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Diagnóstico y Mantenimiento a Transformadores Diagnóstico Fisico Quimico de Aceites Minerales Aislantes (segunda Sesión)

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Información Importante

Programación de Conferencias

Jueves 16 de Junio: Medios Aislantes. (OK) Miércoles 22 de Junio: Diagnóstico Fisicoquímico de Aceites. Miércoles 29 de Junio: Cromatografía de Gases. Miércoles 06 de Julio: Emisiones Acústicas, SFRA, Azufre Corrosivo. Martes 19 de Julio: Mantenimiento en Campo: Procedimientos.

Ing. Ernesto Gallo Perfil Profesional: • Ingeniero Mecánico • Especialista en Diagnostico y Mantenimiento de Transformadores

eléctricos de Potencia, actualizaciones periódicas • Termógrafo Certificado Nivel III, actualizaciones Periódicas. • Ensayos No Destructivos (END): EA,VA,UT,VI • Otros: Alineación Laser, Lubricación, Energía Solar. Formación Gerencia: • Alta Gerencia Universidad de los Andes • PADE, INALDE, Universidad de la Sabana Instructor y Conferencista Internacional: • DYMA (Diagnóstico y Mantenimiento de Transformadores) • Certificación Termógrafos Nivel I y II (PTA, ASNT)

Portafolio

Servicios

Productos

Cursos y seminarios

Históricos en línea

Nuestro Portafolio

Nuestros Servicios

Históricos en línea

Confiabilidad

*Termografía

*Maquinas Rotativas

Mantenimiento de Subestaciones

Mantenimiento y prueba a transformadores

Pruebas de laboratorio para aceites Aislantes

Nuestros Productos

Cámaras coronográficas UV Cámaras

termográficas Equipos de Ahorro

Energético

Sistema fotovoltaico

Equipos de Protección para

transformadores

Intercambiadores de calor y enfriadores

Monitoreo en Transformadores de

Distribución

Monitoreo de Transformadores y Subestaciones GIS

Software de Monitoreo

Transformadores y Subestaciones

Transformadores de Potencia

Ventanas Infrarrojas

Motores – Generadores – Arrancadores suaves

– Variadores de velocidad

(Tercera Sesión). Cromatografía de Gases

(Duke Energy, 2009)

Falla Catastrófica de Transformador

REFERENCIA: MICHEL DUVAL - ACIEM COLOMBIA JULIO 28 DE 2011

Cromatografía de Gases diagnóstico predictivo de fallas térmicas y/o eléctricas

Monitoreo por Análisis de Gases (DGA)

-DGA es hoy en día ampliamente utilizado para la detección temprana de

fallas.

- Se ejecutan anualmente mas de 1 millón de análisis de gases disueltos DGA

por muchos laboratorios en el mundo

- Se han instalado más de 30,000 monitores en línea.

Cromatografía de gases

Objetivos

Verificar una unidad nueva en período de

garantía

Determinar naturaleza de

falla

Supervisar unidad en

operación con posible falla

Monitorear, aviso

anticipado de una falla

Información Histórica

Datos de placa incluida fecha de

fabricación (edad).

El TGC ha aumentado en el

aceite sorpresivamente?

Está la unidad a full carga o con

sobrecarga?

Se tienen ADG previos?

Ha tenido incidentes el

transformador o algún aislador?

La unidad ha sido desgasificada?

Cuando?

La unidad fue reparada?

Tópicos a resolver en CROM

Gases representativos

en las diferentes fallas

Que niveles parcial o total de gases son aceptables

Velocidad de generación de

gases

Grupo de gases generados por determinada

falla.

Gases a Analizar

Hidrogeno (H2)

Oxígeno (O2)

Nitrógeno (N2)

Monóxido de carbono (CO)

Metano (CH4)

Dióxido de carbono (CO2)

Etileno (C2H4)

Esquema del método Para análisis de gases disueltos en aceite de transformador por cromatógrafo de gases hewlett-packard c/head space

Columnas de retención

•La muestra es pasada de la jeringa a un vial, el cual se coloca en el Head Space en donde se calienta a 70 °C por 30 mín,

•Luego es inyectada a la columna del cromatógrafo una fase gaseosa, la que es agarrada por gas Argón y empieza a viajar hacia un detector TCD o FID dependiendo del gas

•Por el tiempo que se demora en salir el gas al detector es identificado y por el área que deja la señal comparada con la de los gases patrones es hallada su concentración exacta.

Cromatograma

Norma IEEE C57.104 – 2008

Hidrogeno Metano Acetileno Etileno EtanoMonoxido de Carbono Dioxido de

(H2) (CH4) (C2H2) (C2H4) (C2H6) (CO) Carbono(CO2)

Condición 1 100 120 1 50 65 350 2500 720Condición 2 101-700 121-400 02-sep 51-100 66-100 351-570 2500-4000 721-1920

Condición 3 701-1800 401-1000 oct-35 101-200 101-150 571-14004001-10000 1921-4630

Condición 4 >1800 >1000 >35 >200 >150 >1400 >10000 >4630

CONDICION 4: El total de gases combustibles (TDGC) dentro de este rango indican descomposición excesiva. La operación continua podría resultar en la falla del transformador. Proceda inmediatamente y con precaución.

Estado

Limites clave de concentración de gases disueltos (ppm)*

TDCGb

CONDICION 1: El total de gases combustibles(TDGC) por debajo de este nivel indican que el transformador está operando satisfactoriamente. Cualquier gas combustible individual que exceda los niveles especificados deberá ser sometido a investigación adicional

CONDICION 2: El total de gases combustibles (TDGC) dentro de este rango indica nivel de gases combustibles mayor que el normal. Cualquier gas combustible individual que exceda los niveles especificados deberá ser objeto de investigación adicional. Debe ejecutarse una acción para establecer una tendencia. Debe haber presencia de falla(s).

CONDICION3: El total de gases combustibles (TDGC) dentro de este rango indica un alto nivel de descomposición. Cualquier gas combustible individual que exceda los niveles especificados debe ser objeto de investigación adicional. Proceda de acuerdo a la figura 2, paso 3. Debe tomarse una acción inmediata para establecer una tendencia.

Publicada en Febrero 2 de 2009

Norma IEEE C57.104 – 2008 Publicada en Febrero 2 de 2009

• El total de gases combustibles disueltos, TDCG, por debajo de este nivel indica que el transformador está operando satisfactoriamente. Cualquier gas individual que exceda los niveles especificados requiere investigación adicional.

Condición 1:

• El total de gases combustibles disueltos, TDCG, dentro de este rango indica un nivel mayor del normal. Cualquier gas individual que exceda los niveles especificados requiere investigación adicional. Se deben tomar acciones para establecer una tendencia. Probablemente haya presencia de falla(s).

Condición 2:

• : El total de gases combustibles disueltos, TDCG, dentro de este rango indica un alto nivel de descomposición. Cualquier gas individual que exceda los niveles especificados requiere investigación adicional. Debe tomarse una acción inmediata para establecer una tendencia. Probablemente haya presencia de falla(s).

Condición 3

• El total de gases combustibles disueltos, TDCG, dentro de este rango indica una excesiva descomposición. Una operación continuada podría llevar a la falla del transformador. Proceda inmediatamente y con precaución. Condición 4:

Norma IEEE C57.104 – 2008 Publicada en Febrero 2 de 2009

CIGRE (TB # 443*) : Recomendaciones para limites de concentraciones de gases e intervalos de muestreo

*disponible en publications@cigre.org

Concentration H2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 CO CO2 TDCG Sampling intervals

Typical 100 80 170 55 3 500 8900 908 Yearly

Level 2 180 129 270 126 13 766 14885 1542 MonthlyLevel 3 254 170 352 205 32 983 20084 2101 WeeklyLevel 4 403 248 505 393 102 1372 29980 3175 Daily

Pre-failure 725 400 800 900 450 2100 50000 5380 Hourly

Oil sampling intervals versus gas concentrations in CIGRE power transformers in service, in

-Para velocidad de generación de gases e intervalos de muestreo:

Rate H2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 CO CO2 TDCG Sampling intervals

Typical 83 65 89 47 2 660 5850 946 Yearly

Level 2 179 175 218 176 7 1737 15382 2539 MonthlyLevel 3 280 313 369 382 17 3054 27012 4513 WeeklyLevel 4 509 679 745 1074 47 6491 57351 9738 Daily

Pre-failure 1095 1825 1825 4015 182 17000 150000 26000 Hourly

Oil sampling intervals versus rates of gas increase in CIGRE power transformers in service, in /l/year

CIGRE

Para combinaciones de concentraciones y velocidad de generación de gases:

Cromatografía de Gases

Fallas de tipo térmico:

Fallas de tipo eléctrico:

Arco interno

Descargas Parciales por Efecto corona

Sobrecalentamiento papel

Punto caliente localizado

Energía requerida para romper los hidrocarburos

Fuente: DOBLE Eng .Seminario “Life of a transformer” Orlando FLA Feb 2008

Hidrógeno (H2 ) : 338 kJ/mol

Metano (CH4) : 338 kJ/mol

Etano (C2H6 ) : 607 kJ/mol

Etileno (C2H4) : 720 kJ/mol

Acetileno (C2H2) : 960 kJ/mol

Baja Temperatura ±

120ºC

Alta Temperatura ±

700ºC

Energía/Temperatura requeridas para producir gases

REFERENCIA: MICHEL DUVAL - ACIEM COLOMBIA JULIO 28 DE 2011

Baja energía H2, CH4, C2H6, CO, CO2.

Alta temperatura C2H4

Muy alta temperatura/

energìa C2H2

En la práctica siempre se forman mezclas de gases.

Significado de la relación CO2/CO (IEEE C57.104 – 2008)

La celulosa de carboniza a 150°C, hay degradación a temperatura normal de operación

La relación CO2/CO, se usa como un índice de descomposición térmica de la celulosa.

Esta relación normalmente se mantiene en una estrecha relación entre 3 y 10.

Una temperatura alta tiende a aumentar la relación CO2/CO

Si aumenta CO, la relación CO2/CO decrece, lo cual puede ser indicio de anormalidad manifestada en degradación del aislamiento celulósico.

Es recomendable un análisis de Furanos cuando crece la relación CO2/CO

Punto Caliente localizado gas característico: ETILENO (C2H4)

Papel sobre-calentado Gas característico monóxido de carbono (co)

Arco intereno, gases característicos: Hidrogeno (H2) y acetileno (C2H2)

Efecto Corona, Dp, Gases Característicos: Hidrogeno (H2) y Metano (CH4)

Triángulo de Duval

Triángulo de Duval

PD: Descargas parciales D1: Descargas de Alta Energía. D2: Descargas de Baja Energía DT: Indeterminada, falla térmica o

eléctrica T1: Falla Térmica T<300 ºC T2: Falla Térmica 300ºC<T< 700ºC T3: Falla Térmica T>700ºC

%C2H2= 100x / (x+y+z) %C2H4= 100y / (x+y+z) %CH4 = 100z / (x+y+z) Siendo x = C2H2, y = C2H4, z

= CH4

x

y z

Ejemplo

Un transformador se encontró con incrementos recientes de : •45 ppm of CH4, •90 ppm de C2H4, •15 ppm de C2H2. Este significativo incremento C2H4 and C2H2 es suficiente justificación para sospechar una falla y aplicar el método del triángulo de Duval. Calcule el total T = CH4 + C2H4 + C2H2 = 45 + 90 + 15 = 150.

Exprese la cantidad de cada gas como un porcentaje de T. CH4: 100*CH4/T = 100*45/150 = 30%

C2H4: 100*C2H4/T = 100*90/150 = 60% C2H2: 100*C2H2/T = 100*15/150 = 10%

Ejemplo Triangulo de Duval

10%

30% 60%

Falla térmica con T mayor de 700ºC

Ejemplo Triangulo de Duval

Riesgo de falla vs gases

Sin tener en cuenta el tipo y localización de la falla (Cortesía de Michel Duval)

REFERENCIA: MICHEL DUVAL - ACIEM COLOMBIA JULIO 28 DE 2011

Informe de Cromatografía

Informe de Cromatografía

Comparación Métodos

• Los datos son recolectados automáticamente, en el ciclo de análisis de gas cromatográfico (GC): Alta Precisión (±5%) – Niveles aceptados por la ciencia de GC No existe ningún riesgo de errores por muestreo manual

• Técnica de muestro repetitivo • Sin exposición al aire

• Los datos son recolectados incluso por rango de horas: Mas rápida y precisa determinación de las curvas de tendencia

y eventos Importante en la caracterización de la dimensión y frecuencia

de fallas; Visibilidad del comportamiento dinámico de los gases con

respecto a la carga.

• Los 8 IEEE/IEC gases responsables + humedad son monitoreados y correlacionados con la temperatura del aceite y la carga. Facilidades para diagnostico y gestión de alarmas

Monitoreo en línea

Serveron Transformer Monitor

Monitoreo en línea

Monitoreo en línea

Monitoreo en línea

Monitoreo en línea

Monitoreo en línea

Monitoreo en línea

Toma de muestra para CROM

Toma de Muestra para CROM

Toma de Muestra para CROM

Cromatografía de gases (Jeringa para toma de muestra)

Caso transformador 160 MVA 14.8/144 KV (Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)

Caso transformador 160 MVA 14.8/144 KV

(Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)

IEC 60599 – Velocidad de Generación de gases

Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.Volumen = 200 gals.

Transequipos S.A.

Transequipos S.A.

Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.

Transequipos S.A.

Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.

Corona por DP 500 kva 13.2-11.4/440 V

Corona por DP 500 kva 13.2-11.4/440 V

PREGUNTAS

Ing. Ernesto Gallo Presidente Fundador Transequipos S.A. www.transequipos.com

GRACIAS Confiablidad con Valor Agregado