Caracterización de la degradación de materiales dieléctricos sólidos en transformadores de potencia
RESUMEN: El sistema de aislamiento de los transformadores bañados en aceite contiene celulosa como aislante sólido. El aceite de estos equipos desarrolla una doble función, por una parte, como aislante eléctrico junto con la celulosa y por otra como refrigerante. El papel y el aceite constituyentes...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Cantabria (UC) |
| Repositorio: | UCrea Repositorio Abierto de la Universidad de Cantabria |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.unican.es:10902/25117 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10902/25117 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Transformador de potencia Envejecimiento térmico Aceite mineral Aceite vegetal Papel Kraft Grado de polimerización Propiedades mecánicas Power transformer Thermal ageing Mineral oil Vegetable oil Kraft paper Degree of polymerization Mechanical properties |
| Sumario: | RESUMEN: El sistema de aislamiento de los transformadores bañados en aceite contiene celulosa como aislante sólido. El aceite de estos equipos desarrolla una doble función, por una parte, como aislante eléctrico junto con la celulosa y por otra como refrigerante. El papel y el aceite constituyentes del sistema de aislamiento experimentan un deterioro constante una vez que los transformadores entran en operación, aumentando de esta forma la probabilidad de fallo. Conocer el estado del aceite y papel dieléctrico durante la operación de los transformadores es esencial para poder realizar una estimación de la vida remanente del transformador. La resistencia mecánica del papel dieléctrico y por lo tanto su estado, puede analizarse a través de su índice de tracción (medida directa) o a través del grado de polimerización (medida indirecta). Por otra parte, el aceite habitualmente utilizado en los transformadores bañados en aceite es un aceite mineral, derivado del petróleo que presenta unas buenas propiedades dieléctricas y térmicas para realizar su doble función (aislante y refrigerante). Sin embargo, presenta dos importantes inconvenientes como son su bajo punto de ignición, lo que supone un alto riesgo desde el punto de vista de la seguridad, y en segundo lugar, posee una baja biodegradabilidad, representando un riesgo si se producen posibles derrames o fugas. Por esta razón, desde hace algunas décadas se ha trabajado en el desarrollo de fluidos alternativos al aceite mineral, destacando los líquidos basados en ésteres ya sean naturales o sintéticos. Sin embargo, la sustitución del aceite mineral por líquidos dieléctricos altamente biodegradables, basados en ésteres, requiere garantizar que su funcionamiento durante la operación de los transformadores sea similar a la del líquido que sustituyen. Este hecho exige obtener información de su funcionalidad en un espacio de tiempo reducido, lo cual requiere de más investigación a nivel de laboratorio antes de su uso en transformadores reales. Dicha investigación debe analizar en detalle el comportamiento de sistemas de aislamiento basados en estos líquidos dieléctricos alternativos y compararlo con el de los sistemas basados en aceite mineral. Este análisis comparativo puede realizarse a través del seguimiento del estado de degradación del líquido dieléctrico y/o a través del estudio del comportamiento del componente sólido (habitualmente papel). En esta tesis, la cual es una continuación de la desarrollada por Juan Carcedo Haya (Aportaciones al estudio del envejecimiento de componentes dieléctricos en transformadores de potencia [1]), se ha evaluado en detalle la estabilidad de sistemas de aislamiento basados en papel Kraft desde el punto de vista del deterioro experimentado por el componente sólido, a través de la variación de su resistencia mecánica, la cual ha sido determinada utilizando el grado de polimerización (DP) y algunas de las propiedades mecánicas que pueden ser obtenidas del ensayo de tracción como por ejemplo: deformación bajo carga máxima, módulo de Young, límite elástico o energía almacenada y del ensayo de tenacidad a fractura. El análisis de la degradación del componente sólido realizado en esta tesis complementa al realizado en la tesis anteriormente mencionada, la cual se focalizó en el envejecimiento del aceite de distintos sistemas de aislamiento basados en papel Kraft. El envejecimiento de los aceites fue caracterizado a partir de la medida de propiedades de los aceites bajo estudio, como la humedad, factor de disipación dieléctrica, permitividad, resistividad, acidez y concentración de gases disueltos. La caracterización mecánica del deterioro del papel Kraft realizada en esta tesis ha mostrado ser un método de caracterización alternativo al DP que ofrece un análisis más detallado del papel dieléctrico, ya que refleja la anisotropía del papel, la cual resulta crítica a la hora de tener mayores valores de resistencia mecánica en función de la dirección de colocación del papel en los devanados del transformador de potencia. También se ha podido concluir que propiedades mecánicas son las más adecuadas para ver el envejecimiento progresivo experimentado por el papel dieléctrico y de esta forma a partir de ellas definir un modelo cinético de degradación. Dicho modelo hace posible estimar la vida del papel Kraft para temperaturas diferentes a las de realización de los ensayos de envejecimiento. Esta tesis además de la caracterización mecánica típica por medio del ensayo de tracción también ha aplicado la mecánica de la fractura como herramienta de caracterización del envejecimiento del papel dieléctrico. Se ha analizado la relación existente entre la pérdida de tenacidad a la fractura con los cambios a nivel microscópico ocurridos en el papel Kraft que favorecen la propagación de grietas y por lo tanto la fractura final. Adicionalmente en este trabajo también se ha estudiado la información útil que puede ser extraída de un análisis fractográfico, la cual junto con la información extraída del ensayo de tracción y el estudio de tenacidad a fractura puede ser crítica para determinar un cambio en el modo de fallo del papel. |
|---|