eléctrica sobre el sistema aislante de un
transformador
La presencia por separado de cada uno de los fac- tores antes mencionados es imposible que se dé en la operación de un transformador, ya que unos se generan por la acción de los otros o al menos adquieren intensidad como consecuencia de esa acción. Por lo tanto, se puede afirmar que como resultado de las interelaciones de esos factores se originan una serie de fenómenos que pueden
para transformadores
afectar severamente la condición normal de fun- cionamiento de un transformador. Entre esos fe- nómenos es importante destacar los siguien- tes:
- Pérdidas de corriente a través del sistema ais- lante debido a la presencia de agua, las cuales se miden por el factor de potencia del sistema aislante.
- Lonización de los gases presentes en el trans- formador, debido al efecto corona, y con esto la consecuente formación de óxidos de nitrógeno que, al combinarse con el agua, producen áci- dos nitroso y nítrico que son fuertemente corro- sivos.
- Chispas entre conductores, como consecuen- cia de la disminución de la resistencia dieléctrica del material que los separa, lo cual a su vez es debido al efecto combinado de la ionización de los gases y la presencia de agua en el sistema. - Arco eléctrico entre conductores, como con- secuencia de la disminución de la resistividad dieléctrica de los componentes del sistema ais- lante.
- Sobrecalentamiento localizado como conse- cuencia del contacto defectuoso entre compo- nentes energizados, de las chispas y/o arco eléctrico.
- Producción de gases combustibles como con- secuencia de la descomposición del aceite ais- lante y la celulosa del papel.
- Explosión del transformador como consecuencia de la sobrepresión generada por la formación y/o com- bustión de gases combustibles.
- Incendio del transformador como consecuencia de la presencia, en forma simultánea, de gases com- bustibles, altas temperaturas y fuentes de ignición. La interelación existente entre estos factores y los fenómenos producidos se ilustran en la figura siguien- te. SOBRECALEN TAMIENTO DESCOMP. ACEITE Y CELULOSA PRESENCIA DEL AGUA PRODC. GASES COMBUST. EFECTO CORONA ARCO ELECTRONICO CHISPAS PRODUC. HIDROGENO SOBRECARGA ELECTRICA
para transformadores
No obstante, la necesidad evidente de minimizar el efecto o influencia de cada uno de los factores, la tendencia en el diseño de transformadores ha sido reducir el tamaño de los equipos, con el con- siguiente uso de menor cantidad de aceite. Si re- cordamos que, la principal función de un aceite dieléctrico es la refrigeración, al disminuir su volu- men se aumenta la probabilidad de recalentamien- to del transformador. Lo anterior, combinado con la práctica indeseable de sobrecargar los equipos, por encima de su capacidad de diseño, acorta irre- mediablemente la vida útil de los transformadores. Observando nuevamente el triángulo de causas y efectos mostrado en la figura, que sirve de base para el análisis de las fallas del sistema dieléctrico o aislante de un transformador, se puede concluir que existen dos síntomas muy importantes que indican que algún problema se gesta dentro del equipo y que pueden medirse con precisión sin que sea puesto fuera de servicio. Esos síntomas son:
a. El recalentamiento del equipo.
b. La producción de gases dentro del mismo. El primer síntoma es fácilmente detectable con sólo ver los indicadores de temperatura instalados en el equipo y el segundo, aunque más complejo de evaluar se soporta en el análisis de los posibles gases disueltos en el aceite aislante y/o los acu- mulados en el espacio libre en la parte superior de la carcaza del transformador.
El sobrecalentamiento de un transformador es un síntoma que no necesariamente indica que algún problema se está gestando en el equipo, pues una sobrecarga temporal puede ser la causa del reca- lentamiento. Lo que realmente debe preocupar son los aumentos de temperatura permanentes y con- tinuados, ya que ello puede indicar algún “punto caliente” dentro del equipo, más conocido como “sobrecalentamiento localizado”.
En algunas circunstancias se utilizan detectores o analizadores de rayos infrarrojos para detectar puntos calientes en un transformador sin sacarlo de servicio.
Ya se ha visto como el sobrecalentamiento y la presencia de agua en el transformador aceleran la descomposición del aceite dieléctrico y de la celu- losa, con la consiguiente producción de gases, la mayoría de ellos combustibles.
El mecanismo de descomposición de los hidro- carburos, componentes del aceite, se ilustra en la figura siguiente. H2 Efecto Corona Calentamiento C2H4 C3H6 Arco Eléctrico C2H2 CH4 C2H6 C3H8 Chispas H C C C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H C2H5 CH3 H CH3 H
para transformadores
Nótese que el efecto corona es, aparentemente, el responsable de la presencia de hidrógeno en los gases combustibles que se producen en el trans- formador. De igual forma se estima que los puntos o zonas calientes producidas por las chispas es- porádicas son las que conducen a la formación de metano, etano y propano. Además, cuando hay arco eléctrico entre los conductores o entre estos y la carcaza del transformador, se produce acetile- no.
Simultáneamente, con la descomposición del ais- lante líquido, puede existir descomposición del ais- lante sólido. La celulosa reacciona para producir
CO
CO
2H
2O
O C C2H5 C H O C H C H OH H C OH C O H H C H CH2OH C H O OH C H OH C H O C H C H O H H C OH C CH2OH H O C O Hdióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y monóxido de carbono (CO). El proceso de descomposición de la celulosa es normalmente activado por la ac- ción bacterial, así como también por la presencia de altas temperaturas.
En los transformadores de potencia, la alta tempe- ratura es sin duda la causa fundamental de la des- composición de la celulosa, ya que el aceite ais- lante en el transformador es un medio anaeróbico y menos propicio para el crecimiento bacterial. El mecanismo de la reacción de descomposición de la celulosa se ilustra en la figura.