Los transformadores secos encapsulados en resina (TSER) están especialmente recomendados cuando su uso requiere condiciones de seguridad y ambiente especiales. Por ejemplo las condiciones de humedad, temperatura y sus propiedades de retardar la propagación del fuego. Estas especificaciones están concentradas en requerimientos de las condiciones de humedad relativa, condiciones de temperatura y la propiedad de los materiales utilizados en la construcción del transformador para retardar la propagación del fuego en caso de llama externa. Las condiciones de operación están reguladas por normas internacionales como la IEC 60076-11 e IEC 60076-16 y pueden resumirse en tres grupos principalmente.
Condiciones de humedad relativa (Especificaciones E0-E1-E2-E3)
Condiciones de Temperatura (C1-C2-C3)
Comportamiento ante la propagación del fuego externo (F0-F1)
Pero antes de entrar en más detalles es necesario repasar algunos conceptos básicos, su importancia e impacto en el diseño y uso de los TSER. Algunos conceptos físicos y químicos que pueden afectar de manera definitiva en el desempeño de estos equipos. Los más importantes desde luego condiciones de humedad relativa y temperatura.
Qué es la Humedad relativa (Hr)?
Es la relación entre cantidad de vapor de agua contenida en el aire (humedad absoluta) y la máxima cantidad que el aire sería capaz de contener a esa temperatura (humedad absoluta de saturación).
Se adjunta un gráfico llamado diagrama psicométrico que representa de forma completa el comportamiento de la humedad en el aire. No es propósito de este artículo la explicación detallada del funcionamiento de este diagrama, pero sí lo vamos a usar para una mejor comprensión del concepto de humedad relativa.
Foto: Carta psicométrica solerpalau.com
Supongamos que estamos en el punto azul del diagrama: tenemos aire a 20º (recta negra vertical del diagrama) con un 50% de Hr (curva roja) y vemos que la humedad específica es de 0,0075 kg de agua por kg de aire seco (eje vertical de la derecha). Vamos añadiendo agua a ese aire sin variar la temperatura (sucesivos puntos amarillos) y ese aire es capaz de admitir ese agua en forma de vapor, por lo que no veremos agua líquida alguna, pero al llegar a 0,015 kg de agua por kg de aire seco el aire ya no admite más agua en forma de vapor, por lo que hemos llegado a lo que se llama saturación, si seguimos añadiendo agua ya no pasará a vapor y quedará en forma líquida. En este ejemplo podemos comprobar el significado de la humedad relativa, en efecto, vemos que en el punto azul el aire contiene 0,0075 Kg de agua/kg de aire seco, y que a esa misma temperatura, en saturación, el aire contendría 0,015 kg de agua/kg de aire seco, decimos que en ese punto la Hr es del 50% porque 0,0075 es el 50% de 0,015.
Podríamos seguir con un ejemplo en el que se haga variar la temperatura y ver qué ocurre con las humedades específica y relativa, pero preferimos terminar el artículo tratando de dar respuesta a la siguiente pregunta: ¿por qué la humedad absoluta (y la específica) quedan relegadas a cálculos en el ámbito técnico-científico pero no tienen uso en la vida diaria mientras que la Hr es la única que se usa, y muy profusamente, en la vida cotidiana, tanto en meteorología como en temas de salubridad y confort en ambientes interiores?
La razón principal de que sólo se use la Hr, es que el cuerpo humano no es sensible a la humedad absoluta ni a la específica mientras que es muy sensible a la Hr. Y eso nos lleva a otra pregunta:
Por qué es importante el grado de Hr en los TSER?
El aire en función de su Hr influye de distinta manera a las personas, las materias y los objetos, si su Hr es muy baja tiende a extraer humedad a todo lo que toca, resecándolo, mientras que si su Hr es muy alta (próxima a la saturación) tiende a transferir humedad a lo que circunda, humedeciéndolo. Así pues, vemos que por lo que se refiere a la humedad, es la Hr el parámetro clave en la influencia del aire ambiente sobre las personas y las cosas.
Foto: Euskal Irrati Telebista
El Aire húmedo es más conductivo que el aire seco. Por tanto un aire demasiado húmedo puede afectar los niveles de aislamiento de los materiales utilizados en la fabricación de los transformadores secos. En el entendido de que estos equipos generalmente funcionan a temperaturas cercanas a los 100°C (temperatura de evaporación de agua al nivel del mar) los transformadores secos en general pueden humedecerse cuando no están energizados y las propiedades aislantes de los materiales pueden verse comprometidas una vez que se energizan de nuevo. El momento de energización de los transformadores secos no encapsulados es momento crucial y potencialmente peligroso por cuanto podrían presentarse fallas catastróficas de no realizarse maniobras de secado previo a la energización.
Los TSER no presentan esta condición ante la presencia de HR baja. Sin embargo, en condiciones de extrema humedad y contaminación podrían verse comprometidos algunos equipos de no tomarse en cuenta ciertos parámetros de diseño.
Condiciones de humedad relativa (Especificaciones E0-E1-E2-E3)
El primero en hacer una clasificación climática regional basada en una nomenclatura fue el geógrafo estadounidense Charles Warren Thornthwaite (1899-1963). La conocida CLASIFICACIÓN DE THORNTHWAITE (1949) ha sido ampliamente asumida dadas las aportaciones de su autor al edafoclima e hidrología desde una perspectiva geográfica. Basada en la consideración de la eficacia térmica, dada por la ETP (Evapotranspiración) y la humedad disponible. Supone un gran avance respecto a otras clasificaciones ya que parte del clima que afecta al suelo y a las plantas, es decir, la evaporación, la transpiración y el agua disponible en el suelo; en vez de medias mensuales de parámetros meteorológicos clásicos. Sin embargo, para las especificaciones relacionadas con el el ambiente donde operan los TSER se definen cuatro clasificaciones de humedad relativa definidas por las siguientes ambientes:
E0:
Instalación normal en interiores
•Sin condensación
•Sin contaminación importante
Esta especificación está referenciada principalmente a las instalaciones industriales, comerciales y de servicios con subestaciones compactas e instalaciones en naves industriales. Es prácticamente el uso más común de los TSER y en esta condición funcionan la mayoría de los equipos, dado que una de sus mayores ventajas constituye precisamente la posibilidad de utilizarlos muy cerca de los centros de carga.
Foto cortesía de Transmagneca
E1
•Condensación ocasional
•Contaminación limitada
Algunos ambientes más húmedos y con relativa contaminación potencial como algunos ambientes industriales y lugares con cierto grado de contaminación como plantas de productos químicos potencialmente corrosivos.
E2
•Condensación frecuente
•Contaminación importante o combinación de ambas
•Humedad relativa hasta el 93%
En algunos ambientes con humedad relativa muy alta como ambientes marinos, incluidos puertos y buques es necesario la utilización de TSER con especificaciones mas exigentes ya que los niveles de Hr y la presencia de agentes corrosivos en el aire resultan condición para la operación de los transformadores.
E3
Condensación casi total, contaminación importante o combinación de ambas
•Nivel de humedad anómalo hasta el 95%
•Conforme a la norma IEC 60076-16
Autor:Alexey Kuznetsov
En estos casos los TSER son requeridos para usos en espacios muy húmedos y corrosivos, como los presentes en actividades mineras, plataformas petroleras y ambientes industriales muy corrosivos en donde condiciones de humedad requerimientos de seguridad extrema no permiten el uso de otro tipo de equipos de transformación.
Condiciones de Temperatura C1-C2-C3
El proceso de encapsulado hace a los TSER prácticamente resistentes a todo tipo de ambientes. Sin embargo en determinadas condiciones de temperaturas extremadamente bajas, estas podrían afectar a los equipos si no se considera en el diseño de los mismos. Los conductores y la resina podrían verse afectados por las bajas temperaturas sobre todo, porque podrían producirse resquebrajamientos al haber cambios bruscos de temperatura que obligan a la dilatación de los conductores y de la resina de forma diferente y afectar así el nivel de descargas parciales. La prueba que mide este impacto se denomina prueba de choque térmico y mide precisamente la dilatación de conductores y resina luego de un cambio brusco de temperatura
La clasificación de temperatura están definidas principalmente por tres tipos básicamente.
C1
Temperaturas ambiente más bajas:
•Servicio -5 °C
•Almacenamiento/Transporte -25 °C
C2
Temperaturas ambiente más bajas:
•Servicio -25 °C
•Almacenamiento/Transporte -25 °C
C3
Temperaturas ambiente más bajas:
•Servicio -50 °C
•Almacenamiento/Transporte -50 °C
Comportamiento ante la propagación del fuego externo (F0-F1)
En el caso de la especificación F1 significa que el equipo está libre de halógenos, ignífugo, y no emisión de gases tóxicos), estos últimos conceptos los transformadores abiertos no lo pueden respetar. La especificación F0 significa que el equipo no cumple con esos requerimientos.
Con el fin de asegurar el cumplimiento de las citadas exigencias, la directiva crea la figura del marcado CE. Se trata de un sistema de control de la fabricación del producto, que exige al fabricante una instalación y mantenimiento de un sistema reconocido de control de la fabricación así como una verificación de las prestaciones funcionales del producto con relación a los requisitos esenciales que le sean aplicables mediante utilización de normas de producto armonizadas, normas reconocidas, documentos de idoneidad técnica (DITE) o especificaciones técnicas nacionales reconocidas.
Referencias