Un transformador no tiene una parte más importante que las demás: es un conjunto de subsistemas, y un fallo en cualquiera de ellos lo deja fuera de servicio. Este vídeo resume 42 webinars técnicos sobre temperatura, gases, humedad, pasatapas, regulador en carga y faltas pasantes: qué indica cada medida y cuánto cuesta ignorarla.
Ideas clave
- El punto caliente del devanado se calcula, no se mide, y según la guía de carga IEC cada 6 °C por encima de 98 °C duplican el envejecimiento del papel.
- Cada temperatura de defecto produce su propio gas; el hidrógeno, el menos soluble, es el primero en aparecer.
- Casi toda el agua está en el papel, no en el aceite, y lo que se ve en el aceite depende de la temperatura.
- El fallo de un pasatapas es súbito y en torno a la mitad de las veces acaba en incendio; su monitorización se basa en que tres corrientes sanas se cancelan.
- El regulador en carga es la única parte que se mueve: la energía que consume su motor en cada cambio de toma retrata el mecanismo.
Tan bueno como su peor subsistema
Un transformador es un conjunto de muchos subsistemas, no una sola máquina, y un fallo en cualquiera de ellos puede dejarlo fuera de servicio. Su estado es tan bueno como el de su subsistema con peor comportamiento, de modo que un monitor que vigila bien una sola cosa sigue estando ciego. Cuantos más modos de fallo se cubren, mayor es la confianza en el diagnóstico.
El punto caliente fija la esperanza de vida
La medida que determina la vida de la máquina es el punto caliente del devanado, y ninguna sonda en el aceite llega a él. Se calcula a partir de tres datos: la temperatura del aceite en la parte superior, medida en el aceite; la corriente de carga, medida a través de los transformadores de intensidad; y el gradiente del devanado obtenido en el ensayo de calentamiento. Las sesiones dejan claro lo equivocados que pueden estar los indicadores antiguos: en un caso, una máquina con tres meses de servicio tenía el indicador de devanado marcando 50 °C mientras el de aceite marcaba 65 °C.
El coste de equivocarse no es lineal. Según la guía de carga IEC, a 98 °C constantes el transformador envejece un año por año; a 110 °C envejece al cuádruple de ese ritmo; a 128 °C, treinta y dos veces más rápido, de modo que dos horas equivalen a dos días y medio. Incluso por debajo de 50 °C hay un ritmo mínimo de envejecimiento de alrededor de un día al año. Las sondas de fibra óptica de medida directa son hoy la práctica habitual.
Gases disueltos: cada gas indica una temperatura
El gas es el segundo pilar, y las sesiones lo enseñan como un termómetro: el gas que aparece indica lo caliente que está el defecto.
| Temperatura del defecto | Gas característico |
|---|---|
| Por encima de 150 °C | hidrógeno y metano |
| Por encima de 250 °C | etano |
| Por encima de 350 °C | etileno |
| Por encima de 500 °C | acetileno: arco |
| CO y CO₂ | el papel, no el aceite |
| Una relación CO₂/CO descendente | la celulosa se está degradando |
El hidrógeno aparece en todas las condiciones térmicas, y eso es lo que hace de un monitor de un solo gas un útil detector de humo, aunque no pueda identificar el defecto.
Por qué el hidrógeno primero
El hidrógeno es el menos soluble de los gases de diagnóstico, así que sale del aceite y se acumula en la cámara de gas en una proporción de aproximadamente 20 a 1 respecto a la concentración disuelta en funcionamiento normal. Su dispersión en el aceite es irregular y depende de la circulación, por lo que una muestra puntual puede engañar y una tendencia no. La alarma debe juzgarse por la velocidad de cambio, no por el valor absoluto: un hidrógeno alto en poco tiempo suele indicar un arco activo.
Humedad: el agua está en el papel, el aceite solo la refleja
Es el tema al que más vuelven las sesiones. En un transformador de 50 MVA con un 1,5 % de agua en el papel, casi toda el agua está en el papel, y cuánta aparece en el aceite depende por completo de la temperatura:
| Temperatura del aceite | Agua en el aceite | Agua en el papel | Lectura en el aceite |
|---|---|---|---|
| 20 °C | 0,10 kg | 15,84 kg | 10 ppm |
| 40 °C | 0,21 kg | 15,73 kg | 20 ppm |
| 60 °C | 0,52 kg | 15,43 kg | 49 ppm |
| 80 °C | 1,45 kg | 14,49 kg | 137 ppm |
El mismo transformador, la misma agua: diez ppm o ciento treinta y siete, según cuándo se tomó la muestra. Y la humedad del papel determina tres límites prácticos: la temperatura de formación de burbujas (el límite real de hasta dónde se puede sobrecargar), la rigidez dieléctrica de las barreras de la parte inferior del devanado y el ritmo de envejecimiento del propio aislamiento del devanado. La saturación relativa medida en línea la sigue de forma continua y corrige por temperatura; una cifra de ppm de laboratorio por sí sola no puede utilizarse en un modelo de reparto.
Pasatapas: súbitos, y se llevan el transformador por delante
Los pasatapas ocupan seis de las 42 sesiones por su gravedad. En torno a la mitad de los fallos de pasatapas provocan un incendio que destruye el transformador; alrededor del 80 % se producen tras diez a doce años de servicio; el ensayo fuera de servicio recomendado es cada cuatro o cinco años, y los eventos ocurren entre esos ensayos.
La medida en línea funciona gracias a la propia construcción del pasatapas. Unas láminas capacitivas reparten la tensión de forma uniforme; C1 es la capacidad entre el conductor central y la toma de ensayo, la que envejece, y C2 va de la toma a tierra y solo queda en circuito cuando se monitoriza la toma. La toma de ensayo siempre estuvo ahí, normalmente atornillada a tierra sin más. La tan delta aumenta con la humedad y con la temperatura.
Lo que busca el monitor es el equilibrio. Tres fases sanas producen tres corrientes que se cancelan; un defecto cambia la magnitud y el ángulo de una fase, y la suma deja de ser cero. Del desequilibrio se obtienen el factor de potencia y la capacidad. El aislamiento seco y en buen estado casi no depende de la temperatura; el contaminado sí, y de forma acusada. El problema: los productos de degradación son conductores y se depositan a lo largo del interior de la porcelana inferior, donde un ensayo fuera de servicio a 10 kV puede no tener tensión suficiente para ver una contaminación que se aprecia claramente a la tensión nominal.
El cambiador de tomas en carga: la única parte que se mueve
Las estadísticas de fallos de una gran compañía eléctrica lo dejan claro. El cebado en el cambiador de tomas fue la mayor categoría individual, y 14 de esos 28 casos acabaron destruyendo un devanado. El fallo mecánico del cambiador de tomas provocó más fallos de devanado, igual que el sobrecalentamiento de conexiones, la contaminación y los puntos calientes en las conexiones; todo ello desarrollándose dentro de un compartimento que nadie abre.
Hay cuatro vías de acceso, sin descargo: la energía del motor (julios por cambio de toma), la diferencia de temperatura entre el compartimento y la cuba principal, los contadores de maniobras por posición y no solo un total, y el DGA en el compartimento, con relaciones que identifican el defecto. La más ingeniosa es la energía del motor: la mayoría de los problemas mecánicos del accionamiento cambian la potencia que consume el motor, así que los julios por cambio de toma se convierten en una imagen de la transmisión, los engranajes y la lubricación.
Daños que se acumulan desde fuera
Otros dos esfuerzos llegan desde fuera del transformador. Las faltas pasantes largas aumentan exponencialmente la degradación térmica; el aislamiento degradado pierde volumen y el devanado pierde fuerza de apriete; menos apriete significa más desplazamiento y menos resistencia la próxima vez. Y las perturbaciones geomagnéticas saturan parcialmente el núcleo y generan armónicos, cuya señal delatora es que los armónicos pares suben por encima de los impares.
A lo que vuelven una y otra vez las 42 sesiones
- El punto caliente determina la vida, y se calcula, no se mide.
- El gas indica la temperatura de un defecto; la velocidad de cambio indica la urgencia.
- El agua está en el papel; un valor de ppm en aceite sin su temperatura no es una medida.
- Los pasatapas y los cambiadores de tomas fallan de forma súbita, y ambos pueden vigilarse en servicio.
- Las máquinas idénticas en paralelo se comportan de forma distinta. Trate cada una como un individuo.
Equipos relacionados
Dynamic Ratings cubre estos subsistemas con el monitor de transformadores E3, el monitor electrónico de temperatura B100 y el monitor de pasatapas C50; el GRIDSCAN5000 mide de forma continua el hidrógeno disuelto. El resto de la gama está en ensayo y monitorización de transformadores. Para hablar de su flota, contacte con nuestros ingenieros.