Información Técnica
Transformadores Eléctricos de Aceite y Papel
de Requisito para Adsorber Desecantes de Alta
Calidad para Prolongar la Vida de
Transformadores
Dr. Mark Moskovitz y
Mary Beth Dawson
Un suministro
ininterrumpido de electricidad es una necesidad
para los países en desarrollo. Simplemente, sin
electricidad, la economía mundial se detiene
molienda. Esta demanda de energía que continua y
es confiable, requiere la máxima eficiencia y la
esperanza de vida de todos los componentes de la
red eléctrica. La red eléctrica es una red de
líneas eléctricas que distribuyen electricidad
de las centrales eléctricas a particulares y
empresas. El "Smart Grid", un moderno concepto
promovido por el Departamento de Energía de
EE.UU., incorpora en ambos sentidos la
tecnología digital a fin de mejorar la
eficiencia, confiabilidad y seguridad de la red
eléctrica de nuestro país. Utilizando el
concepto de redes inteligentes, los flujos de
energía pueden ser eliminados mediante un
control estricto de uso de energía en una región
determinada. El concepto de redes inteligentes
se centra en la reducción del consumo total de
energía, así como incrementar la comunicación en
el sistema de distribución de electricidad.
¿Qué diferentes
fuentes de generación de electricidad contribuye
a la red eléctrica?
El camino por
el cual todos los recursos (distintos de la
energía fotovoltaica) generan la electricidad se
basa en el principio de Faraday de la inducción
electromagnética. El movimiento del viento, el
agua o el vapor hace girar una turbina conectada
al rotor principal de un generador. A medida que
el rotor gira la armadura, un conjunto de
bobinas de cobre vuelve dentro de un campo
magnético, induciendo la tensión y la generación
de electricidad. Las centrales eléctricas
entregan esta energía eléctrica a partir de
recursos no renovables y renovables, en forma de
corriente continua (DC). Los recursos no
renovables son los combustibles fósiles (carbón,
petróleo y gas natural) y la energía nuclear
obtenidos por reacción de fisión nuclear libera
alrededor de 200 millones de electrón voltios (MeV)
de energía, además de los residuos radiactivos.
El agua calentada por la liberación de energía
de la fisión nuclear y la quema de combustibles
fósiles libera dióxido de carbono a la atmósfera,
contribuyendo a las emisiones de gases de efecto
invernadero y el calentamiento global. Los
científicos ahora están recurriendo a los
recursos de reposición natural como fuentes
alternativas de energía. Los recursos renovables
incluyen hidroeléctrica, eólica, biomasa,
geotérmica, mareomotriz y la energía solar.
Energía
Hidroeléctrica
Generación de
energía hidroeléctrica requiere una diferencia
de altura en un cuerpo de agua. La diferencia de
altura entre el agua almacenada y turbinas
denota energía potencial. Como el agua fluye
hacia abajo a través de una tubería llamada
tubería de carga, la energía cinética del agua
que cae se convierte en energía mecánica al
pasar por una turbina conectada a un generador.
En algunas instalaciones de energía
hidroeléctrica, cuando la demanda de los
clientes de la electricidad es tan baja como en
la noche, el agua es bombeada hacia arriba a una
agrupación de almacenamiento en un proceso
llamado la acumulación por bombeo y se utiliza
más tarde para generar electricidad durante las
horas de mayor demanda. Plantas hidroeléctricas
son capaces de producir grandes cantidades de
energía confiable cuando la demanda de
electricidad está en su nivel más alto.
Energía Eólica
En cierto
sentido, la energía eólica se convierte de una
energía solar. Como la luz del sol calienta el
aire y el aire caliente asciende, el aire frío
ocupa su lugar, la creación de viento. La
energía cinética del viento se convierte de
mecánica a energía eléctrica mediante el uso de
turbinas eólicas. Cada turbina consta de una
torre de 25-75 metros y una a tres palas
conectado a un concentrador horizontal. Este
centro está conectado a una góndola, que alberga
los componentes eléctricos de la turbina, como
la caja de cambios y el generador. Los sensores
controlan la velocidad del viento y dirección, y
un mecanismo de orientación cambia la dirección
de turbina en el que las aspas siempre afrentan
al viento. La cantidad de energía producida es
relativo al diámetro de las palas, las palas más
largas, mayor es la producción de energía. La
velocidad del viento es también directamente
proporcional a la cantidad de energía producida.
La cantidad de energía generada en vatios es
igual a: 0.5 v3 n r2, donde = la densidad del
aire seco, o 1.225 kg / m 3, v = velocidad del
viento en metros / segundos, y r = radio del
rotor en metros. En pocas palabras, la cantidad
de energía generada es igual a la velocidad del
viento al cubo. La duplicación de la velocidad
del viento, por ejemplo, daría lugar a un
aumento del 800% de la electricidad generada.
Para que una turbina sea viable, la velocidad
del viento debe ser de al menos 8 m / s. Las
fluctuaciones en la producción de energía
ocurren con frecuencia, y velocidad del viento
es también más alto en la noche cuando no hay la
menor demanda de electricidad. Energía adicional
sea malgastado o almacenados en un sistema de
almacenamiento de la batería, el suministro de
electricidad durante las horas de máxima demanda.
Energía de
Biomasa
La biomasa se
refiere a la materia orgánica de plantas y
residuos de animales, tales como la madera, los
cultivos, pasto varilla, estiércol y aguas
residuales. La biomasa se quema, creando el
vapor, que después acciona una turbina conectada
a un generador eléctrico. En un proceso llamado
co-combustión, la biomasa se combina con los
combustibles fósiles y quema para reducir las
emisiones de carbono de una planta de energía.
Sistemas de gasificación también convierten a la
biomasa en gas sintético, o gas de síntesis, que
puede ser quemado para generar electricidad, se
convirtió al de otros combustibles, o se
utilizan como una alternativa al gas natural en
una turbina de gas. La descomposición natural de
la biomasa también libera biogás, una
combinación de dióxido de carbono y gas metano.
El biogás puede ser capturado de lugares como
vertederos y plantas de tratamiento de aguas
residuales y se queman para generar electricidad.
Energía
Geotérmica
La energía
geotérmica se genera de forma natural en las
profundidades de la corteza terrestre, y se
encuentra en los depósitos geotérmicos a lo
largo de los límites de placas. Fuentes de
energía geotérmica crean vapor, convirtiendo las
turbinas para generar electricidad. En las
plantas de vapor seco, el vapor es llevado a la
superficie para mover turbinas, condensada, y
luego vuelven a la tierra. En las plantas de
vapor flash, agua caliente no esté bajo presión
en vapor de encender las turbinas, y luego
vuelven a la tierra como el agua. En las plantas
de ciclo binario, el agua caliente se calienta a
un líquido segundo como el iso-butano, creando
vapor para mover turbinas.
Energía de las
Mareas
Energía de las
mareas es generado por la fuerza de mover el
agua con las mareas barreras y vallas de las
mareas, y las turbinas de mareas. Presas de
mareas suelen ser construido a través de
estuarios. A medida que cambia la marea, el agua
de mar fluye de un lado del dique de contención
a la otra, convirtiendo una turbina para generar
electricidad. Cercas de marea son una serie de
turbinas de eje vertical común construido a
través de los canales entre dos masas de tierra.
Turbinas de mareas son como las turbinas eólicas
bajo el agua. Las corrientes fluyen sobre las
palas de la turbina, generando electricidad.
Energía Solar
La energía
solar puede ser convertida en electricidad, ya
sea directa por forrando las células
fotovoltaicas en los paneles solares, o
indirectamente en las plantas de energía solar.
En una planta de energía solar, la energía se
recoge en colectores solares termos, el
calentamiento de un líquido para crear el vapor
que hace girar turbinas para generar
electricidad.
Las centrales
eléctricas son sólo un componente de la red
eléctrica. Para aumentar el uso de energías
renovables, la capacidad de transmisión de línea
deben ser mejorados. Hay poca o ninguna, las
líneas de transmisión que conecta las plantas de
energía renovable de los recursos de muchas
áreas cubiertas por la red principal. En las
plantas de energía, la electricidad se
distribuye a las subestaciones de transmisión
con transformadores elevadores que convierten la
electricidad a tensiones muy altas. Electricidad
deja plantas eléctricas con las tensiones de
138-765 kilovoltios (kV). Regional de
subestaciones de energía que contienen
transformadores reductores, a continuación,
convertir la electricidad a tensiones más bajas
para su distribución a empresas y hogares
particulares. Las familias reciben tensiones que
van desde 120V-240V de electricidad.
Subestaciones regionales también contienen
interruptores y conmutadores, lo que permite
individual subestaciones ser desconectado de la
red principal cuando sea necesario. Si hay una
sobrecarga de energía, desconectando una región
específica de la red principal evita cortes de
mayor poder que podría propagarse a través de la
red. Un autobús de distribución de cada
subestación, además, divide el poder en
múltiples direcciones.
¿Qué es un
Transformador?
La energía de
las plantas de energía debe ser convertida a un
voltaje considerablemente menor antes de su uso
doméstico y comercial. Los aparatos y los otros
tipos de maquinaria funcionan con tensiones
específicas. Entrega incoherente tensión al
ambiente provoca estrés en los componentes
eléctricos, lo acelera el desgaste y la
descomposición a cabo. Un transformador
eléctrico convierte la energía de alta tensión
de las centrales eléctricas de potencia
utilizable, de menor tensión sin pérdida de
energía. Este proceso se logra mediante la
construcción especializada de las partes de un
transformador. Cada transformador se compone de
un núcleo ferromagnético rodeado de una serie de
bobinas o arrollamientos. La tensión primaria
está conectada al cable de entrada, mientras que
el secundario (s) están conectados al cable de
salida (s). Los devanados por separado envuelto
en papel Kraft o de cartón prensado, asegurando
que todos los flujos de corriente a través de
los bobinados. La alternancia de funcionamiento
corriente a través del bobinado primario crea un
campo magnético que cambia en respuesta a los
cambios en la corriente alterna, la cual genera
un potencial eléctrico en la bobina secundaria
(s). Según la Ley de Faraday de la inducción
electromagnética, emf =-N BA/t, donde emf =
fuerza electromotriz (voltaje inducido), N =
número de vueltas en la bobina, BA = flujo
magnético, y t = tiempo en segundos. En otras
palabras, el número de vueltas en el bobinado
está directamente relacionada con la cantidad de
voltaje inducido en el bobinado. De esta manera,
con base en la relación del número de vueltas en
el devanado primario en función del número de
vueltas en la bobina secundaria, transformadores
son capaces de convertir la energía de alta
tensión a la energía de bajo voltaje.
Complicaciones
con el Rendimiento del Transformador
Fluido
dieléctrico, o el aceite del transformador,
actúa como un sistema de refrigeración para
mantener un transformador de sobrecalentamiento.
Este líquido se mueve verticalmente desde la
parte inferior del transformador a través de los
devanados donde se calienta. Como se recircula a
la parte inferior, se enfría pasando a través de
una serie de radiadores, o las aletas de
enfriamiento y se reutiliza. Aunque el aceite de
transformador tiene una baja afinidad por el
agua, el agua puede acumularse en un
transformador ya sea como independiente o agua
emulsionada en aceite del transformador. Agua
independiente es el agua que ha radicado fuera
del aceite del transformador. Agua emulsionada
está suspendido en aceite del transformador,
pero aún no separada del petróleo. La humedad
puede acumularse debido a fugas en las juntas y
soldaduras, impropia de sellado permite que el
agua entra a la cabina, la insuficiencia de
secado de los transformadores en el momento de
la producción, la mala conservación, y el
envejecimiento natural de los materiales de
aislamiento en el interior del transformador. El
agua debilita la fuerza dieléctrica del aceite y
el aislamiento sólido, y acelera el
envejecimiento del material aislante del
transformador. Por cada duplicación del
contenido de agua, la vida del transformador se
reduce a la mitad.
Aunque una
falla en el transformador se puede producir por
muchas razones, la humedad en el aceite del
transformador sigue siendo uno de los más
comunes, pero puede ser prevenido, causas del
fracaso. Se acelera el envejecimiento de los
transformadores de manera espectacular,
disminuye la constante dieléctrica, y disminuye
la rigidez dieléctrica, la tensión máxima que el
transformador puede soportar sin romperse. El
contenido de agua debe mantenerse por debajo de
10 ppm. El agua es el principal culpable
impactando la vida útil de los transformadores.
Con los
aumentos de temperatura, la solubilidad de
aceite aumenta y agua migra de el aislamiento de
papel y cartón al aceite. El agua es también,
naturalmente, con enlaces de hidrógeno de las
cadenas de hidrocarburos con el envejecimiento
natural. Además, el agua independiente puede
degradar el aislamiento de papel aún más al
debilitar los enlaces de hidrógeno de estas
cadenas de polímeros, con aislamiento degradadas
entonces al aumento del estrés mecánico. La
oxidación del aceite del transformador es
también acelerado por el agua y aumenta la
temperatura. Durante este proceso de degradación,
los ácidos grasos se asientan fuera del aceite y
el resto en las partes del sistema de
aislamiento como los lodos, reduciendo en gran
medida la capacidad del sistema para funcionar.
La oxidación también conduce a la corrosión de
las partes sólidas del transformador,
permitiendo que el aceite se filtre.
El agua
presente en los transformadores también causa
fracturas inducidas por hidrógeno, el
agotamiento de aditivos tales como agentes
dispersantes y de desemulsión; flujo de aceite
restringido debido a las emulsiones, lodos,
cristales de hielo, y la contaminación
microbiana; y resistencia de la película dañada.
El agua reduce la tensión de aceite interfacial
del transformador, llevando a la aireación. La
presencia de aire a su vez, la oxidación de las
causas y la cavitación, el aumento de calor, y
hoja de aceite debilitado. El aceite contaminado
con agua también puede suavizar y fluir de los
cojinetes, causando fugas.
Mantenimiento
de Transformador
Los
transformadores pueden fallar debido a la
formación de arcos eléctricos provocados por
equipos eléctricos sobrecargados, coronas que
resultan en pérdida de potencia, y de
degradación material de aislamiento. Según la
Asociación Internacional de Aseguradores de
Ingeniería, fallas en el aislamiento es la causa
principal de avería del transformador, causada
por un aislamiento insuficiente o defectuoso y
deterioro del aislamiento. Los transformadores
pueden ser supervisados por el análisis de gases
disueltos (DGA) los ensayos, así como el aceite
y las pruebas químicas. DGA utiliza
cromatografía de gases para determinar los
niveles de oxígeno, nitrógeno, dióxido de
carbono, hidrógeno, metano, etano, etileno,
acetileno y gases en el aceite. Con base en
estos niveles, los problemas del transformador
puede ser identificado. Las pruebas químicas
también pueden revelar niveles de humedad, los
contaminantes polares y otros subproductos de la
oxidación en el aceite del transformador. Un
sistema de filtrado en línea puede ejecutar
periódicamente estos exámenes para evitar la
acumulación de contaminantes y mantener las
propiedades aislantes del aceite. Ciertos
modelos de estos sistemas de filtración también
tienen un modo de desgasificación que elimina la
humedad y los gases disueltos en el
transformador cuando sea necesario.
En línea los
sistemas de acondicionamiento de aceite, como
Mark I y Mark II, son capaces de eliminar los
productos de la oxidación polares, la humedad,
ácidos, metales disueltos, oxígeno y otros
productos de la degradación del aislamiento de
aceite del transformador para prolongar la vida
del transformador. Según un estudio sobre el
mantenimiento del transformador de electricidad
se presenta en la actualidad (2003: Emisión 8),
"las pruebas de laboratorio han demostrado que
una combinación de desecantes, absorbentes y las
membranas semipermeables hueco de fibra es capaz
de restaurar y mantener las propiedades del
aceite del transformador hasta cerca de las
nuevas condiciones "(Kovacevic et al., 31).
Junto con la utilización de desecantes y
adsorbentes, las membranas de fibra hueca (HFM)
también puede eliminar la humedad y los gases
disueltos permeado al lado de la carcasa hasta
alcanzar el equilibrio. Aceite de transformador
puede ser totalmente desgasificada por el HFM si
los gases y otros productos están continuamente
removidas por una aspiradora o una corriente de
gas para que el equilibrio no se alcanza nunca.
Otras formas de
mantener el aire y la humedad de los
transformadores incluyen sistemas de curador y
los sistemas de inertes en aceite de gas. En un
sistema conservador, un conservador lleno de
aceite está conectada al tanque principal. El
aire fluye en un cabo del conservador a través
de un secador de aire desecante como el nivel de
aceite en el tanque principal sube y baja con
las fluctuaciones de temperatura. En un sistema
de gas inerte, un cilindro de gas de nitrógeno
está conectada al tanque principal. Una serie de
válvulas controla la cantidad de presión en el
tanque de nitrógeno y el cilindro principal
mientras presión cambia con las fluctuaciones de
temperatura.
Procedimientos
de reactivos para la eliminación de humedad
exceso en los transformadores incluyen el
desmontaje del transformador y el transporte
marítimo para el horno de secado o aspirando el
sistema. Ambos procesos requieren demasiado
tiempo, trabajo y dinero.
La Necesidad de
un Desecante Absorbente para Prolongar la Vida
del Transformador y Prevención de la Disfunción
Los
transformadores deben proporcionar cincuenta
años de servicio continuo y estar diseñado para
no requerir mantenimiento. Debido a los daños
del agua que disminuye en gran medida la vida
del transformador, la eliminación de la humedad
con un desecante absorbente deja un deterioro
del sistema de aislamiento y aumenta la vida del
transformador por décadas. El uso de adsorbentes
desecante es eficaz en tiempo y coste para
eliminar la humedad sin interrumpir el uso
normal del transformador. El uso de alúmina
activada de DAI como desecante es la solución
perfecta para quitar la humedad de los
transformadores eléctricos.
DrySphere es el
único producto de alúmina activada en el mercado
que puede absorber hasta 36% de su propio peso
en agua. Ámbitos alúmina especializados, libre
de polvo, con áreas de gran superficie para
adsorber la humedad más que cualquier otro
desecante. DrySphere elimina el contenido de
agua en el aceite del transformador a un nivel
cómodo de menos de 10 ppm. Una vez que el
contenido de agua en el aceite del transformador
se reduce a este nivel, el agua del aislamiento
de papel y cartón se difunde en el aceite del
transformador y el agua se retira una vez más.
DrySphere elimina la humedad de todas las partes
del transformador, lo que mejora la eficiencia
del transformador y más que duplica la vida del
transformador. En consecuencia, DrySphere de DAI
es el producto superior para el mantenimiento de
los transformadores de aceite de papel.
Para asegurar
la entrega consistente y fiable de energía y
hacer la aplicación posible con éxito de la red
inteligente, los ingenieros eléctricos
constantemente deben controlar, regular y
supervisar el impacto del agua en los
transformadores ya que son el eslabón más débil
de nuestro sistema de distribución de energía.
DrySphere de alúmina activada diseñados
especialmente, ofrece a la comunidad de
ingeniería eléctrica con una solución probada,
ingeniería probada y simple para hacer nuestras
vidas libres de problemas.
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Alúmina Introducción y panorama
