Quan la gent parla de sistemes elèctrics moderns, els transformadors normalment no reben gaire atenció fora de la indústria elèctrica. Però sincerament, estan fent una gran quantitat de treballs pesats darrere de les escenes. Entre ells, el transformador de bobinat-immers en petroli de 220 kV-doble-trifàsic amb capacitat-de canvi d'aixeta de càrrega (OLTC) és un dels veritables cavalls de batalla de la xarxa.
Aquests transformadors s'utilitzen principalment per augmentar o baixar la tensió entre diferents parts de la xarxa de transmissió i distribució. En molts casos, redueixen la tensió de transmissió de 220 kV a nivells més baixos com 132 kV, 66 kV, 33 kV o fins i tot 11 kV per al subministrament regional i l'ús industrial.
El que els fa especialment valuosos és el sistema OLTC. En lloc d'apagar el transformador per ajustar la tensió, els operadors poden canviar les posicions de l'aixeta mentre el transformador encara està alimentat i porta càrrega. Pot semblar una característica petita, però en el funcionament de la xarxa-del món real, fa una gran diferència.
Per què encara s'utilitzen àmpliament els transformadors immersos en petroli-
Fins i tot amb l'arribada de tecnologies més noves al mercat, els transformadors-immersos en petroli segueixen sent l'opció preferida per a moltes empreses de serveis públics. El motiu és bastant senzill: funcionen bé, duren molt i poden gestionar nivells de potència greus de manera fiable.
L'oli aïllant té dues finalitats importants alhora. En primer lloc, proporciona aïllament elèctric entre els components interns. En segon lloc, elimina la calor generada pels bobinatges i el nucli durant el funcionament. Sense una refrigeració adequada, els transformadors es sobreescalfarien molt ràpidament en condicions de càrrega pesada.
La majoria de les unitats grans de 220 kV utilitzen mètodes de refrigeració com ONAN (Oil Natural Air Natural) o ONAF (Oil Natural Air Forced). A les instal·lacions de més capacitat-, també es poden utilitzar sistemes de circulació forçada d'oli per millorar la dissipació de calor.
El nucli del transformador sol estar fet d'acer de silici orientat-gra, cosa que ajuda a reduir les pèrdues d'energia. Els bobinatges de coure s'utilitzen habitualment perquè ofereixen una conductivitat i un rendiment tèrmic excel·lents. Els serveis públics es preocupen molt per l'eficiència aquí perquè fins i tot una petita reducció de les pèrdues pot estalviar energia significativa durant la vida útil del transformador.
I aquestes unitats estan construïdes per durar. Amb un manteniment adequat, molts funcionen durant 30 anys o més sense problemes importants.
Una part clau de les xarxes de transmissió
En els sistemes de transmissió, els transformadors de 220 kV actuen com a punts de connexió entre els nivells de tensió. L'electricitat generada a les centrals elèctriques sovint recorre llargues distàncies a tensions molt altes per minimitzar les pèrdues de transmissió. Abans que aquesta potència es pugui distribuir localment, la tensió s'ha de reduir per etapes.
Aquí és on entren aquests transformadors.
Per exemple, una subestació pot rebre potència a 400 kV o 500 kV i reduir-la a 220 kV. A continuació, un altre transformador el redueix encara més per a les xarxes de distribució regionals.
La regulació de la tensió esdevé especialment important en aquestes situacions perquè les càrregues de transmissió canvien constantment. Durant els períodes de demanda punta, la tensió pot baixar significativament a les línies llargues. D'altra banda, els sistemes amb càrrega lleugera de vegades experimenten problemes d'augment de tensió.
L'OLTC ajuda a equilibrar tot això automàticament. Mitjançant l'ajust de la relació de girs del transformador en temps real, el sistema manté els nivells de tensió dins dels límits acceptables sense interrompre el subministrament.
Per dir-ho simplement, el transformador està "-ajustant" contínuament la graella darrere de les escenes.
Suport a les ciutats i la demanda d'energia urbana
Les subestacions urbanes són un altre dels grans àmbits d'aplicació.
Les grans ciutats consumeixen enormes quantitats d'electricitat cada dia i els patrons de demanda poden canviar força ràpidament. Les càrregues-d'aire condicionat, edificis comercials, sistemes de transport i consum residencial creen fluctuacions al llarg del dia.
Una subestació urbana típica pot utilitzar diversos transformadors de 220/66kV o 220/33kV que funcionen en paral·lel. Els seus sistemes OLTC treballen junts per mantenir una tensió estable per als consumidors aigües avall.
Si la tensió baixa massa, el rendiment de l'equip es ressent. Si puja massa, els dispositius sensibles es poden danyar. Cap de les dues situacions és ideal, evidentment.
A les zones metropolitanes concorregudes on el terreny és limitat, les empreses de serveis públics sovint combinen aquests transformadors amb sistemes GIS (Gas Insulated Switchgear) per reduir la petjada de la subestació. És una disposició més compacta i funciona bé en entorns urbans densos.
Integració d'Energies Renovables
Els projectes d'energies renovables han canviat la manera com funcionen els sistemes elèctrics, i els transformadors ara juguen un paper encara més important que abans.
Els grans parcs eòlics i les plantes solars solen generar electricitat a nivells de tensió mitjana com ara 33 kV o 66 kV. Abans que l'energia pugui entrar a la xarxa de transmissió de manera eficient, cal augmentar-la a 220 kV.
Però la generació renovable no és perfectament estable. La velocitat del vent canvia. La cobertura de núvols afecta la producció solar. El flux d'energia pot fluctuar al llarg del dia, de vegades molt ràpidament.
Aquesta variabilitat crea reptes de tensió per als operadors de xarxa.
Els transformadors equipats-OLTC ajuden a suavitzar aquestes fluctuacions mitjançant la regulació automàtica de la tensió al punt de connexió de la xarxa. En els projectes que inclouen sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria, els transformadors també admeten el flux d'energia bidireccional, que és cada cop més important a les xarxes intel·ligents modernes.
Sincerament, sense una regulació avançada dels transformadors, la integració de grans quantitats d'energia renovable seria molt més difícil.
Aplicacions industrials
Les indústries pesades també depenen molt dels transformadors de 220 kV.
Les plantes siderúrgiques, les operacions mineres, les instal·lacions petroquímiques i les grans instal·lacions de fabricació consumeixen grans quantitats d'energia elèctrica. Moltes d'aquestes instal·lacions operen les seves pròpies subestacions dedicades connectades directament a la xarxa d'alta-tensió.
Les càrregues industrials poden ser molt exigents. Els motors grans, els forns d'arc i els accionaments de-velocitat variable sovint generen caigudes sobtades de tensió i oscil·lacions de càrrega. Els equips de producció sensibles no responen bé a condicions d'energia inestables.
És per això que la regulació de tensió és tan important en entorns industrials.
Els transformadors OLTC ajuden a estabilitzar el subministrament durant les condicions de càrrega canviants, reduint el risc de trencaments de l'equip i interrupcions de producció. En les indústries de procés continu-, fins i tot una breu interrupció pot provocar pèrdues financeres massives, de manera que la fiabilitat és absolutament fonamental.
Manteniment i desenvolupament futur
Tot i que aquests transformadors són extremadament fiables, encara requereixen un manteniment regular. Els serveis públics controlen habitualment l'estat del petroli, la temperatura del bobinat, el contingut d'humitat i els gasos dissolts per detectar possibles problemes aviat.
Els sistemes de monitorització moderns permeten ara l'avaluació de l'estat-en temps real mitjançant sensors i diagnòstics digitals. En lloc de confiar només en inspeccions programades, els operadors poden predir problemes abans que es produeixin errors.
De cara al futur, la tecnologia dels transformadors continua evolucionant. Els fabricants estan millorant els materials bàsics, desenvolupant fluids aïllants respectuosos amb el medi ambient i afegint capacitats de control intel·ligent. Les subestacions digitals i l'automatització de la xarxa estan impulsant els transformadors a convertir-se en actius més intel·ligents i connectats.
Tot i així, la missió bàsica segueix sent la mateixa.
El transformador OLTC de 220 kV-immers en oli-trifàsic de doble-enrotllament continua servint com un dels components bàsics de la infraestructura elèctrica moderna. Tant si es tracta de donar suport a xarxes de transmissió, alimentar ciutats, integrar energies renovables o subministrar la indústria pesant, aquests transformadors mantenen l'electricitat en moviment silenciós on es necessita-dia rere dia, any rere any.
