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Uso del Aceite de Silicona para Transformadores

1. Introducción

Hay una variedad de tipos de aceites de transformador para elegir, incluyendo los enfriados por aire de tipo seco, los encapsulados en resina y los transformadores llenos de líquido. Los transformadores rellenos de líquido pueden contener aceite mineral, hidrocarburos clorados o silicona líquida. Dependiendo de las necesidades de aplicación, cada tipo ofrece claras ventajas. Pero muchos también tienen inconvenientes. La clave es decidir qué ingeniería y concesiones operativas son aceptables y estimar los efectos a largo plazo que tendrán sobre la aplicación específica.

Los transformadores rellenos de líquido fueron desarrollaron hace más de 90 años. Hoy en día, muchos usuarios siguen prefiriendo este diseño a los transformadores de tipo seco, especialmente para aplicaciones exigentes como redes y transformadores de energía media y grande. Hay varias razones importantes para esta preferencia:

• A diferencia de los sólidos, los líquidos enfrían y aíslan. Como resultado uno puede seleccionar un transformador lleno de líquido que sea más compacto que uno de tipo seco o encapsulado en resina.
• Los transformadores rellenos de líquido proporcionan una alta eficiencia y BIL a un costo razonable. Un funcionamiento eléctrico similar puede obtenerse de transformadores tipo seco o encapsulados en resina, pero generalmente solamente a costo adicional.

La alta fuerza dieléctrica de transformadores de líquido proporciona una mayor flexibilidad de diseño. Como resultado se puede optimizar el diseño para satisfacer los requisitos de carga específicos y reducir los costos operativos.

Los sistemas líquidos también tienen una ventaja derivada de su capacidad superior para eliminar el calor del conjunto del núcleo y la bobina. Esto resulta en una mayor capacidad de sobrecarga y el correspondiente ahorro en mantenimiento y en costos de operación, así como en una vida más larga de aislamiento. Esto es especialmente cierto para los transformadores rellenos de silicona porque las siliconas tienen la estabilidad termal más alta de todos los líquidos disponibles. Los costos a largo plazo resultantes de la pérdida de energía en una unidad pueden superar el coste de la compra del transformador. Como resultado, es muy importante evaluar la tasa de pérdida y seleccionar el mejor diseño para las condiciones de carga y servicio.

Silicone Transformer Fluid (el transformador de silicona) fue introducido a mediados de los 70 y ha sido ampliamente aceptado para transformadores donde la ubicación o el medio ambiente presenta un riesgo que exige un seguridad contra incendios y/o una alternativa respetuosa con el medio ambiente a los aceites de transformadores tradicionales.

Estos líquidos también se utilizan en transformadores diseñados para operar a temperaturas superiores a los transformadores de subida de 55 / 65° C típicos. El producto físico, conocido genéricamente como ‘fluido de transformador de silicona’, no ha cambiado en sus 25 años de historia, aunque sí ha cambiado la especificación de transformadores de fluido de silicona y la información relacionada con su manejo.
Hay especificaciones IEC 836 y ASTM D 4652 de fluido de silicona, útil para los fabricantes de transformadores que requieren fluido o cuando es necesario el fluido para su reparación o para completar las unidades existentes. Estos estándares cubren las propiedades físicas y eléctricas del líquido adecuado para aplicaciones dieléctricas. Aunque las propiedades de los fluidos de silicona pura 50cSt son muy similares a la STO-50, el PSF-50cSt no cumple con las propiedades eléctricas necesarias para el uso en transformadores eléctricos.

La estándar ASTM también establece un nivel máximo de material volátil que puede perderse dentro de las primeras 24 horas a 150° C.

Esta prueba, ASTM D 4559, mide el contenido volátil y su resistencia a la descomposición, importante en aplicaciones a alta temperatura. También indica rendimiento a largo plazo de un fluido. Estos fluidos no pasan esta prueba si se pasan el baño de eliminación inadecuadamente durante el proceso de fabricación o si el catalizador de la polimerización restante no es neutralizado.

Los transformadores rellenos de silicona líquida se pueden especificar genéricamente como transformadores diseñados para cumplir con las especificaciones descritas anteriormente. En el caso en el que el Código Eléctrico Nacional debe cumplirse, la unidad tiene que construirse para cumplir con la aprobación de Factory Mutual Approval o los Underwriters Laboratory Classification requirements (requisitos de clasificación de laboratorio). Dos de estos estándares requieren cambios físicos para la fabricación de transformadores, incluyendo un tanque más pesado y una protección más allá de los estándares ANSI normales.

Si no se especifica el tipo de silicona y se solicita la genérica “menos inflamable”, se puede recibir una unidad con hidrocarburos de alto peso molecular, éster o un líquido a base de aceite vegetal. Mientras que estos dos tienen puntos de fuego por encima de los 300°C, tienen propiedades de fuego sustancialmente diferentes si se encienden.

2. Los beneficios del Aceite de Transformador de Silicona sobre aceites derivados del petróleo *)

El aceite de transformador de silicona ofrece importantes beneficios al considerar cuestiones de seguridad. Estas ventajas incluyen:

• Punto alto de inflamación y combustión – puede colocarse cerca de un edificio o instalarse en el interior dentro de las directrices del Código Nacional
• Autoextinguible – proporciona el entorno operativo más seguro cuando el potencial para que haya fuego es una preocupación
• Baja tasa de liberación de calor, de evolución de humo y toxicidad – mínimo daño por fuego, porque se auto extingue y baja evolución de calor durante un incendio.
• No derivado del petróleo, no-bio acumulable y agua no soluble, así no está sujeto a requisitos de limpieza de petróleo.
• Material no peligroso con el ciclo vital de producto ambiental excelente – respetuoso con la regulación, no se biodegrada, especialmente en el transformador, no contiene ningún corrosivo o ácido.
• Mismo rendimiento que los PCB sin riesgos ambientales conectados
• Aceite de base no tóxico (grado cosmético & aditivo alimenticio)
• Puede ser utilizado en plantas de procesamiento de alimentos y cerca de las vías navegables
• Altamente compatible con la mayoría de otros fluidos transformadores y materiales de construcción
• La base de polidimetilsiloxano es químicamente inerte y no disolvente
• No se echa a perder o descompone
• Mayor vida útil del transformador, con un mantenimiento reducido

Los fluidos del transformador de silicona permiten a los sistemas de transformadores que sean seguros al fuego, respetuosos con el medio ambiente y que ofrezcan costos operativos más bajos en comparación con sus contrapartes.

El fluido de transformador con base de silicona es un aceite de transformador sintético compuesto principalmente de polímeros dimetilsiloxano, y sigue una serie muy diferente de etapas de producción en comparación con el aceite de transformador basado en aceite mineral.

3. Materias Primas

Mientras que el líquido a base de silicona es producido en los Estados Unidos y el extranjero, los únicos datos que están disponibles públicamente son europeos. Los datos europeos se utilizan para modelar el componente principal del producto, el siloxano cíclico.

4. Fabricación

La producción de dimetilsiloxano comienza con la producción de dimetilclorosilano usando clorometano y silicio. El dimetilclorosilano sufre reacciones de hidrólisis para producir dimetilsilanediol, que se somete a otra serie de reacciones de hidrólisis a condensar en siloxano cíclico.

La densidad media del fluido se supone que es 0,9565 kg/L.

5.Transporte* *)

El transporte por carretera es el modo de transporte utilizado para representar el transporte desde la planta de producción de aceite de transformador a la producción de silicio:

6. Uso

La cantidad de aceite usado en un transformador depende del tamaño del transformador. Se asume un transformador relativamente pequeño (1 000 kV•A), que requiere unos 1.89 m3(500 gal) de líquido para enfriarse. Se supone que la fase de uso del aceite de transformador dura la vida útil del transformador, aproximadamente 30 años. Incluido en el modelado está la electricidad necesaria para reacondicionar el aceite cuando las pruebas/análisis de gas indican la necesidad.

Se supone que el reacondicionamiento se produce cada cinco años.

7. Fin de la Vida***)

Con la renovación periódica de transformadores de aceite basados en silicona durante los 30 años de vida del transformador, el aceite está en bastante buen estado como para que la mitad de este sea reacondicionado y reutilizado en otro transformador. La otra mitad se envía al fabricante para su reestructuración y producción en otros productos a base de silicona.

Las opciones fin de vida de aceite del transformador no incluyen la eliminación de residuos, ya que generalmente es un producto bien conservado y puede utilizarse en otras aplicaciones. Por lo tanto, ninguno de los productos se asume para ser depositados en vertederos.
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*) www.clearcomproducts/PDMS
**) Dimethylsilanediol and cyclic siloxane production,Carette, Pouchol (RP Silicones), Techniques de l’ingénieur, vol. A 3475, p.3.
***)Life Cycle Data,National Renewable Energy Laboratory (NREL): U.S