Análisis de gases disueltos en aceite del transformador

En este artículo, consideraremos uno de los principales métodos para diagnosticar transformadores: el análisis de gases disueltos en aceite del transformador. A continuación nos contaremos cuándo es recomendable utilizar este método, qué técnicas básicas existen para interpretar sus resultados, y también hablamos de un nuevo dispositivo en la línea de equipos Globecore, que también utiliza el principio de gases disueltos en su trabajo.

Tipos de defectos del transformador

Por la naturaleza del desarrollo, todos los defectos del transformador se pueden dividir en tres grupos:

• defectos en los que el daño al transformador se desarrolla muy rápidamente y ocurre una falla instantánea del equipo;
• daños locales, en los que la falla del transformador ocurre después de unos días o meses. Estos son defectos que se desarrollan rápidamente;
• daños que se desarrollan lentamente, generalmente desde varios meses hasta varios años. Estos son los llamados defectos de desarrollo lento.

En el primer caso, es imposible controlar de alguna manera el estado del transformador y evitar la falla del transformador. Para evitar fallas en caso de que se desarrollen rápidamente defectos, se utilizan sistemas de diagnóstico continuo automatizados. El tercer caso requiere un seguimiento periódico o frecuente, y es en el tercer caso que se debe utilizar el análisis de gases disueltos en aceite del transformador.

Análisis de gases disueltos en aceite del transformador: antecedentes históricos

La función principal del aceite es aislar las partes activas y eliminar el calor de los elementos calefactores del transformador. Durante el funcionamiento del transformador, el aceite se ve influenciado por muchos factores negativos: alta tensión y temperatura, humedad y oxidación. Como resultado, con el tiempo, se produce la descomposición, no solo de las moléculas de aceite, sino también de las moléculas de celulosa que componen el aislamiento sólido del transformador.Durante la descomposición de moléculas, se liberan gases que ingresan al aceite del transformador. Suelen ser metano, etano, etileno, acetileno, propano, propileno, buteno y butano. Además, dependiendo de qué defecto se desarrolle en el transformador, la lista de gases y su composición cuantitativa pueden diferir. Esta característica es la base para el análisis cromatográfico de gases disueltos en aceite de transformador. Por lo tanto, el aceite de transformador, además de su función aislante y disipadora de calor, contiene información de diagnóstico sobre defectos que se desarrollan lentamente. Y la tarea principal es «leer» correctamente y luego interpretar esta información.

Por primera vez, el científico ruso M. Tsvet utilizó el método de cromatografía en 1903 en el estudio de los pigmentos vegetales. Posteriormente, este método se desarrolló en varias áreas de la química, incluida la cromatografía de gases.

Con el tiempo, el análisis cromatográfico de gases disueltos se ha generalizado debido a las ventajas, que se expresan en lo siguiente:

• para el análisis se pueden utilizar muestras tomadas sin desconectar el transformador;
• el método puede usarse para diagnosticar el estado no solo del transformador, sino también de cualquier equipo de energía lleno de aceite;
• se diagnostica una amplia gama de defectos del transformador;
• los efectos se detectan en una etapa temprana de desarrollo, que no está determinada por ningún otro método;
• no sólo se revela la supuesta naturaleza del defecto, sino también la extensión del daño existente.

El método se utiliza para diagnosticar el estado de los transformadores desde los años 60-70 del siglo pasado. Actualmente, el análisis de gases disueltos en aceite del transformador se realiza de acuerdo con las normas ASTM D3612 o IEC 60567.

Análisis cromatográfico de gases disueltos: etapas de realización

En la primera etapa del análisis cromatográfico de gases disueltos, se toman muestras de aceite del transformador utilizando muestreadores especiales, que excluyen el contacto del aceite con el aire atmosférico. Luego, las muestras se envían al laboratorio. Es deseable que no pase más de una semana desde el momento del muestreo hasta su análisis.

Ya en el laboratorio, el análisis de gases disueltos en aceite del transformador se realiza en dispositivos especiales llamados cromatógrafos.

El análisis en sí incluye dos procedimientos. El primero es la extracción de gases del aceite y el segundo es el análisis cromatográfico real de los gases ya liberados. La extracción al vacío o por desorción se utiliza para extraer los gases disueltos del aceite.

El análisis cromatográfico clásico implica trabajar con nueve gases: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, metano, etano, etileno, acetileno, monóxido de carbono y dióxido de carbono.

Análisis cromatográfico de gases disueltos en aceite del transformador: método para hacer el diagnóstico

Para diagnosticar correctamente el daño del transformador basado en el análisis de gases disueltos, es necesario utilizar un método separado. Hasta la fecha, se han propuesto varias de estas técnicas.

 Entre ellos, destacamos:

• Técnica de Rogers;
• Técnica según IEC 60599;
• Técnica SIGRE;
• Triángulo de Duval.

En este artículo, para comprender la esencia, veremos brevemente el método del triángulo de Duval. Fue propuesto en 1974 por el especialista canadiense M. Duvall.

Método del triángulo de Duval

El método del triángulo de Duval es un ejemplo de un enfoque para determinar la naturaleza de un defecto no por un método lógico computacional, sino por un método gráfico.

El método permite trazar un punto en el gráfico presentado en forma de triángulo utilizando los valores de las concentraciones de tres gases (C2H2, C2H4, CH4). El área del triángulo, según el método de Duval, se divide en siete zonas. Cada zona corresponde a una determinada condición de defecto del transformador. Se consideran un total de siete condiciones de defecto. El tipo de defecto viene determinado por la pertenencia de un punto a una zona específica.

En el uso práctico de este método, es necesario encontrar el porcentaje de cada gas, colocarlo en el lado correspondiente del triángulo y dibujar tres líneas desde cada punto paralelas al lado rezagado, que se cruzan en un punto. La ubicación de este punto determinará la zona y el defecto diagnosticado.

El método considerado no solo muestra claramente el «lugar» del defecto, sino que también permite observar la trayectoria de su desarrollo, cuando después de un cierto tiempo se realizan varios análisis cromatográficos de gases disueltos y los puntos obtenidos se grafican sucesivamente en el triángulo.

Dispositivo TOR-2 para medir el contenido de hidrógeno y humedad en aceite del transformador

Los requisitos para trabajar con grandes cantidades de gases hacen que el equipo utilizado en el proceso de análisis cromatográfico sea caro. Teniendo en cuenta que el hidrógeno constituye aproximadamente el 59% de todos los gases formados durante la descomposición del aceite y el aislamiento sólido, su contenido en aceite puede considerarse un criterio informativo para diagnosticar defectos de desarrollo lento en un transformador.

Para aumentar el contenido de información, el dispositivo TOR-2 fabricado por GlobeCore complementa la determinación del contenido de hidrógeno con otra función: la medición del contenido de humedad.

El proceso de análisis de aceite es simple y rápido para que lo realice una sola persona. Después del muestreo, es necesario encender el dispositivo, hacer el vacío en el vaso de precipitados, poner el aceite del muestreador en el vaso de precipitados y luego iniciar el proceso de medición.Los primeros resultados para del contenido de humedad estarán disponibles en el panel LCD en diez minutos y para el contenido de hidrógeno en treinta minutos. Para facilitar la operación y el procesamiento de datos, el dispositivo tiene una mini impresora incorporada, con la que siempre puede imprimir un cheque con los resultados de las pruebas.

La precisión de medición del dispositivo TOR-2 se logra debido a las características de diseño de los sensores y su contacto directo con el aceite. El rendimiento del sensor de humedad capacitivo no se ve afectado por los contaminantes en la muestra de aceite. Y el sensor de hidrógeno solo detecta hidrógeno y no es sensible a otros gases.

El dispositivo GlobeCore es versátil y se puede utilizar para detectar defectos de desarrollo lento no solo en transformadores, sino también en cables llenos de aceite, pasatapas de alta tensión, reactores de derivación y cambiadores de tomas en carga.

Al aplicar diagnósticos rápidos de transformadores con la ayuda del dispositivo TOR-2, usted determina oportunamente los defectos que se desarrollan lentamente, logra evitar daños en los equipos de energía llenos de aceite a tiempo, aumenta la confiabilidad del suministro de energía y ahorra dinero en el mantenimiento de este equipo.