Nuevos líquidos biodegradables para su aplicación en Alta Tensión

Descripción de la actividad de la organización

Diseño, fabricación, integración y suministro global de equipos eléctricos y soluciones para la medida, monitorización, protección, automatización, control y comunicación de redes eléctricas. En el caso concreto de transformadores de medida, desde hace más de 75 años.

Sector

Fabricación de motores, generadores y transformadores eléctricos

Nº de personas empleadas

2500

Localización

Antecedentes

Tradicionalmente, el sistema aislante utilizado en los transformadores de medida es un aceite de origen mineral refinado del petróleo. Era un fluido no biodegradable, con alta huella de carbono y resulta contaminante en caso de fuga. Todo ello conlleva importantes daños ambientales, especialmente en zonas naturales protegidas y, concretamente, en ubicaciones próximas a zonas hídricas, en superficie o subterránea. Por eso, Arteche comenzó la búsqueda de un aceite biodegradable que mantuviese las propiedades y el rendimiento durante las pruebas de validación en laboratorio y su vida en servicio.

Reto

Si bien ya existen fluidos biodegradables orientados a transformadores de potencia, el factor diferencial en este caso se encuentra en el modo de funcionamiento del aceite en cada tipo de transformador. En el caso de transformadores de potencia, cumple funciones por un lado de refrigeración y por otro de aislamiento. Por el contrario, en el caso de transformadores de medida, el rol es exclusivamente aislante, previamente impregnado en una estructura de celulosa y pantallas electrostáticas ubicadas para la regulación del campo eléctrico.

Razones para ser considerado un Caso Práctico de Innovación

Porque Arteche ha conseguido incorporar como aceite dieléctrico en trasformadores de medida de alta tensión, un fluido biodegradable que hace la función de aislante eléctrico, todo ello manteniendo las prestaciones y la calidad del equipo final teniendo en cuenta el criterio ambiental.

El Grupo Arteche es una empresa multinacional con sede en Mungia especializada en el desarrollo de equipos y soluciones de alto componente tecnológico para la generación, el transporte y la distribución eléctrica. La empresa, con una facturación anual superior a los 350 millones de euros, emplea a más de 2.500 personas en todo el mundo y vende sus productos en más de 175 países.

Arteche desarrolla, entre otros, transformadores de medida, dispositivos que convierten las intensidades y tensiones de las líneas de alta tensión a valores medibles por contadores de baja tensión y por sistemas de protección. Para este proceso de transformación es necesario el uso de un aislamiento entre los componentes eléctricos que se encuentran a diferente tensión. El sistema aislante que venía utilizándose hasta la fecha es un aceite dieléctrico de origen mineral, siendo éste un fluido no biodegradable, con alta huella de carbono y que podía registrar toxicidades en caso de fuga, y que, además complica su tratamiento de recuperación al llegar al final de su vida útil.

En este contexto, varios clientes –en especial los clientes con plantas ubicadas en zonas naturales protegidas- venían solicitando una alternativa al aceite dieléctrico de origen mineral más respetuoso con el medio ambiente en caso de fuga, de manera que se eviten daños en entornos protegidos en caso de derramamiento. En este sentido, Arteche junto con Tekniker, socio colaborador del proyecto, comenzó una investigación para la búsqueda de un fluido biodegradable ya existente en el mercado para otras aplicaciones y que pudiera ser utilizado también como aceite dieléctrico, manteniendo las prestaciones del aceite tradicional.

A partir de los fluidos analizados en las pruebas realizadas en laboratorio, identificaron un aceite biodegradable que puede ser utilizado en los transformadores de medida manteniendo las prestaciones del aceite dieléctrico tradicional de origen mineral y, además, mejora la sostenibilidad del proceso.

La principal dificultad del proyecto fue utilizar un fluido en los transformadores de medida que, tras incorporar este criterio de diseño medioambiental, lograra mantener la calidad así como la competitividad en coste que las máquinas de Arteche venían teniendo hasta la fecha.

Este proyecto supuso para Arteche una inversión de 395 miles de euros, además de la inversión realizada por Tekniker, que ascendió a 200 miles de euros. En este sentido, la mayor parte de la inversión se destinó a personal investigador. Además, el proyecto contó con la financiación de Elkartek.

En la actualidad el aceite biodegradable ya está siendo utilizado en diferentes equipos de Arteche y se encuentra en fase de comercialización.

1. El proyecto de Arteche comenzó con la especificación de requisitos y la selección de posibilidades de suministro. Se estudiaron normativas y se revisó bibliografía para llegar a una adecuada visión del estado del arte.
2. Posteriormente se caracterizaron varias alternativas de fluidos, con ayuda de Tekniker, recopilando muestras y analizando propiedades relevantes. Además, se estudió la compatibilidad con otros materiales del transformador, para asegurar el buen comportamiento durante toda su vida en servicio.
3. Tekniker evaluó la optimización de los fluidos biodegradables identificados. Para ello se llevaron a cabo pruebas para mejorar las propiedades específicas para la aplicación prevista utilizando diferentes nano-aditivos.
4. Igualmente, se realizaron pruebas en laboratorio con maquetas. Se evaluaron varias propiedades como la tensión de aparición de descargas parciales y de rotura, así como otras propiedades relevantes y cambios en propiedades debidos al envejecimiento y exposición a la temperatura. La fabricación de estas maquetas iniciales sirvió adicionalmente para definir los parámetros correctos de fabricación. La utilización de estos nuevos materiales implica ajustes de variables de proceso.
5. Finalmente, se seleccionaron dos de los fluidos, que pasaron a pruebas en equipos completos de Arteche. Estos ensayos demostraron que los fluidos seleccionados cumplen satisfactoriamente con los parámetros analizados.

• Tras analizar varios fluidos existentes en el mercado y realizar diferentes ensayos, se identifica un aceite biodegradable para su uso como sistema aislante en transformadores de medida, que mantiene las mismas prestaciones y la calidad del aceite dieléctrico de origen mineral utilizado tradicionalmente y que cumple el requisito medioambiental definido por Arteche.
• Tras sustituir el aceite utilizado tradicionalmente por el nuevo fluido dieléctrico en los transformadores de Arteche, varios equipos de diferentes características que representan la gama completa de productos fabricados y comercializados por Arteche han superado todas las pruebas de validación con el fluido biodegradable seleccionado.
• El conocimiento sobre propiedades básicas de los fluidos analizados durante la investigación permitirá adaptar los procesos de fabricación al nuevo fluido. Con el resto de datos, se podrán realizar consideraciones de diseño para que los nuevos equipos funcionen de forma adecuada, garantizando la calidad y durabilidad los mismos y manteniendo el criterio medioambiental.
• En la actualidad el aceite biodegradable se encuentra en fase de búsqueda de instalaciones piloto en las que implantar una primera experiencia comercial.