Modelado del proceso de impregnación en transformadores de potencia inmersos en diferentes líquidos dieléctricos

Abstract

RESUMEN: El aislamiento de celulosa utilizado en un transformador de potencia está compuesto de fibras de madera refinadas, y entre las fibras quedan algunos espacios de aire. Es muy importante que todos estos huecos se impregnen en su totalidad durante la fabricación del transformador, ya que es la manera de que se eviten las posibles descargas parciales que se pueden dar durante la operación a elevado voltaje. Tradicionalmente, el aceite mineral se ha utilizado para este propósito con excelentes resultados. Sin embargo, su uso supone una serie de desventajas, las principales son su falta de biodegradabilidad, lo que supone un grave problema medioambiental, debido a la millones de toneladas que usan al año, de las cuales se producen vertidos al suelo y agua, que alteran la estabilidad de la zona. Por otro lado, son materiales con riesgo de inflamabilidad en procesos a muy alta energía, lo que ha supuesto explosiones e importantes daños en el transporte de energía eléctrica, lo que conlleva considerables consecuencias. Por todo ello, se buscan alternativas que no supongan un problema ambiental y que den los mismos resultados o mejores que el aceite mineral. La opción más viable hasta el momento son los esteres naturales, de origen vegetal, que se están introduciendo en los transformadores de alta tensión. Estos aceites son capaces de aislar eléctricamente y refrigerar las partes activas del transformador de mejor forma que el aceite mineral. Sin embargo, destacan por biodegradabilidad y estabilidad térmica, lo que los hacen idóneos para esta función. El lado negativo es su viscosidad, que influye negativamente en el proceso de impregnación, retrasando su implantación. En este Trabajo de Fin de Grado, se trata el estudio del proceso de impregnación. En primer lugar, se realiza una simulación computacional, que se contrasta con el proceso realizado en un entorno real, para finalmente estudiar cómo afecta la temperatura a la viscosidad del éster natural y como varia la velocidad del proceso.

ABSTRACT: The cellulose insulation used in a power transformer is made of refined wood fibres, and some air gaps are left between the fibres. It is very important that all these gaps are fully impregnated during the manufacture of the transformer, as this is the way to avoid possible partial discharges that may occur during high voltage operation. Traditionally, mineral oil has been used for this purpose with excellent results. However, its use involves a series of disadvantages, the main ones being its lack of biodegradability, which is a serious environmental problem, due to the millions of tonnes used each year, of which there are discharges into the soil and water, which alter the stability of the area. On the other hand, they are materials with a risk of flammability in very high energy processes, which has led to explosions and significant damage in the transport of electrical energy, with considerable consequences. For all these reasons, alternatives are being sought that do not pose an environmental problem and that give the same or better results than mineral oil. The most viable option so far are natural, vegetable-based esters, which are being introduced in high-voltage transformers. These oils are able to electrically insulate and cool the active parts of the transformer better than mineral oil. However, they excel in biodegradability and thermal stability, which makes them ideal for this function. On the negative side, their viscosity has a negative influence on the impregnation process, which delays their implementation. This Project deals with the study of the impregnation process. Firstly, a computational simulation is carried out, which is contrasted with the process carried out in a real environment, to finally study how the temperature affects the viscosity of the natural ester and how the speed of the process varies.