Especificaciones de los transformadores de las estaciones ferroviarias: armónicos, cargas regenerativas y continuidad del servicio

Especificaciones de los transformadores de las estaciones ferroviarias: armónicos, cargas regenerativas y continuidad del servicio

A transformador de una estación ferroviaria no se determina únicamente a partir de la suma aritmética de las cargas del taller. Un depósito combina equipos de mantenimiento de trenes, sistemas auxiliares de tracción, grúas, compresores, sistemas de ventilación, cargadores de baterías, iluminación, oficinas y sistemas de seguridad. Sus ciclos de trabajo, espectros armónicos, corrientes de arranque y prioridades de continuidad son diferentes. Por lo tanto, un pliego de condiciones de EPC debe traducir el plan de explotación en casos de diseño eléctrico antes de fijar los kVA del transformador, la impedancia o la refrigeración.

Esta guía explica cómo elaborar dicha especificación sin dar por sentado que todos los proyectos ferroviarios necesitan un transformador de tracción especial. La primera decisión que hay que tomar es si la unidad alimenta los sistemas auxiliares trifásicos habituales de la cochera, un sistema de tracción alimentado por convertidor o ambos a través de zonas eléctricas separadas. Zisheng Electric debe recibir el esquema unifilar, el programa de cargas y los datos de la red antes de confirmar un diseño específico para el proyecto.

Definir los límites eléctricos antes de seleccionar el transformador

Empieza por delimitar el perímetro real de alimentación del transformador. Las instalaciones auxiliares de la estación, la señalización, la maquinaria del depósito y los convertidores de tracción pueden pertenecer a diferentes sistemas, esquemas de puesta a tierra o propietarios. Un transformador que da servicio a las instalaciones auxiliares del taller no debe describirse como un transformador de tracción simplemente porque esté instalado en terrenos ferroviarios. Por el contrario, una unidad acoplada directamente a rectificadores o inversores requiere un análisis específico para su uso en convertidores, más allá de una lista convencional de cargas de distribución.

Determina la tensión de entrada, la frecuencia, los niveles máximo y mínimo de fallo, el tratamiento del neutro, la longitud del cable, la configuración de conmutación y la topología prevista para la distribución de baja tensión. Anota si el depósito puede recibir alimentación inversa, si los generadores o los sistemas de baterías pueden alimentar el barrido y si en fases futuras se añadirán trenes, puestas de taller o equipos de recarga.

Elabora un modelo de carga operativa, no una cifra total nominal

Separa las cargas continuas de las intermitentes y las de reserva. La ventilación, las bombas y los sistemas informáticos pueden funcionar durante largos periodos; los tornos de torneado, las grúas, los equipos de soldadura y los compresores son cíclicos; las bombas contra incendios y la ventilación de emergencia pueden ser cargas de contingencia. Aplica la diversidad solo cuando la secuencia de funcionamiento lo permita. Un factor de diversidad copiado de una plantilla para edificios comerciales puede ocultar actividades de mantenimiento simultáneas.

Para cada motor de gran potencia, documente los valores nominales de kW, la eficiencia, el factor de potencia, el método de arranque, los arranques por hora, el tiempo de aceleración y el par de la carga accionada. Compare el caso de caída de tensión con los requisitos del proceso, los límites de resistencia a las caídas de tensión de los contactores y los ajustes de protección. Los principios pertinentes se tratan en el documento de Zisheng Electric titulado Estudio sobre transformadores para el tratamiento de aguas, donde el arranque de las bombas y los variadores de velocidad se coordinan con la potencia de la fuente de alimentación.

Incluir condiciones de energía regenerativa y de potencia inversa

Los variadores modernos pueden devolver energía durante el frenado o en modo de prueba. El equipo de EPC debe confirmar si la energía regenerada se absorbe localmente, se exporta a través del transformador o queda limitada por los controles del convertidor. El flujo bidireccional de energía no requiere automáticamente una potencia nominal diferente del transformador, pero puede alterar la direccionalidad de la protección, el control de tensión, las condiciones armónicas y los casos de funcionamiento utilizados para la evaluación térmica.

Los armónicos deben basarse en los datos del convertidor

Los variadores de frecuencia, los cargadores de baterías, los sistemas SAI y la electrónica de potencia de los talleres generan corriente no sinusoidal. Solicite al fabricante el espectro de corrientes armónicas en puntos de carga representativos, en lugar de asignar un único valor de distorsión armónica total a cada estado de funcionamiento. El estudio debe incluir combinaciones fiables de equipos, la distorsión de tensión de fondo y cualquier corrección del factor de potencia o filtro de armónicos.

La norma IEC 60076-1 es la referencia general para los transformadores de potencia e incluye definiciones relacionadas con el contenido armónico. Cuando un transformador esté directamente asociado a convertidores de semiconductores, en el proyecto se deberá determinar si son de aplicación las partes pertinentes de la norma IEC 61378. Las normas y sus ediciones deberán confirmarse a través de la página oficial de la norma IEC 60076-1 y la tienda web de la IEC; la especificación no debe afirmar que cumple con los requisitos sin que se haya realizado una revisión documentada de su aplicabilidad.

Los armónicos aumentan las pérdidas en los devanados y en la estructura, y pueden elevar la corriente en el neutro cuando existen componentes triplen. Especifique el espectro, la duración de la carga, el perfil ambiental y el aumento de temperatura admisible para que el fabricante pueda evaluar la capacidad térmica. Compare este enfoque con este otro Guía sobre la carga armónica de los transformadores.

Tabla de decisiones de ingeniería

Seleccionar la impedancia mediante un estudio del sistema

Una mayor impedancia reduce la corriente de cortocircuito prevista, pero aumenta la caída de tensión durante el arranque del motor y los cambios de carga. Una impedancia más baja mejora la rigidez de tensión, pero puede aumentar la carga de trabajo del cuadro eléctrico. Especifique la impedancia a la frecuencia nominal, en la toma principal y a la temperatura de referencia; a continuación, defina las tolerancias y cualquier caso de estudio que dependa de la toma. El comprador debe proporcionar los niveles máximos y mínimos de fallo de la fuente, en lugar de obligar al proveedor a hacer conjeturas sobre la red aguas arriba.

La norma IEC 60076-5 aborda la capacidad de un transformador para soportar sobrecorrientes de cortocircuito externas y describe métodos de verificación térmica y dinámica. Utilice el página oficial de publicación de la norma IEC 60076-5 para confirmar el alcance y la edición. La protección del sistema, la resistencia de los conductores y los tiempos de desconexión de los interruptores siguen siendo responsabilidad del proyecto.

Diseñar la continuidad del servicio en torno a las cargas críticas

Una estación de mantenimiento puede tolerar la interrupción del funcionamiento de algunas herramientas de taller, pero no la de los sistemas contra incendios, las interfaces de señalización, la seguridad, el alumbrado de emergencia, el drenaje o los movimientos controlados de los trenes. Clasifique las cargas según el tiempo de interrupción admisible y el método de restablecimiento. A continuación, compare un transformador con barras seccionadas, dos transformadores con un enlace abierto o cerrado, y el soporte de un SAI local o un generador para las cargas que no admiten interrupciones.

La capacidad N+1 solo tiene sentido cuando el transformador restante, el acoplador de barras, los cables y el sistema de ventilación pueden soportar la carga de contingencia definida. Se deben tener en cuenta el aislamiento por mantenimiento, la selectividad de las protecciones y los fallos en modo común. Los principios recogidos en el Artículo sobre los transformadores de los centros de datos africanos ofrecen una comparación útil en lo que respecta a la redundancia, pero las prioridades de carga ferroviaria deben definirse de forma independiente.

Coordinación de las interfaces de puesta a tierra, compatibilidad electromagnética (CEM) y protección

Los proyectos ferroviarios pueden incluir circuitos de retorno de tracción, tomas de tierra de señalización, conductores de protección y sistemas de protección contra rayos en edificios. Las especificaciones del transformador deben hacer referencia al plan de puesta a tierra y de compatibilidad electromagnética del proyecto, sin establecer un esquema de conexión a tierra universal. Se debe definir la conexión de los devanados, la potencia nominal del terminal neutro, el método de puesta a tierra y la responsabilidad sobre los equipos de puesta a tierra del neutro.

Las entradas de protección suelen incluir la potencia nominal del transformador, la relación de transformación, el grupo vectorial, la impedancia, las relaciones de los transformadores de corriente, los niveles de fallo de la fuente y la corriente de activación prevista. Coordina las funciones diferenciales, de fallo a tierra restringido, de sobrecorriente, de fallo a tierra y de temperatura con los dispositivos situados aguas arriba y aguas abajo. Si se incluye la distribución de media tensión, conecta el transformador con el proyecto Aparamenta de 3 kV a 10 kV en lugar de tratar los dos paquetes por separado.

Selecciona «Construcción en interiores» o «Construcción en exteriores» en la página web

Las salas eléctricas interiores requieren un análisis de la estrategia contra incendios, el acceso, el drenaje, la ventilación y la insonorización. Las unidades exteriores requieren datos sobre las condiciones meteorológicas, la contaminación, la corrosión, la radiación solar y la seguridad. No se debe indicar una temperatura ambiente máxima genérica cuando el perfil horario y la ventilación del recinto determinan la carga térmica real. Las instalaciones situadas en zonas costeras o con mucho polvo pueden necesitar medidas relativas al recubrimiento, la filtración y la facilidad de mantenimiento.

Una subestación auxiliar compacta puede utilizar un transformador de tipo seco siempre que la instalación verificada y la estrategia contra incendios lo permitan. Las tomas de corriente exteriores de mayor tensión pueden utilizar una solución específica para el proyecto Transformador de potencia de 35 kV–46 kV. Se trata de pautas de aplicación, no de selecciones automáticas; es necesario confirmar la tensión, la capacidad, la evaluación de pérdidas y la normativa nacional.

Los límites acústicos necesitan una base de medición

Las instalaciones situadas cerca de viviendas u oficinas deben indicar si el límite se aplica a la potencia acústica de los transformadores, a la presión acústica a una distancia determinada o a toda la subestación en el límite de la propiedad. Se deben incluir los equipos de refrigeración y las características tonales cuando sea necesario. Puede ser necesario elaborar un modelo de ruido del emplazamiento, ya que los reflejos en los edificios, las barreras y las fuentes múltiples afectan al resultado de la medición.

Especificar las revisiones del paquete de datos y del diseño

Se exigirá una ficha técnica cumplimentada, datos garantizados, planos de esquema y de cimentación, detalles de los terminales, datos sobre masa y aceite (cuando proceda), planos de las cajas de cables, esquemas de control, datos sobre la capitalización de pérdidas, datos sobre ruido, sistema de recubrimiento, calendario de pruebas rutinarias y lista de desviaciones. Los estudios armónicos y térmicos deberán identificar el modelo, los supuestos, los espectros y el ciclo de trabajo.

Se realizarán revisiones de la interfaz en las fases de aclaración de la licitación, diseño básico y diseño definitivo. Se fijarán definitivamente las entradas de cables, las distancias de seguridad, la ubicación de los transformadores de corriente, los suministros auxiliares, los contactos de alarma y el esquema de comunicaciones antes de dar luz verde a la fabricación. Cualquier modificación posterior de la potencia nominal del convertidor, la secuencia de funcionamiento o el nivel de fallo de la fuente deberá ser evaluada para determinar su efecto sobre el funcionamiento y la protección del transformador.

Aceptación en fábrica y preparación de la obra

El plan FAT debe hacer referencia a la norma aplicable y a los planos aprobados, identificar las pruebas rutinarias, documentar los instrumentos calibrados e indicar cómo se corrigen los resultados para ajustarlos a las condiciones de referencia. Revise la relación de transformación, la polaridad, la resistencia del devanado, la impedancia, las pérdidas en carga, las pérdidas en vacío y la corriente, así como los ensayos dieléctricos y las comprobaciones funcionales que correspondan al diseño solicitado. Los ensayos especiales deben especificarse antes de la adjudicación del contrato, y no solicitarse una vez finalizada la fabricación.

El comprador también debe cotejar el informe de la prueba FAT con los datos definitivos utilizados en el estudio del sistema. Un valor de prueba conforme puede requerir, aun así, una actualización del estudio cuando difiera de manera significativa de una hipótesis preliminar. Registre la impedancia final, el grupo vectorial, el rango de tomas, la carga auxiliar y los datos del transformador de corriente (CT) en el paquete de traspaso de la protección. Fotografíe las marcas de los terminales y las placas de identificación de los accesorios, y resuelva cada punto de la lista de tareas pendientes mediante un proceso acordado de concesiones o medidas correctivas.

Antes de la puesta en servicio, compruebe la inspección de transporte, la nivelación de los cimientos, la puesta a tierra, las terminaciones de los cables, el nivel de aceite o el estado de la envolvente, los circuitos de refrigeración, el cableado de los transformadores de corriente (TC), los ajustes de protección, las alarmas, los enclavamientos y la secuencia de fases. Registre los resultados de referencia del aislamiento y los diagnósticos exigidos por el propietario. La primera puesta en servicio debe realizarse siguiendo una declaración de método aprobada y deben revisarse los registros de incidencias.

Planificar la facilidad de mantenimiento antes de cerrar el diseño

La disponibilidad de un transformador depende tanto del acceso como de sus parámetros eléctricos. Confirma las rutas de desmontaje de los ventiladores, los pasamuros o los paneles de la carcasa, los espacios libres de seguridad para trabajar, los puntos de elevación, las conexiones para el tratamiento del aceite —cuando proceda— y el espacio para el equipo de pruebas. Localiza los indicadores y los puntos de muestreo de forma que los técnicos puedan acceder a ellos sin tener que entrar en una zona insegura. La lista de piezas de recambio debe ajustarse a los objetivos de restauración del propietario y al parque instalado, y no a un paquete de catálogo genérico.

Lista de comprobación de compras

• Define los límites de los sistemas auxiliares, alimentados por convertidor y de tracción.
• Indique las cargas en función del tiempo, los arranques de los motores y las fases futuras.
• Espectros armónicos y casos de funcionamiento regenerativo.
• Indique los niveles máximos y mínimos de fallo de la fuente.
• Clasifica las cargas esenciales y los tiempos de interrupción permitidos.
• Coordinar la impedancia con las caídas de tensión y el ciclo de trabajo del interruptor.
• Definir las responsabilidades en materia de puesta a tierra, compatibilidad electromagnética (CEM) y protección.
• Indique las condiciones ambientales, de recinto, de corrosión y acústicas.
• Enumera los planos, los estudios, los registros de las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) y las etapas de revisión.
• Aprobar el plan de puesta en servicio y primera conexión a la red eléctrica.

Convertir el plan de explotación ferroviaria en requisitos para los transformadores

Una especificación sólida para los transformadores de las cocheras ferroviarias vincula el horario y el flujo de trabajo de mantenimiento con el funcionamiento eléctrico. Distingue entre los sistemas auxiliares ordinarios y el funcionamiento de los convertidores, simula los armónicos y el arranque de los motores, asigna clases de continuidad y resuelve todas las interfaces antes de la fabricación. Esto proporciona al proveedor la información suficiente para diseñar y presupuestar el transformador necesario sin añadir suposiciones sin fundamento.

Envíe a Zisheng Electric el esquema unifilar, la relación de tensión, el programa de carga, los datos del convertidor, el perfil ambiental y la filosofía de continuidad para que se realice una revisión técnica. 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].