> > > > >

Aceite dielectrico para transformadores

 

Introducción a los aceites dieléctricos

El aceite dieléctrico para transformadores normalmente se conoce como “aceite de transformador”. Se obtiene de una fracción destilada del petróleo con una serie de aditivos para mejorar sus propiedades para uso en transformadores, éste sería referido como de tipo mineral. Existe otra gama de aceites basados en siliconas, especialmente formulados para instalaciones criticas donde sus propiedades ignifugas son esenciales.

El aceite de transformadores debe llevar a cabo dos tareas fundamentales para el correcto funcionamiento del transformador. El principal es servir como medio dieléctrico líquido que protege el núcleo y los bobinados de corrosión y degradación, la celulosa con la que está fabricado el aislante del bobinado es especialmente sensible al oxígeno atmosférico. El segundo propósito es el de disipar el calor generado por la resistencia eléctrica del bobinado, funcionando como fluido refrigerante.

Tipos de Aceites de transformador

Podemos establecer dos tipos principales de aceites minerales empleados en los transformadores:

-          base parafínica

-          base nafténica

El aceite mineral de base nafténica se oxida mucho más fácilmente que el aceite de base parafínica, sin embargo el lodo resultante de la oxidación es mucho más soluble que en parafínico. Por tanto, el aceite de base nafténica no se precipita en el fondo del tanque de aceite, por lo que no se corre el peligro de obstrucción del circuito de refrigeración del aceite. Otra de las desventajas del aceite parafínico es su alto punto de fluidez, debido al alto contenido en ceras, lo que en climas fríos puede ser un grave problema al arranque en frío.

El coste de un aceite de base parafínica es menor al de base nafténica, pero teniendo en cuenta que puede prolongarse el tiempo de cambio, teniendo un coste de mantenimiento del trasformador menor, los fabricantes de aceites dieléctricos se han decantado claramente por aceites de base nafténica, como el elesa electron.

Propiedades

Para establecer un intervalo de tiempo de cambio del aceite dieléctrico para transformadores, necesitamos conocer primero las propiedades que hacen al aceite apto para mantenerlo en servicio:

-          Parámetros eléctricos. Tales como rigidez dieléctrica, resistencia específica y factor de disipación dieléctrica.

-          Parámetros químicos. Tales como contenido de agua, acidez y contenido de lodos.

-          Parámetros físicos. Tensión inter-facial, viscosidad, punto de inflamación y punto de fluidez.

Parámetros eléctricos: Rigidez dieléctrica.

La rigidez dieléctrica de un aceite de transformadores, también llamada tensión de ruptura, es la tensión a la cual salta el arco eléctrico entre dos electrodos situados a una distancia definida, e inmersos en el aceite dieléctrico. Es decir, es la máxima tensión que puede soportar el aceite manteniendo sus propiedades dieléctricas, sin conducir la electricidad.

Un valor bajo de tensión de ruptura en nuestro aceite usado, puede sugerir que hay gran cantidad de agua, absorbida normalmente de la humedad ambiente. También puede ser consecuencia de contaminación de partículas metálicas.

Pueden encontrarse en el mercado kits portátiles para medir in situ la rigidez dieléctrica, normalmente por motivos de espacio y portabilidad, la distancia entre electrodos es de 2.5mm en vez de los 10mm a los que la rigidez dieléctrica se suele definir en las fichas técnicas según la norma IEC 60156. Debemos por tanto multiplicar por 4 los valores de rigidez obtenidos en estos kits portátiles.

La curva de tensión suele ser de 2KV/s, y el control de la descarga (chispa entre los electrodos) es visual, en el momento en el que se observa la descarga se ha roto el aislamiento dieléctrico del aceite, por eso el término que se emplea para esta propiedad es conocido como “tensión de ruptura”.

Generalmente estas lecturas son tomadas 3 y 6 veces para la misma muestra de aceite, y el valor de ruptura finalmente será la media de esas medidas.

El valor mínimo de tensión de ruptura que se considera seguro para uso en transformadores es de 30kV.

Parámetros eléctricos: Resistencia específica

Este es también una propiedad fundamental de un aceite para transformadores. Mide la resistencia eléctrica en un cubo de 1cm3 de aceite dieléctrico, su unidad son Ωxcm a una temperatura especifica. Esto es debido a que la resistencia eléctrica del aceite disminuye drásticamente con la temperatura.

Un aceite dieléctrico dentro de un transformador a plena carga puede alcanzar los 90ºc, por lo que es importante que su resistencia sea suficientemente alta incluso a esta temperatura. Esta es la razón por la que se especifica la resistencia eléctrica del aceite a 27ºc y a 90ºc.

La resistencia especifica mínima de un aceite en uso debe ser superior a 35MΩ*cm a 90ºc y superior a 1500MΩ*cm a 27ºc.

Parámetros eléctricos: Factor de disipación dieléctrica (tangente Delta)

El factor de disipación dieléctrica también es conocido como factor de pérdidas o tangente delta del aceite de transformadores.

Cuando un material dieléctrico se coloca entre un punto a tensión y otro conectado a tierra, se producirá una pequeña corriente de fuga, y ésta tendrá un desfase positivo de 90º con respecto a la tensión. Esto sería un dieléctrico ideal. El factor de disipación dieléctrica será por tanto la tangente de ese desfase en grados (el factor de disipación o tangente delta 1 es el ideal). En un aceite dieléctrico para transformadores se pretenderá que sea lo más cercano a 90, y por tanto su tangente delta será 0.

En el desfase entre corriente y tensión tenemos por tanto dos componentes: activo (resistivo) y reactiva (capacitiva). En un material dieléctrico ideal, solo habrá componente resistiva, por lo que la tangente delta será 0. En el mundo real, la tangente delta nos indicará el grado de contaminación de un aceite usado, y cuanto más alta sea su tangente delta, más contaminantes contendrá el aceite.

Por tanta cuanta más alta sea la tangente delta, menor será la resistividad eléctrica del mismo, y por tanto mayor potencia será consumida por el aceite, en forma de calor.

En resumen, podemos decir que la Tangente Delta de un aislante mide cuán lejos está de ser un dieléctrico ideal.

Parámetros químicos: Contenido de agua

La humedad, o contenido de agua, de un aceite de transformadores es muy perjudicial para las propiedades dieléctricas del aceite de transformadores. El agua afecta muy negativamente a la celulosa que se emplea como aislante del bobinado, ya que al ser higroscópica absorbe todo el agua que puede, reduciendo las propiedades aislantes y su vida operativa.

En un transformador en plena carga el aceite está caliente, lo que hace que la solubilidad del agua en el aceite aumente, y en consecuencia la celulosa libera el agua e incrementa el contenido en agua del sistema.

Este es el motivo por el que la temperatura del aceite en el momento de tomar una muestra es de vital importancia para analizar de forma fiable el mismo. Durante la oxidación del aceite se producen ácidos que a su vez aumentan la solubilidad del agua en el aceite. Los ácidos se conjugan con el agua para descomponer aún más el aceite, formando más ácidos y más agua, por lo que el aceite se degrada aceleradamente.

El contenido de agua está permitido hasta 50ppm, tal y como recomienda la BS-148 (2009). Para poder medirlo de forma precisa en concentraciones tan bajas, es necesario el uso de un valorador colorimétrico Karl Fisher.

Parámetros químicos: Acidez del aceite

La acidez del aceite dieléctrico es un parámetro crítico, ya que si el aceite se acidifica el agua se emulsiona más fácilmente en el aceite. También daña la celulosa aislante del bobinado. La acidez acelera los procesos oxidativos del aceite, así como incorpora el óxido de hierro al agua.

En resumen, la acidez de un aceite nos habla acerca de la acidez de los contaminantes.

Se expresa en miligramos de KOH (hidróxido de potasio) que se requieren para neutralizar la acidez de un gramo de aceite. Este parámetro es también llamado Índice de neutralización. La medida viene especificada en la IEC 61125 C.

Parámetros físicos: Tensión interfacial

La tensión interfacial entre el agua y el aceite es la forma de medir la fuerza de atracción molecular entre ambos compuestos. Se mide en miliNewtons/metro. La tensión interfacial es especialmente útil para determinar la presencia de contaminantes polares y productos derivados del envejecimiento del aceite.

Un aceite nuevo de última generación mostrará una alta tensión interfacial, mientras que los procesos oxidativos y sus contaminantes reducen significativamente estos valores.

Parámetros físicos: Punto de inflamación

La temperatura de inflamación del aceite es la temperatura a partir de la cual el aceite emana suficientes vapores para producir una mezcla inflamable con el aire. En presencia de una llama el aceite se inflamaría, por lo que es importante que sea lo más alto posible para reducir el peligro de incendio del conjunto de transformador. Por lo general suele ser superior a 140ºc

Parámetros físicos: Punto de fluidez

Es la temperatura mínima a la que el aceite puede fluir en condiciones normales. Es especialmente importante para climas con temperaturas mínimas bajas, ya que si se alcanza este mínimo el aceite dejaría de fluir por convección y pararía súbitamente la refrigeración del transformador. Los aceites de base parafínica tienen un punto de fluidez superior al nafténico, pero esto no es problema en climas cálidos como el mediterráneo.

El punto de fluidez viene determinado por el contenido de ceras del aceite, y el nafténico tiene un bajo contenido en ceras, y por tanto un bajo punto de fluidez.

Parámetros físicos: Viscosidad

La viscosidad es la resistencia a fluir de un aceite por las superficies de contacto, y por tanto si queremos potenciar el flujo del aceite en el circuito refrigerador, necesitaremos una baja viscosidad. La viscosidad de los aceites varía en gran medida con la temperatura del fluido, aumentando a temperatura ambiente y bajando a alta temperatura, por lo que la viscosidad siempre se especifica a temperatura ambiente (24ºc).

 

Contacte con nosotros para recibir información complementaria sobre aceites dielectricos para transformador.

 

Modificado por última vez en Miércoles, 09 Abril 2014 22:11

Subir