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Mar 19, 2023

La investigación puede frenar las pérdidas económicas de las centrales eléctricas después de los terremotos

Sentado encima de los transformadores de potencia hay sistemas de bujes que juegan un papel crítico

Sobre los transformadores de potencia se encuentran los sistemas de bujes que desempeñan un papel fundamental en el suministro de electricidad a las comunidades. Sin embargo, estos objetos también son susceptibles de romperse durante los terremotos. Una vez dañados, los bujes pueden causar apagones generalizados y sobrecargar a un estado con reparaciones costosas.

En un estudio reciente, los investigadores de la Universidad de Texas A&M demostraron que durante una actividad sísmica alta, la integridad estructural de los sistemas de bujes se puede mantener mejor al reforzar sus bases con refuerzos de acero. Además, mediante el uso de estudios de evaluación de pérdidas basados ​​en la probabilidad, encontraron que la carga económica debido al daño a los sistemas de bushings por terremotos es hasta 10 veces menor para los sistemas de bushings de transformadores reforzados con acero en comparación con otras configuraciones de bushings.

"Los sistemas de bujes de transformadores son vitales para las redes de subestaciones eléctricas, y estos componentes son especialmente vulnerables en regiones de alta actividad sísmica, como en California o partes del noreste", dijo Maria Koliou, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Zachry. "Hemos realizado una evaluación completa de riesgos y pérdidas del impacto de los casquillos dañados en términos de costo y tiempo de recuperación para las redes de energía eléctrica".

Los detalles del estudio aparecen en la edición de julio de la revista Structure and Infrastructure Engineering.

Un buje eléctrico es una cubierta similar a una manga que rodea un conductor que transporta una corriente eléctrica de alto voltaje. Estos sistemas, que generalmente se encuentran muy cerca de transformadores o disyuntores, aseguran que las corrientes eléctricas no se escapen de los cables metálicos. Los casquillos están hechos de aisladores, en particular de porcelana, y están rellenos de aceite mineral.

A pesar de su capacidad para soportar fuertes campos eléctricos, los aisladores son frágiles y pueden romperse fácilmente en caso de actividad sísmica intensa. En consecuencia, cualquier daño a ellos es un riesgo eléctrico. Las lesiones estructurales más extensas en el sistema de bujes pueden provocar apagones generalizados y altos costos de reemplazo.

Una forma posible de mitigar el daño y la reparación es fortalecer el buje con placas de acero. Al igual que una base sólida puede mejorar la estabilidad de un edificio, se ha demostrado que los refuerzos de flexión de acero lo más cerca posible de la base del aislador mejoran la estabilidad del aislador durante los terremotos. Sin embargo, Koliou dijo que faltaba un análisis más completo del impacto de la vulnerabilidad sísmica en los sistemas de bujes en términos de costos de recuperación.

Para abordar esta brecha, Koliou y su estudiante de posgrado, Andrew Brennan, realizaron un análisis probabilístico para comparar las pérdidas económicas incurridas por el daño de los bujes para diferentes intensidades de movimientos del suelo. Investigaron bujes de diferentes geometrías representativos de escenarios de media y alta tensión. Más importante aún, algunos bujes tenían refuerzos de placa de acero y otros no en sus diseños originales.

Koliou y Brennan encontraron que las pérdidas económicas por las intensidades de los terremotos consideradas en el estudio fueron entre un 33% y un 55% menores cuando las bases de los casquillos se reforzaron con placas de acero. De hecho, las pérdidas anuales esperadas para los casquillos sin refuerzos de acero fueron al menos 2,5 a 10 veces mayores cuando se sometieron a diferentes movimientos del terreno.

"Nuestros resultados muestran que los refuerzos de acero son efectivos para evitar que se dañen los casquillos, pero lo que significa 'efectivo' para un ingeniero estructural puede tener poco significado para alguien que no lo es. Queríamos generalizar nuestros hallazgos en términos más prácticos para las partes interesadas que no sean ingenieros ", dijo Koliou. "Entonces, cuantificamos el beneficio de usar refuerzos de acero en términos de valor en dólares y el tiempo que tomaría recuperarse para una variedad de escenarios de terremotos, que es más fácil de interpretar".

Este artículo de Vandana Suresh apareció originalmente en el sitio web de la Facultad de Ingeniería.

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