Figura 6. Extracción de los LMWA del aceite usando agua desionizada.

December 6, 2017 | Author: Anonymous | Category: Documents
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Extracción de los LMWA del aceite usando agua desionizada. from publication: Impact of Aging By-Products on Moisture Es...

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IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 2, FEB. 2015

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Impact of Aging By-Products on Moisture Estimation in Transformers using Dielectric Response Measurements R. D. Hernández, Member, IEEE, M. F. Lachman, Member, IEEE, P. J. Griffin, Member, IEEE, and L. Lewand 1

Abstract— Low and high molecular weight carboxylic acids (LMWA and HMWA, respectively) are polar organic compounds that appear in transformers as by-products of the aging of the oil and cellulosic materials. Due to its polar nature and easy absorption by the cellulose, the presence of LMWA in cellulose affects its dielectric frequency response (DFR) in a manner similar to the influence of water. As a result, the DFR moisture assessment on aged units with high amount of LMWA can be overestimated. The current paper presents a methodology for compensating the impact of the aforementioned aging byproducts on the DFR-based moisture estimation in transformers. Keywords— dielectric carboxylic acids.

E

response,

moisture,

transformer,

I. INTRODUCCIÓN

S importante conocer el contenido de humedad del aislamiento sólido de un transformador ya que dicho parámetro influye en el voltaje de ruptura dieléctrica de los materiales aislantes, la tasa de envejecimiento del aislamiento hecho de celulosa, la temperatura a la cual se forman las burbujas de vapor de agua durante las sobrecargas y el riesgo de tener alta saturación relativa de agua en el aceite durante la fase de enfriamiento de los ciclos de temperatura. Durante la última década varias técnicas nuevas basadas en el análisis de la respuesta dieléctrica del aislamiento del transformador fueron introducidas para tratar de mejorar la estimación del contenido de humedad en el aislamiento sólido. Uno de estos métodos, respuesta en frecuencia dieléctrica, conocido como DFR por sus siglas en inglés, ha cobrado gran interés recientemente al medir el factor de potencia (o también al medir el factor de disipación, tan δ) en una amplia banda de frecuencias de 0.1 mHz a 1 kHz. Para sacar el máximo provecho de esta técnica de medición y mejorar la estimación de la humedad en el aislamiento sólido del transformador es necesario entender primero completamente ciertos factores que influyen en esta metodología [1-3].

esto, la evaluación de la humedad usando DFR en transformadores antiguos puede ser sobrestimada lo cual urge por mejoras en los actuales esquemas de interpretación de datos de DFR. Los ácidos carboxílicos de bajo y alto peso molecular (LMWA y HMWA, respectivamente) son compuestos orgánicos polares que aparecen en los transformadores como subproductos del envejecimiento del aceite y de la celulosa. Los LMWA (con una cadena principal de 1 a 5 carbonos) son absorbidos principalmente por la celulosa y solubles en agua. Los HMWA son menos solubles en agua debido a la naturaleza hidrófoba de su cadena de carbono de radical alquilo, lo cual trae como resultado que éstos sean absorbidos en su mayoría por el aceite [4]. Las estructuras moleculares de algunos típicos ácidos carboxílicos producidos por el envejecimiento de la celulosa y el aceite mineral se presentan en la Fig. 1. Aquí los ácidos esteárico y nafténico corresponden a los HMWA mientras que los ácidos fórmico y acético a los LMWA. Cabe señalar que el grupo carboxilo es común en todos los ácidos con una diferencia notable en el número de carbonos en la cadena de los HMWA con respecto a los LMWA. Debido a su naturaleza polar y fácil absorción por la celulosa, la presencia de los LMWA en la celulosa afecta su respuesta en frecuencia dieléctrica en una manera similar al efecto del agua. Como se muestra en la Fig. 2(a), la adición de humedad a la celulosa impregnada de aceite se traduce en un aumento de su factor de potencia en todas las frecuencias. Comparativamente, en la Fig. 2(b) se observa el mismo fenómeno cuando se aumenta el contenido de los LMWA, es decir, un incremento en la concentración de los LMWA

Entre éstos, se sabe que los ácidos carboxílicos de bajo peso molecular pueden tener un efecto significativo en las respuestas dieléctricas obtenidas con DFR. Como resultado de 1

R. D. Hernández, Doble Engineering Company, Watertown, [email protected] M. F. Lachman, Doble Engineering Company, Watertown, [email protected] P. J. Griffin, Doble Engineering Company, Watertown, [email protected] L. Lewand, Doble Engineering Company, Watertown, [email protected]

USA, USA, USA, USA,

Fig. 1. Estructura molecular de algunos ácidos carboxílicos producidos durante el envejecimiento de la celulosa y el aceite mineral.

2

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IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 2, FEB. 2015

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10 -4 10

-3

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Frecuencia (Hz)

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2

3

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10

(a) 0

Factor de Potencia

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2.8% humedad, Sin Ácidos @ T= Temp. Ambiente 2.8% humedad, 0.86 mgKOH/g celulosa @ T= Temp. Ambiente 2.8% humedad, 2.71 mgKOH/g celulosa @ T= Temp. Ambiente -1

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-3

10 -4 10

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-3

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0

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Frecuencia (Hz)

1

10

2

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3

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(b) Figura 2. Efecto comparativo en la respuesta en frecuencia dieléctrica del cartón prensado impregnado de aceite: (a) efecto del agua, (b) efecto de los LMWA.

causa un aumento en el factor de potencia en todas las frecuencias. Resultados similares han sido reportados en [5] para muestras de papel y cartón prensado. Por otro lado, el efecto de la temperatura en la respuesta dieléctrica de la celulosa impregnada de aceite parece ser similar, independientemente de la presencia de los LMWA. Esto se puede notar en la forma de la curva de la respuesta dieléctrica la cual no cambia significativamente con la temperatura sino que más bien hay un desplazamiento en frecuencia de toda la curva regido por la ecuación de Arrhenius. Este comportamiento se observa en la Fig. 3, donde muestras de cartón prensado impregnadas de aceite todas con 2.8% de humedad, algunas sin ácidos y otras con una acidez de 2.71 mg KOH/gcelulosa, fueron probadas a tres temperaturas diferentes. La influencia de la temperatura es casi la misma en ambos grupos de muestras impregnadas de aceite. Las similitudes antes mencionadas en la respuesta dieléctrica de la celulosa causadas por el agua y los LMWA hacen que sea difícil separar la influencia de uno u otro ente simplemente viendo las características de la curva. Es del conocimiento de los autores que las actuales metodologías de DFR utilizadas en la industria para estimar el contenido de humedad del aislamiento sólido de transformadores se basan en un procedimiento matemático de ajustar la curva modelada de DFR a la curva obtenida de la medición en el transformador hasta que ambas concuerden. La curva modelada se obtiene a partir del modelo geométrico del aislamiento compuesto del transformador. Para esto se toman en cuenta las respuestas dieléctricas individuales del aceite y los espaciadores/barreras del aislamiento sólido hechos de celulosa. El modelo utiliza un conjunto de curvas de respuesta dieléctrica de muestras de cartón prensado/papel impregnadas

0

10

Factor de Potencia

-1

10

de aceite con diferentes contenidos de humedad y medidas a diferentes temperaturas sin ácidos presentes, por ejemplo, curvas similares a las presentadas en las Fig. 2(a) y 3(a). Dado que la presencia de ácidos incrementa la respuesta dieléctrica en una manera similar a la del efecto del agua, el contenido estimado de humedad usando DFR sería más alto (sesgo positivo) que el valor real ante la ausencia de ácidos. Por ejemplo, la Fig. 4 muestra un caso donde la curva de DFR obtenida a partir de una muestra de cartón prensado impregnado de aceite, sin ácidos y con 2.8% de humedad es bastante similar a la obtenida a partir de una muestra con 1.9% de humedad y acidez de 2.46 mg KOH/gcelulosa (asociada con un contenido de LMWA de 0.06 mg KOH/gaceite en el aceite). En otras palabras, si este fuera el caso de un transformador real con 1.9% de humedad en presencia de 0.06 mg KOH/gaceite de contenido de LMWA en el aceite, el modelo de DFR erróneamente evaluaría el contenido de humedad en un valor absoluto de 0.9% más, es decir, 2.8%. La razón: el modelo de DFR siempre evaluará la humedad basado en el conjunto de curvas de respuesta dieléctrica obtenidas sin ácidos presentes.

-1

10

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10 -4 10

2.8% humedad, Sin Ácidos @ T= Temp. Ambiente 2.8% humedad, Sin Ácidos @ T= 50C 2.8% humedad, Sin Ácidos @ T= 80C -3

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Frecuencia (Hz)

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2

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(a) 0

10

Factor de Potencia

Factor de Potencia

0.5% humedad, Sin Ácidos @ T= Temp. Ambiente 2.8% humedad, Sin Ácidos @ T= Temp. Ambiente 4.4% humedad, Sin Ácidos @ T= Temp. Ambiente

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10 -4 10

2.8% humedad, 2.71 mgKOH/g celulosa @ T= Temp. Ambiente 2.8% humedad, 2.71 mgKOH/g celulosa @ T= 50C 2.8% humedad, 2.71 mgKOH/g celulosa @ T= 80C -3

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Frecuencia (Hz)

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(b) Figura 3. Efecto de la temperatura en la respuesta en frecuencia dieléctrica del cartón prensado impregnado de aceite: (a) sin ácidos, (b) con los LMWA presentes. 0

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2.8% humedad, Sin Ácidos @ T= Temp. Ambiente 1.9% humedad, 2.46 mgKOH/g celulosa @ T= Temp. Ambiente

Factor de Potencia

0

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-1

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-3

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Frecuencia (Hz)

1

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3

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Figura 4. Curvas de factor de potencia vs. frecuencia de cartón prensado impregnado de aceite mostrando la influencia de los LMWA en la evaluación de humedad.

HERNÁNDEZ et al.: IMPACT OF AGING BY-PRODUCTS

El problema antes mencionado en la estimación sesgada de humedad en la celulosa impregnada de aceite usando DFR ha sido documentado en [6], donde varios casos de estudio basados en transformadores antiguos aún en servicio demostraron que las actuales aplicaciones de DFR usadas en la industria están evaluando el aislamiento de estas unidades como si estuvieran con altos valores de humedad mientras que otros métodos alternativos indican lo contrario. Los autores del mencionado artículo sugieren que los subproductos derivados del envejecimiento del transformador podrían ser uno de los posibles factores que han influido en dichos resultados. Además, un reciente informe de un grupo de trabajo de CIGRE [7] recomienda que el efecto de los LMWA debe ser considerado cuando se modela la respuesta dieléctrica de la celulosa. Al abordar este fenómeno se requiere del desarrollo de métodos y procedimientos adecuados que tomen en cuenta la presencia de los subproductos derivados del envejecimiento del transformador. Los intentos por compensar el efecto de los LMWA al evaluar indirectamente su influencia pueden introducir más incertidumbre en los resultados. Un ejemplo de esto es la compensación del efecto de ácidos carboxílicos a través del valor de la conductividad del aceite [8, 9]. Si bien es cierto que los LMWA contribuyen a la conductividad del aceite, hay otros compuestos que tienen el mismo impacto en la conductividad del aceite sin influir en la respuesta dieléctrica de la celulosa (por ejemplo, los HMWA). Esto significa que muestras de aceite con conductividades similares pueden tener importantes diferencias en la composición de sus compuestos constituyentes, siendo los LMWA uno de ellos. Por lo tanto, el corregir (compensar) el contenido de humedad estimada con DFR ante la presencia de ácidos carboxílicos basándose en la conductividad del aceite puede producir resultados erróneos. De hecho, el informe de CIGRE antes mencionado explícitamente afirma, con referencia al uso de la conductividad del aceite para compensar, que "la influencia precisa sobre la celulosa depende de hasta qué punto los constituyentes de una particular mezcla que contribuyen a dicha conductividad son absorbidos por la celulosa" [7]. Inspirados por los trabajos en otros centros de investigación [4, 5], presentamos en las siguientes secciones una nueva metodología para compensar el efecto de los LMWA en la estimación de humedad usando DFR.

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Figura 5. Partición de los LMWA.

aislante (Fig. 5). En condiciones controladas de laboratorio y en equilibrio hemos encontrado que existe una relación directa entre la cantidad de LMWA que se parte hacia al aceite y la cantidad que se parte a la celulosa. Coeficientes de partición (razón de los LMWA en la celulosa a aquellos en el líquido aislante) que dan cuenta de esta relación han sido determinados. Éstos cubren una amplia gama de contenidos de LMWA en el líquido aislante para diferentes valores de humedad en la celulosa y temperatura. Con el uso de estos coeficientes de partición y la información de los LMWA en el aceite, es posible estimar el contenido de LMWA en la celulosa. Métodos convencionales tales como ASTM D974 para la medición de la acidez de los líquidos aislantes no diferencian entre los LMWA y HMWA, sino más bien reportan la acidez total de la muestra. Un nuevo método para extraer sólo los LMWA del aceite ha sido desarrollado e implementado. Éste se basa en la extracción usando agua desionizada y la titulación del extracto de agua para determinar el contenido de los LMWA en el líquido aislante (Fig. 6). Varios experimentos con diferentes concentraciones de LMWA (ácidos fórmico y acético) y HMWA (ácidos esteárico y nafténico) se llevaron a cabo con diferentes volúmenes y tiempos de duración de la extracción para llegar a un método óptimo de extracción con eficiencias consistentes superiores al 85%. III. EXPERIENCIA DE MEDICIÓN DEL CONTENIDO DE LMWA EN MUESTRAS DE ACEITE MINERAL EN SERVICIO El método de extracción de los LMWA descrito en la sección anterior se aplicó a una población de muestras de

II. EXTRACCIÓN DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS DE BAJO PESO MOLECULAR (LMWA) En condiciones normales de operación no es posible obtener acceso a la celulosa del aislamiento sólido del transformador para medir su contenido de LMWA y así compensar el valor de humedad evaluado con DFR. Sin embargo, los LMWA en la celulosa pueden ser estimados al medir el contenido de los LMWA en el líquido aislante. Como mencionamos anteriormente, los LMWA son absorbidos principalmente por la celulosa; sin embargo, cantidades aún medibles de éstos están presentes en el líquido

Figura 6. Extracción de los LMWA del aceite usando agua desionizada.

4

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aceite mineral en servicio recolectadas por el Laboratorio de Materiales Aislantes de Doble. Con el fin de enfocarnos en muestras de aceite con una acidez significativa, se seleccionó una población con valores superiores a 0.04 mg KOH/gaceite de acidez total. Los resultados están presentados en la Tabla I. La segunda columna corresponde al contenido de los LMWA, la tercera columna a la acidez total y la cuarta al porcentaje de contenido de los LMWA con respecto a la acidez total. Es importante notar que el 95% de las muestras analizadas presentaban algún contenido de LMWA contra un 5% que no contenían cantidades detectables. Estos resultados preliminares indican que es razonable esperar cantidades detectables de LMWA en la mayoría de las muestras de aceite mineral en servicio que contengan una acidez total superior a 0.04 mg KOH/gaceite. Después de aplicar la estimación de densidad de Kernel (herramienta estadística no paramétrica usada para la estimación de la función de densidad de probabilidad de una variable aleatoria) a la distribución del porcentaje de contenido de los LMWA con respecto a la acidez total, llegamos a un resultado interesante sobre la función de densidad de probabilidad de la muestra – ésta corresponde a una distribución gaussiana (Fig. 7). Se observa en la Fig. 7 que el porcentaje más probable de contenido de los LMWA se encuentra en la región del 20%, lo cual significa que, en promedio, podemos esperar que cerca del 20% de la acidez total del aceite provenga de los LMWA en sistemas de aislamiento de aceite mineral/celulosa. Sin embargo, debido a la desviación estándar de esta muestra (aproximadamente 10%), se puede observar que los datos están repartidos en un importante rango de valores. Como resultado de esto, se recomienda medir el contenido de los LMWA en el aceite para obtener una evaluación más precisa de la humedad usando DFR bajo estas condiciones. Experimentos adicionales se llevaron a cabo en aceites minerales nuevos con diferentes composiciones moleculares. Estas muestras fueron sometidas a un proceso de envejecimiento acelerado a base de oxidación mediante el uso de ASTM D2112 (Método de Prueba Estándar para la Estabilidad de Oxidación del Aceite Mineral Aislante Inhibido Usando Recipientes a Presión). Este método utiliza un baño a temperatura constante con control digital que simula las condiciones para la realización del análisis de estabilidad de la oxidación de los aceites a base de petróleo. El baño gira Densidad de Probabilidad

0.04

Muestra ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

LMWA [mg KOH/gaceite] 0.04 0.06 0.03 0.05 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.01 0.02 0.01 0.03 0.03 0.01 0.01 0.05 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.03 0.00 0.00 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.06 0.05 0.01 0.01 0.01 0.03 0.01

0.02 0.01

10 20 30 40 % LMWA con respecto a la acidez total del aceite

50

Figura 7. El porcentaje de contenido de los LMWA con respecto a la acidez total del aceite presenta una distribución gaussiana.

Acidez Total [mg KOH/gaceite] 0.18 0.26 0.11 0.25 0.12 0.12 0.12 0.10 0.07 0.07 0.05 0.04 0.07 0.09 0.05 0.05 0.16 0.06 0.10 0.13 0.09 0.10 0.11 0.09 0.07 0.12 0.15 0.05 0.10 0.09 0.08 0.09 0.10 0.15 0.21 0.20 0.05 0.08 0.05 0.11 0.06

% LMWA 22.2 23.1 27.3 20.0 8.3 8.3 16.7 20.0 42.9 14.3 40.0 25.0 42.9 33.3 20.0 20.0 31.3 16.7 20.0 7.7 11.1 10.0 9.1 11.1 14.3 25.0 20.0 0.0 0.0 11.1 12.5 22.2 30.0 26.7 28.6 25.0 20.0 12.5 20.0 27.3 16.7

los recipientes de oxidación a presión a 100 rpm en un ángulo de 30º y a una temperatura de 140ºC. El método de extracción de los LMWA fue entonces aplicado a las muestras de aceite después de completar el proceso de oxidación. Los resultados se presentan en la Tabla II. TABLA II. PRUEBAS DE LMWA EN MUESTRAS DE ACEITE MINERAL DESPUÉS DE LA PRUEBA DE ESTABILIDAD DE LA OXIDACIÓN. Tipo de Aceite

0.03

0 0

TABLA I. PRUEBAS DE LMWA EN MUESTRAS DE ACEITE MINERAL EN SERVICIO.

- Nynas Naphthenics Nytro 10XN -Shell Diala S3 ZX I -Ergon Hyvolt II -Calumet Caltran 60-30 -Dong Nam Petroleum ASTM Type I -HyraxOil Sdn Bhd -Petro-Canada Luminol TRI

LMWA [mg KOH/gaceite]

Acidez Total [mg KOH/gaceite]

% LMWA

6.01

9.63

62.4

5.70 5.31 4.86

9.21 8.95 8.38

61.9 59.3 58.0

6.33

11.21

56.5

4.80 5.34

8.60 10.01

55.8 53.3

HERNÁNDEZ et al.: IMPACT OF AGING BY-PRODUCTS

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Como se observa en la Tabla II, todas las muestras de aceite produjeron una cantidad significativa de LMWA debido a la oxidación, con valores en el rango de 5 - 6 mg KOH/gaceite y con un contenido de LMWA con respecto a la acidez total en el rango de 53% - 62%. Aunque los LMWA son el resultado del envejecimiento del aceite mineral y la celulosa, el objetivo de estos experimentos es demostrar el potencial del aceite mineral (solo) para producir estos ácidos al completar su proceso de envejecimiento.

Una vez es determinado el contenido de los LMWA en el aceite, esta información es usada junto con los coeficientes de partición para estimar el contenido de los LMWA en el aislamiento sólido (celulosa). El conocer el contenido de los LMWA en la celulosa nos permite ejecutar el siguiente paso – compensar el efecto de los LMWA en la respuesta dieléctrica del transformador. Como se muestra en la Fig. 2(b), la presencia de los LMWA en el aislamiento sólido produce un desplazamiento de la curva de respuesta dieléctrica con respecto a la curva sin ácidos presentes para un mismo valor de humedad. El trabajo realizado por Doble en los últimos años ha generado una librería de datos que correlaciona el contenido de los LMWA en el aislamiento sólido con los desplazamientos de las curvas de DFR debido a la presencia de estos ácidos. Esta librería abarca un amplio rango de valores de humedad en el aislamiento sólido. Así entonces, el nuevo algoritmo de estimación de la humedad usado en DFR proporciona ahora una compensación automática por la presencia de los LMWA una vez su contenido en el aceite es determinado (Fig. 8). V. APLICACIÓN DE LA COMPENSACIÓN DEL IMPACTO DE LOS LMWA EN TRANSFORMADORES EN SERVICIO A continuación presentamos dos casos de estudio en los que se aplica la metodología para compensar el efecto de los LMWA en la respuesta dieléctrica de un transformador en servicio. Las mediciones de DFR fueron llevadas a cabo por nuestra filial en el Reino Unido (Doble Power Test) y el análisis de los LMWA fue realizado por el Laboratorio de Materiales Aislantes de Doble en Estados Unidos. Caso de Estudio #1: La unidad en estudio pertenece a una familia de autotransformadores de 275 kV, 240 MVA, la cual se cree que ha envejecido debido a los resultados de la prueba del grado de polimerización (DP) en muestras de papel y pruebas de 2furfural obtenidos a través de una de sus unidades hermanas sometida a las mismas condiciones de operación. Este autotransformador fue fabricado e instalado en la década de 1960. El factor de potencia del aislamiento de CHT fue de 0.46% y el factor de potencia del aceite mineral aislante fue de 0.2%. La correspondiente curva de la medición de DFR se muestra en la Fig. 9 junto con la curva modelada (curva

Figura 8. Compensación del impacto de los LMWA en la estimación de humedad usando DFR.

no compensada para LMWA) de su respuesta dieléctrica. El valor de humedad evaluado a través del algoritmo de DFR, es decir, el valor no compensado, fue de 2.7%. La prueba de la muestra de aceite produjo un contenido de acidez de 0.03 mg KOH/gaceite de LMWA. Después de aplicar la compensación por el efecto de los LMWA usando el nuevo algoritmo en la estimación de humedad, el valor compensado de la humedad fue de 2.2%. Estos resultados han sido resumidos en la Tabla III. Caso de Estudio #2: El segundo transformador estudiado corresponde a una unidad de 400 kV, 1000 MVA, fabricado en 1992 y puesto en operación en 1994. Pertenece a una familia de unidades con núcleo de tres extremidades que cuentan con devanado en serie de disco intercalado, devanado común de disco intershield y devanado terciario de forma helicoidal. El factor de potencia del aislamiento de CHT fue de 0.43%. La correspondiente curva de la medición de DFR se muestra en la Fig. 10 junto con la curva modelada (curva no compensada para LMWA) de su respuesta dieléctrica. El valor de humedad evaluado a través del algoritmo de DFR, es decir, el valor no compensado, fue de 3.0%. La prueba de la muestra de aceite produjo un contenido de acidez de 0.02 mg KOH/gaceite de LMWA. Después de aplicar la compensación por el efecto de los LMWA usando el nuevo algoritmo en la estimación de humedad, el valor compensado de la humedad fue de 2.75%. Los resultados se han resumido en la Tabla III. 0

10

Curva DFR medida @ 15C Curva DFR modelada @ 15C

Factor de Potencia

IV. COMPENSACIÓN DEL IMPACTO DE LOS LMWA EN LA ESTIMACIÓN DE HUMEDAD USANDO DFR

-1

10

-2

10

-3

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

0

10

Frecuencia (Hz)

1

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2

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3

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Figura 9. Caso de Estudio #1: curva de la medición de DFR y curva modelada (no compensada para LMWA).

6

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IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 2, FEB. 2015 10

0

Factor de Potencia

Curva DFR medida @ 14C Curva DFR modelada @ 14C

10

-1

10

-2

[3]

[4]

[5] -3

10 -3 10

-2

-1

10

10

0

10

Frecuencia (Hz)

1

10

2

10

3

10

Figura 10. Caso de Estudio #2: curva de la medición de DFR y curva modelada (no compensada para LMWA).

[6]

TABLA III. CASOS DE ESTUDIO: RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE DFR Y PRUEBA DEL CONTENIDO DE LOS LMWA.

[7] [8]

Caso de Estudio

Prueba del Contenido de los LMWA en el Aceite [mg KOH/gaceite]

Valor Estimado de la Humedad Usando el Modelo de DFR (Sin Compensación)

#1

0.03

2.7%

2.2%

#2

0.02

3.0%

2.75%

Valor Estimado de la Humedad Usando el Modelo de DFR (Con Compensación)

VI. CONCLUSIONES Los ácidos carboxílicos se producen a partir del envejecimiento del aceite y celulosa en el aislamiento de los transformadores. Entre ellos, los ácidos de bajo peso molecular (LMWA) son de particular interés debido a su influencia en la respuesta dieléctrica del aislamiento del transformador. Debido a su naturaleza polar y fácil absorción por la celulosa, la presencia de los LMWA en la celulosa afecta su respuesta en frecuencia dieléctrica en una manera similar al efecto del agua. El impacto de los LMWA en la evaluación de la humedad en transformadores antiguos en servicio usando DFR se debe abordar con el fin de evitar reportar erróneamente que dichas unidades se encuentran más húmedas de lo que realmente están. En este artículo hemos presentado el desarrollo de una nueva metodología para compensar el efecto de los LMWA en la estimación de la humedad a través de DFR. Dicha metodología se basa en la determinación del contenido de LMWA en el aceite para luego estimar los LMWA en la celulosa del transformador mediante el uso de coeficientes de partición determinados experimentalmente. De igual forma, un nuevo método efectivo para extraer los LMWA del aceite ha sido desarrollado e implementado exitosamente. REFERENCIAS [1]

[2]

M. F. Lachman, R. D. Hernández, L. Lewand, and P. J. Griffin, “Experimental Experience with Dielectric Frequency Response Measurements on Transformers”, Proceedings of the 79th Annual International Conference of Doble Clients, 2012, Sec. T-10a. R. D. Hernández, M. F. Lachman, P. J. Griffin , and L. Lewand, “Progress Report on Experience with Dielectric Frequency Response

[9]

Measurements on Transformers”, Proceedings of the 80th Annual International Conference of Doble Clients, 2013, Sec. T-4. R. D. Hernández, M. F. Lachman, P. J. Griffin , and L. Lewand, “Experience with DFR-Based Moisture Estimation in Transformers and Impact of Aging By-Products”, Proceedings of the 2014 IEEE Central America and Panama Convention (CONCAPAN XXXIV), Panama City, Panama, Nov. 12-14, 2014.6 S. Ingebrigtsen, M. Dahlund, W. Hansen, D. Linhjell, and L. E. Lundgaard, “Solubility of Carboxylic Acids in Paper (Kraft)-oil Insulation Systems”, 2004 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp. 253-257, 2004. D. Linhjell, L. E. Lundgaard, and U. Gäfvert, “Dielectric Response of Mineral Oil Impregnated Cellulose and the Impact of Aging”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 14, No. 1, pp. 156-169, February 2007. A. Wilson, R. Heywood, and J. Lapworth, “Assessing Dryness of Power Transformers within the Context of Life Management”, Proceedings of the 80th Annual International Conference of Doble Clients, 2013, Sec. T-3. CIGRE Working Group D1.01 (TF 14) “Dielectric Response Diagnoses for Transformer Windings”, CIGRE Report #414, 2010. M. Koch and M. Krüger, “A Fast and Reliable Dielectric Diagnostic Method to Determine Moisture in Power Transformers”, 2008 IEEE International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, Beijing, China, April 21-24, 2008. DIRANA (Dielectric Response Analyzer) Brochure, OMICRON electronics, April 2008.

Ronald D. Hernández (M’06) holds both a Ph.D. in EE with a major in power systems (2012) and a M.S. in EE (2009) from Northeastern University, Boston MA, USA, and a B.S. in EE from the Technological University of Panama (2003). During 2010 and 2011, he spent two internships at Doble Engineering Company, Watertown MA, USA performing research in the field of Dielectric Frequency Response (DFR). He joined Doble Engineering Company in 2012 as a Diagnostic Analysis Research Engineer. Dr, Hernández is a member of the Electrical and Computer Engineering "Honor Society Eta Kappa Nu" and the IEEE Power & Energy Society. He is an active participant of both DFR and moisture in insulation systems working groups of the IEEE Transformer Committee. Mark F. Lachman (M’88) holds a Ph.D. in EE with a major in power systems from Greenwich University (1997) and a M.S. in EE from the Polytechnical Institute in Riga, Latvia (1977). He has been with the power industry for over 30 years, including the 1988-2001 tenure with the Doble Engineering Company and 20052011 with the Delta Star Inc. as a Test Manager in San Carlos, CA. He returned to Doble in 2011 as Director of Diagnostic Analyses and is contributing to advancing interpretation of apparatus diagnostic data. Dr. Lachman is a Registered Professional Engineer. Paul J. Griffin (M’90) received his B.S. degree at the American International College in Springfield MA, USA and his M.S. degree at the University of Rhode Island. He has been with Doble since 1979, holding several positions with currently a Vice President of Consulting and Testing Services. Since joining Doble, he has published over 60 technical papers pertaining to testing of electrical insulating materials and laboratory diagnostics. Mr. Griffin is a Fellow of ASTM and a member of Committee D-27 on Electrical Insulating Liquids and Gases. He was formerly ASTM Subcommittee Chairman on Physical Test, ASTM Section Chairman on Gases in Oil, and the Technical Advisor to the U.S. National Committee for participation in the International Electrotechnical Commission, Technical Committee 10, Fluids for Electrotechnical Applications. Mr. Griffin is a member of the IEEE Insulating Fluid Subcommittee of the Transformer Committee.

HERNÁNDEZ et al.: IMPACT OF AGING BY-PRODUCTS Lance Lewand received his B.S. degree at St. Mary’s College of Maryland, USA in 1980. He is the Laboratory Director for the Doble Insulating Materials Laboratory and is also the Product Manager for the Doble DOMINO®, a moisture-in-oil sensor. Since joining Doble in 1992, he has published over 75 technical papers pertaining to testing and sampling of electrical insulating materials and laboratory diagnostics. He was formerly Manager of Transformer Fluid Test Laboratory and PCB and Oil Field Services at MET Electrical Testing Company in Baltimore, MD for seven years. His years of field service experience in this capacity provide a unique perspective, coupling laboratory analysis and field service work. Mr. Lewand is actively involved in professional organizations including the American Chemical Society, is a representative of the U.S. National Committee for TC10 of the International Electrotechnical Commission (IEC) and ISO TC28, ASTM D-27 since 1989 and is the sub-committee chair 06 on Chemical Tests, secretary of the Doble Committee on Insulating Materials, and the newest recipient of the ASTM Award of Merit for Committee D-27.

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