Mitigar el envejecimiento del transformador: la tríada crítica de calor, humedad y oxígeno

El sector energético se enfrenta actualmente a una triple amenaza; interrupciones en la cadena de suministro de transformadores, costos crecientes y transformadores en servicio obsoletos. Actualmente, los plazos de entrega de los transformadores grandes han aumentado de 120 a 210 semanas (aproximadamente 4 años), en un marcado aumento con respecto a los plazos de entrega potenciales de 30 a 60 semanas antes de la pandemia. Al mismo tiempo, los precios de las materias primas han hecho subir los precios de los transformadores entre un 60% y un 80% en promedio desde enero de 2020 (según el tamaño y la aplicación).

Para agravar esta crisis, la edad promedio de los grandes transformadores de potencia (LPT) en servicio en los EE. UU. es de 38 años, cerca o incluso después de su vida útil, según un estudio de 2020 realizado por el Departamento de Comercio de los EE. UU. En este contexto, extender la vida útil de los transformadores existentes mediante un cuidadoso monitoreo y mantenimiento se ha vuelto cada vez más crucial.

Las empresas de servicios públicos y las empresas interesadas en extender la vida útil de los transformadores para preservar los bienes de capital y proteger la red eléctrica deben considerar tres factores principales que aceleran el envejecimiento de los transformadores: calor, humedad y oxígeno. Comprender y gestionar estos elementos puede ampliar significativamente la longevidad y confiabilidad del transformador, lo que podría aliviar parte de la presión sobre la tensa cadena de suministro.

La tríada del envejecimiento: calor, humedad y oxígeno

Calor: el acelerador silencioso

• La temperatura juega un papel crucial en el envejecimiento de los transformadores. Según una fuente académica que publicó una guía sobre mantenimiento aplicado para transformadores de medio siglo, un aumento de 10°C en la temperatura superior del aceite duplica la velocidad de las reacciones de oxidación de hidrocarburos. Esta aceleración se produce independientemente de otros factores presentes, lo que subraya la importancia del control de la temperatura.
• El calor no sólo afecta directamente a la rotura del aislamiento, sino que también afecta indirectamente la eficiencia de la refrigeración. A medida que el aceite de transformador envejece y se oxida, desarrolla ácidos y lodos, lo que aumenta su viscosidad. Este espesamiento reduce la capacidad del aceite para transferir calor de manera efectiva desde el núcleo a las paredes del tanque, lo que hace que el transformador funcione más caliente y trabaje más, acelerando aún más el proceso de envejecimiento.

Humedad: la amenaza generalizada

• La humedad en los transformadores es un desafío persistente. Puede originarse por diversas fuentes, incluido un secado inadecuado en la fábrica, una instalación inadecuada, un secado insuficiente del aceite nuevo durante la puesta en servicio, una rotura de la celulosa (aislamiento de papel) y la entrada al medio ambiente debido a prácticas deficientes de fabricación o mantenimiento.
• Durante el funcionamiento se puede liberar agua, unida químicamente al aislamiento de aceite y de papel. A medida que el aceite se oxida con el tiempo, puede crear un exceso de agua junto con otros productos de descomposición de la oxidación. La presencia de humedad acelera los procesos de oxidación y la degradación del aislamiento tanto de aceite como de papel.

Oxígeno: una consideración secundaria

• Si bien el oxígeno desempeña un papel en el envejecimiento de los transformadores, su medición directa a menudo no es tan crítica como monitorear el calor y la humedad. A temperaturas máximas del aceite de 70 °C o más, el aceite puede comenzar a oxidarse incluso sin oxígeno libre presente, lo que pone de relieve cómo el calor es el principal catalizador en este proceso. Además, la entrada de oxígeno suele ser un síntoma de problemas de sellado o mantenimiento deficientes, que normalmente se detectan primero mediante el control de la humedad.
• Los aceites para transformadores contienen inhibidores naturales que reaccionan con el oxígeno. Las pruebas periódicas de los niveles de inhibidor durante el análisis anual del aceite pueden indicar un ingreso de oxígeno. Si los niveles de inhibidor disminuyen rápidamente, sugiere una mayor presencia de oxígeno.

La pregunta sigue siendo cómo las empresas de servicios públicos y los ingenieros de energía pueden monitorear los tres factores de envejecimiento en toda su flota de transformadores.

Sensores de hidrógeno que duplican su función de monitoreo de calor y humedad

El Monitor multisentido GRIDSCAN™ 6000 de H2scan se centra en medir el calor y la humedad para proporcionar una forma rentable y eficiente de gestionar los problemas relacionados con el oxígeno. Al monitorear de cerca los niveles de temperatura y humedad, muchos de los problemas asociados con el oxígeno pueden abordarse de manera preventiva, eliminando la necesidad de medir directamente el oxígeno en muchos casos.

El diseño del transformador también desempeña un papel en la gestión del oxígeno:

• Transformadores de respiración libre: los saturados con aire suelen tener alrededor de 30,000 ppm de oxígeno.
• Transformadores sellados cubiertos de nitrógeno: alrededor de 3,000 ppm de oxígeno
• Transformadores llenos de vacío con un sistema continuo de N2: tan solo 300 ppm de oxígeno

Las prácticas de diseño y mantenimiento del transformador son importantes para limitar la tasa de oxidación. Muchos transformadores sellados se han convertido en “respiradores libres” debido a una variedad de factores como fugas, instalación incorrecta y juntas deterioradas que permiten que entre oxígeno y humedad al transformador. Los sistemas de conservación de aceite, como un sistema continuo de N2 o un conservador con una buena vejiga, ayudan a controlar la entrada de oxígeno y humedad.

Prácticas de mantenimiento para la longevidad

Algunos consejos para los operadores interesados ​​en extender la vida útil de la flota de transformadores incluyen:

• Inspecciones visuales periódicas son cruciales para identificar problemas potenciales de manera temprana. Estas inspecciones deben incluir la verificación de grietas en las soldaduras, especialmente en los radiadores, inspeccionar y reemplazar juntas según sea necesario e identificar y abordar las fugas con prontitud.
• Gestión de la calidad del aceite. es otro aspecto crítico del mantenimiento del transformador. Se deben realizar pruebas periódicas de calidad del aceite (acidez, tensión interfacial, color, recuento de partículas). Cuando la calidad se deteriora, se debe considerar la recuperación del petróleo, siendo la sustitución del mismo una opción en casos graves, como la presencia de azufre corrosivo.
• Gestión de carga es esencial para prevenir el sobrecalentamiento. La carga del transformador debe ser monitoreada y administrada, considerando la reducción de la carga si se observan temperaturas altas constantes.
• Manejo de inhibidores Implica probar y mantener niveles adecuados de inhibidores de la oxidación como el 2,6 diterc-butil paracresol (DBPC). Agregar inhibidor y volver a inhibirlo, según sea necesario, puede proteger el aislamiento contra la degradación relacionada con el oxígeno al reaccionar con el oxígeno que se encuentra en el aceite.
• Control de la humedad es crucial e implica abordar las fugas y los puntos de ingreso con prontitud, así como implementar procedimientos de secado cuando los niveles de humedad exceden los límites aceptables.

Al considerar la triple amenaza que enfrenta la industria energética, en este entorno desafiante, el monitor multisentido GRIDSCAN 6000 puede ayudar a abordar esas preocupaciones. Al centrarse en los dos factores más críticos (temperatura y humedad), este sistema permite a las empresas de servicios públicos monitorear más transformadores en sus flotas por el mismo costo o similar al de monitorear un solo transformador con sistemas más completos. Esta cobertura más amplia es particularmente crucial dada la edad promedio de los grandes transformadores de potencia (38 años) y la necesidad de extender su vida operativa. Si bien se encuentran disponibles soluciones integrales de análisis de gases, incluida la medición de oxígeno, sus costos prohibitivos pueden limitar su implementación generalizada, dejando potencialmente activos críticos sin monitorear.

La gestión eficaz del transformador no requiere necesariamente la medición directa de los tres factores de envejecimiento (calor, humedad y oxígeno). Al monitorear estratégicamente la temperatura y la humedad con el monitor multisentido GRIDSCAN 6000, combinado con prácticas de mantenimiento proactivo y evaluación indirecta del oxígeno, los ingenieros de energía y servicios públicos pueden extender significativamente la vida útil del transformador. Este enfoque, junto con estrategias de mantenimiento integrales, permite salvaguardar eficazmente la longevidad y confiabilidad de estos activos críticos en toda una flota, lo que en última instancia mejora la resiliencia y el rendimiento general de la red.

H2scan es un desarrollador y fabricante líder de sensores de hidrógeno de alto rendimiento para la gestión de flotas de transformadores, procesamiento de hidrógeno y monitoreo de seguridad.