Entendiendo la incertidumbre en el Monitoreo de Gases Disueltos

A pesar de no ser ciencia exacta, el monitoreo de gases disueltos en el aceite (AGD) ha sido utilizado durante décadas para evaluar las condiciones de los transformadores. El monitoreo en línea ha estado disponible desde los finales de la década de los 90 y hoy en día existen diversos monitores de gases en el mercado. El reto para los dueños de transformadores radica en que cada uno tiene sus propias especificaciones técnicas haciendo difícil la comparación de las diferentes opciones, para complicar más este escenario el AGD en laboratorio también juega un papel.

Consejo: Descargue la nota técnica disponible en el enlace al final de este blog.

Midiendo la exactitud

Los resultados de AGD inexactos pueden provocar el diagnóstico inadecuado de fallas, de manera particular si las relaciones de gases están cerca de la frontera de una zona de falla. Adicionalmente los resultados inexactos pueden ocasionar que se tomen acciones incorrectas cuando los valores de concentración de gases están cerca de los valores de alarma utilizados en la empresa eléctrica. Lo anterior hace esencial entender la incertidumbre y el evaluar el desempeño de las mediciones.

El desempeño de una medición es definido por dinámicas como el rango de medición, el tiempo de respuesta, la sensibilidad, la exactitud y la estabilidad ante condiciones ambientales difíciles y el envejecimiento de los activos. De las anteriores, la exactitud es considerada normalmente la cualidad más importante, es también la más difícil de especificar, puede incluir o no la repetitividad, la cual se define como la propiedad de medir valores similares cuando la medición se realiza de manera repetida en condiciones constantes., sin embargo, no incluye la estabilidad a largo plazo. La repetitividad por sí misma es una fuente menor de incertidumbre y si la especificación no incluye otras fuentes de incertidumbre, puede proporcionar una falsa impresión del desempeño de la medición en la aplicación real.

Laboratorios AGD

Los laboratorios AGD son afectados por diferentes factores: desde la calidad de la muestra del aceite hasta la calidad del equipo, los estándares utilizados para el análisis y el error humano, el cual está siempre presente cuando se utilizan procedimientos manuales. Las fuentes de incertidumbre más comunes incluyen el método y la calidad de la muestra de aceite, el método de extracción del gas, los coeficientes de partición de gases utilizados, los estándares aplicados, etc. También es importante entender que una medición no puede ser más exacta que la referencia utilizada en la calibración.

La fuente de incertidumbre más importante es la calidad de la muestra. Una cantidad significativa de gases como el H2 y el CO se pueden escapar del aceite, de igual manera gases ambientales como el oxígeno y el nitrógeno pueden contaminar la muestra, todo lo anterior conlleva a un análisis erróneo en el laboratorio.  Es esencial que el aceite no entre en contacto con el aire en ningún punto durante la recolección de la muestra y que el contenedor se llene completamente.  La mejor manera de asegurarse de lo anterior no ocurra es utilizando jeringas o botellas de aluminio de alta calidad, las cuales pueden tolerar, por ejemplo, variaciones de presión durante el transporte aéreo.

El estándar IEC 60567 recomienda que cada laboratorio debe de determinar su propia exactitud o incertidumbre haciendo disponible dicha información a sus usuarios, lo cual es un requerimiento para los laboratorios acreditados. Si no existen números oficiales en cuanto a incertidumbre, vale la pena preguntar al laboratorio si han participado en alguna comparación internacional inter-laboratorios (round robin test) y si los resultados están disponibles.

Lo anterior brinda una buena indicación del nivel de incertidumbre aproximado. Existen dos estándares típicamente utilizados en laboratorios globales: IEC 60567 y ASTM D3612, es importante resaltar que dichos estándares calculan el volumen de gas a diferentes temperaturas, 0 °C y 20 °C respectivamente, causando una diferencia de ~8% en concentraciones definidas en muestras idénticas, lo cual ha sido tomado en cuenta cuando se comparan los resultados de AGD entre un monitor y un laboratorio. Todos los valores medidos en ppm deben ser convertidos a la misma condición, ya sea 20 °C (IEC) o 0 °C (ASTM), dependiendo de la preferencia.

Monitores de AGD en línea

Los monitores en línea, que miden los 7 gases de falla, pueden identificar en etapa temprana todos los tipos de falla interna en los transformadores, mismas que pudieran pasar inadvertidas entre intervalos de muestreo de aceite. En el análisis de laboratorio, con la finalidad de obtener información útil para evaluar la condición del transformador, cada muestra de aceite debe ser representativa. Con los monitores en línea existe mayor flexibilidad y se puede promediar, para asegurarse de la confiablidad de los datos para el diagnóstico. Sin promediar, los datos se pueden utilizar para diagnosticar una falla en evolución. Dando seguimiento a la tasa de cambio de los gases a través del monitoreo en línea hace más confiable el diagnóstico en comparación con las muestras de laboratorio.

La mayoría de los monitores tienen especificada su exactitud en el punto de calibración, contra patrones trazables de gases de referencia, algunos fabricantes utilizan estándares gas-en-aceite para dicho propósito. Un monitor AGD debe estar siempre acompañado de su certificado de calibración, donde se muestre la diferencia entre las mediciones del monitor y la referencia, de manera adicional se debe de especificar el método de referencia utilizado y si la calibración es trazable a referencias internacionales o no. Sin embargo, las especificaciones de exactitud no son directamente aplicables a un transformador real en operación dado que el aceite en un transformador y sus coeficientes de partición no serán los mismos que los utilizados para calibrar el monitor. La mejor manera de tener una imagen verdadera del desempeño del monitor es probándolo durante un periodo más largo, por ejemplo 6 meses en un transformador en operación, de manera simultánea se recomienda tomar tres o cuatro muestras de aceite, preferentemente por dos laboratorios independientes capaces de suministrar valores de incertidumbre de sus propios procesos.

Comparando los resultados de AGD del monitor en línea contra el laboratorio

Cuando se evalúa un monitor en línea comparándolo contra referencias de laboratorio, se deben de tomar en cuenta la calidad de las muestras y la incertidumbre en los procedimientos del laboratorio. Además, es importante recordar que cada método de análisis, ya sea en un laboratorio o en un monitor en línea tiene sus incertidumbres. Esto debe ser considerado al comparar los resultados para llegar a conclusiones con respecto al desempeño de un monitor. Se debe de recordar que existirán diferencias en los resultados.  Inclusive si la muestra es perfecta se puede tener una desviación significativa si los métodos utilizados siguen estándares diferentes.

Nota técnica AGD

Descargue la nota técnica para obtener una panorámica completa con respecto a los principales retos y lo último en conocimiento relacionado a los aspectos a ser considerados cuando se utiliza el método de AGD para evaluar la condición de un transformador, así como recomendaciones cuando se comparan diferentes fuentes.

The world of DGA - and its uncertainties (pdf)