UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Sección Ante-Grado
Laboratorio de Electricidad N°6, Laboratorio de Alta Tensión
Informe de Práctica
“Verificación de aceites dieléctricos de transformadores de potencia”
Informe de Practica
:
N°3
Practica Realizada
:
Día Lunes 02 de Mayo del 2016
Entrega del Informe
:
Día Lunes 23 de Mayo del 2016
Grupo de Practicas
:
G1
Alumnos Participantes :





Mañuico Salas, Milton Javier
Mondragón Miraval, Mac Robert Jehova
Quiroz Rojas, William Ernesto
Serna Torre, Paul Adán
Torres Oblitas, Kevin
Ciclo Académico FIEE -2016-I
TÍTULO: VERIFICACIÓN DE ACEITES DIELÉCTRICOS DE TRANSFORMADORES
DE POTENCIA
Resumen:
En el presente informe de laboratorio se describirá
en forma general lo realizado en el Laboratorio de
Alta Tensión, desarrollando un concepto teórico de
“Aceites
dieléctricos”,
describiendo
sus
propiedades, prestaciones y las pruebas que
pueden realizarse.
Nuestra práctica de laboratorio se centra
únicamente a las Pruebas de Rigidez Dieléctrica,
presentándose los resultados y las interpretaciones
respectivas a estas.
Posteriormente, el desarrollo del cuestionario se
realizó por criterios obtenidos por la lectura de
artículos y libros relacionados a las Pruebas de
Rigidez Dieléctrica. Y finalmente se presenta las
conclusiones, recomendaciones y referencias
técnicas.
Temas o palabras clave: Aceite dieléctrico, rigidez
dieléctrica, tensión disruptiva.
.1. DATOS DE REALIZACIÓN
o
o
o
o
o
Grupo: Grupo N°1 de Prácticas de A.T.
Lugar: Laboratorio de Electricidad N°6 – Zona
de pruebas de Alta Tensión.
Fecha: Lunes 02 de mayo del 2016
Horario: Entre las 14:00 y 16:00 horas.
Situación: Práctica normal de acuerdo a
programación.
2. PARTICIPANTES
2.1. Grupo de Prácticas de A.T.
-
Mañuico Salas, Milton
Mondragon Miraval, Mac Robert
Quiroz Rojas, William
Serna Torre, Paul Adán
Torres Oblitas, Kevin
2.2. Auxiliares preparadores del laboratorio.
-
Sr. Asencio Gómez, Juan
2.3. Supervisores.
-
Ing. Justo Yanque Montafur.
3. INTRODUCCIÓN
Un programa integral de mantenimiento eléctrico en
transformadores requiere necesariamente de un
análisis periódico del aceite aislante, antes que este
colapse y se ocasione daños severos en el
transformador.
Esto es importante ya que los transformadores de
potencia representan un vínculo vital en la
transmisión y distribución de energía eléctrica, por
lo que las pruebas al aceite dieléctrico serán muy
importantes.
El aceite dieléctrico de un transformador es por lo
general mineral ya que se compone principalmente
de hidrógeno y carbono en moléculas que tienen
diferente geometría molecular.
En la prueba de Rigidez Dieléctrica, la tensión
asociada nos dará una medida importante de los
esfuerzos dieléctricos que el aceite podrá soportar
sin que llegue a fallar. Se mide mediante la
aplicación de voltaje entre dos electrodos bajo los
estándares requeridos en la prueba.
4. TÉRMINOS TÉCNICOS
Tensión disruptiva (Breakdown Voltage): Es el
voltaje al cual se rompe la rigidez dieléctrica del
aceite.
Aceite dieléctrico (Dielectric Oil): Material usado en
el aislamiento interno de un transfomador de
potencia
Electrodos (Electrodes): Placas paralelas de
material conductor que sostienen la cuba de aceite
en la prueba de rigidez dieléctrica.
Espacio entre electrodos (Electrode Spacing):
Espacio empleado en la prueba según el estándar
ASTM D-877
Cuba de aceite (Test Cup): Material recipiente del
aceite dieléctrico capaz de soportar la prueba de
rigidez dieléctrica.
Triángulo de DUVAL (DUVAL Triangle): Permite el
seguimiento gráfico de la evolución de una falla
térmica y posibles descargas en el tiempo.
5. OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO
5.1. Objetivo general:
Compenetrar al Grupo de Prácticas de Alta Tensión
(G1) en la realización de la Practica N°3:
“Verificación
de
aceites
dieléctricos
de
transformadores de potencia”, destinado a
comprender las características y funciones que
cumplen los aceites dieléctricos utilizados
históricamente en equipos de alta tensión
generalmente en transformadores de potencia y en
dónde podremos evaluar la condición de un aceite
que opera en un transformador según las
indicaciones del estándar ASTM D-877.
5.2 Objetivos específicos:
o
o
o
o
Familiarizarse con el equipo de pruebas
disruptivas y comprender su funcionamiento.
Familiarizarse
con
los
procedimientos
existentes para comprobar la calidad y el
estado de los aceites no inhibidos.
Comprender que la tensión disruptiva no es un
valor estático, sino parte de un proceso
estadístico.
Verificar que las condiciones de contaminación
y humedad en los aceites disminuyen el
rendimiento de estos en la operación.
6. DESARROLLO DEL INFORME
6.1. Descripción de la práctica
Esta práctica consiste solamente en las Pruebas de
Rigidez Dieléctrica de muestras de aceite existente,
evaluando las condiciones en que se encuentra el
aceite de un transformador según lo que indica el
estándar ASTM D 877, para ello se inicia con el
reconocimiento del área de ensayos puntuales
donde se halla el Equipo de Pruebas
desenergizado y la botella de muestra de aceite
dieléctrico, de los cuales se obtendrá la tensión de
ruptura dieléctrica del aceite. De ser este valor muy
bajo, nos encontramos frente a un problema del
aislamiento.
a. Instancias previas a los ensayos
a.1. Reconocimiento de la zona de pruebas y
equipamiento de seguridad. Se entregan los EPP,
se señala el sitio de la zona de prueba y se identifica
el equipo de pruebas disruptivas a emplear
registrando sus datos.
a.2. Medida de los parámetros del medio ambiente.
Estos valores son importantes para saber en qué
condiciones se tomó la prueba y dirá si es necesario
agregar algún factor de corrección.
a.3. Verificación de los Datos Declarados de la
Muestra de Aceite. Se verifica la información según
los datos de placa del transformador del cual se
obtuvo el aceite para la prueba de rigidez
dieléctrica.
a.4. Verificación de la Cuba y los Electrodos. Se
colocará la cuba de aceite en los electrodos del
equipo verificando la limpieza de ambos y
garantizando la correcta alineación axial entre
electrodos.
b. Prueba realizada
b.1. Prueba disruptiva del Aceite Dieléctrico según
el estándar ASTM D 877.
Se colocará la cuba de aceite en los electrodos del
equipo. Se procede a conectar y energizar el equipo
graduando la tensión de la roseta a la escala de
3kV/s realizando ensayos de ruptura de rigidez
dieléctrica del aceite y anotando los datos de
tensión, finalizado el ensayo se procede a la
desconexión.
NOTA: Cada uno de los literales señalados
anteriormente se describe en detalle en la sección
6.7.
6.2. Estándares sobre el tema
IEC 60156; Insulating Liquids – Determination of
the breakdown voltage at power frequency – Test
method.
IEC 60422; Supervision and maintenance guide for
insulating mineral insulating oils in electrical
equipment.
IEC 60599; Mineral oil-filled electrical equipment in
service - Guidance on the interpretation of dissolved
and free gases analysis
IEC 60576;
equipment.
Portable
bore-hole
logging
IEEE C57-104(91); Guide for the interpretation of
gases generated in oil immersed transformers
6.3. Especímenes para prueba
Se destinó 1 tipo de aceite dieléctrico para las
pruebas:
- Aceite de procedencia mineral (Destilado de
petróleo) y no inhibido.
En la sección 6.6 se detallarán sus características
6.4. Equipos, instrumentos y material
a. Equipos de laboratorio
- Equipo para Pruebas Disruptivas
DATOS DE PLACA
PHENIX TECHNOLOGIES
Serial NO 02-1659
Model NO. LD- 60
Peso (Kg)
28
Voltaje de Entrada(V):
220
50
I Fase
Frecuencia(Hz):
Voltaje de Salida
0 - 60
b. Materiales fungibles
-Cable fuente del equipo.
c. Equipos de protección personal
Los participantes de la práctica de laboratorio
usaron:
-Cascos de seguridad.
-Chalecos de identificación.
-Botas dieléctricas (*).
(*) Las botas solo fueron usadas por el supervisor y
auxiliar preparador quienes ejecutaban las pruebas.
El grupo de prácticas se encontraba aislado de la
zona de prueba por un enmallado metálico
aterrado.
6.5. Fundamento teórico
El aceite aislante, aceite dieléctrico o simplemente
aceite para transformador, es un aceite que se
utiliza generalmente en equipos eléctricos y que
exhibe propiedades dieléctricas características y
esenciales para oponerse al paso de la corriente
eléctrica.
El aceite de un transformador es por lo general
mineral que se compone principalmente de
hidrógeno y carbono en moléculas que tienen
diferente geometría molecular
Todos los aceites de transformador contienen
moléculas aromáticas con una estructura molecular
totalmente distinta de las moléculas parafínicas y
nafténicas, tanto química como físicamente.
La oxidación se ve influenciada por dos parámetros
principales: oxígeno y temperatura. Es de notar que
todos los aceites contienen una pequeña cantidad
de aire, incluso después de la desgasificación
(entre un 0.05 y un 0.25% de oxígeno por volumen).
El calor acelera este deterioro.
Los aceites parafínicos están formados por
moléculas que pueden ser tanto de cadena lineal
como ramificada. Los alcanos normales de tipo
cadena lineal son conocidos como parafinas, si son
enfriados se impide su libre flujo y se deben tomar
precauciones para utilizarlos en un clima frío.
Los aceites nafténicos también conocidos como
ciclo alcanos están formados por moléculas con
una estructura anular, presentan excelentes
características a bajas temperaturas
Los procesos de oxidación se producen por
actividad de descargas parciales en micro burbujas,
las que generan ozono, elemento especialmente
activo en los procesos de oxidación.
El proceso de oxidación se inhibe con aditivos
denominados antioxidantes.
Existen dos tipos de aceites en el mercado,
inhibidos y no inhibidos. De hecho, todos los aceites
son inhibidos, los inhibidos por la adición de fenol
retardado (destrucción radical), y los no inhibidos
con inhibidores naturales (destrucción por
peróxido).
La actividad de los antioxidantes dura un tiempo
definido, llamado período de inducción, durante el
cual previenen la formación de peróxidos con
radicales libres.

CONSERVACIÓN
Es importante mencionar que durante el
almacenamiento y manipulación pueden verse
modificadas ciertas propiedades para las
prestaciones del aceite. Debido a su fácil
contaminación, es necesario evitar riesgos
tomando precauciones en lo relativo al proceso de
manipulación, para lo cual el personal debe estar
debidamente capacitado.
Podemos mencionar que una de las sustancias
más contaminante del aceite es el agua
Las partículas interactúan con el agua, reduciendo
la tensión de ruptura dieléctrica, son extraídas al
filtrarlas a través de filtros de partículas, los cuales
forman parte de los filtros de desgasificación.
Cuando se carguen aceites de transformador para
su suministro a clientes finales, se deberá utilizar un
filtro de 5 micrómetros o inferior.
Durante el transporte, manipulación o llenado del
transformador pueden entrar en el aceite pequeñas
cantidades
de
contaminantes
químicos,
provenientes de otros productos que hayan sido
tratados con el mismo equipo.

MANTENIMIENTO
DE
TRANSFORMADORES
ACEITES
DE
El valor económico de un transformador es elevado,
la supervisión de su funcionamiento a través del
aceite resulta económica en comparación con los
costos que ocasiona una avería y los provocados
por la interrupción del suministro eléctrico.
Por lo tanto, para la elección de un aceite debe
asegurar una larga vida en servicio, que las
propiedades del aceite sean las requeridas por el
equipo, teniendo en cuenta la tensión de servicio,
tipo de carga, condiciones climáticas, etc.
Se debe destacar que el aceite de un transformador
contiene información acerca del estado del mismo.
Haciendo controles y análisis del aceite se pueden
obtener oportunas indicaciones del estado de
degradación del papel, presencia de puntos
calientes, fallas eléctricas, etc.

PROPIEDADES
o RESISTIVIDAD: La primera propiedad es
la resistencia específica que un material
dieléctrico ofrece bajo condiciones de
voltaje moderado.
o RIGIDEZ DIELÉCTRICA: Es la habilidad
de prevenir arqueos entre dos electrodos o
entre la fuente eléctrica y tierra, bajo
condiciones de altos potenciales
eléctricos.
 FUNCIONES
o FÍSICAS: Esta función es la encargada del
enfriamiento al disipar el calor generado
en el transcurso de la operación de la
unidad.
o ELÉCTRICAS: Es la encargada de actuar
como medio dieléctrico (aislante) para
prevenir la formación de arco entre dos
conductores.
 TIPOS
o INHIBIDOS: Se destinan a usos
mecánicos, su resistencia a la oxidación
es preferente, contienen hasta 0,3% en
peso de aditivos antioxidantes.
Destrucción radical
o NO INHIBIDOS: Se destinan a equipo
eléctrico, presentan una resistencia normal
a la oxidación, con hasta 0,08% en peso
de aditivos antioxidantes. Destrucción por
peróxido
Figura 2. Esquema de la Prueba de Rigidez
Dieléctrica
Cuba de
Aceite
Figura 3. Esquema del Equipo de prueba
Disruptiva.
Muestra
de Aceite
6.6. Esquema de conexión para pruebas
a. Muestra de Aceite
Para la presente prueba de laboratorio, se sigue el
método descrito en el Estándar ASTM D877, en
donde los electrodos utilizados son en forma de
disco y la tasa de aumento de la tensión es de 3
Kv/seg.
-El aceite es de procedencia mineral (Destilado de
petróleo) y no inhibido.
Figura 1. Forma de los electrodos según el
estándar utilizado.
-Es de relevancia conocer el volumen de la muestra
con la que se trabajará, para ello vertimos el aceite
en un recipiente limpio, en donde podremos
calcular su volumen aproximado.
Figura 4. Muestra de Aceite.

Volumen: 90.28 𝑐𝑚3
-También
se
pueden
características físicas como:


observar
algunas
a.3. Verificación de la procedencia la Muestra de
Aceite
Color: Incoloro
Olor: Lev. Hidrocarburo
-De los datos en la placa del transformador se pudo
obtener el nombre del producto, y resaltan las
siguientes características dela hoja de datos del
material que se adjunta en la bibliografía




Nombre del producto: Caltran N60-08
Densidad Relativa: 0.882
Viscosidad: 0.0873 𝑐𝑚2 /s
Estabilidad química: El producto es
estable
6.7. Pruebas realizadas
-Se obtuvo la información del tipo de aceite al que
íbamos a realizar la prueba, esta información fue
extraída de los datos de placa del transformador.
Información de Aceite
Nombre de Aceite:
Caltran N60-08
Peso:
30 Kg
-Para evaluar a qué condiciones trabajaría la
muestra de aceite a ser sometida a prueba, se
procedió a tomar los datos de placa del
transformador de procedencia. Se muestra a
continuación esta información.
a. Instancia previa a los ensayos
a.1. Reconocimiento de la zona de ensayo
Se inicia dando al Grupo de Prácticas de Alta
Tensión (G1) los equipos de protección personal
(EPP), luego se pasó a hacer un reconocimiento del
ambiente para realizar la experiencia de laboratorio
junto con las componentes a utilizar en la presente
experiencia. El principal elemento es el equipo de
tensión disruptiva.
Figura 5. Equipo de tensión disruptiva.
Transformador Integrado de Medida
Tensión y Corriente
Fase:
Tipo
Año:
Altitud:
Polaridad:
Peso:
Enfriamiento:
Frecuencia:
Clase Aislamiento:
Nivel Aislamiento:
2
TCM-11
2015
3500 msnm
Sustractiva
120Kg
ON-AN
60 Hz
Ao
24/50/125Kv
Transformador de Potencial
Potencia:
1x30 Va
Relación de Trans.
22000/
Clase de Precisión:
0.2
Conexión:
Yyn0
a.2. Medida de los Parámetros del Medio
Ambiente
En seguida se procedió a tomar datos de las
condiciones ambientales en las que se iba a realizar
la experiencia. Los datos obtenidos se resumen en
el siguiente cuadro:
Temperatura(°C):
Humedad Relativa:
25.8
60.10%
Transformador de Corriente
Potencia:
1x30 Va
Relación de Trans.
1-2/5 A
Clase de Precisión:
0.2S
Corriente térmica:
0.1-0.2 KA
Corriente Dinámica
0.25-0.5 KA
IEC 60044Norma:
1/60044-2
Conexión
lilyn0
Figura 9. Transformador de donde procede la
muestra de aceite.
Figura 7. Calibración de los electrodos en 2.54 mm
b. Pruebas realizadas
b.1. Prueba Disruptiva del Aceite Dieléctrico
según el estándar ASTM D 877
Figura 6. Placa del Transformador.
- Se debe de llenar el aceite en la Cuba. Luego de
ello es prudente esperar por lo menos 20min, ya
que de esta manera se eliminan las pequeñas
burbujas de aire que se forman. Finalizado este
periodo se ciérrala cubierta y se empieza con la
prueba.
- Se energiza el circuito de prueba armado.
- El equipo especial utilizado de tensión disruptiva
puede aplicar tensiones elevadas a los bornes de la
“Cuba de Aceite”, por lo que desde cero se aumenta
gradualmente la tensión aplicada, con un regulador
a una velocidad de 3kV/s.
Figura 8. Aumento progresivo de la tensión
aplicada.
a.4. Verificación de la Cuba y los Electrodos
-Se debe verificar que se encuentra limpia tanto la
cuba como los electrodos
-Debe haber una alineación axial entre los
Electrodos
-La separación entre los electrodos debe de ser
2.54 mm, de no encontrarse en esta posición se
debe de calibrar de modo que se llegue a ella.
- El ensayo finaliza al romperse la rigidez dieléctrica
del aceite a un valor aplicado de tensión, se debe
anotar el valor de la tensión. Se puede percibir este
fenómeno al escuchar un ruido o al ver la
luminosidad producida producto del inicio de la
conducción del material dieléctrico.
-Una vez logrado obtener el valor de la tensión, se
disminuye la tensión gradualmente y se apaga el
equipo.
- Este mismo proceso debe de repetirse, esperando
un tiempo adecuado entre prueba y prueba, el cuál
es de un minuto. Se realizaron siete ensayos,
recopilando en cada una el valor de la tensión.
la prueba porque se ha realizado exitosamente.
Esto evidencia que la tensión disruptiva no es un
valor constante del material, sino involucra un
proceso estadístico con pruebas repetitivas.
6.8. Datos obtenidos con medidas
Una vez hecha la comprobación anterior, se
procede a verificar las condiciones en la que se
encuentra el aceite.
a. Tabla de datos eléctricos
TENSIÓN
25.6 kV
27.1 kV
24.5 kV
24.2 kV
24.3 kV
20.5 kV
23.6 kV
Se aclara que la muestra ya ha estado en
operación, y para esto en la parte del Estándar
ASTM D 877 da los siguientes rangos para
determinar el estado del aceite.
DISTANCIA
2.50 mm
2.50 mm
2.50 mm
2.50 mm
2.50 mm
2.50 mm
2.50 mm
La utilidad de la prueba ASTM D 877 es limitada,
debido a que dicha prueba no es sensible a la
humedad, a menos que el contenido de humedad
exceda 60% el nivel de saturación. Tampoco es
sensible a los productos de oxidación del aceite
aislante envejecido en servicio. No obstante, los
resultados obtenidos con una prueba D 877 aún
tienen valor y es un instrumento válido siempre y
cuando se reconozcan las limitaciones y la relativa
falta de sensibilidad de la prueba. El método D 877
todavía evidenciara la presencia de algunas clases
de contaminación en transformadores inmersos en
aceite.
De la tabla anterior se observa que el valor máximo
de tensión disruptiva obtenida es de 27.1 Kv y el
mínimo es de 20.5 Kv.
6.9. Interpretación de resultados
Para la interpretación de los resultados vamos a
presentar un gráfico donde se puede observar el
valor de la tensión disruptiva para cada uno delos
ensayos de la presente prueba.
Figura 9. Gráfico de la Tensión Disruptiva por
prueba.
Comparando nuestro valor promedio obtenido,
observamos que califica como inaceptable. Con un
tratamiento adecuado, en la mayoría de los casos,
se puede restaurar y reconducir las propiedades
físicas del aceite contaminado de modo que al ser
tratado se pueda volver a incorporar al sistema
productivo para el cual fue diseñado. En el
tratamiento dela regeneración se debe realizar una
filtración, donde se separan las impurezas del
aceite, y un proceso de deshidratación junto con la
desgasificación bajo vacío se consigue reducir a
límites p.p.m. el agua disuelta o emulsionada en el
aceite, a la vez, desgasificamos el aceite, y
eliminamos los ácidos más volátiles
TENSIÓN DISRUPTIVA
Tensión
28.0 kV
26.0 kV
24.0 kV
22.0 kV
20.0 kV
1
2
3
4
5
6
7
N° de prueba
7. CONCLUSIONES
Se observa leves diferencias entre cada prueba,
obteniendo como valor promedio 24.8 Kv.
-
El aceite en un transformador desempeña
principalmente las siguientes funciones:
refrigerante, aislamiento eléctrico y portador de
información. Como funciones secundarias
posee varias como: compatibilidad entre
superficies metálicas.
-
De la muestra analizada en el laboratorio, se
concluyó en base al estándar ASTM D 877 que
se encuentra en un estado inaceptable ser
Según ASTM 877, para declararse válida la prueba,
la relación entre la diferencia del máximo y mínimo
valor obtenido, comparado con el valor promedio,
debe ser superior al 92%.
27.1 − 20.5
= 27.2 %
24.3
Se ve que esta relación es inferior al valor
referencial de 92%, por ello no es necesario repetir
puesto en un transformador a entrar en
operación. Se debe solucionar este problema
mediante
un
proceso
de
filtrado
y
deshidratación, de esta manera se eliminan las
impurezas y humedad del aceite.
También se puede definir como la máxima tensión
que puede soportar a un aislante sin perforarse, a
esta tensión se le denomina tensión de ruptura de
un dieléctrico.
La rigidez dieléctrica depende de:
-
-
-
-
Es indispensable monitorear frecuentemente la
condición del aislante dieléctrico para tomar
acciones preventivas y/o correctivas. antes de
que penetre y ocasione algún daño en los
bobinados y las superficies interiores del
transformador, prolongando su vida útil .Otra
ventaja es la reducir las salidas no programadas,
si se detecta algún problema, entonces se
toman las medidas que impidan las
interrupciones.
El aceite es un portador de información así como
la sangre de un ser vivo, pues el análisis de los
gases disueltos diagnostica el estado del
transformador.
La toma de datos en la prueba de rigidez
dieléctrica
debe
hacerse
siguiendo
estrictamente las recomendaciones dadas para
evitar resultados fallidos que pueden llevar a
malas conclusiones acerca del estado del
aceite.
El envejecimiento del líquido aislante está en
función del tiempo, de la temperatura, el
contenido de humedad y el contenido de
oxígeno.
-
Con la tecnología para la conservación de
aceite, se puede minimizar los niveles de
humedad y de oxigeno que contribuyen con el
deterioro de aislamiento, dejando a la
temperatura del aislamiento como único
parámetro del control.
-
El factor de disipación o factor de potencia
puede ser útil como un medio de control de
calidad, y como una indicación de los cambios
en la calidad.
8. 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), el cual pierde su propiedad
aisladora y pasa a ser conductor.
-
-
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?
El resultado de la prueba rigidez dieléctrica
realizado 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”?
El equipo de pruebas disruptivas posee tres rangos,
estos son 0.5kV/s, 2kV/s y 3kV/s, el que utilizamos
en la experiencia fue de 3kV/s. con esto obtuvimos
un valor promedio de rigidez dielectrica de 23.97
kV/2.5mm.
Figura 10. Selector de Tasa de aplicación de
tensión por segundo.
-
-
-
Se dispone de un recipiente o envase totalmente
limpio, donde se realiza un nuevo drenaje de
aceite para enjuagar el recipiente donde se
pondrá la muestra.
Se realiza la toma de muestras drenando el
aceite al recipiente (evitando la contaminación
de la muestra, método de muestreo por jeringa
o por tubería). El drenaje del aceite debe recoger
sedimentos y lodos del fondo del equipo
eléctrico. Mayormente se hace el llenado
completo del recipiente para evitar burbujas de
aire en su interior.
Una vez que la muestra se encuentre en el
recipiente, se sella para evitar su contaminación.
Se concluye trasladando la muestra al
laboratorio para la prueba de rigidez dieléctrica.
d. ¿Qué tipo de dieléctrico son los Aceites
obtenidos por destilación fraccionada del
petróleo y que sustancias afectan sus
propiedades eléctricas?
f. ¿Qué indicaría un valor de 17,8 kV/2.54mm de
la Rigidez Dieléctrica del aceite? Explique
teniendo en cuenta las normas.
Los aceites obtenidos por destilación fraccionaria
del petróleo (aceites minerales) son dieléctricos tipo
líquido, y mayormente son utilizados en equipos
eléctricos (transformadores de potencia e
interruptores) debido a que son medios aislantes y
refrigerantes.
Teniendo en cuenta la norma ASTM D 877, donde
los electrodos están separados 0.1 in o 2.5 mm, por
lo general en esta prueba las lecturas para aceite
aislante en servicio son de 30 kV a 60 kV
aproximadamente. Esto quiere decir que un valor
de 18 kV está en un rango inaceptable de tensión
de ruptura.
Las propiedades obtenidas en un aceite, depende
del crudo (petróleo) que se ha utilizado.
Sus propiedades eléctricas mayormente son
afectadas por la absorción de la humedad y a los
procesos de oxidación (esto debido a la
composición del aceite, temperatura del aceite,
cantidad de oxigeno disponible para la reacción,
presencia de agua, y otros catalizadores de
oxidación),
encontrándose
sustancias
contaminantes como carbón, sodio, glicol, barnices,
etc.
e. ¿Cuáles son los criterios más importantes
para tomar en un equipo eléctrico, una
muestra de aceite destinada a pruebas de
rigidez dieléctrica?
Criterios para el tomar una muestra de aceite en un
equipo eléctrico son:
-
-
Identificar el equipo al cual se tomará la muestra
de aceite.
Ubicar el grifo del equipo eléctrico (mayormente
ubicado en la zona inferior). Se suele usar un
adaptador que va acoplada al grifo para realizar
la toma de muestras.
Una vez ubicado el grifo se realiza un pequeño
drenaje del aceite, para eliminar posibles
acumulaciones de agua o sedimentos en el grifo
o adaptador.
Aceites degradados y
contaminados
Aceites carbonizados no
degradados
Aceites nuevos sin
desgasificar
Aceites nuevos desgasificado
Aceites regenerados
de 10 a 28 kV
de 28 a 33 kV
de 33 a 40 kV
de 40 a 50 kV
de 50 a 60 kV
g. Puede apreciarse cualitativamente un Aceite
Dieléctrico mediante la coloración que ha
tomado estando en servicio, ¿con que
colores?
El cambio de color de un aceite en servicio indica
contaminación y deterioro, poniendo en evidencia
turbulencias y sedimentos en el aceite, lo que
puede indicar la presencia de agua libre, lodos
insolubles, carbón, polvo, fibras, etc.
La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales
(American Society for Testing and Materials) nos
proporciona colores estandarizados para aceites
dieléctricos.
Figura 11. Colores de los Aceites según
grado de contaminación
considerado que luego de un tratamiento de filtrado
y secado del aceite se deben obtener tales límites
cuando se aplique la prueba de rigidez dieléctrica.
i. ¿Qué tipo de análisis existe para los gases
volátiles de los aceites dieléctricos de los TP
y qué finalidad tienen?
Se presenta debajo de cada color su “índice de
color” que va desde 0,5 a 8 con intervalos de 0,5.
Para aceites dieléctricos que tienen un índice de
color menor a 2, se puede decir que son aceites con
una excelente calidad de refrigeración.
Para aceites dieléctricos de índice de color mayor a
4, se requerirá realizar pruebas adicionales para
poder determinar si su condición es buena y no
peligrosa para los equipos eléctricos.
h. ¿Qué valores de “Rigidez Dieléctrica” se
puede considerar como buenos para un
transformador de potencia nuevo y otro con
aceite tratado?
Los límites recomendados de rigidez dieléctrica y
otros parámetros para el aceite mineral en un
equipo nuevo están dados por la norma IEC 60422.
La norma establece los límites según la tensión
máxima del equipo (Um).
Para transformador nuevo, previo a la energización
Propiedad
Rigidez
dieléctrica
Tensión Máxima del Equipamiento (Um)
< 72.5 kV
72.5-170 kV
> 170 kV
>55 kV/2.5
mm
> 60 kV/2.5
mm
>60 kV/2.5
mm
Luego para un transformador en servicio con aceite
ya tratado, la norma IEC 60422 también establece
los límites recomendados de rigidez dieléctrica del
aceite.
Para un transformador en servicio
Tensión Máxima del Equipamiento (Um)
Propiedad
< 72.5 kV 72.5-170 kV
> 170 kV
Rigidez
dieléctrica
30 kV/2.5
mm
40 kV/2.5
mm
50 kV/2.5
mm
Los límites anteriores están recomendados para la
prueba de rigidez dieléctrica donde los electrodos
son semiesféricos o esféricos y con separación de
2.5 mm. Además para el caso de los límites
recomendados para un “aceite tratado”, se ha
La identificación y determinación cuantitativa de los
gases disueltos en el aceite dieléctrico se hace
mediante un análisis de cromatografía de gases,
este análisis es parte de la técnica de monitoreo
denominada “Dissolved Gas Analysis (DGA)”. La
finalidad del análisis es la detección del tipo de
fallas (térmicas y eléctricas) en etapas más
tempranas, dicho de otra manera, se detecta el tipo
de fallas que está en proceso. Esto ayudará a
mejorar el mantenimiento del equipo minimizando
así el impacto de las fallas.
En una primera instancia, se extrae una muestra de
aceite, para este proceso de extracción se toma en
cuenta la norma IEC 60576. La norma cita un
método denominado “Toepler pump”, este es el
método tradicional y menos costoso de extracción
en vacío. Luego los gases extraídos son separados
y medidos en un cromatógrafo. En seguida, se
interpretan los resultados tomando como guías a
las normas IEC 60599 y/o IEEE C57-104(91).
j. ¿Cómo se utilizan los resultados de las
pruebas de “Rigidez Dieléctrica” y de
“Gases Disueltos” del aceite dieléctrico de
los TP?
Con respecto a la prueba de Rigidez Dieléctrica, a
partir de sus resultados es posible determinar la
cantidad de agua contenida en el aceite y la
concentración de otras partículas extrañas que
afectan la rigidez dieléctrica del aceite.
Figura 12. Utilización de la rigidez para
determinar la cantidad de agua en aceite.
Con respecto al análisis de gases disueltos, los
resultados se interpretan determinando las
concentraciones de los gases o por las relaciones
entre los gases. Para ello, se emplean las
Relaciones de Doernenburg, el Código de Roger y
el Triángulo de Duval. Explicaremos esta última, las
demás se pueden encontrar en las referencias
citadas (1) y (2). El triángulo de Duval utiliza los
resultados (concentraciones) de tres gases:
Metano, Acetileno y Etileno. Los porcentajes
cálculos de cada concentración se ubican en cada
eje y se traza una perpendicular, se intersecan tres
líneas en una zona y esta determina el evento.
Figura 13. Utilización de la concentración de
gases para determinar tipo de falla.
9. RECOMENDACIONES
- Es recomendable que los integrantes del grupo
trabajen en una labor independiente, como, por
ejemplo: que uno manipule el equipo, otro tome los
datos, otro se garantice de la conexión y
desconexión, otro dé el tiempo y la orden entre
pruebas, entre otras labores en el laboratorio.
- La correcta calibración de la distancia entre los
electrodos es muy importante, por lo que la persona
encargada de ello debe de ser precisa y cuidadosa
al realizarla.
- Las chispas entre pruebas pueden ser pequeñas,
pero de todas formas es necesario que el equipo de
disrupción dieléctrica esté cerrado entre las
pruebas.
- Asegurarnos de que el equipo esté desenergizado
antes de proceder a tocar los electrodos o la cuba
de aceite, ya que se está trabajando con alta
tensión y cualquier tipo de contacto o inducción
resultaría peligroso o hasta mortal.
13. REFERENCIAS TÉCNICAS
(1) NYNAS AB, “Transformer Oil Handbook”,
Suecia, 2010.
(2) Pérez I., “Procedimiento para realizar e
interpretar la prueba de cromatografía de gases en
transformadores de potencia”, Tesina, Universidad
Autónoma de México, 2010.
(3) INTERNATIONA STANDARD IEC
“Method of sampling insulating liquids”.
60475
D1: Descarga de baja (chispa).
D2: Descarga de alta energía (arco).
T1: Falla térmica a menos de 300°C.
T2: Falla térmica entre 300°C y 700°C.
T3: Falla térmica a más de 700°C.
TD: Falla térmica y eléctrica en conjunto
Cálculo de porcentajes
%𝑪𝟐 𝑯𝟒 (𝑬𝒕𝒊𝒍𝒆𝒏𝒐) =
𝟏𝟎𝟎𝒚
𝒙+𝒚+𝒛
%𝑪𝟐 𝑯𝟐 (𝑨𝒄𝒆𝒕𝒊𝒍𝒆𝒏𝒐) =
%𝑪𝑯𝟒 (𝑴𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐) =
𝟏𝟎𝟎𝒙
𝒙+𝒚+𝒛
𝟏𝟎𝟎𝒛
𝒙+𝒚+𝒛
𝒚: 𝒄𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝑬𝒕𝒊𝒍𝒆𝒏𝒐 𝒆𝒏 𝒑𝒑𝒎.
𝒙: 𝒄𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝑨𝒄𝒆𝒕𝒊𝒍𝒆𝒏𝒐 𝒆𝒏 𝒑𝒑𝒎.
𝒛: 𝒄𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝑴𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐 𝒆𝒏 𝒑𝒑𝒎.
(4) Milton Favian Saguay Tacuri, Ramiro Augusto
Torres Cuenca, “Análisis de comportamiento de
medios dieléctricos ante las altas tensiones
eléctricas”, Tesis para optar el Título de Ingeniero
Eléctrico, Universidad de Cuenca, Ecuador, 2011.
(5) Isabel Gil Alonso, “Tutorial Lubricantes – Modulo
8: Transformadores – Aceites de Transformadores”,
realizado por la Empresa BRETTIS.
(6)Hoja de datos de seguridad del material Caltran
N60-08.