Diagnóstico de aceites dieléctricos: análisis físico-químico y de gases disueltos (DGA)

El análisis físico-químico y el diagnóstico de gases disueltos (DGA) representan la técnica no destructiva más efectiva para evaluar el estado interno de los transformadores de potencia, detectar fallas incipientes y prevenir salidas intempestivas del servicio.

Importancia del aceite dieléctrico en la preservación del transformador

El fluido aislante cumple dos funciones biunívocas e insustituibles dentro del cubo de un transformador: actúa como medio dieléctrico para evitar arcos eléctricos entre espiras y masa, y opera como fluido caloportador para evacuar el calor generado por las pérdidas en el cobre y en el núcleo de acero magnético.

• Envejecimiento térmico e higroscópico: Con el paso del tiempo, la combinación de temperatura, oxígeno y humedad degrada la molécula del aceite hidrocarbonado, generando compuestos ácidos y lodos insolubles.

• Afectación irreversible del papel Kraft: Los subproductos de la oxidación del aceite atacan el aislamiento sólido de celulosa, acelerando la pérdida de su rigidez mecánica y reduciendo drásticamente la expectativa de vida del activo.

Análisis físico-químico del aceite mineral aislante

El conjunto de ensayos físico-químicos mide el nivel de contaminación y la velocidad de degradación de la fase líquida del sistema de aislamiento, rigiéndose por normativas internacionales como ASTM D117 e IEC 60422.

Propiedades clave y sus rangos críticos

Análisis de Gases Disueltos (DGA - Dissolved Gas Analysis)

La degradación del aceite y de los materiales celulósicos bajo estrés térmico o eléctrico produce el craqueo de cadenas de hidrocarburos, liberando moléculas gaseosas de bajo peso molecular que se disuelven en el fluido aislante.

Gases combustible clave y su origen físico

1. Hidrógeno (H2): Producido principalmente por descargas parciales (Efecto Corona) y electrólisis del agua bajo campos eléctricos intensos.

2. Metano (CH4) y Etano (C2H6): Indicadores típicos de sobrecalentamientos térmicos de baja y media temperatura (menores a 300 °C y entre 300-700 °C respectivamente).

3. Etileno (C2H4): Gas característico de sobrecalentamiento severo del fluido (temperaturas superiores a 700 °C), común en puntos calientes en conexiones o núcleo.

4. Acetileno (C2H2): El gas más crítico. Su presencia confirma la existencia de arcos eléctricos de alta energía con temperaturas locales superiores a 1000 °C.

5. Monóxido (CO) y Dióxido de Carbono (CO2): Productos directos de la degradación térmica del aislamiento sólido (papel Kraft y cartón prensado).

Métodos de interpretación y diagnóstico de fallas incipientes

Una vez cuantificadas las concentraciones en partes por millón (ppm) mediante cromatografía de gases, se utilizan métodos de razones normadas por la IEC 60599 y la IEEE C57.104.

Triángulo de Duval

Desarrollado por Michel Duval, este método gráfico utiliza la concentración relativa de tres gases hidrocarburos clave (CH4, C2H4 y C2H2) graficados en coordenadas triangulares para identificar con precisión 7 zonas de falla:

• PD: Descargas parciales.

• T1: Falla térmica por debajo de 300 °C.

• T2: Falla térmica entre 300 °C y 700 °C.

• T3: Falla térmica mayor a 700 °C.

• D1: Descargas eléctricas de baja energía (chisporroteo).

• D2: Descargas eléctricas de alta energía (arco).

• DT: Mezcla de falla térmica y eléctrica.

Evaluación del aislamiento sólido: Furanos y Grado de Polimerización

Mientras que el aceite puede ser regenerado o reemplazado, la degradación del papel celulósico es irreversible. Cuando la celulosa se rompe, libera al aceite compuestos furanicos (principalmente 2-furaldehído o 2-FAL), cuya medición por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) según la norma IEC 61198 permite estimar la salud del papel.

• Grado de Polimerización (GP) Inicial: El papel celulósico nuevo posee un GP de 1000 a 1200 unidades de monómero de glucosa.

• Zona de Alerta: Un valor de GP entre 400 y 250 indica un envejecimiento avanzado.

• Fin de Vida Útil: Un GP inferior a 200 representa un papel frágil, sin rigidez mecánica ante esfuerzos electrodinámicos de cortocircuito, marcando el final de la vida operativa del transformador.

Frecuencia de muestreo y toma de decisiones

La planificación del monitoreo condicional debe ajustarse a la criticidad de la unidad dentro de la red industrial y al historial de gases detectados.

1. Transformadores sanos: Análisis físico-químico y DGA una vez al año.

2. Transformadores con tendencias ascendentes: Aumentar la frecuencia a muestreos trimestrales o mensuales para calcular la tasa de generación de gas (ppm por día).

3. Picos repentinos de Acetileno (C2H2): Sacar la unidad de servicio inmediatamente para ensayos eléctricos complementarios (resistencia de devanados, relación de transformación y respuesta en frecuencia SFRA).

Asegure la confiabilidad de sus activos de alta tensión

Un programa de diagnóstico dieléctrico estructurado permite transicionar de un mantenimiento reactivo a un esquema predictivo analítico, reduciendo drásticamente los costos de parada no programada en plantas industriales.

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