Por qué los transformadores de puesta a tierra son esenciales para grandes parques eólicos de turbinas múltiples Déjanos tus comentarios

La tendencia actual en los diseños de parques eólicos es hacia el uso de transformadores primarios conectados en estrella y secundarios en delta. Según nuestra experiencia, hay varias razones por las cuales los transformadores de puesta a tierra de 2 devanados conectados en estrella son más populares que los diseños en zig-zag. Entre ellas:

1. Aunque no siempre es así, se percibe que los transformadores de 2 devanados son más fáciles de encontrar para reemplazo o actualización.
2. La falta de familiaridad con los conceptos básicos de diseño necesarios para la configuración en zig-zag hace que los diseñadores prefieran la configuración más conocida.
3. El diseño de 2 devanados conectados en estrella permite la carga y medición secundaria, cosa que los diseños en zigzag no hacen.
4. No todos los fabricantes ofrecen opciones de conexión a tierra en zigzag, ni siquiera a aquellos clientes para quienes esa configuración podría ser más adecuada.

La geometría de la conexión en zig-zag es útil para limitar la circulación de terceras armónicas y puede usarse sin un devanado conectado en delta o el diseño de núcleo de 4 o 5 patas que normalmente se utiliza para este propósito en transformadores de distribución y potencia. Eliminar la necesidad de un devanado secundario puede hacer que esta opción sea tanto más económica como más pequeña que un transformador de puesta a tierra comparable de 2 devanados. Además, el uso de un transformador en zig-zag proporciona puesta a tierra con una unidad más pequeña que un transformador de puesta a tierra wye-delta de 2 devanados que ofrece la misma impedancia de secuencia cero.

Por otro lado, los transformadores de puesta a tierra conectados en estrella requieren un secundario conectado en delta o la aplicación de una construcción de núcleo de 4 o 5 patas para proporcionar una trayectoria de flujo de retorno para la carga desequilibrada asociada con esta conexión primaria. Debido a que a menudo es deseable proporcionar energía auxiliar desde el devanado secundario del transformador de puesta a tierra, este beneficio puede hacer preferible el uso de un transformador de puesta a tierra de 2 devanados en lugar de una conexión en zig-zag. Tanto los transformadores de puesta a tierra en zig-zag como los de 2 devanados pueden construirse con capacidades de energía auxiliar, ya sea para una carga conectada en estrella o en delta.

Un sistema sólidamente puesto a tierra utilizando un transformador de puesta a tierra ofrece muchas mejoras de seguridad en comparación con un sistema no puesto a tierra. Sin embargo, el transformador de puesta a tierra por sí solo carece de la capacidad de limitación de corriente de un sistema de puesta a tierra resistivo. Por esta razón, a menudo se usan resistencias de tierra neutra junto con el transformador de puesta a tierra para limitar la magnitud de la corriente de falla a tierra neutra. Los valores en ohmios deben especificarse para permitir un flujo de corriente de falla a tierra lo suficientemente alto como para permitir el funcionamiento confiable del equipo de protección, pero lo suficientemente bajo como para limitar el daño térmico.

Especificación de un Transformador de Puesta a Tierra

Al seleccionar un transformador de puesta a tierra para tu parque eólico, asegúrate de considerar los siguientes parámetros clave:

• Voltaje primario: Este es el voltaje del sistema al que se conectará el devanado puesto a tierra. No olvides especificar el nivel de impulso básico (BIL) del transformador, que mide su capacidad para soportar sobretensiones de rayo. En algunos casos, el BIL estará dictado por consideraciones de equipo, como las clasificaciones BIL de 150kV en parques eólicos de 34.5kV debido a la limitación en conectores de frente muerto.
• Kilovoltios-amperios (kVA) nominales: Debido a que el transformador de puesta a tierra es normalmente un dispositivo de corto tiempo, su tamaño y costo son menores en comparación con un transformador de servicio continuo de igual kVA nominal. Por esta razón, los transformadores de puesta a tierra a menudo no se dimensionan por kVA sino por sus clasificaciones de corriente continua y de corto tiempo. Independientemente de cómo se clasifique, el transformador de puesta a tierra debe dimensionarse para soportar la corriente de fase primaria continua nominal sin exceder su límite de temperatura. Esta carga incluye la corriente de magnetización del núcleo, la corriente de carga capacitiva para los cables y cualquier carga auxiliar, si corresponde. Cuanto mayor sea este valor, más grande y costoso será el transformador. Los valores típicos de corriente continua pueden variar desde tan solo 5A hasta varios cientos. Asegúrate de incluir cualquier requerimiento de carga auxiliar.
• Corriente neutral continua: La corriente neutral continua se define como tres veces la corriente de fase, o, en otras palabras, la corriente de secuencia cero. Esto generalmente se considera como cero si el sistema está balanceado. Sin embargo, para los propósitos de diseñar un transformador de puesta a tierra, es un valor que se espera que fluya en el circuito neutral sin disparar los circuitos de protección (lo que forzaría la corriente a ser cero) o la corriente de fuga a tierra que no es una función simétrica. Nuevamente, este valor es necesario para diseñar la capacidad térmica del transformador de puesta a tierra.
• Corriente de falla y duración: Este valor es necesario para calcular el calentamiento de corto tiempo que resulta de una falla en el sistema y debe determinarse a partir de un estudio de sistema ingenierizado. Los valores típicos varían desde unos pocos cientos de amperios hasta unos pocos miles de amperios, con tiempos de duración expresados en segundos y no en ciclos. Por ejemplo, un valor de 400A durante 10 segundos es típico. La duración de la falla es un parámetro crítico para el diseñador del transformador. Cuando los esquemas de protección utilizan el transformador de puesta a tierra para funciones de disparo, se especifica una duración de tiempo relativamente corta (5 a 10 segundos). Por otro lado, se requeriría una duración de corriente de falla neutral continua o extendida cuando el transformador de puesta a tierra se utiliza en un esquema de alarma de falla a tierra.
• Impedancia: La impedancia puede expresarse como un porcentaje o como un valor en ohmios por fase. En cualquier caso, debe elegirse de modo que los voltajes de fase no fallados durante una falla a tierra estén dentro de la capacidad de sobretensión temporal del transformador y del equipo asociado, como pararrayos y conectores terminales. Los valores, que pueden variar desde tan solo 2.5% hasta casi 10%, deben ser proporcionados por el diseñador del sistema.
• Conexión del devanado primario: Asegúrate de especificar el tipo de conexión primaria, ya sea en zig-zag o en estrella. Considera los factores discutidos previamente sobre las situaciones en las que una configuración particular podría ser más apropiada antes de tomar la decisión.
• Conexión secundaria: Especifica el voltaje secundario y la conexión cuando corresponda. Además, asegúrate de considerar el tamaño de la carga auxiliar que se conectará para los devanados primarios conectados en zig-zag o en estrella.
• Opción de devanado delta enterrado: Si la opción es tener un transformador de 2 devanados sin carga secundaria, determina si el devanado delta se puede “enterrar” (es decir, no sacar) o si solo se debe sacar un casquillo para conectar a tierra al tanque o pruebas.
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Funciones y Opciones Importantes

Además de las características de diseño analizadas, existen otras consideraciones o características que debes considerar al construir los transformadores de puesta a tierra de tu parque eólico:

• Informa al proveedor si necesitas un transformador tipo pedestal compartimental con un compartimiento integral a prueba de manipulaciones o un diseño de subestación.
• Considera si el transformador de puesta a tierra estará ubicado en el exterior o en el interior. Incluso las unidades exteriores necesitan atención especial cuando se colocan cerca de otras estructuras.
• Selecciona el tipo de fluido adecuado para la aplicación particular. Las opciones incluyen aceite mineral, silicona y fluido a base de éster natural.
• Considera las opciones de conectividad y selecciona la mejor para el sitio. Las opciones varían desde terminales de frente muerto, frente vivo y pala. La ubicación del terminal puede ser debajo de una cubierta o en una pared lateral, expuesta o cerrada.
• Se supone que el aumento de temperatura es de 65 °C; ajusta el diseño si es necesario.
• Considera la elevación del sitio o cualquier preocupación ambiental especial.
• Pintura especial según sea necesario.
• Resistencias de tierra neutra: El voltaje nominal del NGR debe ser igual al voltaje de línea a tierra del transformador de puesta a tierra. La clasificación y duración actuales deben coincidir con las clasificaciones del transformador de puesta a tierra. Recuerda configurar la clasificación de corriente lo suficientemente alta como para estar por encima de la corriente de carga del cable y la corriente de magnetización del transformador de conexión a tierra.