Aportaciones al diagnóstico de transformadores de potencia mediante el análisis de compuestos furánicos en el aceite

e-Archivo Repository

Show simple item record

dc.contributor.advisor Burgos Díaz, Juan Carlos
dc.contributor.advisor García de Burgos, María Belén
dc.contributor.author Urquiza Cuadros, Domingo Javier
dc.date.accessioned 2017-11-17T10:49:31Z
dc.date.available 2017-11-17T10:49:31Z
dc.date.issued 2017-09
dc.date.submitted 2017-09-29
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/25874
dc.description.abstract Los transformadores son equipos fundamentales en los sistemas eléctricos. Disponer de herramientas que permitan optimizar su operación y mantenimiento resulta fundamental para mejorar la fiabilidad de los sistemas y a su vez minimizar los costes asociados a interrupciones inesperadas del suministro. La estimación del grado de envejecimiento real de los equipos es importante de cara a programar la sustitución de los mismos, aprovechando al máximo su vida remanente, a determinar su máxima carga admisible y a programar de manera eficiente las reparaciones en campo y otras intervenciones. El grado de envejecimiento de un transformador está ligado al grado de deterioro de su aislamiento sólido, ya que cuando este elemento envejece, reduce su resistencia a la tracción y por lo tanto la capacidad del transformador para soportar los esfuerzos dinámicos que se producen durante un cortocircuito. El envejecimiento del papel aislante de un transformador se suele cuantificar por medio de su grado de polimerización. Cuando un aislamiento celulósico es sometido a solicitaciones térmicas, las cadenas que componen su estructura se rompen. El grado de polimerización es una medida del número de monómeros de glucosa promedio en las cadenas de celulosa de una pieza de aislamiento. Otro parámetro mediante el cual se puede cuantificar el envejecimiento del aislamiento sólido es la resistencia a la tracción. La medida directa del grado de polimerización del aislamiento de un transformador requeriría la extracción de muestras del aislamiento que recubre los arrollamientos, que es la zona en las que se alcanzan las mayores temperaturas durante la operación del equipo. En general no resulta posible por lo que es necesario recurrir a métodos indirectos para estimar el estado del aislamiento sólido del papel. En esta tesis doctoral se propone la combinación de tres metodologías diferentes para estimar el grado de envejecimiento de un transformador en servicio y su vida remanente. En primer lugar, se ha desarrollado un modelo de estimación del grado de polimerización a partir de las condiciones de operación del transformador. Este modelo tiene en cuenta el contenido de humedad del aislamiento sólido. A diferencia de los modelos propuestos por otros autores, los ensayos empleados para desarrollar el modelo consideraron la presencia de cobre, que actúa como catalizador de los procesos de envejecimiento del papel y del aceite y que siempre está presente en los transformadores reales. En segundo lugar, se ha planteado un modelo para la estimación del grado de polimerización del papel a partir de la medida de la concentración de los compuestos furánicos en el aceite del transformador. Es bien sabido que los procesos de envejecimiento de los papeles aislantes generan compuestos furánicos, de los cuales el principal y más estable es el 2-Furfuraldehído (2FAL), de forma que el análisis de compuestos furánicos puede ser utilizado para estimar el grado de envejecimiento del papel aislante. El modelo propuesto en la tesis tiene como variables de entrada la concentración de 2FAL en el aceite y el grado de humedad del aislamiento sólido. Se debe señalar que ningún otro modelo de furanos publicado hasta la fecha tiene en cuenta el efecto de esta variable, a pesar de que existen claras evidencias experimentales que demuestran su influencia. A lo largo de la tesis se demuestra que no tener en cuenta la humedad conduce a errores importantes en la interpretación de las medidas de los compuestos furánicos en transformadores con contenidos de humedad elevados. Finalmente se propone un tercer método de evaluación del estado del aislamiento de los transformadores mediante la comparación de la concentración de 2FAL en un transformador con los contenidos típicos en unidades similares a este. Para ello se han obtenido valores de percentiles de 2FAL empleando para ello una base de datos con más de 28.000 registros de transformadores en servicio de distintas características en lo relativo a su tamaño, edad, modo de refrigeración, aplicación etc. Mediante la combinación de las tres metodologías propuesta en la tesis, se espera llegar a un diagnóstico más fiable del estado del transformador y contribuir a lograr una mejor gestión de la vida de los equipos.
dc.description.abstract Transformers are fundamental equipments in electrical systems. Having tools at our disposal to optimize their operation and maintenance is fundamental to improve the reliability of the systems and in turn to minimize the costs associated with unexpected interruptions of supply. The estimation of the real aging of the equipment is important in order to program the replacement of the equipment, to take full advantage of the remaining life, to determine the maximum permissible load and to efficiently schedule repairs in the field among other interventions. The degree of aging of a transformer is closely related to the deterioration of the solid insulation. As this element ages, mecanical strengh of the paper is reduced and therefore the ability of the transformer to withstand dynamic stresses that occur during a short-circuit. The aging of the insulating paper of a transformer is usually quantified by means of its polymerization degree. When cellulosic insulation is subjected to thermal stresses, the chains that make up its molecular structure are broken. The degree of polymerization is a measure of the number of average glucose monomers in the cellulose chains of an insulation piece. The direct measurement of the degree of polymerization of the insulation of a transformer would require the extraction of paper samples covering the windings in the area in which the highest temperatures are reached during the operation of the equipment. In general, this is not possible, so it is necessary to use indirect methods to estimate the status of the insulation paper. In this thesis the combination of three different methodologies to estimate the aging of a transformer in service and its remaining life is proposed. First of all, a model for estimating the degree of polymerization has been developed based on the operating conditions of the transformer. This model takes into account the moisture content of the solid insulation. Contrary to the models proposed by other authors, the tests used to develop the model take into consideration the presence of copper, which acts as a catalyst for the aging processes of paper and oil and is always present in real transformers. Secondly, a model has been developed for the estimation of the degree of polymerization of paper from the measurement of the concentration of furanic compounds in the transformer oil. It is well known that the aging processes of the insulation papers generate furanic compounds. The most abundant and most stable of them is 2-Furfuraldehyde (2FAL), therefore the analysis of furanic compounds can be used to estimate the degree of aging of the insulation paper. The model proposed in this thesis has as input variables the concentration of 2FAL in oil and the moisture content of the solid insulation. It should be noted that no other model of furans published to date takes into account the effect of moisture content, although there is clear experimental evidence that shows its influence. Throughout this thesis it is proved that disregarding humidity leads to significant errors in the interpretation of measurements of furanic compounds in transformers with high moisture contents. The third proposal of the thesis is a method to evaluate the insulation condition of a transformer by comparing the concentration of 2FAL in oil with the typical content of units similar to the one being evaluated. For this purpose, 2FAL percentile values have been obtained by using a database with more than 28,000 records of transformers with different characteristics in terms of rating, age, cooling mode, application, etc. Through the combination of the three proposed methodologies a reliable diagnosis of the transformer condition is obtained thereby contributing to better management of the life of the equipment.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Transformadores de potencia
dc.subject.other Aislamiento eléctrico
dc.subject.other Papeles aislantes
dc.subject.other Furanos
dc.subject.other Polimerización
dc.subject.other 2FAL
dc.title Aportaciones al diagnóstico de transformadores de potencia mediante el análisis de compuestos furánicos en el aceite
dc.type doctoralThesis
dc.subject.eciencia Ingeniería Industrial
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática
dc.description.responsability Presidente: Alfredo Ortiz Fernández.- Secretario: Silvia González Prolongo.- Vocal: Jean Gardy Germain Germain
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería Eléctrica
 Find Full text

Files in this item

*Click on file's image for preview. (Embargoed files's preview is not supported)


The following license files are associated with this item:

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record