Definiciones

La "Corrosión por disolución de metales - C4" se trata de la criticidad caracterizada por la propiedad corrosiva del aceite que determina una disolución de los metales (ej. cobre) en el interior de los transformadores y de otros equipos eléctricos bajo las condiciones normales de operación.Esta criticidad degrada progresivamente las propiedades dieléctricas y químicas de los materiales y de los aislantes (aceite y cartón) y no se relaciona con el azufre corrosivo (C1, C2, C3).

Corrosión
Desintegración de un metal debido a las reacciones químicas con azufre y otras especies químicas en los líquidos aislantes
[traducción Sea Marconi de la norma técnica IEC 62697-1 del 2012, pár.3.1.5 – pag. 10]

 

 

Introducción

La criticidad "Corrosión por disolución de los metales críticos - C4" fue descubierta por Sea Marconi a través del análisis de una gran casuística contenida en la propia base de datos en más de 40 años.Estos estudios han permitido correlacionar experimentalmente las concentraciones de los metales disueltos (ej. cobre) y algunos tipos de líquidos aislantes utilizados en diferentes familias de equipos eléctricos.Se han observado elevadísimas concentraciones de cobre disuelto en aceite (hasta 500 mg/kg) y degradación de las propiedades dieléctricas del aceite aislante (factor de disipación dieléctrica - DDC hasta más de 2).También se ha encontrado un fenómeno significativo de deposición de especies organometálicas en el cartón aislante que no depende del fenómeno del azufre corrosivo.

 

 

En los orígenes de la criticidad

El análisis de los metales disueltos en los líquidos aislantes se aplicó de forma pionera por Sea Marconi en 1984.Esta investigación, relacionada con el análisis de las partículas en aceite, que Sea Marconi realizó sistemáticamente por primera vez en el mundo en 1976, nos ha permitido diagnosticar con precisión desde mediados de los años 80 criticidades específicas en aceites y transformadores.

[ALT img.:Corrosión por disolución de metales (C4)]

En 1995 Sea Marconi tuvo la oportunidad de estudiar mejor el fenómeno de la disolución de los metales.En aquella ocasión, Sea Marconi fue llamada por una empresa de construcción de transformadores en Sudamérica para investigar numerosos casos de fallo catastrófico.Se trataba de reactores shunt en red a 500 kV, todos entre 18 y 24 meses.Durante el estudio analítico, Sea Marconi analizó los factores responsables de los fallos sin determinar con certeza la causa de los eventos catastróficos.Sin embargo, de esta experiencia surgió la tendencia de ciertos tipos de aceite para disolver cobre en el interior de familias específicas de transformadores.Este estudio se comunicó a Cigre TF 15.01.05 y posteriormente se profundizó durante la presentación del Cigre en París, en agosto de 2000.

El gráfico anterior muestra un ejemplo de análisis estadístico con correlación entre año de construcción y concentración de cobre para aceites aislantes minerales en los transformadores de distribución

 

 

Haga clic aquí para acceder a las principales publicaciones Sea Marconi sobre el tema:

R. Maina, V. Tumiatti, M. Pompili and R. Bartnikas, Dielectric Loss Characteristics of Copper Contaminated Transformer Oils, IEEE Trans.On Power Delivery, Vol.25, NO.3, 2010

R. Maina, V. Tumiatti, M.C.Bruzzoniti, R.M.De Carlo, J. Lukić, D. Naumović-Vuković, Copper Dissolution and Deposition Tendency of Insulating Mineral Oils Related to Dielectric Properties of Liquid and Solid Insulation, ICDL 2011, Trondheim, June 26-30 2011

M.C.Bruzzoniti, R.M.De Carlo, C. Sarzanini, R. Maina, V. Tumiatti, Determination of copper in liquid and solid insulation for large electrical equipment by ICP-OES.Application to copper contamination assessment in power transformers, Talanta, vol. 99, 2012, 703-711

R. M. De Carlo, M.C.Bruzzoniti; C. Sarzanini, R. Maina; V. Tumiatti, Copper Contaminated Insulating Oils-Testing and Investigations, IEEE Trans.On Dielectrics and Electrical Chim.Dr. Riccardo Maina Via Tiraboschi, 25 10149 Torino (TO) Insulation, vol. 20, No.2, 2013, 557-563

R. M. De Carlo, C. Sarzanini, M.C.Bruzzoniti; R. Maina; V. Tumiatti; Copper-in-oil Dissolution and Copper-on-Paper Deposition Behavior of Mineral Insulating Oils, IEEE Trans.On Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 21, No.2, 2014, 666-673

 

 

Marco reglamentario

• IEC 60422:2013, Mineral insulating oils in electrical equipment – Supervision and maintenance guidance
• ASTM D 7151, Standard Test Method for Determination of Elements in Insulating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES)
• IEC 60422:2013, Mineral insulating oils in electrical equipment – Supervision and maintenance guidance
• CIGRE Brochure 378:2009, Copper sulphide in transformer insulation
• CIGRE Brochure 413:2010, Insulating Oil Regeneration and Dehalogenation
• CIGRE Brochure 625:2015, Copper Sulphide long term mitigation and risk assessment

 

 

Causas

La criticidad "Corrosión de disolución de los metales - C4" se trata de la acción del aceite frente a los metales presentes en los transformadores (ej. cobre).Tal corrosión determina la disolución de los metales en el interior del aceite en condiciones normales de funcionamiento.

El tipo y la velocidad de la corrosión de los metales dependen de la temperatura, de la concentración de oxígeno y de la formulación del aceite en términos de compuestos aromáticos, compuestos polinucleares aromáticos (PNA), compuestos con heteroátomos (ej. oxígeno, nitrógeno), aditivos antioxidantes (ej.DBPC), aditivos de pasivación (ej.Irgamet 39, Irgamet 30).

 

 

Causas en relación con las fases del ciclo de vida

El efecto del campo eléctrico en el interior del transformador amplifica la movilidad iónica de los compuestos organometálicos disueltos en los líquidos aislantes, degradando las propiedades dieléctricas del sistema aislante (aceite y cartón).Estos fenómenos pueden ser particularmente críticos para algunos tipos de transformadores, tales como transformadores rectificadores, de conversión (HVDC), y los especiales (ej. tracción eléctrica de trenes).

La disolución induce la deposición de los metales (ej. cobre) en los cartones aislantes y la formación de los depósitos insolubles (lodos) en el interior del recinto; la consecuencia es la degradación progresiva de las propiedades dieléctricas y químicas, tanto del aceite como de los cartones.

La presencia de cobre disuelto actúa como un catalizador en los procesos de oxidación del aceite
- acelerando la degradación química del aceite,
- reduciendo las propiedades de estabilidad a la oxidación del aceite,
- acelerando el envejecimiento del cartón,
- y acelerando la formación de lodos.

En algunos tipos de aceite de alto contenido de compuestos aromáticos, se observan concentraciones de cobre disuelto en aceite de hasta 500 mg/kg (frente a un valor típico< de 0,80 mg/kg) y factor de disipación dieléctrica DDF (tan delta) superior a 2 (frente a un valor típico

E los cartones se observa una contaminación de cobre con concentraciones de hasta 2700 mg/kg (frente a un valor típico de 50 mg/kg).

Sea Marconi ha estudiado experimentalmente estos fenómenos en diferentes tipos de líquidos aislantes.En algunos tipos se ha puesto de manifiesto una correlación entre factores de disipación dieléctrica (tg delta) y concentración de cobre disuelto en aceite aislante.En otros tipos de aceite, gracias al copper deposition tendency test desarrollado por Sea Marconi, se ha observado una relación entre la formulación del aceite con aditivos especiales y la tendencia a depositar en el cartón compuestos organometálicos que contienen cobre.

 

 

Signos (inspección visual) - Síntomas (análisis)

Signos (inspección visual)

Los signos de esta criticidad son visibles solo a través de una inspección interna del transformador, por ejemplo después de un fallo.En presencia de esta criticidad se observan depósitos insolubles (lodos) de color gris/marrón en el fondo del recinto, en los cartones, en los devanados, en los canales de circulación del aceite y de refrigeración de los devanados.Otro signo puede ser el aumento progresivo de la temperatura de carga (síntoma de una reducción de intercambio térmico).

 

Muestreo representativo

Cuando se decida realizar una inspección interna del transformador, como resultado de un fallo o con el fin de realizar una investigación a fondo, se recomienda la toma de muestras representativas de los papeles aislantes de acuerdo con los protocolos y procedimientos adecuados.En particular, se aconseja retirar los papeles en la parte superior, inferior y media de los devanados individuales, tanto del primario como del secundario, para cada fase, tomando más muestras de papel en las zonas con mayor oscurecimiento o fragilidad del mismo papel.

Durante la inspección técnica de los transformadores es necesario tomar muestras representativas de la matriz específica (aceite aislante) de acuerdo con la norma de referencia y las instrucciones de funcionamiento suministradas con el kit de muestreo.

 

Síntomas (análisis)

El síntoma principal de la criticidad "C4" se vincula a la presencia de:
metales disueltos en líquidos aislantes (ej. cobre) (ASTM D7151)

hay algunos otros cofactores útiles para completar el cuadro diagnóstico:

• Apariencia (ISO 2049)
• Color (ISO 2049)
• Partículas (IEC 60970)
• Factor de disipación dieléctrica - DDF - Tangente delta (IEC 60247)
• Prueba CDT (Copper Deposition Tendency Test) (método interno)
• Acidez total- TAN (IEC 62021-1 o IEC 62021-2)
• Aditivos:Pasivadores (BTA, Irgamet 39, Irgamet 30); inhibidores de la oxidación (DBPC, PAD)
• Huella digital del aceite (método interno)

 

[ALT img.:Corrosión por disolución de los metales (C4)]
Corrosividad de las diversas familias de compuestos a distintas temperaturas
[ALT img:Corrosión por disolución de los metales (C4)]
Tasa de conversión en azufre corrosivo de 22 compuestos sulfurados (cálculo realizado después de la prueba TCS)

 

M.C.Bruzzoniti, R.M.De Carlo, C. Sarzanini, R. Maina, V. Tumiatti, Stability and Reactivity of Sulfur Compounds against Copper in Insulating Mineral Oil:Definition of a Corrosiveness Ranking, Ind.Eng.Chem.Res., 2014, DOI: dx.doi.org/10.1021/ie4032814

 

 

Diagnosis

Para el diagnóstico de la criticidad "Corrosión por disolución de los metales - C4", Sea Marconi emplea su propia métrica diagnóstica, a saber:

• se interpretan las señales visuales en la observación externa del transforamador, y las de cualquier inspección interna después de un fallo en máquinas gemelas;
• mediante el análisis del aceite se identifican los síntomas, es decir, los indicadores específicos (ej. cobre disuelto);
  Por ejemplo, para un transformador nuevo, para ser energizado después de la activación, la concentración típica de cobre disuelto en aceite es "no detectable", y esto es <0,1 mg/kg.Para un transformador en servicio, en lugar del valor de referencia debe calcularse en base estadística de la población de referencia en el 90° percentil (ej.0,80 mg/kg)
• gracias a la base de datos se estudian los antecedentes familiares o subjetivos en busca de fallos en máquinas asimilables (el mismo aceite, el mismo fabricante, el mismo tipo de equipo, el mismo perfil de funcionamiento, antigüedad similar);
• se examinan y supervisan los factores de incertidumbre, la velocidad y la evolución en el tiempo (tendencia) de cada indicador sintomático
• de acuerdo con la evaluación de estos factores clave, la criticidad específica se clasifica en términos de tipo y prioridad, definiendo al mismo tiempo el tipo y la prioridad de las acciones correctivas

 

 

Prevención

• Se recomienda evitar los tratamientos del aceite con procesos que reactiven las tierras argílicas mediante combustión y, de todos modos
• Se recomienda evitar siempre que el "burnt oil" (aceite quemado) contamine la masa de aceite del transformador.

 

Tratamientos

Las acciones recomendadas por la norma IEC 60422 Ed.4-2013

en presencia de "azufre corrosivo" son:

• realizar una evaluación del riesgo
• y luego elegir una alternativa
• A. Reducir la corrosividad del aceite mediante la adición de un pasivante del cobre o
  [NOTA - Después de la pasivación del aceite, es necesario un control regular de la concentración del pasivante.En caso de agotamiento continuo del pasivante eliminar la causa de la corrosividad de conformidad con la sección más abajo]
• B. Eliminar la fuente de la corrosividad cambiando el aceite o
• C. Eliminar la fuente de corrosividad eliminando los compuestos corrosivos a través de los tratamientos del aceite oportunos.

 

 

A. Pasivación

La pasivación consiste en la adición del aceite con una sustancia que debería proteger el cobre en el interior del transformador de la acción corrosiva del DBDS.Los análisis realizados en los aceites contenidos en los equipos pasivados han demostrado una disminución en el contenido del pasivante incluso después de los primeros días después de la mezcla.En otros casos, en cambio, se ve que la acción protectora del pasivante respecto al cobre no es homogénea, permitiendo por lo tanto en algunas zonas la formación de sulfuro de cobre.

El caso de la red eléctrica de Brasil en agosto de 2005, del cual se informa en el folleto CIGRE 378: 2009, muestra que el 50% de los reactores pasivados sufrió una avería, la primera después de 33 días a partir de la pasivación, la última después de 590 días.(más información)

 

 

B. Cambio del aceite

A pesar de cambiar el aceite, el 10-15% de la antigua carga de aceite contaminado permanece absorbido, en los papeles del transformador, que lo liberan con el tiempo (la condición de equilibrio se alcanza en unos 90 días).Así, el aceite usado contamina el nuevo, por lo que es imposible eliminar por completo el DBDS con un único cambio de aceite.(más información)

 

 

C. Eliminación de los compuestos corrosivos, despolarización (más información)

[ALT img.:Corrosión por disolución de metales (C4)]

Forma parte de esta categoría la contramedida propuesta y empleada por Sea Marconi.Se trata de un proceso de despolarización selectiva del DBDS que se realiza en el sitio, manteniendo el transformador en servicio (y bajo carga) sin la necesidad de vaciarlo.Esta intervención se realiza con Unidades Modulares de Descontaminación (DMU), especialmente realizadas por Sea Marconi.El transformador está conectado a la a través de mangueras flexibles; el aceite contaminado de los compuestos sulfurados corrosivos es aspirado desde la parte inferior del transformador, a continuación, termina en la DMU que lo calienta, la filtra, lo desgasifica, lo deshumidifica y lo descontamina para luego bombearlo a la parte superior del transformador.Así se crea un circuito cerrado y paso a paso, los compuestos sulfurados corrosivos se eliminan (<10 mg/kg expresados como DBDS equivalente)

 

 

Advertencias

Un operador calificado debe ser capaz de proponer diversas soluciones para el tratamiento de los aceites, destacando las fortalezas y debilidades de cada intervención.En este caso, es recomendable comprobar que el operador/proveedor conozca en detalle los peligros inherentes a los procesos de tratamiento del aceite con reactivación de las tierras argílicas mediante combustión.

 

 

Cuándo y dónde hemos intervenido con éxito

[ALT img.:Corrosión por disolución de metales (C4)]

Azufre corrosivo en los aceites aislantes, fallos recientes y posibles contromedidas de azufre corrosivo por DBDS (C1) / azufre corrosivo para disolución de metales (C4)