Contribución a la mejora del sistema de refrigeración de CTs de interior por aprovechamiento de las canalizaciones eléctricas subterráneas y una idónea ubicación de equipos de instalación

Abstract

1) Tema abordado: se trata de estudiar la refrigeración de los centros de transformación eléctricos (CT) del tipo interior, cuyo equipamiento eléctrico (aparellaje y transformador) se encuentra dentro de un local, focalizando la atención en aquellos que por sus condiciones físicas (locales con mala o nula renovación de aire) o por su ubicación geográfica (climas cálidos con altas temperaturas) tienen dificultades para extraer el calor producido por el funcionamiento de los equipos alojados en su interior, fundamentalmente el transformador de distribución.. 2) ¿Cuál es el problema? En los casos mencionados, la imposibilidad de refrigerar adecuadamente el transformador de distribución, genera elevadas temperaturas dentro del local, lo que produce una situación de estrés térmico casi permanente a todos los equipos alojados en su interior. Esta elevada temperatura tiene consecuencias negativas, en ocasiones nefastas, para todos ellos, entre ellas: a. Pérdida de vida acelerada, especialmente para el transformador de distribución. De acuerdo con la norma C57.91-2011 - IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators diferencias de temperaturas de solo 8 ºC afectan de forma muy considerable a la vida útil del transformador, pudiendo reducir ésta a la mitad. b. Las elevadas temperaturas suponen un aumento en el riesgo de graves daños en la instalación, incluso de incendio, que, en caso de producirse, puede extenderse a las zonas próximas (entre ellas viviendas) con consecuencias impredecibles. 3) ¿Cómo se aborda habitualmente este problema? Para los casos no extremos, mediante ventilación forzada tomando el aire directamente desde el exterior, y ,para los casos extremos, mediante la instalación de un sistema de aire acondicionado convencional. Ambos presentan limitaciones importantes; el primero fundamentalmente de la temperatura del aire exterior, ya que en climas cálidos suele coincidir las puntas de consumo eléctrico (y por lo tanto de temperatura en el interior del CT) con las puntas de temperatura ambiente, por lo que la refrigeración no es efectiva. El segundo por el consumo energético que supone y los costes de instalación y mantenimiento que implican. 4) ¿Qué solución se propone en esta tesis? Aprovechar la energía geotérmica de baja intensidad presente en las canalizaciones eléctricas de los cables que entran y salen del CT, dedicando un tubo libre de la canalización (ya sea un tubo existente o instalado específicamente en la construcción de nuevas canalizaciones) para forzar el paso de aire en una longitud determinada antes de impulsarlo al interior del CT. Este paso de aire por el tubo intercambia calor con el terreno, que se supone a una temperatura inferior, obteniéndose así un sistema medioambientalmente sostenible y económicamente viable para el objetivo deseado de refrigeración del CT. 5) ¿Qué alcance ha tenido el estudio de la solución propuesta? La investigación desarrollada se ha apoyado en tres instalaciones reales que han servido de campo de pruebas para todo el trabajo realizado. En estas instalaciones, cada una de un perfil determinado (para cubrir el mayor espectro de instalaciones existentes), se ha montado la solución indicada y probado en diferentes configuraciones, niveles de carga y situaciones estacionales, durante un período de cinco años. El análisis del aire en tubo enterrado se ha completado con el desarrollo de una herramienta software diseñada específicamente para poder estimar su comportamiento. Se ha prestado especial atención al diseño del flujo de aire (previamente tratado geotérmicamente) impulsado en el interior del CT, para obtener el mayor rendimiento térmico posible, apoyándonos en otra herramienta software comercial específica para este fin. El impacto de cada una de las opciones estudiadas se ha tratado de reflejar tanto en términos técnicos como económicos de inversión y posterior mantenimiento.