Aceite para transformadores

Las funciones principales del aceite para transformadores son aislar y refrigerar al transformador. Por lo tanto, debe tener alta rigidez dieléctrica, conductividad térmica y estabilidad química, y debe conservar estas propiedades incluso a altas temperaturas durante períodos prolongados.^[2] Normalmente, tienen un punto de inflamación superior a 140 °C, punto de fluidez menor a −40 °C, y una ruptura dieléctrica a más de 28 kV_RMS.^[3] Para mejorar la refrigeración de los transformadores de potencia de gran tamaño, el tanque lleno de aceite puede contar con radiadores externos por los que el aceite circula por convección natural. Los transformadores de potencia con capacidades de miles de kilovoltios-amperios también pueden contar con ventiladores de refrigeración, bombas de aceite e incluso intercambiadores de calor de aceite-agua.^[4]

Los transformadores de potencia se someten a procesos de secado prolongados mediante autocalentamiento eléctrico, aplicación de vacío o ambos, para garantizar que el transformador esté completamente libre de vapor de agua antes de introducir el aceite aislante. Esto ayuda a prevenir la formación de corona y la consiguiente ruptura eléctrica bajo carga.

Los transformadores de aceite con depósito de aceite conservador pueden contar con un relé detector de gas, como el relé Buchholz. Estos dispositivos de seguridad detectan la acumulación de gas en el transformador debido a una descarga de corona, sobrecalentamiento o un arco eléctrico interno. Ante una acumulación lenta de gas o un aumento rápido de presión, estos dispositivos pueden disparar un disyuntor de protección para cortar la alimentación del transformador. Los transformadores sin conservador suelen estar equipados con relés de presión repentina, que realizan una función similar a la del relé Buchholz.

El aceite mineral suele ser eficaz como aceite para transformadores, pero presenta algunas desventajas, una de las cuales es su punto de inflamación relativamente bajo en comparación con otras alternativas. Si un transformador pierde aceite mineral, puede provocar un incendio. Las normativas contra incendios suelen exigir que los transformadores dentro de edificios utilicen un líquido menos inflamable o transformadores de tipo seco sin líquido. El aceite mineral también es un contaminante ambiental, y sus propiedades aislantes se degradan rápidamente incluso con pequeñas cantidades de agua. Por esta razón, los transformadores están bien equipados para mantener el agua fuera del aceite.

Los ésteres sintéticos y naturales de ácidos grasos tetra pentaeritritol han surgido como una alternativa al aceite mineral cada vez más común, especialmente en aplicaciones de alto riesgo de incendio, como en interiores, debido a su alto punto de inflamación, que es superior a los 300 °C.^[5] Son biodegradables, pero más caros que el aceite mineral. Los ésteres naturales presentan una menor estabilidad a la oxidación en la prueba de saturación de oxígeno a 120 °C durante aproximadamente 48 horas, en comparación con las 500 horas de los aceites minerales, por lo que se utilizan en transformadores cerrados.

Los sellos herméticos son importantes para transformadores de gran tamaño debido a la expansión y contracción térmica. Los transformadores de potencia medianos y grandes suelen contar con un conservador y emplear una bolsa de goma con éster natural para reducir la entrada de oxígeno y evitar que este se oxide más rápido que lo que las compañías eléctricas suelen hacer con los aceites minerales. También se utilizan aceites a base de silicona o fluorocarbono, que son incluso menos inflamables, pero son más caros que los ésteres.^{[cita requerida]}

Hay más de 3 millones de transformadores en servicio con formulaciones vegetales, que hasta la fecha utilizan formulaciones a base de soja o colza en transformadores de hasta 500 kV. Sin embargo, las formulaciones a base de aceite de coco no son aptas para climas fríos ni para tensiones superiores a 230 kV. kV.^[7] Los investigadores también están investigando nanofluidos para uso en transformadores; estos se utilizarían como aditivos para mejorar la estabilidad y las propiedades térmicas y eléctricas del aceite.^[8]

Los bifenilos policlorados (PCB) son dieléctricos sintéticos que se fabricaron por primera vez hace más de un siglo y cuyas propiedades deseables propiciaron su uso generalizado.^[9] Anteriormente, se utilizaban como aceite para transformadores, debido a su alta rigidez dieléctrica y a su resistencia a la inflamabilidad. Desafortunadamente, también son tóxicos, bioacumulables, poco biodegradables y difíciles de desechar de forma segura. Al quemarse, forman productos aún más tóxicos, como dioxinas cloradas y dibenzofuranos clorados.

A partir de la década de 1970, la producción y los nuevos usos de PCB se prohibieron en muchos países debido a la preocupación por la acumulación de PCB y la toxicidad de sus subproductos. Por ejemplo, en Estados Unidos, la producción de PCB se prohibió en 1979 en virtud de la Ley de Control de Sustancias Tóxicas.^[10] En muchos países existen importantes programas para recuperar y destruir de forma segura los equipos contaminados con PCB.^{[cita requerida]} Un método que se puede utilizar para recuperar el aceite para transformadores contaminado con PCB es la aplicación de un sistema de eliminación de PCB, también llamado sistema de decloración de PCB.

Los sistemas de eliminación de PCB utilizan una dispersión alcalina para separar los átomos de cloro de las demás moléculas mediante una reacción química. Esto forma un aceite para transformadores libre de PCB y un lodo libre de PCB. Ambos pueden separarse mediante una centrifugadora. El lodo puede eliminarse como residuo industrial normal sin PCB. El aceite para transformadores tratado se restaura por completo, cumpliendo con los estándares requeridos, sin ningún contenido detectable de PCB. Por lo tanto, puede volver a utilizarse como fluido aislante en transformadores.^[11]

Los PCB y el aceite mineral son miscibles en todas las proporciones, y en ocasiones se utilizaba el mismo equipo (bidones, bombas, mangueras, etc.) para ambos tipos de líquido, por lo que la contaminación del aceite para transformadores con PCB sigue siendo preocupante. Por ejemplo, según la normativa vigente, las concentraciones de PCB superiores a 5 partes por millón pueden hacer que un aceite se clasifique como residuo peligroso en California.