Aportaciones al diagnóstico de transformadores de potencia mediante el análisis de compuestos furánicos en el aceite
- Autores: Domingo Javier Urquiza Cuadros
- Directores de la Tesis: Juan Carlos Burgos Díaz (dir. tes.), Belén García de Burgos (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alfredo Ortiz Fernández (presid.), Silvia González Prolongo (secret.), Jean Gardy Germain Germain (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
- Resumen
Los transformadores son equipos fundamentales en los sistemas eléctricos. Disponer de herramientas que permitan optimizar su operación y mantenimiento resulta fundamental para mejorar la fiabilidad de los sistemas y a su vez minimizar los costes asociados a interrupciones inesperadas del suministro. La estimación del grado de envejecimiento real de los equipos es importante de cara a programar la sustitución de los mismos, aprovechando al máximo su vida remanente, a determinar su máxima carga admisible y a programar de manera eficiente las reparaciones en campo y otras intervenciones.
El grado de envejecimiento de un transformador está ligado al grado de deterioro de su aislamiento sólido, ya que cuando este elemento envejece, reduce su resistencia a la tracción y por lo tanto la capacidad del transformador para soportar los esfuerzos dinámicos que se producen durante un cortocircuito.
El envejecimiento del papel aislante de un transformador se suele cuantificar por medio de su grado de polimerización. Cuando un aislamiento celulósico es sometido a solicitaciones térmicas, las cadenas que componen su estructura se rompen. El grado de polimerización es una medida del número de monómeros de glucosa promedio en las cadenas de celulosa de una pieza de aislamiento. Otro parámetro mediante el cual se puede cuantificar el envejecimiento del aislamiento sólido es la resistencia a la tracción.
La medida directa del grado de polimerización del aislamiento de un transformador requeriría la extracción de muestras del aislamiento que recubre los arrollamientos, que es la zona en las que se alcanzan las mayores temperaturas durante la operación del equipo. En general no resulta posible por lo que es necesario recurrir a métodos indirectos para estimar el estado del aislamiento sólido del papel.
En esta tesis doctoral se propone la combinación de tres metodologías diferentes para estimar el grado de envejecimiento de un transformador en servicio. En primer lugar, se ha desarrollado un modelo de estimación del grado de polimerización a partir de las condiciones de operación del transformador. Este modelo tiene en cuenta el contenido de humedad del aislamiento sólido y el contenido en oxígeno del sistema papel aceite. A diferencia de los modelos propuestos por otros autores, los ensayos empleados para desarrollar el modelo consideraron la presencia de cobre, que actúa como catalizador de los procesos de envejecimiento del papel y del aceite y que siempre está presente en los transformadores reales.
En segundo lugar, se ha planteado un modelo para la estimación del grado de polimerización del papel a partir de la medida de la concentración de los compuestos furánicos en el aceite del transformador. Es bien sabido que los procesos de envejecimiento de los papeles aislantes generan compuestos furánicos, de los cuales el principal y más estable es el 2-Furfuraldehído (2FAL), de forma que el análisis de compuestos furánicos puede ser utilizado para estimar el grado de envejecimiento del papel aislante.
El modelo propuesto en la tesis tiene como variables de entrada la concentración de 2FAL en el aceite y el grado de humedad del aislamiento sólido. Se debe señalar que ningún otro modelo de furanos publicado hasta la fecha tiene en cuenta el efecto de esta variable, a pesar de que existen claras evidencias experimentales que demuestran su influencia. A lo largo de la tesis se demuestra que no tener en cuenta la humedad conduce a errores importantes en la interpretación de las medidas de los compuestos furánicos en transformadores con contenidos de humedad elevados.
Finalmente se propone un tercer método de evaluación del estado del aislamiento de los transformadores mediante la comparación de la concentración de 2FAL en un transformador con los contenidos típicos en unidades similares a este. Para ello se han obtenido valores de percentiles de 2FAL empleando para ello una base de datos con más de 28.000 registros de transformadores en servicio de distintas características en lo relativo a su tamaño, edad, modo de refrigeración, aplicación etc.
Mediante la combinación de las tres metodologías propuesta en la tesis, se espera llegar a un diagnóstico más fiable del estado del transformador y contribuir a lograr una mejor gestión de la vida de los equipos.
