Determinación de coeficientes de difusión de humedad en papeles aislantes de transformador

Resumen

El transformador de potencia es uno de los activos imprescindibles en la operación de los sistemas de generación y transmisión de energía eléctrica, siendo a la vez uno de los equipos más costosos de estos sistemas. Los transformadores de potencia son los encargados de elevar el nivel de tensión de la energía en las estaciones de generación para reducir así las pérdidas en su transporte, así como de reducir la tensión a valores adecuados en los puntos de consumo. La fiabilidad de los transformadores de potencia es esencial para una adecuada operación del sistema eléctrico de potencia. La mayoría de las causas de fallo en los transformadores están relacionadas con su aislamiento eléctrico. En transformadores de grandes y medianas potencias, el aislamiento eléctrico está compuesto principalmente de celulosa (papel Kraft y cartón prensado) y aceite. El agua es uno de los agentes más dañinos para los transformadores de potencia, ya que su presencia acelera el envejecimiento de los aislamientos, reduce su margen dieléctrico y disminuye la tensión de iniciación de las descargas parciales. Todas estas condiciones incrementan la probabilidad de aparición de fallos inesperados en el transformador. El comprender y estimar de manera adecuada la dinámica de la humedad en los aislamientos del transformador de potencia es esencial para mejorar los procesos de fabricación, operación y mantenimiento de estos equipos. La dinámica de la humedad en el interior de los aislamientos celulósicos puede ser estimada mediante un modelo matemático de difusión basado en la segunda ley de Fick. El parámetro básico de este modelo matemático es el denominado coeficiente de difusión de humedad. Para que los modelos puedan operar correctamente, obteniendo estimaciones precisas, es imprescindible disponer de un valor adecuado de este parámetro. La determinación experimental del coeficiente de difusión de humedad en aislamientos celulósicos es una tarea difícil debido a la dependencia que presenta su valor respecto de la concentración de humedad. En la literatura técnica se pueden encontrar distintos valores del coeficiente de difusión de humedad para aislamientos celulósicos. La mayor parte de estos trabajos fueron desarrollados hace más de 25 años y, tal como se ha comprobado experimentalmente, no representan de manera adecuada el comportamiento de la humedad en estos sistemas. En la presente tesis doctoral se ha llevado a cabo un estudio experimental dirigido a obtener expresiones que permitan calcular con precisión el coeficiente de difusión de humedad en papeles aislantes de transformadores, tanto impregnados con aceite mineral como sin impregnar. En las ecuaciones obtenidas se incluye la dependencia del coeficiente con la concentración local de humedad, la temperatura del aislamiento y el espesor del aislamiento. Adicionalmente se ha estudiado la dependencia del coeficiente con el grado de envejecimiento del papel. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------