El sector dels transformadors elèctrics està afectat per possibles explosions en l’interior
dels tancs plens d’oli que aïllen els components elèctrics a causa de malfuncionaments
elèctrics que generen un gas inflamable a mesure que l’oli que envolta l’arc elèctric
es vaporitza. En questió de mili-segons, el volum de gas és pressuritzat donat que la
inèrcia del fluid que l’envolta prevé la bombolla d’incrementar el seu volum i reduir-
ne la pressió. Aquest fenòmen comporta la formació d’ones de pressió a causa del fort
gradient de pressió a la interfície entre el gas i el líquid, que es propaguen i interaccionen
amb l’estructura del transformador. Les parets del tanc poden suportar el primer pic
de pressió, de caràcter dinàmic, que tendeix a ser el més gran en magnitud però de curt
període. Tot i això, la pressió estàtica que es genera en el tanc a mesura que les ones de
pressió interaccionen amb les ones emergents de la bombolla és la més perillosa i la que
pot generar explosions, trencament del tanc, contaminació i costs tant materials com
humans.
En aquesta tesis, una formulació multi-fluid i quasi-incompressible simula a través de
la implementació de les equacions de Navier-Stokes amb el mètode d’Elements Finits el
fenòmen detallat per tal de tenir coneixement i entendre les condicions físiques dins del
tanc i implementar estratègies de depressurització adequades.
The transformer manufacturing sector often suffers explosions originated in the oil-
filled tanks due to arcing faults that generate flammable gas as the oil surrounding the
electrical arc vaporizes. In a matter of milliseconds, the volume containing the gas is
pressurized as the oil inertia prevents it from growing and reducing its pressure. This
phenomena leads to the formation of pressure waves due to the strong pressure gradient
at the oil-gas interface, which propagate and interact with the transformer structure.
The tank walls may sustain the first pressure peak, of dynamic nature, which tends to
be the highest in magnitude, but has a short period. On the contrary, the static pressure
which builds up in the tank as the reflecting pressure waves interact with the incoming
waves may generate the highest hazard and lead to explosions, tank rupture, pollution
and expensive human and material costs.
In this work, a weakly-compressible multi-fluid flow formulation simulates with the
Finite Element implementation of the Navier-Stokes equations the phenomena detailed
above in order to have a proper understanding of the physical conditions in the tank
and devise adequate depressurization strategies.
gmail.com
