Análisis de gases disueltos en transformador - Laboratorio EBM Barranquilla
Introducción: El Problema de las Fallas Silenciosas
El transformador en aceite es un equipo robusto diseñado para durar décadas, pero sus fallas internas suelen ser silenciosas hasta que es demasiado tarde. Una falla catastrófica puede costar cientos de miles de dólares en pérdidas por interrupción, reparación y reemplazo del equipo.
La Cromatografía de Gases Disueltos (CGD), también conocida como Análisis de Gases Disueltos (DGA por sus siglas en inglés), es la herramienta de diagnóstico más potente disponible para los ingenieros de mantenimiento. Esta técnica permite detectar problemas internos antes de que se conviertan en fallas catastróficas.
¿Cómo Funciona el Análisis de Gases Disueltos?
Bajo estrés térmico o eléctrico, el aceite dieléctrico y el aislamiento de papel se descomponen, liberando gases específicos que quedan disueltos en el aceite. La identificación y cuantificación de estos gases nos dice exactamente qué está pasando dentro del transformador.
Gases Clave y su Significado
Cada gas indica un tipo específico de problema:
| Gas | Fórmula | Indica | Nivel de Alerta |
|---|---|---|---|
| Hidrógeno | H₂ | Descargas parciales (efecto corona), arco eléctrico | Alto si > 100 ppm |
| Acetileno | C₂H₂ | Arco eléctrico de alta energía (cortocircuito franco) | Crítico si > 1 ppm |
| Metano | CH₄ | Sobrecalentamiento del aceite (> 150°C) | Moderado si > 120 ppm |
| Etano | C₂H₆ | Sobrecalentamiento del aceite (100-150°C) | Moderado si > 65 ppm |
| Etileno | C₂H₄ | Sobrecalentamiento severo del aceite (> 200°C) | Alto si > 50 ppm |
| Monóxido de Carbono | CO | Degradación del papel aislante (aislamiento sólido) | Alto si > 350 ppm |
| Dióxido de Carbono | CO₂ | Degradación del papel aislante (normal en envejecimiento) | Moderado si CO₂/CO < 3 |
Normas y Estándares Aplicables
El análisis de gases disueltos se rige por estándares internacionales reconocidos:
IEC 60599
Estándar internacional que proporciona guías para la interpretación del análisis de gases disueltos en aceite de transformadores. Incluye métodos de diagnóstico y criterios de evaluación.
IEEE C57.104
Estándar del IEEE que establece guías para la interpretación de gases generados en transformadores inmersos en aceite. Define niveles de atención y acción.
ASTM D3612
Método estándar para el análisis de gases disueltos en aceite dieléctrico mediante cromatografía de gases.
Interpretación de Resultados: Métodos de Diagnóstico
Existen varios métodos para interpretar los resultados del CGD:
1. Método de Duval Triangle (Triángulo de Duval)
El método más utilizado para clasificar el tipo de falla. Utiliza las concentraciones relativas de CH₄, C₂H₂ y C₂H₄ para ubicar el problema en una de las zonas del triángulo:
- Zona PD (Descargas Parciales): Descargas eléctricas de baja energía
- Zona D1 (Descargas de Baja Energía): Descargas eléctricas de energía moderada
- Zona D2 (Descargas de Alta Energía): Arcos eléctricos de alta energía
- Zona T1 (Térmico < 300°C): Sobrecalentamiento moderado
- Zona T2 (Térmico 300-700°C): Sobrecalentamiento severo
- Zona T3 (Térmico > 700°C): Sobrecalentamiento extremo
2. Método de Key Gases (Gases Clave)
Identifica el gas predominante para determinar el tipo de falla:
- H₂ predominante: Descargas parciales
- C₂H₂ predominante: Arco eléctrico
- CH₄ y C₂H₆ predominantes: Sobrecalentamiento del aceite
- C₂H₄ predominante: Sobrecalentamiento severo
- CO y CO₂ altos: Degradación del papel aislante
3. Método de Tendencias
El análisis de tendencias a lo largo del tiempo es crucial. Un aumento rápido en la concentración de gases indica un problema activo y en desarrollo.
Equipo de análisis de aceite dieléctrico - Laboratorio EBM
Frecuencia Recomendada de Análisis
La frecuencia del análisis depende de varios factores:
- Transformadores nuevos: Análisis inicial al recibir, luego cada 1-2 años
- Transformadores en servicio normal: Análisis anual
- Transformadores críticos: Análisis cada 6 meses
- Después de eventos: Inmediatamente después de sobrecargas, cortocircuitos o mantenimientos mayores
- Si se detectan gases anormales: Seguimiento cada 3-6 meses hasta estabilización
Casos de Estudio: Interpretación Práctica
Caso 1: Descarga Parcial Detectada
Situación: Transformador de 500 kVA, 5 años en servicio
Resultados CGD:
- H₂: 180 ppm (normal: < 100 ppm)
- C₂H₂: 0.5 ppm (normal: < 1 ppm)
- CH₄: 45 ppm (normal: < 120 ppm)
- C₂H₄: 12 ppm (normal: < 50 ppm)
Diagnóstico: Descarga parcial activa (zona PD del triángulo de Duval). El H₂ elevado indica descargas eléctricas de baja energía, probablemente en conexiones o aisladores.
Acción: Inspección termográfica, revisión de conexiones, y seguimiento cada 3 meses.
Caso 2: Sobrecalentamiento Severo
Situación: Transformador de 1000 kVA, 10 años en servicio
Resultados CGD:
- H₂: 85 ppm
- C₂H₂: 0 ppm
- CH₄: 250 ppm (normal: < 120 ppm)
- C₂H₄: 180 ppm (normal: < 50 ppm)
- C₂H₆: 95 ppm
Diagnóstico: Sobrecalentamiento severo (zona T2 del triángulo de Duval). La alta concentración de C₂H₄ indica temperaturas superiores a 300°C, probablemente en conexiones de baja tensión o en el núcleo.
Acción: Inspección inmediata, medición de corrientes de carga, y posible desenergización para reparación.
Beneficios del Análisis de Gases Disueltos
Detección Temprana
Identifica problemas antes de que causen fallas catastróficas
Planificación de Mantenimiento
Permite programar reparaciones durante paradas planificadas
Reducción de Costos
Evita costos de reparación de emergencia y pérdidas por interrupción
Extensión de Vida Útil
Mantiene los transformadores operando de manera segura y eficiente
Conclusión
El análisis de gases disueltos es una herramienta esencial en el mantenimiento predictivo de transformadores. Cuando se realiza regularmente e interpreta correctamente, puede prevenir fallas costosas y extender significativamente la vida útil del equipo.
En EBM, realizamos análisis de gases disueltos como parte de nuestro servicio de mantenimiento preventivo. Nuestro laboratorio cuenta con equipos de cromatografía de gases y técnicos certificados para proporcionar diagnósticos precisos y recomendaciones técnicas.
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