Cromatógrafos y su uso en la industria energética.

El dispositivo para la separación cromatográfica y el análisis de mezclas de sustancias se denomina cromatógrafo... El cromatógrafo consta de: un sistema de introducción de muestras, una columna cromatográfica, un detector, un sistema de registro y termostático y dispositivos para recibir los componentes separados. Los cromatógrafos son líquidos y gaseosos, dependiendo del estado agregado de la fase móvil. La cromatografía de revelado es la más utilizada.

El cromatógrafo funciona de la siguiente manera. El gas portador se alimenta continuamente desde el globo a la columna cromatográfica a través de reguladores de flujo y presión de velocidad variable o constante. La columna se coloca en un termostato y se llena con sorbente. La temperatura se mantiene constante y está en el rango de hasta 500 °C.

Las muestras líquidas y gaseosas se inyectan con una jeringa. La columna separa la mezcla multicomponente en varias mezclas binarias que incluyen tanto el portador como uno de los componentes analizados. Según el grado de sorción de los componentes de las mezclas binarias, las mezclas entran en el detector en un orden determinado.Según el resultado de la detección, se registra el cambio en la concentración de los componentes de salida. Los procesos que ocurren en el detector se convierten en una señal eléctrica y luego se registran en forma de cromatograma.

En los últimos diez años, se ha generalizado en la industria energética. análisis cromatográfico de aceite de transformador, mostrando buenos resultados en el diagnóstico de transformadores, ayudando a identificar gases disueltos en el aceite y a determinar la presencia de defectos en el transformador.

El electricista solo toma una muestra. aceite del transformador, lo entrega al laboratorio, donde el empleado del servicio químico realiza un análisis cromatográfico, luego de lo cual resta sacar las conclusiones correctas de los resultados obtenidos y decidir si se usa más el transformador o si necesita reparación o reemplazo.

Dependiendo del método de desgasificación del aceite del transformador, hay varias formas de tomar una muestra. A continuación, veamos dos de los métodos más populares.

Si la desgasificación se realiza al vacío, la muestra se toma en jeringas de vidrio selladas de 5 o 10 ml. Se verifica la estanqueidad de la jeringa de la siguiente manera: tire del émbolo hasta el final, inserte el extremo de la aguja en el tapón, empuje el émbolo, llevándolo al centro de la jeringa, luego sumerja el tapón con la aguja clavada en él, junto con la jeringa con el émbolo medio presionado, bajo el agua. Si no hay burbujas de aire, la jeringa está apretada.

El transformador tiene una tubería de derivación para el muestreo de aceite.Se limpia la tubería de derivación, se drena una cierta cantidad de aceite estancado, la jeringa y el dispositivo de extracción de aceite se lavan con aceite y luego se toma una muestra. La operación de muestreo se realiza en la siguiente secuencia. Una T 5 con un tapón 7 está conectada a la tubería de derivación 1 usando la tubería 2, y la tubería 3 está conectada a un grifo 4.

Se abre la válvula del transformador, luego se abre el grifo 4, se drenan hasta 2 litros de aceite del transformador y luego se cierra. La aguja de la jeringa 6 se inserta a través del tapón 7 de la T 5 y la jeringa se llena de aceite. Abra un poco la válvula 4, exprima el aceite de la jeringa: esto es lavar la jeringa, este procedimiento se repite 2 veces, luego tome una muestra de aceite en una jeringa, retírela del tapón y péguela en un tapón preparado.

Cierre la válvula del transformador, retire el sistema de extracción de aceite. La jeringa se marca indicando la fecha, el nombre del empleado que tomó la muestra, el nombre del sitio, la marca del transformador, el lugar donde se toma el aceite (depósito, entrada), después de lo cual se coloca la jeringa en un contenedor especial, que se envía en el laboratorio. A menudo, el marcado se realiza en forma abreviada y la decodificación se registra en el registro.

Si se planea la separación parcial de los gases disueltos, la muestra se toma en un colector de aceite especial. La precisión será mayor, pero se requerirá un mayor volumen de aceite, hasta tres litros. El pistón 1 se hunde inicialmente hasta el fondo, la burbuja 2, equipada con un sensor de temperatura 3, con la válvula 4 cerrada, se enrosca en el orificio 5, mientras que la válvula 6 está cerrada. El tapón 8 cierra el orificio 7 en la parte inferior del cárter de aceite.La muestra se toma de la boquilla 9, cerrada con un tapón conectado a la plataforma del transformador. Drene 2 litros de aceite.

Al ramal se le une un tubo con una tuerca de unión 10. La unión con la tuerca se dirige hacia arriba, lo que permite que el aceite se escurra poco a poco, no más de 1 ml por segundo. La burbuja 2 sale y la varilla 11 se presiona contra el pistón 1 a través de la abertura 7, levantándolo. Girando el colector de aceite, la tuerca 10 se enrosca en el orificio 5 hasta que el aceite deje de fluir.

El separador de aceite se llena con aceite de transformador a razón de medio litro por minuto. Cuando la manija 12 del pistón 1 aparece en el orificio 7, el tapón 8 se instala en su lugar, en el orificio 7. El suministro de aceite se corta, la manguera no se desconecta, el colector de aceite se voltea, el accesorio 10 está desconectada, se asegura que el aceite llegue a la boquilla 5, la burbuja 2 está enroscada en su lugar, la válvula 4 debe estar cerrada. El colector de aceite se envía al laboratorio para su análisis cromatográfico.

Las muestras se almacenan hasta el análisis por no más de un día. El análisis de laboratorio permite obtener resultados que muestran una desviación del contenido de gases disueltos de la norma, en relación con lo cual el servicio electrotécnico decide sobre el destino futuro del transformador.

El análisis cromatográfico le permite determinar el contenido en el aceite disuelto: dióxido de carbono, hidrógeno, monóxido de carbono, así como metano, etano, acetileno y etileno, nitrógeno y oxígeno. La presencia de etileno, acetileno y dióxido de carbono se analiza con mayor frecuencia. Cuanto menor es la cantidad de gases analizados, menor es la variedad de fallos incipientes que se detectan.

Actualmente, gracias al análisis cromatográfico, es posible identificar dos grupos de fallas de transformadores:

• Defectos de aislamiento (descargas en aislamiento papel-aceite, sobrecalentamiento de aislamiento sólido);

• Defectos en partes vivas (sobrecalentamiento del metal, fugas en el aceite).

Los defectos del primer grupo van acompañados de la liberación de monóxido de carbono y dióxido de carbono. La concentración de dióxido de carbono sirve como criterio para la condición de los transformadores de respiración abierta y la protección con nitrógeno del aceite del transformador. Se han determinado valores de concentración críticos, que permiten evaluar defectos peligrosos del primer grupo; hay mesas especiales.

Los defectos del segundo grupo se caracterizan por la formación de acetileno y etileno en el aceite e hidrógeno y metano como gases acompañantes.

Los defectos del primer grupo, asociados con daños en el aislamiento de los devanados, representan el mayor peligro. Incluso con un ligero efecto mecánico en el lugar del defecto, ya se puede formar un arco. Dichos transformadores necesitan principalmente reparación.

Pero el dióxido de carbono puede generarse por otras razones que no están relacionadas con la falla de las bobinas, por ejemplo, las causas pueden ser el envejecimiento del aceite o frecuentes sobrecargas y sobrecalentamientos asociados con una falla del sistema de enfriamiento. por error, se introduce dióxido de carbono en el sistema de refrigeración en lugar de nitrógeno, por lo que es importante tener en cuenta el análisis químico y los datos de las pruebas eléctricas antes de sacar conclusiones. Puede comparar los datos del análisis cromatográfico de un transformador similar que funcione en condiciones similares.

Durante el diagnóstico, la ubicación del aislamiento será de color marrón oscuro y se destacará claramente sobre el fondo general de todo el aislamiento. Posibles rastros de fuga en el aislamiento en forma de brotes ramificados.

Las fallas en conexiones vivas ubicadas cerca de aislamiento sólido son las más peligrosas. Un aumento en la concentración de dióxido de carbono muestra que el aislamiento sólido se ve afectado, más aún cuando se comparan los datos analíticos de un transformador similar. Mida la resistencia de los devanados, determine el mal funcionamiento. Los transformadores con estos defectos, así como con defectos del primer grupo, deben repararse en primer lugar.

En el caso de que se supere el acetileno y el etileno a una concentración normal de dióxido de carbono, se produce un sobrecalentamiento del circuito magnético o de partes de la estructura. Tal transformador necesita una revisión dentro de los próximos seis meses. Es importante tener en cuenta otras causas, por ejemplo relacionadas con un mal funcionamiento del sistema de refrigeración.

Durante los trabajos de reparación de transformadores con daño identificado del segundo grupo, se encuentran productos sólidos y viscosos de la descomposición del aceite en los sitios de daño, tienen color negro. Cuando se reinicia el transformador después de la reparación, un análisis rápido, dentro del primer mes después de la reparación, muy probablemente mostrará la presencia de gases detectados previamente, pero su concentración será mucho menor; la concentración de dióxido de carbono no aumentará. Si la concentración comienza a aumentar, el defecto permanece.

Los transformadores con protección de película de aceite y otros transformadores para los cuales el análisis no confirme el daño sospechado en el aislamiento sólido deben someterse a un análisis cromatográfico avanzado de gases disueltos.

El daño al aislamiento sólido acompañado de descargas frecuentes es el tipo de daño más peligroso. Si dos o más relaciones de concentración de gas lo indican, la operación posterior del transformador es riesgosa y solo se permite con el permiso del fabricante, y el defecto no debe afectar el aislamiento sólido.

El análisis cromatográfico se repite cada dos semanas, y si dentro de los tres meses la proporción de concentraciones de gas disuelto no cambia, entonces el aislamiento rígido no se ve afectado.

La tasa de cambio en la concentración de gas también indica defectos. Con descargas frecuentes al aceite, el acetileno aumenta su concentración en un 0,004-0,01 % por mes o más, y en un 0,02-0,03 % por mes, con descargas frecuentes en aislamiento sólido. Cuando se sobrecalienta, la tasa de aumento en la concentración de acetileno y metano disminuye, en este caso es necesario desgasificar el aceite y luego analizarlo una vez cada seis meses.

De acuerdo con la normativa, el análisis cromatográfico del aceite de los transformadores debe realizarse cada seis meses y los transformadores de 750 kV deben analizarse dos semanas después de la puesta en servicio.

Pruebas de laboratorio de aceite de transformador para análisis cromatográfico químico

El diagnóstico efectivo del aceite del transformador mediante análisis cromatográfico permite hoy en día reducir el volumen de trabajo en el costoso mantenimiento de los transformadores en muchos sistemas de potencia.Ya no es necesario desconectar las redes para medir las características de aislamiento, basta con tomar una muestra del aceite del transformador.

Por lo tanto, el análisis cromatográfico del aceite del transformador es hoy un método indispensable para monitorear los defectos del transformador en la etapa más temprana de su aparición, le permite determinar la naturaleza esperada de los defectos y el grado de su desarrollo.Se evalúa la condición del transformador por las concentraciones de gases disueltos en el aceite y la velocidad de su aumento, comparándolos con los valores límite. Para transformadores con un voltaje de 100 kV y superior, dicho análisis debe realizarse al menos una vez cada seis meses.

Son los métodos cromatográficos de análisis los que permiten evaluar el grado de deterioro de los aisladores, el sobrecalentamiento de las partes conductoras de corriente y la presencia de descargas eléctricas en el aceite. En base al grado de ruptura esperada del aislamiento del transformador, en base a los datos obtenidos luego de una serie de análisis, es posible evaluar la necesidad de sacar el transformador fuera de servicio y ponerlo a reparar. Cuanto antes se identifiquen los defectos en desarrollo, menor será el riesgo de daños accidentales y menor será el volumen de trabajo de reparación.