Líquidos Aislantes (Pruebas de Laboratorio): Aceites minerales de alto punto de Inflamacion

Los transformadores de potencia son elementos muy fiables y seguros dentro de una red eléctrica de potencia. No obstante, en los transformadores que emplean aislamiento líquido de alta inflamabilidad, como el aceite mineral, el riesgo de incendio es elevado, debido a que contiene una gran cantidad de elementos combustibles que se encuentran en contacto con elementos en tensión. Este trabajo persigue obtener la probabilidad de ocurrencia de incendio en un transformador de este tipo encuadrado en una instalación de cogeneración ficticia. La tasa de incendio en transformadores es pequeña, pero algunas encuestas realizadas recientemente sugieren que su número de incendios esta creciendo significativamente en la última década, los cuales suelen tener consecuencias económicas muy elevadas.

La principal causa de incendio en los transformadores con aislamiento líquido de alta inflamabilidad es la pérdida de su aislamiento efectivo. Cuando esto sucede, aumenta la probabilidad de producirse un fallo que de lugar a un arco eléctrico en su interior, el cual casi instantáneamente, vaporiza una masa del aceite de la cuba. La cantidad de gas generada tiene una relación muy estrecha con el nivel energético del arco eléctrico. Cuando es alto, el gas formado se presuriza rápidamente, generando ondas de presión dinámica de gran magnitud en el aceite, que se propagan internamente por todo el transformador e interactúan con la estructura de la cuba en muy pocos milisegundos. Si las protecciones del transformador no consiguen despresurizar la cuba rápidamente, puede llegar a romper. Cuando esto sucede, los gases se infaman en contacto con el oxigeno debido a la alta temperatura a la que se encuentran, produciéndose una fuerte explosión que provoca la ignición del aceite y por lo tanto el incendio del transformador.

Los últimos estudios realizados sobre los dispositivos de alivio de presión de la cuba, consideran su tiempo de respuesta insuficiente para conseguir que el aumento de presión provocado por estos fallos sobrepase la resistencia mecánica de la cuba.

Una de las soluciones a esta problemática es el uso de fluidos dieléctricos minerales que cumplan con un punto de inflamabilidad alto, comercialmente existen algunos como son R-Temp y Betafluid, estos de tipo mineral, algunos semi sintéticos como el aceite alfa, algunos biodegradables producto de esteres naturales como lo es el FR3 y otros tanto sintéticos como el siliconado.

En esta ocasión nos centraremos en las características que deben cumplir los fluidos de tipo mineral con un alto punto de inflamabilidad, esto tomando como base el estándar ASTM D 5222.

Esta especificación describe un fluido de alto punto de combustión, para su uso como un medio dieléctrico y de refrigeración en aparatos eléctricos de distribución nuevos y en servicio, tales como transformadores e interruptores. El material discutido aquí es miscible con otros aceites aislantes a base de petróleo, y puede que no sea miscible con líquidos aislantes eléctricos de origen no petrolero. Los aceites aislantes deberán ser compatibles con el material típico de la construcción de los aparatos existentes y satisfactoriamente mantendrá su característica funcional en su aplicación. Esta especificación se aplica sólo para el aceite nuevo que se recibe antes de cualquier procesamiento. Los ejemplares deberán someterse a las pruebas adecuadas, y se ajustarán proporcionalmente a especificación física (aspecto en el examen visual, el color en las unidades de la ASTM, punto de combustión, punto de inflamación, punto de anilina, la tensión interfacial, punto de fluidez, densidad relativa y viscosidad cinemática), eléctricas ( tensión de ruptura dieléctrica, tendencia a la gasificación, y el factor de disipación) y química (comportamiento a la corrosión contra azufre, cloruros inorgánicos y contenido de sulfatos, índice de acidez, contenido de agua, estabilidad a la oxidación, contenido de inhibidor a la oxidación, y el contenido de PCB) en propiedades requeridas.

Este extracto es un breve resumen de la norma referenciada. Es informativo solamente y no una parte oficial de la norma; El texto completo de la norma en sí misma debe ser referido para su uso y aplicación. ASTM no da ninguna garantía expresa o implícita ni hace ninguna representación que el contenido de este resumen son exacta, completa o actualizada.

1. Alcance

1.1 Esta especificación describe un fluido aislante a base de aceite mineral-alto punto de inflamación, para uso como un medio dieléctrico y refrigerante en aparatos eléctricos de distribución nuevos y en servicio, tales como transformadores e interruptores.

1.2 Diferentes fluidos de alto punto de inflamación difieren de aceite mineral convencional por poseer un punto de fuego de al menos 300 ° C. Aceites aislantes minerales de alta punto de combustión también se conocen como aceites minerales "menos inflamables". Esta propiedad es necesaria para cumplir con ciertos requisitos de la aplicación del Código Eléctrico Nacional (artículo 450-23) u otras agencias. El material discutido en esta memoria descriptiva es miscible con otros aceites aislantes a base de petróleo. Mezcla de líquidos de alto punto de combustión con hidrocarburos con un punto de combustión bajo (por ejemplo, la especificación D 3487 aceite mineral) puede dar lugar a puntos de fuego de menos de 300 ° C.

1.3 Esta especificación está destinada a definir un aceite mineral aislante de alto punto de fuego que es compatible con el material típico de construcción de los aparatos existentes y satisfactoriamente mantendrá su característica funcional en su aplicación. El material descrito en esta memoria puede no ser miscible con líquidos aislantes eléctricos de origen no petrolero. El usuario debe ponerse en contacto con el fabricante del aceite aislante de alto punto de combustión para la orientación a este respecto.

1.4 Esta especificación se aplica sólo para el aceite nuevo, material aislante que se recibió antes de cualquier procesamiento. Información sobre las pruebas de mantenimiento en el servicio está disponible en las guías correspondientes. El usuario debe ponerse en contacto con los fabricantes de los equipos o aceite si surgen preguntas de características recomendadas o procedimientos de mantenimiento.

2. Documentos de referencia (Estos documentos se obtienen en linea ASTM)

Normas ASTM

D92 Método de prueba para Flash Point (Temperatura de inflamación e Ignición) en Copa Abierta Cleveland.

D97 Método de prueba para Punto de fluidez de Productos del Petróleo.

D117 Guía para el muestreo, métodos de prueba y especificaciones para los Aceites de aislamiento eléctrico de origen de petroleo.

D445 Método de prueba para la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos (y Cálculo de la viscosidad dinámica).

D611 Métodos de ensayo para punto de anilina y Mixto punto de anilina de productos derivados del petróleo y solventes de hidrocarburos.

D664 Método de prueba para Número Acido de productos derivados del petróleo mediante valoración potenciométrica.

D877 Método de prueba para Tensión de Ruptura Dieléctrica de líquidos aislantes usando electrodos de disco.

D878 Método de prueba para cloruros y sulfatos inorgánicos en aceites aislantes.

D923 Practicas para muestreos de Líquidos Aislantes.

D924 Método de prueba para Factor de disipación (o factor de potencia) y permitividad relativa (constante dieléctrica) de líquidos aislantes.

D971 Método de prueba para la tensión interfacial del aceite contra el agua por el método del anillo.

D974 Método de prueba para ácido y base numérica por Titulación con indicador de color.

D1275 Método de prueba para Azufre corrosivo en Aceites aislantes.

D1298 Método de prueba para determinar la densidad, densidad relativa (gravedad específica) o gravedad API de petróleo crudo y productos líquidos del petroleo por el Método del Hidrómetro.

D1500 Método de prueba para color ASTM de productos de petróleo (ASTM escala de colores).

D1524 Método de prueba para el examen visual de Aceites aislantes derivados de petroleo en el campo.

D1533 Método de prueba para determinar el contenido de agua en líquidos aislantes por coulométria Karl Fischer.

D1816 Método de prueba para la determinación de la tensión de ruptura dieléctrica por electrodos semiesféricos (VDE).

D2300 Método de prueba determinar la tendencia a la gasificación y ionización de líquidos aislantes de origen mineral (Método modificado Pirelli).

D2440 Método de prueba para estabilidad a la oxidación de aceites aislantes de origen mineral.

D2668 Método de prueba para 2,6-di-terc-butil- p-cresol y 2,6-di-terc-butil fenol en líquidos aislantes por absorción de infrarrojo.

Terminología D2864 relativo a aislantes eléctricos Líquidos y Gases.

D3487 Especificación para aceite Mineral Aislante usado en aparatos eléctricos.

D4059 Método de prueba para el análisis de los bifenilos policlorados en líquidos aislantes por cromatografía de gases.

D4768 Método de prueba para el análisis de 2,6-di-terc-butil paracresol y 2,6-di-terc-butil fenol en líquidos aislantes por cromatografía de gases.

Esperamos que esta información sea de utilidad para ustedes, así mismo reiteramos nuestro compromiso en la calidad de la información que aquí presentamos así como atención especifica que se solicite sera tendida a la brevedad.

Líquidos Aislantes (Pruebas de Laboratorio): Aceite Mineral

El aceite dieléctrico para transformadores es, generalmente, un aceite mineral altamente refinado que es estable a altas temperaturas y tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Se utiliza en transformadores sumergidos en aceite, algunos tipos de condensadores, balastos de lámparas fluorescentes y algunos tipos de interruptores de alta tensión e interruptores de circuito. Sus funciones son para aislar, suprimir la corona y el arco, pero principalmente para servir como refrigerante y evacuar eficazmente el calor generado por el transformador.

El aceite en circulación ayuda a enfriar el transformador. Debido a que también proporciona aislamiento eléctrico entre las partes activas internas, el aceite de transformador debe permanecer estable a altas temperaturas durante un período prolongado (años). Para mejorar la refrigeración de los transformadores de gran potencia, el tanque puede tener radiadores externos a través de los cuales el aceite circula por convección natural. Los transformadores para las lineas de alta tensión (con una capacidad de miles de kVA) normalmente disponen de ventiladores para ayudar con la refrigeración, bombas de aceite, e incluso intercambiadores de calor aceite-agua.

Este tipo de fluidos debe cumplir con una serie de características para poder funcionar dentro de un transformador, especificaciones de las cuales se mencionan en el estándar ASTM D-3487, en el cual se mencionan "Especificaciones Estándar para Aceites Aislantes de Origen Mineral usados en Aparatos Eléctricos".

De dicho estándar mencionaremos lo siguiente:

Esta especificación cubre dos tipos de nuevo mineral aceites de origen petrolífero aislante para su uso como aislante y medio de enfriamiento en nuevos y existentes de energía y aparatos eléctricos de distribución, tales como transformadores, reguladores, los reactores, disyuntores, interruptores y equipo auxiliar. Es la intención de esta especificación para definir un aceite mineral aislante que es funcionalmente intercambiable y miscible con aceites existentes, es compatible con los aparatos existentes y con el mantenimiento de campo apropiado, y satisfactoriamente mantendrá sus características funcionales en su aplicación en aparatos eléctricos. Aceites minerales Tipo I se utilizan para el aparato donde se requiere resistencia normal de oxidación, Aceites minerales de Tipo II  se utilizan para el aparato en el que se requiere una mayor resistencia a la oxidación. Cuando se examina con los correspondientes métodos de ensayo, las muestras de la muestra se ajustarán en consecuencia para física (punto de anilina, color, punto de inflamación, la tensión interfacial, punto de fluidez, densidad relativa o gravedad específica, viscosidad y apariencia), eléctrica (tensión de ruptura dieléctrica, tendencia a la gasificación y la disipación o factor de potencia) y química (estabilidad a la oxidación, el contenido de inhibidor de la oxidación, el contenido de azufre corrosivo, contenido de agua, número de neutralización, y el contenido de PCB´s(Bi-fenilos Poli-Clorados)).

Este resumen es una breve explicación de la norma referenciada. Es informativo solamente y no una parte oficial de la norma; El texto completo de la norma en sí misma debe ser referido para su uso y aplicación. ASTM no da ninguna garantía expresa o implícita ni hace ninguna representación que el contenido de este resumen son exacta, completa o actualizada.

 1. Alcance

1.1 Esta especificación cubre nuevo aceite mineral de origen petrolífero aislante para su uso como aislante y medio de enfriamiento en nuevos y existentes de energía y aparatos eléctricos de distribución, tales como transformadores, reguladores, los reactores, disyuntores, interruptores y equipo auxiliar.

1.2 Esta especificación tiene por objeto definir un aceite mineral aislante que es funcionalmente intercambiable y miscible con los aceites existentes, es compatible con los aparatos existentes y con el mantenimiento de campo correspondiente, y satisfactoriamente mantendrá sus características funcionales en su aplicación en los equipos eléctricos. Esta especificación se aplica sólo a nuevo aceite aislante como se recibió antes de cualquier procesamiento.

1.3 Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como los estándares . No hay otras unidades de medida se incluyen en esta norma.

2. Documentos de referencia (Estos documentos se obtienen en linea ASTM)

Normas ASTM

D88 Método de prueba para Viscosidad Saybolt.

D92 Método de prueba para Flash Point (Temperatura de inflamación e Ignición) en Copa Abierta Cleveland.

D97 Método de prueba para Punto de fluidez de Productos del Petróleo.

D445 Método de prueba para la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos (y Cálculo de la viscosidad dinámica).

D611 Métodos de ensayo para punto de anilina y Mixto punto de anilina de productos derivados del petróleo y solventes de hidrocarburos.

D877 Método de prueba para Tensión de Ruptura Dieléctrica de líquidos aislantes usando electrodos de disco.

D923 Practicas para muestreos de Líquidos Aislantes.

D924 Método de prueba para Factor de disipación (o factor de potencia) y permitividad relativa (constante dieléctrica) de líquidos aislantes.

D971 Método de prueba para la tensión interfacial del aceite contra el agua por el método del anillo.

D974 Método de prueba para ácido y base numérica por Titulación con indicador de color.

D1275 Método de prueba para Azufre corrosivo en Aceites aislantes.

D1298 Método de prueba para determinar la densidad, densidad relativa (gravedad específica) o gravedad API de petróleo crudo y productos líquidos del petroleo por el Método del Hidrómetro.

D1500 Método de prueba para color ASTM de productos de petróleo (ASTM escala de colores).

D1524 Método de prueba para el examen visual de Aceites aislantes derivados de petroleo en el campo.

D1533 Método de prueba para determinar el contenido de agua en líquidos aislantes por coulométria Karl Fischer.

D1816 Método de prueba para la determinación de la tensión de ruptura dieléctrica por electrodos semiesféricos (VDE).

D1903 Practica para determinar el coeficiente de expansión térmica de los líquidos aislantes derivados del petroleo y askareles.

D2112 Método de prueba para estabilidad a la oxidación de aceite mineral inhibido de recipientes a presión.

D2300 Método de prueba determinar la tendencia a la gasificación y ionización de líquidos aislantes de origen mineral (Método modificado Pirelli).

D2440 Método de prueba para estabilidad a la oxidación de aceites aislantes de origen mineral.

D2668 Método de prueba para 2,6-di-terc-butil- p-cresol y 2,6-di-terc-butil fenol en líquidos aislantes por absorción de infrarrojo.

D2717 Método de ensayo para determinar la Conductividad Térmica de aceites aislantes.

D2766 Método de prueba para determinar el Calor especifico de líquidos y sólidos.

D3300 Método de prueba para determinar la tensión de ruptura dieléctrica en aceite mineral en condiciones de impulso.

D4059 Método de prueba para el análisis de los bifenilos policlorados en líquidos aislantes por cromatografía de gases.

D4768 Método de prueba para el análisis de 2,6-di-terc-butil paracresol y 2,6-di-terc-butil fenol en líquidos aislantes por cromatografía de gases.

D5837 Método de prueba para compuestos furánicos Líquidos aislantes por cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC).

Pre-acondicionamiento y medidas de seguridad

Los transformadores de alta tensión se someten a procesos de secado prolongado, usando sistemas de auto-calentamiento eléctrico, por vacío, o ambos para asegurar que el transformador esté completamente libre de vapor de agua antes de introducir el aceite dieléctrico. Esto ayuda a prevenir la formación de coronas y la posterior ruptura dieléctrica bajo carga.

Suelen tener un relé detector de gas (Buchholz relay). Estos dispositivos de seguridad detectan la acumulación de gas en el interior del transformador debido a la descarga de corona, sobrecalentamiento o un arco eléctrico interno. En una lenta acumulación de gas, o aumento rápido de presión, estos dispositivos puede activar el interruptor de circuito de protección para eliminar la alimentación del transformador. Alternativamente pueden estar equipados con relés rápidos de presión, que realizan una función similar a la del relé Buchholz.
El punto de inflamación (min) y el punto de fluidez (máx) de los aceites minerales es de 140 °C y -6 °C, respectivamente, sin aditivos para mejorar estos parámetros. La rigidez dieléctrica del aceite nuevo sin tratamiento es de 12 MV/m (RMS) y después del tratamiento de aditivación debe ser > 24 MV / m (RMS).

Actuales alternativas al aceite mineral

Hoy en día, la mayoría de los transformadores utilizan un fluido que alcanza un nivel de rendimiento mucho más alto que el aceite mineral nafténico estándar, con mucho menos riesgo de inflamación. Los aceites minerales tienen un problema de corrosión por el contenido de azufre del aceite, y los intentos de neutralizar esto con pasivadores de cobre son insuficientes si tenemos en cuenta alternativas más seguras disponibles.

Los aceites de ésteres naturales y sintéticos se han convertido en una alternativa cada vez más común al aceite mineral. Compensan los riesgos asociados con el aceite mineral, como la alta inflamabilidad, el impacto ambiental y la mala tolerancia a la humedad. Los ésteres no son tóxicos para la vida acuática, es fácilmente biodegradable y proporcionan una menor volatilidad y un punto de inflamación superior. Además, tienen un alto punto de inflamación, de más de 300 °C y líquidos de la clase K de este tipo se utilizan a menudo en aplicaciones de transformadores de alto riesgo, como en interiores o en el mar. También tienen un punto de congelación más bajo, mayor tolerancia a la humedad y funcionan bien a altas temperaturas sin degradarse.

Hidrocarburos a base de silicona o fluorados, donde el mayor coste compensa sus propiedades ignifugas, también han sido presentados como una alternativa viable al aceite mineral. Sin embargo, la silicona se ha demostrado ser mucho menos biodegradable que los ésteres en el caso de una fuga o derrame. También se ha sugerido el uso de aceites vegetales pero estos no son adecuados para su uso en climas fríos o para tensiones de más de 230 kV. Algunos periódicos han citado aceite de coco como sustituto potencial para el uso en transformadores.

Una prueba que no se anexa en el listado ya que estas pruebas se realizan a líquidos nuevos en cumplimiento de características especiales, así como algunas a su puesta en servicio lo cual mencionaremos en futuras publicaciones así como detalles de cada prueba.
Dicha prueba es el ASTM D 3612 del cual no daremos mas seña hasta llegar a su publicación.

Estén pendientes de nuestras próximas publicaciones suscribiéndose al blog, ya que empezaremos a detallar mas respecto a líquidos aislantes, su análisis y por supuesto la interpretación de cada prueba para un control y mantenimiento en sus equipos eléctricos.

Así mismo iniciaremos apartados especiales en los cuales profundizaremos en LFMN y su reglamento así como ISO 17025.