UNIVERSIDAD DEL CONO SUR DE LAS AMÉRICAS TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I TEMA: “PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE ACEITE DE TRANSFORMADORES” PROFESOR: Eulalio Insaurralde Britez ALUMNA: Valeria Priscila Alcaraz Cruz TURNO: Noche SEDE: Campus UCSA ASUNCIÓN, PARAGUAY 2020 Introducción La prueba de rigidez dieléctrica (también conocida como tensión de ruptura eléctrica del aceite) es una de las más frecuentes y más recomendables. El conocer la tensión de ruptura que un aceite soporta es indispensable, ya que junto con el papel y cartón dieléctrico forman la estructura aislante del transformador. Esta prueba revela cualitativamente la resistencia momentánea de la muestra del aceite al paso de la corriente y el grado de humedad, suciedad y cantidad de sólidos conductores en suspensión. Prueba de rigidez dieléctrica de aceite de transformadores La determinación de la rigidez dieléctrica del aceite es importante para verificar la capacidad que tiene para soportar esfuerzos dieléctricos sin fallar. El valor de la rigidez dieléctrica está representado por el voltaje al que se presenta la ruptura dieléctrica del aceite entre los electrodos de prueba Permite también detectar la presencia de agentes contaminantes como agua, suciedad o algunas partículas conductoras en el aceite. Un valor elevado de rigidez dieléctrica no indica ausencia de otros contaminantes necesariamente 1. El aceite aislante El aceite aislante cumple varias funciones, para el caso de los transformadores, el aceite forma parte del sistema aislante y además actúa como refrigerante para disipar hacia el exterior el calor generado por las bobinas y el núcleo El aceite, como todos los materiales aislantes, se degrada con el paso del tiempo. Si además está expuesto a condiciones extremas de operación, puede sufrir una degradación acelerada, reduciendo sus propiedades eléctricas prematuramente. La humedad es la principal causa que reduce de manera notable las propiedades eléctricas de los aceites. De ahí la importancia de mantenerlos siempre secos a través de los sistemas de preservación del aceite. En el caso de los interruptores, se tiene además la degradación por efecto del arco eléctrico que se produce entre los contactos al realizarse las operaciones de maniobra. Para poder medir la degradación de las propiedades eléctricas del aceite se tienen, entre otras pruebas, la de medición de la rígidez dieléctrica. 2. Teoría de la prueba La prueba de rigidez dieléctrica del aceite, permite medir la capacidad que tiene este líquido aislante para soportar un esfuerzo eléctrico sin producir un arco, además, permite revelar la cantidad de agua, polvo, lodos o cualquier partícula conductora que pueda estar contaminando al aceite y que por lo tanto le impida seguir cumpliendo con su función de aislamiento. Para realizarla es necesario obtener las muestras de aceite del interruptor o transformador que se desea evaluar. Se deben seguir los siguientes pasos: 1. Limpiar la válvula de muestreo y posteriormente drenar un poco de aceite antes de recoger la muestra. 2. Asegurarse que el recipiente está limpio y enjuagarlo cuando menos una vez con el aceite que se va a recolectar. 3. Evitar el contacto del recipiente con la válvula de muestreo, con los dedos o con cualquier otro cuerpo extraño. 4. Cerrar herméticamente el recipiente para transportarlo al laboratorio donde se va a realizar la prueba. Para realizar la prueba se utiliza un probador de rigidez dieléctrica de líquidos, el cual está integrado por un regulador de tensión, un transformador elevador, un divisor de tensión, un voltímetro y una copa estándar patrón de la prueba. Esta copa patrón, consiste en un recipiente de bakelita o de vidrio refractario, dentro de la cual, se alojan dos electrodos en forma de discos de 25.4 mm de diámetro, separados una distancia entre sí de 2.54 mm con las caras perfectamente paralelas. El diagrama esquemático del equipo se ilustra en la figura: El regulador de tensión sirve para incrementar el voltaje de manera gradual y automática. El transformador se utiliza para obtener el voltaje de alta tensión necesario para provocar el arco eléctrico en el aceite. Su salida debe ser de 0 a 60 kV y la velocidad con la que se debe incrementar el voltaje depende de la Norma que se utilice para realizar la prueba: Para la Norma ASTM D-877 la velocidad de incremento de voltaje es de 3 kV por segundo. Para la Norma ASTM D-1816 la velocidad de incremento de voltaje es de 0.5 kV por segundo. El divisor de voltaje sirve para reducir el voltaje de alta tensión a valores manejables por un voltímetro de baja tensión y así poder medir el voltaje al cual se produce el arco eléctrico. La copa de pruebas se usa para contener el aceite que será probado. Tiene integrados un par de electrodos a los cuales se le aplica el voltaje de alta tensión. El arco eléctrico se produce precisamente en el espacio que queda entre los electrodos. Las características de la copa de prueba, depende también de la Norma que se utilice: Para la Norma ASTM D-877 los electrodos son planos y están separados por una distancia de 2.5 mm. Para la Norma ASTM D-1816 los electrodos son semiesféricos y están separados por una distancia de 1 mm. En este caso, la copa cuenta además con un agitador que proporciona una circulación lenta del aceite, lo cual la hace más representativa de las condiciones a las que opera el aceite. Los pasos a seguir para llevar a cabo la prueba de rigidez dieléctrica del aceite se enlistan a continuación: • Lavar la copa y los electrodos con aceite aislante en buenas condiciones, evitando tocar con las manos el interior del recipiente. En lugares con alta humedad relativa, la copa debe calentarse ligeramente para evitar condensación. Seleccionar la Norma con la que se va a realizar la prueba. Colocar el selector de la velocidad de incremento de voltaje en la posición que corresponda (0.5 ó 3 kV/segundo). Colocar los electrodos que correspondan a la Norma seleccionada (planos o semiesféricos). Revisar que los electrodos seleccionados no tengan erosión causada por el efecto de arco eléctrico. En caso de encontrar defectos, los electrodos deben pulirse y colocarse nuevamente calibrando la distancia entre ellos. Llenar la copa de prueba con el aceite que se va a probar, hasta un nivel mayor de 20 mm sobre la parte superior de los electrodos o hasta que los discos o electrodos queden cubiertos completamente. Con esto se evitará que se produzca un arco en el aire. Dejar reposar el aceite por un lapso de entre 2 y 3 minutos. Posteriormente, se cierra el interruptor del aparato, el cual previamente se habrá conectado a una fuente de 127 volts. Aplicar el voltaje de prueba hasta que se produzca el arco eléctrico: Se va incrementando gradualmente la tensión en el aparato con el regulador, aproximadamente a una velocidad de 3 kV por segundo, hasta que el aceite contenido entre los electrodos falle; consistiendo esta falla en el brinco del arco eléctrico, entre los electrodos, con la cual se cortocircuitan abriéndose el interruptor de alimentación de la fuente de energía eléctrica. Registrar en el formato de prueba el valor del voltaje al cual se produjo el arco: Mientras se va incrementando el potencial, el operador irá registrando mentalmente las lecturas en kV alcanzadas hasta que ocurra la ruptura de aislamiento, con lo que la prueba concluye y el operador anotará en su registro el valor en kV más alto alcanzado. Esperar 1 a 3 minutos y volver a realizar la prueba: Al vaciar la muestra de aceite en la copa de prueba, ésta deberá dejarse reposar durante unos tres minutos antes de probarlo, con el objeto de que se escapen las burbujas de aire que puedan contener. Repetir este procedimiento hasta obtener 5 valores de rigidez dieléctrica: Promediar los 5 valores obtenidos y registrar dicho promedio en el formato de prueba. A cada muestra se le efectuarán cinco pruebas de ruptura, agitando y dejando reposar la muestra un mínimo de un minuto, después de cada prueba. Los valores obtenidos se promediarán y el valor obtenido del promedio será representativo de la muestra. Este promedio es válido siempre que ninguna prueba sea diferente en más de 5 kV, si existe una variación mayor deberán efectuarse más pruebas con nuevas muestras Cuando se prueba aceite muy sucio deberá lavarse la copa con un buen solvente y secarla perfectamente, posteriormente, tener la precaución al obtener una muestra de enjuagar la copa dos ó tres veces con el mismo aceite por muestrear. Si el valor promedio de la rigidez dieléctrica es mayor a 30 kV, se considera que el aceite pasa la prueba. En caso contario la muestra de aceite debe ser rechazada. Normalmente una rigidez dieléctrica de 18 kV es considerada como baja, 25 kV ó mayor como buena para transformadores en servicio y para transformadores nuevos una rigidez dieléctrica mayor de 30 kV es aceptable. Un aceite seco, limpio y nuevo soporta normalmente 35 kV ó más de este valor. Criterios de aceptación y recomendaciones. Cuando un aceite rompe a menos de 22 kV, se procede a su acondicionamiento por medio de un filtro prensa y una bomba centrífuga para aceite, o una unidad regeneradora de aceite al vacío. Al filtrar un aceite, éste debe subir su valor de rigidez dieléctrica a un nivel de 22 kV mínimo para transformadores de distribución que ya han estado en uso. Algunas veces, puede suceder que en aparatos que han estado fuera de servicio por mucho tiempo se encuentren húmedos tanto los devanados como el aceite. Si al filtrar este último, no se elimina la humedad de los devanados, en este caso, hay que someter las bobinas a un proceso de secado para evitar una posible falla de aislamiento. Aunque en el filtro prensa se elimine la humedad, así como partículas finas de sedimentos y carbón; puede ocurrir que después de pasar varias veces el aceite por el filtro, no suba su poder dieléctrico al valor deseado, entonces se recomienda sustituirlo por aceite nuevo. Conclusión Existen varias razones para realizar pruebas periódicas al aceite dieléctrico: Primeramente, las pruebas indicaran las condiciones internas del transformador. Cualquier síntoma de lodo permitirá retirarlo del transformador 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. Finalmente, basados en el hecho de que el aceite se degrada de una manera predecible, las pruebas periódicas ayudarán a anticipar cualquier condición negativa del aceite dieléctrico, esto permite realizar comparaciones entre tasas de descenso normales y anormales. Webgrafía www.ambarelectro.com.mx/ambar/Documentos/35/20150624.pdf www.tecsaqro.com/tecsa/Pruebas_subestaciones/aceite.pdf www.coggle.it/diagram/XRu2TwIEZWtx2ei9/t/prueba-de-rigidez-dielectrica-del-aceite
