Verificacion De Aceites....docx

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Sección Ante-Grado, Laboratorio de Alta Tensión, N°03 Informe de Practica N° 3

VERIFICACIÓN DE ACEITES DIELÉCTRICOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

GRUPO DE PRÁCTICAS N°: 1  

Práctica: Día Lunes 23 de abril del 2018. Entrega: Día Lunes 11 de junio del 2018.

Alumnos Participantes:            

Campos Callan, Manuel Cavalier Santillan, Joel Espinoza Galvan, Luis Espinoza Pairazaman, Mario Gonzales Benites, Heder Huaringa Alanya, Yaimer Huasaja Taype, Venancio Loayza Asmat, Calín Meza Gómez, Eladio Jhon Murga Alvarado, Cesar Oshiro Huamani, Takeshi Valdivia Purizaca, Fabián

Cód.: 20130425F Cód.: 20140458D Cód.: 20134151H Cód.: 20132706B Cód.: 20132598E Cód.: 20132174K Cód.: 20131330I Cód.: 20101130A Cód.: 20131312K Cód.: 20134088D Cód.: 20132556K Cód.: 20132138D

Ciclo Académico 2018 – I

1 UNI-FIEE, 9°Ciclo 2018-I; Grupo Nº01 Informe de Practica N°3 de Laboratorio de Alta Tensión

VERIFICACIÓN DE ACEITES DIELÉCTRICOS DE TRANFORMADORES DE POTENCIA RESUMEN El presente trabajo se proyectó hacia las actividades de seguimiento del aislamiento interno de las maquinas estáticas y otros equipos que utilizan como fase liquida Aceites Dieléctricos minerales o de nueva tecnología como son los Aceites, de vegetales, de Silicona o de Esteres Sintéticos, mediante la aplicación de Pruebas Estandarizadas de equivalencia con los materiales convencionales, y asimismo a la identificación cualitativa de otros tipos de Aceites Dieléctricos utilizados en aparatos como (Pasa tapas, trafo de medidas) y equipos de maniobras de Alta Tensión. En ese sentido, la experiencia realizada se circunscribe solamente a las Pruebas de Rigidez Dieléctrica de una muestra de aceite existente, se inicia con el reconocimiento del área de ensayos puntuales donde se halla el equipo de pruebas des energizado y la botella de aceite dieléctrico, para posteriormente hacer las verificaciones y preparación, tanto de la cuba, como de los electrodos y la muestra. Luego de la preparación, se procedió a la realización de pruebas disruptivas al aceite dieléctrico, para lo cual se tuvo en cuenta medidas de parámetros del medio ambiente, verificación de limpieza del área de trabajo. Finalmente interpretamos los resultados obtenidos en las pruebas, lo que conlleva a las conclusiones mencionadas en el trabajo. a. Temas o palabras clave: Rigidez Dieléctrica, Aislamiento Interno, Transformador de Potencia, Aceite Dieléctrico, Tensión Disruptiva. 1. DATOS DE REALIZACIÓN.     

Grupo: Grupo de Práctica A.T. – Grupo Nº1 Lugar: Laboratorio de Alta Tensión N°03. Fecha: Día Lunes 26 de abril del 2018. Horario: Entre las 14:00 y 16:00 horas. Situación: Práctica Normal.

2.- PARTICIPANTES 2.1. Grupo de Prácticas de A.T.:            

Campos Callan, Manuel Cavalier Santillan, Joel Espinoza Galvan, Luis Espinoza Pairazaman, Mario Gonzales Benites, Heder Huaringa Alanya, Yaimer Huasaja Taype, Venancio Loayza Asma, Calín Meza Gómez, Eladio Jhon Murga Alvarado, Cesar Oshiro Huamani, Takeshi Valdivia Purizaca, Fabián

2.2. Auxiliar o Preparador del Laboratorio.:  Sr. Octavio Armijio 2.2. Supervisores. 

Prof. Justo Yanque M. M. Sc.App

---------------------------------------------------------------3. INTRODUCCIÓN Dentro de las técnicas de la alta tensión, tenemos una variedad de ensayos, pruebas y análisis que se realizan a los componentes de los sistemas eléctricos, tal es el caso del transformador. Nos encargaremos de abordar las pruebas relacionadas a la verificación de aceites dieléctricos de transformadores de potencia, teniendo como objetivo el seguimiento del aislamiento interno de las maquinas estáticas, no solo el transformador, sino también otros equipos que utilicen como fase liquida aceites dieléctricos minerales o de nueva tecnología como son los aceites, de vegetales, silicona o de esteres sintéticos. Los aceites dieléctricos que se utilizan para aislamiento eléctrico son de origen fósil y su excelente desempeño es el resultado de optimizaciones a través de los últimos 100 años, sin embargo, son contaminantes, y su uso está sujeto a estrictos controles para evitar derrames. La tecnología de los aceites dieléctricos ha desarrollado alternativas de procedencia vegetal no tóxicos, altamente biodegradables, reciclables, no inflamables, que cumple con requerimientos convencionales, cuyo uso es compatible con el medio ambiente y la salud, aparte que pueden reducir los costos de explotación y vida útil de los transformadores de potencia. 4. TERMINOS TÉCNICOS Cuerpo o Medio Dieléctrico: Material o medio cuya estructura atómica no admite el deslizamiento de carga ni la conducción eléctrica, retiene toda la diferencia de potencial hasta el colapso. - Se caracterizan por su permitividad relativa. - Sus enlaces atómicos medio-electrón son fuertes. - El sostenimiento de diferencia de potencia le ocasiona agitación electrónica - La circulación de carga electrónica es destructiva. Esfuerzo Eléctrico: Fuerza ejercida por el campo Eléctrico sobre la estructura molecular de un aislamiento al aplicar una diferencia de potencial prevista entre sus extremos. Sostenimiento de Tensión: Oposición de permanencia aleatoria (aguante) con el que un aislamiento eléctrico soporta o sostiene un esfuerzo eléctrico aplicado de una magnitud dada, depende de: - La naturaleza y forma de la tensión aplicada. - La geometría de los electrodos. - Las características del dieléctrico y del medio. - Se le define en términos estadísticos, Distribución Normal. - Se toma su valor medio y su desviación típica. - La tensión de sostenimiento varía entre 100% y 0%.

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Gradiente de Tensión en un Dieléctrico: Es la tendencia o tasa unitaria del sostenimiento de la tensión de servicio por parte del aislamiento, depende de su espesor, y de la forma básica de los electrodos. Factor de Potencia: Es una de las pruebas más significativas para evaluar un aceite dieléctrico. Un bajo factor de potencia indica bajas perdidas dieléctricas y un bajo nivel de contaminantes o bajo deterioro del aceite. Contenido de Humedad: Un bajo contenido de agua, refleja en el aceite una alta rigidez dieléctrica, minimiza la oxidación del aceite y la corrosión de los metales del transformador. Número de Neutralización: Es un número usado como medida de los constituyentes ácidos presentes en un aceite. Un valor bajo, indica una baja conducción eléctrica y baja corrosión. Tensión Interfacial: Se mide la concentración de moléculas polares en suspensión y en solución con el aceite, por lo tanto, proporciona una medición muy precisa de los precursores de sedimento disuelto en el aceite mucho antes de que algún sedimento se precipite.

a.3. Se conectan los equipos para la ejecución de los ensayos. - Pruebas disruptivas al aceite dieléctrico - Preparación del equipo de pruebas - Procedimiento para las pruebas - Interpretación de los resultados de las pruebas. 6.2. Estándares Sobre el Tema - Norma Técnica NTP 321.091:1986 (Revisada el 2011) – Lubricantes. Aceites aislantes para transformadores. - Norma Técnica Publicación.

Internacional

IEC

156

- Norma Técnica ASTM D877 / D877M-13-Estándar Test Method for Dielectric Breakdown Voltaje of Insulating Liquid Using Disk Electrodes. - Norma Técnica ASTM D1816-12-Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage of Insulating Liquid Using VDE Electrodes. 6.3. Especímenes para prueba, equipos y materiales: 

Equipo de pruebas disruptivas.



Aceite de TP (JHM ingenieros EIRL)

5. OBJETIVO DEL EXPERIMENTO Compenetrar al estudiante con las características y funciones que cumplen los aceites dieléctricos, que son materiales de origen mineral obtenidos por destilación y refinado del petróleo crudo, que se vienen utilizando históricamente en equipos de Alta Tensión generalmente Transformadores de Potencia (TP), Reactores (XL), Condensadores; así como, relievar el carácter indispensable que tiene el seguimiento de su desempeño a lo largo de la operación, indicando sus propiedades, prestaciones, métodos de prueba estandarizados que les son aplicables, así como otros aspectos concurrentes:  Origen y tipos de Aceites Dieléctricos para uso como aislantes internos  Funciones que cumplen los Aceites Dieléctricos en las maquinas eléctricas  Propiedades Eléctricas y Físicas para la aplicación de los Aceites Dieléctricos  Muestreo y Pruebas de Tensión Disruptiva de los Aceites Dieléctricos  Muestreo y Caracterización molecular de los Aceites Dieléctricos. 6. DESARROLLO DEL INFORME 6.1. Descripción de la práctica La práctica de laboratorio de AT, se circunscribe solamente a las pruebas de rigidez dieléctrica de muestras de aceite existente. a. Instancias previas a los ensayos a.1. Se inicia con el reconocimiento del área de ensayos puntuales, así como también las zonas de posibles accidentes, donde se halla el equipo de pruebas des energizado y la botella de muestra de aceite dieléctrico a.2. Se solicita al instructor el manual de uso y antes de conectar la fuente, se procede a hacer las verificaciones y preparación, tanto de la cuba, como de los electrodos y la muestra.

6.4. Fundamento teórico Aceites dieléctricos Los Aceites Dieléctricos que se utilizan para el aislamiento eléctrico son de origen fósil mineral, es decir

3 UNI-FIEE, 9°Ciclo 2018-I; Grupo Nº01 Informe de Practica N°3 de Laboratorio de Alta Tensión hidrocarburos derivados refinados del petróleo con proporción de aromáticos (4-7%), isopoarafínicos (4555%), nafténicos (50-60%); su excelente desempeño es el resultado de optimizaciones a través de los últimos 100 años, dado que cumplen: -

Con el sostenimiento dieléctrico como parte del aislamiento eléctrico. A la vez que ofician de refrigerante, funciones de Transferencia de Calor. Con la preservación del Núcleo y los Bobinados contra la degradación química. Disuade la acumulación de lodos en los resquicios, circulando a través de ellos.

No obstante, cuando alguna propiedad de los aceites no se cumple plenamente, se dice que está en mal estado, ello reduce la expectativa de vida de los TP; de otro lado, su uso está sujeto a estrictos controles para evitar derrames, aparte que su volatilidad crea mezclas gaseosas inflamables, por lo que en algún caso de ubicación poco o no ventilada, se prefiere sustituirlos por dieléctricos sólidos o gaseosos inocuos como el SF6 o el Nitrógeno. Pruebas a los aceites aislantes

Prueba de Rigidez Dieléctrica El voltaje asociado con la rigidez dieléctrica, es una medida importante de los esfuerzos dieléctricos que el aceite dieléctrico podrá soportar sin que llegue a fallar. Se mide mediante la aplicación de un determinado voltaje entre dos electrodos bajo condiciones prescritas por el Std ASTM .También sirve como una indicación de la presencia de contaminantes particularmente la humedad y demás elementos sólidos y semi sólidos. Siendo pruebas estandarizadas se aplican más la ASTM, D-1816 y D-877muchas veces sus resultados como valor de referencia para hacer comparaciones; utiliza electrodos tipo Calota de 36 mm Ф, eligiendo una distancias de 2,04 o de 2,50 mm; se empieza la secuencia agitando suavemente el aceite y dejando se le deja reposar por 1 min, antes de recibir la solicitación de Tensión de prueba a una Tasa de 0,5 kV/s, hasta obtener la disrupción; dicha secuencia se repite hasta por 5 veces para procesar los resultados. Para aceites especiales de equipo con Tensión nominal (>230kV) la prueba usa brechas menores. Existen Normas concurrentes; IEC 156, CEI 344 e IP 295. Coloración de la Muestra El estándar bajo el cual se realiza esta prueba es el ASTM, D-1500, está referido al color translúcido de suave coloración del aceite nuevo que se toma como indicador del mayor grado de refinación, según ello los demás estados de turbidez hacia la opacidad y falta de lucidez indican los grados de contaminación o deterioro adquirido por el uso; para ello se aplican los colores de una Tabla Patrón Estándar.

Análisis del Aceite por Contenidos de Gases Disueltos Es un método destinado a evaluar y diagnosticar el estado de desempeño de los (TP) a partir del monitoreo de los resultados de los análisis de gases disueltos en el aceite dieléctrico, lo cual permite inferir o detectar fenómenos evolutivos hacia posibles fallas relacionadas a eventos de alta temperatura y larga duración o de descargas parciales o arqueos intermitentes que deterioran el papel aislante y crean residuos o gases que se disuelven en el aceite o si se producen en exceso forman burbujas que ocasionan fallas en los puntos de alto gradiente superficial. Principio del Método de Seguimiento de Gases Disueltos El proceso natural de envejecimiento de los aislamientos internos durante el servicio de los (TP) se traduce en la emisión lenta de pequeñas cantidades de sustancias, humedad y gases; no obstante, durante períodos largos de alta temperatura o presencia de gradientes de Tensión local o de gradientes transitorios o fallas, la emisión de gases combustibles generados es grande. La identificación y determinación cuantitativa de dichos gases disueltos en el aceite dieléctrico se hace mediante análisis de Cromatografía de Gases, se trata de una práctica común para la detección temprana de una condición de funcionamiento anómala, mediante la concentración de gas y su tendencia en el tiempo; la cantidad de cada gas con respecto al volumen total de la

4 UNI-FIEE, 9°Ciclo 2018-I; Grupo Nº01 Informe de Practica N°3 de Laboratorio de Alta Tensión muestra, indica el tipo de falla que está en proceso, ver la siguiente tabla:

estabilidad y se eliminen las mini burbujas de aire; enseguida se conecta el equipo al sector por medio del interruptor local y finalmente se empieza la prueba aplicando gradualmente la Tensión (autotransformador regulador) con la roseta a una cadencia de (3 kV/s) tomando el valor disruptivo medido en el Voltímetro que tiene Escala en kV, hasta obtener finalmente la disrupción.

6.7. Datos Obtenidos

6.5. Características del Transformador en Prueba 

Aceite de TP (JHM Ingenieros EIRL)

6.6. Pruebas Realizadas, Procedimiento Pruebas Disruptivas al Aceite Dieléctrico Se trata de pruebas de Rigidez Dieléctrica que se realizan en un equipo especial cuya fuente de Alta Tensión variable a FI, se aplica a los bornes de una “Cuba de Aceite”, de porcelana esmaltada, dotada según Estandar ASTM D-877 con dos electrodos planos de Bronce (Discos de 25,4mmФ) paralelos a distancia de 2,5mm (e=±0,0005%) entre ellos, los cuales antes de las pruebas se enjuagan con Aceite Nuevo al igual que la cuba cuya capacidad es de (1/2 litro) y luego se limpian con papel Pañuelo o con gamuza (Chamois), antes de verter en ella la muestra de aceite desde el recipiente de toma de muestra-transporte, cubriendo los electrodos con un espesor de 38mm.

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆: 𝟏𝟎𝟎𝒄𝒎𝟑 𝑴𝒂𝒔𝒂 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆: 𝟖𝟎𝒈 Condiciones ambientales: 𝑯𝑹: 𝟔𝟔. 𝟔% 𝑻𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂: 𝟐𝟕. 𝟐°𝑪 − 𝟑𝟑. 𝟓°𝑪

6.8. Interpretación de resultados 

Preparación del Equipo de Pruebas Luego de ser llenada la “Cuba de Aceite” o “Copa Estándar” se debe esperar por unos 20 minutos para permitir que el aceite adquiera su

El valor obtenido de la primera prueba se desestima, mientras que el valor de las otras cinco pruebas siguientes se promedia y toma como la Tensión Disruptiva o la Rigidez Dieléctrica del espécimen; dicho parámetro permite la apreciación del estado del aceite

5 UNI-FIEE, 9°Ciclo 2018-I; Grupo Nº01 Informe de Practica N°3 de Laboratorio de Alta Tensión según su rango promedial; no obstante, si bien un valor deficiente nos previene de posibles problemas de aislamiento, no indica la causa de su deterioro.     

Aceites Usados y contaminados: De 10 a 28 kV/2,5mm. (25 kV/2,5mm) Aceites Carbonizados no degradados: De 28 a 33 kV/2,5mm Aceites Nuevos sin desgasificar: De 33 a 40 kV/2,5mm. (35 kV/2,5mm) Aceites Nuevos desgasificados: De 40 a 50 kV/2,5mm Aceites regenerados: De 50 a 60 kV/2,5mm

𝑽 (𝟓𝟎𝟎 ) 𝒔

=

𝟐𝟔. 𝟕𝟔 𝒌𝑽 𝟐. 𝟓 𝒎𝒎

𝑻𝒆𝒏𝒔𝒊ó𝒏 𝑫𝒊𝒔𝒓𝒖𝒑𝒕𝒊𝒗𝒂

𝑽 (𝟐𝟎𝟎𝟎 ) 𝒔

=

𝟐𝟐. 𝟔𝟖 𝒌𝑽 𝟐. 𝟓 𝒎𝒎

𝑻𝒆𝒏𝒔𝒊ó𝒏 𝑫𝒊𝒔𝒓𝒖𝒑𝒕𝒊𝒗𝒂

𝑽 (𝟑𝟎𝟎𝟎 ) 𝒔

=

𝟐𝟖. 𝟒𝟐 𝒌𝑽 𝟐. 𝟓 𝒎𝒎

𝑻𝒆𝒏𝒔𝒊ó𝒏 𝑫𝒊𝒔𝒓𝒖𝒑𝒕𝒊𝒗𝒂

→ 𝑨𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝒖𝒔𝒂𝒅𝒐 𝒚 𝒄𝒐𝒏𝒕𝒂𝒎𝒊𝒏𝒂𝒅𝒐 7. CUESTIONARIO a. Qué es la “¿Rigidez Dieléctrica” de un material dieléctrico, de qué parámetros depende y en qué forma se la determina? La rigidez dieléctrica es el límite dinámico del gradiente de tensión que se aplica a un material dieléctrico (aceite), es la máxima tensión que puede soportar a un aislante sin perforarse, el cual pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor a una determinada tensión se le denomina tensión de ruptura de un dieléctrico. La rigidez dieléctrica depende de: - Tipo de electrodos (formas y dimensiones), espesor del aislante y diferencia de potencial. - Cantidad de humedad en el material a ensayar, ya que las partículas del material dieléctrico al interactúan con el agua, reducen la tensión de ruptura eléctrica del mismo. - Condiciones ambientales, el aceite al estar en contacto con el aire produce reacciones químicas de oxidación que son aceleradas por la temperatura. La rigidez dieléctrica se determina experimentalmente mediante ensayos normalizados en los que se aplica una tensión entre dos electrodos colocados en caras opuestas de una muestra aislante. La tensión se va aumentando gradualmente hasta provocar la perforación del aislante b. El resultado de la prueba de “¿Rigidez Dieléctrica” de materiales dieléctricos, es categórico o solo es un valor estadístico? Es un resultado estadístico, el cual se determina experimentalmente mediante ensayos normalizados. Además, este valor no es fijo ya que la rigidez dieléctrica disminuye con el tiempo debido a la contaminación del aceite y a las condiciones ambientales. El valor de rigidez dieléctrica obtenido nos permite conocer el estado del aceite según su rango promedio. También es categórico,

ya que, según el estándar seguido, se tiene rangos que determinan el estado del aceite. c. Cuál es el rango de la Tasa de aplicación en (kV/seg), de la Tensión de prueba de “Rigidez ¿Dieléctrica” hasta lograr la “Tasa de Perforación”? Se realiza la prueba de “Rigidez dieléctrica” aplicando gradualmente la tensión de 3 kV/seg con aumento continuo cada vez hasta la ruptura dieléctrica del aceite (disrupción), en nuestro caso se determinó con 0.5 kV/seg, 2 kV/seg y 3 kV/seg. El criterio de análisis es satisfactorio si el resultado es mayor o igual a 50kV, dudoso de 30 kV a 50kV y no satisfactorio si el resultado es menor de 30 kV. Una tabla de los valores de tensión de estas pruebas son las siguientes: Aceites Usados y contaminados: De 10 a 28 kV/2,5mm. (25 kV/2,5mm) Aceites Carbonizados no degradados: De 28 a 33 kV/2,5mm Aceites Nuevos sin desgasificar: De 33 a 40 kV/2,5mm. (35 kV/2,5mm) Aceites Nuevos desgasificados: De 40 a 50 kV/2,5mm Aceites regenerados: De 50 a 60 kV/2,5mm. d. ¿Qué tipo de dieléctrico son los Aceites obtenidos por destilación fraccionada del petróleo y que sustancias afectan sus propiedades eléctricas? Los aceites obtenidos toman el nombre de Aceites Minerales y son dieléctricos líquidos, estos aceites minerales se utilizan casi en todas las aplicaciones electrotécnicas que precisan de aceites aislantes ( interruptores, condensadores, transformadores, etc. ) y sobre todo en servicios en los que el aceite aislante liquido haya de estar en contacto con el aire, debido, principalmente, a sus buenas propiedades dieléctricas, su excelente estabilidad química y su baratura en comparación con los aceites aislantes de origen vegetal. Se extraen de los petróleos brutos y están constituidos por mezclas, en diversas proporciones, de varios hidrocarburos. Se dividen en 2 grandes grupos: •Hidrocarburos saturados. -Alifáticos (en cadena abierta). Todos los enlaces de los átomos de carbono están cubiertos, también se les llama parafinas. 9. CONCLUSIONES La importancia de las pruebas realizadas al aislamiento interno de los transformadores, pues nos indica la capacidad que tiene para soportar esfuerzos dieléctricos sin fallar. De aquí su papel en la toma de decisiones respecto al estado del elemento analizado, pudiendo así determinar si requiere mantenimiento, o se encuentra en buen estado según las especificaciones de las normas técnicas. Se pudo comprobar las características, parámetros y funciones de los aceites dieléctricos, así como su clasificación y propiedades físico-químicas. Conocimiento de las especificaciones técnicas, y normas que deben cumplir los aceites para transformadores de potencia, pudiendo así tener un dominio de los protocolos de ensayos y pruebas dieléctricas. Conocimiento del desarrollo de la tecnología de los aceites dieléctricos, dando lugar a nuevas alternativas de

6 UNI-FIEE, 9°Ciclo 2018-I; Grupo Nº01 Informe de Practica N°3 de Laboratorio de Alta Tensión procedencia vegetal no tóxicos, reciclables, no inflamables, y compatibles con el medio ambiente y la salud. Se pudo dar una correcta interpretación de los ensayos realizados, teniendo como respaldo las normas técnicas. 10. REFERENCIAS - Justo YANQUE M. UNI-FIEE, Notas del Curso de Alta tensión, 5to. Capítulo; Lima, Año 2010

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El libro práctico de los generadores, transformadores y motores eléctricos - Gilberto Enríquez Harper Especificaciones Técnicas de Aceites para Transformadores de Distribución – Eleodoro Agreda Vásquez. IEEE- Std, C57.104-1991. Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Inmersed Transformers IEEE New York 1992. ANSI/ASTM, D-877(76) F. Dielectric Breakdown Voltage of Insulating Liquids Using Disk Electrodes. American Society for Testing and Materia