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Estimación de la vida útil del transformador de poder mediante análisis de contenido de compuestos furánicos
Artículo gentileza Janet Méndez Celis, Jefa de Laboratorio de Jorpa Ingeniería. Mayor información en www.jorpa.cl

Desde inicios de los 80, se utiliza el análisis de compuestos furánicos para estimar la vida útil remanente de los transformadores de poder y otros equipos eléctricos.

La vida útil de un equipo eléctrico está ligada a la vida de la aislación de papel, que es el componente más débil. Al inicio de su vida útil dentro del transformador, este polímero tiene alrededor de 1.000 moléculas de celulosa (grado de polimerización o DP).

Cuando el transformador entra en servicio, el papel comienza su degradación y va perdiendo moléculas. Cuando su grado de polimerización llega a 200, el papel ya ha perdido el 50% de su resistencia mecánica. Las vibraciones propias del funcionamiento del transformador pueden romperlo fácilmente. De esta manera, un DP de 200 nos indica el final de la vida útil del transformador.

Existe una medición directa del grado de polimerización, en la que se obtienen muestras de papel desde las bobinas del equipo. Ahora bien, este es un procedimiento invasivo y solo puede realizarse en caso de reparación mayor.


Factores que influyen en la degradación del papel

Temperatura: Según McNutt, cada 6 a 8 grados Celsius de aumento de temperatura, la vida de la aislación de papel se reduce a la mitad. Es muy importante la temperatura inicial.

Humedad: La razón de degradación del papel es directamente proporcional al contenido de agua. Por ejemplo, si el contenido de agua disminuye en el papel desde 1% a 0,5 %, se dobla la vida útil del aislante.

Oxígeno: Se ha observado que una alta concentración de oxígeno (comparado a un ambiente bajo en este gas) sobre el envejecimiento del papel Kraft está en la razón de 2,5 a 1.


Factores de diseño del transformador que influyen en la degradación del papel

Tipo de papel aislante: El papel TU (tratado térmicamente) produce menor cantidad de compuestos furánicos. El papel nomex es una fibra sintética y no produce compuestos furánicos, al igual que los barnices eléctricos.

Sistema de conservación: Los ambientes ricos en oxígeno aceleran el envejecimiento de la aislación de papel.

Coeficiente de partición: La concentración de compuestos furánicos tiene un equilibrio entre el papel y el aceite, el que es afectado por la temperatura y calidad del aceite. Existen otros factores en estudio: el diseño del transformador tipo-núcleo (core) y transformador tipo-acorazado (shell), pues estos muestran distintas concentraciones de compuestos furánicos.

Descargas eléctricas y altas temperaturas: Pueden dañar localmente la aislación de celulosa y no producen cantidades significativas de compuestos furánicos.


Estimación Vida remanente

Se debe tener en cuenta que las actividades de mantención realizadas al aceite reducen la concentración de compuestos furánicos. El tratamiento de desgasificado, filtrado y secado disminuye entre 20% y 40% la concentración de 2-furfural. El proceso de regeneración del aceite disminuye los compuestos furánicos alrededor de 90% a 100%. Por esta razón, es muy importante monitorear la concentración de compuestos furánicos periódicamente, antes e inmediatamente después de algún tratamiento al aceite, y tres meses después (una aproximación de cuando los compuestos furánicos presentes en el papel entran en equilibrio nuevamente con el aceite).

Los resultados de análisis de compuestos furánicos deben ser tratados cuidadosamente. DOBLE recomienda un esquema para determinar la diferencia entre envejecimiento normal y envejecimiento acelerado basado en el tipo de aislación y sistema de preservación del transformador.

Se ha observado que los transformadores de estas categorías producen diferentes cantidades de compuestos furánicos a razones variables y no pueden ser agrupados en una población única. El uso de razones de acumulación ayuda a determinar si el transformador nuevo puede tener una condición de sobrecalentamiento anormal, mucho antes que considerando solo la concentración límite.


Guías adicionales para estimar el DP desde la concentración de 2-furfural usando la ecuación de Chendong

Para aislación de papel kraft en sistemas con respiradero libre: Puede usar la ecuación Chendong para proveer sentido general del DP promedio basado en la concentración de 2-furfural. Sin embargo, es mejor tener datos de la población de transformadores para verificar las relaciones.

Valores de 2-furfural =1000 µ/L alertan para realizar un monitoreo anual.

 DP estimado = 800  Aislación celulósica en buenas condiciones
 DP estimado <800 ≥400  Aislación celulósica en mediano estado
 DP estimado <400  Aislación celulósica en el último tercio de su vida útil

Para aislación de papel Kraft en sistemas sellados: Puede usar la ecuación Chendong para proveer sentido general del DP promedio basado en la concentración de 2-furfural. No obstante, se debe confiar más en la razón de acumulación de 2-furfural.

Para Aislación de papel TU (proceso diacindiamida) en sistemas con respiradero libre:

 Concentración de 2-furfural  
 <100 µ/L  Envejecimiento normal si el transformador tiene más de 5 años
 = 100 <700 µ/L  Vida media (examine la razón)
= 700 µ/L Posiblemente se encuentra en el último tercio de vida útil. La unidad debe ser monitoreada

Para Aislación de papel TU (proceso diacindiamida) en sistemas sellados:

 Concentración de 2-furfural  
 <100 µ/L  Envejecimiento normal si el transformador tiene más de 5 años
 = 100 <500 µ/L  Vida media (examine la razón)
 = 500 µ/L Posiblemente se encuentra en el último tercio de vida útil. La unidad debe ser monitoreada

El análisis de la tendencia es muy importante para distinguir entre envejecimiento a largo plazo y eventos térmicos.

Bibliografía

1. Lance Lewand: Practical Experience Gained Furanic Compound Analysis; 2006.

2. Tapan K. Saha: Review of modern Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers;
    2003.

3. Electra Nº 261: Furanic Compounds for Diagnosis, Brochure Nº 494; 2012.

4. W.J. McNutt: Insulation Thermal Life considerations for Transformer Loading Guides; 1992.

5. B. Pahlavanpour, M. A. Martins and A. de Pablo: Experimental Investigation into the Termal Ageing of Kraft Paper
    and Mineral Insulating Oil; 2002.

Noviembre 2013
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Comentarios acerca de este artículo
jorge AySA (17/01/2019)
Buen día. me fue de suma importancia para interpretar el tema de la degradación del papel y vida útil de la maquina.
gracias, saludos.
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