Entrada de humedad en los bujes de un transformador: lecciones aprendidas de un caso de 110 kV
La entrada de humedad puede debilitar progresivamente un pasacables del condensador sin que se produzca ningún defecto externo evidente. El caso de un transformador antiguo de 110 kV muestra cómo los cambios en la capacitancia, la pérdida dieléctrica y la resistencia de aislamiento permitieron detectar el deterioro de un pasacables antes de que fallara en servicio.
La principal enseñanza es que unos datos de referencia fiables y las tendencias históricas pueden poner de manifiesto problemas de aislamiento en fase incipiente que podrían pasar desapercibidos si los ingenieros se basaran únicamente en el resultado de una sola prueba.
Nota técnica: Este artículo analiza un caso histórico con fines educativos. No establece límites de alarma universales ni instrucciones de mantenimiento. Las pruebas, los criterios de aceptación y las decisiones operativas deben ser revisadas por ingenieros cualificados, basándose en las normas aplicables, la documentación del fabricante y el historial del equipo.
¿Cómo se descubrió el problema del casquillo?
El problema se detectó durante las pruebas preventivas de un transformador principal de 110 kV. Las mediciones correspondientes al pasamuros de alta tensión de la fase B presentaban diferencias significativas tanto con respecto a las demás fases como a los resultados registrados aproximadamente tres años antes.
En un primer momento, el transformador no presentaba ningún fallo externo evidente. Por lo tanto, los investigadores tuvieron que determinar si las lecturas anómalas procedían de la parte activa del transformador, del cambiador de tomas o de un componente externo de alta tensión, como el pasacables.
Las comparaciones entre las fases y los resultados históricos de las pruebas apuntaban al pasacables del condensador de la fase B. Se retiró y sustituyó el pasacables antes de desmontarlo para someterlo a un examen detallado.
¿Qué medidas han cambiado?
Este caso pone de manifiesto por qué el estado de los pasamuros de los transformadores debe evaluarse utilizando varios indicadores, en lugar de basarse en una única medición.
Capacitancia del aislamiento principal
La capacitancia de aislamiento principal del pasamuros de la fase B aumentó de 294,4 pF en la prueba anterior a 329,8 pF. Los pasamuros de las fases A y C se mantuvieron próximos a sus valores anteriores.
Este aumento específico de la fase era importante porque un pasacables del condensador está diseñado como una estructura capacitiva controlada. Un cambio significativo en la capacitancia puede indicar una alteración de las propiedades dieléctricas, daños en las capas de gradación internas u otro cambio en el sistema de aislamiento.
La medición debe evaluarse siempre en función de:
- Datos de referencia propios del casquillo
- Mediciones de fase comparables
- Información del fabricante
- Temperatura y configuración de prueba
- Precisión del instrumento y repetibilidad de la medición
- Historial previo de mantenimiento y funcionamiento
Un cambio en la capacitancia es una señal de diagnóstico, pero no constituye por sí sola un diagnóstico completo.
Pérdida dieléctrica o factor de potencia
El valor de pérdida dieléctrica registrado para el aislamiento principal de la fase B aumentó de 0,300% a 1,965%. La sección de aislamiento de menor tensión, o exterior, también mostró un aumento considerable.
En función de la práctica regional y del instrumento de ensayo, este tipo de medición puede expresarse como factor de disipación dieléctrica, tan delta o factor de potencia. Estos términos describen un comportamiento de pérdida dieléctrica estrechamente relacionado, pero no deben utilizarse indistintamente sin confirmar previamente el método de ensayo y la convención de expresión de los resultados.
Un aumento del valor de la pérdida dieléctrica puede estar relacionado con la humedad, la contaminación, el envejecimiento, las descargas internas o el deterioro del sistema de aislamiento. Las condiciones ambientales y las fugas superficiales también pueden influir en las mediciones sobre el terreno, especialmente en los pasacables de porcelana situados al aire libre.
Resistencia de aislamiento
La resistencia de aislamiento de la sección afectada del pasamuros de la fase B se midió en 4.800 MΩ. Los resultados correspondientes a los pasamuros de las fases A y C se situaron por encima de los 10.000 MΩ.
El aislamiento del devanado del transformador también resultó inferior al de la prueba anterior, ya que el pasamuros deteriorado permaneció conectado eléctricamente durante parte de la prueba.
Este hallazgo pone de manifiesto un importante reto diagnóstico: un casquillo defectuoso puede influir en las mediciones que, en un primer momento, parecen indicar un problema en el interior del transformador.
Antes de atribuir unos resultados anómalos en las pruebas de aislamiento a la parte activa del transformador, los ingenieros deben comprender el circuito de prueba en su totalidad y determinar si los pasamuros, los cambiadores de tomas, los cables u otros componentes conectados pueden estar afectando a la medición.
¿Qué reveló el examen interno?
Al retirar el núcleo del condensador del casquillo, los investigadores observaron trazas de descarga por arco a lo largo de su superficie inferior. Al desmontarlo por completo, se detectaron daños por perforación en la primera y la segunda capa capacitiva, cerca del extremo inferior.
También se observó corrosión en un muelle de compresión situado cerca de la parte superior del conjunto. Esto, junto con las mediciones eléctricas y la ubicación del daño interno, respaldaba la hipótesis de un mecanismo de entrada de humedad.
La investigación concluyó que la humedad había penetrado a través de la parte superior del casquillo. Dado que el núcleo del condensador estaba instalado en posición vertical, la humedad descendió a lo largo del aislamiento exterior y se acumuló cerca de la zona inferior, de alto potencial.
Con el paso del tiempo, el aislamiento de papel húmedo modificó la distribución del campo eléctrico local y favoreció la descarga superficial. La migración continua de humedad hacia el cuerpo del condensador contribuyó finalmente a la perforación de las capas internas de nivelación.
¿Por qué la humedad modifica la capacitancia de los casquillos?
Un casquillo de condensador contiene capas conductoras graduadas, separadas por papel impregnado de aceite u otro sistema aislante. Su capacitancia depende de la geometría de dichas capas y de las propiedades dieléctricas de los materiales que se encuentran entre ellas.
El agua tiene una permitividad relativa mucho mayor que el aceite mineral o el papel impregnado en seco con aceite. Cuando la humedad penetra en el aislamiento, puede alterar las propiedades dieléctricas efectivas y aumentar la capacitancia medida, incluso aunque las dimensiones físicas no varíen.
La humedad también puede:
- Aumentar la pérdida dieléctrica
- Reducir la resistencia de aislamiento
- Distorsionar el campo eléctrico interno
- Fomentar el seguimiento de superficies
- Contribuir a la descarga parcial
- Acelerar el deterioro del aislamiento de papel
- Aumenta el riesgo de perforación interna
La respuesta exacta depende de la ubicación y la cantidad de humedad, la temperatura, el diseño del casquillo, la contaminación, la configuración de la prueba y el grado de deterioro existente.
¿Por qué eran tan importantes las tendencias históricas?
Los valores absolutos eran anormales, pero la comparación con resultados anteriores y con las demás fases reforzó considerablemente el diagnóstico.
En este caso:
- Los valores de capacitancia de las fases A y C se mantuvieron próximos a los resultados anteriores.
- La capacitancia principal de la fase B aumentó en aproximadamente 12%.
- La capacitancia de la sección exterior de la fase B aumentó en aproximadamente 9,71 TP3T.
- Los valores de pérdida dieléctrica aumentaron considerablemente en la misma fase.
- La resistencia de aislamiento disminuyó en la sección del pasacables afectada.
La humedad ambiental puede influir en las mediciones de pérdidas dieléctricas debido a las fugas superficiales a través del aislamiento de porcelana. La capacitancia puede ser menos sensible a esa influencia externa concreta en determinadas condiciones de ensayo, lo que la convierte en un valioso indicador complementario.
Esto no significa que la capacitancia sea siempre más fiable que la pérdida dieléctrica. La lección general que se desprende es que los ingenieros deben combinar mediciones repetibles, información ambiental, comparaciones de fase, tendencias históricas y conocimientos sobre el diseño de los pasacables.
¿Qué pueden aprender los propietarios de transformadores de este caso?
Un defecto en un casquillo puede parecer un defecto en un transformador
Un casquillo deteriorado puede afectar a las mediciones realizadas en el transformador completo. Los ingenieros deben aislar correctamente el objeto de prueba y comprender qué componentes se incluyen en cada medición antes de identificar la ubicación de la avería.
La apariencia exterior no basta
En este caso, el daño más grave se produjo en el interior del cuerpo del condensador. Una inspección visual por sí sola no permitía detectar la presencia de humedad en el aislamiento de papel ni los agujeros en las capas internas de nivelación.
La inspección visual sigue siendo útil para detectar fugas, corrosión, grietas en la porcelana, juntas dañadas, contaminación o calentamiento anómalo, pero no permite confirmar el estado interno de un pasacables del condensador.
Los datos de referencia tienen un valor a largo plazo
Los registros de fábrica, de puesta en servicio y de pruebas periódicas permiten a los ingenieros detectar cambios que, de otro modo, podrían parecer insignificantes.
Un registro útil del estado de un casquillo puede incluir:
- Fabricante, modelo y número de serie
- Fecha de instalación y ubicación del transformador
- Identificación de fases
- Valores de capacitancia
- Factor de potencia o tan delta
- Tensión y temperatura de ensayo
- Configuración de la medición
- Condición de prueba de pulsación
- Información sobre el instrumento
- Observaciones sobre fugas o corrosión
- Resultados de la inspección térmica
- Alarmas anteriores y exposición a fallos
- Historial de mantenimiento y sustitución
Unas condiciones de ensayo uniformes hacen que las comparaciones a largo plazo sean más significativas.
La comparación de fases es útil, pero no concluyente
La comparación de las tres fases permite detectar rápidamente un casquillo defectuoso. Sin embargo, unos casquillos aparentemente similares pueden diferir en cuanto a antigüedad, diseño, historial de sustituciones y condiciones de funcionamiento.
La comparación de fases resulta especialmente útil cuando se combina con la línea de referencia propia de cada casquillo y con la información técnica del fabricante.
El control de la humedad empieza por la integridad del sellado
En el caso de un casquillo nuevo o de recambio, el equipo del proyecto debe confirmar el tipo de casquillo, la tensión y la corriente nominales, los requisitos de aislamiento, la capacitancia y la disposición de las tomas de prueba, el diseño de sellado, la orientación de montaje, las condiciones ambientales, los requisitos de monitorización y la documentación de ensayo necesaria.
El fabricante del transformador, el proveedor de pasamuros y el ingeniero de sistemas cualificado deben revisar estos requisitos para la instalación concreta.
Preguntas frecuentes
¿Puede entrar humedad en un pasacables de un transformador sin que se observe ninguna fuga de aceite?
Sí. La humedad puede penetrar a través de juntas deterioradas, interfaces dañadas, defectos de fabricación, componentes desgastados u otras vías internas sin que se produzca una fuga externa visible de inmediato.
¿Un aumento de la capacitancia indica siempre la entrada de humedad?
No. Un cambio en la capacitancia también puede deberse a capas de nivelación dañadas, movimientos internos, problemas de conexión, la configuración de la prueba, efectos de la temperatura o un error de medición. Se necesitan pruebas adicionales antes de identificar la causa principal.
¿El factor de potencia y el tangente delta son lo mismo?
Describen un comportamiento de pérdida dieléctrica muy similar, pero no son numéricamente idénticos en todos los contextos. Los informes de ensayo deben conservar el término de medición original, el método, la tensión, la temperatura y la convención de los instrumentos.
¿Basta con un resultado satisfactorio para demostrar que un casquillo está en buen estado?
No. El estado del casquillo debe evaluarse teniendo en cuenta las tendencias, las fases comparables, los datos del fabricante, los resultados de las inspecciones, la repetibilidad de las pruebas, el historial de funcionamiento y otros métodos de diagnóstico aprobados.
¿Puede un casquillo defectuoso afectar a las mediciones del aislamiento del transformador?
Sí. Si el casquillo permanece conectado durante la prueba, el estado de su aislamiento puede influir en la medición global y dar la impresión de que el resultado se origina en el interior del transformador.
Conclusión
Este caso de 110 kV ilustra cómo la entrada de humedad en los pasamuros de un transformador puede evolucionar desde un problema de sellado o de construcción hasta un aislamiento húmedo, la formación de trazas superficiales, la alteración de la capacitancia y la perforación de las capas de gradación internas.
La lección práctica no consiste simplemente en supervisar un único límite de alarma. Una evaluación fiable de los pasacables depende de los registros de referencia, de pruebas repetibles, de la comparación entre fases, de las tendencias históricas y de la localización correcta de la anomalía.
Cuando la capacitancia, la pérdida dieléctrica y la resistencia de aislamiento varían simultáneamente en un mismo pasacables, es necesario someter el patrón resultante a un minucioso análisis técnico.
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