09 de marzo de 2017

Para diagnóstico de la criticidad el “Agua en el transformador (papel o aceite)”, Sea Marconi utiliza sus propias métricas de diagnóstico, en este caso:

Se interpretan los signos visuales del transformador (y aquellas de posible inspecciones interna)

Mediante el análisis del aceite y de los papeles (si están disponibles como resultado de una inspección interna) se identifican los síntomas y se evalúan los cofactores. Uno de éstos es indudablemente la temperatura, tanto de muestreo como de temperatura ambiente. Al mismo tiempo, es necesario evaluar la degradación del aceite, el tipo de aceite (entre parafinas y nafténicos hay diferentes grados de solubilidad, que es aún más evidente para los ésteres naturales, que pueden ser solubilizados hasta 10 veces más que los aceites minerales) y la concentración y el tipo de aditivos.

Los límites recomendados en IEC 60422 para el agua en el aceite para  un transformador recién llenado y antes de la energización  son:

tratta dalla Table 3 – Recommended limits for mineral insulating oils after filling in new electrical equipment prior to energization – IEC 60422 ed. 4-2013

Siempre la misma regla en p. 28 indica los valores límite de agua recomendados para un transformador en funcionamiento:

A partir de los resultados analíticos de la prueba “agua en aceite”, existen varios métodos (con diferentes niveles de precisión) para evaluar el estado de hidratación de la celulosa, es decir, el agua absorbida por los papeles. En primer lugar, es necesario distinguir entre los métodos directos, que implican el análisis de las muestras de papel tomadas en la inspección interna, y los métodos indirectos, a través de fórmulas matemáticas y diagramas.

Por ejemplo, la norma técnica IEC 60422 permite (ver Tabla a continuación) estimar las condiciones de humedad del aislante sólido (papel). Para obtener esta estimación, es necesario calcular (ver fórmulas a continuación) la saturación del agua en aceite, es decir, la concentración máxima de aceite que puede solubilizar en el aceite a una cierta temperatura.

Ws = Saturación del agua en el aceite (en valores absolutos)
Woil, B = Constate.
T = Temperatura en ºk
Wrel = Saturación del agua en el aceite (en valores absolutos)
Wabs = Contenido de agua en el aceite.

Después de calcular la saturación del agua en aceite en términos porcentuales, gracias a la tabla siguiente (Tabla A.1 – IEC 60422 y 4-2013) es posible obtener una estimación de la humedad de los papeles: Papel seco, moderadamente húmedo, húmedo , extremadamente húmedo.

Tabla A.1 - Directrices para interpretar datos expresados en porcentaje de saturación – IEC 60422 ed. 4-2013
T. V. Oommen, “Moisture Equilibrium Charts for Transformer Insulation Drying Practice”, IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol, PAS-103, No. 10, October 1984

Para la integración, es posible utilizar las diferentes curvas de equilibrio (curvas de Fabre-Pichon, 1960, curvas de Oommen, 1983, curvas de Griffin, 1988, curvas de Koch, 2005). Se trata de diagramas elaborados en base a diferentes casos de aplicaciones que permiten predecir científicamente la cantidad media de agua absorbida en los papeles, en función de la temperatura media de ejercicio. Posteriormente, conociendo el peso total de papel y aceite, es posible hacer un balance de masa del agua total presente en el transformador, tanto en papel como en aceite.

Como alternativa a la determinación indirecta descrita anteriormente, también existe la posibilidad de emplear una metodología directa.
En presencia de una muestra de papel impregnado de aceite, es posible determinar la cantidad de agua en el papel por medio de un protocolo específico para extraer agua a través de un gas portador (por ejemplo, nitrógeno caliente). El agua extraída se determina por el método cuantitativo de Karl Fisher (método IEC 60814). Esta concentración (mg / kg) permite calcular el porcentaje de agua relativa a la masa de la muestra de papel en análisis.

Sea Marconi ha empleado recientemente este metodoa  para un importante Fabricante de transformadores internacionales. La medición de la humedad de los papel ha permitido comprender mejor el proceso de secado del transformador y optimizar todo el proceso de producción.

 Gracias a la base de datos se estudia la historia familiar o subjetiva (buscando por ejemplo fallas y/o fallos en máquinas gemelas);

 Se pretende monitorear los factores de incertidumbre, la velocidad y la evolución en el tiempo (trend) de los indicadores sintomáticos durante las fases del ciclo d evita. Para ello, es importante liberarse de la temperatura de muestreo (que cambia en relación con el perfil de funcionamiento) renormalizando el resultado analítico del agua en aceite a una temperatura de 20 ° C (vd. IEC 60814]. Este cálculo se realiza utilizando la fórmula [put formula] pag. 13 (IEC 60422) con factor de corrección (ver figura 1 página 41 IEC 60422).

En base a la evaluación de estos factores claves, la criticidad se clasifica en términos de tipo y prioridad, definiendo al mismo tiempo el tipo y prioridad de las acciones correctivas.

la temperatura es un factor clave en los procesos de degradación de materiales aislantes papel y aceite. Algunos sensores de temperatura (fibras ópticas internas o sensores externos situados en puntos representativos) pueden monitorizar el transformador durante su ciclo de vida. Estos datos, modelados a través de un específico “algoritmo de perfil operativo”, le permiten más eficientemente la situación actual y predecir la evolución futura (pronóstico) para prevenir y mitigar criticidades específicas.

Ejemplo real

Cat A (ver tabla 2 IEC 60422),  Transformador elevador de generación (respirador conservador y gel de sílice)
Voltaje: 400 kV, potencia: 250 MVA
Masa de aceite: 50.000 Kg de aceite mineral a base de parafina no inhibida
Papel masivo: 2.500 kg
Tipo de papel: papel kraft no TU

Enfriamiento: ONAF
Gravedad ambiental: normal, clima templado (slm) 250 m, planta baja
la acidez total de 0,25 mg KOH / grano (valor “pobre” comparado con la lengüeta 5 IEC 60422),
color = 6 oscuro (valor “pobre” en comparación con la ficha 5 IEC 60422)

Agua en el papel

El agua en la tarjeta del transformador era <0,5%. La cantidad de agua en el aceite para un nuevo transformador debe ser <10 mg / Kg a 40 ° C.

Renormalizado a 20 ° C son 4,5 mg / Kg de agua en el aceite y luego 0,225 kg de aceite del agua transformador Ejemplo (4,5 mg / Kg  x 50000 = 225000 mg = 0,225 Kg).

12,5 Kg de agua en el papel inicial

Por lo tanto, tiene una relación de 55,5, lo que significa que para cada kg de agua en aceite corresponde a 55 kg de agua en el papel

Agua en el aceite

Agua en aceite = 40 mg / Kg muestreada a 40ºC. Ese valor correcto a 20 ° C se convierte en 18 mg / Kg, lo que significa que en una masa de 50.000 kg de aceite, hay 0,9 kg de agua disuelta en aceite (18 mg / kg x 50000 = 900000 Kg Mg = 0,9 Kg)

Entonces, pasando de 0,225 Kg a 0,9 Kg, el valor del agua en el aceite ha aumentado en un 400%!

El papel aislante tiene ciertamente un proceso de degradación: inicialmente tenía una masa de 2.500 kg y pasó a 1.875 kg.

Gracias a las curvas de equilibrio de T. V. Oommen, se estima una saturación relativa de agua en aceite de aproximadamente 5%, definido por IEC “extremadamente húmedo”.

Estas dos últimas informaciones nos permiten dibujar el contenido de agua en las cartas: 93 Kg (1,875 Kg x 5/100)

En resumen, tendría 0.9 kg de agua en el aceite y 93 kg de agua en el papel

Por tanto, es claro que en el ejemplo de la relación real de agua en aceite / agua en las tarjetas para un nuevo transformador es de 1 a 55 años, es ahora prácticamente se duplicó, por cada kg de agua en aceite hay alrededor de 100 Kg de agua en las tarjetas

El DP de este transformador ha disminuido en 35 años de 1000 a 200, significando el valor medio, que corresponde convencionalmente al final de la vida térmica. Al mismo tiempo, se estima una pérdida de masa del papel en un 25%, su peso es de hecho aumentó de 2.500 kg a 1.875 kg inicial.

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