Modelo de transformador complejo. Crédito: Laboratorio Nacional de Idaho
Mantener las luces de la nación encendidas no es un trabajo pequeño. La cuadrícula que damos por sentado implica equipos grandes y costosos, especialmente transformadores de potencia. Si uno cae, puede tomar más de un año reemplazar y a costos masivos. En áreas muy pobladas y sísmicamente activas como California o el noroeste del Pacífico, el tiempo no es un lujo.
Durante un terremoto, el lugar donde un transformador de potencia grande y de alto voltaje es más vulnerable son sus bujes, aislantes eléctricos que guían de manera segura entre los devanados internos de un transformador y las líneas de energía externos. A menudo están hechos de porcelana debido a su capacidad para aislar el material conductor, generalmente de cobre o aluminio, y evitar que la corriente de alto voltaje se filtre o salga a chanccar y causar explosiones.
Los bujes están atornillados a las torretas de un transformador, que se extienden desde el tanque principal. Un equipo de investigadores en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) se ha centrado en estas conexiones. El objetivo del equipo es desarrollar un aislador mecánicamente simple y ajustable, conocido como desacoplador, que se puede montar en la base de un buje y sintonizado para evitar frecuencias resonantes en el buje y la torreta coinciden (lo que resulta en un estrés mecánico amplificado en el buje de porcelana).
“Las frecuencias resonantes son el Lynchpin”, dijo Bjorn Vaagensmith, el investigador principal del proyecto y el premio de carrera temprana presidencial de 2025 para científicos e ingenieros destinados.
Resonancia explicada
Todos los objetos tienen una frecuencia resonante, que ocurre cuando las vibraciones de entrada se amplifican al máximo en un objeto. Cuando una onda de sonido rompe una copa de vino o un espejo, eso es una frecuencia resonante en el trabajo.
En la historia de la ingeniería civil, quizás el ejemplo más conocido es el colapso del puente Tacoma Narrows en 1940. Velocidad y dirección del viento combinadas con el diseño y los materiales del puente para crear una frecuencia resonante que causó que su mazo oscilara salvajemente. Esto le valió al puente recién construido el apodo de “Gertie galopante”, antes de que se rompiera en pedazos y cayó en Puget Sound después de cuatro meses.
En un terremoto, las ondas sísmicas causan el movimiento del suelo oscilante o de ida y vuelta que se transfiere a grandes transformadores de potencia. Debido a su flexibilidad y densidad, los tanques de transformador de gran potencia hechos de acero y llenos de aceite aislante pueden resonar dinámicamente con el equipo montado sobre ellos. Cuando un tanque y sus bujes montados están en la misma longitud de onda, existe un peligro que el temblor amplificado del terremoto estresará los bujes por una falla catastrófica.
El equipo principal de investigación de ingenieros de energía (de izquierda a derecha) incluye a Chandu Bolisetti (INL), Jon Bender de We Gundy y Associates (WEGAI) y Bjorn Vaagensmith (INL). Crédito: Laboratorio Nacional de Idaho
Vaagensmith y sus colegas, Chandu Bolisetti de INL y Jon Bender de Wegai, una firma de ingeniería con sede en Boise, buscan abordar este problema inventando un dispositivo de desacoplamiento que cambia la frecuencia de resonancia del borde del del transformador. El desacoplador que están diseñando se puede instalar fácilmente en la base del buje y adaptarse a modelos de transformador más antiguos a un bajo costo. El equipo está cursando una patente sobre el diseño.
En la culminación de su proyecto, Vaagensmith y sus colegas esperan probar su desacoplador de frecuencia de resonancia a lo grande. Han logrado asegurar un transformador de 500,000 libras, que esperan llevar al simulador de terremotos en la Universidad de California en San Diego en 2026. La mesa de sacudidas de la universidad es la más grande de su tipo en los Estados Unidos y rivalizó solo en tamaño por otro en Japón. Esta será la primera prueba de su tamaño y podría afectar significativamente los requisitos de seguridad para los transformadores en zonas sísmicas.
“Esta es una oportunidad rara”, dijo Bolisetti. “Para mí, es milagroso”.
El evento principal
En colaboración con la Universidad de Buffalo, el equipo tiene muchas oportunidades para equivocarse. Ese es el propósito de la experimentación.
“Podemos fallar sin embargo, queremos fallar”, dijo Vaagensmith. “Podemos probar nuestra solución y probar los límites. Queremos asegurarnos de saber cómo diseñar el desacoplador antes de ir a San Diego”.
Se está extendiendo palabra en la industria, especialmente porque el equipo de INL hizo una presentación en el escenario principal en octubre de 2024 al Instituto de la Reunión de Otoño Anual del Comité de Otoño del Grupo de Transformadores de la Sociedad de Transformadores de la Sociedad de Energía y Energía de la Sociedad de Energía, donde se crean los estándares de la industria para todas las cosas relacionadas con los transformadores.
“La gente está entusiasmada con esto”, dijo Vaagensmith. “Tenemos la oportunidad de resolver un debate de larga data sobre las medidas apropiadas de protección del transformador sísmico y encontrar una solución para los fabricantes de bujes que no requieren que se reorganizen. Las empresas de servicios públicos estarán contentos y la red será más resistente. Ya tenemos personas que dicen: ‘¿Cuándo vende boletos?’ La industria está muy interesada “.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Idaho
Cita: Endurecimiento de la cuadrícula: el equipo de investigación se centra en los bujes de transformadores a prueba de terremotos (2025, 13 de mayo) Recuperado el 13 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-hardening-grid-team-focuses-quake.html
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