Óleo transformador Tan Delta

El tan delta del aceite para transformadores es un parámetro que se utiliza habitualmente para evaluar el estado del dieléctrico líquido. Los aceites para transformadores, incluidos los aceites minerales altamente refinados, los aceites de silicona y los aceites naturales, se utilizan para aislar las partes conductoras de corriente de los equipos eléctricos. Sus funciones principales incluyen las propiedades dieléctricas y la disipación del calor. Estos aceites se aplican habitualmente en transformadores, condensadores y la impregnación de cables.

Comprensión de las pérdidas dieléctricas

Todas las sustancias, independientemente de su composición, interactúan con los campos eléctricos en determinadas condiciones. Los materiales que contienen menos de 100 millones de cargas positivas y negativas libres por pulgada cúbica se clasifican como dieléctricos. Estos materiales se utilizan para crear componentes aislantes en sistemas eléctricos y electrónicos. Su interacción con los campos eléctricos se evalúa cuantitativamente para determinar su eficacia en aplicaciones de aislamiento.

Cuando se aplica un campo eléctrico a un material dieléctrico, se induce un calentamiento interno en el material. Este fenómeno da lugar a lo que se conoce como pérdidas dieléctricas, una medida específica de la interacción del material con el campo. Las pérdidas dieléctricas se producen independientemente de si las cargas que generan el campo eléctrico son positivas o negativas, o si su polaridad cambia con el tiempo. Incluso con una baja densidad de carga, la presencia de cargas dentro del dieléctrico provoca corrientes de fuga que penetran en el volumen del material, generando calor.

La relación entre el campo eléctrico y las propiedades del material dieléctrico es fundamental para evaluar su rendimiento como aislante. Si las cargas que generan el campo permanecen estables, el campo eléctrico induce una corriente a través de la muestra dieléctrica. La magnitud de esta corriente depende de la resistencia del material dieléctrico. Sin embargo, es importante señalar que, al igual que una varilla metálica que acaba rompiéndose cuando se dobla repetidamente en el mismo punto, los materiales dieléctricos también son vulnerables a la alteración de los campos eléctricos alternos. Estos campos ejercen presión sobre la estructura molecular del material dieléctrico, lo que puede provocar su degradación con el tiempo.

¿Qué es el tan delta del aceite de transformador y qué indica?

El tan delta del aceite del transformador se utiliza para medir las pérdidas dieléctricas en el aceite del transformador. Las pérdidas dieléctricas se producen cuando una corriente eléctrica fluye a través del material dieléctrico del aceite, causadas por el campo eléctrico aplicado. Para cuantificar estas pérdidas con precisión, es necesario evaluar el comportamiento del material dieléctrico tanto en condiciones de corriente continua (CC) como de corriente alterna (CA).

En este contexto, el comportamiento dieléctrico es capacitivo, lo que significa que la corriente está desfasada con respecto al voltaje. Este desfase, representado por un ángulo (φ), indica la diferencia de tiempo entre la señal de voltaje y el flujo de corriente resultante. El desfase total incluye un ángulo adicional, δ, lo que da lugar a una tangente distinta de cero del ángulo de pérdida, conocida como tan(δ).

En un dieléctrico ideal, el desplazamiento de fase sería de 90° y el ángulo de pérdida (δ) sería cero, lo que significa que no habría pérdida de energía. Sin embargo, en los materiales reales, las pérdidas dieléctricas son inevitables y, por lo tanto, el ángulo de pérdida (δ) siempre es mayor que cero. La tangente de este ángulo (tan(δ)) se utiliza como medida cuantitativa de las pérdidas dieléctricas, lo que ayuda a evaluar la eficiencia de los dieléctricos en aplicaciones en las que el aislamiento eléctrico y la mínima disipación de energía son fundamentales.

La tangente de pérdida dieléctrica es una característica fundamental de los materiales aislantes. Cuanto mayor sea el valor de tan(δ), mayores serán las pérdidas dieléctricas, lo que puede provocar una avería térmica del aislamiento. Factores como la humedad, la ionización de las inclusiones de gas y la contaminación pueden aumentar la tangente de pérdida dieléctrica. Además, el valor de tan(δ) se ve influido por la temperatura del aislamiento, la tensión de prueba y la frecuencia.

Las pérdidas dieléctricas en el aceite de transformador están directamente relacionadas con la composición del aceite, en particular con la presencia de impurezas como resinas, jabones y agua. Los aceites de transformador suelen funcionar a temperaturas que oscilan entre 68 °F y 257 °F (20 °C y 125 °C) y, en estas condiciones, el tan delta se mantiene relativamente bajo.

Las resinas, tanto neutras como ácidas, son una fuente primaria de pérdidas dieléctricas en el aceite de transformadores. Estas resinas pueden permanecer en el aceite debido a una filtración incompleta o formarse a medida que el aceite envejece debido a reacciones de oxidación y polimerización. Dichas resinas son poco solubles en aceite y tienden a formar partículas coloidales, que son una causa importante de conductividad electroforética. Por ejemplo, la presencia de solo un 0,5 % de resina en el aceite puede aumentar el tan delta en un factor de 20.

El jabón, formado por la reacción de metales y ácidos orgánicos (incluso durante el envejecimiento del aceite), también puede contribuir a las pérdidas dieléctricas. Estos jabones no se disocian en iones en disolventes hidrocarburos, pero pueden provocar aumentos catastróficos en las pérdidas dieléctricas cuando están presentes en concentraciones sustanciales. Dependiendo del grado del aceite y de las condiciones de funcionamiento, el jabón puede existir en forma de solución verdadera o coloidal y, en cualquiera de los dos casos, afecta al tan delta. Cabe destacar que, cuando los aceites que contienen jabón se calientan a 212 °F (100 °C), pueden producirse tanto aumentos como disminuciones bruscas en el tan delta. Si luego se enfría el aceite, el tan delta puede seguir disminuyendo y la curva inicial no será reproducible al calentarlo nuevamente, lo que indica una alteración permanente en el estado coloidal del jabón.

El agua puede estar presente en el aceite del transformador en forma disuelta o emulsionada. Las pérdidas dieléctricas causadas por el agua no vienen determinadas por el contenido total de agua, sino por su estado. El agua en solución verdadera no afecta a las pérdidas dieléctricas del aceite, pero cuando está presente en forma de emulsiones finas, puede aumentar considerablemente estas pérdidas. El umbral en el que el agua pasa de un estado disuelto a uno emulsionado depende de la composición del aceite. En aceites con el mismo contenido de agua, uno puede disolver el agua, mientras que otro puede formar una emulsión. Este último aumentará significativamente el valor del tan delta.

Por lo tanto, casi todos los compuestos que contienen oxígeno (como alcoholes, ácidos, fenoles, resinas), sales metálicas, ácidos orgánicos (jabones) y agua pueden aumentar notablemente el tan delta cuando alcanzan una determinada concentración, especialmente en el límite de solubilidad, donde se forma una fase secundaria en forma de microemulsiones o coloides. El calentamiento del aceite puede descomponer estas formaciones, lo que provoca una disminución del tan delta.

El comprobador de tan delta del aceite de transformador FLD T

El comprobador FLD T está diseñado para medir la tangente de pérdida dieléctrica, la permitividad eléctrica y la resistividad de los aceites para transformadores y otros fluidos dieléctricos en un rango de frecuencia de 45 a 65 Hz. Funciona de acuerdo con normas industriales como IEC 60247-2004-02, VDE-0380-2:2005_01, ASTM D924-08 y ASTM D1169-02. El comprobador de tan delta para aceites de transformadores ayuda a evaluar la calidad y el rendimiento de los aceites de transformadores, garantizando que cumplen las especificaciones requeridas para un funcionamiento seguro y eficiente.

Este dispositivo es especialmente útil para empresas de servicios públicos y equipos de mantenimiento que necesitan supervisar el estado de los dieléctricos líquidos y garantizar que se encuentren dentro de los límites aceptables para un rendimiento óptimo.

Los valores máximos permitidos de tgδ del aceite para equipos nuevos se determinan mediante normas o especificaciones técnicas para dichos equipos, y para equipos operativos, mediante la documentación del fabricante y los documentos normativos aplicables del consumidor.