Actualización estructural: tecnologías de transformadores nuevas y emergentes

Los requisitos comerciales modernos exigen activos actualizados que puedan garantizar la seguridad, el suministro de energía confiable y las operaciones comerciales continuas. La tecnología de transformadores ha avanzado lo suficiente como para adaptarse a las necesidades cambiantes de los servicios públicos y mejorar la resiliencia del sistema de energía. Una tendencia clave ha sido el uso de transformadores de tipo seco y transformadores llenos de líquido de clase K (éster), que, según se informa, tienen tasas de falla más bajas en comparación con los llenos de aceite. Otra tendencia tecnológica clave es el uso de transformadores inteligentes que se convierten en un elemento importante de las subestaciones digitales que controlan el voltaje de manera autónoma y mantienen la comunicación con las redes inteligentes para permitir la administración remota y la retroalimentación en tiempo real sobre las características del suministro de energía. Estos transformadores de nueva generación utilizan materiales de núcleo mejorados y tienen niveles más altos de seguridad (como resistencia al fuego), requisitos de espacio más bajos, precios más económicos, índices de fallas más bajos, niveles de ruido más bajos y una mayor vida útil de los activos. Además, son respetuosas con el medio ambiente y adaptables a redes inteligentes.

Power Line echa un vistazo a las tendencias tecnológicas nuevas y emergentes en transformadores...

Tecnologías de transformadores

Transformadores convertidores HVDC: la transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC) es un proceso económico para la transmisión de energía a granel a largas distancias. Dado que todas las plantas generadoras producen corriente alterna (CA), se requieren transformadores convertidores HVDC para convertirla en corriente continua (CC). Estos transformadores también convierten la CC nuevamente en CA para el consumo de energía. Tienen devanados de CA conectados al sistema de CA y devanados de válvulas conectados a convertidores, que además están conectados en un circuito en serie para generar el nivel necesario de voltaje de CC. Las ventajas de estos transformadores son la alta transmisión de electricidad y las bajas pérdidas de transmisión.

En junio de 2021, Power Grid Corporation of India Limited (Powergrid) puso en servicio el bipolo HVDC de 6000 MW entre Raigarh en Chhattisgarh, Pugalur en Tamil Nadu y Trichur en Kerala. Un consorcio formado por Bharat Heavy Electricals Limited (BHEL) e Hitachi ABB Power Grids ganó el pedido del enlace Raigarh-Pugalur de 800 kV en 2016. El consorcio suministró equipos importantes, incluidos transformadores convertidores de 800 kV, válvulas convertidoras, sistemas de refrigeración y control y tecnología de protección para el proyecto. Este proyecto marca el primer uso de tecnología de convertidor de fuente de voltaje en el país.

Transformadores llenos de éster: Los transformadores convencionales usan aceites minerales como fluido aislante, mientras que los transformadores llenos de éster usan ésteres naturales para el aislamiento líquido del transformador. Como los ésteres naturales tienen aproximadamente el doble del punto de inflamación del aceite mineral a 360 ºC, así como un punto de inflamación de 320 ºC, estos transformadores tienen la gran ventaja de ser resistentes al fuego. En caso de fuga, los transformadores llenos de éster funcionan mejor que sus contrapartes convencionales porque los ésteres naturales son biodegradables y, por lo tanto, se minimizan los riesgos de contaminación del suelo.

En abril del año pasado, Tata Power puso en servicio el transformador de potencia de 110/33/22 kV y 125 MVA lleno de éster natural más grande de la India en la estación receptora BKC, como parte de su red de transmisión de Mumbai. Más recientemente, en julio de 2022, BHEL puso en marcha una planta solar fotovoltaica flotante de 100 MW en NTPC Ramagundam en Telangana. Un componente principal de la planta solar es el uso de transformadores de servicio inversor llenos de aceite de éster natural biodegradable.

Transformadores de tipo seco: Los transformadores de tipo seco están ganando terreno. En estos, los devanados junto con el núcleo se mantienen dentro de un tanque sellado, presurizado y lleno de aire. Son dispositivos inmóviles de estado sólido sin componentes móviles o giratorios. No necesitan ser almacenados en bóvedas a prueba de fuego y no producen humos venenosos. Los dos tipos de transformadores de tipo seco son los transformadores de resina fundida y los transformadores suplantados por presión de vacío. Pueden reducir el riesgo de incendios y, por lo tanto, son ideales para áreas como edificios residenciales, oficinas, escuelas, hospitales y estaciones de metro. BSES Yamuna Power Limited ha implementado un transformador de tipo seco en el este de Delhi y BRPL ha implementado un transformador de tipo seco de 1500 kVA en el complejo comercial Triveni en Delhi. También se han instalado transformadores de tipo seco en la estación de metro de Kochi.

Transformadores verdes: Están surgiendo transformadores verdes con bajo nivel de ruido para aplicaciones ultra bajas, que brindan una mayor seguridad contra incendios con el uso de aceite de éster. Los transformadores ecológicos ofrecen varios beneficios, como una menor huella de carbono y un envejecimiento más lento en comparación con los transformadores tradicionales. Dichos transformadores también tienen costos de ciclo de vida más bajos ya que están equipados con tanques sellados herméticamente, que no requieren conservador de aceite ni dispositivos asociados, lo que reduce los requisitos de mantenimiento.

Transformadores inteligentes: Los transformadores inteligentes son un componente integral de las subestaciones digitales. Los transformadores inteligentes pueden regular el voltaje de forma independiente al tiempo que permiten la operación remota al mantener el contacto con la red inteligente. Cambian la relación de voltaje utilizando tecnología de semiconductores aplicados y pueden lograr una alta densidad de potencia. También operan a alta frecuencia, lo que reduce tanto el costo como el tamaño, haciéndolos económicos. Además, los transformadores inteligentes minimizan el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. Pueden proporcionar un suministro de energía óptimo y estable y proteger los equipos eléctricos de las fluctuaciones de energía, lo que prolonga la vida útil del equipo.

Otros: Un transformador móvil es un dispositivo portátil utilizado en subestaciones móviles. Se utiliza en circunstancias de emergencia, cuando se requiere una conexión a la red provisional o un suministro de energía temporal, como durante los picos de carga, el reemplazo de la subestación o la falla del equipo. Es un sistema autónomo montado en un remolque que está preconfigurado y listo para usar, con tiempos cortos de instalación y puesta en marcha. Las empresas eléctricas pueden utilizar transformadores de eficiencia energética (EET) para mejorar la eficiencia del sistema de transmisión y distribución (T&D) y, como resultado, reducir las pérdidas de T&D. Estos transformadores están especialmente diseñados para un alto rendimiento. Utilizan alambres de cobre de baja resistencia, sufren pérdidas de calor mínimas, requieren menos refrigerante y tienen tiempos de funcionamiento más prolongados. Los EET pueden reducir las pérdidas hasta en un 60 por ciento. Además de estos, en septiembre de 2020, Powergrid, en colaboración con BHEL, puso en servicio un transformador de corriente óptico de 400 kV y componentes de subestación digital en la subestación Bhiwadi de 400/220 kV de Powergrid.

Avances en materiales

Los materiales del transformador también se están mejorando. Las nuevas tendencias en la construcción de núcleos ayudan a reducir las pérdidas y aceleran el proceso de producción. Se está adoptando la construcción escalonada de los núcleos de los transformadores en lugar del tipo convencional no escalonado para reducir el factor de construcción en los núcleos de los transformadores en un 5-8 por ciento, así como la corriente sin carga y el nivel de ruido. Además, para el procesamiento de transformadores, una técnica de secado, el secado en fase de vapor, que elimina uniformemente la humedad, está ganando terreno. El secado en fase de vapor, como el secado por aspersión con aceite caliente, utiliza hidrocarburos para agregar calor al mismo tiempo que el secado al vacío. El proceso de fase de vapor proporciona la combinación más eficiente de adición de calor y aplicación de vacío. Esto reduce el tiempo de procesamiento en aproximadamente un 25 por ciento en comparación con el procesamiento por aspersión de aceite caliente y en un 40 por ciento en comparación con el procesamiento con aire caliente. Además, los materiales básicos del núcleo utilizados en la fabricación de transformadores están experimentando una transición gradual de las láminas de acero CRGO M4 al acero amorfo y al ZDKH de grado de material del núcleo grabado con láser. Además, los materiales conductores utilizados en los devanados de los transformadores han cambiado de conductores de cobre reguladores con aislamiento de papel a conductores transpuestos continuamente recubiertos con epoxi. Esto ha resultado en la optimización del espacio.

Conclusión

La adopción de tecnologías modernas de transformadores hará que la red del futuro sea más resistente y adaptable a los cambios significativos que está experimentando la red. Sin embargo, la escala y el ritmo de adopción de estas tecnologías emergentes se verán impulsados ​​por el alcance de las inversiones realizadas por las empresas de servicios públicos de energía en el futuro.