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conceptos sobre el tema de transformadores
Tipo: Apuntes
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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Actividad N° ESTUDIANTE: Donidio Alexander Chapoñan Sarmiento CICLO: VI ciclo-2018 I CURSO: Máquinas Eléctricas DOCENTE: Ing. Percy Edwar Niño Vásquez LAMBAYEQUE-PERÚ 2021
ACEITES DIELÉCTRICOS EMPLEADOS EN TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS Dentro de la gama de aceites industriales se encuentran los aceites dieléctricos, sector en el que Repsol cuenta con una experiencia contrastada y uno de los portafolios de producto más completo del mercado que satisface ampliamente las complejas necesidades del sector eléctrico, incluyendo aceites inhibidos y no inhibidos. Como garantía de calidad, nuestros productos cumplen normas internacionales específicas de estos aceites, como la IEC 60296 y la ASTM D3487. Asimismo, han sido validados y utilizados ampliamente por diversas compañías eléctricas y fabricantes de transformadores y equipamiento eléctrico. TIPOS DE LUBRICANTES PARA TRANSFORMADORES ACEITES MINERALES: Los aceites dieléctricos de origen mineral se obtienen de un derivado secundario del petróleo en cuya composición predominan los hidrocarburos nafténicos. Las propiedades de un buen aceite de transformador no son propias o no están presentes, en forma exclusiva, en un determinado tipo de hidrocarburo, sino que por el contrario se encuentran repartidas entre varios (Nafténicos, parafínicos y aromáticos). Una composición típica de un buen aceite dieléctrico responde a las siguientes proporciones: - Hidrocarburos Aromáticos: 4 a 7% - Hidrocarburos Isoparafínicos: 45 a 55% - Hidrocarburos Nafténicos: 50 a 60% Los aceites minerales representan el 90% del volumen de ventas de aceites dieléctricos a nivel mundial, casi todo usado en transformadores e interruptores de potencia. Una cantidad menor es usada en capacitores y cables. ACEITES SINTETICOS: La aplicación de aceites sintéticos como aislantes eléctricos ha sido muy limitada. Recientemente se han empleado fluidos sintéticos a base de silicona y ésteres de ftalato en aplicaciones especiales donde un alto grado de seguridad y muy amplio tiempo de servicio es requerido. También, últimamente, se están ensayando aceites dieléctricos de naturaleza predominantemente parafínica. Las pruebas y su interpretación son prácticamente las mismas para un aceite sintético a base de silicona que para un aceite mineral. El test de oxidación no se requiere para las siliconas debido a que este material no se oxida (no forma lodos). PROPIEDADES DE LOS ACEITES DIELECTRICOS
puntos de fluidez del orden de -10oC son propios de las fracciones de petróleo en las cuales predominan los hidrocarburos isoparafínicos. Las fracciones de hidrocarburos nafténicos tienen puntos de fluidez entre -20 a -35oC y las fracciones de hidrocarburos aromáticos llegan a tener puntos de fluidez del orden de los -40 a -60oC. Puntos de fluidez aceptables para aceites dieléctricos, evaluado mediante el método ASTM D-97, es de - 40oC a - 50oC. PUNTO DE INFLAMACION Se define como la mínima temperatura a la cual el aceite emite una cantidad de vapores que es suficiente para formar una mezcla explosiva con el oxígeno del aire en presencia de una llama. El punto de inflamación de los aceites dieléctricos se ha fijado con un valor mínimo de 145oC y mientras más alto, será más segura su utilización en transformadores e interruptores de potencia. TENSION INTERFACIAL Conviene recordar que la solubilidad de un líquido en otro y también la viscosidad de ellos dependen, en buena parte, de su tensión superficial. Así por ejemplo, cuando dos líquidos tienen una tensión superficial muy diferente son insolubles, tal como sucede con el aceite y el agua. Ahora bien, en la interface o superficie de contacto de dos líquidos insolubles, se sucede una interacción molecular que tiende a modificar la tensión superficial de ambos líquidos en la zona de contacto; en este caso se habla de tensión interfacial, la cual casi siempre es referida al agua, como patrón de comparación. Existen compuestos que se forman de la descomposición natural de los aceites dieléctricos de origen mineral, que son igualmente solubles tanto en el agua como en el aceite, modificando su tensión interfacial, causando un aumento considerable de la humedad de saturación del aceite y haciéndolo más conductor de la electricidad. La tensión interfacial mínima aceptada para aceites dieléctricos, evaluada por el método ASTM D-971, es de 40 dinas/cm. PUNTO DE ANILINA Temperatura a la cual un aceite dieléctrico se disuelve en un volumen igual de anilina. Sirve como parámetro de control de calidad, ya que un aceite dieléctrico con alto contenido de aromáticos disuelve la anilina a menor temperatura. Temperaturas de disolución entre 78 y 86oC corresponden a un buen dieléctrico. El punto de anilina aceptado para aceites dieléctricos, evaluado mediante el método ASTM D-611, es de 63 a 84oC. COLOR La intensidad de color del aceite dieléctrico depende de los tipos de hidrocarburos que predominen en dicho aceite. Así por ejemplo, las fracciones
parafínicas e isoparafínicas son blancas y transparentes, color agua. Las nafténicas varían de amarillo claro a amarillo verdoso. Las aromáticas poseen coloraciones que van desde el amarillo rojizo (naranja) al marrón oscuro. Para los aceites dieléctricos se ha fijado un color máximo de 0,5 (amarillo claro), buscando que el aceite sea predominantemente nafténico. El color se determina mediante el método ASTM D1500. PROPIEDADES ELECTRICAS FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia mide las pérdidas de corriente que tienen lugar dentro del equipo cuando se encuentra en operación. Estas pérdidas de corriente son debidas a la existencia de compuestos polares en el aceite y a su vez son la causa de los aumentos anormales de temperatura que se suceden en los equipos bajo carga. El factor de potencia máximo permisible (%), evaluado mediante el método ASTM D-924, es: 25oC …………………………………..0,05% 100oC ……………………………….…0,3% RIGIDEZ DIELECTRICA La rigidez dieléctrica de un aceite aislante es el mínimo voltaje en el que un arco eléctrico ocurre entre dos electrodos metálicos. Indica la habilidad del aceite para soportar tensiones eléctricas sin falla. Una baja resistencia dieléctrica indica contaminación con agua, carbón u otra materia extraña. Una alta resistencia dieléctrica es la mejor indicación de que el aceite no contiene contaminantes. Los contaminantes que disminuyen la rigidez dieléctrica pueden usualmente ser removidos mediante un proceso de filtración (filtroprensa) o de centrifugación. PROPIEDADES QUIMICAS ESTABILIDAD A LA OXIDACION Los aceites dieléctricos, en razón de su trabajo, están expuestos a la presencia de aire, altas temperaturas y a la influencia de metales catalizadores tales como hierro y cobre, lo cual tiende a producir en el aceite cambios químicos que resultan en la formación de ácidos y lodos. Los ácidos atacan el tanque del transformador y reducen significativamente la capacidad aislante del aceite con las consecuentes pérdidas eléctricas. Los lodos interfieren en la transferencia de calor (enfriamiento), haciendo que las partes del transformador estén sometidas a más altas temperaturas, situación que también conduce a pérdidas de potencia eléctrica. Como resulta obvio, es importante
Características del aceite dieléctrico: 1.- Enfriamiento de componentes : el aceite dieléctrico puede transferir el calor generado por la resistencia de los conductores y bobinados metálicos al exterior. 2.- El aceite también tiene la función de aislar los componentes metálicos del transformador. 3.- El aceite dieléctrico debe tener excelentes propiedades antioxidantes ya que debe mantener sus propiedades durante largos períodos de tiempo. 4.- Para garantizar que el transformador funcione correctamente, es necesario asegurarte de que el aceite tenga excelentes propiedades como: Alta resistencia dieléctrica: La capacidad de un aceite para resistir la tensión entre los devanados de un transformador, evitando la formación de arcos y descargas eléctricas. Es muy sensible a la presencia de agua libre. Viscosidad: La baja viscosidad permite la circulación del aceite y, en consecuencia, se traduce en una mejor transferencia de calor. Factor de pérdida: permite cuantificar las pérdidas dieléctricas causadas por el aceite. La presencia de contaminantes polares cambia la dirección del campo eléctrico, consumiendo más energía.
Tensión interfacial: una medición indirecta de la cantidad de compuestos polares presentes en el aceite. Es un indicador de la presencia de ácidos polares que resultan de la degradación del aceite. ¿Por qué se utiliza aceite dieléctrico en los transformadores? El aceite dieléctrico, de transformador o aislante es un aceite que es estable a altas temperaturas y tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Se utiliza en transformadores llenos de aceite, algunos tipos de condensadores de alto voltaje, balastos de lámparas fluorescentes y aciertos tipos de interruptores de alto voltaje e interruptores automáticos. Ventajas y desventajas de los transformadores de aceite El diseño y las dimensiones del aislamiento de los transformadores de aceite están diseñados para que el transformador pueda hacer frente a los rayos y otras sobretensiones. Con el fin de minimizar el voltaje en el aislamiento longitudinal, se utiliza la técnica de bobinados unidos, en la que las vueltas se conectan entre sí en un cierto orden. En este caso, puede surgir un problema con el control del nivel de voltaje de aislamiento longitudinal, ya que las vueltas tienen diferentes potenciales. En este caso, la reducción de las sobretensiones se logra al aumentar la tensión de funcionamiento y, en relación con el rápido desarrollo de tecnologías basadas en la alta tensión y el aumento de la potencia de los dispositivos, también aumentan los requisitos de estabilidad y resistencia de los devanados y sistemas de aislamiento. Además de monitorear constantemente el nivel de voltaje, la tarea también es lograr la fuerza energética a largo plazo. Se produce un calentamiento intensivo en los devanados y circuitos magnéticos de los transformadores, por lo tanto, el aislamiento debe tener un enfriamiento efectivo y continuo. El aislamiento de barrera de aceite tiene una alta resistencia dieléctrica y proporciona un enfriamiento intenso y eficiente a través de la circulación de aceite.
