Bobina de supresión de arco con cambio de tomas bajo carga sumergida en aceite

En una red de distribución de media tensión, la corriente capacitiva total de falla a tierra cambia a medida que cambian los alimentadores, los cables y las configuraciones de la red. Una bobina de supresión de arco con cambio de tomas bajo carga sumergida en aceite proporciona una corriente inductiva ajustable a través del punto neutro para compensar este componente capacitivo durante una falla a tierra monofásica.

También conocida como bobina Petersen o bobina automática de supresión de arco, este equipo se instala entre el punto neutro del transformador y tierra. Su inductancia se ajusta a través de un cambiador de tomas en carga, permitiendo cambiar la corriente de compensación sin tener que poner fuera de servicio la bobina para cada ajuste.

La construcción sumergida en aceite proporciona aislamiento eléctrico y disipación de calor para la parte activa. El sistema de control automático monitorea las condiciones relevantes de la red y determina la posición de toma requerida dentro del rango de ajuste disponible.

El equipo está diseñado para sistemas de distribución de 6 a 66 kV y se puede configurar para subestaciones, redes industriales, sistemas de distribución con mucho cable y otras aplicaciones donde se requiere compensación del punto neutro.

Por qué es necesario cambiar el marco de compensación

La corriente capacitiva de una red de distribución no es necesariamente constante.

Puede variar cuando:

· Nuevos alimentadores están conectados

· Aumenta la longitud del cable subterráneo

· Los alimentadores están desconectados

· Cambios en la topología de la red

· Se traspasan las secciones operativas

· La proporción de cables y líneas aéreas cambia

Una bobina de supresión de arco fija tiene una inductancia predeterminada. Cuando la corriente capacitiva de la red cambia significativamente, es posible que su punto de compensación ya no corresponda a la condición de funcionamiento requerida.

Un diseño de cambio de tomas bajo carga aborda este problema proporcionando varias posiciones de tomas de bobinado. El controlador puede seleccionar una posición diferente a medida que cambia la condición de la red.

Esto hace que el producto sea particularmente relevante para los sistemas de distribución donde la red conectada no es eléctricamente constante durante todo su ciclo operativo.

Cómo funciona el sistema de compensación en carga

En condiciones normales, la bobina de supresión de arco está conectada al punto neutro y permanece lista para la compensación.

Cuando el sistema de control identifica la condición relevante de la red, determina la compensación inductiva requerida y selecciona una posición de toma adecuada.

El proceso eléctrico se puede simplificar de la siguiente manera:

Capacitancia de red → corriente de falla a tierra capacitiva → cálculo de compensación → ajuste de la posición de toma → compensación inductiva → corriente de falla residual reducida

Durante una falla a tierra monofásica, la corriente inductiva de la bobina compensa el componente capacitivo de la corriente de falla de la red. Cuando se selecciona apropiadamente la compensación, se puede reducir la corriente residual en el punto de falla, lo que puede ayudar a la extinción del arco y limitar los efectos asociados con fallas a tierra transitorias.

El punto de operación real debe establecerse a partir de la corriente de falla a tierra capacitiva medida o calculada de la red y la filosofía de protección. Por lo tanto, la bobina debe tratarse como parte del sistema completo de puesta a tierra del punto neutro y no como un reactor seleccionado independientemente.

Configuración interna

Núcleo magnético

El circuito magnético utiliza acero eléctrico laminado. Las dimensiones del núcleo, la densidad del flujo magnético, la disposición del entrehierro cuando corresponda y la configuración del devanado se seleccionan para obtener las características de inductancia requeridas en el rango de ajuste especificado.

El diseño magnético también considera pérdidas, aumento de temperatura, fuerzas mecánicas y estabilidad operativa.

Devanados principales y de derivación

Para los devanados principal y de regulación se utilizan conductores de cobre. Múltiples grifos de bobinado proporcionan diferentes números efectivos de vueltas.

Cambiar la toma activa cambia la inductancia de la bobina y por tanto su corriente de compensación disponible.

El número de posiciones de toma no es universal. Se pueden configurar 9, 15 y 19 posiciones según el rango de ajuste requerido y el diseño eléctrico.

Cambiador de tomas en carga

El cambiador de tomas en carga es el componente que diferencia esta configuración de una bobina de supresión de arco fija o ajustada manualmente.

Permite cambiar la conexión del devanado en las condiciones de funcionamiento energizadas especificadas. El cambiador de tomas, el accionamiento del motor, el circuito de control, el servicio de conmutación y las funciones de protección se seleccionan de acuerdo con las especificaciones eléctricas finales.

Tanque lleno de aceite

La parte activa está alojada en un tanque de acero lleno de aceite. El aceite de transformador proporciona aislamiento y transferencia de calor entre los componentes activos y el tanque.

Dependiendo de la disposición seleccionada, el sistema de aceite puede incluir un conservador, casquillos, un dispositivo de alivio de presión, un indicador de nivel de aceite, dispositivos de monitoreo de temperatura y componentes de protección asociados.

El tanque exacto y la disposición de conservación de aceite deben seguir la configuración real del equipo en lugar de ser tratados como una característica fija para cada clasificación.

Unidad de Control y Monitoreo

El controlador automático forma la interfaz entre las mediciones de la red y el mecanismo de cambio de tomas.

Dependiendo de la configuración del proyecto, el sistema de control puede incluir:

· Medición de corriente capacitiva

· Control de compensación automático

· Indicación de posición del grifo

· Visualización de parámetros locales

· Funcionamiento manual/automático

· Funciones de alarma y protección

· Comunicación remota

· Transmisión de datos operativos

· Supervisión del estado del sistema de control

Las interfaces de comunicación se pueden seleccionar según el sistema de automatización de la subestación del cliente.

Datos técnicos

Nota de ingeniería: la tabla describe la gama de productos configurables. La corriente de compensación nominal, el rango de inductancia, las posiciones de las tomas, el nivel de aislamiento, los parámetros de cortocircuito y otros valores específicos del proyecto deben confirmarse a partir de los datos de la red antes de la cotización.

¿Qué determina la clasificación de la bobina?

El voltaje del sistema por sí solo no es suficiente para seleccionar una bobina de supresión de arco.

El cálculo de ingeniería normalmente necesita considerar los siguientes parámetros.

1. Voltaje del sistema

El nivel de voltaje determina la coordinación del aislamiento, la disposición del devanado, la selección del bushing y los requisitos dieléctricos relacionados.

Los sistemas típicos pueden incluir niveles de voltaje de 6 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV y superiores dentro del rango de diseño del producto.

2. Corriente de falla a tierra capacitiva

Este es un dato clave para determinar la capacidad de compensación requerida.

El valor se ve afectado por la longitud total y el tipo de líneas y cables conectados, así como por la configuración de la red.

3. Rango de compensación

El rango de compensación requerido determina el rango de inductancia y, en consecuencia, la disposición de las derivaciones del devanado.

Una red con una amplia variación de corriente capacitiva puede requerir un rango de ajuste más amplio que una red relativamente estable.

4. Toca Resolución

El número de toques disponibles determina con qué precisión se puede cambiar la configuración de compensación.

Se debe seleccionar el número apropiado de posiciones junto con el rango operativo requerido y la precisión del control.

5. Topología de red

El cálculo debe considerar las configuraciones operativas normales y anormales de la red. Si los alimentadores se transfieren o conmutan con frecuencia, es posible que el controlador deba responder a cambios mayores en la capacitancia de la red.

6. Protección contra fallas a tierra

La bobina de supresión de arco debe coordinarse con el sistema de detección de falla a tierra y selección del alimentador.

Los ajustes de protección dependen del método de conexión a tierra y de las características de la corriente de falla residual, por lo que el equipo de conexión a tierra y el sistema de protección deben diseñarse juntos.

Bobinas fijas y con cambio de tomas bajo carga

La principal diferencia no es simplemente la presencia de la automatización. Es la capacidad de modificar las vueltas efectivas del devanado y el nivel de compensación mientras el equipo permanece en su estado operativo especificado.

Entornos de instalación típicos

Este tipo de bobina de supresión de arco se puede considerar para:

· Subestaciones de distribución de 6 a 66 kV

· Redes de servicios públicos de media tensión

· Sistemas de distribución predominantemente por cable

· Redes mixtas de línea aérea y cable

· Distribución de energía industrial

· Redes de minería e industria pesada

· Sistemas de puesta a tierra de punto neutro de subestaciones

· Redes con configuraciones de alimentador que cambian con frecuencia

· Sistemas de distribución que requieren compensación de falla a tierra ajustable

Para proyectos al aire libre, la configuración del equipo debe tener en cuenta la temperatura ambiente, la altitud, el nivel de contaminación, la coordinación del aislamiento, los requisitos del recinto y las condiciones del sitio.

Capacidad de fabricación y fábrica

Jiangshan Yulan Transformer Co., Ltd. se dedica a la fabricación de transformadores desde 1999.

Su alcance de producción incluye transformadores de potencia, transformadores de horno, transformadores rectificadores, reactores y otros equipos eléctricos personalizados. La empresa tiene experiencia en la fabricación de equipos hasta la clase 110 kV.

Yulan opera una planta de fabricación que cubre aproximadamente 35.000 m², incluidos alrededor de 15.000 m² de espacio para talleres. La empresa cuenta con más de 75 empleados, incluido personal técnico y de ingeniería involucrado en el diseño, la producción y las pruebas de productos.

Los recursos de producción y prueba incluyen:

· Equipo de elevación de 80 toneladas

· Sistema de secado al vacío en fase vapor de queroseno de 400 kW

· Equipo de prueba de impulso de 1200 kV

· Transformador de prueba de tensión soportada a frecuencia industrial de 400 kV

· Grupo electrógeno de prueba de inducción de 300 kV

· Equipo de bobinado vertical controlado por ordenador

· Equipo de corte longitudinal de núcleos

· Equipos transversales básicos

· Equipo de prensado hidráulico

· Equipo de bobinado de láminas

· Otros equipos de fabricación de transformadores y reactores

Estas instalaciones apoyan la fabricación y prueba de equipos de transformadores y reactores personalizados.

Gestión de calidad y pruebas de fábrica.

Yulan opera los siguientes sistemas de gestión:

· ISO 9001:2015

· ISO 14001

· ISO 45001:2018

Para una bobina de supresión de arco, el alcance de la inspección y prueba en fábrica está determinado por la especificación del producto final, los estándares aplicables y los requisitos del cliente.

Dependiendo del proyecto, el paquete de documentación puede incluir:

· Registros de pruebas de rutina

· Resultados de pruebas relacionadas con el aislamiento

· Medidas de resistencia del devanado

· Comprobaciones funcionales de la posición de toma y del cambiador de tomas

· Datos de rendimiento eléctrico

· Pruebas funcionales del sistema de control

· Comprobaciones de protección y alarma

· Información de la placa de identificación

· Dibujos técnicos

· Documentos de inspección de fábrica

Cuando sea necesario, las pruebas del producto se pueden organizar de acuerdo con el estándar del proyecto aplicable y las especificaciones técnicas acordadas.

Información del proyecto que los compradores deben proporcionar

Para una cotización técnica, la siguiente información es útil:

Un diagrama unifilar y un cálculo de corriente de falla a tierra capacitiva son particularmente útiles al solicitar una cotización.

Construcción sumergida en aceite y de tipo seco

Ninguna construcción debe seleccionarse únicamente por ser de tipo seco o lleno de aceite. Se deben considerar la clasificación eléctrica, las condiciones de instalación, los requisitos de mantenimiento, los requisitos de seguridad contra incendios y los estándares del proyecto.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una bobina Petersen sumergida en aceite?

Una bobina Petersen sumergida en aceite es un dispositivo de puesta a tierra inductivo conectado entre el punto neutro de una red de distribución y tierra. Compensa el componente capacitivo de la corriente de falla a tierra monofásica.

¿Por qué utilizar un cambiador de tomas bajo carga?

La corriente capacitiva de falla a tierra de una red de distribución puede cambiar a medida que los alimentadores y cables se conectan, desconectan o reconfiguran. Un cambiador de tomas en carga permite ajustar la inductancia y la corriente de compensación de la bobina sin apagar el equipo para cada cambio.

¿La corriente de compensación se puede ajustar continuamente?

No necesariamente. Una bobina de cambio de tomas normalmente proporciona una serie de posiciones operativas discretas. La resolución de ajuste real depende de la configuración del devanado y del cambiador de tomas.

¿Son configuraciones estándar de 9, 15 y 19 grifos?

Se pueden utilizar como configuraciones típicas, pero el número final de posiciones depende del rango de compensación requerido, la tensión nominal, el diseño del devanado y el cambiador de tomas seleccionado.

¿Cómo determino la capacidad requerida de la bobina?

La entrada clave es la corriente capacitiva de falla a tierra de la red. En el cálculo se deben considerar la longitud del alimentador, la longitud del cable subterráneo, la topología de la red, el nivel de voltaje y las configuraciones operativas.

¿Puede la bobina compensar completamente una corriente de falla?

El propósito de la bobina es compensar el componente capacitivo y reducir la corriente residual de falla a tierra. No debe describirse como la eliminación de todas las corrientes de falla o la garantía de la extinción del arco en todas las condiciones.

¿Este producto reemplaza un sistema de protección de falla a tierra?

No. La bobina de supresión de arco y el sistema de protección realizan funciones diferentes. El arreglo de compensación de puesta a tierra debe coordinarse con la detección de fallas a tierra y la protección del alimentador.

¿Se puede utilizar en una red de distribución de 10 kV?

Sí. Un sistema de 10 kV puede estar dentro del rango de diseño del producto. La corriente de compensación requerida, el rango de inductancia, la configuración de la toma, el nivel de aislamiento y las funciones de control aún deben calcularse a partir de los parámetros de la red.

¿Se puede diseñar para sistemas de 35 kV o 66 kV?

Sí, sujeto al diseño eléctrico y de aislamiento específico. Las aplicaciones de voltaje más alto requieren coordinación de aislamiento, pasatapas, espacios libres, pruebas y arreglos de protección adecuados.

¿Qué información debo enviar al solicitar una cotización?

Proporcione el voltaje del sistema, la frecuencia, la corriente capacitiva de falla a tierra, la disposición del punto neutro, el diagrama de red, el rango de compensación requerido, las condiciones de instalación, los requisitos de derivación, las funciones de control y los estándares aplicables.

Acerca del transformador Yulan

Fundada en 1999, Jiangshan Yulan Transformer Co., Ltd. fabrica transformadores y reactores para aplicaciones eléctricas, industriales y de servicios públicos.

La gama de productos de la empresa incluye transformadores de potencia, transformadores de horno, transformadores rectificadores, reactores en derivación, reactores en serie y equipos de reactores personalizados.

Con capacidad de fabricación de transformadores y reactores hasta la clase de 110 kV, Yulan respalda proyectos que requieren clasificaciones eléctricas personalizadas, disposiciones de devanados, sistemas de aislamiento, configuraciones de cambio de tomas, funciones de control y pruebas de fábrica.

Para una bobina de supresión de arco con cambio de tomas bajo carga sumergida en aceite, la propuesta técnica se puede desarrollar a partir de los parámetros de red del cliente en lugar de solo a partir de un modelo de producto estándar.