TECNOLOGÍA DE REGENERACIÓN DE ACEITES EN TRANSFORMADORES

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TECNOLOGÍA DE REGENERACIÓN DE ACEITES EN TRANSFORMADORES

¿POR QUÉ LA REGENERACIÓN DE ACEITES ES IMPORTANTE?

El proceso de regeneración es para restaurar las propiedades de aceites al estado dentro de los parámetros de los aceites nuevos.
La estabilidad a la oxidación de aceites recuperados se mejora significativamente al combinar el proceso con el uso de un inhibidor.
Protección del ambiente debido a la reducción de riesgo de derrame de aceite y a no aparición de los desechos de aceites cuales requerirían su disposición final.
El costo de los aceites nuevos se disminuye significativamente debido a que el pequeño porcentaje de aceites se pierde en el proceso.

TECNOLOGÍA DE REGENERACIÓN DE ACEITE 

El 40% de los transformadores eléctricos de potencia alrededor del mundo tienen más de 25 años de vida de servicio

Se estimó que en 2010 alrededor del 40% de los transformadores eléctricos de potencia mundialmente tenían más de unos 25 años de vida de servicio. Éste indicador es aún más alto para Europa con aproximadamente el 60% de los transformadores en los países europeos con casi agotado término de vida de servicio calculado, cual se varía entre 25 y 30 años. Así que, los fallos de los transformadores se pronostican ser más frecuentes al no realizar los trabajos de mantenimiento necesarios. Los datos disponibles de las compañías del sistema mundial energético integral indican que las causas más comunes de fallos en los transformadores son los daños en el papel electroaislante de celulosa cual envuelve y protege el núcleo de un transformador.

Una solución ideal pareciera ser simplemente reemplazar todos los transformadores viejos por unos nuevos, pero eso requiere los montos de inversiones considerables tanto de tiempo como financieros. Además, eso podría contraer los cortes indeseables en suministro de la electricidad a los consumidores de los sectores residenciales y de negocios. Aún más, el proceso de reemplazamiento de los transformadores de potencia es muy complicado por sí y engorroso y requiere un enfoque multiaspectual en su logística. En la mayoría de los casos, si no en todos, tales transformadores fueron fabricados en la base de los pedidos particulares. Así que el tiempo de la entrega con el propósito de reemplazarlos podría llegar a ser hasta un año.

 

COMO FUNCIONA LA REGENERACIÓN DE ACEITE

En el Proceso de Regeneración de Aceite GlobeCore se remueven tanto los lodos como los subproductos que forman los lodos en base de aceite y de aislamiento de celulosa, y de esa manera parando el proceso de degradación del papel. Si el proceso preventivo de mantenimiento se inicia lo suficientemente temprano en la vida de servicio de un transformador, el proceso de degradación del papel aislante puede ser bastante frenado o, aun prevenido completamente. La clave para prevenir el proceso de degradación del papel aislante es aplicar el Proceso GlobeCore antes que el número ácido de aceite alcance 0.08. El buen monitoreo de aceite y el programa de análisis de aceite les permitirán planear el mantenimiento de un transformador en la base del método “justo a tiempo” y puede ayudar en el seguimiento de los eventos y de las fechas importantes del mantenimiento preventivo.

El proceso de Regeneración GlobeCore, o en breve el Proceso GlobeCore, aplica el principio de reactivación de adsorbente durante la regeneración de aceite de un transformador. Las unidades CMM-R de GlobeCore, líderes de la industria, con la función de reactivación automática de los materiales del adsorbente Tierra Fuller después de cada ciclo de regeneración o cuando se presenta la completa saturación del adsorbente durante cualquier etapa del proceso de regeneración. Eso facilita el reúso repetido de los materiales adsorbentes sin necesidad de reemplazar o desechar el material adsorbente utilizado después de cada ciclo de regeneración. Lo que permite que el proceso de regeneración sea contínuo sin las engorrosas interrupciones debidas al mantenimiento, reduciendo de esa manera el tiempo y los costos del proceso . El Proceso GlobeCore ahorra el tiempo y el dinero y protege el medio ambiente de los desechos de los adsorbentes indeseables.

PROBLEMA: Envejecimiento del Aceite y del Papel Aislante en un Transformador

El aceite de un transformador sirve como el medio refrigerante y como el material aislante.  Aceite junto con el papel aislante Kraft y con los separadores gruesos de cartón protegen el transformador y permiten que el transformador funcione aun bajo las condiciones de las fluctuaciones eléctricas, en vibraciones, con cortocircuitos y en otros momentos estresantes. Hay un número de los procesos diferentes de envejecimiento que afecta al aceite y al papel, pero el papel es la parte más importante del transformador, cual tiene que estar protegida. Si el papel falla, el transformador también falla.

El aceite de un transformador contiene mayormente hidrocarburos (más del 99%), una mezcla similar a diesel convencional.  No obstante, la menor parte del contenido de aceite, cuál es ménos que un 1% de aceite , tiene un gran impacto en las propiedades operantes del aceite y su eficacia. El proceso de oxidación es la causa más común de desintegración del aceite. Éste proceso es altamente complicado ya que la oxidación de aceite y la deterioración del papel están conectados entre sí. Con todo eso el papel depende fuertemente del aceite como para controlar y mantener el nivel de los contaminantes nocivos cuales circulan hacia el papel, minimizando su impacto. Los aceites de transformadores pueden dividirse en dos categorías: aceites inhibidos y no inhibidos. El aceite de transformador inhibido contiene antioxidantes sintéticos, mientras los aceites no inhibidos cuentan con los antioxidantes en base de azufre natural, cuales están presentes en los aceites con menos refinación.  Los aceites inhibidos tienen normalmente el ciclo de vida más largo, aún así, el contenido de inhibidor todavía requiere el monitoreo a lo largo de la vida de servicio de aceite para mantener el nivel suficiente de los aditivos inhibidores. Eso requiere la implementación de unas programas de monitoreo.

transformer winding is damaged because of lack of oil reclamaiton

Este transformador sufrió fallo con consecuencias destructivas debido a que el papel aislante se daño como el resultado de no hacer el caso al oportuno mantenimiento preventivo

Agua, ácidos y lodos, producidos durante el proceso de oxidación son los más dañinos componentes para el sistema aislante de su transformador.  Lodos es una mezcla altamente dipolar de los contaminantes que no se disuelven en el aceite  y, al contrario,  se asientan en el tanque de un transformador encontrando su manera de penetrar los componentes del sistema aislante hasta formar sus depósitos. Éstos depósitos de lodos indeseables perturban el flujo normal de aceite dentro de un transformador  y pueden causar recalentamiento de un transformador aunque en las temperaturas bajas del ambiente exterior.

Los ácidos se forman y se fortalecen   empezando a atacar y empeorar  el estado de las partes cúpricas de los devanados del transformador.  Los devanados cúpricos en este caso empiezan a experimentar la corrosión cual causa la falla posterior de un transformador. Adicionalmente, los ácidos se ponen agresivos hacia el papel aislante y como el número ácido en el aceite sube, el proceso de degradación del papel se acelera causando la falla de un transformador.

La vida de servicio del papel aislante de un transformador está influenciada altamente por el contenido de agua y de ácidos dentro del aceite y del mismo papel. El papel aislante contiene el mayor contenido de agua y de humedad encontrados en el transformador. El contenido de agua y de humedad encontrados en el aceite es relativamente pequeño (en especial, si el aceite se purifica regularmente), al  comparar con lo que se contribuye a la deterioración del papel aislante por causa de contenido del agua en el mismo papel.  El contenido del agua en el aceite puede medirse fácilmente usando los sensores de humedad, mientras es mucho más dificil determinar la medición del contenido de agua y de humedad en el papel directamente.

El papel aislante contiene los componentes principales tales como celulosa, hemicelulosa,  lignina. No obstante, es precisamente la deterioración de “celulosa” lo que tiene el impacto mayor en las propiedades tenaces del papel y sus habilidades para proteger el transformador.  Los cambios en las propiedades físicas del papel son las principales razones para preocuparse ya que ellos directamente afectan la habilidad de papel de soportar  los estreses de los cortos circuitos y de la vibración. El contenido excesivo del agua también afecta la fuerza dieléctrica del aceite, pero el contenido del agua en el aceite se puede reducir aplicando oportunamente los procedimientos del mantenimiento preventivo y el aceite puede ser restaurado. Por el otro lado, es imposible revertir los cambios nocivos en las propiedades físicas del papel.  El proceso de deterioración del papel puede estar parado con el Proceso GlobeCore, mientras el daño previamente hecho al papel se quedará presente.

El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica —abreviado como IEEE ha determinado que el transformador está a punto o casi en el final de su vida de servicio cuando el papel pierde el 75% de la  resistencia a la tracción o el valor DP.  Más allá de éste punto, el transformador es posible que ya no podrá resistir el próximo salto de tensión o de corto circuito. Dado que la vida de servicio de un transformador  está relacionada directamente  al tiempo de vida del papel aislante, es importante proteger el papel removiendo el agua, la humedad y otros contaminantes indeseables desde el aceite aislante y del papel aislante. Ésta acción debe ser tomada antes que el papel se ponga dañado e incapaz de desempeñar su función. Hay un número de los procedimientos de mantenimiento para atender los problemas discutidos más arriba. Entre ellos hay tales como el cambio de aceite, purificación de aceite, regeneración de aceite en conjunto con el monitoreo de aceite y con los programas de análisis del aceite. Las decisiones siempre tienen que tomarse en la base de  cada caso individual y tienen que usar el mayor monto de la información posible, incluyendo cualquier información desde los resultados de análisis de gases disueltos (AGD) y del monitoreo continuo de los gases en aceite.

Medidas de Corrección: Regeneración de Aceite de un Transformador

Purificación de aceite es “un proceso que elimina o reduce contaminación física por medio de los procesos de limpieza física incluyendo filtración, secado, desgasificación, etc.” Tipicamente, purificación de aceite se usa como la combinación del proceso de filtración mecánica y del proceso de desgasificación por vacío. Eso podría realizarse tanto con el transformador desenergizado, como con el energizado. El proceso de purificación normalmente resulta en la removida eficiente de las partçiculas mayores a 0.2 micrón y en la removida del mayor contenido de agua y de los gases disueltos en aceite.  Este proceso es normalmente suficiente como para corregir el bajo voltaje de la ruptura eléctrica causado por la combinación de las partículas sólidas y de alto contenido de agua en el aceite, ambos de cuales son bastante comunes en los aceites nuevos y usados. Para preservar las propiedades aislantes y de conductividad térmica del aceite es necesario realizar tal tratamiento en la base de mantenimiento técnico planificado. El Proceso de Purificación de aceite, sin embargo, no es una solución a largo plazo para el transformador húmedo ya que sólamente la pequeña fracción del contenido total de agua del transformador se remueve por vía de éste proceso. Esto es debido a que hasta el 97% del agua y de la humedad se encuentran en el papel aislante y el proceso de purificación dejará éste monto del agua ya que no tratará el papel. Para obtener la reducción significante del contenido del agua en el transformador, debe aplicarse el proceso más potente, llamado Regeneración del aceite.

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LA SOLUCIÓN: Regeneración de Aceite de Transformador

El principio mayor de la Regeneración de aceite está en limpiar y purificar el aceite aislante bombeando el aceite a través del material de adsorbente tal como Tierra Fuller. Durante este proceso el aceite se somete a “la filtración molecular” en el material microporoso del adsorbente. Los subproductos del envejecimiento del aceite (depósitos, hidratos de peróxido, cetonas, ácidos carboxilicos, aldehidos, fenoles, etc.) se remueven y se quedan en las gránulas del adsorbente Tierra Fuller. Tierra Fuller es una arcilla de origen natural y no es peligrosa para el medio ambiente y puede desecharse como los residuos de construcción después que sus propiedades de adsorción han sido agotadas. Las unidades de regeneración GlobeCore utilizan el proceso GlobeCore y están diseñados para poder funcionar con las columnas con múltiples filtros de adsorbentes. Las columnas pueden operarse tanto en el modo de filtración de aceite, como en el modo de reactivación de adsorbente. Mientras el procesamiento del aceite sigue, la unidad de regeneración se pasará del modo de regeneración del aceite al modo de reactivación de adsorbente. La permutación ocurre automáticamente cuando el adsorbente acumula cierta cantidad de los contaminantes. Este proceso se maneja desde el Sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA) y permite que la regeneración de aceite sigue continuamente sin necesidad de pararse para reemplazar o desechar el adsorbente usado.

Remedial Actions: Transformer Oil Reclamation

Resumen de los Parámetros Típicos del Aceite antes y después de Regeneración usando la Unidad de Regeneración de Aceites de Transformadores GlobeCore CMM-R

El proceso de reactivación de adsorbente está automatizado completamente y permite que la unidad de regeneración GlobeCore procesa el aceite usando la misma Tierra Fuller con hasta 300 ciclos de su reactivación. Lo que da a la unidad de regeneración la habilidad de regenerar el aceite de transformadores durante unos 2 o 3 años antes que se requerirá el cambio del adsorbente. En la etapa final del proceso de regeneración del aceite el aditivo inhibidor puede inyectarse al aceite procesado. El volumen óptimo del inhibidor inyectado en el aceite está entre el 0.3 y el 0.4% del volumen total. El “Aditivo inhibidor” está disuelto en la pequeña porción del aceite regenerado y se carga al flujo principal desde el bloque de inhibición cual es la parte de la unidad de regeneración.

Las Unidades de Regeneración de Aceite GlobeCore procesan cualquier aceite mineral y lo restauran a las mismas condiciones dentro de los parámetros del aceite nuevo. Regeneración de aceite al usar el proceso GlobeCore provee mejor alternativa de bajo costo al reemplazo del aceite ya que los parámetros del aceite tratado en la mayoría de los casos sobrepasan aquellos ofrecidos por los aceites nuevos, así como se puede ver en la tabla de abajo.

ParametroMétodos de pruebasValor estándar BS 148:2009Antes de regeneraciónDespués de regeneración 
AparienciaVisualClaro, libre de los deposiciones y de las sustanciasMarrón mateClaro y transparente
Número ácido, mg КОН/g

IEC 296;

ASTM D-664
≤ 0,030,630,01
Azufre corrosivoISO 5662; ASTM D-1275No corrosivoPresenteNinguno
Contenido de humedad, ppm

IEC 733;

ASTM D-1533

≤ 201705
Tensión de ruptura, kV

IEC 156;

ASTM D-1816

≥ 301173
Tangente de pérdidas dieléctricas en 90ºС

IEC 247;

ASTM D-924

≤ 0.0054,00.001
Contenido de gas, %IEC 60599; ASTM D-3612120.1
Tensión superficial, mН/m, en 25ºС ISO 6295; ASTM D-22852245
Tamaño de los contaminantes mecánicos, micrón Claro, libre de los deposiciones y de las sustancias500.2
Estabilidad a la oxidación: mg КОН/gIEC 1125А; IEC 1125B; IP-307≤ 1.20.2

HISTORIA de Regeneración de Aceite de un Transformador

El uso de Tierra Fuller para la regeneración del aceite de transformadores inicia en 1965 al usarse por primera vez en los Estados Unidos y en el Reino Unido. En 1990, la compañía de ingeniería de Sudáfrica Fluidex Ltd, desarrolló los equipos móviles modernos de regeneración utilizando los procesos automáticos de reactivación de adsorbente. Desde entonces, a ellos han usado para la regeneración de aceite en miles de los transformadores mundialmente tales compañías líderes en el área de mantenimiento como ABB, SD Myers, y General Electric. En 2009, la Tecnología de Regeneración de Aceite fue transferida desde Fluidex a GlobeCore, dónde la línea de los equipos de regeneración de aceite fue rediseñada, mejorada y perfeccionada para poder hacer de ella una línea de los equipos para el mantenimiento de aceite más avanzada y confiable mundialmente en el día de hoy. La tabla de abajo demuestra los datos promediados desde más que 200 transformadores tratados por ABB en Noruega y en Suecia con 3 unidades móviles de regeneración. Ésa tabla incluye los datos de aceite mineral aislante no usado (desde IEC 60422) para posibilitar la evidencia de la eficiencia del proceso de regeneración.

Clasificación

Propiedad de aceite

Acidez (mg KOH/g)ColorBDV (kV/2,5mm)DDF a los  90°CIFT (mN/m)
Antes de regeneración0.1574.1680.081223.5
Después de regeneración0.0091.5800.003346.0
Seguimiento (Approx. 6-9 meses)0.0141.6740.006342.3
Especificación IEC 60422 Std 0.032.055-600.010-0.01535

VENTAJAS de la Regeneración de Aceite de un Transformador

Regeneración de aceite al comparar con el reemplazo de aceite o con su purificación tiene las características atractivas y ahorrativas.  Aunque las consideraciones de seguridad requieren que el transformador esté desenergizado mientras se conecte o se desconecte el equipo de regeneración desde o hacia un transformador, es recomendable que la regeneración se realice en un transformador energizado. Esto significa el riesgo muy reducido de la caída  del suplemento de energía eléctrica a sus consumidores. Desde la perspectiva técnica, la recirculación del aceite dentro de un transformador, usando el Proceso GlobeCore, remueve los residuos del aceite viejo y los contaminantes desde el papel aislante. En el caso de reemplazar el aceite, allí se quedaría el monto significativo del aceite viejo (hasta el 15%) en los devanados y en el papel aislante, lo que contaminaría el aceite nuevo. El papel aislante de un transformador actúa como el papel en el filtro de aceite de un carro, el filtra los contaminantes desde el aceite y los retiene en sí. Estos ácidos y contaminantes se disolverán el aceite nuevo apenas el aceite esté reemplazado, reduciendo la eficiencia del costoso y largo proceso de cambio de aceite. El Proceso GlobeCore removerá el agua, humedad, ácidos y otros contaminantes desde el aceite, devanados y del papel aislante sin necesidad de reemplazo o de disposición del aceite contaminado.

  • Regeneración constante del aceite cada 10 años duplica la vida de servicio de un transformador

  • Regeneración restaura las propiedades de aceite a los parámetros dentro de los aceites nuevos.

  • La estabilidad a la oxidación del aceite regenerado se mejora significativamente cuando el proceso está combinado con la inyección de un inhibidor.

  • Protege el ambiente debido a la reducción del riesgo de derrame de aceite y a no aparición del aceite residual destinado para la disposición final.

  • Los costos de aceite nuevo están reducidos significativamente debido al hecho que solo un pequeño porcentaje de aceite se pierde durante el Proceso.

  • Costos cero de transportación de aceite.

  • Costos cero de disposición final de aceite.

  • El Proceso preserva los recursos valiosos evitando o reduciendo significativamente la necesidad de uso de las cantidades grandes del aceite nuevo.

  • Los costos de la mano de obra son mínimos ya que las unidades CMM-R GlobeCore requieren sólo una persona para operarlo.

  • Ahorra el tiempo sobre los procesos tradicionales de cambio de aceite.

  • El Proceso GlobeCore puede realizarse en uno o en cinco días dependiendo de los niveles de acidez en aceite.

  • Miles de los transformadores han sido tratados exitosamente por el Proceso GlobeCore en todo el mundo.

Algunos de nuestros clientes son:

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