Este documento describe un estudio de mantenimiento predictivo realizado en un transformador de potencia. Se explican conceptos clave como los factores que afectan el aislamiento como la humedad, oxígeno y calor. También se detallan pruebas como la cromatografía de gases, rigidez dieléctrica y número de neutralización para diagnosticar el estado del transformador. El objetivo es establecer un sistema de monitoreo que permita detectar posibles fallas y mejorar la vida útil del equipo.

1. APLICACIÓN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO
P R E S E N T A N
Carmona Ávila Brian Miguel Ángel
López González Leonardo
Piliado Cedillo Arturo
Sánchez Trejo Roberto Carlos
Torres García Édgar
GRUPO 9IMI1

4. ¿Qué es un transformador de potencia?
 El transformador es una maquina eléctrica que
permite disminuir o aumentar el nivel de
tensión en un circuito eléctrico de corriente
alterna, manteniendo la frecuencia y la potencia.

5. Objetivos
Generales
Comprender los factores de un transformador
tratando de localizar sus puntos vulnerables, para
así llevar a cabo las tareas de mantenimiento
adecuadas y dándoles una interpretación
adecuada para el buen entendimiento de las
demás personas, de acuerdo a las
especificaciones del mismo.

6. Específicos
 Determinar los factores que influyen en el
deterioro del sistema de aislamiento del
transformador.
 Proponer los equipos utilizados para realizar las
pruebas de monitoreo a los transformadores de
potencia.
 Realizar pruebas y actividades de inspección y
análisis mediante equipos de monitoreo que
permitan emitir un criterio del estado de
aislamiento del transformador.
 Analizar los resultados obtenidos en las pruebas
de diagnóstico.

7. Funcionamiento del
transformador
 Un transformador posee dos
bobinados, uno primario y
uno secundario que se
arrollan sobre un núcleo
magnético común, formado
por chapas magnéticas
apiladas, por el bobinado
primario se conecta la
tensión de entrada, y por el
secundario obtendremos la
tensión de salida.

9. Humedad
 La humedad especialmente en presencia del
oxígeno es extremadamente peligrosa para el
aislamiento de un transformador. Cada vez que
la cantidad de humedad en el transformador
aumenta el doble, la vida del aislamiento se
reduce a la mitad.

10.  La humedad puede ingresar al transformador
cuando es construido.
 Si el transformador es abierto para una
inspección, la humedad puede ser absorbida de
la atmosfera. La humedad también puede
ingresar si existiese alguna fuga en el tanque o
en las tuberías del sistema de ventilación. La
presencia de empaques y sellos defectuosos es
también una fuente de ingreso de humedad. La
degradación del aislamiento del transformador
debido al envejecimiento es otra fuente de
generación de humedad.

11. El agua puede estar presente en el aceite de un
transformador en las siguientes formas:
 De forma disuelta
 En forma de una emulsión agua/aceite
 En estado libre en el fondo del tanque

12. El oxigeno
 El oxígeno es otro de los potenciales enemigos
del aislamiento de un transformador, ya que
este reacciona con el aceite para formar ácidos
orgánicos, agua y lodo. El oxígeno proviene de
la atmosfera o es liberado por la celulosa como
resultado de aplicarle calor, además no es
posible eliminar todo el oxígeno existente en
un transformador inclusive si el llenado del
mismo se lo realiza con vacío.

13.  Se dice que un aceite dieléctrico se encuentra
deteriorado si presenta oxidación. Antes de
hablar de cómo se produce la oxidación del
aislamiento debemos recordar que un aceite
dieléctrico es una mezcla de hidrocarburos y de
no-hidrocarburos.
 De acuerdo a la “American Society for Testing
an Materials” la oxidación del aceite comienza
cuando el oxígeno presente en el transformador
se combina con las impurezas de los
hidrocarburos inestables existentes en el aceite
bajo el efecto catalítico de los otros materiales
presentes en el transformador.


14.  Dentro de los catalizadores tenemos a la
humedad y al cobre; dentro de los
aceleradores tenemos al calor, la
vibración, los sobre voltajes y a los elevados
esfuerzos eléctricos debidos a fallas
eléctricas internas. Es necesario recalcar que
la oxidación del aceite se debe a la oxidación
de las impurezas contenidas en el, más no a
la oxidación de los hidrocarburos puros.

15. El calor
 Se sabe que el 90% del deterioro de la celulosa
es de origen térmico. La degradación térmica
del aislamiento es función del tiempo, de la
temperatura y de cuan seco está el aislamiento.

16.  Las elevadas temperaturas causan un
envejecimiento acelerado de la celulosa
empleada como aislamiento, reduciéndose la
rigidez mecánica y eléctrica de la
misma, produciéndose la polimerización o
destrucción del papel; otros efectos debidos
a las elevadas temperaturas son la generación
de agua, materiales ácidos y gases (CO2, CO).

17.  Existen evidencias que muestran que si se
sobrecarga un transformador con temperaturas
superiores a los 140ºC en el punto más
caliente, se formaran burbujas de gas, las
mismas que disminuyen la rigidez dieléctrica
del aislamiento.
 Las elevadas temperaturas también reducen la
capacidad de la celulosa a ser tensionada.
Además, como se dijo anteriormente al
aumentar la temperatura la tasa de oxidación
del aislamiento se incrementa y la cantidad de
humedad que puede absorber el aceite también
se incrementa.

18. La contaminación externa
 Los contaminantes externos pueden presentarse
en forma de “caspa”, provenientes del proceso
de manufactura del transformador y que no han
sido propiamente eliminados en el proceso de
llenado del transformador con aceite. Partículas
diminutas pueden desprenderse de la celulosa
cuando el transformador esta en servicio. Otro
contaminante es el policlorhidrato de bifenilo, el
cual reduce la capacidad del aceite de soportar
sobre voltajes.

19.  Diagnóstico del estado del transformador
mediante las pruebas de diagnóstico
tradicionales junto con el análisis de gases
generados internamente
 El conjunto de pruebas eléctricas, físicas y
químicas que se realizan tradicionalmente tanto
al aceite como al aislamiento sólido son:

22. Cromatografía de gases
 En años recientes, el análisis de gases
generados en el interior de un transformador en
aceite, mediante cromatografía de gases, se ha
constituido en una herramienta poderosa a la
hora de diagnosticar el estado del
transformador. Los principales objetivos de una
cromatografía de gases son:

23.  Supervisar un transformador en operación que
se presume tiene una falla insipiente, hasta
poder lograr sacarlo de servicio para su
reparación o remplazo.
 Monitorear los transformadores en servicio y
obtener un aviso anticipado de una falla.
 Tener conocimiento de la naturaleza y
localización de la falla.
 Asegurarse de que un transformador
recientemente adquirido no presente ningún
tipo de falla durante el tiempo de garantía que
da el fabricante.

24. Se sabe que, al producirse una falla de tipo
eléctrico o térmico en el interior de un
transformador se generara gases combustibles y
no combustibles, dentro de los cuales tenemos:
 Hidrogeno (H2)
 Metano (CH4)
 Etano (C2H6)
 Etileno (C2H4)
 Acetileno (C2H2)
 Monóxido de carbono (CO)

26. Rigidez dieléctrica
 La rigidez dieléctrica de un aceite aislante es
una medida de la habilidad que posee el aceite
para soportar los elevados esfuerzos
eléctricos que existen en el interior de un
transformador sin que se produzca la falla del
equipo.

27.  Para esta prueba se utiliza un equipo
denominado Medidor de Rigidez Dieléctrica, en
el cual se aplica un voltaje AC con una tasa de
crecimiento controlada, a dos electrodos que
pueden tener dos formas diferentes según la
norma que se aplique y que están inmersos en el
fluido aislante a ser probado.

28. El “entrehierro” o la separación entre electrodos
son calibrados a una distancia específica (de
acuerdo a la norma que se va a aplicar).
Cuando aparece un arco entre los electrodos, el
voltaje registrado en ese instante es la Rigidez
Dieléctrica de la muestra sometida a prueba.

29.  Norma ASTM D-877: este método utiliza una
cuba con electrodos con caras
planas, separadas una distancia de 0.1” , con
una tasa de crecimiento de tensión de 3
kv/seg. La norma D-877 es recomendada
para probar aceites en servicio o aceites
nuevos sin tratamiento previo a la
energización del equipo.

30.  Norma ASTM D-1816: este método se utiliza
una cuba con electrodos de caras semiesféricas.
La separación de dichos electrodos puede ser
de 0.04” o 0.08” y la tasa de crecimiento de
tensión tiene un valor de 0.5 kv/seg. Esta
norma es recomendada para probar aceites
contenidos en equipos nuevos o para aceites
que están siendo procesados previos a la
energización del equipo. La aceptación de este
método en la evaluación de aceites en servicio
está siendo estudiada.

31. Numero de Neutralización
 El número de neutralización (N.N) o la acidez
de un aceite dieléctrico es una medida de los
componentes ácidos existentes en él. El
contenido de acidez se expresa como el
número de miligramos de hidróxido de
potasio (KOH), como base, que se necesitan
para neutralizar los ácidos existentes en un
gramo de muestra de aceite.

32. Tensión Interfacial
 A medida que el aceite se envejece, se
contamina de partículas diminutas y de
productos de la oxidación. Estos
contaminantes se extienden a través de la
interface agua/aceite debilitando la tensión
entre los dos líquidos.

33.  La tensión interfacial es una medida de las
fuerzas de atracción entre las moléculas de
dos fluidos inmiscibles y está dada en
dynas/cm o en mN/m.
 La prueba de tensión interfacial es excelente
para detectar contaminantes polares solubles
en el aceite y productos de la oxidación. Se
sabe que la precipitación de lodo en el
transformador comienza cuando la tensión
interfacial alcanza valores por debajo de las
22 dynas/cm.

35.  Desarrollo del proyecto
 A continuación se presenta un estudio
realizado en un trasformador de potencia con
motivo de efectuar un mantenimiento
predictivo, y así conocer el comportamiento
de dicho equipo, ya que es uno de los
equipos considerados críticos para la planta
productiva # 5, dicho estudio fue llevado
acabo por una empresa dedicada a la venta
de aceites y lubricantes, “MEXLUB”.

36. Beneficios del
sistema de
monitoreo

37. Las principales funciones que cumple el sistema
de monitoreo de transformadores son:
 Reducción de los Costos de Mantenimiento: al
tener un registro continuo del comportamiento
del equipo es posible reducir los costos
mantenimiento programado en fechas
fijas, permitiendo optimizar recursos y no
efectuar mantenimientos innecesarios.

38.  Prevención de Fallas:El registro continuo
permite detectar oportunamente la operación
anormal del equipo y generar señales de alerta o
alarma ante valores medidos por arriba de lo
especificado o ante tendencias de crecimiento
anormales.
 Mejora de la Vida Útil del Transformador: Con el
monitoreo continuo de las variables del
transformador se consiguen mejor operación del
equipo, a condiciones más óptimas, observando
los periodos de sobrecarga y por lo tanto
mejorando su vida útil.

39. El sistema de monitoreo de transformadores
básicamente está formado por tres
módulos, estos son:
 Módulo de sensores.
 Módulo del Sistema de Adquisición de Datos .
 Módulo para el análisis de información
denominado: Maestra de Control y operación.

40.  se plantea establecer mediante la utilización de
estrategias y herramientas de monitoreo, un
conjunto de técnicas de inspección que permitan
detectar y/o determinar el posible deterioro
interno del sistema de aislamiento (aceite y
papel) de los transformadores, la presencia de
gases ante la degradación de su aislación y
contenido de humedad y gases disueltos en el
aceite del transformador; para de esta manera
facilitar tanto el desarrollo como la aplicación
del mantenimiento en el equipo.

41. Para algunas pruebas que se le deben realizar a
los transformadores es necesario contar con
instrumentos de medición como los que se
mencionan a continuación.

42.  Megger digital:
 Probador de relación de transformación (TTR)
 Digital low resistance ohmmeters (ducter)
 High-pot- tester hip OT
 Probador de rapidez dielectrica de el aceite.
 Inspección visual
 Pruebas de aislamiento
 Pruebas de polarización: a 25 ºC en el laboratorio
 Pruebas de índice de absorción
 Pruebas de índice de polarización
 Prueba de temperatura
 Prueba de cromatografía de los gases
 Prueba de factor de potencia
 Prueba de boquillas
 Prueba de voltaje de acuerdo a cada devanado

43. Estas pruebas se llevan a cabo, la mayoría de
las veces en el mismo lugar de
trabajo, después de haber tomado en cuenta
todas las indicaciones de seguridad; se
procede a la recolección de los datos, con la
ayuda de aparatos adecuados.

44. Representación de análisis termográfico de núcleo
de transformador

45. Análisis de vibración
Además de adicionalmente, pero
obligatoriamente, se lleva a cabo el análisis de
vibraciones, para el control de espectros
vibratorios que puedan perjudicar el
funcionamiento de los transformadores
afectándolo mecánicamente y/o
eléctricamente.

46. Ejemplo de análisis
de vibración a nivel
losa, para la
verificación de
puntos de
vibración

47. Métodos de eliminación de vibraciones en
transformadores
 Actualmente se han diseñado gran cantidad de
dispositivos que ayudan a minimizar la
presencia de vibraciones, de las cuales algunas
se presentan a continuación:

48.  Amortiguadores colocados bajo transformador
GAMA-1B
Amortiguadores de baja frecuencia con un grado de
aislamiento superior al 90%, situados directamente
bajo el transformador. Totalmente metálicos, por lo
que no le afectan las temperaturas ni los corrosivos.
Tipos:
 Transformadores hasta 1600Kg: V1B-1135-24-1B
 Transformadores entre 1600Kg hasta 2400Kg: V1B-
1135-25-1B
 Transformadores entre 2400Kg hasta 3500Kg: V1B-
1135-24-1B

50. Suspensión de los cuadros eléctricos
 Suspensión de los cuadros eléctricos mediante
amortiguadores elastométricos, consiguiendo
atenuaciones superiores al 90%.

51. Losas flotantes
 En los CT de nueva creación se realizan losas
flotantes en el suelo original del CT antes de
ejecutar la obra, con lo que se obtiene un
aislamiento integral de la instalación, sin
necesidad de la instalación de
amortiguadores adicionales.