Hispanopedia WikiEl análisis de gases disueltos ( AGD ) es un examen de los contaminantes del aceite de transformadores eléctricos . [ 1 ] Los materiales aislantes dentro de los equipos eléctricos liberan gases a medida que se degradan lentamente con el tiempo. La composición y distribución de estos gases disueltos son indicadores de los efectos del deterioro, como la pirólisis o la descarga parcial , y la tasa de generación de gases indica la gravedad. [ 2 ] El AGD es beneficioso para un programa de mantenimiento preventivo .
La recolección y el análisis de gases en un transformador aislado con aceite se discutieron ya en 1928. [ 3 ] A partir de 2018Se han dedicado muchos años de estudio empírico y teórico al análisis de los gases de falla de los transformadores.
El análisis de gases disueltos (DGA) generalmente consiste en tomar una muestra del aceite y enviarla a un laboratorio para su análisis. También se pueden transportar y utilizar unidades móviles de DGA en el lugar de trabajo; algunas unidades se pueden conectar directamente a un transformador. La monitorización en línea de los equipos eléctricos es una parte integral de la red eléctrica inteligente .
Aceite
Los transformadores de potencia de gran tamaño se llenan con aceite que enfría y aísla los devanados. El aceite mineral es el tipo más común en los transformadores para exteriores; entre los fluidos resistentes al fuego que también se utilizan se incluyen los bifenilos policlorados (PCB) y la silicona. [ 4 ]
El líquido aislante está en contacto con los componentes internos. Los gases, generados por eventos normales y anormales dentro del transformador, se disuelven en el aceite. Analizando el volumen, los tipos, las proporciones y la velocidad de producción de los gases disueltos, se puede obtener mucha información de diagnóstico. Dado que estos gases pueden revelar fallas en un transformador, se les conoce como "gases de falla". Los gases se producen por oxidación , vaporización , descomposición del aislamiento , degradación del aceite y acción electrolítica.
Muestreo
tubo de muestra de aceite
Un tubo de muestreo de aceite se utiliza para extraer, retener y transportar la muestra de aceite del transformador en las mismas condiciones en que se encuentra dentro del transformador, con todos los gases de falla disueltos en él.
Se trata de un tubo de vidrio de borosilicato hermético a los gases , con una capacidad de 150 ml o 250 ml, provisto de dos válvulas de teflón herméticas en ambos extremos. Las salidas de estas válvulas cuentan con una rosca que facilita la conexión de tubos sintéticos al extraer muestras del transformador. Esta característica también permite transferir el aceite a la bureta de aceite de muestra del extractor de gases múltiple sin exposición a la atmósfera, conservando así todos sus gases disueltos y desprendidos.
Dispone de un tabique en un lado del tubo para extraer una muestra de aceite y comprobar su contenido de humedad.
Se utilizan cajas de espuma termoplástica para transportar los tubos de muestra de aceite mencionados anteriormente, evitando su exposición a la luz solar.
Jeringa de vidrio
Las jeringas para aceite son otro método para obtener una muestra de aceite de un transformador. Su capacidad varía considerablemente, pero suelen ser de alrededor de 50 ml. La calidad y la limpieza de la jeringa son importantes para preservar la integridad de la muestra antes del análisis.
Extracción
La técnica DGA consiste en extraer o separar los gases del petróleo e inyectarlos en un cromatógrafo de gases (GC). La detección de las concentraciones de gas generalmente implica el uso de un detector de ionización de llama (FID) y un detector de conductividad térmica (TCD). La mayoría de los sistemas también emplean un metanizador, que convierte el monóxido y el dióxido de carbono presentes en metano para que pueda quemarse y detectarse con el FID, un sensor muy sensible. [ 5 ]
Método "Rack"
El método original, ahora denominado ASTM D3612A, requería someter el aceite a un alto vacío en un complejo sistema sellado con vidrio para eliminar la mayor parte del gas. Posteriormente, el gas se recogía y medía en un tubo graduado rompiendo el vacío con un pistón de mercurio. El gas se extraía de la columna graduada a través de un septo con una jeringa hermética y se inyectaba inmediatamente en un cromatógrafo de gases.
Extractor de gas multietapa
Un extractor de gases multietapa es un dispositivo para el muestreo de aceite de transformador . En 2004, el Instituto Central de Investigación de Energía de Bangalore , India, introdujo un método innovador que permitía someter una misma muestra de aceite de transformador a vacío repetidamente, a temperatura ambiente, hasta que el volumen de gases extraídos dejara de aumentar. Este método fue perfeccionado por Dakshin Lab Agencies, también de Bangalore, para crear un extractor de gases multietapa para aceite de transformador. Este método es una versión mejorada de la norma ASTM D 3612A que permite realizar extracciones múltiples en lugar de una sola, y se basa en el principio de Toepler.
En este aparato, se extrae un volumen fijo de aceite de muestra directamente de un tubo de muestra a un recipiente de desgasificación al vacío, donde se liberan los gases. Estos gases se aíslan utilizando un pistón de mercurio para medir su volumen a presión atmosférica y, posteriormente, se transfieren a un cromatógrafo de gases mediante una jeringa hermética.
Un aparato de diseño muy similar, que en principio permite la extracción de múltiples gases mediante vacío y bomba Toepler, lleva más de 30 años en funcionamiento en Sídney (Australia). El sistema se utiliza para transformadores de potencia e instrumentación, así como para aceites de cables.
extracción del espacio de cabeza
La extracción del espacio de cabeza se explica en la norma ASTM D 3612-C. La extracción de los gases se logra agitando y calentando el aceite para liberar los gases en el espacio de cabeza de un vial sellado. Una vez extraídos, los gases se envían al cromatógrafo de gases .
Existen técnicas especializadas como la extracción sorptiva en espacio de cabeza (HSSE) o la extracción sorptiva con barra agitadora (SBSE). [ 6 ]
Análisis
Cuando se produce la gasificación en los transformadores, se generan varios gases. Se puede obtener suficiente información útil a partir de nueve gases, por lo que generalmente no se analizan los demás. Los nueve gases analizados son:
- Gases atmosféricos: nitrógeno y oxígeno
- Óxidos de carbono: monóxido de carbono y dióxido de carbono
- Hidrocarburos: acetileno , etileno , metano y etano.
- Hidrógeno
Los gases extraídos de la muestra de aceite se inyectan en un cromatógrafo de gases, donde las columnas los separan. Los gases se inyectan en el cromatógrafo y se transportan a través de una columna. La columna retarda selectivamente los gases de la muestra, que se identifican a medida que pasan por un detector en diferentes momentos. La gráfica de la señal del detector en función del tiempo se denomina cromatograma .
Los gases separados se detectan mediante un detector de conductividad térmica para los gases atmosféricos y mediante un detector de ionización de llama para los hidrocarburos y óxidos de carbono. Se utiliza un metanador para detectar los óxidos de carbono, reduciéndolos a metano cuando se encuentran en muy baja concentración.
Tipos de fallas
Las fallas térmicas se detectan por la presencia de subproductos de la descomposición del aislamiento sólido. Este aislamiento suele estar compuesto de celulosa y se degrada de forma natural, pero la velocidad de degradación aumenta con la temperatura. Cuando se produce una falla eléctrica, se libera energía que rompe los enlaces químicos del fluido aislante. Una vez rotos estos enlaces, los elementos se reforman rápidamente, formando los gases de falla. La energía y la velocidad de formación de estos gases varían, lo que permite analizar los datos de los gases para determinar el tipo de falla que se produce en el equipo eléctrico.
- El sobrecalentamiento de los devanados suele provocar la descomposición térmica del aislamiento de celulosa . En este caso, los resultados del análisis de gases disueltos (DGA) muestran altas concentraciones de óxidos de carbono (monóxido y dióxido). En casos extremos, se detectan niveles aún mayores de metano y etileno.
- El sobrecalentamiento del petróleo provoca la descomposición del líquido por efecto del calor y la formación de metano, etano y etileno.
- La descarga corona es una descarga parcial que se detecta en un DGA mediante la presencia de hidrógeno elevado.
- La formación de arcos eléctricos es la condición más grave en un transformador y se detecta incluso con niveles bajos de acetileno.
Solicitud
La interpretación de los resultados obtenidos para un transformador específico requiere conocer la antigüedad de la unidad, el ciclo de carga y la fecha del mantenimiento mayor, como el filtrado del aceite. La norma IEC 60599 y la norma ANSI IEEE C57.104 proporcionan directrices para la evaluación del estado del equipo en función de la cantidad de gas presente y las proporciones de los volúmenes de pares de gases. [ 7 ]
Métodos de interpretación
Se han desarrollado varios métodos para interpretar los resultados del análisis de gases disueltos (DGA) y clasificar las fallas de los transformadores:
Método de gas clave
El método del gas clave identifica fallas analizando la concentración de gases individuales. Cada gas sirve como indicador de un tipo específico de falla: el hidrógeno indica descarga parcial, el acetileno indica arco eléctrico y el etileno indica fallas térmicas en el aceite. [ 8 ]
Método de la relación de Rogers
El método de la relación de Rogers evalúa las relaciones entre concentraciones de gases seleccionadas en lugar de valores absolutos, lo que permite comparaciones más consistentes entre diferentes transformadores. Se utilizan tres relaciones de gases para clasificar los tipos de fallas, incluidas las fallas térmicas y las descargas eléctricas. [ 8 ]
Método del triángulo de Duval
El método del triángulo de Duval representa tres porcentajes de gases hidrocarburos (metano, etileno, acetileno) en un diagrama triangular dividido en zonas de falla. La posición del punto representado indica el tipo de falla probable. [ 8 ]
Método del pentágono de Duval
El método del pentágono de Duval amplía el método del triángulo al incorporar cinco gases, lo que proporciona un diagnóstico mejorado para la emisión de gases dispersos y los casos en los que el método del triángulo no es concluyente. [ 8 ]
Una vez tomadas y analizadas las muestras, el primer paso para evaluar los resultados del análisis de gases disueltos (AGD) consiste en considerar los niveles de concentración (en ppm) de cada gas clave. Se registran los valores de cada gas clave a lo largo del tiempo para poder evaluar la tasa de cambio de sus concentraciones. Cualquier aumento brusco en la concentración de un gas clave indica un posible problema en el transformador. [ 9 ]
El análisis de gases disueltos como técnica de diagnóstico tiene varias limitaciones. No puede localizar con precisión una falla. Si el transformador se ha rellenado con aceite nuevo, los resultados no son indicativos de fallas. [ 7 ] Otras limitaciones incluyen:
- Los métodos de relación de gases pueden producir resultados no concluyentes cuando se utilizan múltiples
Las fallas ocurren simultáneamente.
- Los resultados pueden variar dependiendo del diseño del transformador, el tipo de aceite y
historial operativo, que requiere interpretación contextual. [ 10 ]
- Ningún método de interpretación es universalmente fiable; la combinación
El uso de múltiples métodos mejora la precisión del diagnóstico.
fabricantes
- https://global.abb/group/en
- https://www.gevernova.com/
- https://www.siemens-energy.com/global/en/home.html
- https://www.mitsubishielectric.com/en/
- https://www.vaisala.com/en
- https://hertzinno.com/products/online-dga/online-dga-products/
Referencias
- ↑ Herbert G. Erdman (ed.), Aceites aislantes eléctricos , ASTM International, 1988 ISBN 0-8031-1179-7pág. 108
- ↑ "ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS DE FLUIDOS AISLANTES DE ACEITE MINERAL" . Archivado del original el 25 de abril de 2012. Consultado el 2 de noviembre de 2011 .
- ↑ Vahidi, Behrooz; Teymouri, Ashkan (2019), "Análisis de gases disueltos (DGA)" , en Vahidi, Behrooz; Teymouri, Ashkan (eds.), Pruebas de confirmación de calidad para sistemas de aislamiento de transformadores de potencia , Cham: Springer International Publishing, pp. 65–73 , doi : 10.1007/978-3-030-19693-6_4 , ISBN 978-3-030-19693-6, S2CID 191166554 , consultado el 1 de junio de 2022
- ↑ "Análisis de gases disueltos" . 2005. Consultado el 21 de noviembre de 2011 .
- ↑ "Uso del análisis de gases disueltos para detectar fallas activas en equipos eléctricos con aislamiento de aceite" . Archivado del original el 15 de abril de 2012. Consultado el 21 de noviembre de 2011 .
- ↑ Bicchi, C; Iori, C; Rubiolo, P; Sandra, P (2002). "Extracción sorptiva en espacio de cabeza (HSSE), extracción sorptiva con barra agitadora (SBSE) y microextracción en fase sólida (SPME) aplicadas al análisis de café arábica tostado y café preparado". J Agric Food Chem . 50 : 449–59 . PMID 11804511 .
- 1 2 Martin J. Heathcote (ed)., The J&P Transformer Book Thirteenth Edition , Newnes, 2007 ISBN 978-0-7506-8164-3páginas 588-615
- 1 2 3 4 "IEEE Std C57.104-2019 – Guía para la interpretación de gases generados en transformadores sumergidos en aceite" . IEEE Standards Association. 2019. Recuperado el 11 de mayo de 2026 .
- ↑ "Análisis de gases disueltos para transformadores" (PDF) . Consultado el 21 de noviembre de 2011 .Lynn Hamrick, "Análisis de gases disueltos para transformadores"
- ↑ "Guía completa para el análisis de gases disueltos de transformadores: métodos, estándares, interpretación y limitaciones prácticas" . Power Prognosis . Consultado el 11 de mayo de 2026 .
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