EL SECRETO PARA UNA LARGA VIDA UTIL DE LOS TRANSFORMADORES

      La longevidad de los transformadores descansa sobre la calidad de su aceite dieléctrico, si éste conserva su aislamiento en buenas condiciones será la mejor garantía para que no sucedan "perforaciones dieléctricas" entre devanados o entre devanados y la masa de la cuba metálica, en caso de sobretensiones atmosféricas, o por sobretensiones surgidas por la conmutación de redes de AT. La perforación del aceite dieléctrico causada por arcos voltaicos entre los devanados de Alta Tensión y los de Baja Tensión son las fallas más graves que pueden suceder en el interior de los transformadores, pues en el caso de ocurrir esta falla todos los aislamientos de los receptores eléctricos de la instalación de Baja Tensión serán alcanzados al instante por los voltajes de Alta Tensión, destruyéndolos de inmediato. No menos importante es la perforación por arcos voltaicos en el aceite dieléctrico entre devanados de Alta Tensión y la masa de la cuba metálica del transformador, en estos casos las tensiones de AT circularan por todas las masas metálicas de la instalación, provocando alto riesgo de electrocución del personal. Hay que considerar que, aunque las protecciones del transformador disparen a tiempo en presencia de una anomalía ocurrida por perforación del aislamiento en el aceite, dichas protecciones requieren cierto tiempo para actuar y despejar el defecto, desconectando posteriormente el circuito eléctrico que alimenta al transformador en caso de que el defecto se produzca en el devanado primario, pero en dicho caso el arco voltaico que ha perforado el aislamiento del aceite dieléctrico, ya ha sucedido. Por lo tanto, la mejor solución para mantener la buena "salud" de los transformadores consiste en el tratamiento periódico de su aceite dieléctrico para mantener su mejor condición de aislamiento.

      Aunque gran parte de la vida útil de los transformadores depende de la calidad de los aislamientos sólidos, y la rigidez dieléctrica de estos depende directamente de la humedad, es el aceite dieléctrico el que cede humedad a los aislamientos sólidos degradando sus propiedades dieléctricas, cuando se producen cambios en la temperatura de operación del transformador.

      Por su parte las protecciones que realizan los interruptores magnetotérmicos contra sobrecargas de intensidad de corriente tanto de AT como de BT del transformador, las protecciones pueden admitir sobre corrientes de elevada amplitud sin que dichas sobrecargas afecten a la integridad física de los devanados. A tener en cuenta que el volumen y masa que forman los devanados de los transformadores no se calienta de forma instantánea con una sobrecarga puntual, lo cual también quiere decir que las protecciones contra sobre corriente pueden admitir numerosas sobrecargas sin que por ello afecte a la integridad de los devanados del transformador, hecho que sucede con frecuencia en cualquier instalación eléctrica alimentada por uno o más transformadores, por ejemplo, cuando ocurren micro cortes del suministro en la red, o por arranque de máquinas o motores de elevada potencia referida a la potencia del transformador. En resumen, podemos concluir que generalmente no son las sobrecargas de corriente puntuales lo que puede provocar la falla repentina de un transformador, ni riesgo alguno para el personal, aunque si pueden modificar las estructuras físicas que soportan los devanados debido a la repetición de numerosas sobrecargas bruscas, las cuales acumulan deformaciones en las estructuras aislantes que soportan los devanados. Estas deformaciones son producidas por sobre esfuerzos electromagnéticos en las cargas que alimenta el transformador, que modifican la integridad física de las estructuras que soportan los devanados, y de los propios devanados del transformador, ello puede ser examinado mediante un análisis de SFRA, con objeto de poder corregir las deformaciones, si es que existen, antes de que evolucionen a peor, y corregirlas. 

Reconocimiento y diagnóstico de la salud del transformador

     Existen numerosos procesos de medida más o menos sofisticados para verificar el aislamiento general de los transformadores, pero las medidas más eficaces para reducir los gastos que pueden ocasionar y el riesgo eléctrico en los transformadores, así como asegurar una larga vida útil de éstos, cosiste en el tratamiento periódico del aceite dieléctrico mediante filtración del mismo, complementado con un análisis de la rigidez dieléctrica del aceite, o mejor aún, de su “Tgδ” (Tangente Delta), y la verificación del estado de las estructuras internas que soportan los devanados mediante análisis de SFRA, pues ningún otro tipo de medida o análisis mostrara parámetro alguno del estado físico de las estructuras aislantes que soportan los devanados, ni del estado en el que se encuentran los propios devanados, de un transformador.

      Imagen del análisis de SFRA en un transformador "correcto" es decir, sin deformaciones en las estructuras que soportan los devanados, ni en los propios devanados. Como podemos ver, las trazas de los tres barridos de frecuencia correspondientes a las distintas fases o polos del transformador, discurren con las mismas magnitudes a lo largo de todo el espectro de frecuencias, lo cual es sinónimo de buena salud del transformador. El análisis de SFRA equivale a la huella digital del transformador, lo que se evalúa es la integridad física y mecánica del transformador, a menudo obviada en las medida de aislamiento, pero que en realidad tienen mayor importancia que el propio aislamiento. Esta última afirmación tiene su origen en los más de cincuenta años de experiencia de nuestra empresa en reparaciones de transformadores, en efecto, un aislamiento bajo puede soportar el funcionamiento del transformador de forma indefinida si no suceden perforaciones dieléctricas por sobretensiones que superen el umbral del aislamiento, por el contrario, una sobrecarga brusca puede ser el detonante definitivo que deforma las estructuras que soportan los aislamientos, lo cual suele derivar en cortocircuito o falla entre fases o masa, y como es sabido, sobrecargas bruscas suceden frecuentemente en cualquier instalación por motivo de arranques de máquinas y motores de elevada potencia, por cortocircuitos, por micro cortes del suministro en la red, etc., las cuales acumulan deformaciones en las estructura que soportan los devanados del transformador, y en los devanados, sin que lo sepamos, y además, estas anomalías son invisibles para todos los tipos de instrumentos de medida de parámetros eléctricos en los transformadores. Solo el análisis de SFRA puede identificar anomalías producidas por deformaciones en las estructurales del transformador, en los devanados, en las conexiones, además de verificar el exceso de remanencia magnética en el núcleo del transformador, lo cual provoca mayores pérdidas de energía que hacen que el transformador se caliente anormalmente en exceso durante su operación.

Mecanismo de degradación del aceite aislante

     El aceite aislante o dieléctrico se deteriora por la acción de la humedad, del oxígeno, por la presencia de catalizadores (cobre) y por la temperatura. La combinación de estos elementos, efectúan una acción química en el aceite, que da como resultado, entre otros, la generación de ácidos que atacan intensamente a los aislamientos y a las partes mecánicas del transformador. De esta acción química resultan los lodos que se precipitan en el interior del transformador, impregnando todo el devanado e impidiendo la correcta disipación del calor, acelerando, por lo tanto, el envejecimiento de los aislamientos. La humedad presente en el aceite, se puede originar por el aire que inhala el transformador durante su operación, por fallas en sus juntas y fugas en general. También se genera por descomposición propia del aceite y de los aislamientos a causa de los campos magnéticos internos en el transformador y por las DP (Descargas Parciales).

      En un aceite nuevo el valor de la Tgδ (Tangente delta) oscila entre 0,001 % para un aceite nuevo tratado, y 0,05 % para un aceite muy usado en mal estado, al respecto la norma IRAM 2340 considera normal un valor de Tgδ <15x10-3, equivalente a 0,015 % en valor absoluto.

      Por su parte la rigidez dieléctrica del aceite se mide en KV/cm (Kilo voltios/ centímetro), siendo 200 KV/cm o más, el valor de tensión de ruptura dieléctrica para un aceite en buen estado, y 80 KV/cm o menos, el valor de tensión de ruptura dieléctrica para un aceite en muy malas condiciones, aunque aclaramos que cuando el aceite alcanza un valor medio de ruptura dieléctrica <120 KV/cm conviene realizar algún tratamiento para recuperar su aislamiento. En referencia a esto los parámetros son normales según la norma ASTM D87 cuando la rigidez dieléctrica es >50 KV/2,5 mm, equivalente a una rigidez dieléctrica que, elevada al centímetro, tenemos >200 KV/cm.     

      El agua disuelta caracterizada por moléculas de agua individuales dispersas a través del aceite, es similar a la humedad del aire, el agua disuelta no puede ser vista en el aceite y normalmente está presente en cantidades inferiores a 100 ppm de agua a 40 °C. El aceite tiende a entregar agua al aislamiento del devanado del transformador cuando su temperatura baja (condición peligrosa si la humedad es alta), por lo tanto, la mayor parte da la humedad suele concentrarse en las celulosas aislantes del devanado. El valor de humedad máxima admisible depende del estado del aceite, en un aceite nuevo sin tratar es de 10 ppm (partes por millón) de agua, en un aceite usado o muy usado es de 20 ppm o mayor. A partir de dicho umbral el aceite debe ser tratado para que las celulosas aislantes del devanado concentren la mínima humedad posible. 

Extensión de la vida útil del transformador

      Considerando que la utilización de un transformador de potencia no se puede extender hasta que falle, por el riesgo que ello implica, el valor de resistencia de aislamiento que debe ofrecer el aceite dieléctrico en un transformador en funcionamiento ha de ser lo más elevado posible para no reducir el aislamiento general del transformador, pues dicho aislamiento está formado por dos resistencias en paralelo constituidas una de ellas por las fugas en el devanado compuestas por los aislantes sólidos y celulosas, y la otra por el aceite. La resistencia de aislamiento del devanado es más costosa de recuperar que la resistencia de aislamiento del aceite, ya que el aceite puede ser cambiado con facilidad o tratado para su restitución sin desmontar el transformador. El aislamiento del devanado está compuesto por múltiples materiales y para recuperar su condición de buen aislamiento mediante el proceso de curado, o de restitución para sustituir los materiales aislantes ya envejecidos, siempre es necesario desmontar el transformador.   

      Diferentes tonos de color del aceite dieléctrico muestran distintos grados de oxidación y envejecimiento, cuanto más oscuro es el color, mayor presencia de contaminantes, los aceites más oscuros contienen mayor concentración de impurezas, partículas, gases, ácidos, hidrocarburos combustibles, y agua, generados durante la descomposición del aceite en los transformadores por diversos factores como la temperatura de operación, los campos magnéticos, la vibración, las DP (Descargas Parciales), y la humedad, como principales causas.

Restitución de la capacidad dieléctrica del aceite

      El aceite oxidado que se encuentra en un transformador en funcionamiento puede recuperar sus propiedades dieléctricas (aislamiento) para mejorar su calidad, cuando se trata con filtros que emplean la técnica de "termo vacío" de una o dos etapas, alcanzando una rigidez dieléctrica >180 KV/cm con filtros de una etapa, y >220 KV/cm con filtros de dos etapas. La condición de aceite "nuevo" es posible recuperarla al 100 % en aceites usados o que se encuentran en transformadores en funcionamiento mediante el empleo de la técnica de termo vacío en combinación con un segundo filtro de "intercambio de partículas" con los que se obtiene una rigidez dieléctrica >320 KV/cm. Montajes Alhama S.L.U. emplea las dos técnicas de filtración de aceites, termo vacío e intercambio de partículas. En los trabajos de reparación o restitución de transformadores se emplea las dos técnicas de filtración consecutivas para alcanzar el mayor voltaje de ruptura del aceite, en trabajos de mantenimiento preventivo se emplea una de las dos técnicas para mejorar la rigidez dieléctrica del aceite, aunque también se pueden emplear los dos tipos de filtros si fuese necesario. Para el cambio de aceite, traspaso, o llenado del mismo se emplea solamente el filtro de termo vacío, pues este proceso es suficiente para garantizar que el aceite dieléctrico no se expone a la humedad del aire del ambiente, para extraer la humedad del aceite durante el proceso, este tipo de filtro trabaja con una profundidad de vacío de hasta 2x10-4 mbar.

      En la imagen inferior aparece el Filtro de intercambio de partículas diseñado por Montajes Alhama S.L.U., en este caso la imagen pertenece al proceso de filtrado de aceite por intercambio de partículas, observe el color oscuro del aceite en la mirilla redonda de la cuba con el residuo del aceite, y la varilla de nivel en el mismo deposito con el aceite salido del filtro ya casi transparente, que va hacia el transformador durante el tratamiento.

      Un mantenimiento basado en la condición, en lugar de solo en el tiempo, es la forma más efectiva de maximizar el retorno de inversión y prolongar la operación segura del transformador. Al respecto de lo anterior, el tratamiento periódico del aceite dieléctrico aislante de forma rutinaria es la mejor solución como método preventivo de averías en los transformadores y como mejor garantía de funcionamiento seguro.