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JULIO CESAR FLORES CISNEROS

VIDA UTIL DEL TRANSFORMADOR

DETERMINACION DE LA VIDA UTIL DEL TRANSFORMADOR

por Julio Cesar Flores Cisneros

SIEMPRE TE HAS PREGUNTANDO CUALES SON LOS ESTUDIOS Y REQUISITOS PARA DETERMINAR O CALCULAR
LA VIDA DE UN TRANSFORMADOR , ES MAS COMO LAS ASEGURADORAS DE LOS PARQUES INDUSTRIALES
Y GRANDES COMPAÑIAS ASEGURAN EL TIEMPO MINIMO DE VIDA O SOLO HACEN CONSIDERACIONES DE
BUENA FE.

AUNQUE QUIZA LA PRINCIPAL RAZON DEL TAL DESCONOCIMIENTO ES LA FALTA DE RETROALIMENTACION
DE LOS PRINCIPALES FABRICANTES Y SABER CUANTAS Y VECES SE HA DAÑADO SU PRODUCTO A QUE EDAD
Y QUE FUE LO QUE SE REPARO, DESGRACIADAMENTE LA INFORMACION EXISTENTE SE BASA DE 2 GRANDES
CLIENTES PEMEX Y CFE.

INDEPENDIENTE DEL METODO TODOS SE BASAN EN QUE LA VIDA DEL TRANSFORMADOR LA DETERMINA
EL AISLAMIENTO.Y ES QUE DESDE 1960 AL 2010, LA MAYOR CAUSA DE FALLAS EN EL TRANSFORMADOR
ES EL AISLAMIENTO, SEGUIDA POR EL CORTO-CIRCUITO Y EN TERCER LUGAR EL CAMBIADOR DE TAPS.

AUNADO A ESTA RAPIDA ESTADISTICA, LOS GRANDES CONSTRUCTORES DE TRANSFORMADORES QUE OPERAN
EN MEXICO PROLEC, VOLTRAN, IEM , ABB DISEÑAN SUS TRANSFORMADORES EN BASE A LA VIDA UTIL DEL
AISLAMIENTO DE SUS DEVANANADOS, PUES AL SER DE PAPEL (KRAFT POR EJEMPLO) ES LA PARTE CON
MAYOR DETERIORO IRREVERSIBLE DENTRO DEL TRANSFORMADOR, SEGUIDO POR EL ACEITE (AUNQUE ESTE
TIENE CIERTO NIVEL DE REGENERACION).
 
EXISTEN 3 METODOS PARA CALCULAR O DETERMINAR LA VIDA DEL TRANSFORMADOR:

TIEMPO DE VIDA MINIMO ESPERADO
GRADIENTES DE TEMPERATURA O SOBREELEVACION DE TEMPERATURA
DESFASAMIENTO DE BOBINAS, PERDIDAS Y EFICIENCIA
 
EL PRIMERO METODO:
GENERALMENTE TOMADO COMO UNA NORMA EN LAS ASEGURADORAS ES EL TIEMPO DE VIDA
MINIMO ESPERADO, BASADO EN 25 AÑOS.SEGUN LA CURVA DE BAÑERA DE VIDA UTIL DE LOS FABRICANTES
EL PAPEL STD KRAFT ENVEJECIDO A 175°C INMERSO EN ACEITE SU TIEMPO DE VIDA PROMEDIO EMPIEZA
DE 50 AÑOS Y TERMINA EN LOS 75 AÑOS, SI NO FUERA POR LA LIMITANTE DEL DETERIORO DEL AISLAMIENTO
SE GARANTIZARIA POR LO MENOS 400 AÑOS, ENTONCES UNA MEDIA ACEPTABLE SERA:
 
25 AÑOS TRANSFORMADORES CON 100% CARGA 24 HRS, TEMP MAX 80°C
30 AÑOS TRANSFORMADORES CON 90% CARGA 24 HRS, TEMP MAX 75°C
40 AÑOS TRANSFORMADORES CON 80% CARGA 24 HRS, TEMP MAX 70°C
+ AÑOS BUSCAR SUSTITUIRLO DENTRO DE 10 AÑOS Y DEJARLO COMO RESERVA.

ES IMPORTANTE DESTACAR QUE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA PARA LA INDUSTRIA Y LOS TRANSFORMADORES UTILIZADOS EN CFE Y PEMEX SON OPERADOS DE UNA MANERA DIFERENTE PARA LOS PRIMEROS LA VIDA UTIL SERA DE 50 A 75 AÑOS Y PARA LOS ULTIMOS DE 25 A 40 AÑOS, LO ANTERIOR POR LAS SOBRECARGAS Y SOBRETENSIONES  A LA QUE SON EXPUESTOS LOS TRANSFORMADORES PARA CFE Y PEMEX, MUY DIFERENTE A LAS CONDICIONES DE UN TRANSFORMADOR EN LA INDUSTRIA, EN LA CUAL LOS RAMALES SON CORTOS , DE POCA INCIDENCIA DE RAYO, SOBRECARGAS RAZONABLES DE ACUERDO A LOS PICOS DE PRODUCCION, QUE EN MEXICO HA SIDO MUY INESTABLE DESDE TIEMPOS REMOTOS.

POR LO QUE LOS TRANSFORMADORES FABRICADOS EN 1970 O ANTERIORES ES ACEPTABLE BUSCAR BAJAR CARGA Y MANTENERLOS EN OBSERVACION HASTA QUE DEJEN DE ESTAR EN OPERACION EN TEORIA HASTA 20 A 35 AÑOS, PARA LOS TRANSFORMADORES FABRICADOS EN 1980-1985 ESTOS SE ENCUENTRAN EN TEORIA A LA MITAD DE LA VIDA UTIL POR LO QUE ES IMPORTANTE EMPEZAR A LLEVAR UNA BITACORA DE CARGAS, SOBRECARGAS, PRUEBAS DE AISLAMIENTO ANUALMENTE Y MUESTREO SEMESTRAL DE CONDICIONES DEL ACEITE PRUEBAS FISICO-QUIMICAS  Y PREDICTIVOS QUE REFLEJARAN LA OPERACION DE MANERA ANUAL ATRAVES DE LA CROMATOGRAFIA.

EL SEGUNDO METODO:
SEGUN S.D.MYERS EN TRANSFORMER MAINTENANCE INSTITUTE DETERMINA “LA VIDA DEL TRANSFORMADOR
ES LA VIDA DE SU SISTEMA COMPLETO DE AISLAMIENTO” , SEGUN EL MANUAL DE INDUSTRIAS IEM SOBRE
FABRICACION DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA “EL FIN DE LA VIDA DE LOS AISLAMIENTOS SE ALCANZA
CUANDO LA RESISTENCIA DE LA TENSION LLEGA AL 50% DEL VALOR ORIGINAL”.
LOS GRADIENTES DE TEMPERATURA EN EL TRANSFORMADOR SON GENERADOS POR LAS DIFERENTES CARACTERISTICAS
TERMICAS DE LOS MATERIALES QUE LO CONFORMAN, ESTAS CARACTERISTICAS TERMICAS ORIGINAN :

A.- DETERIORO MECANICO Y DIELECTRICO
B.- DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS Y EL PUNTO MAS CALIENTE DE LOS DEVANADOS
C.- ENVEJECIMIENTO TERMICO

EN LIBRO DE LA WESTINGHOUSE TITULADO TRANSFORMERS FOR THE ELECTRIC POWER INDUSTRY DE BEAN, CHACKAN, MOORE Y WENTZ ; NOS DICE CLARA Y SENCILLA “LA VIDA DE UN TRANSFORMADOR TERMINA CUANDO LAS PROBABILIDADES DE FALLA SON DEMASIADAS ALTAS”.

BASADOS EN ESTA SIMPLE Y CONCRETA LOGICA, Y COMO LO INDICA LA WESTINGHOUSE EN LA MENCIONADA OBRA, ES IMPOSIBLE SABER EN QUE SEMANA Y QUE AÑO SE PRODUCIRA;  SIN EMBARGO,  LA PROBABILIDAD EXISTE.

ESTA PROBABILIDAD NO DEBERA ESTAR LIGADA CON LA PROBABILIDAD DE FALLA DE UN PRODUCTO QUE ALGUNOS FABRICANTES MANEJAN DE 1 EN 1,000 O 1 EN UN MILLON (SIX SIGMA), LA PROBABILIDAD A LA QUE NOS REFERIMOS ES ATRAVES DE LA ESTRICTA OBSERVACION DE LA OPERACION DEL TRANSFORMADOR, ES DECIR MUESTREO DE LAS CONDICIONES DE OPERACION ,CARGA, SOBRECARGA
ELEVACIONES DE TEMPERATURA Y REGISTRO AVANZADO DEL DETERIORAMIENTO DEL AISLAMIENTO A TRAVES DE PRUEBAS DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO, RESISTENCIA DE DEVANADOS Y FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO.

LA TEMPERATURA ES SIN DUDA EL FACTOR QUE DETERMINARA LA VIDA DEL TRANSFORMADOR YA QUE SU INCREMENTO INFLUYE DIRECTAMENTE EN EL DETERIORAMIENTO DEL AISLAMIENTO Y DETERMINARA LA PERDIDA DE VIDA DEL TRANSFORMADOR.

ES IMPORTANTE HACER NOTAR QUE AL MOMENTO DE DETERIORARSE EL AISLAMIENTO PODEMOS IDENTIFICAR MAS FACTORES QUE AGRAVARAN EL PROBLEMA COMO ES EL CASO DEL ACEITE Y LA OXIDACION DE LA CELULOSA QUE FINALIZARA EN UN AUMENTO DE HUMEDAD.

PERO DE DONDE VIENE LA HUMEDAD O EL AGUA, SI MI TRANSFORMADOR NUNCA SE HA ABIERTO NI INSPECCIONADO, EL AGUA SE ORIGINA GRACIAS A LAS REACCIONES INTERNAS DEL TRANSFORMADOR AL DESCOMPONERSE LA CELULOSA FORMA GRUPOS DE OH Y AL ESTAR EN CERCA DEL ALGUN ARCO O DE CORONA SE FORMA EL AGUA, TAMBIEN EL ACEITE SE DEGRADA AL SER HIDROCARBURO Y LIBERA OXIGENO.
PARA FINES TEORICOS DURANTE 25 AÑOS LA ACUMULACION DE AGUA SE CALCULA QUE ES 3.3% DEL PESO DEL AISLAMIENTO(DEVANADO Y ACEITE)

TEMPERATURA DEL PUNTO MAS CALIENTE (HOT SPOT TEMP)

THS = Ta + Tac + Td
THS = TEMPERATURA DEL HOT SPOT °C
Ta  = TEMPERATURA AMBIENTE °C
Tac = ELEVACION TEMPERATURA DEL ACEITE °C (TERMOMETRO TRAFO)
Td  = ELEVACION TEMPERATURA DEL DEVANADO °C (TERMOMETRO TRAFO)

EJ:  THS = 40+15+20= 75°C
     Ta  = 40°C
     Tac = 15°C (TERMOMETRO TRAFO 55°C PROMEDIO)
     Td  = 20°C (TERMOMETRO TRAFO 60°C PROMEDIO)

UN TRANSFORMADOR CON THS= 75°C CONTINUOS Y TEMP MAX REGISTRADAS (NO PROMEDIO) SE AVENTURARIA QUE PUDIERA FUNCIONAR HASTA 400 AÑOS,ESTO SIN CONSIDERAR LOS ESFUERZOS ELECTRICOS QUE EN LOS TRANSFORMADORES DE NUEVO DISEÑO ESTAN EN AUMENTO EN PRO DE AHORRAR ESPACIOS Y UTILIZAR CADA VEZ MENOS ACEITE, AUNQUE PARA FINES PRACTICOS SE GARANTIZA DE 50 A 75 AÑOS.

ANEXO LAS RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO BASADAS EN LAS TEMPERTURAS DEL PUNTO MAS CALIENTE.

PRUEBA DE HUMEDAD             70°C ANUAL  80°C SEMESTRAL          90°C TETRAMESTRAL 100°C MENSUAL
PRUEBA CROMATOGRAFIA    70°C ANUAL  80°C TETRAMESTRAL 90°C MENSUAL             100°C SEMANAL
PRUEBA FISICO QUIMICA       70°C ANUAL  80°C SEMESTRAL          90°C TETRAMESTRAL 100°C MENSUAL

SEGUN A.M. LOCKIE EN EL LIBRO “LIFE EXPECTANCY OF OIL-IMMERSED INSULATIONS STRUCTURE”
NOS DA LA SIGUIENTE EXPECTATIVA DE VIDA

THS continuos      VIDA ESPERADA
80°C                            100 AÑOS
90°C                              50 AÑOS
100°C                           20 AÑOS
110°C                            10 AÑOS
120°C                              8 AÑOS
130°C                               5 AÑOS
140°C                              2 AÑOS
150°C                        100 SEMANAS
160°C                          10 SEMANAS
170°C                            5 SEMANAS
180°C                        0.2 SEMANAS
190°C                  0.050 SEMANAS
200°C                 0.020 SEMANAS
210°C                 0.010 SEMANAS
220°C                0.005 SEMANAS
230°C                0.002 SEMANAS
240°C                0.001 SEMANAS

AHORA SI APLICAMOS LAS REDUCCIONES DE VIDA DE LA TABLA DEL ANSI C57. 12.00-1993 PARA LA REDUCCION DE VIDA POR HORAS DE SOBRECARGA.

CARGA PICO (HRS)         HOTTEST SPOT         %PERDIDA VIDA

0.5 HRS                                142-150°C                   0.25-0.5%

   1   HRS                                134-150°C                   0.25-1%

   2 HRS                                126-150°C                   0.25-2%

   4 HRS                                119-150°C                   0.25-4%

   8 HRS                                112-142°C                   0.25-4%

24 HRS                                104-130°C                   0.25-4%

EL TERCER METODO

LA NATURALEZA DEL DETERIORAMIENTO DE LAS CUALIDADES DEL AISLAMIENTO, EMPEZARA A MANIFESTARSE DE DIFERENTES MANERAS EN DIFERENTES MATERIALES.

CUANDO SE FABRICAN LAS BOBINAS DEL TRANSFORMADOR GENERALMENTE LAS BOBINAS DE BAJA TENSION SE ENROLLAN AL NUCLEO DEL TRANSFORMADOR Y ENCIMA DE ESTAS CON SUS RESPECTIVOS SEPARADORES SE ENROLLARAN LAS BOBINAS DE ALTA TENSION, CURIOSAMENTE POR LA NATURALEZA DEL DISEÑO LAS BOBINAS DE BAJA TENDRAN A ASENTARSE Y LAS BOBINAS DE ALTA TENDRAN A MOVERSE HACIA LA PARTE SUPERIOR, COMO SI SE TRATASE DE 2 IMANES QUERIENDOSE SEPARAR UNO DEL OTRO, AMBOS MOVIMIENTOS
CUALESQUIERA QUE SE DE, DEJARA DESFASADA CUALQUIER BOBINA CON RESPECTO AL NUCLEO.

LO QUE ORIGINARA:
A.-MAYORES ESFUERZOS MECANICOS Y ELECTRICOS
B.-PERDIDA DE REGULACION
C.-REACTANCIA DISPERSA
D.-MAYORES PERDIDAS

LAS PERDIDAS DE UN TRANSFORMADOR JOULE, EDDY ES DIFICIL SEPARARLAS DENTRO DE LA MEDICION DE EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR PERO SE CALCULA QUE LAS PERDIDAS TOTALES EN EL HIERRO WATTS POR KG DE 1.17 A 1.46, ESTE METODO DE DETERMINAR LA VIDA DE UN TRANSFORMADOR TOMANDO EN CUENTA LAS PERDIDAS ES POR DEMAS YA QUE LAS PERDIDAS SUPONGAMOS ESTEN A UN MAXIMO DE 5% EN UNA INDUSTRIA LE REPRESENTARA UNA PERDIDA EN LA CAPACIDAD DEL TRANSFORMADOR ES DECIR SI TENEMOS 100 MVA Y LE QUITAMOS ESE 5% NOS DEJARA CON 95% , GENERALMENTE ESTE VALOR DE PERDIDA NO SERA JUSTIFICABLE PARA EL CAMBIO DEL TRANSFORMADOR, EN CFE SI ES REPRESENTATIVO PORQUE SUMAN LAS PERDIDAS DE LOS TRANSFORMADORES QUE ESTAN EN EL SISTEMA.

CONCLUSIONES:

TENIENDO EN CUENTA QUE EL COEFICIENTE DE PERDIDA DE CONDUCCION DEL COBRE A 50°C 0.00347
Y QUE AL ELEVARSE LA TEMPERATURA AUMENTA ESTE COEFICIENTE DE PERDIDA , LO MEJOR ES OPERAR LOS TRANSFORMADOES EN BAJAS TEMPERATURAS, BAJARLES CARGA ANTES DE CONSIDERAR ENFRIARLOS CON AIRE FORZADO Y MANTENER UN FACTOR DE CARGA Y DEMANADA DEL TRANSFORMADOR LO MAS LINEAL POSIBLE.

EL PRIMER METODO PODRIA DARNOS UNA IDEA GENERAL COMO PARA PRESENTARLA A LA PARTE FINANCIERA Y DETERMINAR LA VIDA UTIL ESPERADA, ES LA CUMBRE DE LA DEPRECIACION DEL COSTO POR LA INVERSION INICIAL.

EL SEGUNDO METODO ES LO MAS OPTIMO PARA LAS CONDICIONES ACTUALES SIN ALARMAR A NUESTROS DIRECTORES Y SOCIOS DE TENER QUE DESEMBOLSAR UNOS 10 MILLONES DE PESOS EN PROMEDIO QUE CUESTA UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA, POR ESO DEBEMOS SER MUY CAUTELOSOS EN NUESTROS CALCULOS Y TENER EN CUENTA QUE LAS PERDIDAS POR EFICIENCIA Y REGULACION SON FACILMENTE ABSORBIDAS POR LA EMPRESA ANTES DE PAGAR UNA INVERSION POR UN TRANSFORMADOR NUEVO.

ES MAS FACTIBLE LLEVAR NUESTRO ANALISIS MEDIANTE UNA BITACORA DE RESULTADOS DE PRUEBAS DEL AISLAMIENTO, ANALISIS DE ACEITES, TOMAS DE CARGA Y TEMPERATURA , MUESTREOS DE TERMOGRAFIAS DE FORMA ANUAL Y CON ESTO DETERMINAR SI EXISTE UNA PERDIDA DE LAS CUALIDADES DEL SISTEMA DE AISLAMIENTO.

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7 respuetas para “VIDA UTIL DEL TRANSFORMADOR”

  1. Armando Moreno dice:

    de gran utilidad la informaion de su documento, le agradeceré, si su tiempo lo permitiese, indicarme norma de IEE/ANSI, o IEC, CFE/PEMX o cualquier otra, que indique la norma de fabricacion y diseño en transformadores con enfriamiento OA/FA/FA con incrementos del 133.33% de OA, de potencia referido al tipo OA, con OA/FA y la de 166.66% finalmente de su incremento de potencia con enfriamiento OA/FA/FA.
    Le agradesco sus atensiones anticipadas. Ing. Armando Moreno.

    • este documento ,es una especie de mezclas de varias normas IEEE ,
      en realidad el documento esta un poco tedioso, voy a editarlo a fin de
      hacerlo mas abstracto.

      En cuanto a la informacion que requieres me gustaria saber que capacidad
      de KVA estamos hablando y los voltajes de entrada-salida

  2. Gonzalo Iturralde dice:

    A quien corresponda, agradesco la idea fabulosa de ofrecer al publico toda esta informacion tecnia valiosa, para aquellos que buscamos con hambre de conocer mas sobre la vida util de transformadores electricos.
    Mi interes es sumamente demandante, puesto que es el area que me desembuelvo, a pesar que no tengo tanta informacion, como lo requiero.
    Le agradeceré, si pudiese ponerce en contacto con su servidor.
    Atte. ing. Gonzalo Iturralde

  3. Gonzalo Iturralde dice:

    Ing. Los datos del transformador a los que me refiero sobre las potencias dependiendo de sus enfriamientos, son de capacidades sig.
    OA = 7,500 KVA, OA/FA = 9,375 KVA, y por ultimo paso de OA/FA/FA = 11,250 KVA.
    Atte. Ing. Armando Moreno

  4. armando Moreno dice:

    Ing. Julio C., Flores C.,
    le agradesco sus comentarios, le hago la sig. pregunta, si un trafo de potencia opera bajo una temperatura excesiva mayor de 40ºC, podria llegar hasta 50ºC, ¿qué potencia nominal podríamos esperar?, para ponerla en carga al 100%?. ¿Hasta que las temperaturas tanto del punto mas calaiente, nos indique, al igual que el del aceite?.
    ¿Como poderlo prevenir?, para evitar su envejecimiento prematuro.
    Mil gracias,
    Ing. Armando Moreno

  5. Oscar Londoño dice:

    Por favor me ayuda con la siguiente inquietud, tengo transformadores inmersos en aceites diferentes al mineral, como son Aceite Siliconado Beta, Aceite tipo R-Temp. y aceite vegetal, y se requiere estimar la vida útil de cada uno de los equipos. Sin embargo, tengo dudas sobre los resultados que pueden presentar la prueba de Furanos en estos tipos de aceite y la exactitud en el estimado de vida útil. Por consiguiente, por favor nos ayuda con información técnica, informes, literatura o recomendaciones de qué tipo de pruebas usar para estimar la vida útil de estos equipos.

  6. Oscar Londoño dice:

    Por favor me ayuda con la siguiente inquietud, tengo transformadores inmersos en aceites diferentes al mineral, como son Aceite Siliconado Beta, Aceite tipo R-Temp. y aceite vegetal, y se requiere estimar la vida útil de cada uno de los equipos. Sin embargo, tengo dudas sobre los resultados que pueden presentar la prueba de Furanos en estos tipos de aceite y la exactitud en el estimado de vida útil. Por consiguiente, por favor nos ayuda con información técnica, informes, literatura o recomendaciones de qué tipo de pruebas usar para estimar la vida útil de estos equipos.

    Perdón responder este comentario que tiene bueno el correo electrónico.

Responder a Gonzalo Iturralde