Com funciona el gel de sílica com a agent higròscop en el sistema de ventilació del transformador?

El paper del gel de sílica en els sistemes de respiració dels transformadors

El gel de sílica (Silica Gel) és un adsorbent comunament utilitzat amb excel·lents propietats higroscòpiques, ampliament aplicat en l'equipament elèctric per a la deshidratació i la prevenció d'humitat. En els sistemes de respiració dels transformadors, el gel de sílica serveix principalment per absorir l'humitat de l'aire que entra al dipòsit del transformador, prevenint que l'aigua penetri en l'oli i els materials aïllants, així protegint el rendiment aïllant del transformador.

1. Principi de funcionament del gel de sílica

• Mecanisme d'adsorció: El gel de sílica té un gran nombre de micropors a la seva superfície, que poden adsorbir molècules d'aigua de l'aire. Quan l'aire passa pel respirador del transformador, l'humitat és absorbida pel gel de sílica, permetent que l'aire sec entre al dipòsit.

• Reversibilitat: El procés d'adsorció del gel de sílica és reversible. Quan es saturi d'humitat, es pot regenerar escalfant-lo, alliberant l'aigua absorbida i restablint la seva capacitat higroscòpica. Això permet reutilitzar el gel de sílica, ampliant la seva vida útil.

2. Aplicació del gel de sílica en els sistemes de respiració dels transformadors

Respirador: Els transformadors solen estar dotats d'un respirador (també conegut com a respirador dessecant) que connecta el dipòsit d'oli amb l'atmosfera. Dins el respirador, el gel de sílica filtra l'aire entrant, assegurant que només l'aire sec entre al dipòsit. Com el canvi de temperatura intern del transformador provoca fluctuacions de pressió dins el dipòsit, es produeix un intercanvi de gasos entre el dipòsit i l'ambient exterior. El gel de sílica del respirador adsorbeix l'humitat de l'aire, prevenint que l'aire humit entre al dipòsit.

Sistema de sellat: En alguns transformadors, el gel de sílica també s'utilitza com a dessecant en el sistema de sellat per prevenir que l'humitat entre al dipòsit a través de zones mal sellades.

Conseqüències d'un control inadequat de l'humitat

Si el control de l'humitat en un transformador és inadequat, l'humitat pot entrar al dipòsit i dissoldre-se en l'oli del transformador o depositar-se en els materials aïllants, provocant una sèrie de problemes que poden afectar greument el rendiment i la llargada de vida del transformador. A continuació es presenten les principals conseqüències d'un control inadequat de l'humitat:

1. Degradació del rendiment aïllant

• Impacte en els materials aïllants: L'humitat redueix la resistència dielèctrica tant de l'oli del transformador com dels materials aïllants solids (com el paper i la fibra). A mesura que augmenta el contingut d'humitat, la constant dielèctrica dels materials aïllants augmenta, i la tensió de ruptura disminueix, fent més probables les descàrregues parcials o els circuits curts.

• Envejeciment accelerat: L'humitat també acelera el procés d'envejeciment dels materials aïllants, reduint la llargada de vida del transformador. En condicions de temperatures altes, l'humitat pot combinar-se amb els productes d'oxidació de l'oli per formar substàncies àcides, corroïnt encara més els materials aïllants.

2. Deteriorament de la qualitat de l'oli

• Excés d'humitat en l'oli: Quan l'humitat entra a l'oli del transformador, altera les propietats físiques i químiques de l'oli. L'humitat promou les reaccions d'oxidació en l'oli, generant substàncies àcides i precipits, que redueixen la capacitat antioxiante i la eficiència de refredament de l'oli.

• Transferència de calor deteriorada: L'humitat redueix la conductivitat tèrmica de l'oli, afectant la dissipació de calor del transformador. Això pot conduir a temperatures d'operació més altes, accelerant l'envejeciment i el deteriorament dels materials aïllants.

3. Descàrregues parcials i falles d'arc

• Descàrregues parcials: L'humitat baixa la tensió de ruptura de l'oli, especialment en transformadors de alta tensió, augmentant la probabilitat de descàrregues parcials. Les descàrregues parcials no només danysen els materials aïllants, sinó que també poden portar a falles d'arc, causant parades súbites del transformador.

• Falles d'arc: La penetració severa d'humitat pot resultar en falles d'arc, que poden portar a incendis o explosions, posant riscos significatius a la seguretat del sistema elèctric.

4. Corrosió del nucli i les bobines

• Corrosió de les components metàl·liques: L'humitat que entra al dipòsit del transformador pot contactar amb les components metàl·liques com el nucli i les bobines, causant corrosió. Aquest efecte s'accelera quan l'oli conté substàncies àcides, debilitant la força mecànica de les components metàl·liques i afectant la operació normal del transformador.

• Deformació de les bobines: L'humitat pot fer que les capes aïllants de les bobines esdebin més suaus o es dilatin, conduint a deformacions o circuits curts de les bobines. En casos extrems, les bobines podrien necessitar ser substituïdes, incrementant els costos de manteniment.

5. Impacte en la fiabilitat del transformador

• Parades freqüents: Degut a la degradació del rendiment aïllant, la deterioració de la qualitat de l'oli i altres problemes, el transformador pot experimentar falles freqüents, necessitant parades per a manteniment, el que pot afectar la estabilitat i la fiabilitat del sistema elèctric.

• Llargada de vida reduïda: Un control inadequat de l'humitat a llarg termini pot accelerar l'envejeciment del transformador, reduint la seva llargada de vida i incrementant els costos de manteniment i substitució.

Assegurar un control eficient de l'humitat

Per assegurar un control eficient de l'humitat i evitar els problemes mencionats, són necessàries les següents mesures:

• Inspecció regular de l'estat del gel de sílica: El gel de sílica canvia de color (normalment de blau a rosa) quan absorbeix humitat. S'hauria de substituir o regenerar prontament quan es satura per mantenir la seva capacitat higroscòpica.

• Mantenir la ventilació del respirador: Assegurar que el respirador romang sense obstruccions, permetent que l'aire passi pel gel de sílica per a una correcta deshidratació. Evitar obstruccions que puguin impedir el flux d'aire.

• Fortaleix el sellat: Inspeccionar regularment el sistema de sellat del transformador per assegurar que el dipòsit estigui ben sellat, prevenint que l'humitat entri a través de zones mal sellades.

• Monitoritzar el contingut d'humitat en l'oli: Muestrear i analitzar periòdicament el contingut d'humitat en l'oli del transformador per detectar un control inadequat de l'humitat i prendre mesures correctives.

• Instal·lar equipament de deshumidificació: Per a grans transformadors o aquells que operen en entorns humits, considerar l'instal·lació d'equipament de deshumidificació (com generadors d'aire sec) per millorar el control de l'humitat.

Resum

El gel de sílica joca un paper crucial en els sistemes de respiració dels transformadors, absorbint eficientment l'humitat de l'aire que entra al dipòsit, protegint el rendiment aïllant i la qualitat de l'oli del transformador. Si el control de l'humitat és inadequat, l'humitat pot entrar al dipòsit, conduint a una sèrie de problemes com la degradació del rendiment aïllant, la deterioració de la qualitat de l'oli, descàrregues parcials, corrosió de les components metàl·liques i una reducció de la fiabilitat i la llargada de vida del transformador. Per tant, assegurar que el gel de sílica estigui en bon estat i implementar mesures eficients de control de l'humitat són essencials per mantenir la operació segura i estable dels transformadors.