RIESGO DE EXPLOSIÓN E INCENDIOS EN SUBESTACIÓNES PRIMARIAS Y ANALISIS COMPARATIVO DE OPCIONES DE SISTEMAS CONTRA INCENDIOS Autores : Ing.

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1 RIESGO DE EXPLOSIÓN E INCENDIOS EN SUBESTACIÓNES PRIMARIAS Y ANALISIS COMPARATIVO DE OPCIONES DE SISTEMAS CONTRA INCENDIOS Autores : Ing. Wilfredo Arevalo Ing. Julio Rigoberto Artero

2 Objetivo del Análisis El presente análisis de riesgo y evaluación de opciones para prevenir y combatir una posible explosión e incendio de un transformador; tiene por objeto describir identificar las diferentes causas que pueden conllevar a la explosión de un transformador, así como las diversas alternativas para prevenir su ocurrencia o combatir el incendio en caso que se presente, y poder seleccionar aquella permita eliminar o minimizar las consecuencias de daños.

3 Descripción de la instalación

4 Descripción de la instalación La subestación en la cual se realizó el estudio, se encuentra ubicada en las instalaciones de una Planta Geotérmica, en el Departamento de Ahuachapán, El Salvador, dicha subestación, es de gran importancia debido a que se conectan una planta de Generación Geotérmica de 95MW, líneas de interconexión con países vecinos y refuerzos internos a 230 kv, así como dos líneas de transmisión del sistema nacional a 115 kv. Cuenta con dos (2) auto transformadores de las siguientes características: Marca: Mitsubishi Año de fabricación: 1985 Potencia: 75/125/156.2 MVA (No 1 y No 2) Relación de transformación: 230/115/46-23 KV Los transformadores cuentan con un tanque de separación de aguaaceite.

5 Riesgo de explosión e incendio

6 Riesgo de explosión e incendio. Las principales causas de explosión e incendio en los transformadores son: Pérdida de su aislamiento interno Descargas parciales. Sobrecargas. Sobrecalentamiento del aceite. Sobre-tensiones y Descargas atmosféricas. Fallos de las protecciones internas del transformador. Fallas en los cambiadores de taps. Daños en los conductores debido a la presencia de gases corrosivos.

7 Riesgo de explosión e incendio (continuación) Las causas descritas anteriormente incrementa la probabilidad de un arco eléctrico al interior del transformador. La energía resultante, vaporiza el aceite generando gases explosivos tales como: Hidrógeno, Metano, Etano, Etileno y Acetileno. Los gases se presurizan rápidamente, generando presión dinámica de gran magnitud, que se propagan internamente por todo el transformador. Se puede generar una explosión por la combinación de los gases con el oxígeno presente en los espacios libres que provoca la ignición del aceite y el incendio del transformador.

8 Riesgo de explosión e incendio (continuación) Proceso que conlleva a la explosión e incendio 1. Falla al interior del transformador. 2. Vaporización de los gases y aumento de presión interna. 3. Ruptura de la cuba. 4. Incendio.

9 Riesgo de explosión e incendio (continuación) Los efectos de la explosión e incendios son: Daños a los componentes internos del transformador. Probabilidad de daños a equipos e instalaciones adyacentes. Lesiones al personal que se encuentre en el sector. Contaminación por el aceite expulsado y la generación de humos debido a la combustión del aceite. Propagación del incendio debido a la expulsión de aceite en llamas. Perdidas económicas ( adquirir un nuevo transformador, E.N.S.)

10 Sistemas automáticos de extinción

11 Sistema de Rocío La función principal de este sistema es enfriar la cuba del transformador con la finalidad de minimizar la generación de gases explosivos y el reencendido del fuego al interior de la cuba. Para activar el sistema es necesario la presencia de calor (fuego), el cual provoca la descarga de agua. El sistema descarga necesita de una reserva fiable de agua y de una cantidad importante de gas (nitrógeno o aire) para su operación.

12 Sistema de Rocío (continuación) Ante una explosión del transformador, el sistema de la tubería de descarga de agua sería destruida, y por ende la perdida total del transformador y las instalaciones asociadas.

13 Sistema de Despresurización El sistema de despresurización por medio de Nitrógeno impide explosiones e incendios de transformadores por fallas que generan arco eléctrico, debido a que permite: Despresurizar el tanque en milisegundos, mediante la apertura de una válvula de despresurización rápida para aliviar la presión. Evita el contacto entre el aire (oxígeno) y los gases explosivos. Eliminar la combustión de gases explosivos mediante la inyección de nitrógeno y como consecuencia se enfría la cuba.

14 Fuente dibujos: Sergi -TPC Sistema de Despresurización (continuación) Válvula de despresurización Expulsión gases explosivos Actuación Válvula de despresurización ante el aumento de presión al interior del tanque. Inyección Nitrógeno para enfriamiento de la cuba y prevenir una combustión interna.

15 Comparación de los sistemas Sistema Previene Explosión Previene Incendio Previene recombustión y explosión secundaria Minimiza posibles daños a equipos cercanos Previene contaminación ambiental Requiere fuente de agua Diluvio o Rocío NO NO NO NO NO SI Despresurización SI SI SI SI SI NO

16 Alternativa de sustitución del aceite mineral por aceite de origen vegetal

17 Alternativa de sustitución del aceite mineral por aceite de origen vegetal. Los aceites vegetales presenta un valor mucho más alto de viscosidad comparado con el aceite de origen mineral, lo cual afecta la refrigeración y extracción de calor del transformador durante su operación (transformadores existentes). La utilización del aceite vegetal como aislante eléctrico presenta el inconveniente que la exposición al oxigeno, a la humedad y otros contaminantes, debe ser minimizada para evitar la polimerización o gelificación del aceite.

18 Alternativa de sustitución del aceite mineral por aceite de origen vegetal (continuación). Los fabricantes de este tipo de aceite solamente lo recomiendan para transformadores con Tanques Sellados o Equipados con Presión Positiva de Nitrógeno Seco. Nuestros auto transformadores son del tipo de tanque conservador con transpiración con silica, por lo cual estos no aplican para que utilicen aceite vegetal. Los fabricantes de transformadores, expresan que los transformadores que han sido diseñados para operar con aceite mineral no es recomendable remplazar este ( aceite mineral) por aceites vegetales (ésteres).

19 5. Análisis del riesgo de Explosión e Incendio Transformadores de Potencia Subestación Ahuachapán.

20 Análisis del riesgo con un sistema de diluvio o rocío. Se consideró un área de afectación de 20 m. Desventajas del sistema de diluvio o rocío ante una explosión del transformador: Afecta a las tuberías y aspersores, dejándolo inoperable Daños a otros equipos y estructuras aledañas al auto transformador. Indisponibilidad de la disponibilidad de los auto transformadores afectando la interconexión con países vecinos a 230kV, dos líneas de transmisión nacional a 115kV y los puntos de retiro de la distribuidora.

21 Análisis del riesgo con un sistema de diluvio o rocío (continuación). Diagrama área afectación explosión transformador

22 Análisis del riesgo con un sistema de despresurización (TPC) Con un sistema de despresurización se minimizan los daños internos del auto transformador; al no haber explosión se elimina la afectación a equipos e instalaciones aledañas al transformador.

23 Evaluación técnico económica de los sistemas contra incendio

24 Evaluación técnico económica de los sistemas contra incendio.

25 Conclusiones

26 Conclusiones. La opción más efectiva/ económica, para prevenir una explosión e incendio, corresponde a los sistemas de despresurización rápida El sistema despresurización rápida es activado en el orden de los milisegundos previniendo la ocurrencia de una explosión y por consiguiente el incendio, minimizando los daños a los componentes internos del transformador.

27 Conclusiones. La operación del sistema de diluvio, requiere la existencia previa de fuego; lo que implica que ya se han presentado daños severos en el núcleo del transformador, del papel aislante del devanado y degradación del aceite. Técnicamente no es factible efectuar el reemplazo del aceite mineral por aceite vegetal en los Autotransformadores de potencia ubicados en la subestación de Ahuachapán; estos fueron diseñados y construidos para operar con aceite dieléctrico mineral.

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