia Debido a que siempre existe una pequeña corriente de fuga que atraviesa el aislamiento, la cual es causada por una carga capacitiva y es denominada “perdidas dieléctricas”. Con el factor de potencia se miden las perdidas dieléctricas a través del aceite o de los aislamientos, por lo cual está asociado a su calidad como medio aislante. La prueba de pérdidas dieléctricas es una buena herramienta para juzgar con mayor criterio las condiciones del aislamiento y es recomendada para evaluar la contaminación o degradación por envejecimiento. La finalidad de la prueba es detectar con anticipación la evolución de una falla de posibles consecuencias catastróficas, además de programar oportunamente el reacondicionamiento del aceite o de los aislamientos.

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Figura 2. Vista frontal del equipo para medir factor de potencia. Marca doble ingenering.

Factor de potencia a 25 °C y a 100°C: Es la razón de la potencia disipada en mili watts al producto de los milivoltampers de entrada al sistema. Se define por un número que indica el grado de aprovechamiento de la potencia. Se determinan las pérdidas de las propiedades dieléctricas en el aceite y por lo tanto la cantidad de energía disipada como calor. Bajos valores de factor de potencia indican bajas pérdidas dieléctricas y a mayores temperaturas la presencia de contaminantes se hace más notoria.

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Figura 3. Valores recomendados y valores límite.

3. Resistividad

En Mega Ohms-cm (MΩ-cm), es la razón del gradiente de potencial directo (C.D.) en Volts/cm paralelo al flujo de corriente en la muestra a la densidad de corriente en Amperes / cm2 en un instante dado de tiempo y bajo condiciones de prueba.

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Esto es numéricamente igual a la resistencia que se opone a que fluya una corriente directa a través del volumen de un cubo de caras opuestas de un centímetro de lado que contiene aceite. Una alta resistividad refleja bajo contenido de iones libres, partículas formadas de iones, y una baja concentración de contaminantes conductores.

Valores de referencia

4. Análisis físico – químico completo Una vez que se tienen las muestras, estas se enviarán a un laboratorio para el análisis esperando valores de acuerdo a la siguiente tabla:

Montaje de interruptores de potencia