La Importancia de la Exactitud, Precisión y Predictibilidad en el Análisis de Gases Disueltos
Autores:
Kate Vacca – Gerente de Producto, Analizadores de Gases Disueltos
Mark Gross – Director Regional NAM, Experto en Análisis de Gases Disueltos
En los programas modernos de monitoreo de transformadores, el valor del análisis de gases disueltos (DGA) depende de un requisito fundamental: la exactitud. Los métodos de diagnóstico y el análisis de tendencias dependen de mediciones de gases precisas y repetibles para distinguir entre el comportamiento operativo normal y los posibles modos de falla asociados con el estrés eléctrico o térmico en desarrollo. Cuando las mediciones carecen de precisión, la confianza diagnóstica se reduce drásticamente y la toma de decisiones se vuelve más difícil.
El DGA no es simplemente un análisis "multigas"; es un conjunto completo de mediciones individuales de gases clave y únicos que deben ser coherentes. Estos datos se utilizan como referencias independientes y en relaciones entre sí, por lo que la certeza de medición es crítica. Para muchas aplicaciones, el DGA involucra ocho gases asociados con modos de falla específicos más nitrógeno, y estos valores deben producirse a través de una cadena de medición única y consistente para garantizar la correlación y la integridad general de la medición. La combinación de múltiples tecnologías de medición puede complicar la interpretación de los resultados.
Por esta razón, la exactitud sigue siendo un referente crítico en todas las tecnologías de DGA, y es por ello que la cromatografía de gases (GC) es ampliamente reconocida como el Método de Referencia para la medición de gases disueltos. Esto se debe a que separa físicamente cada gas antes de la medición basándose en principios fundamentales y luego utiliza tecnologías de detección estables y probadas. Esa separación reduce la interferencia cruzada y proporciona valores de concentración precisos, esenciales para un diagnóstico confiable. Por esta razón, la GC es el enfoque de medición referenciado junto con el DGA de laboratorio en las guías de la industria más utilizadas (CIGRE, IEEE, IECi), y es el único método utilizado en laboratorios para el análisis de gases disueltos.
La precisión es importante no solo para los gases primarios asociados con los modos de falla, sino también para el oxígeno y el hidrógeno. El hidrógeno es un gas indicador clave que aparece con los primeros signos de actividad eléctrica o térmica anormal y, aunque no se utiliza en relaciones o triángulos, es un indicador temprano ampliamente usado en el monitoreo del estado de los activos. El oxígeno (y el nitrógeno) también proporciona información importante sobre la integridad del sello y la entrada de aire. Aunque no son indicadores directos de modos de falla, si el oxígeno y el nitrógeno no se contabilizan adecuadamente, pueden influir en la interpretación diagnóstica e introducir incertidumbre.
Aquí es donde las diferencias tecnológicas comienzan a importar. Los enfoques infrarrojos y adyacentes al IR utilizados en el DGA en línea, incluidas las familias PAS, NDIR y FTIR, miden gases mediante absorción óptica en lugar de separación física. En todas las arquitecturas basadas en IR, solo se puede medir un subconjunto de gases asociados con modos de falla porque las moléculas diatómicas no absorben energía infrarroja. Como resultado, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno solo pueden manejarse con tecnologías de sensores separadas, como sensores de estado sólido o electroquímicos.
Los sistemas que dependen de filtros ópticos fijos o bandas de absorción amplias también son más susceptibles a interferencias cruzadas de otros gases y compuestos presentes en el aceite, particularmente cuando los gases de fondo que absorben energía infrarroja están presentes en concentraciones elevadasii. No hay forma de anticipar estos compuestos interferentes sin pruebas de aceite previas y continuas.
A diferencia de la GC, todos los enfoques infrarrojos miden características de absorción superpuestas en lugar de aislar cada gas de forma independiente. Como resultado, los sistemas basados en IR dependen más de algoritmos de compensación, múltiples rutas de calibración y suposiciones sobre las condiciones de fondo. Esto hace que la validación cuidadosa y la garantía de exactitud sean especialmente importantes cuando las tecnologías IR se aplican en aplicaciones donde se requiere una identificación y diferenciación precisas de los modos de falla.
Por el contrario, la GC es la única tecnología de DGA en la que todos los gases asociados con modos de falla, junto con el hidrógeno y el oxígeno, se obtienen a través de un único marco de separación cromatográfica y detección. El nitrógeno se determina por separado como un valor calculado basado en la composición de gases medida combinada dentro del mismo sistema de medición coherente. Medir el conjunto completo de gases dentro de un sistema de medición coherente respalda la correlación, consistencia y exactitud de todos los gases utilizados en el diagnóstico DGA.
En muchas discusiones sobre DGA en línea, el rendimiento a veces se describe en términos de tendencias en lugar de exactitud. Esto se debe frecuentemente a que los cambios relativos a lo largo del tiempo pueden parecer útiles incluso cuando la exactitud absoluta de la medición es incierta. Sin embargo, el análisis de tendencias por sí solo no confirma que las concentraciones de gas reportadas estén cerca de sus valores reales. Sin una exactitud validada, el movimiento consistente de los datos puede reflejar sesgo del sensor, desviaciones o interferencias cruzadas en lugar de cambios reales dentro del transformador.
Los estándares de la industria y la práctica de laboratorio hacen una distinción clara aquí. La exactitud, tal como se define en ISO 5725-1iii, se refiere a la proximidad al valor verdadero e incluye tanto la veracidad como la precisión. La veracidad solo puede establecerse mediante comparación con un Método de Referencia aceptado. Para el análisis de gases disueltos, las pruebas de laboratorio utilizan la cromatografía de gases como Método de Referencia, que está explícitamente referenciada en las guías de IEC, IEEE y CIGRE y sigue siendo la base del diagnóstico DGA en todo el mundo. Como resultado, la validación de la exactitud del DGA en línea requiere en última instancia correlación con los resultados de GC de laboratorio.
El análisis de tendencias puede proporcionar una orientación direccional, pero solo la exactitud validada garantiza que los umbrales de diagnóstico, la identificación de modos de falla y las decisiones de mantenimiento se basen en mediciones confiables y no en movimientos relativos únicamente. Si las desviaciones y la deriva son inaceptables para otros instrumentos de monitoreo como temperatura, corriente o factor de potencia, es razonable aplicar la misma expectativa para las mediciones de gases disueltos calibradas y consistentes.
El propósito del DGA es fundamentalmente identificar los modos de falla de manera temprana, razón por la cual la exactitud es tan importante. Sin suficiente exactitud, los resultados pueden desplazarse dentro de herramientas de diagnóstico como los Triángulos y Pentágonos de Duval, lo que puede cambiar la clasificación del modo de falla reportado. Esto se ha vuelto aún más crítico con las últimas mejoras del Dr. Duval, en las que las áreas asociadas con ciertos modos de falla se han dividido en subáreas. Esto ha reducido el área total asociada con cada modo de falla y ha hecho que la exactitud sea aún más importante para evitar interpretaciones incorrectas. Por ejemplo, la carbonización se ha dividido en las regiones C1, C2 y C3.
Además, todos los sistemas DGA requieren mantenimiento para mantener la integridad de la medición, ya sea un gas portador, un sistema de calibración, un ventilador mecánico, filtros de luz o piezas de sensores. La distinción clave no es si existe mantenimiento, sino cómo se gestiona. Cuando el mantenimiento está basado en condiciones y se realiza a través de programas de servicio estructurados, se vuelve predecible y transparente en lugar de reactivo. La predictibilidad permite a las empresas de servicios públicos planificar las actividades de mantenimiento con confianza, evitar intervenciones innecesarias y garantizar una calidad de medición consistente. Como con todos los sistemas precisos, el mantenimiento y la calibración son esperados, pero los mejores sistemas proporcionan visibilidad anticipada para evitar decisiones y movilizaciones reactivas y costosas.
En la práctica, la exactitud y el mantenimiento predecible no son compromisos. Son elementos esenciales de un diagnóstico de transformadores confiable y de la confianza a largo plazo en los activos. En conjunto, esa es la razón por la que la GC ha sido y sigue siendo el estándar de referencia para la medición de gases disueltos, tanto en el campo como en el laboratorio.
i Algunos ejemplos son CIGRE Technical Brochure 783, XXVIII SNPTEE Technical Paper, IEEE Std C57.104, IEC 60567
ii Las técnicas de DGA basadas en infrarrojo dependen de características de absorción superpuestas y son inherentemente susceptibles a interferencias cruzadas de gases de fondo y compuestos presentes en el aceite, cuya presencia y concentración dependen de la química y el envejecimiento del aceite del transformador. See Dai et al., Frontiers in Physics (2025); Tang et al., Energies (2018); Valaskivi, Aalto University (2025).
iii ISO 5725-1:2023, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General principles and definitions. [iso.org]
