Técnicas termo-ópticas aplicadas a la evaluación del deterioro de aceites dieléctricos minerales

Abstract

RESUMEN: En esta tesis se reportan los resultados del estudio sobre la factibilidad de utilizar la difusividad térmica y los coeficientes de absorción ópticos a 405 y 1,310 nm como indicadores del deterioro de aceites dieléctricos minerales, para lo cual dichas propiedades fueron medidas empleando técnicas fotopiroeléctricas (PPE) y fotoacústicas (PA), respectivamente. El deterioro del aceite fue llevado a cabo en una cuba experimental diseñada para simular condiciones de sobrecarga de un transformador de mediana potencia. Para validar la correlación de los parámetros termo-ópticos con la degradación del aceite, se compararon los comportamientos de éstos con indicadores convencionales que evidencian el deterioro del fluido dieléctrico, como son el número de neutralización y el contenido de gases disueltos en función de un tiempo de envejecimiento de 2,400 horas. De acuerdo con los resultados experimentales se determinó que tanto la difusividad térmica medida con una técnica PPE, como el coeficiente de absorción óptico a 405 nm obtenido por una técnica PA, tienen la capacidad de ser aplicables en la evaluación del deterioro de las propiedades fisicoquímicas y dieléctricas de los aceites minerales en servicio. Por su parte, la determinación del coeficiente de absorción óptico a 1,310 nm medido por una técnica PPE, posee la cualidad de detectar concentraciones de monóxido de carbono disuelto en el aceite, con la ventaja de no requerir la separación de las fases líquida y gaseosa. Esto se traduce en que esta técnica tiene la capacidad de diagnosticar la condición crítica que representa la degradación del papel en los transformadores inmersos en aceite. Por lo tanto, las técnicas fotoacústicas y fotopiroeléctricas utilizadas en este trabajo son aplicables a la evaluación del deterioro del aceite dieléctrico mineral, así como en la detección de CO disuelto, según sea el caso. Esto se traduce en que estas propiedades termo-ópticas son potencialmente auxiliares y complementarías en el diagnóstico de las condiciones operativas delos transformadores de potencia. ABSTRACT:In this thesis, the results of a study on the feasibility of using thermal diffusivity and optical absorption coefficients at 405 and 1310 nm as mineral oil aging indicators are reported. These thermo-optical properties were measured using photopyroelectric (PPE) and photoacoustic (PA) techniques, respectively. The oil deterioration was carried out in an experimental vessel designed to simulate a medium power transformer overload condition. In order to validate the correlation between thermo-optical properties and oil aging, the behaviors between the latter’s and conventional physicochemical properties, such as acidity and dissolved gases content were compared as function of a 2,400 hours aging. According to the experimental results, it was determined that both, the thermal diffusivity measured with a PPE technique and the optical absorption coefficient at 405 nm obtained by a PA technique are be able to evaluate the physicochemical and insulating deterioration properties of mineral oils in service. The determination of the optical absorption coefficient at 1,310 nm measured by a PPE technique are able to detect dissolved carbon monoxide concentrations in the oil, with the advantage of not requiring a liquid-gaseous phase separation. This means that this technique is potentially capable of performing a diagnosis of the critical condition that implies the paper degradation in oil-immersed transformers. Therefore, the PPE and PA techniques used in this work are applicable to achieve the assessment of the mineral insulating oil aging, as well as in the detection of dissolved CO, in its respectively cases. This means that these thermo-optical properties have the potential to be auxiliary and complementary in the diagnosis of the operating conditions of the power transformers.