VIDA ÚTIL DE TRANSFORMADORES

GESTRAN 2.0

AUTOR: Queca Cadiz Eddy Fernando, Ing. Electricista.

RESUMEN DEL TRABAJO

La importancia de la calidad de servicio prestada por las empresas eléctricas, hacen de los

transformadores los equipos indispensables y centrales en el proceso y en el negocio de la

prestación del servicio eléctrico. En este trabajo se ha desarrollado una herramienta para determinar

la vida útil teórica del transformador y establecer por medio de esta el grado de carga y sobrecarga

del mismo.

Se han investigado las dos normas sobre este particular, más reconocidas en el mundo: la IEEE y la

IEC. Esto permite establecer un marco teórico para la evaluación teórica de la vida del

transformador.

PALABRAS CLAVE

Transformador, operación, vida útil, programa, furanos, grado de polimerización, humedad,

oxígeno, IEEE C57.91, IEC 76-7.

PROGRAMA

Al ejecutar la aplicación informática se presentara la pantalla de la Figura 1, donde se realiza la

selección del tipo de estudio (parte superior izquierda) y la norma a utilizar para el cálculo.

Figura 1. Ventana de inicio.

CALCULO HORARIO (ESTUDIO POR HORAS)

Permite la realización de cálculos en forma horaria, es decir por periodos de 24 horas, 48 horas o el

intervalo que el usuario desee. Asimismo este tipo de cálculo permite la utilización de tres métodos

de cálculo propuestos (Clausula 7 y Anexo G del IEEE C57.91 y el Anexo C del IEC 76-7), además

de la inclusión al método de cálculo de la propuesta de Tim Raymond efectuada en el IEEE/PES

2005 y 2007 (constantes de acuerdo al contenido de agua y oxígeno en el transformador) y el

análisis furánico (determinación del grado de polimerización con corrección por la temperatura del

punto caliente).

Figura 2. Selección del tipo de cálculo horario.

Procedimiento de cálculo

1. Seleccionar el método de cálculo.

Figura 3. Selección del método de cálculo.

2. Ingresar la temperatura ambiente.

Figura 4. Ingreso a la ventana de temperatura ambiente.

Figura 5. Buscar en la ventana de Temperatura ambiente.

Figura 6. Selección de archivos de la carpeta creada en “Mis documentos” al instalarse el programa.

Figura 7. Selección del archivo ejemplo en formato Excel.

Figura 8. Cargado de hojas del archivo “Ejemplo.xlsx” al módulo de temperatura ambiente.

Figura 9. Importado de los datos de temperatura ambiente de la hoja “Temp” y cerrado de la ventana.

3. Ingresar la carga en por unidad.

Figura 10. Ingreso a la ventana de carga en por unidad

Figura 11. Buscar en la ventana ciclo de carga.

NOTA: Seguir el mismo procedimiento del punto 2 e importar la hoja “Carga” del archivo Excel.

Figura 12. Importado de los datos de carga de la hoja “Carga” y cerrado de la ventana.

4. Ingresar los datos del transformador.

Figura 13. Ingreso a la ventana de datos del transformador.

Figura 14. Buscar en la ventana datos del transformador.

NOTA: Seguir el mismo procedimiento del punto 2 e importar la hoja “Trafo” del archivo Excel.

Figura 15. Importado de los datos del transformador de la hoja “Trafo” y cerrado de la ventana.

5. Ingresar en el módulo de cálculo.

Figura 16. Ingreso a la venta de cálculo del estudio horario.

Ya ingresado a la ventana respectiva la aplicación permite establecer cada cuanto son impresos los

resultados, por defecto la aplicación indica que los resultados serán mostrados cada 60 minutos, es

decir cada hora.

Figura 17. Cálculo de acuerdo a la norma seleccionada.

En esta ventana se tienen tres tipos de resultados.

Resultados tabulados.

Resultados gráficos.

Resultados simplificados o resumen de resultados.

El primero y último son visibles al ingresar a la ventana, para el segundo basta con hacer un click

sobre cualquiera de los botones del sector de resultados gráficos.

Figura 18. Resultado gráfico.

CALCULO POR ETAPAS (ESTUDIO POR ETAPAS)

Permite la realización del cálculo en dos etapas (precarga y sobrecarga) estableciendo los mismos

de forma manual y automática. Este tipo de cálculo solo permite la utilización de la Cláusula 7 del

IEEE C57.91 e inhabilita todos los botones ya vistos en la ventana de inicio a excepción de los

datos del transformador.

Figura 19. Selección del tipo de cálculo por etapas.

Procedimiento de cálculo

1. Ingresar los datos del transformador (ya explicado en el inciso anterior).

NOTA: Como ya fueron ingresados en el anterior método de cálculo ya no es necesario el ingreso

del mismo.

2. Ingresar en el módulo de cálculo.

Figura 20. Ingreso a la ventana de temperatura ambiente.

Para el cálculo es necesario el ingreso de la temperatura ambiente desde esta ventana.

Figura 21. Selección de la temperatura ambiente.

Ya seleccionada la temperatura ambiente (nominal, máxima o un valor definido por el usuario), se

procede a efectuar el cálculo.

Figura 22. Cálculo efectuado por etapas.

En esta ventana son visibles ambos métodos de cálculo efectuados por la Cláusula 7 del IEEE

C57.91.

En la parte superior derecha son calculados los valores de sobrecarga, temperatura del

aceite superior (Top-Oil), temperatura del punto caliente (Hot-Spot) y porcentaje de pérdida

de vida de acuerdo al grado de precarga y a los límites establecidos en la parte izquierda de

la ventana, sin sobrepasarse los mismos.

En la parte inferior derecha son calculados en forma individual la temperatura del punto

caliente, temperatura del aceite superior y porcentaje de pérdida de vida de acuerdo al

estado de precarga y sobrecarga asignado en forma manual y solo considerándose los

límites de la parte superior izquierda como referencia para indicar de acuerdo a un color

asignado cuando se sobrepasan los mismos (el color rojo indica que se han sobrepasado los

límites, el color verde indica que no se han sobrepasado los límites).

NOTAS

Al margen de los procedimientos mostrados para los cálculos es posible y solo en el primer método

de cálculo incluir las recomendaciones de Tim Raymond para la inclusión de constantes en el

cálculo de la pérdida de vida, seleccionando la casilla respectiva en la ventana de inicio.

Según Tim Raymond puede concluirse que un modelo que represente el envejecimiento del

aislamiento del transformador en forma adecuada y/o cercana a la realidad debe tomar en cuenta

parámetros que exterioricen la influencia del oxígeno presente en el aceite y la humedad contenida

en el papel.

Figura 23. Factor acelerador de envejecimiento con las constantes sugeridas por Tim Raymond.

Figura 24. Selección de la casilla de la propuesta de Tim Raymond.

Figura 25. Constantes asignadas de acuerdo al contenido de humedad y oxígeno.

De igual manera es posible y solo en el primer método de cálculo, la realización del cálculo del

grado de polimerización (primera ecuación para papel KRAFT común y segunda ecuación para

KRAFT mejorado térmicamente) para la determinación de la pérdida de vida del transformador

corrigiéndose el mismo con la temperatura del punto caliente (tercera ecuación) determinada por los

métodos de cálculo del IEEE o IEC, seleccionando la casilla correspondiente.

Figura 26. Ecuación de R. Stebbins para el papel KRAFT común.

Figura 27. Ecuación de R. Stebbins para el papel KRAFT mejorado térmicamente.

Figura 28. Ecuación del grado de polimerización para la corrección por la temperatura del Hot-Spot.

Figura 29. Selección de la casilla del análisis furánico.

Figura 30. Ventana de ingreso del contenido furánico y definición de valores para el cálculo.

CONCLUSIÓN

En la mayor parte del mundo, los transformadores se cargan muy por debajo de su potencia

nominal. Esto da vidas útiles medias en los parques de transformadores superiores a la establecida

en las guías de carga de 20.55 años.

La vida útil de un transformador depende directamente de la vida del aislante sólido, o papel

aislante, el cual se degrada debido a la temperatura a la cual se encuentra expuesto, y esto es

función de la carga, por lo que sobrecargar en forma permanente los transformadores por encima de

su potencia nominal “real” los envejece prematuramente.