¿Por qué el hidrógeno es un gas clave para la monitorización de transformadores?

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Una de las preguntas más frecuentes que recibimos es: "¿Por qué el hidrógeno es el gas clave para la monitorización de transformadores? ¿Qué lo hace especial?". La respuesta es simple y compleja, y se basa en el comportamiento de los líquidos aislantes en condiciones de falla interna del transformador.

La mayoría de las fallas de transformadores no son repentinas. No fallan de la noche a la mañana. Fallan gradualmente y en silencio ¹ , y rara vez hay una indicación externa del inicio de una falla incipiente ² , lo que las hace difíciles de detectar.

Cuando se producen fallas en el tanque principal, se generan focos de calor localizados. Este calor descompone las moléculas del líquido aislante, produciendo gases combustibles, también conocidos como hidrocarburos. El hidrógeno es el primer gas que se produce en casi todos los tipos de fallas de los transformadores: descargas parciales, sobrecalentamiento, arcos eléctricos e incluso fallas de baja energía.

Su presencia, por lo tanto, indica las etapas iniciales de la degradación del aislamiento y ocurre antes de que se detecten otros gases causantes de fallas. Una revisión de 2019 realizada por Bustamante respalda esta afirmación, señalando: «El hidrógeno está presente, en mayor o menor cantidad, en todas las fallas eléctricas y térmicas que ocurren en el aceite».

En esta revisión, Bustamante comparte una tabla publicada en la revista IEEE Transactions on Dielectric and Electrical Insulation (Volumen: 2, Número: 6, diciembre de 2015) que identifica los gases generados al inicio de una falla.

Como se indica en la tabla, el hidrógeno es el principal indicador de falla en casi todos los tipos de falla en transformadores con aislamiento de papel-aceite. Siempre es una consecuencia de la ruptura del aislamiento en fallas eléctricas y térmicas.

Esto hace que el hidrógeno sea un indicador clave de fallas confiable y de amplio espectro, a diferencia de otros gases que solo se producen o están vinculados a tipos de fallas específicos.

La medición continua de hidrógeno es por tanto la herramienta de diagnóstico que falta en los transformadores, lo que la convierte en la clave para evitar fallos catastróficos.

Como se puede ver en el gráfico adyacente, la generación repentina o acelerada de hidrógeno precede a fallas importantes en los transformadores y, en este estudio de caso, el operador de la red pudo evitar un evento catastrófico en su transformador de 24 MVA.

La monitorización continua del hidrógeno tiene otras ventajas

Los beneficios del hidrógeno no se limitan a la detección temprana de fallas; también ayuda a identificar eventos térmicos que con frecuencia pasan desapercibidos.

1. Detecta transformadores con sistemas de refrigeración en funcionamiento, pero con un rendimiento mínimo. Los transformadores cuentan con protección contra sobretemperatura, pero el funcionamiento prolongado justo por debajo de los umbrales de disparo puede pasar desapercibido.
2. Otro evento térmico que a menudo se pasa por alto es el alto contenido de armónicos que calienta los núcleos de los transformadores. Con la proliferación de inversores de energías renovables y sistemas de almacenamiento de energía (ESS) y variadores de frecuencia (VFD), los transformadores en secciones de red con alto contenido de armónicos funcionan a temperaturas más altas de lo previsto, y sin monitorización, es difícil identificar este fenómeno.

Debido a su generación temprana durante la degradación eléctrica, la alta sensibilidad a las descargas parciales y la detección rápida en el monitoreo de aceite e hidrógeno siguen siendo esenciales para identificar fallas en los transformadores antes de que progresen a una falla catastrófica.

Fuentes:

1. Neil Probert, Johnson y Phili
2. Una falla incipiente se refiere a una falla en sus etapas iniciales, a menudo con síntomas sutiles o leves que no son inmediatamente evidentes. Estas fallas empeoran con el tiempo, dando lugar a problemas más graves o incluso a un fallo total si no se detectan y abordan a tiempo.

Acerca del autor: Traci Hopkins

Traci Hopkins comenzó su trayectoria en el campo de la confiabilidad de la energía eléctrica en junio de 2012 como instructora adjunta en varios departamentos de Capacitación y Educación en tecnologías de transformadores. Poco después, asumió el cargo de Coordinadora de Análisis Diagnóstico para el mercado internacional, a la vez que continuó apoyando la capacitación y la educación mediante eventos internacionales. En 2022, se incorporó a H2scan como Gerente de Ventas para Latinoamérica, responsable de promover la detección de hidrógeno en diversas industrias. Traci cuenta con las certificaciones CRL, MTMP, MTRP y DPS Training. También es miembro sénior de IEEE PES, la Asociación de Profesionales de Gestión de Activos y WIRAM (Mujeres en Confiabilidad y Gestión de Activos).