Regulación de tensión de los transformadores en plantas industriales africanas: gama de tomas, impedancia y arranque de motores

Regulación de tensión de los transformadores en plantas industriales africanas: gama de tomas, impedancia y arranque de motores

Estrategias de Zisheng Electric Regulación de la tensión de los transformadores para plantas industriales africanas como una cuestión de diseño del sistema, no como una simple decisión sobre el ajuste de las tomas. El transformador debe mantener la tensión de servicio dentro de límites aceptables mientras varía el suministro de entrada, se ponen en marcha motores de gran potencia, las líneas de producción funcionan, se producen cambios en los generadores y la planta crece. Una relación nominal que parezca correcta en una ficha técnica puede, aun así, dar lugar a una tensión de funcionamiento deficiente si no se evalúan conjuntamente la impedancia, la caída en la línea de distribución, el factor de potencia de la carga, el rango de tomas y las condiciones de la fuente de alimentación.

Por qué la regulación de la tensión se convierte en un problema de aprovisionamiento

Las plantas industriales rara vez funcionan con una sola carga constante. Las trituradoras, las bombas, los compresores, los molinos, los sistemas de refrigeración, los hornos, las cintas transportadoras y los variadores de velocidad generan distintos estados de funcionamiento. La red también puede incluir el suministro de la red eléctrica, la generación propia, la generación solar o generadores de reserva. Cada fuente presenta una intensidad de cortocircuito y un comportamiento de tensión diferentes. Por lo tanto, un transformador seleccionado únicamente en función de la potencia total instalada en kW puede suministrar una tensión aceptable en unas condiciones y una tensión inaceptable en otras.

Una tensión demasiado baja puede reducir el par del motor, aumentar la corriente, alargar el tiempo de aceleración y provocar que los contactores o las cargas electrónicas se desconecten. Una tensión demasiado alta puede aumentar la tensión sobre el aislamiento y los equipos conectados. Los cambios manuales frecuentes de toma no sustituyen a un diseño coordinado. Las especificaciones de adquisición deben indicar los casos de funcionamiento, el rango de tensión de utilización admisible, la variación de la fuente de alimentación y el método de control previsto.

Empieza por la fuente y carga los datos

El proveedor del transformador no puede evaluar la regulación con precisión sin una base eléctrica definida. El equipo de EPC debe proporcionar la tensión primaria nominal y las tensiones mínimas y máximas previstas, la frecuencia del sistema, el nivel de fallo disponible, la longitud del alimentador aguas arriba, los datos de los conductores, el programa de carga, el factor de potencia, el método de arranque de los motores, las fuentes de armónicos y el margen de carga futuro. Cuando la información de la empresa eléctrica sea provisional, la especificación debe identificar las hipótesis que deben confirmarse antes de la aprobación del diseño.

En el caso de las instalaciones que cuenten con generación de reserva, se debe indicar la potencia nominal del generador, los datos de reactancia transitoria (si se dispone de ellos), el comportamiento del regulador de tensión, la carga escalonada permitida y la secuencia de transferencia de carga prevista. Un transformador que funcione correctamente con una fuente de red rígida puede sufrir una caída de tensión mayor cuando se alimenta desde un generador de menor potencia.

Datos necesarios para un estudio práctico sobre la tensión

Distinguir entre la regulación del transformador y la caída de tensión del sistema

Los compradores suelen utilizar el término “regulación del transformador” para describir cualquier variación de tensión entre la conexión a la red eléctrica y la carga del proceso. El análisis técnico debe diferenciar la caída de tensión interna del transformador de la caída en los conductores situados aguas arriba y aguas abajo. La impedancia del transformador y el factor de potencia de la carga determinan el componente interno; la resistencia y la reactancia del ramal añaden otro componente. La variación de la fuente y la respuesta del generador añaden variaciones adicionales.

Esta distinción es importante porque las soluciones son diferentes. Cambiar la toma del transformador puede corregir la tensión estable en vacío o la tensión media, pero no puede eliminar una caída dinámica importante provocada por la aceleración del motor. Aumentar el calibre del cable puede reducir la caída en la línea de distribución, pero no corregirá una relación de transformación inadecuada. Un método de arranque más potente o una secuencia de arranque por etapas del motor pueden resultar más eficaces que sobredimensionar el transformador.

Cómo se debe especificar el rango de presión

Un cambiador de tomas modifica la relación de transformación efectiva. Las especificaciones deben indicar si el proyecto requiere tomas fuera de circuito o un cambiador de tomas en carga, el rango total, el tamaño del paso, la posición normal, la filosofía de control y cualquier función remota o automática. Las tomas fuera de circuito requieren que el transformador esté desenergizado antes de cambiar de posición. Son adecuadas para sistemas en los que la tensión de alimentación es relativamente estable y los ajustes son poco frecuentes. El cambio de tomas en carga puede considerarse cuando se requiere una regulación continua, pero conlleva un aumento de los controles, los requisitos de mantenimiento, las interfaces y el coste.

El rango de tomas debe centrarse en la tensión primaria real prevista, y no copiarse de un proyecto que no guarde relación con el presente. Un rango amplio no garantiza una buena regulación si la toma normal es incorrecta o si el tamaño del paso es demasiado grande. Comprueba que todas las posiciones de las tomas sigan siendo compatibles con los límites de densidad de flujo, los requisitos de aislamiento, la corriente de paso disponible y el estudio del sistema.

La impedancia vincula la regulación con el funcionamiento en caso de fallo

La impedancia porcentual del transformador tiene dos consecuencias principales. Contribuye a la caída de tensión bajo carga y limita la corriente de cortocircuito. Una impedancia más baja puede mejorar el comportamiento de la tensión y el arranque del motor, pero puede aumentar la capacidad de interrupción necesaria de la aparamenta y aumentar la tensión mecánica en caso de cortocircuito. Una impedancia más alta puede reducir la corriente de fallo, pero provoca una mayor caída de tensión y un peor rendimiento en el arranque del motor.

Compare los valores de las ofertas teniendo en cuenta la misma clasificación, el mismo par de devanados, la misma posición de toma y la misma base de referencia. En el caso de los transformadores en paralelo, la relación de transformación, el grupo vectorial, la polaridad, la magnitud de la impedancia, el ángulo de impedancia y la posición de toma deben permitir un reparto de carga aceptable. No especifique una impedancia preferida sin consultar los estudios de cortocircuito y de flujo de carga.

El arranque del motor suele ser el caso más crítico

Los motores de inducción de gran tamaño pueden consumir varias veces la corriente nominal durante la aceleración, dependiendo del diseño del motor y del método de arranque. La corriente exacta y la duración deben determinarse a partir de los datos del motor y del equipo accionado, en lugar de basarse en una suposición genérica. El arranque directo en línea suele generar la mayor demanda eléctrica. Los sistemas de arranque en estrella-triángulo, con autotransformador, con arrancador suave o con variador de frecuencia modifican tanto el perfil de corriente como el par de aceleración.

El estudio debe comprobar el arranque más potente y creíble del motor con las cargas existentes ya conectadas. Compruebe la tensión en el secundario del transformador, en los terminales del motor, en los circuitos de control y en otras barras sensibles. Confirme que el motor desarrolla un par de aceleración suficiente durante todo el arranque y que los dispositivos de protección no se disparan innecesariamente. Si varios motores pueden volver a arrancar tras un corte de suministro, defina un reinicio secuencial en lugar de suponer una aceleración simultánea.

El suministro de generadores requiere un estudio de caso independiente

Un generador de reserva suele ser una fuente de alimentación menos potente que la red eléctrica pública. La puesta en marcha de un motor de gran potencia tras la transferencia puede provocar una variación de la tensión y la frecuencia del generador, incluso cuando la capacidad del transformador sea adecuada. La corriente de magnetización inicial del transformador también puede influir en la secuencia de restablecimiento. El diseño del EPC debe coordinar la activación del transformador, la carga del generador, el reinicio del motor y los controles de transferencia automática.

Consulte al proveedor del generador cuáles son las prestaciones permitidas en cuanto a carga escalonada y arranque de motores. Evite afirmar que un cambio de toma del transformador resolverá un transitorio del generador. La solución puede implicar límites de precarga, arranque a tensión reducida, restablecimiento secuencial, una impedancia diferente del transformador o un generador de mayor potencia.

Los armónicos modifican la corriente, no solo la forma de onda

Los variadores de frecuencia, los rectificadores, los sistemas SAI y otros equipos similares consumen corriente no sinusoidal. La corriente eficaz y el espectro armónico pueden aumentar las pérdidas por corrientes parásitas en los devanados y las pérdidas parásitas estructurales. La caída de tensión armónica a través de la impedancia del sistema también puede afectar a la calidad de la forma de onda. El pliego de condiciones de la licitación debe incluir la carga armónica estimada y cualquier estudio de distorsión que sea necesario.

No utilices una afirmación imprecisa del tipo “compatible con variadores de frecuencia” como criterio de aceptación. Define la composición de la carga, el espectro o el método de diseño, la base de temperatura, las condiciones de corriente neutra cuando sea pertinente y la supervisión necesaria. El diseño del transformador, la disposición de las derivaciones, la corrección del factor de potencia y la estrategia de filtrado deben revisarse conjuntamente.

La temperatura ambiente y la altitud influyen en el margen

Muchas instalaciones industriales africanas se caracterizan por una temperatura ambiente elevada, la presencia de polvo, la exposición solar o una altitud elevada. Estas condiciones pueden reducir el rendimiento de la refrigeración o afectar al aislamiento exterior y a los espacios libres. El licitador deberá indicar la temperatura ambiente de diseño, la altitud, la disposición de la carcasa o de la instalación, el método de refrigeración y cualquier corrección aplicada. Los requisitos del proyecto deben basarse en datos verificados del emplazamiento, en lugar de en una suposición genérica a nivel continental.

El margen de temperatura es importante porque la carga, las pérdidas, el rendimiento de refrigeración y el envejecimiento del aislamiento están relacionados entre sí. Sobredimensionar el sistema únicamente para compensar condiciones inciertas puede generar costes innecesarios y mayores pérdidas en vacío. El mejor enfoque consiste en definir claramente el entorno, el perfil de funcionamiento y el rendimiento térmico requerido.

Controles de protección y tensión coordinados

Las tomas de los transformadores, los reguladores automáticos de tensión, los bancos de condensadores, los generadores, los inversores solares y los sistemas de control de la central pueden interactuar entre sí. El estudio de protección debe tener en cuenta los niveles mínimos y máximos de fallo, la corriente de arranque del transformador, la corriente de arranque de los motores, las vías de fallo a tierra y el grupo vectorial seleccionado. Los circuitos de control deben permanecer alimentados durante la caída de tensión permitida.

Si se especifica un cambiador de tomas en carga, defina la ubicación del sensor de tensión, la banda muerta, el retardo, la compensación de la caída de tensión en la línea (si procede), las condiciones de bloqueo, el método de control en paralelo, las alarmas y las comunicaciones. Sin una filosofía de control, los licitadores podrían presupuestar funciones diferentes bajo la misma descripción del equipo.

Utiliza FAT para confirmar la base de diseño

Las pruebas de aceptación en fábrica no pueden reproducir la red completa de la instalación, pero sí pueden verificar los parámetros de los transformadores utilizados en los estudios. El alcance acordado de las FAT debe identificar los ensayos rutinarios aplicables y cualquier ensayo adicional especificado, los criterios de aceptación, los puntos de presencia de testigos, el formato del informe y el tratamiento de las desviaciones. La especificación contractual debe hacer referencia a la edición aplicable de la norma IEC 60076 o a otra norma del proyecto, sin dar por sentado que una sola cita general define todos los ensayos y límites.

La medición de la relación de transformación, la resistencia de las bobinas, la impedancia y las pérdidas en carga, las pérdidas en vacío y la corriente, las pruebas de aislamiento, las comprobaciones funcionales y la verificación de los accesorios pueden resultar pertinentes en función del tipo de transformador y del contrato. Los resultados finales de las pruebas deben compararse con los valores garantizados e incorporarse a los estudios de protección o de flujo de carga cuando el proyecto lo requiera.

Ejemplo hipotético de especificación

Se trata de un ejemplo hipotético de especificaciones, no de un proyecto real de Zisheng Electric.

Una planta de procesamiento recibe suministro de una línea de alimentación de media tensión de la red eléctrica y cuenta con un generador de reserva para los servicios esenciales. Una bomba de gran tamaño constituye la carga de arranque predominante. En lugar de especificar únicamente los kVA del transformador y la relación nominal, el comprador facilita los límites de tensión de la red eléctrica, los datos de funcionamiento del generador, la carga de funcionamiento existente, la corriente y el tiempo de arranque de la bomba, la impedancia de la línea de alimentación, la caída de tensión admisible en el barrido, la temperatura ambiente, la altitud, la proporción de carga armónica y la futura ampliación.

A continuación, la evaluación de ofertas compara cada transformador ofertado en los mismos puntos de funcionamiento. Una oferta puede utilizar una impedancia más baja para facilitar el arranque del motor, pero la corriente de fallo resultante debe mantenerse dentro de la capacidad de la instalación de conmutación. Otra puede utilizar un rango de tomas más amplio, pero solo ofrece ajuste fuera de circuito. Una tercera puede proponer un cambiador de tomas en carga, lo que requiere controles y mantenimiento adicionales. La elección correcta depende del estudio y de la filosofía de funcionamiento, no de la lista de características más extensa.

Lista de comprobación para compras

• Indique la tensión mínima, nominal y máxima de la fuente, así como el nivel de cortocircuito disponible.
• Indica todos los casos de funcionamiento: normal, de arranque, de emergencia, con generador y de ampliación.
• Defina la potencia nominal, la relación de transformación, el grupo vectorial, la impedancia y la disposición de tomas requerida del transformador.
• Envíe los datos de arranque de los motores de gran potencia, la secuencia y los criterios aceptables para las caídas de tensión.
• Identifica los variadores de frecuencia (VFD), los rectificadores, los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) y otras cargas no lineales.
• Indique las longitudes, las dimensiones y las condiciones de instalación de los conductos de alimentación.
• Comprueba los requisitos relativos a la temperatura ambiente, la altitud, la contaminación y la carcasa.
• Coordinar la regulación de tensión con el funcionamiento en caso de fallo de la instalación de conmutación y los ajustes de protección.
• Acordar el alcance del FAT, los valores garantizados, el calendario de documentación y los planos de interfaz antes de la adjudicación.
• Anota todas las hipótesis y desviaciones en la evaluación técnica de las ofertas.

Información que hay que enviar a Zisheng Electric

Entre las orientaciones útiles relacionadas se incluyen nuestros artículos sobre Análisis de la licitación de transformadores industriales en Sudáfrica, Adquisición de transformadores para hospitales en Kenia, y la adquisición de transformadores para plantas industriales nigerianas. Entre las referencias de equipos relevantes se incluyen las siguientes: Transformador de potencia de 10 MVA, 33/11 kV, sumergido en aceite, Transformador trifásico sumergido en aceite de 66 kV, y transformador sumergido en aceite de 400 kVA.

Para una reseña sobre Regulación de la tensión de los transformadores para plantas industriales africanas, envíe el esquema unifilar, el programa de carga, la lista de motores, los límites de tensión de alimentación, los supuestos del estudio de cortocircuitos, los datos de los ramales, la información sobre los generadores, los detalles de la carga armónica, las condiciones del emplazamiento, las especificaciones de los transformadores y el alcance requerido de las pruebas de aceptación en fábrica (FAT). Nuestro equipo de ingeniería analizará los requisitos y responderá a las consultas sobre el proyecto en un plazo de 24 horas.

Acerca de ZISHENG ELECTRICAL

Zisheng somos un fabricante profesional con más de 19 años de experiencia en la producción de Transformadores Sumergidos en Aceite, Subestación Compacta, Transformadores Montados en Base, Transformadores Montados en Poste y Transformadores de Tipo Seco. Poseemos los certificados de ISO/CE/IEC 60076 y TUV Rheinland.
Los transformadores pasan por rigurosas pruebas FAT y de tipo, y apoyan la personalización de voltaje/capacidad. Bienvenido a consultar por Catálogo y Producto. puede contactarnos por correo electrónico [email protected].