Sistemas de Protección Contra Incendios en Transformadores de Subestación

Sistemas de protección contra incendios en Transformadores de Subestación Andrés Granero

Debido a la gran cantidad de aceite contenido en los tanques de los transformadores ubicados en Subestaciones de intemperie, las áreas donde están instalados son consideradas peligrosas con relación al riesgo de incendio. En este artículo nos referimos a los sistemas de protección utilizados normalmente para limitar el peligro de expansión del fuego, cuando un transformador se ve involucrado en un incendio, a otros equipos adyacentes o a edificios colindantes. Se exponen igualmente los criterios de protección considerados por las diferentes normas internacionales más relevantes, entre las cuales pueden existir diferencias notables de criterio, por ello, el diseador deberá adaptarse a las normas y reglamentos nacionales y locales de protección contra el fuego que correspondan en cada caso. !uando se produce un cortocircuito interno en un transformador, la energía desarrollada gasifica el aceite produciendo una onda de expansión, y un arco el"ctrico

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que por sí mismo puede, en algunos casos, llegar a romper el tanque, originando el derrame al exterior del aceite en combustión. #ara reducir al máximo los efectos indicados, se considera en primer lugar, que la duración del cortocircuito será muy breve, por la rapidez con que actuará la protección el"ctrica del sistema, y en segundo lugar, una vez que cesa el proceso destructivo del arco, el aceite continua ardiendo, tanto el que sigue fluyendo del tanque como el que ya se $a derramado en el suelo. #ara eliminar y limitar la expansión del incendio, se pueden utilizar los medios que a continuación se indican. !omenzamos, para ello, aludiendo al párrafo %.& de la '(! &) *'nstalaciones el"ctricas de exterior+ del eglamento de -lta (ensión -(/ espaol letra en cursiva/, con0untamente con el apartado 1.2.3 de la norma de obligado cumplimiento 45E6E5 %&78%6& equivalente a la norma internacional 'E! %&78%6&9 6.1 Sistemas contra incendios

1. Se deberán adoptar las medidas de protección pasiva y activa que eviten en la medida de lo posible la aparición o la propagación de incendios en las instalaciones eléctricas de alta tensión teniendo en cuenta: a) La propagación del incendio a otras partes de la instalación. b) La posibilidad de propagación del incendio al exterior de la instalación por lo que respecta a daños a terceros. c) La gravedad de las consecuencias debidas a los posibles cortes de servicio. . Los riesgos de incendio se particulari!an principalmente en los trans"ormadores o reactancias aislados con l#quidos combustibles$ en los que se tomarán una o varias de las siguientes medidas$ seg%n proceda: a) &ispositivos de protección rápida que corten la alimentación de todos los arrollamientos del trans"ormador. 'o es necesario el corte en aquellos arrollamientos que no tengan posibilidad de alimentación de energ#a eléctrica. b) (lección de distancias su"icientes para evitar que el "uego se propague a instalaciones próximas a proteger$ o colocación de paredes corta"uegos.

#ara este sub6apartado del reglamento, la norma 45E6E5 %&78%6& apartado 1.2.3, indica las siguientes distancias9 :a disposición de una subestación debe ser tal que el incendio de un transformador de potencia nominal superior a & ;<- no cause un peligro de incendio para los demás transformadores u ob0etos. !on este propósito, una distancia de seguridad = adecuada resulta necesaria. :a tabla & siguiente ofrece valores indicativos

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Tabla 1: Valores indicativos para las distancias de seguridad de transformadores para exterior Distancias de seguridad G con relación

(ipo de transformador

(ransformadores en bao de aceite >/

(ransformadores con líquidos menos inflamables /, sin protección me0orada (ransformadores con líquidos menos inflamables / con protección me0orada

(ransformadores secos -/

&??? @A@ 3??? 3??? @A@ 3???? 3???? @A@ B)??? C B)??? &??? @A@ 81?? C 81??

- otros transformadores o a superficies no combustibles de edificios m/

- superficies combustibles de edificios m/

8

2,%

)

&?

&?

3?

&),3

8?,)

&,)

2,%

B,%

&),3

Distancias de seguridad G con relación a la superficie de edificios o transformadores adyacentes orizontal m/

?,7

&,)

!lases de comportamiento al fuego

Distancias de seguridad G con relación a la superficie del edificio o de transformadores adyacentes orizontal m/ &,) ninguna

F? F&GF3 5>(-9 :os medios de protección me0orados significan9 esistencia a la rotura de los tanques Descompresión de los tanques #rotección de defectos de pequea intensidad #rotección contra defectos de intensidad elevada #ara la protección me0orada, ver, por e0emplo, la norma Factory ;utual =lobal 877? o documentos equivalentes.

Si se instalan equipos extintores de incendios activados automáticamente la distancia = puede reducirse. c) (n el caso de instalarse untos varios trans"ormadores$ y a "in de evitar el deterioro de uno de ellos por la proyección de aceite u otros materiales al averiarse otro próximo$ se instalará una pantalla entre ambos de las dimensiones y resistencia mecánica apropiadas.

#ara este sub6apartado la norma 45E6E5 %&78%6&, indica las siguientes dimensiones para las pantallas cortafuegos9


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Si no es posible asegurar las distancias adecuadas tal como se indican en la tabla anterior, deben proporcionarse paredes de separación resistentes al fuego del siguiente tamao9 a/ #aredes de separación E' %? entre los transformadores ver detalles en figura &/ de acuerdo con el documento Seguridad en caso de 'ncendio en el Diario >ficial de las !omunidades Europeas nH ! %3G3%8 de fec$a 31 .?3.&77B.

-

-ltura9 la del depósito de expansión si lo $ay/, de lo contrario la del tanque del transformadorI :ongitud9 el anc$o o el largo del foso de recogida, segJn la orientación del transformador.

Figura &9 #aredes cortafuegos de separación entre transformadores b/ #aredes de separación E' %? entre los transformadores y los edificiosI muros de construcción E' 7? ver figura 3/ de acuerdo con el documento Seguridad en caso de 'ncendio en el Diario >ficial de las !omunidades Europeas nH ! %3G3%8 de fec$a 31.?3.&77B.


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:as distancias = de la figura 3 corresponden a las indicadas en la tabla &

Figura 39 #rotección contra el fuego entre transformador y e dificio d) La construcción de "osas colectoras del l#quido aislante. Las instalaciones deberán disponer de cubas o "osas colectoras. *uando la instalación disponga de un %nico trans"ormador la "osa colectora debe tener capacidad para almacenar la totalidad del "luido y si +ubiera más de un trans"ormador la "osa debe estar diseñada para recibir$ al menos$ la totalidad del "luido del trans"ormador más grande. 'o obstante$ cuando el trans"ormador contenga l#quido aislante$ pero su potencia sea menor o igual de ,- /0$ la "osa podrá suprimirse. 0simismo$ también podrá suprimirse cuando se utilice l#quido aislante biodegradable que no puede derramarse a cauces super"iciales o subterráneos o a canali!aciones de abastecimiento de aguas o de evacuación de aguas residuales.

:a norma 45E6E5 %&78%6& complementa este sub6apartado de la siguiente forma9 :os fosos de recogida y los depósitos colectores cuya utilización comparten varios transformadores deben disponerse de forma que el incendio de un transformador no pueda propagarse a otro. Imseingenieria.blogspot.com.es

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:o mismo es de aplicación a los fosos de recogida individuales conectados a los depósitos colectores de otros transformadoresI con este fin pueden utilizarse, por e0emplo, capas de grava o tuberías rellenas de fluido. :as disposiciones que tienden a extinguir las llamas en una fuga de fluido son preferibles, por e0emplo, un lec$o de grava aproximadamente de 8?? mm de espesor y con una granulometría de aproximadamente B?G%? mm/ extingue las llamas del aceite incendiado que se filtra en "l.

Disposición de los fosos de recogida y los depósitos colectores :os fosos de recogida y los depósitos colectores deben disearse y disponerse de alguna de las siguientes formas9

-

Foso de recogida con depósito colector integrado para la totalidad de los fluidos figura 8/

Figura 89 Foso de recogida con depósito colector integrado.

-

Foso de recogida con depósito colector separado. !uando $ayan varios fosos de recogida, las tuberías de drena0e pueden conducir a un depósito colector comJn a todos ellos, en tal caso, este debe ser capaz de contener la totalidad del aceite del transformador más grande figura B/.


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Figura B9 Foso de recogida con depósito colector separado

-

Foso de recogida con depósito colector integrado para varios transformadores. Este debe ser capaz de contener la totalidad del aceite del transformador más grande figura )/.

Figura )9 foso de recogida con depósito colector integrado comJn

:as paredes y los conductos asociados de los fosos y depósitos colectores deben ser resistentes al aceite y al agua. Debe asegurarse que la capacidad de los fososGdepósitos colectores de los fluidos aislantes y refrigerantes no se reduce indebidamente a causa del agua que penetre en ellos. Debe ser posible drenarlos o extraer el agua. Se recomiendo un dispositivo simple que indique el nivel de líquido. Debe prestarse atención al peligro de congelación. Deben tenerse en cuenta las siguientes medidas adicionales para la protección de la canalizaciones de agua y de las aguas subterráneas9 Imseingenieria.blogspot.com.es

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Debe impedirse que los fluidos aislantes y refrigerantes rebasen la capacidad de los fososGdepósitosGbordillos del suelo y se d esborden. #ara las instalaciones de exterior, se recomienda que la longitud y la anc$ura del foso sea igual a la lngitud y la anc$ura del transformador aumentando un 3?K de la altura del transformador en cada lado. :as aguas drenadas deben pasar a trav"s de dispositivos de filtración para separar los fluidos, a tal fin deben tenerse en cuenta sus pesos específicos figura %/.

Figura %9 E0emplo de sistema para filtración aguaGaceite del foso de recogida e) nstalación de dispositivos de extinción apropiados$ cuando las consecuencias del incendio puedan preverse como particularmente graves$ tales como la proximidad de los trans"ormadores a inmuebles +abitados 2/er anexo 0). (n las instalaciones dotadas de sistemas de extinción de tipo "io$ automático o manual$ deberá existir un plano detallado de dic+o sistema$ as# como instrucciones de "uncionamiento. Los extintores$ si existen$ estarán situados de "orma racional$ seg%n las dimensiones y disposición del recinto que alberga la instalación y sus accesos. (n la elección de aparatos o equipos extintores móviles o "ios se tendrá en cuenta si van a ser usados en instalaciones en tensión o no$ y en el caso de que sólo puedan usarse en instalaciones sin tensión se colocarán los letreros de aviso pertinentes. (l proyectista deberá usti"icar que +a adoptado las medidas su"icientes en cada caso.

#or su parte, la norma 'EEE 727 en su apartado B indica los siguientes criterios con relación a las protecciones contra incendios en transformadores de subestación9

!" #arreras cortafuegos :a tabla 3 da algunos valores típicos de transformadores. El derrame de B??? litros de aceite puede cubrir &)2 metros cuadrados con una profundidad de 3.) cm. Si los Imseingenieria.blogspot.com.es

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sistemas de contención son inadecuados deben disponerse barreras cortafuegos para proteger otros equipos o áreas adyacentes. :as barreras deben ser de materiales no combustibles o resistentes al fuego y concebidas para resistir el mayor fuego esperado.

Tabla $: %antidades t&picas de aceite en e'uipos eléctricos Transformadores trif(sicos )nterruptores en ba*o de aceite Galones de aceite con relación a Galones de aceite por tan'ue de interruptores +VA trif(sicos con relación a ,V &3??? o más &???? 6 &&777 1??? 6 7777 3??? 6 2777 &777 o inferiores

&?? ;<- o más )? M 77 ;<8? M B7 ;<) M 37 ;<) ;<-

&??? o más )?? 6 777

38? L< &81 L<

B77 o inferiores

%7 L<

& galón equivale a 8,21)B litros/

!! )nstalación de transformadores exteriores !!1 Separación entre grandes transformadores y edificios :os transformadores que contienen 2)2& litros de aceite o más deben estar al menos a %.& metros de cualquier edificio. :as paredes expuestas del edificio deben constituir o estar protegidas por una barrera cortafuego calculada para resistir dos $oras, cuando la separación transformador edificio este comprendida entre %.& y &).3 metros. :a barrera debe extenderse en forma vertical y $orizontal, de manera que cualquier punto del transformador est" como mínimo a &).3 metros de cualquier punto de la pared no protegida. Si no es posible mantener estos límites deberá instalarse un sistema contra incendios.

!!$ separación entre pe'ue*os transformadores y edificios Deberán estar separados por las distancias mínimas mostradas en el tabla 8 Tabla ": Separación entre pe'ue*os transformadores y edificios -ango del Distancia m&nima transformador recomendada al edificio 2) L<- o menos 2% a 888 L<;ás de 888 L<-

8,? metros %,& metros 7,& metros

Si la distancia es menor a la mínima indicada, el edificio deberá estar construido con paredes resistentes al fuego.


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!!" Separación entre grandes transformadores :os grandes transformadores deben estar separados unos de otro por una distancia libre mínima de 7,& metros o por una barrera cortafuego con resistencia mínima de una $ora.

!!! Tama*o de las barreras cortafuegos :a altura de la barrera cortafuego debe ser al menos 8? centímetros por encima de la pieza más alta9 tanque de aceite del interruptor, tanque del (ransformador y su conservador, bornes del transformador, válvulas de alivio o de venteo, etc. $orizontalmente debe extenderse %& centímetros a cada lado, más allá de la línea de visión de todos los puntos de los transformadores adyacentes figura 2/

Figura 29 dimensiones de los muros cortafuegos segJn 'EEE 727

!!. Sistemas de extinción Deben considerarse sistemas automáticos de extinción para todos los transformadores enfriados por aceite, excepto aquellos adecuadamente separados de acuerdo con lo expuesto en B.B.&, B.B.3, B.B.8 y B.B.B, o cuando se califican como transformadores de repuesto que no se usan en el lugar donde se almacenan o transformadores con menos de &178 litros de aceite.

/tras -ecomendaciones :a *=uide for (ransformer Fire Safety #ractices+ del !'=E Nunio de 3?&8/ basándose en la F; =lobal, *#roperty :oss prevention Data s$eet )6B9 (ransformers+, ;ayo de 3?&?/, indica con relación a lo expuesto, lo siguiente9 F; =lobal, proporciona orientación sobre las distancias entre transformadores y edificios y entre la separación adecuada y transformadores adyacentes como se establece en las tablas B y ). Estas recomendaciones se basan en el tipo y el volumen de líquido de los transformadores, así como el tipo de pared expuesta del edificio cercano. Imseingenieria.blogspot.com.es

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Tabla !: -ecomendaciones 0+ Global para las distancias de separación entre Transformadores de exterior y edificios Separación 3ori4ontal m2 Volumen de Separación 0luido l&'uido vertical -esistencia 5ared combustible l2 m2 al fuego 6/ S7 $ 3oras ;enos inflamable

-ceite mineral

nGa @ 81??? O 81??? @ &7?? &7?? a &7??? O &7???

?,7 &,) B,% &,)

?,7 &,) B,% B,%

?,7 2,% &),3 2,%

&,) 2,% &),3 2,%

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Tabla .: -ecomendaciones 0+ Global para las distancias de separación entre Transformadores de exterior Separación Volumen de l&'uido 0luido 3ori4ontal l2 m2 ;enos inflamable

-ceite mineral

nGa @ 81??? O 81??? @ &7?? &7?? a &7??? O &7???

?,7 &,) 2,% &,) 2,% &),3

:os siguientes e0emplos proporcionados por F; =lobal muestran cómo se utilizan los muros cortafuegos en diversos escenarios para proteger los equipos y edificios ante el incendio de un transformador. :a Figura 1 ilustra cómo debe disearse una barrera cortafuegos para proteger dos transformadores adyacentes. F; =lobal informa que la pared cortafuegos debe extenderse al menos %?? mm $orizontalmente y 8?? mm verticalmente más allá de cualquier componente del transformador que podría estar sometido a un incendio como resultado de un fallo el"ctrico, incluyendo los bornes y conservador llenos de aceite. Esto se representa por la distancia PdP y PeP, respectivamente.


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Figura 19 Qarrera cortafuegos para dos transformadores adyacentes F; =lobal define el área favorable al viento en la que cualquier edificio estaría expuesto al incendio. :a figura 7 muestra la extensión de esta zona. :a distancia P!P es dependiente de la cantidad de aceite. 4na distancia mínima de B,% m debe aplicarse para volJmenes de aceite inferiores a &7.??? litros de aceite y distancias de 2,% m para los volJmenes de aceite superiores a &7.??? litros.


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Figura 79 Rona de exposición a favor del viento en el incendio del transformador La figura 10 ilustra cómo una barrera de fuego deberá diseñarse para proteger el techo del edificio situado a sotavento de la exposición del fuego del transformador. La pared expuesta de este edificio debe tener una resistencia al fuego de 2 horas, por encontrarse dentro del área de peligro. Sin embargo, el techo del edificio también estará expuesto a este peligro, por lo tanto, la parte expuesta de la cubierta debe ser de Clase A (es decir, no combustible)..

Figura &?9 !onstrucción de los te0ados expuestos a favor de l viento en el incendio de transformadores Dependiendo de la altura del edificio, una solución alternativa sería extender la pared resistente al fuego 3 $oras del edificio como se muestra en la Figura && y utilizar la pared como una barrera cortafuegos para proteger el tec$o.


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Figura &&9 Extensión de la pared del edificio para proteger la sección expuesta del tec$o !uando la pared expuesta del edificio es demasiado alta, sólo el área expuesta de la pared del edificio necesita ser resistente al fuego durante 3 $oras. Este área de la pared puede determinarse como se muestra en las Figuras &3 y &8. :as distancias $orizontales y verticales PaP y PbP se toman de la (abla ).

Figura &39 -lzado lateral del área expuesta de un alto edificio

Figura &89 -lzado frontal del área expuesta de un alto edifici Imseingenieria.blogspot.com.es

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En la figura &B se muestra un e0emplo de diseo F; =lobal de un foso de recogida con lec$o de grava apaga fuegos.

Figura &B9 Foso de recogida con lec$o de grava

A689/ A Sistema de extinción de incendios de transformadores de Subestación con agua pulveri4ada Es el sistema más utilizado para la protección en incendios de transformadores de intemperie. !onsiste en una red de tuberías en cuyos extremos se instalan una serie de rociadores, cuya descarga de agua finamente pulverizada abarca toda la superficie de cada transformador. El agua se suministra por medio de una cisterna y una bomba, o bien, por medio de una instalación $idroneumática. El agua, como agente de extinción de incendios, se viene usando desde $ace muc$o tiempo, debido a sus propiedades de enfriamiento y sofocación, dilución y emulsión. continuación se amplían estos conceptos9

8xtinción por enfriamiento: #or su alto calor específico, el agua tiene gran capacidad de enfriamiento. -l entrar en contacto con un material en combustión, absorbe el calor por la transformación del agua en vapor. -l dividirse la masa líquida en partículas finas, se aumenta y se facilita la evaporación. #or otro lado, conviene que las partículas sean lo suficientemente pesadas para que al ser proyectadas puedan vencer la resistencia del aire, la gravedad y el tiro t"rmico del aire cerca del incendio.

8xtinción por sofocación: Sucede cuando las partículas de agua son transformadas en vapor, aumentando su volumen aproximadamente unas &2?? veces. El gran volumen generado, desplaza un volumen igual del aire que rodea al fuego, sofocándolo.

8xtinción por emulsión: :a emulsión se produce cuando el agua pulverizada es arro0ada con fuerza contra una superficie de aceite u otro material viscoso, produciendo una emulsión aceite6agua. Imseingenieria.blogspot.com.es

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:a emulsión con líquidos de ba0a viscosidad es breve y se mantiene mientras el agua se sigue aplicando, lo que a su vez produce vapor de agua sobre la superficie del líquido inflamado.

8xtinción por disolución: Este sistema de extinción sólo se produce en el caso en que los materiales inflamables sean solubles en el agua, cosa que no ocurre en el caso de incendio del aceite de un aparato el"ctrico. #or lo que respecta al suministro de agua, las opciones más utilizadas en subestaciones son9

-

(anque $idroneumático de operación automática. !isterna y unidad de bombeo con motor di"sel de operación automática.

El primer caso forma un sistema sumamente seguro, simple, y requiere poco mantenimiento, además de no requerir arranques periódicos para tener el sistema a punto de operación. El segundo caso requiere tener buena vigilancia en la existencia de combustible del motor di"sel y la carga de los acumuladores, y $acer pruebas frecuentes para asegurar la disponibilidad del equipo en los casos de emergencia. -demás, se requiere una reserva de agua muc$o mayor que se almacena en un tanque abierto o cisterna. El funcionamiento de estas instalaciones es avisado por la reacción de detectores t"rmicos o velocim"tricos que accionan, en caso de necesidad, una vávula automática que manda la alimentación de agua ba0o presión a los pulverizadores. En general, la 3 presión necesaria suele ser superior a % LgGcm segJn la 5F#- americana la presión 3 debe ser &?,3 lGminutoGm /. - veces, con el fin de atenuar el riesgo de congelación, las tuberías de la instalación pueden ser mantenidas vacías de agua. En ciertos casos la instalación no es solamente mantenida vacía sino además ba0o una d"bil presión de aire. El agua fluye a la instalación fi0a desde el momento en que la cabeza extintora por rotura de una lámina de cuarzo/ provoca una caída de presión del aire del interior de la red de rociado. Esta caída de presión tambi"n se suele utilizar para el aviso de la alarma al puesto de mando. En el diseo se suelen tomar medidas t"cnicas para que el tiempo comprendido entre la apertura de la cabeza extintora y la dispersión por lanzamiento del agua pulverizada sobre el lugar del incendio resulte inferior a 8? segundos.


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Figura &)9 (ípico sistema de extinción por pulverización de agua en el transformador y en el área del foso de recogida

Figura &%9 #rueba del sistema de extinción por agua pulverizada en (ransformador de Subestación

A689/ # Sistema de despresuri4ación del tan'ue del Transformador El sistema de despresurización por medio de 5itrógeno impide explosiones e incendios de transformadores por fallos internos generados por arcos el"ctricos, debido a que permite9  Despresurizar el tanque en milisegundos, mediante la apertura de una válvula de despresurización rápida para aliviar la presión. Imseingenieria.blogspot.com.es

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 Evita el contacto entre el aire oxígeno/ y los gases explosivos.  Eliminar la combustión de gases explosivos mediante la inyección de nitrógeno y como consecuencia enfriar el tanque.

Figura &29 !onfiguración estándar del sistema de despresurización para transformadores de ) a &??? ;<-

0AS8S D8 06%)/6A+)86T/ D8; S)ST8+A D8 D8S5-8S-)

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a/ !omponentes del sistema b/ -ctuación de la válvula de despresurización por el aumento de presión en el interior del tanque por avería, c/ 'nyección de 5itrógeno para enfriar el tanque y expulsión de gases explosivos para prevenir una combustión interna d/ Final del proceso, transformador listo para su reparación. Figura &19 Fases de funcionamiento del sistema de d espresurización

EFEE5!'-S9 eglamento sobre condiciones t"cnicas garantías de seguridad en !entrales El"ctricas, Subestaciones y !entros de (ransformación -(/, eal Decreto 882G3?&B, de 7 de mayo/, 5ormas 45E6E5 %&78%6& y 'E! %&78%6&9 'nstalaciones el"ctricas de tensión nominal superior a & L< en corriente alterna. #arte &9 eglas communes, 'EEE 727 P=uide of Substation Fire #rotectionP, !'=E, =uide for (ransformer Fire Safety #ractices, Nune 3?&8/, F; =lobal, #roperty :oss prevention Data s$eet )6B9 (ransformers, ;ay 3?&?, 5F#- 1)?, Pecommended #ractice for Fire #rotection for Electric =enerating #lants and ig$

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Sistemas de Protección Contra Incendios en Transformadores de Subestación

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