Análisis de la degradación de los materiales aislantes en transformadores inmersos en líquidos biodegradables

Abstract

Los transformadores de potencia son elementos esenciales en los sistemas eléctricos refrigerados tradicionalmente con aceite mineral. Debido a la baja biodegradabilidad y riesgo de incendio de estos aceites, se han buscado alternativas, destacando los ésteres naturales y sintéticos. Sin embargo, hay incertidumbre sobre su comportamiento a largo plazo y su compatibilidad con los aislantes sólidos del transformador. En este trabajo se analizó la degradación de cuatro ésteres naturales y uno sintético, sometiéndolos a estrés térmico acelerado. También se investigó el envejecimiento de los aislantes sólidos, ya que determinan la vida útil del transformador. Además, se desarrollaron modelos matemáticos para predecir la degradación de los materiales en función de la temperatura de operación. Los resultados demostraron que los ésteres cumplen los requisitos térmicos, químicos y dieléctricos necesarios para su uso en transformadores de potencia. Sin embargo, se requiere más investigación con nuevos materiales sólidos, ya que influyen en el comportamiento de los fluidos. Este estudio respalda la viabilidad de los ésteres como una opción de refrigeración en transformadores, superando las limitaciones de los aceites minerales.

Power transformers play a crucial role in electrical systems, facilitating efficient energy transportation and safe usage. Traditionally, these transformers have been cooled using mineral oil, which is derived from petroleum, environmentally harmful, and has a low fire risk. However, the use of natural and synthetic esters as an alternative cooling medium is limited due to insufficient understanding of their long-term behaviour and compatibility with solid insulation materials. This study investigated the degradation of five commercial esters (four natural and one synthetic) under accelerated thermal ageing conditions. Additionally, the ageing of solid insulating materials, which significantly impact transformer lifespan, was examined. Mathematical models were developed to predict the degradation of the materials based on equipment operating temperature. The results confirmed that esters meet the necessary thermal, chemical, and dielectric requirements for use in power transformers. However, further research is needed to explore the behaviour of esters with new solid materials.