Transformador tipo seco Clase 1E para centrales nucleares

I. ¿Qué es un transformador tipo seco Clase 1E?

En primer lugar, es esencial comprender el concepto central de 'Clase 1E'.

• Clase 1E: Esta es una clasificación de seguridad derivada de los estándares de diseño de centrales nucleares (por ejemplo, IEEE Std 323 en EE. UU. o GB/T 12727 en China). Se refiere a los equipos y sistemas eléctricos esenciales para realizar funciones clave de seguridad, como la parada de emergencia del reactor, el aislamiento de la contención, el enfriamiento del núcleo del reactor y la prevención de la liberación de material radiactivo..

• Transformador tipo seco: Un transformador cuyos devanados no están sumergidos en aceite aislante sino que están protegidos por materiales aislantes sólidos (por ejemplo, resina epóxica).

Por lo tanto, un Transformador Tipo Seco Clase 1E se define como: Un transformador tipo seco diseñado específicamente para suministrar energía a los sistemas de clase de seguridad (1E) de una planta de energía nuclear. Debe ser capaz de funcionar de manera confiable y continua en condiciones normales, condiciones de accidente (por ejemplo, terremoto, LOCA - Accidente por pérdida de refrigerante) y entornos posteriores a un accidente durante un período específico.

En pocas palabras, es una de las 'fuentes de energía vital' para los sistemas de seguridad de una planta de energía nuclear.

II. ¿Por qué las centrales nucleares deben utilizar transformadores de clase 1E?

La seguridad de las centrales nucleares es la máxima prioridad. La función de los transformadores Clase 1E es proporcionar energía estable y confiable a equipos de seguridad críticos en las condiciones más extremas, que incluyen:

• Sistemas de distribución relacionados con la seguridad.

• Aparamenta para generadores diésel de emergencia.

• Sistemas de control y protección de reactores.

• Motores para bombas del sistema de enfriamiento del núcleo de emergencia (ECCS)

• Sistemas de seguimiento post-accidente

• Sistemas de contención, ventilación y aislamiento.

Una pérdida de energía en estos sistemas podría tener consecuencias catastróficas. Por tanto, los transformadores de Clase 1E son un elemento crucial en la estrategia de defensa en profundidad de la central nuclear.

III. Requisitos básicos y tecnologías clave para transformadores de tipo seco Clase 1E

Los transformadores de Clase 1E difieren enormemente de los transformadores de tipo seco industriales o comerciales estándar. Sus requisitos básicos se manifiestan en las siguientes áreas:

1. Máxima confiabilidad y calificación ambiental (equipos K1, K2, K3)

Las plantas de energía nuclear clasifican los equipos de Clase 1E según la severidad de las condiciones ambientales que deben soportar. Los transformadores se dividen en las categorías correspondientes:

• Categoría K1: Instalado dentro de la contención. Debe resistir condiciones normales, terremotos (OBE/SSE) y ambientes de alta temperatura, alta presión, alta humedad y rociado de productos químicos resultantes de un accidente por pérdida de refrigerante (LOCA) , y debe permanecer funcional después del accidente. Esta es la categoría más estricta.

• Categoría K2: Instalado dentro de la contención pero solo requerido para soportar condiciones normales y terremotos , excluyendo el ambiente LOCA.

• Categoría K3: Instalado fuera de la contención pero parte del sistema relacionado con la seguridad, requerido para soportar condiciones normales y terremotos..

Tecnologías clave correspondientes:

• Sistema de aislamiento especial: utiliza materiales aislantes de alta calidad, retardadores de llama, resistentes a la humedad y a la radiación (por ejemplo, resina epoxi de primera calidad). Se emplean procesos avanzados de fundición/impregnación (por ejemplo, tecnología de aislamiento fino, impregnación de presión al vacío) para garantizar una estructura de aislamiento densa y libre de huecos, con niveles de descarga parcial extremadamente bajos.

• Resistencia superior a las llamas (Clase F1): Los materiales son autoextinguibles y no mantienen la combustión incluso cuando se exponen a una llama abierta, lo que evita la propagación del fuego.

• Resistencia mecánica robusta: Toda la estructura del transformador (incluidos devanados, marcos, etc.) debe resistir el Terremoto de Apagado Seguro (SSE) sin sufrir daños, garantizando la integridad funcional. Esto debe validarse mediante un análisis de elementos finitos (FEA) preciso y pruebas de calificación sísmica rigurosas.

2. Estricta garantía de calidad y certificación

• Programa de garantía de calidad nuclear: todo el ciclo de vida, desde el diseño, la adquisición de materiales, la fabricación, las pruebas hasta la entrega, debe cumplir con un programa de garantía de calidad nuclear (normalmente basado en HAF 003 o 10 CFR 50 Apéndice B), que garantice el control y la trazabilidad completos del proceso.

• Calificación y certificación: el transformador debe pasar pruebas de tipo y pruebas de calificación sísmica realizadas por una agencia reconocida por el organismo regulador de seguridad nuclear nacional (por ejemplo, NNSA en China) para demostrar el cumplimiento de los estándares de Clase 1E. Ésta es su 'licencia' para entrar en el mercado.

3. Diseño y pruebas de rendimiento específico

• Resistencia al envejecimiento por radiación: especialmente para los transformadores de categoría K1, los materiales de aislamiento y los componentes estructurales deben evaluarse para garantizar que no haya una degradación significativa del rendimiento bajo la dosis de radiación esperada durante su vida útil.

• Rigurosas pruebas de rutina y de tipo: Más allá de las pruebas estándar (relación, resistencia, pérdida sin carga/carga, dieléctrico, nivel de sonido, etc.), las pruebas especiales son obligatorias, como por ejemplo:

• Medición de descarga parcial: los requisitos son excepcionalmente estrictos y normalmente requieren niveles inferiores a 5-10 pC para garantizar la confiabilidad del aislamiento a largo plazo.

• Pruebas de Tensión de Impulso (Impulso de Rayo y Conmutación).

IV. Transformador tipo seco Clase 1E versus transformador tipo seco estándar

Resumen

El transformador de tipo seco Clase 1E para centrales nucleares no es simplemente una versión mejorada de un transformador estándar. Es un dispositivo especializado que integra los más altos niveles de tecnología de aislamiento, ingeniería sísmica, resistencia ambiental y sistemas de garantía de calidad. Su valor no reside sólo en la transformación de la energía, sino en proporcionar la máxima garantía de energía de respaldo para las barreras de seguridad finales de la planta de energía nuclear.