Monitoreo del contenido de azufre corrosivo en el aceite aislante de transformadores

2. Fallas en varios países
Colombia reporto en la conferencia Doble 2002,
3x28 MVAR Reactores Shunt en la línea de 500KV.
Se encontró sulfuro de Cobre en el papel.
Brasil reportó veinte fallas de reactores de 500KV
USA: Autotransformador Smit 450 MVA
USA: 2 transformadores GSU de 4 años de
fabricacion

3. Azufre Corrosivo
Materia de investigaciones recientes
En varios transformadores que han fallado recientemente no se
encontró una explicación ni en DGA, ni en deterioro del aceite.
Después de investigaciones profundas (Doble Eng.) se atribuyó a la
presencia de azufre corrosivo, que afectó de manera directa la
Rigidez Dieléctrica.
Doble Eng. Demostró que la Norma ASTM D 1275-03 (19 hrs a
140ºC) no es suficiente y por tal razón propone ejecutar a 40 Hrs
150ºC. De aquí nació el Método B de ASTM- D 1275 publicada en
Junio de 2006.

4. Norma ASTM 1275
(único método)

5. Norma ASTM 1275
(único método)

6. Norma ASTM 1275
(único método)

7. ASTM D130

8. ASTM D130

9. Norma ASTM 1275
(único método)

10. Norma ASTM D-1275- 06

11. IEC 62535 2008

12. Azufre Corrosivo
DOBLE: Seminatio “The Life of a
Transformer” Feb 2006
Clearwaterbeach FLA, USA

13. DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb
2006 Clearwaterbeach FLA, USA
Azufre Corrosivo

14. Prueba de Azufre Corrosivo
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb 2006
Clearwaterbeach FLA, USA

15. Azufre corrosivo IEC 60422 de 2005
60422 IEC:2005 – 43 –
Due to poor refining or contamination, reactive
compounds giving corrosion at normal operating
temperatures may be present. They are detected by
standard tests as ISO 5662 [14] or DIN 51353 [5], which
are included in all major oil specifications.
At high temperatures, >300 °C, sulphur-containing oil
molecules may decompose and react with metal
surfaces to form metal sulphides. Such reactions may
take place in switching
equipment and will impact the conductivity of
contacts.

16. Aceites Minerales:
Compuestos minoritarios:
Dada la naturaleza mineral de los aceites, en el proceso de
refinación del petróleo quedan hidrocarburos olefínicos y
poliaromáticos sustituidos, asi como organometálicos
minoritarios (0,5 – 3 %) que imparten comportamientos y
propiedades variadas a los aceites.

17. Aceites Aislantes

18. Aceites Aislantes

19. DBDS < 5ppm(72 h, 150°C)
Tomado de “Study of Limit Concentrations of DBDS and Sulfur
Mercaptan in Power Transformes” Rehman, Alhems, Soufi, Center
for Engineering Research KFUPM Saudi Arabia

20. Mercaptano < 1ppm (72 h, 150°C)
Tomado de “Study of Limit Concentrations of DBDS and Sulfur
Mercaptan in Power Transformes” Rehman, Alhems, Soufi, Center
for Engineering Research KFUPM Saudi Arabia

21. Aceites Aislantes

22. Porqué la presencia de sulfuros en el
aceite mineral aislante?
Hay varios compuestos
de azufre en el aceite
aislante pero no todos
son corrosivos.
Vienen de:
• Las bases del petróleo crudo
• Algunos se agregan para mejorar
la estabilidad química del aceite y
son inofensivos por ser estables.
• De los procesos de sulfonación
en la refinación de los aceites
aislantes. Los compuestos de
azufre deben ser removidos
después de cumplido este
objetivo.
• Algunos materiales de
construcción del transformador:
empaques, lacas, pegamentos,
pinturas
En el mismo proceso
de refinación se
remueven o se
convierten en
compuestos estables
como los Tiofenos

23. Cuál es el mal que causa el azufre
corrosivo?
El azufre corrosivo puede generar descargas por la reducción de la rigidez dieléctrica.
Los compuestos no corrosivos se pueden tornar en corrosivos por efecto de la alta temperatura
En presencia de O2 los compuestos corrosivos y reactivos de azufre se combinan con el cobre, el
aluminio y otros metales formando:
Sulfuro de Cobre (Cu2S). Negro,
gris ,verde, azul o violeta.
Sulfuro de Aluminio (Al2S3). Gris
amarillento, tornándose muy
gris en presencia de agua y O2
Otros sulfuros inorgánicos
El cobre es de lejos el metal menos resistente al ataque del azufre.

24. Azufre Corrosivo
Azufre Corrosivo: ASTM 2864:
“Azufre elemental y compuestos
de azufre térmicamente
inestables en un aceite aislante
puede causar corrosión en
ciertos metales del
transformador como cobre y
plata.
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb 2006
Clearwaterbeach FLA, USA
Diferentes tipos
de compuestos
de azufre:
Azufre
Elemental
(libre) (Muy
Reactivo)
Mercaptanos
(Thioles)
(Muy
Reactivo)
Sulfuros (Thio
éteres)
(Reactivo)
.
Tiofenos
(Muy
Estables,
Inhibidor).
Disulfuros
(Estable)
En el proceso de refinación
pueden quedar residuales desde
0,001% hasta 0,1%

25. Azufre Corrosivo (Doble)

26. Azufre Corrosivo (Doble)

27. Azufre Corrosivo (Doble)

28. Azufre Corrosivo (Doble)

29. Azufre Corrosivo

30. Estructuras bulbosas en superficie
de cobre
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb 2006 Clearwaterbeach FLA, USA

31. Espesor de las capas de sulfuro de
cobre
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb 2006 Clearwaterbeach FLA, USA

32. Papel No Contaminado
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb 2006 Clearwaterbeach FLA, USA

33. Efectos Adversos: Papel
Contaminado
DOBLE: Seminatio “The Life of a Transformer” Feb 2006 Clearwaterbeach
FLA, USA

34. Azufre Corrosivo

35. Referencia: Doble Engineering
Azufre Corrosivo (Doble)

36. Referencia: Doble Engineering
Azufre Corrosivo

37. Referencia: Doble Engineering
Azufre Corrosivo

38. Investigación Falla Transformador de
potencia tipo GSU
Referencia: Doble Engineering

39. Investigación Falla Transformador de
potencia tipo GSU
Referencia: Doble Engineering

40. Relé Bucholz: 50% gases
Referencia: Doble Engineering

41. Falla por azufre Corrosivo
Referencia: Doble Engineering

42. Referencia: Doble Engineering
Falla por azufre Corrosivo

43. Referencia: Doble Engineering
Falla por azufre Corrosivo

44. Experiencia Siemens Brasil
Referencia: Siemens Brasil

45. Desarrollos Recientes
Referencia: Siemens Brasil

46. Falla de un Transformador GSU
Referencia: Siemens Brasil

47. Referencia: Siemens Brasil
Falla de un Transformador GSU

48. Mecanismo de formación de Sulfuro de
Cobre
Referencia: Siemens Brasil

49. Mecanismo de la Falla
Referencia: Siemens Brasil

50. Aportes de ASTM

51. Falla por azufre Corrosivo
Referencia: Doble Engineering

52. Lo que se sabe
*
Azufre corrosivo es un
problema que requiere
atención inmediata, se
han presentado
problemas en equipos
muy costosos
*
Las pruebas rutinarias
de Azufre Corrosivo no
son adecuadas, se
recomienda usar la
prueba modificada y
más investigación
*
El ataque es tanto al
papel aislante como a
los conductores de
cobre.
*
La técnica de la
pasivación se está
empleando en la
actualidad para detener
el avance de las capas
de azufre corrosivo
sobre el cobre y
contaminando el papel
aislante..

53. Acciones remediales
• Una vez que la deposición ha ocurrido esta no es
posible removerla.
– El cambio parcial o total del aceite ha sido
ejecutado con éxito complementando con pasivación
lo que retarda el avance de la corrosión y la
deposición, pero su resultado en el largo plazo
está actualmente en observación en varias
unidades en el mundo.

54. Pasivadores: cómo actúan?
Forman una capa molecular
alrededor del conductor de cobre
impidiendo la reacción del metal
con los compuestos de azufre
disueltos en el aceite
El pasivador actúa uniendo el grupo
triazol a la superficie metálica, de
manera que el azufre no puede
atacar al metal. El pasivador
también actúa como neutralizante
de metales disueltos en el aceite

55. Pasivantes:
Pasivadores ¿Qué son’
Derivados del benzotriazol
Ampliamente utilizados en Japón y
Australia como supresores de cargas
electrostáticas desde hace mas de 30 años

56. Tanto el Irgament 39 ® como el Irgamet 30® se disuelven en el
aceite mejor Que el BTA o TTA debido a las colas lipófilas que
poseen.
Pasivantes:

57. Forman una capa monomolecular
alrededor del conductor de
cobre, impidiendo la reacción del
metal con los compuestos
disueltos en el aceite (
compuestos corrosivos de azufre,
productos de oxidación)
El pasivante actúa uniendo el
grupo triazol a la superficie
metálica de manera que el
azufre corrosivo no puede
atacar al metal. El pasivante
también puede unirse al metal
disuelto en el aceite
Pasivantes:

58. Los espesores de la pelicula de pasivante se encuentra entre 0,5 nm
(Irgament 39) y 2nm (BTA y TTA) (loevin et al. , 2007
Pasivantes:

59. Como actuan
Los pasivantes se pueden degradar en servicio, por lo que es muy
importante controlar periódicamente su concentración
Se suelen recomendar concentraciones de pasivamente en torno a
100 mg/kg
Actividad sinérgica en combinación con aditivos Antioxidantes
(RaPHP 5.5+ is requiredbelo Neto et al.,2004)
Pasivantes:

60. Analisis de BTA,TTA e Irgament 39
Extracción en fase solida (Cartucho Gel – Si)
Método B
HPLC (Columna C8)
Detección: 264 nm (TTA e Irgament) y 270 nm
(BTA)
Limite de detección:
• BTA 0,1 uig/ml
•TTA e Irgament L ug/ml
Método para la determinación de pasivantes
Resumen del método (IEC 61198)
Pasivantes:

61. Se requiere estar monitoreando su contenido, y su nivel inicial debe
ser restituido periódicamente
Pasivantes:

62. Cuales Transformadores y Reactores
deben ser probados (Doble 2007)1
Unidades que no tengan cobre esmaltado o barnizado.
Unidades de alto voltaje en Generación, Transmisión y Sub-transmisión: La mayoría
de las fallas se han presentado en transformadores con voltajes superiores a 34,5
KV.
Unidades con las siguientes condiciones:
Fabricadas desde 1999
Unidades que no hayan pasada
la prueba ASTM D 1275 B-06
Unidades que operan a altas
temperaturas por largo tiempo.
Unidades críticas de un sistema

63. Pruebas sugeridas
Doblerecomiendadospruebasprimariasy
unaterceraopcional:
ASTM D-1275 B- 06
Prueba Doble CCD (Covered Conductor Deposition) para determinar la
propensión del sulfuro corrosivo presente en la muestra a producir
depósitos de sulfitos de cobre en el papel aislante que es el modo
principal de falla debido a este fenómeno.
Prueba Doble para compuesto de sulfuro : mediante cromatografía de
gases determinar la concentración de Dibencil Disulfuro (DDBS) que se
ha encontrado como el causante del problema de azufre corrosivo en
transformadores

64. Caso transformador 160 MVA 14.8/144
KV

65. Caso transformador 160 MVA 14.8/144
KV

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

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

68. ASTM D1275-B-06
Caso transformador 160 MVA 14.8/144
KV
(Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)

69. No se observa afectación del conductor ni del papel.
La capa de esmalte sobre los conductores del cable
transpuesto evitó el ataque del azufre corrosivo al cobre y
por tanto no hubo formación de sulfuros en la parte fuera del
área afectada por la falla
Alambre
esmaltado en
presencia de
aceite con azufre
corrosivo
Caso transformador 160 MVA 14.8/144
KV
(Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)

70. Causa Raíz de la falla: Soldadura en
conductor de cobre
DOBLE evidenció que en el punto de la falla se había efectuado una soldadura del
conductor, con la consecuente pérdida de esmalte y se reforzó el aislamiento con
papel aislante y con papel crepé. Esto se confirmó por la presencia de fósforo, y
trazas de papel crepé y carbón.

71. Resultados SEM y EDX (Doble)
SEM: Scaning Electron Microscopy – EDX: Energy Dispersive X-ray

72. Cuando se desaparece el esmalte por fusión debido a la alta
temperatura de la falla, el cobre queda expuesto al ataque del
azufre corrosivo acelerando la falla y probabilidad de un corto
entre espiras
Caso transformador 160 MVA
14.8/144 KV
(Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)

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

74. Conclusiones:
El azufre corrosivo se está
presentando con mayor
frecuencia desde 1999.
Se requieren controles más
estrictos por parte de:
Los fabricantes de
aceites minerales
aislantes
Los fabricantes de
transformadores en el tema
de materiales utilizados que
no contengan compuestos de
azufre
Es importante ejecutar la prueba ASTM D-
1275-B-06 como punto de partida para
otras acciones investigativas.
Normalmente no se presentan alertas previas
Se pueden usar otras técnicas como EA y ADG, pero no
necesariamente están asociadas con azufre corrosivo.
Una vez confirmada la presencia de azufre corrosivo lo más
conveniente es cambiar el aceite y pasivar.

75. Químico Herney Londoño Díaz
Jefe Depto. Laboratorio
Transequipos S.A.
www.transequipos.com