FR3 Application Spanish r3

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1

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Envirotemp FR3 Fluid

Dielectric Fluids Application


Bienvenidos

> Gracias por tomarse el tiempo de sus apretadas agendas para asistir a esta conferencia de líquidos dieléctricos. Los objetivos son: – Establecer cómo se valida un fluido dieléctrico para uso en

transformadores

– Resaltar las similitudes entre el aceite mineral y ésteres naturales / sintéticos

– Resaltar las diferencias entre el aceite mineral y ésteres naturales / sintéticos

– Describir cómo cada fluido impacta el diseño y funcionamiento del transformador

3


Puntos principales de la conferencia:

> FR3 es el “fluido alternativo” mas cercano al aceite mineral, pero es químicamente distinto. Diferente = oportunidad de obtener valor.

> La interacción entre el aislamiento sólido y fluido FR3 aporta un gran potencial para la reducción del costo.

> Es acepto que se entiende completamente aceite mineral, pero este conocimiento tardó varias décadas y muchas fallas prematuras de los transformadores.

> Un conjunto completo de investigaciones y pruebas equivalentes é presentado por Cargill hoy, sin tener que experimentar las fallas.

4


Puntos principales de la conferencia:

> En la industria de los transformadores mundial está aumentando el uso de los ésteres en los transformadores.

> Actuales limitaciones de temperatura del transformador están empezando a ser reconocidas como "restricciones de los sistemas basados en aceite mineral”.

> Nuevas normas indican los límites de temperatura “sistemas basados en ésteres” son significativamente más altos, manteniendo la vida útil esperada para el equipo.

5


Contacto Alan Sbravati

6

Fono (55 11) 5099-3510

Movil (55 11) 9 5438 0209

e-mail [email protected]

Web www.cargill.com.br


Histórico Transformadores en Aceite

7

1880s Patente Concepto Llenado de Aceite

1892 Primer Prototipo Construido por GE

1899 Fabricación 1° Aceite Exclusivo p/ Transformador

1930 Introducción Askarel, No-Inflamable Punto de Combustión No Mensurable

1970s Publicación Restricciones a PCB • Restricciones ambientales y de Salud • Introducción de los Fluidos Alternativos

1978 Reconocimiento NEC® - Punto de Combustión mínimo de 300°C


Fluidos Resistentes al Fuego

> Fluido R-Temp (HMWH) - 1975

– Alto Punto de Combustión

– Más de 120.000 Instalaciones sin reporte de Incendios

> Silicona (Sintético)

> Envirotemp 200 -1984 (Ester Sintético)

– Excelente Desempeño

– Alto Costo – Aplicaciones Especiales

> Envirotemp FR3 -1996 (Ester Natural)

8


¿Qué se necesita para desarrollar un fluido refrigerante para aplicaciones en transformadores?

> Deben ser buenos aislantes (fluido dieléctrico)

> Deben transferir calor (fluido refrigerante)

> Deben superar la vida útil del equipo

– Envejecimiento del líquido (parámetros del petróleo) y equipos (los parámetros del sistema de aislamiento)

> Deben ser buenos transmisores de información útil (Diagnósticos = Operación y Mantenimiento)

– DGA y pruebas físico-químicas

> Deben ter costo competitivo y Disponibilidad

9


¿Cómo fue el líquido refrigerante dieléctrico éster natural FR3 desarrollado y validado?

> La preocupación de la estabilidad oxidativa de los aceites vegetales naturales impidieron previamente su uso.

> La investigación sobre los aceites vegetales se inició en 1991. Más de 40 tipos de aceites y combinaciones de composición de bases fueran evaluados.

> Formulación seleccionada en 1993, después de seguido un programa de validación significativo y robusto

> Soluciones:

– Selección óptima de los aceites base.

– Aditivos especiales de grado alimentario.

– Diseño del transformador excluyendo respiración libre.

10


¿Cómo fue el líquido refrigerante dieléctrico éster natural FR3 desarrollado y validado?

> Mayor porcentaje de ácidos grasos insaturados resulta en una menor viscosidad y bajo punto de fluidez.

> Mayor porcentaje de ácidos grasos saturados resulta una mayor resistencia a la oxidación.

> Clave es encontrar un equilibrio óptimo.

11


¿Como calificar el fluido refrigerante para aplicaciones en transformadores?

> Para el equipo de la clase de distribución, los conocimientos de Cooper Power Systems fueran utilizados para desarrollar el programa de validación

> Para el equipo de la clase de potencia, el experto Harold Moore fue consultado:

– Se requiere equipo especial: los laboratorios de la industria no eran capaces de producir resultados sin aumentos significativos en la capacidad de generación de impulsos

– Referencia “ICHVE Papers”

12


Validación (1991-2010)

13

1991

investigación

es iniciada

Formulación

seleccionada

Prueba de

vida de

aislamiento

Pruebas de vida acelerada

en escala real empezaron Voltaje de encendimiento

de descarga parcial

2010

Importante inversión de capital en la validación

US EPA provee

Verificación de la

Tecnología

Ambiental

Norma ASTM

natural éster

Publicación de el

Guía da IEEE para

Esteres Naturales

Power OEM Design Test

Oil Gap withstand, Creep ,

‘Harold Moore Test Matrix’

Pruebas de

]partida en frio Compatibilidad

de componentes

Toxicidad

Pruebas

Dieléctricas Gases

Disueltos

Medir las propiedades

esenciales

Pruebas

Resistencia

al Fuego

BEES

Sostenibilidad

2000


Matriz de Pruebas Harold Moore (Terminada en 2010)

1

4

Fluids Development Test Planning July 13, 2009Tests

60 Hz AC Full Wave Chopped Wave Switching Surge

Test Test + - + - + - + - + - + -

Laboratory Description Gaps FR3 M.O. FR3 M.O. FR3 M.O. FR3 M.O.

Franksville Frog legs 3 mm X X X X X X X X X X X X X X

with Spacers 5 mm X X X X X X X X X X X X X X

8 mm X X X X X X X X X X X X X X


Doble Oil gap 12 mm X X X X X X X X X X X X X X

Waukesha ES Oil gap 12 mm X X X X

20 mm X X


30 mm X X

35 mm X X

40 mm

50 mm X X X X X

EHV Weidmann Creep 10 mm X X X X X X

(w/ 60 Hz AC PD) 20 mm X X X X X X

20 mm Bare X X

35 mm X X X X X X X X

35 mm Bare X X

45-50 mm Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4

45-50mm Bare X X

Creep after air 35mm-1 mo X X Q4 X

oxidation 35mm-2 mo X X X X

35mm-3 mo X X Q4 Q4

35mm-6 mo Q4 Q4 Q4 Q4

EHV Weidmann Oil Gap 10 mm X X Q4 Q4

Insulated 20 mm Q4 X Q4 Q4

Electrodes 35 mm Q4 X Q4 Q4

50 mm ? ? ? ?

Waukesha ES LTC Contact Creep Contact X X X X X X

UO Stuttgart Reinhausen Air exposed X X X X X X

Tap Rod with Vacuum X X X X

PowerTec Large Oil Gap 50 mm Q4 X Q4 Q4 X X Q4 Q4 X X

Bushing shield 100 mm Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4

to ground plane 150 mm Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4 Q4

200 mm Q4 Q4 Q4 Q4 X X Q4 Q4 Q4 X

X = Testing has been completed

Issued PO's and in-progress

X = Dielectric strength of test samples is beyond lab capability (testing stopped Q2-2009).


Pruebas Dieléctricas

> Todas las pruebas realizadas simultáneamente en aceite mineral y fluido FR3.

– El motivo es asegurarse de que la prueba sea válida (resultados para aceite mineral, sean conforme los valores conocidos), y comparar los resultados.

> La cantidad de pruebas de validación ha superado 270, con mas de 30 tercera partes que han contribuido (ejemplos abajo)

1

5

University of Manchester - England

University of Hannover - Germany

University of New South Wales -

Australia

Monash University - Australia

Doble

Weidmann EHV

Weidmann Labs

Quality Switch

University of Cincinnati

University of Graz - Austria

TJH2B Labs

Reinhausen

Cooper Power Systems - Franksville

FM Global

Underwritten Laboratories (UL)

Powertech Labs

SPX Transformers

SD Myers

EPRI

US Dept of Commerce - NIST


16

Comparación de los fluidos dieléctricos Electrical Properties

Test Method M.O. FR3 Fluid DC 561

Dielectric

Breakdown

(kV)

2mm gap,

lab

ambient

D-1816 62 48-75 43

1mm gap,

lab

ambient

D-1816 31 28

Dissipation

Factor

25C D-924 0.010 0.023-0.103 0.007

100C 0.050 0.67-3.86 0.0015

Volume

Resistivity

(1012-cm)

D-1169 200 20 1000

DC Leakage

(µA)

CPS 0.01 0.04

Dielectric

Constant

2.2 3.2 2.26

Impulse

Strength (kV)

D-3300 269 226 223

Gassing

Tendency

(µL/min)

D-2300 +6 -79


17

Comparación de los fluidos dieléctricos

Physical Properties


Appearance D-1524 Clear &

bright

Clear & lt

green

Clear &

bright

Color D-1500 L-0.5 L-0.5 L-0.5

Flash Point

(ºC)

D-92 150 330 300

Fire Point (ºC) D-92 165 360 343

Auto ignition

Temp (ºC)

E-659 225-228 401-404 399-402

Viscosity (cSt)

40 ºC D-445 9.2 33.5 37

100 ºC D-445 2.3 8.0 15

Pour Point

(ºC)

D-97 -50 -21 -55

Heat Capacity

(J/gºC

50 ºC E-1269 1.92 2.11

Thermal

Expansion

(ºC-1)

D-2300 .000795 .00074 .000104


18

Comparación de los fluidos dieléctricos

Chemical Properties


Water Content

(mg/kg)

D-1533B 12 50

Acid Number

(mgKOH/g)

D-974 0.01 0.02-0.06 0.002

Interfacial

Tension

(dynes/cm)

D-971 47 20-25 44.6

Environmental Properties

Biochemical

Oxygen

Demand

(ppm)

5-day

SM5210B

6 250

Chemical

Oxygen

Demand

(ppm)

SM5220D 82 560

BOD/COD

ratio (%)

7 45

Aquatic

Biodegradabili

ty (%)

OECD 301B 30-35 > 99


Resumen comparativo de los Fluidos

19

ACEITE MINERAL

Excelente confiabilidad

Bajas temperaturas y bajas pérdidas

Menor Costo del fluido

Capacidad de diagnóstico

Peligro de incendio en las zonas sensibles

El aumento de Regulación Ambiental

Preocupaciones azufre corrosivo

CAST RESIN DRY TYPE

Bueno para áreas limpias, internas

Sin riesgo de derrames en suelo

Temperaturas y pérdidas mayores

Sensible a la sobrecarga y armónicos

Limpieza periódica requerida

Pruebas de diagnóstico mínimas

Preocupaciones de la vida de servicio

Alto costo inicial y de servicio

SILICONA

Seguridad contra incendios y confiabilidad

Bajas temperaturas y pérdidas

Costo Superior

Capacidad de diagnóstico limitada

Refrigerante y dieléctrico inferior

No Apto como medio de conmutación

Aspectos medioambientales - No Biodegradable

FLUIDO FR3

Seguridad contra incendios y confiabilidad

Biodegradable

Sustentable, Fuentes Renovables

Prolonga la vida útil de aislamiento sólido

Huella de carbono neutral

Capacidad de diagnóstico

Mayor costo si transformador no fue optimizado


Aceptación en el mercado

2

0

(1999-2010)

1999 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Primero rellenado GSU

69 kV, 50 MVA

SMUD

Primera utilidad

Convertido 100%

equipos de

distribución

Primero

GSU nuevo

US EPA provee

Verificación de la

Tecnología

Ambiental

Primero

Transformador

De Potencia

Primera

subestación

Móvil

Rellenados

en 230kV

Rellenado de GSU

200 MVA / 161kV

Aplicación

comercial

para OEMs

Norma ASTM

natural Ester

Principales utilidades

en US ha convertido

100% en distribución

100th

Transformador de

Potencia instalado

Primero

reator

242 kV

2010

Utilidad en Filipinas

Ha Convertido 100%

En distribución

Designación de

Fluido “Biopreferred”

Para transformadores Primero Transformador

De Poder en Europa

Energizado – 40MVA

Stuttgart, Germany

Publicación de el

Guía da IEEE para

Esteres Naturales

Primero Transformador

De Potencia en Australia

Primero

Transformador de

Poder en Brazil

Aplicación

comercial

en CPS

Xfmrs

2009


Experiencia Fluido Envirotemp FR3

> Mas de 500.000 transformadores en servicio desde año 1996

> Cerca de 500 Transformadores de Potencia

> Potencia hasta 300MVA / 420kV

> Reactores hasta 230kV / 133MVA

> Mas de 7000 rellenados

> Cerca de 150 rellenados en Potencia hasta 230kV / 200MVA

21


2

2

Mercado del Fluido FR3 (2012-??)

2012

Cargill compro

FR3 fluid

Planeado

Anuncio de

Producción

en Europa

Planeada

Producción en

Mexico

PRIMERO Transformador

420kV Instalado (300MVA)

Producción en

Indonesia/

Malaysia?

20XX

Publicación del Guía IEC

Para Esteres Naturales

Aceite Mineral

es clasificado

MUCHO

PELIGROSO

Producción en

China? PG&E ha Convertido 100% distribución para

transformadores con FR3

Producción

en Australia?

Última ocurrencia de

Fuego en

Transformadores

IEEE Guía de

Gases Disueltos

Segundo Transformador

420kV Instalado

(145MVA)

Producción in

India?


¿Por qué utilizar FR3?

1. Seguridad al Fuego (fluido clase K)

2. Ventajas de Salud y Medioambientales

3. Aumento de la Vida del Transformador

23






24


1 - Seguridad al Fuego (fluido clase K) Propagación de Incendios Transformadores

25


1 - Seguridad al Fuego (fluido clase K) Accidentes y Fallas de Equipos

26


1 - Seguridad al Fuego (fluido clase K) Puntos de Inflamabilidad y Combustión

> Fluidos Clasificados como Resistentes al Fuego deben poseer Punto de Combustión mínimo de 300°C

27

150

200

250

300

350

400

Gra

do

s C

en

tíg

rad

os (

ºC)

Aceite

Mineral

R-Temp Silicona Envirotemp FR3

Punto de Inflamabilidad

Punto de Combustión

312

343 360

165 147

276

300

330


1 - Seguridad al Fuego (fluido clase K) Como evaluar “Seguridad al Fuego”?

> Pruebas de Inflamabilidad - FM Global (Factory Mutual/1994)

> Objetivo

– Determinar si la ocurrencia de arcos interiores en transformadores con fluidos resistentes al fuego resulta en incendios.

> Sinopsis – Una falla de baja energía calienta el fluido en el transformador.

– La falla produce la apertura de la válvula de alivio y el escape del fluido caliente.

– El fluido se deposita alrededor del transformador sobre el suelo.

– El arco continúa y provoca una falla de alta energía o explosión interna que rompe el tanque, produciendo la descarga del fluido caliente en la superficie del suelo.

28


Como evaluar “Seguridad al Fuego”? Pruebas de Inflamabilidad en Aceite Mineral

29

> Temperatura del Aceite

– Cuba 128°C

– Canal 133°C

> Corriente 3784A

> Duración del arco 7,77s con energía de 1286kJ

> Spray de aceite inflamado y fuego sobre la superficie del aceite

> Sin fuente de ignición externa.


Como evaluar “Seguridad al Fuego”? Pruebas de Inflamabilidad en Fluidos Clase K

30

> Temperatura del Aceite

– Cuba 140°C

– Canal 133°C

> Corriente 3831A

> Duración del arco 7,56s con energía de 615kJ

> Disco roto, no hubo ninguna ignición

> Sin fuente de ignición externa


Como evaluar “Seguridad al Fuego”? Pruebas de Inflamabilidad en Fluidos Clase K

31

> Temperatura del aceite

– Cuba 133~188°C

– Canal 130~135°C

> Corriente 2939A

> Duración del arco 10s con energía de 667kJ

> Disco roto, ignición de gases por la fuente de ignición externa.

> Llama externa se extinguió después de 3,5s.


Como evaluar “Seguridad al Fuego”? Conclusiones de las Pruebas de Inflamabilidad

> El arco interior en un transformador aislado con Aceite Mineral puede producir fuego (incluso sin fuente de ignición externa).

> El arco interior en un transformador aislado con fluido Resistente al Fuego no producía ninguna ignición.

> Gases descargados por el transformador con fluidos resistentes al fuego, en forma pulverizada, pueden quemarse si hay una fuente de ignición externa (pero sin fuego líquido).

> Puesto que la energía del fuego no es suficiente para mantener la temperatura del fluido, el fuego se auto extingue.

32


Como evaluar “Seguridad al Fuego”? Pruebas de Inflamabilidad – Open Tank (FM/2002)

> Objetivo

– Determinar si se puede reducir la distancia y contención de la norma FM Global, sin medios adicionales de seguridad y protección al fuego.

> Sinopsis

– Fallas externas o internas de alta energía y / o las corrientes inducidas pueden calentar piezas de metal a rojo. Que pasa si estas las placas inflamados se exponen al aceite y aire

> Procedimientos

– Insertar rápidamente una pieza de metal se calienta al rojo (750°C) en un tanque con fluido calentado a 130°C. Mensurar la temperatura y verificar la ocurrencia de incendios.

33


Pruebas de Inflamabilidad para Aceite Mineral Vapor de Aceite + Fuego

34


Pruebas de Inflamabilidad para Envirotemp FR3 Sin Vapor de Aceite + Sin Fuego

35


Envirotemp FR3(95.5%) + Aceite Mineral (4.5%) Alguno Vapor + Sin Fuego

Fire Safety 36


¿Cuánto MO residual puede ser aceptado?

37

> El aceite mineral y FR3 son miscibles en cualquier proporción.

> Para contenido de aceite mineral hasta un 7% el Punto de Fuego sigue ≥ 300°C

> Mensurar el punto de inflamación es el mejor método para comprobar el contenido de Aceite Mineral en fluido FR3


Beneficios para la instalación del transformador

38

> IEC 61936, NBR 13231, FM 5-4 Loss Prevention Data

– Reducción de las distancias de separación de los transformadores

a otro edificio y equipamiento.

– Los cortafuegos no son necesarios, ya que no habrá fuego.

– Debido a la misma razón, los sistemas de extinción de incendios no son también necesarios para instalaciones con fluidos clase K.

– Construcción mas simple y menos costosa para la contención de líquidos (solamente una contención ...)


Beneficios para la instalación del transformador Reducción de las distancias de separación

39


Beneficios para la instalación del transformador Reducción de las distancias de separación

40

Parede da Edificação

X1

Edificação

Importante

Contenção

VISTA PLANTA

X2

Contención Pared del Edificio

Edificio

Importante

Parede da

Edificação

X1

Edificação

Importante

Contenção

VISTA PLANTA

X2

Contención Pared del

Edificio

Edificio

Importante

Parede da Edificação

Nota 1

Edificação

Importante

Contenção

VISTA PLANTA

Nota 2 Nota 2 Nota 2

Parede Corta-Fogo

Edificio

Importante

Pared del Edificio Contención Pared Cortafuego

Nota:

1) Si ≤ 8 metros, el colapso estructural de

la pared cortafuego no debe llegar a

equipos, edificios y calles;

2) Distancia de separación debe

contemplar el espacio contención de

aceite, sistema de extinción de incendios

y la circulación, con un mínimo de 0,5

metros.






41


2 - Ventajas de Salud y Medioambientales

> Derivado de Recursos Renovables y Naturales.

> 100% Ingredientes de Clase Comestible - No Tóxico

> Biodegradación Rápida y Completa

> Reciclable, Recondicionable y Fácilmente Descartable.

> No considerado Peligroso por Agencias de Salud y Medioambientales (EPA / OSHA).

42


Biodegradación Acuática Aeróbica de FR3 “Ultimate Biodegradability”

43

Aerobic Aquatic Biodegradation of Envirotemp FR3 fluid using Test Method EPA OPPTS 835.3100. To be “ultimately biodegradable”, a

substance must reach 60% of the theoretical maximum conversion of total organic carbon to carbon dioxide (ThCO2) within 28 days.

Elapsed Time (days)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Biodegradation

(CO2 evolutio

n as % ThCO

2)

0

20

40

60

80

10060% ThCO

2 within 28 days for

"ultimate biodegradability"

sodium citrate

Envirotemp FR3 fluid

mineral oil

R-Temp fluid


Biodegradación Acuática Aeróbica de FR3 “Ready Biodegradability”

44

Time (days)

0 5 10 15 20 25 30

Biodegradation

(CO2 Evolutio

n as % ThCO

2)

0

20

40

60

80

100

120

140

Time (days)

0 5 10 15 20 25 30

CO2 Evolutio

n (% ThCO2)

0

20

40

60

80

100

120

140

Biodegradation (%)

0

25

50

75

100

Envirotemp FR3

phthalic acid

Envirotemp FR3

phthalic acid

60% ThCO2 within

10-day window for "readily biodegradable"

Ready Biodegradability of Envirotemp FR3 fluid using Test Method EPA OPPTS 835.3110(m). To be “readily biodegradable”, a substance must reach 60% of the theoretical maximum conversion of total organic carbon to carbon dioxide (ThCO2) in a ten-day window starting at time to reach 10% ThCO2.


Ventajas de Salud y Medioambientales Prueba de Toxicidad

> Cero Mortalidad

– Oral LD 50 en Ratones

– Acuática Aguda en Alevines de Truchas

45

Truchas remanecientes después de 96 horas de exposición a

10.000 mg/L


Ventajas de Salud y Medioambientales Prueba de Toxicidad

46

Acute oral toxicity of Envirotemp FR3 fluid

Dose % Mortality 14 Day Average Body Weight (g) Method Test Animals (mg/kg) Total Initial 7 Day Final

OECD 420 Sighting 1 F 2,000 0 226.0 251.2 259.9

Main 5 F 2,000 0 221.5 265.0 280.6 5 M 2,000 0 285.3 352.0 378.8

Acute aquatic toxicity of Envirotemp FR3 fluid

Dose Mortality LC50 a NOAEC

b

Test Method (mg/L) (# of fish) (mg/L) (mg/L)

Acute Aquatic Toxicity OECD 203 1,000 0 > 1,000 > 1,000 Lethality Using Rainbow Trout Environment Canada 1,000 0 > 1,000 > 1,000

Acute Aquatic Toxicity ASTM D608, OECD 203 10,000 0 > 10,000 > 10,000

a LC50 = lethal concentration killing 50% of fish

b NOAEC = no observable adverse effect concentration


Fosa de captación

> Ejemplo de fosa de captación

> Tiene que verificar la legislación local

> Remedio es mucho mas barato

> En EUA se permite, en algunos estados, “bio-remediation”

– Esperar que las bacterias degraden el aceite derramado

47






48


Aumento de la Vida del Transformador - Reducción del consumo de vida del papel

> Envejecimiento Térmico según ANSI C57.100 “Método Lockie” alcanzo efectos sorprendentes, con incremento del tiempo promedio hasta falla

– Tiempo de final de vida (a 183°C HS)

• Conf. guía de carga (C57.91): 400h

• ANSI C57-100 (MO): 2000h

• ANSI C57-100 (FR3): 7800h

> Indicación de incremento de la vida util del papel

> Papel en Ester Natural tiene envejecimiento mucho más lento vs. aceite mineral.

49


Aumento de la Vida del Transformador - ¿Como los materiales celulósicos degradan?

> Pirolisis:

– Es la "quema" del papel, cuando se expone a temperaturas muy altas. Alto nivel de energía de activación (> 400 ° C)

> Oxidación de la Celulosa:

– Es la degradación debido a la presencia de oxígeno, a baja temperatura.

– La principal razón para no utilizar transformadores de respiración libre

> Hidrólisis de la Celulosa:

– El agente principal de la degradación de los materiales celulósicos es agua. El subproducto de la degradación de la celulosa es el agua.

– Degradación genera agua más degradación más agua

– Catalizada por ácido. Efecto de degradación predominante!

50


Aumento de la Vida del Transformador - Cuales son los cambios con ?

A. Papel FR3 Equilibrio de Humedad – Fluido Envirotemp FR3 manteen el papel aislante seco.

– Extrae mucho más agua (H2O) del papel aislante para alcanzar misma saturación relativa del aceite mineral.

– Punto de saturación mucho mayor (1057ppm).

51

PAPER

Water (H2O)


Aumento de la Vida del Transformador - Papel FR3 Equilibrio de Humedad

> Saturación (@20°C) – FR3 = 1057ppm

– Mineral = 60ppm

> FR3 es mas higroscópico

> Equilibrio de Humedad es movido en dirección del fluido.

52


Aumento de la Vida del Transformador - Rigidez Dieléctrica vs. Humedad

> Rigidez Dieléctrica tiene comportamiento casi linear con la HUMEDAD RELATIVA

53

Temperatura (ºC)

20 40 60 80 100 120

Mo

istu

re S

atu

ratio

n (

mg/k

g)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Fluido Envirotemp FR3: A = 5.3318, B = 684 de Doble Engineering

Aceite mineral: A = 7.0895, B = 1567 de IEEE C57.106

÷

+ -

× = T

B A

T Saturación 273 10 ) (


Aumento de la Vida del Transformador - Hidrolisis

54

> Moléculas de agua liberadas del papel reacciona con el éster natural, reduciendo la humedad relativa en el aceite y permitiendo la continuación de extracción de humedad.

PAPER

Water (H2O)

HEAT HEAT


Aumento de la Vida del Transformador - Hidrolisis del FR3 Agua es consumida

> Ester Natural seca el papel aislante continuadamente

55

Time at 85°C (hours)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

%l M

ois

ture

0

1

2

3

Mineral Oil

FR3 Fluid

Aged Paper having 3% of moisture

(aged at 110°C)

Aging time at 110°C (hours)

0 500 1000 1500 2000

%l M

ois

ture

in

Pa

pe

r

0

1

2

3

4

5

Mo

istu

re c

on

ten

t in

th

e flu

id (

pp

m)

0

100

200

300

400

500

Paper in contact with FR3 Fluid

Paper Aged in Mineral Oil

FR3 Fluid – Moisture content

Mineral Oil – Moisture content


Aumento de la Vida del Transformador - Transesterificación

– Los ácidos grasos (FFA) formados en hidrólisis se ligan químicamente con la celulosa. Celulosas transesterificadas son más resistentes a la quiebra.

• Linoleico = Omega 6 / Linolenico = Omega 3

56

PAPER

Water (H2O)

HEAT HEAT


Aumento de la Vida del Transformador - Mejoría de Vida del Papel

> 7 a 8 Veces Más Tiempo para Papel Termo-estabilizado Alcanzar la Vida Final. (2001 IEEE/PES)

> Más de 10 veces para Papel Kraft Normal. (2002 ICDL)

57

Accelerated Aging at 170ºC

TUK paper

Aging time (hours)

0 1000 2000 3000 4000

Te

nsile

Str

eng

th (

lb/in

2)

0

5000

10000

15000

20000

Re

sid

ua

l T

ensile

Str

eng

th (

% r

eta

ined

)

100

75

50

25

0

Mineral oil Natural ester

(error bars = 1 s )

Accelerated Aging at 170ºC

TUK paper

Aging time (hours)

0 1000 2000 3000 4000

Deg

ree o

f P

oly

me

riza

tion

0

200

400

600

800

1000

1200

Re

sid

ua

l D

P (

% r

eta

ined

)

100

75

50

25

0

Óleo mineral

Óleo vegetal


Aumento de la Vida del Transformador - Mejoría de Vida del Papel

58

Inadecuado

FR3 FR3 FR3 FR3 Oil Oil Oil Oil

500 horas 1000 horas 2000 horas 4000 horas

Accelerated Insulating Paper Aging - Heated to 170oC


Mejoría de Vida del Papel - Mayor potencia sin Pérdida de Vida Útil

59

> Mismo consumo de vida con temperatura mas elevada

+ 21 C para papel TUK

+ 30 C para papel Kraft

> Temperatura máxima topo de aceite = 160 C

> Mayor capacidad de sobrecarga

> Mejor desempeño en ambientes de alta temperatura

Temperature at the hottest point (°C)

80 90 100 110 120 130 140 150

Pe

r lif

e u

nit

0.01

0.1

1

10

100

1000

( ) |

+ . = 273

15000

) ( T

e A T life

TUK + Mineral Oil (65 K rise): A = 9.80 x 10-18

TUK + Fluid FR3 (85 K rise): A = 7.25 x 10-17


Aumento de la Vida del Papel - Transformadores mas compactos

> ¿Que hacer a respecto de los estándares??? – IEEE C57.154 (High temperature transformers) Define limites de

elevación de temperatura para materiales clase 120 y superior

60



> Y la IEC 600076-14? – Se queda en revisión, debe incluir los mismos limites

> Y transformadores convencionales? – Sobrecarga es una condición con consumo adicional de vida ou

requiere sobre diseño del transformador

– Condición Nominal = Carga Regular

– Condición de Pico (o N-1) = Sobrecarga

– Transformadores con FR3 tienen una “capacidad reserva”

– Temperaturas por arriba de nominal / sin consumo adicional de vida = Condición de Sobrecarga Continua!

61



> Simulación de un transformador KNAN / KNAF :

62

Overloading 19% Pk/P0 = 4

Temp rise Current FR3

q o 50 62,9

q wo 15 19,8

q w 65 82,7

q olw 20 23,8

q hs 79,5 100,6



> Simulación de un transformador KDAF:

63

Overloading 17% Pk/P0 = 4

Temp rise Current FR3

q o 45 57,9

q wo 20 27,1

q w 65 85,0

q olw 6,5 8,8

q hs 73,1 97,6





FR3 Fluid Application

Physical / Chemical Properties

64


Propiedades de FR3 – Permeabilidad Relativa

65



66



67



68


Propiedades de FR3 – Densidad

69

0,8

0,82

0,84

0,86

0,88

0,9

0,92

0,94

0,96

-10 10 30 50 70 90 110

De

nsi

ty (

g/cm

3 )

Temperature (°C)

MO FR3


Propiedades de FR3 – Expansión Volumétrica

70

0,0007

0,00072

0,00074

0,00076

0,00078

0,0008

0,00082

-10 10 30 50 70 90 110

Vo

lum

etr

ic E

xpan

sio

n (

1/K

)

Temperature (°C)

MO FR3


Propiedades de FR3 – Calor Específico

71

Specific

Heat C

apacity (

J/g

°C)


Propiedades de FR3 – Conductividad Térmica

72


Propiedades de FR3 – Viscosidad

73


Propiedades de FR3 – Factor de Disipación

74






Electrical Design of Power Transformers

75


Diseño Eléctrico de Transformadores - Rigidez Dieléctrica

> Diferencia principal entre los fluidos = Permisividad Eléctrica

> El stress eléctrico se distribuye inversamente proporcional a la permisividad, entonces el stress en aceite, para el mismo gap, disminuí (incrementa factor de seguridad en aceite). Aumentando el gap puede alcanzar la misma queda de voltaje.

> Todas las pruebas hechas, hasta 1800kV de Impulso, resultaran en limites iguales o mayores que en aceite mineral.

76


Diseño Eléctrico de Transformadores - Parámetros Dieléctricos

> Permisividad Relativa de los materiales aislantes

– Material de celulosa impregnado con aceite mineral

– Material de celulosa impregnado con FR3


Diseño Eléctrico de Transformadores - Curva de Kappeler

78


Diseño Eléctrico de Transformadores - Caso real 230kV

79


FEMM 4.2 – 230kV – 100MVA

80

FR3

Aceite

Mineral


Diseño Eléctrico de Transformadores - Resumo

> Aplicando la curva de Kappeler para aceite mineral para diseño de aislamiento solido-liquido con FR3 incrementa la seguridad

> El incremento de seguridad en el aceite, generalmente el factor limitante de diseño, puede permitir disminuir la cantidad de cilindros, aumentando el ancho de los canales.

> Solamente por el cambio de fluido el factor de seguridad en aceite incrementa un 3%

81

> Media tensión (≤69kV) – FS en aceite se incrementa

– Materiales solidos tienen seguridad elevada

> Alta tensión (≥ 110kV) – FS en aceite se incrementa

– Materiales solidos pueden necesitar verificación


Resumo Dieléctrico – Experiencia Practica

82

Clase de Voltaje Aislamiento Líquido Aislamiento Sólido

≤ 25kV Performance de FR3 supera aceite mineral

Espesor mínimo mecánico proporciona el aislamiento

requerido

≤ 34.5kV Performance de FR3 supera aceite mineral

Espesor mín. mecánico, impregnado, proporciona

aislamiento requerido

≤ 69kV Performance de FR3 supera aceite mineral

Espesor mín. mecánico, impregnado, proporciona

aislamiento requerido

~138kV Performance de FR3 supera aceite mineral

Interface sólido-líquido debe ser verificada

~230kV Performance de FR3 supera aceite mineral

Considerado R&D

> 230kV Performance de FR3 supera aceite mineral

Considerado R&D


Pruebas Dieléctricas Hechas

> Gaps de aceite – 60 Hz Withstand

– Full Wave Negative Impulse

– Full Wave Positive Impulse

– Chopped Wave Negative Impulse

– Chopped Wave Positive Impulse

– Switching Surge Negative Impulse

– Switching Surge Positive Impulse

83


Pruebas Dieléctricas Hechas

> Creepage – 60 Hz Withstand

– Full Wave Negative Impulse

– Full Wave Positive Impulse


Pruebas Dieléctricas Hechas – Gaps largos

> Tensión Aplicada (60Hz AC)

> Impulso Atmosférico

> Surto de Maniobra

> Campos non uniforme (OLTC)

> Lab Powertech (Canada) y Weidmann

> Ampliación de la validación del uso de curva de Kappeler

> Resultados iguales o por arriba de aceite mineral


Tensión Aplicada (60Hz AC)

> Pruebas en gaps de 10 a 150mm.

Fluid Gap (mm)

20 30 50 20010 100

AC

60 H

z (

kV

)

50

60

200

300

400

500

600

100 NE Fluid Withstand (1%)

Min. Oil Withstand (1%)

NE Fluid Breakdown (avg)

Min. Oil Breakdown (avg)


Impulso Atmosférico

> LI 1.2µs x 50µs – polaridad negativa

Fluid Gap (mm)

20 30 40 50 20010 100

Ne

ga

tive

Lig

htn

ing I

mp

uls

e (

kV

)

200

300

400

500

600

700

800

900

2000

1000

NE Fluid Withstand (1%)





Impulso Atmosférico

> LI 1.2µs x 50µs – polaridad positiva

Fluid Gap (mm)

40 50 60 70 80 90 200100

Positiv

e L

ightn

ing I

mpuls

e (

kV

)

300

400

500

600

700

800

900

2000

1000

FR3 Fluid Withstand (1%)

Mineral Oil Withstand (1%)

FR3 Fluid Breakdown

Mineral Oil Breakdown


Surto de Maniobra

> SI 250µs x 2500µs - polaridad negativa

Fluid Gap (mm)

20 30 40 50 20010 100

Ne

ga

tive

Lig

htn

ing I

mp

uls

e (

kV

)

200

300

400

500

600

700

800

900

2000

1000






Surto de Maniobra

> SI 250µs x 2500µs - polaridad positiva

Fluid Gap (mm)

50 70 150 200100

Positiv

e S

witchin

g I

mpuls

e (

kV

)

200

300

400

500

600

700

800

900

2000

1000






Campos non Uniformes – Conmutador MR Tensión entre contactos

> Arranjo de prueba componentes suministrados por MR


Campos non Uniformes – Conmutador MR Tensión entre contactos

> Prueba Comparativa Aceite mineral x FR3 – AC 50Hz


Campos non Uniformes – Conmutador MR Contactos para cuba

> Etapa 1 – Cuba metálica Ø480mm

– Ruptura en los dos casos ~350kV

– Adicionado cilindro de presboard ~500kV

> Etapa 2 – Cuba de fibra Ø650mm

– Alcanzó max tensión disponible (850kV)

– Nynas 3000X 10 casos sin falla en 15 pruebas

– FR3 8 casos sin falla en 15 pruebas

– Nivel mas bajo ~491kV (ambos fluidos)






Thermal Design of Power Transformers

107


Aplicación de FR3 en el diseño térmico

> Radiadores / intercambiadores de calor

– limitación = capacidad de calor en el lado del aire

– Elevación promedia del aceite no debe ser afectada

> Mayor viscosidad Aumento del gradiente vertical

Oil Wind

Elevación de

Temperatura

Altura


Aplicación de FR3 en el diseño térmico

> Calor específico y conductividad térmica superiores

– Gradiente Cobre / Aceite un poco más pequeño

> Aumento de gradiente vertical variando según tipo de bobinado y potencia del equipo, desde 0 hasta un 50%

> Temperatura del devanado medio sube mitad

> Reducción en el consumo de la vida compensa este efecto

> Atención especial para la selección de las bombas!

– Procedimiento para el arranque en frío de las bombas

109






Mechanical Design of Power Transformers

110


Diseño Mecánico - Transformador sellado

> Un transformador que no es libre respiración no es, necesariamente, un transformador sellado.

> El proceso de actualización continua del aire no es adecuada, ya que mantiene el aire en contacto con el aceite en equilibrio con el ambiente.

> Las pequeñas fugas y el contacto no son críticos y pueden ser fácilmente identificados por el análisis de aceite

> FR3 es una solución robusta para todos los usos excepto los de libre respiración

111


Transformador sellado - Casos no respiración libre FR3 Aprobado

112

>Estándar para transformadores de distribución

>Colchón de Aire (la mayoría de los casos) o nitrógeno (N2 seco)

>El oxígeno del aire se consumirá y la velocidad de oxidación se reduz



113

>Estilo "Atmoseal"

>Bolso de goma es una barrera para el O2 del aire

>Bladder/diaphragm

>Con o sin secador de aire

>Recomendase bolsas de goma de varias capas y baja permeabilidad al gas

>No hay necesidad de sensor de rotura de bolsa



114

>Herméticamente sellado con radiadores expandibles / tanques corrugados

>Solución disponible hasta un transformador de potencia limitada



115

> Colchón llenado con Aire

>El oxígeno del aire se consumirá y la velocidad de oxidación se reduz

>Renovación parcial del aire mantendrá baja tasa O2 (válvula bidireccional)



116

>Colchón con nitrógeno (N2 seco)

>Sistema de control de presión mantiene el contenido de N2

>Estilo “Inert Air "

>Sistema herméticamente sellado


Transformador sellado - Casos de respiración libre FR3 no recomendado

117

>Conservador de aceite respira aire atmosférico

>Por el efecto de la oxidación y humedad no se recomiendan para FR3 y ni al aceite mineral (gama limitada de aplicación)

>Temperatura 55K


Transformador sellado - Casos de respiración libre FR3 no recomendado

118

>Conservador con respiración de aire atmosférico

>Ingreso de humedad limitado por el secador de aire

>Aire en contacto con el aceite tiene de forma continua ~ 21% de O2


Transformador sellado - Envirotemp FR3 vs humedad

119

Water Absorption of Dielectric Fluids

Exposed to Ambient Air (1 of 2)

Exposure Time (hrs)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ab

so

lute

Wate

r C

on

ten

t (p

pm

)

0

100

200

300

400

500

600

Conventional Transformer Oil




120

Exposure Time (hrs)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Rela

tive

Wate

r C

on

tent (%

sa

tura

tio

n)

0

20

40

60

80

100

Water Absorption of Dielectric Fluids

Exposed to Ambient Air (2 of 2)

conventional transformer oil




121

@42% of %Water

VBD > 45kV


Transformador sellado - Estabilidad a Oxidación

>El objetivo de las pruebas no es simular aplicación real, pero acelerar el proceso de oxidación para comparación Criterios de aceptación

>Working Group CIGRE: – IEC 61125C Modificado

• Burbujas de aire a 120°C con cobre (catalizador)

• Medición de la viscosidad, acidez total y el factor de disipación

• Considerar la formación de lodos

>Otros métodos generales (efectos secundarios o terciarios): – Industria alimenticia = Rancimat modificación del gusto

– ASTM = Bajo revisión similar a IEC

122


Transformador sellado - Recomendación Cargill:

>DSC (calorimetría de exploración diferencial) – Reacción de oxidación es exotérmica

– Mede el "tiempo de inducción a la oxidación" (efecto principal)

– Permite la comparación efectiva de los materiales

– El equipo de prueba es costoso

>Es la forma más precisa para la comparación de los fluidos, ya que mide un efecto primario de la oxidación

>OIT es válido como valor comparativo ninguna indicación de la esperanza de vida del fluido

123


Estabilidad a Oxidación Comparación de los efectos

>Efectos de oxidación para aceites minerales – Aumento de acidez (ácidos corrosivos - cadena corta)

– Formación de lodos

– Bloqueo canales de refrigeración / Falla eléctrica

>Efectos de oxidación para FR3 – Aumento de acidez (no corrosivo - ácidos grasos libres de cadena

larga)

• Linoleico = Omega 6 / Linolenico = Omega 3

– Aumento de viscosidad

– Aumento de temperatura del aceite superior

124


Transformador sellado - Estabilidad a Oxidación

>Envirotemp™ FR3™ está en servicio en más de 500.000 transformadores hasta 16 años

>Pruebas de oxidación con transformadores reales (aumento de la temperatura a 191°C) validan el comportamiento a largo plazo.

>FR3 es una solución "robusta" para todas las aplicaciones excepto "respiración libre"

>Respiración libre E200 (Ester sintético)

125


Estabilidad a Oxidación - Dados Históricos – Transformadores Nuevos

126

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Tem

pera

ture

(oC

)

260

280

300

320

340

360

380

IEEE C57.147 continued service fire point minimum

IEEE C57.147 flash point guideline investigation limit

SN 1429 SN 1430

SN 1429 SN 1430Fire Point:

Flash Point:

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

D1816 D

iele

ctr

ic B

reakdow

n V

oltage (

kV

)

0

20

40

60

80

100

SN 1429

SN 1430

IEEE C57.147 new fluid in new equipment

IEEE C57.147 continued service

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Dis

sip

ation F

acto

r, 2

5oC

(%

)

0

1

2

3

4

SN 1429

SN 1430


IEEE C57.147 guideline investigation limit

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Rela

tive W

ate

r Conte

nt (%

25

oC S

atu

ratio

n)

10

20

30

40

Absolu

te W

ate

r C

onte

nt

(mg/k

g)

0

100

200

300

400

SN 1429

SN 1430



1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Acid

Num

ber

(mg K

OH

/g)

0.0

0.1

0.2

0.3

SN 1429

SN 1430



1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Rela

tive W

ate

r Conte

nt (%

25

oC S

atu

ratio

n)

10

20

30

40

Absolu

te W

ate

r C

onte

nt

(mg/k

g)

0

100

200

300

400

SN 1429

SN 1430



1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Acid

Num

ber

(mg K

OH

/g)

0.0

0.1

0.2

0.3

SN 1429

SN 1430



1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Kin

em

atic V

iscosity (

mm

2/s

)

0

10

20

30

40

50

SN 1429

SN 1430

IEEE C57.147 new fluid in new equipment 40oC viscosity

IEEE C57.147 new fluid in new equipment 100oC viscosity


Estabilidad a Oxidación - Dados Históricos – Transformadores Rellenados

127

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Te

mp

era

ture

(oC

)

240

260

280

300

320

340

360

380

IEEE C57.147 fire point continued service minimum

flash point

fire point

IEEE C57.147 flash pointguideline investigation limit

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Kin

em

atic V

iscosity (

cS

t)

0

10

20

30

40

50 40oC

100oC

IEEE C57.147 40oC new fluid in new equipment maximum

ASTM D6871 100oC maximum

IEEE C57.147 40oC guideline investigation limit

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Die

lectr

ic B

rea

kdo

wn V

oltage (

kV

)

0

20

40

60

80

100

D1816, 2mm

D877

IEEE C57.147 D1816 2mm gapcontinued service minimum

IEEE C57.147 D1816 2mm gapnew fluid in new equipment minimum

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Dis

sip

atio

n F

acto

r a

t 2

5 o

C (

%)

0

1

2

3

4


IEEE C57.147 new fluid in new equipment maximum

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Absolu

te W

ate

r C

onte

nt

(mg/k

g)

0

100

200

300

400

500

Rela

tive W

ate

r Conte

nt (%

25

oC s

atu

ratio

n)

0

10

20

30

40



1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Acid

Num

ber

(mg K

OH

/g)

0.01

0.1

1

10

IEEE C57.147 continued service maximum



Diseño Mecánico - Compatibilidad química

> Las pruebas se realizaron con docenas de materiales

– Compatibilidad AM Compatibilidad FR3

– Principales problemas materiales de mala calidad

> El comportamiento químico con algunos materiales puede ser diferente del esperado

> Se recomienda verificar los sistemas de pintura y las empaquetaduras, especialmente cuando se utilizan temperaturas más altas para el aceite y devanado

128


Compatibilidad química y envejecimiento de goma NBR rectangular

129


Dureza y Hinchazón de empaquetaduras rectangulares NBR, isopreno y EPDM

130


Apariencia visual y los cambios en materiales de construcción después del envejecimiento

131


Apariencia visual y los cambios en materiales de construcción después del envejecimiento

132


Diseño Mecánico - Temperatura de arranque en frío

>Punto de fluidez = -21°C

>El tiempo necesario para gel es variable, depende del volumen de fluido, temperatura, y velocidad de enfriamiento

>Se trata de un proceso físico, reversible, no afecta el producto en sí


Diseño Mecánico - Temperatura de arranque en frío

>AM al Punto de Fluidez (-40°C)

–Puede reducir el tamaño, fisuras y crear huecos

–El agua libre es fundamental

>FR3 al Punto de Fluidez (-21°C)

–No clara transición sólido-líquido

–La exposición prolongada aumenta la viscosidad hasta que espese y, con el tiempo, el gel puede

Saturation points at low temperature

–Bajo riesgo de vacíos y el agua libre

–Mantiene la rigidez dieléctrica a -50°C


Pruebas de arranque en frío

> 167 kVA transformador de poste

– Diseñado para el aceite mineral; lleno con FR3

– Estabilizado a -30°C

– Energizado a plena carga

> 80 kVA regulador


– Tanque aislado - frío sólo en las aletas


– Energizado a 150% de la carga nominal

> 5 MVA



– Energizado a plena carga

135


Pruebas de arranque en frío - 167 kVA poste energizado a 100% de carga

136

Time (hrs)

0 5 10 15 20 25 30

Tem

pera

ture

(oC

)

-20

0

20

40

60

80

100

ambient

top oil

secondary hottest spot

primary coil hottest spot


Pruebas de arranque en frío – Regulador de Tension 80 kVA energizado a 150% de carga

137

> Diseñado para el aceite mineral

> Lleno de fluido FR3

> Tanque con aislamiento por lo que el enfriamiento viene sólo de radiadores

> Se mantuvo a esa temperatura durante 7 días

> Energizado a 150% de la carga nominal


Pruebas de arranque en frío – VR 80 kVA energizado a 150% en diferentes temperaturas

138

Time (hours)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Top O

il T

em

pera

ture

(oC

)

-40

-20

0

20

40

60

80

100

10oC

-20oC

-30oC

-40oC

Ambient Temperature


Pruebas de arranque en frío – Transformador 5 MVA energizado a 100% carga: -30°C

139

Time (hrs)

0 2 4 6 8 10

Tem

pera

ture

(oC

)

-40

-20

0

20

40

60

80

100 top oil

inner fin

2nd

fin

3rd

fin

ambient


Performance en Frío - Distribuição

> Transformador de arranque en frío

– Aprobado en partida a 100% en la temperatura de -30°C (- 22°F)

– Pérdidas en vacío suficiente para calentar el fluido

– Torques mecánicos deben evitarse (NLTC, por ejemplo)

> Reguladores de voltaje CPS

– Bloqueo de la operación automática a -10°C

– Pérdidas en vacío suficiente para calentar el fluido

> Radiadores

– Las pruebas confirman restauración del caudal sin calentamiento externo

140


Performance en Frío – Transformadores Potencia

> OLTC

– Recomendado bloqueo de operación a -10°C

> Bombas de enfriamiento de aceite forzado

– Aprobación caso por caso, pero por lo general bien

– Ajustes de protección contra sobrecorriente de arranque en frío

– Procedimientos especial de Shutdown & Start-Up para mantener la temperatura del aceite en los radiadores

> Tubería de relé de gas

– Puede ser necesario un calentamiento externo

> Procedimientos de arranque en frío para aceites minerales pueden recibir pequeños ajustes para responder a las preocupaciones

141


Diseño Mecánico - Transporte lleno con N2

>Tapas ciegas para los elementos desmontables deben ser considerados en el diseño, para sellar el tanque principal por completo durante el transporte

>El sistema de presurización con N2 debe ser utilizado cuando el transporte lleno de FR3 no es posible

>La presión del nitrógeno se debe mantener hasta el montaje de campo

>Se recomiendan alternativas para facilitar la instalación en campo y reducir al mínimo la exposición de la parte activa






Properties for acceptance, comissioning and investigation

143


Propiedades del FR3 – Aceptación del Fluido Nuevo NBR 15422

PHYSICAL PROPERTIES METHOD CRITERIA

Fire Point (°C) NBR 11341 >300

Flash Point (°C) NBR 11341 >275

Relative Density 20/4°C NBR 7148 0,96

Appearance Clear, Clean

CHEMICAL PROPERTIES

Water Content (mg/kg) NBR 10710 B <200

Neutr. Index (mg KOH/g) NBR 14248 <0,06

ELECTRICAL PROPERTIES

Dielectric Strength (kV) NBR 6869 >30

Dissipation Factor (25°C) NBR 12133 <0,20

144


Propiedades del FR3 – Aceptación del Fluido Nuevo ASTM D6871-03

PHYSICAL PROPERTIES METHOD CRITERIA

Fire Point (°C) D 92 >300

Flash Point (°C) D 92 >275

Relative Density 20/4°C D 1298 0,96

Appearance D 1524 Clear, Clean

CHEMICAL PROPERTIES

Water Content (mg/kg) D 1533 <200

Neutr. Index (mg KOH/g) D 974 <0,06

ELECTRICAL PROPERTIES

Dielectric Strength (kV) D 877 >30

Dissipation Factor (25°C) D 924 <0,20

145


Propiedades del FR3 – Aceptación del Fluido Nuevo NMX-J-628 ANCE-2010

146


Propiedades del FR3 – Aceptación del Fluido Nuevo NMX-J-628 ANCE-2010

147


Propiedades de FR3 – Draft NBR 03:010.02-028 Equipo nuevo, después del contacto y antes de energizar (comisionamento)

148

PHYSICAL PROPERTIES ABNT NBR

<69kV ≥69kV

≤230kV

>230kV

Dielectric Strength, 2mm (kV) IEC 60156

>60 >70 >80

Dissipation Factor at 25°C (%) 12133 ≤0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5

Color 14483 ≤1,0 ≤1,0 ≤1,0

Neutralization Index (mg KOH/mg) 14248 ≤0,06 ≤0,06 ≤0,06

Water Content (mg/kg) 10710-B ≤200 ≤150 ≤100

Fire Point (°C) 11341 ≥300 ≥300 ≥300

Kinematic Viscosity 40°C (cSt) 10441 ≤50 ≤50 ≤50


Propiedades del FR3 – Después contacto <69kV NMX-J-628 ANCE-2010

149


Propiedades del FR3 – 69kV < U < 230kV NMX-J-628 ANCE-2010

150


Propiedades del FR3 – 230kV < U < 345kV NMX-J-628 ANCE-2010

151


Propiedades del FR3 – U > 345kV NMX-J-628 ANCE-2010

152


Propiedades de FR3 – Draft NBR 03:010.02-028 Límites para la investigación del transformador

153

PHYSICAL PROPERTIES ABNT NBR

<69kV ≥69kV

≤230kV

>230kV

Dissipation Factor at 25°C (%) 12133 ≥3,0 ≥3,0 ≥3,0

Water Content (mg/kg) / Correction 20°C

10710-B ≥140 ≥110 ≥85

Percentage increment of viscosity at 40°C in comparison to energizing value

10441 ≥10 ≥10 ≥10

Neutralization Index (mg KOH/mg) 14248 ≥0,3 ≥0,3 ≥0,3

Flash Point (°C) 11341 ≤275 ≤275 ≤275

Color 14483 ≥1,5 ≥1,5 ≥1,5

Inhibitor Content - - -


Propiedades de FR3 – NMX-J-628 ANCE-2010 Límites para la investigación del transformador

154


Propiedades de FR3 – IEEE C57.147 Límites para la investigación del transformador

155

PHYSICAL PROPERTIES ASTM <69kV ≥69kV

≤230kV

>230kV

Dielectric Strength, 2mm (kV) D 1816 <40 <47 <50

Dissipation Factor at 25°C (%) D 924 ≥3,0 ≥3,0 ≥3,0

Water Content (mg/kg) D 1533 ≥400 ≥200 ≥150

Percentage increment of viscosity at 40°C in comparison to energizing value

D 445 ≥10 ≥10 ≥10

Neutralization Index (mg KOH/mg) D 974 ≥0,3 ≥0,3 ≥0,3

Flash Point (°C) D 92 ≤275 ≤275 ≤275

Color D 1500 ≥1,5 ≥1,5 ≥1,5






Storage and handling guidelines

156


Almacenaje y Manipulación

> El fluido no debe ser expuesto al medio ambiente.

> Pruebas mínimas recomendadas en la recepción: rigidez dieléctrica e inspección visual.

> Adicional recomendado: Factor de disipación y contenido de agua.

> Especialmente en el caso de películas delgadas existe la preocupación con polimerización



> Prueba hecha en transformador 25kVA

> Parte activa expuesta a 40°C


Polimerización de películas delgadas

> Después de la polimerización es muy difícil de eliminar

> Evitar el flujo de aire

> Evitar temperaturas mas elevadas

> Evite la exposición a los rayos UV

> “Barniz” aislante

> Limitar la exposición a los 7 días calendario para superficies lisas o 20 días para materiales porosos (celulosa)



> Pruebas de exposición medioambiental – 5 años






Manufacturing process


Proceso de fabricación - Sistemas de llenado

> Proceso Preferible = llenado al vacío

– Si posible llenar directamente con el líquido desgasificado y caliente

> Relleno Atmosférico:

– Use una capa de nitrógeno seco durante drenaje del tanque de y operaciones de llenado

> Revise la potencia del motor de la bomba para asegurarse de que tiene la capacidad suficiente, ya que la perdida de carga aumenta con la viscosidad


Proceso de fabricación - Tratamiento del aceite

> Termo-vacío puede se utilizar

> Grado de filtración: 0,5 micras

> La mayoría de los tipos de filtros utilizados para el servicio convencional de aceite del transformador se pueden utilizar con fluido FR3.

> El filtro de cartucho es el más adecuado para este servicio.

> Filtros de absorción como arcilla activada (tierra Fuller) se pueden utilizar, procesar hasta temperaturas de 75-80°C.

> Temperaturas más altas pueden eliminar los aditivos

> Proceso de reactivación de la bauxita se puede aplicar


Proceso de fabricación - Tratamiento del aceite


Proceso de fabricación - Medición del factor de potencia

> El factor de potencia de transformadores con FR3 son más altos que un sistema equivalente con aceite mineral.

> Para transformadores de potencia, un rellenado de aceite mineral con fluido FR3 tendrá, típicamente, un factor de potencia dos veces más alto.

> Límites del factor de potencia máxima utilizada por las unidades de aceite mineral por lo general deben ser doblados para transformadores con fluido FR3


Proceso de fabricación - Proceso de Secado

> Secado de materiales nuevos (no impregnados)

– No hay restricciones en cuanto a los tipos de horno

> Proceso de secado de aislamiento impregnado

– Secado aislamiento impregnado por la exposición al calor del fluido FR3, vapores de queroseno, o nitrógeno es aceptable.

– Horno de aire circulante No es recomendado para materiales ya impregnados (polimerización)


Proceso de fabricación - Polimerización de películas delgadas

> Para superficies no porosas, limitar la exposición al aire de y luz UV a de 7 días calendario

> Para superficies porosas, limitar la exposición al aire y luz UV a 20 días calendario

> Limpie las superficies no porosas con disolvente compatible (kerosene o mismo aceite mineral caliente)

> Mantener el material de aislamiento en un tanque con el fluido o envolver con película de plástico para prevenir el contacto con aire ambiente


Proceso de fabricación - Proceso de secado del aislamiento impregnado

> Secado con FR3, vapores de queroseno o nitrógeno es aceptable.

> Proceso en caliente FR3 secado "en el tanque":

– Cerrar las válvulas mariposas o bajar el nivel debajo de la entrada para la prevención de la circulación y llenar con nitrógeno

– Calentar el transformador hasta aceite topo 110°C con fuente de calor o generando perdidas en la parte activa (Calentamiento cortocircuito)

– Llenando con nitrógeno, drenar el líquido y aplicar vacío o

– Use un tratamiento de termo-vacío para secar el fluido


Proceso de fabricación - Impregnación

> Velocidad de impregnación es significativamente menor (moléculas grandes)

> Se recomienda calentar el fluido y los materiales de aislamiento por encima de 80°C

> Impregnación con aceite mineral es aceptable en algunos casos (estimado contenido final de aceite mineral por debajo del 5%)

> Secado con FR3 / “heat run test" permitirá, al mismo tiempo, secado y impregnación, eliminando el tiempo de horno



> Comparativo de capilaridad FR3 @60°C MO @20°C



> Impregnación FR3 @60°C MO @20°C






Dissolved Gas Analysis


DGA – Analises de Gases Disueltos - ¿Se puede aplicar?

> Hay varios documentos mediante la comparación de la generación de gas en la FR3 aceite mineral, incluso el “Guía de IEC”

> Se colectaron muestras y se analizaron de la misma manera como el aceite mineral

> Es más importante la evolución que el valor (Tendencias y "firma") – Stray gassing

> Generación típica con algo de Etano (C2H6 al redor de 72ppm en 90% de los casos presentados) y, en menor medida, CO2.

> "Stray gassing" no deben generar preocupación


DGA CO / CO2 / C2H6 Comparativo

From “Carbon Oxides in the Interpretation of DGA in Transformers” By Ivanka Höhlein-Atanasova and Thomas

Hammer, Siemens Energy Sector, Nürnberg, Germany


DGA - Método de los “gases claves”

> Gases generados en FR3 son similares al aceite mineral:

– H2 descarga parcial (investigar pintura)

– CO / CO2 papel sobre acalentado(CO alto y ratio <10)

– Etileno punto caliente en aceite

– Acetileno descargas / fallas

> Posible indicación

incorreta de Acetileno


DGA - Métodos IEEE


DGA - Métodos IEEE / IEC


FR3 - Revolutionary. Reliable. Responsible. 179

FR3 Application Spanish r3

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