ACEITES DIELÉCTRICOS

Los aceites dieléctricos se utilizan fundamentalmente en transformadores.

El aceite debe cumplir varias funciones en un transformador, principalmente tiene FUNCIÓN AISLANTE O DIELÉCTRICA y REFRIGERACIÓN. Además debe evitar la producción de descargas parciales y arcos e impregnar los aislantes sólidos para eliminar el aire de los poros.

Función dieléctrica: Las estructuras aislantes de los transformadores sumergidos en aceite, están constituidas por papel aislante impregnado de aceite, cartón impregnado en aceite y aceite.

En la mayoría de los casos, la estructura aislante del transformador está formada por un revestimiento de papel en el electrodo y un espacio de aceite dividido por barreras de cartón, de lo que se deduce que el aceite es el material principal al que se confía el aislamiento de los transformadores.

Función refrigerante: Tanto en los arrollamientos como en el circuito magnético de los transformadores se producen pérdidas en forma de energía calorífica. Este calor debe ser evacuado al exterior de forma que no se alcancen, ni en los focos de generación ni en otras partes del circuito térmico, temperaturas que puedan dañar a los aislantes.

En los transformadores sumergidos en aceite, la función de transmisión de calor desde la superficie de las zonas donde se genera hasta la superficie interna del dispositivo que evacua el calor al medio ambiente la realiza el aceite.

Las PROPIEDADES de los aceites dieléctricos son:

Viscosidad adecuada: El calor generado en el núcleo del transformador se elimina por conducción, radiación y convección. La eliminación del calor por convección depende de la fluidez del aceite, de forma que cuanto más fluido sea éste, más fácilmente se efectuará la transmisión de calor. Por ello, todas las especificaciones limitan el valor máximo de viscosidad. A baja temperatura, la viscosidad se eleva y se convierte en factor crítico del arranque en frío de los transformadores sin circulación.

Alta rigidez dieléctrica: La tensión de ruptura o rigidez dieléctrica es una característica fundamental de los aceites dieléctricos ya que indica su capacidad aislante. Ésta depende de la humedad, los sólidos en suspensión, gases disueltos… La extracción del agua y partículas puede proporcionar a cualquier aceite una rigidez superior a 70 Kv.

Alto grado de pureza: El rendimiento de los fluidos aislantes está muy condicionado a la presencia de contaminantes como el agua, sólidos y contaminantes iónicos. Los efectos del agua y los contaminantes iónicos son:

Efecto de la humedad en el aceite: Los fluidos aislantes nuevos de calidad están prácticamente exentos de humedad. Sin embargo, todos ellos tienen capacidad de absorción de agua, cuya presencia disminuye la capacidad aislante del aceite y puede afectar a la de los demás aislantes sumergidos en él. A medida que un aceite se oxida, su capacidad de disolución de humedad aumenta.

El aceite disuelve el agua hasta el límite de solubilidad, que para los aceites nuevos es de unos 60ppm, aumentando dicha solubilidad con la temperatura. Con concentraciones superiores a 60ppm o si hay una liberación de agua por bajada de la temperatura, ésta puede depositarse en áreas de campo eléctrico, provocando fallo.

Efecto de las partículas en suspensión: Al igual que la presencia de humedad, la contaminación de los fluidos con partículas en suspensión, provoca un descenso en la rigidez dieléctrica. Los contaminantes más habituales son celulosa, acero y cobre. Concentraciones de estos contaminantes en torno a las 10.000 partículas de 45 micrones en 10 ml pueden reducir a más de la mitad la rigidez dieléctrica inicial del aceite. 

 

Bajo factor de pérdidas dieléctricas: Las pérdidas dieléctricas de un material aislante corresponden a la potencia activa disipada, que es proporcional a la tangente del ángulo complementario del desgaste entre la tensión y la intensidad (tangente de delta). Por ello, éste es un parámetro al que todas las especificaciones de un aceite aislante hacen referencia.

El valor típico de un aceite de calidad en el momento de su fabricación es del orden de <001 a 90ºC. Sin embargo, este valor puede variar sensiblemente por la simple contaminación (incluso en ppm), durante la propia fabricación o el envasado. También depende mucho de la contaminación y/o oxidación del fluido durante el servicio.

Adecuado punto de inflamación: El valor mínimo del punto de inflamación está especificado por razones de seguridad, aunque el riesgo real de explosión a la temperatura habitual de servicio es mínimo.

Las condiciones habituales de trabajo suponen temperaturas inferiores a 100ºC y ausencia de oxígeno.

Bajo punto de congelación: Se exige un bajo punto de congelación y buena fluidez a baja temperatura para evitar la posible precipitación de las parafinas de los aceites en climas fríos que provoquen una menor evacuación del calor.

Se prefiere usar bases nafténicas puesto que tienen menor punto de congelación antes que aditivar con depresores del punto de congelación ya que podrían provocar residuos. En el caso de llevar aditivación el fabricante debería hacerlo constar.

Libre de azufre corrosivo: Dada la reactividad química que tiene el azufre respecto a los componentes metálicos de los transformadores, en especial el cobre, los fluidos dieléctricos deben estar completamente exentos de azufre y derivados con tendencia a la corrosión. Gran parte de las averías que se producen en trafos se deben a la corrosión del devanado de cobre, que reacciones con el azufre y forma deposiciones de sulfuro de cobre.

Bajo índice de acidez: un alto AN indica la posible presencia de componentes ácidos. Estos componentes atacan a los materiales del transformador disminuyendo sus características dieléctricas. A los aceites nuevos se les exige un valor de AN en torno a 0,03.

Alta estabilidad a la oxidación: El mayor problema de los aceites en servicio es su fácil oxidación, que conlleva formación de lodos y ácidos perjudiciales para el equipo. Este deterioro es consecuencia de la ruptura molecular de los hidrocarburos y se acelera por la temperatura y la presencia de catalizadores como el cobre o el hierro.

La oxidación provoca dos tipos diferentes de lodos, uno de naturaleza asfáltica que se deposita sobre las partes más calientes del núcleo y los arrollamientos y que no tiene influencia sobre la rigidez dieléctrica, aunque sí sobre la disipación de calor. Y otro tipo, de apariencia jabonosa, resultado de la reacción de los ácidos orgánicos de la oxidación de los metales presentes en el transformador. Este tipo de lodos tiene gran afinidad por el agua y su presencia tiene un efecto muy negativo, tanto en la rigidez como en la capacidad de refrigeración.

Adecuada solubilidad de los gases: El fluido aislante sufre durante el servicio una gasificación debido a las rupturas moleculares que se producen en los transformadores.

Si se producen grandes cantidades de gas, éste queda retenido en el transformador y puede provocar una descarga eléctrica.

En función del diseño y características del transformador, a veces es necesario que el fluido aislante tenga una mayor tendencia a la solubilidad de los gases, evitando su liberación.

El análisis de los gases disueltos en el aceite es una de las técnicas más extendidas en la detección de posibles fallos en los transformadores en servicio.

La CLASIFICACIÓN de los aceites dieléctricos según su aditivación es:

No inhibidos: Son aceites minerales refinados que no contienen aditivos antioxidantes.

Inhibidos: Aceites minerales refinados que contienen un mínimo del 0,08% y un máximo del 0,40% de algún tipo de antioxidante.

Escasamente inhibidos: Son aceites minerales con un máximo del 0,08% de aditivo antioxidante.

Los ADITIVOS de los aceites dieléctricos son:

Inhibidores: Reacciones con los iniciadores de la reacción de oxidación en cadena formando moléculas inactivas.

Pasivantes o desactivadores: Actúan sobre los metales protegiendo a los hidrocarburos de su acción catalítica a la oxidación.

Depresores del punto de congelación

Aditivos para incrementar la resistencia a la formación de gases.

Fuente: Cursos de formación. Cepsa Lubricantes.

Arturo Arbe Fernández.