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El análisis de gases disueltos (DGA) es la principal herramienta de diagnóstico para detectar fallos incipientes en el interior de los transformadores llenos de aceite antes de que evolucionen hacia un fallo catastrófico. Esta guía explica cómo interpretar los patrones de gases, aplicar métodos de relación, asignar niveles de acción, recoger muestras válidas e integrar el DGA en un programa de mantenimiento estructurado. También aborda las decisiones de adquisición que determinan si un transformador puede ser supervisado de forma rentable a lo largo de su vida útil.
Antes de aplicar los métodos basados en ratios o los umbrales de acción, compare el patrón del gas dominante con un tipo de falla probable utilizando la tabla que figura a continuación. Este es el primer filtro que se aplica cuando se recibe un nuevo resultado de laboratorio.
| Síntoma (patrón de gases predominante) | Primera prueba | Causa probable | Próxima acción |
|---|---|---|---|
| Solo H₂ o H₂ + CH₄ (en pequeñas cantidades); bajo contenido en C₂H₂ | Comprueba la presencia de humedad en el aceite; revisa el estado del respiradero | Descargas parciales (DP) en aceite contaminado con humedad | Programar pruebas de desarrollo profesional fuera de línea; reducir la periodicidad de las pruebas a una vez al mes |
| Niveles elevados de CH₄ y C₂H₆; niveles insignificantes de C₂H₂ | Revisar el historial de carga y los registros del sistema de refrigeración | Fallo térmico por debajo de 300 °C; flujo parásito o aceite sobrecalentado | Revise los ventiladores de refrigeración y los radiadores; compruebe que la carga se ajusta a los datos de la placa de características |
| Predominio de C2H4 + CH4; bajo nivel de C2H2 | Calcular la relación C2H4/C2H6; comprobar el recuento de operaciones del LTC | Fallo térmico entre 300 y 700 °C; corrientes de circulación o malos contactos | Reducir la carga; planificar una parada para inspección en un plazo de 60 días |
| Niveles elevados de C2H4 + C2H2; alto contenido de H2 | Aplica el triángulo de Duval; comprueba la tasa de variación | Falla térmica por encima de los 700 °C; punto caliente intenso con componente de arco eléctrico | Acelerar la interrupción del servicio; volver a tomar muestras en un plazo de 72 horas |
| Predomina el C2H2 + H2; presencia de C2H4 | Comprueba que se cumplan los coeficientes de la norma IEC 60599; comprueba por separado el aceite del cambiador de tomas. | Arco de alta energía; descarga interna o fallo del conmutador de tomas | Considere la posibilidad de desconectar inmediatamente la alimentación eléctrica |
| Aumento de CO y CO₂ junto con los hidrocarburos | Medir la relación CO/CO₂; solicitar un análisis de furano | Degradación de la celulosa combinada con un fallo térmico | Evaluar el contenido de humedad; programar el muestreo de furano |
| Solo CO y CO₂; H₂ en cantidades mínimas | Revisar el historial de carga a largo plazo | Desgaste normal o sobrecarga del aislamiento de papel | Análisis de la tendencia; no es necesario tomar medidas inmediatas |
Principio fundamental: Una concentración de acetileno superior a 1-2 ppm en un transformador sellado sin antecedentes recientes de fallos de paso es el indicador más fiable que exige una respuesta inmediata, independientemente de los niveles de otros gases. La velocidad de variación suele ser la señal de alerta más temprana; una lectura de metano que se ha duplicado en cuatro semanas reviste mayor urgencia que la misma lectura que se ha mantenido estable durante seis meses.
Antes de interpretar cualquier resultado de DGA, compruebe que el equipo de muestreo, los métodos de laboratorio y los patrones de referencia cumplan los criterios que se indican a continuación. Una muestra defectuosa no puede corregirse analíticamente en fases posteriores.
| Instrumento o fuente | Función | Criterio de aceptación |
|---|---|---|
| Jeringa de vidrio (60-100 ml, estanca al gas, con conexión Luer-Lock) | Toma de muestras de aceite de referencia | Se ha comprobado que no presenta fugas antes de la salida de campo; se utiliza dentro de su vida útil certificada; solo vidrio de borosilicato |
| Cilindro presurizado de acero inoxidable (250 ml) | Muestreo de largo recorrido o a alta presión | Cierre mediante válvula de bola; diseñada para la presión de la instalación; la muestra se conserva durante un máximo de 30 días |
| Cromatógrafo de gases con TCD/FID (GC-TCD/FID) | Determinar los nueve gases clave según la norma IEC 60567 | Laboratorio acreditado según la norma ISO/IEC 17025; calibrado con una mezcla de gases de referencia certificada |
| Cromatógrafo de gases portátil (triaje in situ) | Clasificación inmediata según la tasa de variación | Calibrado en los últimos 30 días; el operador cuenta con una competencia acreditada; confirmar mediante un análisis de muestra dividida en un laboratorio fijo |
| Monitor DGA multigás en línea | Detección continua de tendencias entre muestras tomadas manualmente | Recalibración de fábrica en un plazo de 12 a 18 meses; valores de umbral de alarma definidos en la documentación del programa |
| Analizador fotoacústico (laboratorio) | Informes periódicos sobre gases de vigilancia | No se utiliza para calcular proporciones cuando los valores individuales de los gases son inferiores a 10 ppm |
| Relé Buchholz con cámara de recogida de gas | Registro de eventos de protección; detección de fallos graves | Calibrado y sometido a pruebas de funcionamiento antes de su envío; volumen y color del gas registrados en el viaje |
| CEI 60599 | Referencia del método de la relación y límites de la zona de falla | Edición actual; aplicable a la presentación de informes reglamentarios y a la interpretación de ratios en casos límite |
| IEEE C57.104 | Niveles de intervención 1-4; límites del TDCG | Edición actual; solicitar resoluciones individuales sobre los umbrales del impuesto sobre el gas y del TDCG |
| Manual del transformador OEM | Datos de referencia y de refrigeración específicos del equipo | Se requiere el resultado del análisis de gases disueltos (DGA) de aceptación en fábrica como primer punto de referencia en el historial de tendencias |
| Especificaciones del proyecto | Niveles de alarma específicos para cada emplazamiento y obligaciones de respuesta | Los niveles de respuesta contractual deben cumplir o superar los requisitos mínimos de la norma IEEE C57.104 |
Las concentraciones de los gases sin procesar indican qué sustancias están presentes. Las proporciones de los gases indican por qué están ahí. Utiliza los métodos que se indican a continuación como comprobaciones cruzadas, en lugar de como reglas aisladas de «aprobado/suspenso».
| Criterio | Ratios Rogers | CEI 60599 | Triángulo Duval |
|---|---|---|---|
| Puede devolver un resultado indefinido | Sí | Sí | No |
| Gestiona errores mixtos | Pobre | Moderado | Mejor |
| Requiere que C2H2 sea mayor que 0 para obtener una precisión total | Sí (R2 falla) | Sí (la prueba 1 no se supera) | No |
| Utiliza H₂ en la cartografía de fallas | Sí (R1) | Sí | No |
| Referencia normativa | IEC 60599 / IEEE C57.104 | CEI 60599 | CEI 60599 |
| Mejor caso de uso | Mecanismo único, fallo evidente | Informes reglamentarios | Tendencias, fallas mixtas |
| Riesgo con bajas concentraciones de gas | Alto | Alto | Moderado |
La interpretación de los patrones de gas mediante DGA solo aporta valor cuando conduce a una decisión clara. El sistema de medidas por niveles que se muestra a continuación se ajusta a las directrices de la norma IEC 60599 y a los límites de la norma IEEE C57.104 para transformadores de potencia con una tensión nominal de 69 kV o superior.
| Nivel | Etiqueta | Condiciones de activación | Acción requerida | Plazo |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Normal – Seguir supervisando | Todos los gases están por debajo de los límites del Nivel 1; ROC estable; no hay indicación de ratio de fallos | Mantener el intervalo de muestreo estándar | No hay prisa |
| 2 | Precaución: aumentar la frecuencia de muestreo | Cualquier gas entre el nivel 1 y el nivel 2; ROC >10% al mes en cualquier gas clave; indicador de ratio único sin que se haya producido un aumento corroborado del gas | Reducir la frecuencia de muestreo a una vez al mes; revisar el historial de carga; inspeccionar el sistema de refrigeración | En un plazo de 30 días |
| 3 | Advertencia: reducción de la carga e investigación | Cualquier gas supera el nivel 2; C2H2 >3 ppm con tendencia al alza; varios gases aumentan simultáneamente; dos o más indicadores de relación compatibles con el mismo tipo de fallo | Reducir la carga al valor indicado en la placa de características; programar una inspección fuera de servicio en un plazo de 60 días; aumentar la frecuencia de muestreo a una vez por semana | En un plazo de 7 días |
| 4 | Crítico: desconexión inmediata | C2H2 >35 ppm con curva de respuesta rápida; H2 >1 800 ppm; CO >1 500 ppm en combinación con acetileno; cualquier gas que se duplique en menos de 30 días; gráfico de Duval en la zona D2 | Retirar del servicio; no volver a poner en servicio sin una inspección interna y la autorización del departamento de ingeniería | Inmediato |
| Gas | Nivel 1 (Entrada con precaución) | Nivel 2 (Entrada de advertencia) |
|---|---|---|
| Hidrógeno (H₂) | 100 | 700 |
| Metano (CH₄) | 120 | 400 |
| Etileno (C₂H₄) | 50 | 200 |
| Etano (C₂H₆) | 65 | 150 |
| Acetileno (C₂H₂) | 3 | 35 |
| Monóxido de carbono (CO) | 350 | 900 |
| Dióxido de carbono (CO2) | 2,500 | 10,000 |
| Gas combustible total (TCG) | 720 | 1,920 |
Paso 1: Analizar las concentraciones absolutas. Si algún gas supera el nivel 2, asigne el nivel 3 antes de continuar. Si el acetileno supera las 35 ppm o si la concentración de cualquier gas se ha duplicado desde la última muestra, asigne el nivel 4 y detenga el análisis hasta que se proceda al apagado.
Paso 2: Calcula la tasa de variación. Un ROC superior a 1 ppm/día para el acetileno o a 10 ppm/día para el hidrógeno justifica una clasificación mínima de Nivel 3, independientemente de la concentración absoluta.
Ignora la tabla de niveles habitual cuando aparezca acetileno de forma repentina, se duplique cualquier gas clave entre muestras, los eventos del relé coincidan con el aumento de gas o un OLTC comparta aceite con el depósito principal. En esos casos, la velocidad de la tendencia y el contexto operativo tienen más peso que un único valor absoluto en ppm.
Este caso práctico anónimo ilustra cómo un patrón de análisis de derivas (DGA) puede pasar del seguimiento de tendencias a la planificación de paradas cuando los niveles de etileno y acetileno aumentan simultáneamente.
Contexto del campo: Un autotransformador de 63 MVA, puesto en servicio en 2007, registra una media de 28 operaciones de cambio de toma al día. Se tomó una muestra de DGA seis semanas después de un muestreo no programado activado por un transitorio del relé de protección. La temperatura del aceite se sitúa entre 5 y 8 °C por encima del valor de referencia de la unidad debido al aumento del rendimiento.
Concentraciones de gas medidas (ppm):
| Gas | Muestra actual | Muestra anterior (hace 6 semanas) |
|---|---|---|
| H2 | 95 | 78 |
| CH₄ | 310 | 205 |
| C2H2 | 14 | 9 |
| C2H4 | 480 | 310 |
| C2H6 | 190 | 140 |
| CO | 420 | 390 |
| CO₂ | 3,900 | 3,600 |
Diagnóstico: El C2H4 es predominante y aumenta a un ritmo aproximado de 28 ppm por semana. La relación C2H4/C2H6 de 2,53 es compatible con temperaturas localizadas del petróleo superiores a 500 °C. La relación C2H2/C2H4 de 0,029 indica que los arcos eléctricos de baja energía en los contactos del cambiador de tomas son un factor plausible, dado el elevado número de operaciones. Las coordenadas del triángulo de Duval sitúan la muestra en la zona T2-T3, con tendencia hacia T3. La tendencia del CO es relativamente plana, lo que indica que la celulosa no es el material de falla principal en esta etapa. Este resultado es Nivel 3: es necesario reducir la carga y realizar una investigación en un plazo de siete días.
La interpretación precisa de los patrones de gases en el análisis DGA depende totalmente de la calidad de la muestra de aceite que llega al laboratorio. Una muestra defectuosa introduce un error de medición que ningún método analítico puede corregir en las fases posteriores.
Recoja el aceite de la válvula de muestreo inferior designada tras purgar el aceite estancado del racor y la manguera. Evite tomar muestras únicamente del conservador para el diagnóstico de averías, ya que pueden subestimar los gases más pesados y distorsionar el perfil de gases.
| Punto de control | Acción requerida | Consecuencias de la omisión |
|---|---|---|
| Exclusión de aire durante el llenado de la jeringa | Llena la jeringa mientras está sumergida en el flujo de aceite; sin burbujas de aire | Dilución con oxígeno y nitrógeno; reducción artificial de las proporciones de gases de falla |
| Prevención de la sobrepresurización de la jeringa | Retroceda ligeramente el émbolo tras el llenado hasta alcanzar un espacio libre de 5-10 ml | El gas disuelto se escapa si la presión en el cilindro de la jeringa desciende por debajo del nivel de saturación |
| Etiqueta y cadena de custodia | Anote el número de identificación del transformador, la potencia nominal en MVA, la clase de tensión, la carga en el momento del muestreo, la temperatura del aceite, la fecha y la hora | Resultados mal atribuidos; tendencias falsas |
| Temperatura de transporte | Conserve las muestras a una temperatura comprendida entre 5 °C y 25 °C | La congelación rompe las jeringas de vidrio; el calor por encima de los 35 °C acelera la pérdida de gas |
| Tiempo máximo de retención antes del análisis | Jeringa de vidrio: <=72 horas; cilindro de acero inoxidable: <=30 días | La pérdida progresiva de hidrógeno del vidrio tras 72 horas, documentada en el documento técnico CIGRE TB 771 |
1. Comprobación de la relación oxígeno-nitrógeno. En los transformadores de tanque sellado, la relación O₂/N₂ debe situarse aproximadamente entre 0,3 y 0,5. Una relación superior a 0,5 indica la presencia de aire; deseche la muestra y vuelva a tomar otra.
2. Correlación con la humedad. Comprueba que el contenido de agua disuelta (en ppm según el método Karl Fischer) sea plausible para la clase de aislamiento y el historial de temperaturas. Un valor superior a la saturación de aceite a la temperatura medida sugiere un error grave de muestreo o una fuga en el sellado.
Un resultado de DGA sin una ruta de respuesta definida tiene un valor de mantenimiento limitado. La interpretación solo se puede poner en práctica cuando se integra en un programa que especifique quién revisa los resultados, con qué frecuencia, en función de qué umbrales y con qué autoridad para la escalada.
| Capa | Función | Propietario típico |
|---|---|---|
| Muestreo | Tomar muestras de aceite a intervalos determinados | Técnico de campo |
| Análisis | Realizar pruebas cromatográficas y calcular las concentraciones de gas | Monitor de laboratorio o in situ |
| Interpretación | Aplicar métodos de ratio, comparar con los umbrales y clasificar el tipo de fallo | Ingeniero o especialista en diagnóstico |
| Acción | Autorizar la reducción de la carga, la inspección o la interrupción del servicio | Gestor de activos o responsable de operaciones |
Establezca el siguiente intervalo de muestreo en función tanto del nivel de TDCG como de la tasa de variación. Los resultados estables de nivel 1 pueden seguir con los intervalos habituales, mientras que los resultados en aumento de nivel 2 o nivel 3 requieren intervalos más cortos y la designación de responsables de la escalada.
| Nivel TDCG | Rango de concentración (ppm) | Respuesta del programa |
|---|---|---|
| Nivel 1 | Menos de 720 | Mantenga el intervalo de muestreo habitual; no es necesario tomar ninguna medida |
| Nivel 2 | 720-1,920 | Aumentar la frecuencia de muestreo; analizar las tendencias de cada gas; aplicar el triángulo de Duval |
| Nivel 3 | 1,921-4,630 | Realizar muestreos cada 1-4 semanas; elaborar un plan de contingencia; considerar la posibilidad de reducir la carga si la tendencia es al alza |
| Nivel 4 | Por encima de 4.630 | Considere la posibilidad de desconectar inmediatamente la alimentación; consulte al departamento de ingeniería antes de volver a conectarla. |
Interpretación sin contexto. Un análisis de la concentración de gases realizado sin conocer el historial previo de muestras, el perfil de carga o la antigüedad del transformador da lugar a conclusiones poco fiables; los analistas deben tener acceso al historial completo de análisis de gases en transformadores.
Lagunas en la capacidad de actuación. Si el ingeniero encargado de interpretar el resultado no puede autorizar una reducción de la carga o una interrupción del servicio, y la persona que sí puede hacerlo no recibe dicha interpretación, el programa se paraliza. Defina explícitamente la vía de escalado, indicando quién recibe el informe y en qué plazo.
Una interpretación eficaz de los patrones de gases de descomposición (DGA) comienza antes de que se conecte el transformador a la red eléctrica. Las decisiones de adquisición que se toman en la fase de especificación determinan si una unidad puede supervisarse de forma rentable a lo largo de toda su vida útil.
Colocación de la válvula de muestreo de aceite. Se exigirá, como mínimo, una válvula de muestreo montada en la parte inferior y una válvula de aceite en la parte superior, ambas aptas para la extracción con jeringa o botella de vacío sin necesidad de desconectar la alimentación. No se admitirán válvulas de muestreo situadas por encima del nivel de aceite en instalaciones críticas, debido al riesgo de entrada de aire.
Relé Buchholz y recogida de gas. Para unidades de más de 1 MVA, se debe especificar un relé Buchholz con una cámara de recogida de gas que permita la extracción mediante jeringa, instalado en el tramo de tubería entre el depósito y el conservador.
| Criterio | Pruebas mínimas aceptables |
|---|---|
| Acreditación de laboratorios | Acreditación ISO/IEC 17025 con la DGA incluida en el ámbito de aplicación |
| Cualificación del personal encargado del muestreo | Técnicos certificados según el procedimiento de muestreo de la norma IEC 60567 o que cuenten con una formación equivalente debidamente acreditada |
| Plazo de entrega | Compromiso por escrito: resultados de análisis rutinarios en un plazo de 5 días hábiles; resultados de análisis urgentes en un plazo de 24 horas |
| Servicio de interpretación | Proceso definido para ir más allá de las cifras brutas: se aplican ratios y se analiza el contexto de las tendencias |
| Formato de presentación de informes | Informe estructurado que incluye una comparación de tendencias, un análisis de ratios y un nivel de medidas recomendadas |
| Trazabilidad de los equipos | Los registros de calibración del cromatógrafo de gases están disponibles previa solicitud |
En el caso de los transformadores existentes, la conveniencia de la modernización depende de la disponibilidad de un punto de muestreo de aceite fiable, de que se apliquen prácticas de aislamiento seguras y de si el equipo es lo suficientemente crítico como para justificar la monitorización en tiempo real. Como mínimo, se debe establecer un procedimiento de muestreo documentado y realizar un análisis de gases de descomposición (DGA) de referencia antes de basarse en la interpretación de tendencias.
Utilice estas referencias XBRELE para conectar la decisión de campo con el producto correcto, la prueba y el flujo de trabajo de adquisición: Página del producto XBRELE, Gama de disyuntores de vacío XBRELE, Guía de calificaciones del VCB, Lista de comprobación para la aceptación del FAT/SAT de VCB, Gama de transformadores de distribución de potencia XBRELE.
Para el contexto del método externo, compare el procedimiento del sitio con el público Página de normas IEEE C37.09 y, a continuación, aplicar el manual exacto del OEM y las especificaciones del proyecto para el equipo suministrado.
| Instrumento / Fuente | Función de aceptación | Riesgo en caso de extravío |
|---|---|---|
| Manual del fabricante | Define los límites específicos del modelo, la corriente de prueba y la tolerancia de inspección | Los límites genéricos pueden dar lugar a falsos positivos o falsas alarmas |
| Especificaciones del proyecto | Define la fuente de aceptación de la instalación, el formato de los informes, el nivel de prueba de aislamiento y la periodicidad del mantenimiento | Los resultados pueden ser correctos desde el punto de vista técnico, pero incumplir lo estipulado en el contrato |
| Medidor de resistencia de contacto / microohmímetro | Mide el estado de los contactos en microohmios con una corriente controlada | Las lecturas del multímetro no permiten determinar los límites de alarma |
| Informe de la prueba de aceptación en fábrica | Proporciona el valor de referencia del número de serie y las condiciones de prueba | No hay ningún punto de referencia válido para las tendencias del sitio |
Ejemplo práctico: durante una inspección de mantenimiento, se detectó que una fase se desviaba de los valores de referencia de puesta en servicio, mientras que las otras dos fases se mantenían estables. El equipo repitió la medición con cables comprobados, verificó la sincronización y el recorrido de los contactos, y utilizó la divergencia observada para distinguir un problema de presión de contacto de una cuestión genérica relacionada con la limpieza de la superficie. La acción correctiva se documentó en la tabla de resolución de problemas para que la siguiente muestra de DGA, la nota de inspección y el registro de mantenimiento pudieran compararse con el mismo mapa de fallos.
El acetileno (C₂H₂) tiene el mayor valor diagnóstico, ya que solo se produce en cantidades significativas mediante descargas eléctricas de alta energía. Cualquier detección confirmada por encima de 1-2 ppm en un transformador sellado sin antecedentes recientes de fallos de paso justifica una investigación.
La frecuencia de muestreo debe estar estratificada en función del riesgo, en lugar de ser uniforme. Un transformador nuevo sin historial de averías suele requerir un muestreo anual.
No. El análisis de gases de diagnóstico (DGA) se aplica específicamente a los transformadores llenos de aceite, ya que los gases de diagnóstico se producen por la descomposición térmica y eléctrica del aceite aislante y de la celulosa impregnada de aceite.
Una relación CO/CO₂ inferior a 0,1 es compatible con el envejecimiento natural del papel. Las relaciones superiores a 0,3 indican una degradación activa de la celulosa en la que intervienen mecanismos térmicos.
Los métodos basados en relaciones fallan cuando las concentraciones absolutas de gas son bajas, ya que las pequeñas incertidumbres de las mediciones de laboratorio provocan grandes variaciones en los valores calculados de las relaciones. También fallan cuando hay varios tipos de fallas activos al mismo tiempo.
Los tres errores más comunes que invalidan los resultados son: la contaminación por aire durante el llenado de la jeringa, lo que reduce las concentraciones de gases de fallo y eleva la relación O₂/N₂ por encima de 0,5; superar el tiempo de retención de 72 horas para las jeringas de vidrio, lo que provoca una pérdida apreciable de hidrógeno; y extraer la muestra de la parte superior del depósito o del conservador en lugar de la válvula de drenaje inferior, lo que da lugar a una subestimación de los gases de fallo más pesados. Cualquier resultado que muestre una relación O2/N2 superior a 0,5 en un transformador de tanque sellado debe rechazarse y debe recogerse una nueva muestra antes de tomar cualquier decisión de mantenimiento.
Un transformador de línea (OLTC) que comparte aceite con el depósito principal genera un ruido de fondo persistente de C2H2 debido a los arcos eléctricos normales que se producen durante los cambios de toma. Este ruido de fondo debe establecerse como referencia específica de la unidad, en lugar de compararse directamente con las tablas estándar del IEEE o la IEC.
