• Author / Uploaded
• Gerardo Ivan Renteria Cabrera

• Categories
• Aislador (Electricidad)
• Petróleo
• Petróleo
• Transformador
• Química

Citation preview

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

COORDINACIÓN DE TRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN

PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS DE CAMPO DE ACEITES AISLANTES

RIGIDEZ DIELÉCTRICA

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

ÍNDICE

Pág. 1. Objetivo

3

2. Naturaleza y función de los aceites aislantes

3

3. Procedimiento para la determinación de la rigidez dieléctrica

3

3.1.

Norma ASTM D-877

3

3.2.

Norma ASTM D-1816

7

PROCE

2

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

1. Objetivo El objetivo de este procedimiento, es proporcionar los elementos necesarios para unificar los criterios, en la determinación de las condiciones que guardan los aceites aislantes nuevos y en operación en los diversos equipos eléctricos de potencia mediante las pruebas de campo más comunes utilizadas hasta el momento por C.F.E. Para ello, se describen y definen en términos generales las diversas características físicas y químicas, se revisan los efectos que las afectan o cambian y se recomiendan métodos para sus mediciones junto con las precauciones necesarias para evitar resultados erróneos. Adicionalmente, se proporcionan bases para la interpretación de los resultados de las pruebas y se presentan datos para poder evaluar los mismos.

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

Los tres grupos principales de compuestos que forman un aceite aislante son los parafínicos, nafténicos y aromáticos, variando el porcentaje de cada uno de ellos, dependiendo del crudo básico y del proceso de refinación. El aceite dentro de los equipos eléctricos cumple con varias funciones principales: como medio aislante y refrigerante (disipación de calor) en el caso de transformadores y como medio extintor del arco en los interruptores de potencia, durante la apertura con corrientes de carga y falla. 3.

Procedimiento para la determinación de la rigidez dieléctrica en aceites aislantes

3.1

Usando electrodos de disco planos (norma ASTM D-877)

3.1.1 Alcance 2. Naturaleza y función de los aceites aislantes Los aceites aislantes son producto de la destilación del petróleo crudo obtenido de tal manera que deban reunir ciertas características físicas especiales como son: viscosidad, temperatura de escurrimiento, etc., y propiedades eléctricas que sean idóneas para su utilización adecuada en los diversos equipos. Existen fundamentalmente dos tipos básicos de crudo para la obtención de aceites aislantes para transformador, los de base nafténica y los de base parafínica. Debido a que el aceite aislante es una mezcla de hidrocarburos, se le llama de base parafínica cuando contiene más de un 50% de hidrocarburos parafínicos, etc.

Este método cubre dos variantes para determinar el valor de rigidez dieléctrica, una para aceite nuevo y otra para aceite regenerado al iniciar o reiniciar su servicio, a las cuales llamaremos pruebas de referencia. Cuando se trata de determinar la rigidez dieléctrica de un aceite en operación como parte del programa de mantenimiento preventivo se llaman pruebas de rutina. 3.1.2 Significado La rigidez dieléctrica de un aceite es el voltaje al cual presenta la ruptura dieléctrica entre dos electrodos bajo determinadas condiciones. La determinación del valor de la rigidez dieléctrica de un aceite aislante tiene importancia como una medida de su habilidad para soportar esfuerzos eléctricos

PROCE

3

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

sin fallar. También sirve para indicar la presencia de agentes contaminantes, tales como agua, suciedad o partículas conductoras en el aceite, una o más de las cuales pueden estar presentes cuando se encuentran valores bajos de rigidez durante una prueba. Sin embargo, un valor alto de rigidez dieléctrica no indica la ausencia de todos los contaminantes. 3.1.3 Aparatos y equipo Para la realización de la prueba de rigidez dieléctrica, en general se puede usar cualquier probador de rigidez dieléctrica en el cual sus componentes fundamentales como son el transformador, equipo de interrupción, vóltmetro, electrodos y copa de prueba cumplan con lo establecido en la norma ASTM D-877. Sin embargo, se da preferencia dentro de los equipos que cumplan con estos requisitos a los operados con motor, sobre todo cuando el aceite que se va a probar corresponde a equipos de extra alta tensión (de 230 kV en adelante). En la Fig. 3.1 se muestra un diagrama esquemático del equipo. 3.1.4 Ajuste y cuidado de los electrodos y copa de prueba a) Separación de los electrodos. La separación de los electrodos durante la prueba debe ser de 2.54 mm (0.100 pulgadas) y se deberá determinar con el calibrador que para ese efecto tiene el probador. Esta separación debe verificarse al efectuar la primera prueba del día o cuando se modifica el ajuste de los electrodos al desarmar la copa para efectuar la limpieza y/o pulido de los mismos.

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

b) Limpieza. Tanto los electrodos como la copa deben limpiarse frotando con papel sedoso seco y libre de pelusa o con gamuza limpia y seca. Durante la limpieza se debe evitar tocar los electrodos y el calibrador con los dedos o con porciones de papel gamuza que han estado en contacto con las manos. Después de ajustar la distancia de los electrodos, debe de enjuagarse la copa con un solvente seco derivado de hidrocarbono, tal como “thinner” o gasolina blanca. No deberá usarse un solvente de bajo punto de ebullición puesto que su rápida evaporación puede enfriar la copa causando condensación de humedad, (éter, alcohol, etc.). En caso de presentarse este problema se debe calentar la copa ligeramente para evaporar la humedad antes de usarla. Debe tenerse especial cuidado de no tocar los electrodos o el interior de la copa después de haberlos limpiado. Después de efectuar la limpieza se debe enjuagar la copa con aceite nuevo y seco y efectuar una prueba de ruptura en una muestra del mismo, siguiendo las indicaciones descritas en estas especificaciones. Si el valor de ruptura es inferior a 35 kV debe efectuarse nuevamente la limpieza de la copa, así como la prueba al finalizar la limpieza. c) Uso diario. Al iniciar las pruebas de cada día deben examinarse los electrodos asegurándose de que no existan escoriaciones causadas por el arco o acumulación de contaminantes. Si las escoriaciones son profundas debe de efectuarse una operación de pulido. Tanto el carbón como la suciedad deben eliminarse frotando con papel sedoso o con gamuza y posteriormente se procede a verificar la distancia entre los electrodos.

PROCE

4

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

Finalmente, se enjuaga y llena la copa con aceite nuevo y seco y se efectúa la

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

prueba descrita en el inciso (b).

VOLTMETRO kV H U

R

VARIAC

T TRANSF. ALTO VOLTAJE

K COPA DE PRUEBA

G

Fig. 3.1 Esquema del equipo probador de rigidez dielétrica.

PROCE

5

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

3.1.5 Muestreo El valor de la rigidez dieléctrica del aceite puede ser afectado seriamente por la migración de impurezas a través del mismo, por lo cual es necesario invertir y girar suavemente el depósito que contiene la muestra antes de llenar la copa de prueba. Para efectuar la prueba en una muestra representativa que contenga impurezas. Se debe evitar una rápida agitación, puesto que con ello se puede introducir una cantidad excesiva de aire en el aceite. Inmediatamente después de agitar, debe usarse una pequeña porción de la muestra para enjuagar la copa, posteriormente se llena lentamente de tal forma que se evite el atrapamiento de aire. Debe llenarse a un nivel no menor de 20 mm sobre la parte superior de los electrodos. Con el objeto de permitir que escape el aire, debe mantenerse el aceite en reposo durante no menos de dos minutos y no más de tres, antes de aplicar voltaje. Para obtener una muestra representativa del total del aceite, deben tomarse las siguientes precauciones: a) Preparar debidamente los recipientes de prueba, es decir que estén limpios y secos. b) Limpiar y drenar previamente la válvula de muestreo. c) Enjuagar el recipiente de prueba cuando menos una vez con el aceite que se va a investigar. d) Nunca tomar una muestra si la humedad relativa es mayor de 50%. e) Evitar el contacto del recipiente de prueba con la válvula de muestreo, los dedos y otros cuerpos extraños.

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

3.1.6 Temperatura de prueba La temperatura del espécimen al efectuar la prueba debe ser la ambiente pero en ningún caso debe ser menor de 20ºC. Las pruebas a temperaturas menores del ambiente dan resultados variables e insatisfactorios. Se recomienda que al mismo tiempo y por separado se tome la temperatura de prueba, puesto que se sabe que la rigidez dieléctrica varía con la temperatura. En la Fig. 3.2 se muestra una gráfica elaborada para un determinado aceite. Es recomendable que la prueba se efectúe alrededor de los 20ºC. 3.1.7 Velocidad de elevación del voltaje El voltaje se debe aplicar partiendo de cero a una velocidad de 3 kV/seg ± 20% hasta que ocurra la ruptura del aceite, lo cual queda definido por la operación del interruptor, este valor debe quedar registrado y tomarse en cuenta para la determinación de la rigidez dieléctrica de la muestra. No deben tomarse en cuenta las descargas ocasionales momentáneas que no provoquen la operación del interruptor. En el caso que se llegue al valor máximo de voltaje de ruptura del probador y no opere al interruptor, se reporta este valor máximo precedido del signo > ó + y para efectos de determinación de la rigidez dieléctrica, se usa dicho valor haciendo caso omiso del signo utilizado. 3.1.8 Procedimiento a) Pruebas de referencia. Cuando se desea determinar la rigidez dieléctrica de un aceite nuevo o regenerado para efectos de referencia, debe efectuarse una

PROCE

6

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

prueba de ruptura en cada una de cinco copas llenadas sucesivamente.

3.2

Cada valor de voltaje de ruptura así obtenido debe de sujetarse al criterio estadístico indicado en el párrafo (c). Si los cinco valores cumplen con este criterio se debe promediar y este promedio se reporta como el valor de rigidez dieléctrica de la muestra. En caso de que no cumpla con este criterio, se deben efectuar otras cinco pruebas de cinco llenados de copa diferentes y el promedio de los diez valores de ruptura se debe reportar como la rigidez de la muestra. No se debe desechar ninguno de los valores de ruptura obtenidos.

3.2.1 Aparatos y equipo

b) Pruebas de rutina. Cuando se requiere determinar la rigidez dieléctrica de un aceite en base rutinaria se efectúa una prueba de ruptura en dos llenados sucesivos de la copa de prueba. Si ninguno de los dos valores es menor del valor mínimo aceptable especificado, fijado en 26 kV, no se requerirán pruebas posteriores y se reporta el promedio de los dos valores de ruptura como la rigidez dieléctrica de la muestra. Si alguno de los valores es menor a 26 kV, deben efectuarse tres pruebas adicionales en tres llenados diferentes de la copa de prueba y analizar los resultados obtenidos de acuerdo a lo indicado en el párrafo (a). c) Criterio de consistencia estadística. Calcule el rango de los cinco valores de ruptura (valor máximo - valor mínimo) y multiplique este rango por tres. Si el valor así obtenido es mayor que el inmediato superior al valor mínimo, es probable que la desviación estándar de los cinco valores de ruptura sea excesivo y en consecuencia el error probable del promedio también será excesivo.

Usando electrodos semiesféricos (norma ASTM D-1816)

Los equipos son los mismos usados en el inciso 3.1.3 con las siguientes excepciones: a) Equipo de control para la tensión. La relación de elevación de la tensión debe ser de 500 V/seg + 20%. b) Electrodos. Los electrodos deben ser semiesféricos de bronce pulido, como se muestra en la Fig. 3.3. c) Celda de prueba. La celda para esta prueba es cúbica y de mayor capacidad (1 L) y provista con agitador. d) Calibrador. Un calibrador para verificar la separación de los electrodos que debe ser de 1.02 mm (0.04 pulgadas). Puede usarse un calibrador plano “pasa” de un espesor de 0.99 mm y 1.04 mm respectivamente. Los pasos siguientes son iguales al procedimiento ASTM D-877 con excepción del procedimiento. 3.2.2 Procedimiento Las diferencias son las siguientes: a) La relación de elevación de la tensión. Se aplica la tensión a razón de 500 V/seg. b) Debe haber un intervalo de por lo menos tres minutos entre el llenado de la copa y la aplicación de la tensión para la primera ruptura y por lo menos intervalos de 1 minuto entre aplicación de la tensión para rupturas sucesivas. c) Durante los intervalos mencionados como en el momento de la aplicación de la tensión, el propulsor debe hacer circular el aceite.

PROCE

7

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

3.3 Recomendaciones generales

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

c) Que el incremento del voltaje sea auto-mático y cuente con las dos velocidades de incremento de voltaje que marcan las normas antes mencionadas. Además, debe estar provisto de un agitador.

Se recomienda usar electrodos planos (ASTM D-877) para aceites en operación (pruebas de rutina) y electrodos semiesféricos (ASTM D-1816) para aceites nuevos y regenerados (ver Fig. 3.3).

d) Que sea portátil. Se sugiere adquirir un probador de rigidez dieléctrica de acei-tes aislantes marca Hipotronics modelo OC-60-A tipo BS-14-603 o similar.

Por lo anterior es muy recomendable contar con un aparato con las siguientes características: a) Rango de voltaje de 0 a 60 kV. b) Electrodos intercambiables para cubrir las necesidades de las dos normas.

12

10

200

P

RIGIDEZ DIELECTRICA

160

8

120

6

P

0 4

80 RIGIDEZ DIELECTRICA

VISCOSIDAD

0 VISCOSIDAD 40

2

0 -20

0 0

+20

40

60

80

100

120

140

░C

TEMPERATURA

Fig. 3.2 Comportamiento de la rigidez dieléctrica y la viscosidad de los aceites aislantes en función de la temperatura.

PROCE

8

PROCEDIMIENTO SGP-A009-S

No.

1-21 _____

FECHA AUTOR

1979_____ H. V. M.__

ELECTRODOS SEMIESFERICOS (NORMA ASTM D1816)

25

r

0

1.02 mm

ELECTRODOS DE DISCO PLANO (NORMA ASTM D877)

0

2.54 mm

Fig. 3.3 Electrodos usados en la prueba de rigidez dieléctrica.

PROCE

9