Triángulo de Duval y Análisis de Gases Disueltos (DGA)
Cómo interpretar los gases disueltos en aceite de transformador para detectar fallas incipientes. El Triángulo de Duval es el método gráfico más robusto según IEC 60599 e IEEE C57.104-2019.
Contenido
01TL;DR
¿Qué es el DGA y cuándo usar el Triángulo de Duval?
El Análisis de Gases Disueltos (DGA) detecta fallas incipientes en transformadores de potencia antes de que provoquen una falla catastrófica. El Triángulo de Duval convierte las concentraciones de CH₄, C₂H₄ y C₂H₂ en un punto gráfico que cae dentro de una de 6 zonas de falla, con mayor robustez que los métodos de razones.
- Desarrollado por Hydro-Québec en los años 70, hoy referenciado en IEC 60599 e IEEE C57.104-2019
- Identifica 6 tipos de falla: descargas parciales (PD), descargas D1/D2 y fallas térmicas T1/T2/T3
- No reemplaza el análisis completo: se combina con tendencias, razones de gases y ensayos eléctricos
- Existen 5 triángulos Duval; el Triángulo 1 aplica a aceite mineral nuevo; los triángulos 4 y 5 complementan para fallas de baja temperatura
02Gases clave y su origen
El aceite mineral del transformador es una mezcla de hidrocarburos que, bajo estrés eléctrico o térmico, se descompone liberando gases característicos. La temperatura a la que se genera cada gas es la huella digital de la falla.
H₂ — Hidrógeno
Gas más sensible. Se genera a temperaturas tan bajas como 120 °C. Indicador primario de descargas parciales y corona.
CH₄ · C₂H₆
Metano y etano dominan en sobrecalentamiento moderado. C₂H₆ aparece alrededor de 150 °C; CH₄ desde 120 °C.
C₂H₄ — Etileno
Gas diagnóstico de sobrecalentamiento mayor a 300 °C. Su proporción relativa define las zonas T2 y T3 en el triángulo.
C₂H₂ — Acetileno
Gas centinela de arco severo. Se forma únicamente por encima de 700 °C. Cualquier detección requiere atención inmediata.
CO · CO₂
Monóxido y dióxido de carbono indican degradación del papel celulósico. La razón CO₂/CO > 10 puede indicar envejecimiento normal; < 3 sugiere falla activa en papel.
TDCG
Total Dissolved Combustible Gas: suma de H₂ + CH₄ + C₂H₂ + C₂H₄ + C₂H₆ + CO. Base de los niveles de condición IEEE C57.104.
03El Triángulo de Duval — metodología y zonas
El método, desarrollado por el Dr. Michel Duval en Hydro-Québec durante los años 70 y publicado en el IEEE Electrical Insulation Magazine, transforma las concentraciones de tres gases en porcentajes relativos y los grafica en un sistema de coordenadas triangulares. La posición del punto dentro del triángulo revela el tipo de falla.
Total = a + b + c
%CH₄ = (a / Total) × 100 | %C₂H₄ = (b / Total) × 100 | %C₂H₂ = (c / Total) × 100
Ejemplo (LESM / caso campo): CH₄ = 69 ppm, C₂H₄ = 10 ppm, C₂H₂ ≈ 0 ppm → Total = 79 ppm
%CH₄ = 87,3% · %C₂H₄ = 12,7% · %C₂H₂ = ~0% → Zona T1 (falla térmica < 300 °C)
Las 6 zonas del Triángulo 1 (IEC 60599 / IEEE C57.104) se delimitan por los siguientes criterios:
| Zona | Descripción | %CH₄ | %C₂H₄ | %C₂H₂ |
|---|---|---|---|---|
| PD | Descarga parcial | ≥ 98% | — | < 2% |
| T1 | Falla térmica < 300 °C | < 98% | < 20% | < 4% |
| T2 | Falla térmica 300–700 °C | — | 20–50% | < 4% |
| T3 | Falla térmica > 700 °C | — | ≥ 50% | < 4% |
| D1 | Descarga de baja energía | < 23% | — | ≥ 13% |
| D2 | Descarga de alta energía / arco | 23–40% | — | 13–29% |
04Los 6 tipos de falla
Cada zona del triángulo corresponde a un mecanismo de degradación diferente, con implicaciones distintas en cuanto a urgencia de intervención.
Descarga Parcial (PD)
Ionización de pequeñas burbujas de gas o zonas con campos eléctricos intensos. Alta concentración de H₂ con metano dominante (>98%). Típica en puntos de alta tensión con geometría desfavorable o contaminación del aceite.
Descarga Baja Energía
Chispas intermitentes o descargas tipo corona de baja energía entre componentes con diferencial de tensión. Genera acetileno significativo pero con baja proporción de etileno.
Descarga Alta Energía / Arco
Arco eléctrico severo entre devanados, cortocircuito entre espiras o falla en el cambiador de tomas. Evento de alta urgencia. Requiere inspección interna inmediata del transformador.
Falla Térmica < 300 °C
Puntos calientes en núcleo o conexiones con aislamiento insuficiente, circulación de corrientes en la cuba, o conductores con contacto deficiente. Genera principalmente CH₄ y C₂H₆.
Falla Térmica 300–700 °C
Sobrecalentamiento severo en conductores, juntas con alta resistencia de contacto o circulación de corriente en estructuras metálicas. El etileno empieza a dominar el espectro de gases.
Falla Térmica > 700 °C
Punto caliente extremo en conductores o en el aceite circundante. El etileno es el gas dominante. Puede provocar carbonización del papel aislante y pérdida irreversible de la vida útil del transformador.
05Triángulos 4 y 5 — complemento diagnóstico
El Triángulo 1 es el punto de entrada. Cuando el diagnóstico inicial indica fallas de baja temperatura (PD, T1 o T2), los Triángulos 4 y 5 de Duval permiten afinar el diagnóstico.
| Triángulo | Gases usados | Cuándo aplicar | Zonas adicionales |
|---|---|---|---|
| Triángulo 1 | CH₄ · C₂H₄ · C₂H₂ | Diagnóstico inicial en cualquier caso | PD · T1 · T2 · T3 · D1 · D2 · DT |
| Triángulo 4 | H₂ · CH₄ · C₂H₆ | Si T1 indica PD, T1 o T2 en el Triángulo 1 | PD · C (carbonización) · O (sobrecalent.) · S (stray) · ND |
| Triángulo 5 | CH₄ · C₂H₄ · C₂H₆ | Si T1 indica T2 o T3 en el Triángulo 1 | O · S · T2 · T3 · ND |
| Triángulo 2 | CH₄ · C₂H₄ · C₂H₂ | Cambiadores de tomas bajo carga (OLTC) | Zonas específicas para contactos de cambiador |
| Triángulo 3 | CH₄ · C₂H₄ · C₂H₂ | Aceites alternativos: FR3, BIOTEMP, Midel | Zonas recalibradas para fluidos no minerales |
06Comparativa de métodos DGA
El Triángulo de Duval no es el único método de interpretación. En la práctica, los ingenieros usan al menos dos métodos en paralelo para validar el diagnóstico.
Ventajas del Triángulo de Duval
- Representación gráfica intuitiva: fácil de interpretar visualmente
- No genera resultados «sin diagnóstico» (como sí ocurre con razones de Rogers)
- Maneja fallas mixtas mejor que los métodos de razones
- Validado internacionalmente y embebido en software de gestión de activos
- Secuencia con Triángulos 4/5 para diagnóstico más fino
Limitaciones a considerar
- Requiere concentraciones significativas de los 3 gases; falla si alguno está en trazas
- Puntos cercanos a fronteras entre zonas generan incertidumbre diagnóstica
- No distingue fallas múltiples simultáneas con claridad
- Las zonas del Triángulo 1 aplican solo a aceite mineral; aceites alternativos requieren Triángulo 3
- Una sola muestra no es suficiente: se requiere análisis de tendencia
| Método | Base diagnóstica | Fortaleza | Limitación principal |
|---|---|---|---|
| Triángulo de Duval | % de CH₄, C₂H₄, C₂H₂ | Diagnóstico gráfico robusto, siempre produce resultado | Ambigüedad en zona frontera |
| Razones de Rogers | CH₄/H₂ · C₂H₄/C₂H₆ · C₂H₂/C₂H₄ | Buen complemento de confirmación | Puede dar resultado «no clasificable» |
| Gas clave (Key Gas) | Gas dominante en la muestra | Rápido, útil para screening inicial | Poco útil en fallas mixtas o evolutivas |
| Razones IEC 60599 | C₂H₂/C₂H₄ · CH₄/H₂ · C₂H₄/C₂H₆ | Sólido respaldo normativo IEC | Similar a Rogers, puede quedar sin resultado |
07Procedimiento de interpretación paso a paso
Este flujo de trabajo integra el Triángulo de Duval dentro del marco más amplio de la IEEE C57.104-2019.
- Toma de muestra y cromatografía de gases Extraer muestra de aceite según IEC 60567. Analizar en laboratorio por cromatografía de gases (GC): H₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, CO, CO₂. Verificar la cadena de custodia y el tiempo entre toma y análisis (< 72 h recomendado).
- Evaluar niveles absolutos y TDCG (IEEE C57.104) Calcular el TDCG. Clasificar el transformador en uno de los 4 niveles de condición. Si TDCG < 720 ppm y todos los gases individuales están bajo límites normales → Condición 1 (normal).
- Calcular porcentajes para el Triángulo 1 Tomar solo CH₄, C₂H₄ y C₂H₂. Sumar los tres valores. Dividir cada uno por el total y multiplicar por 100.
- Graficar en el Triángulo 1 e identificar la zona Ubicar el punto en el triángulo según los ejes de coordenadas triangulares. Determinar si el punto cae claramente en una zona (PD, T1, T2, T3, D1, D2) o en zona frontera.
- Aplicar Triángulo 4 o 5 si corresponde Si Triángulo 1 indica PD, T1 o T2 → aplicar Triángulo 4 (H₂, CH₄, C₂H₆). Si Triángulo 1 indica T2 o T3 → aplicar Triángulo 5 (CH₄, C₂H₄, C₂H₆). No aplicar en caso de D1 o D2.
- Cruzar con CO, CO₂ y razón CO₂/CO CO₂/CO > 10: envejecimiento normal de papel. CO₂/CO entre 3 y 10: zona de atención. CO₂/CO < 3: falla activa en aislamiento de papel (celulosa degradándose).
- Analizar la tendencia histórica Comparar con muestras anteriores. Calcular la tasa de incremento (ppm/mes). Un incremento acelerado es más alarmante que un nivel absoluto alto pero estable.
- Decidir la acción Condición 1: muestreo anual. Condición 2: incrementar frecuencia de muestreo. Condición 3: alta frecuencia + planificar inspección. Condición 4 o D2 confirmado: evaluar retiro del servicio e inspección interna.
08Normas de referencia
Condición 1 (operación normal): TDCG < 720 ppm · H₂ < 100 ppm · CH₄ < 120 ppm · C₂H₂ < 35 ppm · C₂H₄ < 50 ppm · C₂H₆ < 65 ppm · CO < 350 ppm · CO₂ < 2500 ppm
Conclusiones
El Triángulo de Duval es hoy el método gráfico más sólido para interpretar el DGA en transformadores de potencia. Su fortaleza radica en que siempre produce un diagnóstico, maneja fallas mixtas mejor que los métodos de razones y tiene validación extensa en la base de datos IEC/CIGRE. Sin embargo, es una herramienta de primer diagnóstico, no un oráculo definitivo.
- Usar el Triángulo 1 como punto de entrada; los triángulos 4 y 5 refinan el diagnóstico para fallas térmicas y de baja temperatura
- Cruzar siempre con los niveles absolutos de IEEE C57.104-2019 y la tendencia histórica de gases
- C₂H₂ en cualquier concentración significativa = acción inmediata: es el único gas que no admite espera
- El análisis de CO/CO₂ es complementario imprescindible para evaluar el estado del aislamiento de papel
- Para aceites alternativos (FR3, BIOTEMP, Midel), usar el Triángulo 3, cuyas zonas están recalibradas para estos fluidos
Referencias
- IEC 60599:2022 — Mineral oil-filled electrical equipment in service — Guidance on the interpretation of dissolved and free gases analysis. IEC, 2022.
- IEEE Std C57.104-2019 — Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers. IEEE Power & Energy Society, 2019.
- IEC 60567:2011 — Oil-filled electrical equipment — Sampling of gases and of oil for analysis of free and dissolved gases — Guidance. IEC, 2011.
- Duval, M. (2002). A review of faults detectable by gas-in-oil analysis in transformers. IEEE Electrical Insulation Magazine, 18(3), 8–17.
- Duval, M., & de Pablo, A. (2001). Interpretation of gas-in-oil analysis using new IEC publication 60599 and IEC TC 10 databases. CIGRÉ Session.
- Duval, M. (2008). The Duval Triangle for load tap changers, non-mineral oils and low temperature faults in transformers. IEEE Electrical Insulation Magazine, 24(6), 22–29.
- CIGRÉ Working Group A2.43. DGA in Non-Mineral Oils and Load Tap Changers and Improved DGA Diagnosis Criteria. TB 771, 2019.
