Estudio comparativo del estado del aislamiento dieléctrico en transformadores de potencia fuera de servicio

Abstract

Los transformadores de potencia son piezas clave en los sistemas eléctricos, ya que permiten transmitir y distribuir la energía de manera eficiente y fiable modificando los niveles de tensión. Dada su importancia, la fiabilidad de estos equipos es fundamental: un problema no solo puede generar altos costes de reparación, sino también causar interrupciones prolongadas del servicio y pérdidas económicas considerables. La vida útil del transformador depende en gran medida del estado de su sistema de aislamiento, que normalmente está compuesto de un líquido dieléctrico y aislamiento sólido para asegurar su integridad dieléctrica. Aunque este sistema dieléctrico ha sido utilizado durante décadas, sufre un proceso de envejecimiento influido por la temperatura, la humedad y las tensiones mecánicas a las que está sometido. La degradación del aceite, la formación de ácidos y sedimentos, el exceso de calor, la humedad absorbida en el papel y la aparición de descargas parciales van deteriorando poco a poco sus propiedades dieléctricas. Por eso, es esencial contar con métodos de diagnóstico preventivo que permitan evaluar la condición del transformador antes de que ocurran fallas graves. Este trabajo forma parte de un proyecto más amplio dedicado al estudio del efecto del proceso de retrofilling en transformadores de potencia. La idea es, en fases futuras, realizar varios procesos de retrofilling en los transformadores analizados. En esta primera etapa, se trabajó con varios transformadores fuera de servicio, escogidos por su edad y estado, para establecer valores de referencia que sirvan para comparaciones futuras. Se realizaron ensayos preventivos en los transformadores, posteriormente ensayos de resistencia de aislamiento, analizando parámetros como DAR (Índice de Absorción Dieléctrica), PI (Índice de Polarización) y DD (descarga dieléctrica), junto con pruebas de factor de disipación dieléctrico(tan δ), incluyendo barridos de tensión y frecuencia. Estos procedimientos ofrecen una mirada completa sobre el estado dieléctrico de los transformadores: cómo responden rápidamente o de forma lenta a la absorción, su sensibilidad a la humedad, la presencia de caminos de fuga y la disipación de energía en el dieléctrico. Los resultados son coherentes con transformadores envejecidos y fuera de servicio. Los índices DAR son aceptables, mientras que los de PI muestran mayor degradación, reflejando la influencia de la humedad y la suciedad superficial. En el caso de los transformadores T4, T5 y T6 —de la misma empresa y año— se observaron diferencias claras: el T4 está en mejor estado, seguido por el T6, mientras que el T5 presenta valores menos favorables. Además, el T2 mostró un comportamiento atípico en el barrido de frecuencia de tan δ, y el T3 registro una anomalía grave con la aparición de un arco eléctrico durante una prueba en alta tensión. En conclusión, estos ensayos nos han dado una visión inicial bastante clara del estado de los transformadores y han sentado una base sólida para estudios posteriores. Los resultados, en general positivos y representativos, confirman que este tipo de pruebas son muy útiles en etapas tempranas, ya que establecen referencias confiables para seguir la evolución del aislamiento tras mantenimiento, limpiezas o cambios de aceite, así como para adoptar nuevas estrategias como el retrofilling.

Power transformers are key components in electrical systems, as they allow energy to be transmitted and distributed efficiently and reliably by modifying voltage levels. Given their importance, the reliability of these devices is critical: a problem may not only generate high repair costs but also cause prolonged service interruptions and considerable economic losses. The service life of a transformer largely depends on the condition of its insulation system, which is usually composed of a dielectric liquid and solid insulation to ensure dielectric integrity. Although this dielectric system has been used for decades, it undergoes an aging process influenced by temperature, moisture, and the mechanical stresses to which it is subjected. Oil degradation, the for mation of acids and sludge, excess heat, moisture absorbed in the paper, and the appearance of partial discharges gradually deteriorate its dielectric properties. Therefore, it is essential to have preventive diagnostic methods that allow assessing the condition of the transformer before serious failures occur. This work is part of a broader project dedicated to studying the effect of the retrofilling process in power transformers. The idea is, in future phases, to carry out several retrofilling processes on the analyzed transformers. In this first stage, several out-of-service transformers were selected, chosen based on their age and condition, to establish reference values that will serve for future comparisons. Preventive tests were performed on the transformers, followed by insulation resistance tests, analyzing parameters such as DAR (Dielectric Absorption Ratio), PI (Polarization Index), and DD (Dielectric Discharge), along with dielectric dissipation factor tests (tan δ), including voltage and frequency sweeps. These procedures provide a comprehensive view of the dielectric condition of the transfor mers: how they respond quickly or slowly to absorption, their sensitivity to moisture, the presence of leakage paths, and energy dissipation in the dielectric. The results are consistent with aged, out-of-service transformers. The DAR indices are acceptable, while the PI indices show greater degradation, reflecting the influence of moisture and surface con tamination. In the case of transformers T4, T5, and T6 —from the same company and year— clear differences were observed: T4 is in better condition, followed by T6, while T5 presents less favorable values. In addition, T2 showed an atypical behavior in the frequency sweep of tan δ, and T3 recorded a severe anomaly with the occurrence of an electrical arc during a high-voltage test. In conclusion, these tests have provided us with a fairly clear initial picture of the condition of the transformers and have laid a solid foundation for further studies. The results, generally positive and representative, confirm that this type of testing is highly useful in early stages, as they establish reliable references to monitor the evolution of insulation after maintenance, cleanings, or oil changes, as well as to adopt new strategies such as retrofilling.