El análisis de gases disueltos ( DGA ) es un examen de los contaminantes del aceite de transformadores eléctricos . [1] Los materiales aislantes dentro de los equipos eléctricos liberan gases a medida que se descomponen lentamente con el tiempo. La composición y distribución de estos gases disueltos son indicadores de los efectos del deterioro, como pirólisis o descarga parcial , y la tasa de generación de gas indica la gravedad. [2] DGA es beneficioso para un programa de mantenimiento preventivo .
La recolección y el análisis de gases en un transformador aislado en aceite se discutieron ya en 1928. [3] A partir de 2018 [actualizar], se han dedicado muchos años de estudios empíricos y teóricos al análisis de los gases de falla del transformador.
La DGA generalmente consiste en tomar una muestra del aceite y enviar la muestra a un laboratorio para su análisis. Las unidades móviles DGA también se pueden transportar y utilizar in situ; Algunas unidades se pueden conectar directamente a un transformador. El monitoreo en línea de equipos eléctricos es una parte integral de la red inteligente .
Los transformadores de potencia grandes están llenos de aceite que enfría y aísla los devanados del transformador. El aceite mineral es el tipo más común en los transformadores exteriores; Los fluidos resistentes al fuego que también se utilizan incluyen bifenilos policlorados (PCB) y silicona. [4]
El líquido aislante está en contacto con los componentes internos. Los gases formados por eventos normales y anormales dentro del transformador se disuelven en el aceite. Al analizar el volumen, los tipos, las proporciones y la tasa de producción de gases disueltos, se puede recopilar mucha información de diagnóstico. Dado que estos gases pueden revelar fallas de un transformador, se les conoce como "gases de falla". Los gases se producen por oxidación , vaporización , descomposición del aislamiento , descomposición del aceite y acción electrolítica.
Se utiliza un tubo de muestra de aceite para extraer, retener y transportar la muestra de aceite del transformador en las mismas condiciones en que se encuentra dentro de un transformador con todos los gases defectuosos disueltos en él.
Es un tubo de vidrio de borosilicato hermético con una capacidad de 150 ml o 250 ml, que tiene dos válvulas herméticas de teflón en ambos extremos. Las salidas de estas válvulas cuentan con una rosca que ayuda a conectar cómodamente los tubos sintéticos mientras se extrae la muestra del transformador. Además, esta disposición es útil para transferir el aceite a la bureta de aceite de muestra del extractor de gases múltiples sin exposición a la atmósfera, reteniendo así todo su contenido de gases de falla disueltos y desprendidos.
Tiene una disposición de tabique en un lado del tubo para extraer una muestra de aceite y probar su contenido de humedad.
Las cajas de termoespuma se utilizan para transportar los tubos de muestra de aceite anteriores sin exposición a la luz solar.
Las jeringas de aceite son otro medio para obtener una muestra de aceite de un transformador. El volumen de las jeringas tiene un amplio rango, pero comúnmente se puede encontrar en el rango de 50 ml. La calidad y limpieza de la jeringa es importante ya que mantiene la integridad de la muestra antes de los análisis.
La técnica DGA implica extraer o extraer los gases del petróleo e inyectarlos en un cromatógrafo de gases (GC). La detección de concentraciones de gas suele implicar el uso de un detector de ionización de llama (FID) y un detector de conductividad térmica (TCD). La mayoría de los sistemas también emplean un metanizador, que convierte el monóxido de carbono y el dióxido de carbono presentes en metano para que pueda quemarse y detectarse en el FID, un sensor muy sensible. [5]
El método original, ahora ASTM D3612A, requería que el aceite fuera sometido a un alto vacío en un elaborado sistema sellado con vidrio para eliminar la mayor parte del gas del aceite. Luego se recogió el gas y se midió en un tubo graduado rompiendo el vacío con un pistón de mercurio. El gas se eliminó de la columna graduada a través de un tabique con una jeringa hermética y se inyectó inmediatamente en un GC.
Un extractor de gas de múltiples etapas es un dispositivo para tomar muestras de aceite de transformador . Durante 2004, el Instituto Central de Investigación de Energía de Bangalore , India , introdujo un método novedoso en el que una misma muestra de aceite de transformador podía exponerse al vacío muchas veces, a temperatura ambiente, hasta que no aumentara el volumen de gases extraídos. Este método fue desarrollado aún más por Dakshin Lab Agencies, Bangalore, para proporcionar un extractor de gas de múltiples etapas de aceite para transformadores. Este método es una versión improvisada de ASTM D 3612A para realizar extracciones múltiples en lugar de extracción única y se basa en el principio de Toepler.
En este aparato, un volumen fijo de muestra de aceite se extrae directamente de un tubo de muestra a un recipiente desgasificador al vacío, donde se liberan los gases. Estos gases se aíslan mediante un pistón de mercurio para medir su volumen a presión atmosférica y posterior transferencia a un cromatógrafo de gases mediante una jeringa estanca.
Un aparato, de diseño muy similar y que en principio proporciona una extracción múltiple de gases, utilizando vacío y bomba Toepler, está en servicio en Sydney (Australia) desde hace más de 30 años. El sistema se utiliza para transformadores de potencia y de instrumentos, así como para aceites para cables.
La extracción del espacio de cabeza se explica en ASTM D 3612-C. La extracción de los gases se logra agitando y calentando el aceite para liberar los gases en un "espacio superior" de un vial sellado. Una vez extraídos los gases se envían al cromatógrafo de gases .
Existen técnicas especializadas, como la extracción por absorción en el espacio de cabeza (HSSE) o la extracción por absorción con barra agitadora (SBSE). [6]
Cuando se produce gasificación en los transformadores, se crean varios gases. De nueve gases se puede obtener suficiente información útil, por lo que normalmente no se examinan los gases adicionales. Los nueve gases examinados son:
Los gases extraídos de la muestra de petróleo se inyectan en un cromatógrafo de gases donde las columnas separan los gases. Los gases se inyectan en el cromatógrafo y se transportan a través de una columna. La columna retarda selectivamente los gases de muestra y se identifican a medida que pasan por un detector en diferentes momentos. Una gráfica de la señal del detector versus el tiempo se llama cromatograma .
Los gases separados se detectan mediante un detector de conductividad térmica para gases atmosféricos y mediante un detector de ionización de llama para hidrocarburos y óxidos de carbono. Un metanizador se utiliza para detectar óxidos de carbono reduciéndolos a metano, cuando están en muy baja concentración.
Las fallas térmicas se detectan por la presencia de subproductos de la descomposición del aislamiento sólido. El aislamiento sólido suele construirse con material de celulosa. El aislamiento sólido se descompone naturalmente, pero la velocidad aumenta a medida que aumenta la temperatura del aislamiento. Cuando ocurre una falla eléctrica, se libera energía que rompe los enlaces químicos del fluido aislante. Una vez que se rompen los enlaces, estos elementos rápidamente vuelven a formar los gases defectuosos. Las energías y velocidades a las que se forman los gases son diferentes para cada uno de los gases, lo que permite examinar los datos del gas para determinar el tipo de actividad de falla que tiene lugar dentro del equipo eléctrico.
La interpretación de los resultados obtenidos para un transformador en particular requiere conocimiento de la edad de la unidad, el ciclo de carga y la fecha de mantenimiento importante, como el filtrado del aceite. La norma IEC 60599 y la norma ANSI IEEE C57.104 brindan pautas para la evaluación del estado del equipo en función de la cantidad de gas presente y las proporciones de los volúmenes de pares de gases. [7]
Una vez tomadas y analizadas las muestras, el primer paso para evaluar los resultados de DGA es considerar los niveles de concentración (en ppm) de cada gas clave. Los valores de cada uno de los gases clave se registran a lo largo del tiempo para poder evaluar la tasa de cambio de las distintas concentraciones de gases. Cualquier aumento brusco en la concentración de gas clave es indicativo de un problema potencial dentro del transformador. [8]
El análisis de gases disueltos como técnica de diagnóstico tiene varias limitaciones. No puede localizar con precisión una falla. Si el transformador se ha rellenado con aceite nuevo, los resultados no son indicativos de fallas. [7]