Abaratar y secar - inter electricas

Abaratar y secar
El secado por corriente de baja frecuencia puede reducir a la
mitad los costes de energía
Günther Rindlisbacher, Risto Vuolle
Eliminar eficazmente la humedad del aislamiento de papel
es un proceso clave en la fabricación de transformadores.
Un buen secado del material aislante es esencial para
satisfacer los requisitos dieléctricos y garantizar al usuario
un funcionamiento sin problemas.
LFH (Low Frequency Heating) es un avanzado proceso
de secado del aislamiento de transformadores basado en
la introducción de una corriente controlada de baja
frecuencia en los devanados de alta tensión (HV) del
transformador.
El sistema es mejor y más rápido que los métodos
convencionales de secado con aceite caliente y vacío,
reduce los costes de energía nada menos que a la mitad,
y acelera el proceso de producción.
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Revista ABB 3/2005
Abaratar y secar
U
na vez construido un transformador
de distribución o de potencia es
preciso secar perfectamente el
aislamiento sólido de su interior, antes
de sumergirlo en aceite aislante.
Este material aislante es principalmente
celulosa, compuesta por una larga
cadena de anillos de glucosa. Si no se
seca correctamente, el rendimiento del
aislamiento se deteriora y con ello se
reduce la resistencia eléctrica y
mecánica del transformador.
Para secar el aislamiento en transformadores de gran potencia se siguen normalmente los métodos de circulación de
aire caliente y de secado en fase de
vapor, en ambos casos en cámara de
vacío. Para los transformadores de
diseño especial, conocidos como transformadores acorazados, se aplica el
método de secado por rociado de aceite
caliente.
Sin embargo, con independencia del
método que se utilice, el proceso de
secado en sí es caro y consume mucha
energía. La duración del proceso y el
consumo total de energía son, por
consiguiente, factores decisivos al elegir
el procedimiento de secado más conveniente.
National Industry of Norway construyó
entre 1984 y 1987 las primeras plantas
de secado de transformadores de distribución por calentamiento a baja frecuencia (LFH, Low Frequency Heating).
ABB Switzerland Ltd. Micafil perfeccionó por su parte el método LFH para el
secado de transformadores de pequeña
potencia en fábrica y de transformadores de gran potencia en la sede del
usuario.
En lugar de usar aire caliente o vapor de
disolvente como medios principales de
transporte de calor, el transformador se
calienta por dentro con una corriente de
baja frecuencia alimentada a los devanados de alta tensión (HV).
Para los transformadores mayores se
combinan los métodos LFH y de circulación de aire caliente.
1
Configuración básica del equipo LFH.
Sistema principal de control
con cabina de
control y ordenador
P
P
Grupo de bombas de vacío
Transformadores con
devanados BT cortos
L
L
L
L
L
Convertidores
LF
LF
LF
HF HF
3x400 (50HZ)
Cámara de vacio
alimentacíon de
energía
A baja frecuencia (0,4 – 2 Hz) y baja
impedancia se evitan problemas de alta
tensión y el acoplamiento magnético
asegura una corriente controlable en el
devanado LV que puede calentarse
hasta las temperaturas típicas de secado
de 110 a 120°C, de modo análogo a una
instalación de secado de fase de vapor.
Se necesitan controles especiales para
supervisar minuciosamente el proceso
de secado, especialmente la temperatura
de los devanados, para evitar la formación de puntos calientes y los daños en
el aislamiento. ABB Micafil utiliza un
avanzado sistema de control y supervi-
2
sión del proceso que vigila continuamente corrientes, tensiones y resistencias, así como niveles de vacío.
Los niveles de vacío se han de controlar
debido a que en este medio las tensiones de ruptura son menores; las temperaturas de los devanados de alta y baja
tensión se supervisan continuamente
para garantizar un proceso optimizado.
El sistema lleva a cabo lecturas sumamente precisas de la temperatura de
ambos devanados HV y LV y permite
que los devanados HV se calienten por
separado si su temperatura es inferior a
la de los devanados LV.
Autoclave de campana con sistema calefactor por corriente de baja frecuencia para el
secado de transformadores de distribución.
El concepto LFH en funcionamiento
La temperatura del material secante y el
nivel de vacío son los principales factores que influyen en la velocidad y calidad del secado.
El proceso LFH de ABB Micafil calienta
uniformemente desde el interior los
devanados de alta tensión (HV) y de
baja tensión (LV) del transformador,
aplicando una corriente de baja frecuencia con bajos niveles de tensión a través
de los devanados HV, mientras los devanados de baja tensión (LV) permanecen
cortocircuitados.
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Abaratar y secar
¿Por qué hacerlo de esta manera?
Porque la calidad del aislamiento del
transformador es mucho mejor utilizando calor de corriente de baja frecuencia
como agente de secado, en comparación con el sistema más convencional
de vacío y aire caliente.
La razón está en que el calor se genera
en los devanados, el lugar perfecto para
difundir la humedad fuera del aislamiento. Además, la temperatura en los devanados se puede controlar con precisión.
Esto significa que se pueden conseguir
tiempos de proceso considerablemente
más cortos que con las técnicas convencionales de secado que utilizan aire
caliente y vacío, y que además se consiguen ahorros de energía de hasta el
50 por ciento, lo cual equivale a unos
2.000 KWh menos consumidos en el
secado de cada transformador de
pequeña potencia.
Como en cualquier sistema convencional de secado, el sistema calefactor LFH
es parte de la instalación de secado,
consistente en un autoclave de vacío o
un tanque de transformador de bajo
vacío, un sistema de bombeo de vacío
1 , etc.
Plantas LFH para diferentes
aplicaciones
Secado de transformadores de
distribución de 25 a 2.500 KVA1)
El calentamiento por resistencia mediante el método LFH aplicado a los transformadores de distribución simplifica la
estructura de la planta, compuesta por
un autoclave de campana 2 , una plataforma con la bomba de vacío, convertidores LFH para calentar internamente
los transformadores y un sistema de
control.
3
Secado de transformadores de
500 KVA a 30 MVA
El secado se realiza en el tanque del
transformador 3 . La corriente de baja
frecuencia se aplica a los terminales HV
con los terminales LV cortocircuitados y
el aire caliente circula a través del transformador por las conexiones flexibles.
Si no es necesario volver a ajustar la
hermeticidad del transformador después
del secado (en función del diseño), se
puede llenar con aceite aislante inmediatamente después de la fase de vacío.
En este caso, la ventaja está en que el
transformador nunca está expuesto a la
atmósfera tras el secado. Una vez que se
ha llenado el transformador con aceite
aislante, se puede utilizar nitrógeno para
presurizar el tanque.
Un sistema de secado convencional con
aire caliente requeriría al menos el doble de tiempo en completar el proceso
de secado. Si un horno pequeño de
secado con circulación de aire caliente
consume 50 kilovatios durante 80 horas
de uso, la energía total necesaria para
secar un transformador de pequeña
potencia es 4.000 KWh.
Si se reduce el tiempo de secado en un
Instalación LFH (Low Frequency Heating) para secar un transformador de pequeña potencia en su propio tanque.
Empalme de vacio
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Inmediatamente después del secado, el
sistema de control llena automáticamente los tanques del transformador con
aceite aislante. En esta aplicación, sólo
los devanados del transformador se calientan con la corriente de baja frecuencia y el autoclave mismo no se calienta.
Por tanto, este método de secado para
transformadores de distribución consume la mínima cantidad de energía y
ofrece más ventajas, como cortos tiempos de secado, alto rendimiento, facilidad de manejo y llenado automático de
aceite tras el proceso de secado.
4
50 por ciento, el ahorro de energía como resultado de secar un sólo transformador con el sistema LFH es al menos
2.000 KWh.
Equipo LFH para el secado de partes
activas de transformadores de potencia
de hasta 100 MVA en un autoclave de
vacío
La modernización de un autoclave de
vacío y aire caliente con el equipo LFH
puede reducir notablemente el tiempo
de secado y mejorar los resultados del
proceso.
Los sistemas de vacío y aire caliente son
muy utilizados para secar transformadores de pequeña potencia; existe un
enorme potencial de mejora y actualización de estos sistemas con el método
LFH.
Equipo LFH para secar transformadores de potencia en las instalaciones
del usuario
Tradicionalmente, los principales
métodos empleados para el secado de
transformadores de potencia in situ han
sido la circulación de aceite caliente y
vacío o, en algunos casos, rociado de
aceite caliente y vacío. Otro método
para secar el aislamiento consiste en
secar el aceite.
El sistema de circulación de aceite
caliente consta de una planta de tratamiento del aceite con un sistema calefactor, bombas de vacío y accesorios.
La potencia requerida para este equipo
puede llegar fácilmente a 100 kilovatios.
Puesto que el aceite caliente tiene límites de temperatura y no existe portador
de calor en el vacío, el secado es extremadamente lento –hasta varias semanas–, con un coste considerable de
energía.
Unidad LFH móvil para el secado de transformadores en la sede
del usuario.
Panel de energia
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Consideraciones de energía e inversión y requisitos de energía térmica y eléctrica.
Comparación de diferentes métodos de secado en términos de tiempo
de proceso, inversión, costes de mantenimiento y energía necesaria.
Maintenance
Investment
Thermal E.
El. Energy
200
200
180
180
160
160
140
140
120
120
100
%
%
Process Time
Energy requirement
El sistema de secado LFH (Low Frequency Heating) requiere un 50 por
ciento menos de energía que el sistema de vacío y aire caliente.
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
HAV
VPD
El sistema calefactor LFH ofrece una
alternativa móvil
El convertidor LFH con su sistema de
control y los accesorios se puede transportar hasta las instalaciones en un contenedor o un camión 4 . El calentamiento y secado del transformador se puede
efectuar en combinación con el sistema
LFH
HAV
convencional de circulación de aceite
caliente o con rociado de aceite caliente.
La combinación de rociado de aceite
caliente y calefactor LFH permite alcanzar temperaturas mucho más altas en los
devanados y los tiempos de secado se
pueden reducir notablemente en com-
Preguntas más frecuentes relativas al calefactor LFH
P. ¿Hay puntos calientes durante el calentamiento LFH?
R. El aumento máximo de corriente y de calor por minuto es supervisado por
el sistema de control. Después de cada etapa de calentamiento se incluye un
tiempo de estabilización con calentamiento intermitente, para permitir que
las temperaturas se igualen a lo largo de los devanados. Las temperaturas de
los devanados de alta y baja tensión se controlan separadamente.
P. ¿Se produce condensación de humedad en las partes frías de acero?
R. No se ha observado condensación de humedad con el equipo funcionando normalmente. El control del proceso y las características especiales del
interior del equipo evitan la condensación.
P. ¿Se contraen los elementos aislantes?
R. En los transformadores nuevos, la contracción depende del diseño del
transformador y del proceso de fabricación de los devanados. Como en otros
procesos de secado, se requiere reajustar la hermeticidad después del secado
LFH, aunque algunos fabricantes han diseñado sus transformadores de distribución y de pequeña potencia de modo que esto sea innecesario, obteniendo
así las máximas ventajas del sistema, ya que los transformadores se pueden
llenar con aceite aislante inmediatamente después del proceso de secado, sin
volver a exponerlos a la presión atmosférica.
P. ¿Cómo se elimina la humedad del aislamiento grueso de papel?
R. Para grandes transformadores de distribución y transformadores de potencia pequeños, el proceso LFH se apoya en la circulación de aire caliente.
Siempre que sea posible se utilizarán elementos aislantes de menor espesor.
Asimismo debe considerarse el presecado de secciones gruesas con posterior
impregnación en aceite.
VPD
LFH
LFH+HAV
LFH in tank
paración con la circulación convencional de aceite caliente, al tiempo que se
consiguen valores de humedad por
debajo del 1 por ciento.
El nivel de secado se acerca a los niveles originales alcanzados en la fabricación de los transformadores. En las
instalaciones del usuario se han secado
exitosamente con este método más de
40 transformadores de potencia de hasta
400 MVA.
Las mediciones hechas en transformadores de gran potencia han demostrado
que el índice medio de extracción de
agua es de unos 2,5 litros diarios con el
método convencional de circulación de
aceite caliente y vacío, frente a los 20
litros que se extraen con el método LFH
y rociado de aceite caliente.
Dado un nivel de humedad en el aislamiento de entre el 3 y el 1,5 por ciento,
el método LFH consigue un secado
ocho veces más rápido que los métodos
convencionales con un ahorro enorme
de energía, personal y equipos 5 .
Günter Rindlisbacher
ABB Schweiz AG
guenter.rindlisbacher@ch.abb.com
Risto Vuolle
ABB Schweiz AG
risto.vuolle@ch.abb.com
Footnote
1)
Los grandes transformadores de distribución
tienen una entrada adicional de aire caliente.
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