RIESGO DE EXPLOSIN E INCENDIOS EN SUBESTACINES PRIMARIASY

ANALISIS COMPARATIVO DE OPCIONES DE SISTEMAS CONTRA INCENDIOS

Autores : Ing. Wilfredo ArevaloIng. Julio Rigoberto Artero

El presente anlisis de riesgo y evaluacin de opciones para prevenir ycombatir una posible explosin e incendio de un transformador; tiene porobjeto describir identificar las diferentes causas que pueden conllevar a laexplosin de un transformador, as como las diversas alternativas paraprevenir su ocurrencia o combatir el incendio en caso que se presente, ypoder seleccionar aquella permita eliminar o minimizar las consecuencias dedaos.

Objetivo del Anlisis

Descripcin de la instalacin

La subestacin en la cual se realiz el estudio, se encuentra ubicada en las instalaciones de una Planta Geotrmica, en el Departamento de Ahuachapn, El Salvador, dicha subestacin, es de gran importancia debido a que se conectan una planta de Generacin Geotrmica de 95MW, lneas de interconexin con pases vecinos y refuerzos internos a 230 kV, as como dos lneas de transmisin del sistema nacional a 115 kV.

Cuenta con dos (2) auto transformadores de las siguientes caractersticas:

Marca: Mitsubishi Ao de fabricacin: 1985 Potencia: 75/125/156.2 MVA (No 1 y No 2) Relacin de transformacin: 230/115/46-23 KV

Los transformadores cuentan con un tanque de separacin de agua-aceite.

Descripcin de la instalacin

Riesgo de explosin

e incendio

Las principales causas de explosin e incendio en los transformadores son:

Riesgo de explosin e incendio.

Prdida de su aislamiento interno

Descargas parciales.

Sobrecargas.

Sobrecalentamiento del aceite.

Sobre-tensiones y Descargas atmosfricas.

Fallos de las protecciones internas del transformador.

Fallas en los cambiadores de taps.

Daos en los conductores debido a la presencia de gases corrosivos.

Las causas descritas anteriormente incrementa la probabilidad de un arco elctrico al interior del transformador.

La energa resultante, vaporiza el aceite generando gases explosivos tales como: Hidrgeno, Metano, Etano, Etileno y Acetileno.

Los gases se presurizan rpidamente, generando presin dinmica de gran magnitud, que se propagan internamente por todo el transformador. Se puede generar una explosin por la combinacin de los gases con el oxgeno presente en los espacios libres que provoca la ignicin del aceite y el incendio del transformador.

Riesgo de explosin e incendio (continuacin)

Riesgo de explosin e incendio (continuacin)

4. Incendio.

Proceso que conlleva a la explosin e incendio

1. Falla al interior del transformador.

2. Vaporizacin de los gases y aumento de presin interna.

3. Ruptura de la cuba.

Daos a los componentes internos del transformador. Probabilidad de daos a equipos e instalaciones adyacentes. Lesiones al personal que se encuentre en el sector. Contaminacin por el aceite expulsado y la generacin de humos

debido a la combustin del aceite. Propagacin del incendio debido a la expulsin de aceite en llamas. Perdidas econmicas ( adquirir un nuevo transformador, E.N.S.)

Los efectos de la explosin e incendios son:

Riesgo de explosin e incendio (continuacin)

Sistemas automticos

de extincin

La funcin principal de este sistema es enfriar la cuba del transformador con la finalidad de minimizar la generacin 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.

Sistema de Roco

El sistema descarga necesita de una reserva fiable de agua y de una cantidad importante de gas (nitrgeno o aire) para su operacin.

Ante una explosin del transformador, el sistema de la tubera de descarga de agua sera destruida, y por ende la perdida total del transformador y las instalaciones asociadas.

Sistema de Roco (continuacin)

El sistema de despresurizacin por medio de Nitrgeno impide explosiones e incendios de transformadores por fallas que generan arco elctrico, debido a que permite:

Despresurizar el tanque en milisegundos, mediante la apertura de una vlvula de despresurizacin rpida para aliviar la presin.

Evita el contacto entre el aire (oxgeno) y los gases explosivos.

Eliminar la combustin de gases explosivos mediante la inyeccin de nitrgeno y como consecuencia se enfra la cuba.

Sistema de Despresurizacin

Vlvula de despresurizacin

Inyeccin Nitrgeno para enfriamiento de la cuba y prevenir una combustin interna.

Expulsin gases explosivos

Actuacin Vlvula de despresurizacin ante el aumento de presin al interior del tanque.

Sistema de Despresurizacin (continuacin)

Fuente dibujos: Sergi -TPC

Comparacin de los sistemas

Sistema Previene ExplosinPreviene Incendio

Previene recombustin y

explosin secundaria

Minimiza posibles daos a equipos

cercanos

Previene contaminacin

ambiental

Requiere fuente de

agua

Diluvio o Roco NO NO NO NO NO SI

Despresurizacin SI SI SI SI SI NO

Alternativa de sustitucin

del aceite mineral

por aceite de origen vegetal

Los aceites vegetales presenta un valor mucho ms alto de viscosidad comparado con el aceite de origen mineral, lo cual afecta la refrigeracin y extraccin de calor del transformador durante su operacin (transformadores existentes).

La utilizacin del aceite vegetal como aislante elctrico presenta el inconveniente que la exposicin al oxigeno, a la humedad y otros contaminantes, debe ser minimizada para evitar la polimerizacin o gelificacin del aceite.

Alternativa de sustitucin del aceite mineral por aceite de origen vegetal.

Los fabricantes de este tipo de aceite solamente lo recomiendan para transformadores con Tanques Sellados o Equipados con Presin Positiva de Nitrgeno Seco. Nuestros auto transformadores son del tipo de tanque conservador con transpiracin con silica, por lo cual estos no aplican para que utilicen aceite vegetal.

Los fabricantes de transformadores, expresan que los transformadores que han sido diseados para operar con aceite mineral no es recomendable remplazar este ( aceite mineral) por aceites vegetales (steres).

Alternativa de sustitucin del aceite mineral por aceite de origen vegetal (continuacin).

5. Anlisis del riesgo de Explosin e Incendio

Transformadores de Potencia Subestacin Ahuachapn.

Anlisis del riesgo con un sistema de diluvio o roco.

Se consider un rea de afectacin de 20 m.

Desventajas del sistema de diluvio o roco ante una explosin del transformador:

Afecta a las tuberas y aspersores, dejndolo inoperable

Daos a otros equipos y estructuras aledaas al auto transformador.

Indisponibilidad de la disponibilidad de los auto transformadores afectando la interconexin con pases vecinos a 230kV, dos lneas de transmisin nacional a 115kV y los puntos de retiro de la distribuidora.

Anlisis del riesgo con un sistema de diluvio o roco (continuacin).

Diagrama rea afectacin explosin transformador

Con un sistema de despresurizacin se minimizan los daos internos del auto transformador; al no haber explosin se elimina la afectacin a equipos e instalaciones aledaas al transformador.

Anlisis del riesgo con un sistema de despresurizacin (TPC)

Evaluacin tcnico econmica de los sistemas contra incendio

Evaluacin tcnico econmica de los sistemas contra incendio.

Conclusiones

La opcin ms efectiva/ econmica, para prevenir una explosin e incendio, corresponde a los sistemas de despresurizacin rpidaEl sistema despresurizacin rpida es activado en el orden de los milisegundos previniendo la ocurrencia de una explosin y por consiguiente el incendio, minimizando los daos a los componentes internos del transformador.

Conclusiones.

La operacin del sistema de diluvio, requiere la existencia previa de fuego; lo que implica que ya se han presentado daos severos en el ncleo del transformador, del papel aislante del devanado y degradacin del aceite.

Tcnicamente no es factible efectuar el reemplazo del aceite mineral por aceite vegetal en los Autotransformadores de potencia ubicados en la subestacin de Ahuachapn; estos fueron diseados y construidos para operar con aceite dielctrico mineral.

Conclusiones.