Mantener fríos los transformadores

Andreas Schneider presenta ventiladores robustos para transformadores de alta potencia refrigerados por aceite

Los transformadores de alta potencia son componentes básicos de los sistemas de suministro de energía eléctrica. Conmutan el voltaje de CA entre diferentes niveles de voltaje, lo que los hace esenciales para la generación, transmisión o distribución de electricidad en plantas de energía, operaciones industriales y subestaciones eléctricas. Los transformadores de alta potencia se instalan al aire libre.

Allí tienen que resistir el viento y el clima, y ​​la humedad de las selvas tropicales, la niebla salina en la costa, el calor abrasador en las regiones desérticas o el frío helado en los polos.

Los ventiladores utilizados en los sistemas de refrigeración tienen que ser igualmente resistentes. Se demanda tecnología robusta que funcione de forma fiable y no requiera mantenimiento.

Cada vez que un transformador sufre una falla, esto tiene consecuencias fatales ya que ya no se puede garantizar el suministro eléctrico.

Los transformadores generan calor residual cuando están en funcionamiento y el aceite es el refrigerante elegido. Transfiere el calor por convección (o apoyado por sistemas de bombas) a la carcasa del transformador, que tiene aletas de refrigeración o radiadores similares a intercambiadores de calor en el exterior. Los grandes transformadores de alta potencia requieren refrigeración adicional: ventiladores que eviten daños por sobrecalentamiento a pesar de que las superficies de refrigeración sean lo más compactas posible.

Los ventiladores deben cumplir requisitos especiales para poder soportar las duras condiciones de uso en exteriores.

No basta con que los ventiladores mantengan el rendimiento del aire requerido. Igualmente importantes son propiedades como la resistencia a la corrosión incluso con alta humedad, el funcionamiento sin mantenimiento y sin lubricación y un funcionamiento fiable durante una vida útil lo más larga posible. Y cuando las cargas fluctúan, también es beneficioso que la capacidad de refrigeración pueda ajustarse a la demanda real.

No siempre tiene sentido apagar los ventiladores individuales cuando el transformador está en funcionamiento a carga parcial, porque en este estado pueden aparecer "puntos calientes" no refrigerados en el intercambiador de calor. Si los ventiladores funcionan lo más eficientemente posible, con el paso de los años los usuarios pueden ahorrar cantidades considerables de dinero y energía, que pueden inyectar a la red eléctrica. Esto se traduce en un beneficio económico positivo para los operadores energéticos. Si los transformadores están cerca o incluso en zonas residenciales, el ruido que generan juega un papel que tampoco debe subestimarse.

ebm-papst, especialista en motores y ventiladores, ha abordado este problema desarrollando ventiladores transformadores especiales. Satisfacen todos los requisitos para una refrigeración sofisticada de transformadores grandes según DIN EN 50216-12 y están disponibles en tamaños de 500 mm a 1250 mm con un rendimiento de aire de hasta 13 m³/s. También cumplen los requisitos en cuanto a larga vida útil y resistencia a la niebla salina (clase de protección contra la corrosión C5M según DIN EN ISO 12944), por lo que los ventiladores son adecuados para su uso en zonas costeras con un alto contenido de sal.

La carcasa del ventilador aumenta la eficiencia del ventilador

Todos los componentes de los módulos compatibles con plug-and-play (la carcasa del ventilador, el impulsor HyBlade, el motor EC GreenTech con electrónica integrada o el motor asíncrono de CA y la rejilla protectora del lado de aspiración) están perfectamente armonizados.

Por ejemplo, la optimización aerodinámica reduce tanto las turbulencias del aire como el ruido de funcionamiento. Los dos tipos de motores cumplen los requisitos de la actual Directiva de Ecodiseño.

El impulsor tiene una forma aerodinámicamente ideal basada en la combinación de un marco de aluminio con un revestimiento de plástico reforzado con fibra de vidrio. Esto reduce drásticamente el ruido que produce, lo que permite una mayor eficiencia en comparación con las palas tradicionales.

El soporte del motor, que también tiene una función de protección contra contactos, está montado en el lado de aspiración. En el lado de salida también está disponible como accesorio una rejilla protectora. Tanto la rejilla protectora como la carcasa del ventilador están fabricadas en chapa de acero galvanizada en caliente con un revestimiento adicional.

El lado de salida también tiene una brida circunferencial integrada para la fijación directa al radiador.

Especialmente cuando los ventiladores funcionan con aire libre (como es habitual en los transformadores refrigerados por aceite), el efecto positivo de este tipo de carcasas de ventilador es excelente. Mantiene la turbulencia del aire al mínimo, aumentando el caudal de aire y, por tanto, la eficiencia del ventilador.

Control de velocidad para refrigeración según las necesidades

Las empresas que confían en la probada tecnología GreenTech EC están dando un paso más en la dirección de la eficiencia energética.

Los motores EC son básicamente motores síncronos con excitación por imán permanente. En ellos, un rotor con imanes permanentes integrados sigue de forma sincronizada el campo giratorio del estator, que se genera electrónicamente.

La electrónica de control permite ajustar de forma continua la potencia del aire (lineal a la velocidad del ventilador), que en el funcionamiento a carga parcial se desvía de la frecuencia sincronizada con la red y prácticamente con el mismo alto nivel de eficiencia. El control de velocidad en bucle abierto se puede especificar de forma analógica mediante 0-10 VDE (p. ej., sensor de temperatura o presión de aceite) o digitalmente con una señal PWM o Modbus. Cuando se utiliza Modbus, se pueden interconectar cómodamente varios ventiladores.

Esto facilita el uso de funciones de diagnóstico y supervisión, que en última instancia contribuyen a un funcionamiento fiable. Esta configuración significa que todo el sistema puede funcionar de forma más económica y tiene un efecto positivo en los costes del ciclo de vida.

Para evitar puntos calientes en el intercambiador de calor después de que se hayan apagado los ventiladores individuales, ebm-papst recomienda utilizar todos los ventiladores en funcionamiento de carga parcial. La consecuencia es un flujo más uniforme a través del radiador. Un efecto secundario positivo es que el motor no se calienta tanto, lo que prolonga la vida útil del ventilador.

Otro aspecto del funcionamiento a carga parcial es la gran reducción del consumo de energía y del ruido de funcionamiento gracias a las leyes físicas.

La potencia eléctrica de entrada es proporcional a la velocidad del ventilador a la tercera potencia (Pe ~ n³). Como resultado, es sólo del 12,5 % cuando la velocidad y, a su vez, el rendimiento del aire se reducen en un 50 %. Logarítmicamente, esto reduce el nivel de ruido en 15 dB.

El funcionamiento a carga parcial no sólo ahorra energía y reduce los costes operativos, sino que también genera menos calor residual. Esto es especialmente valioso para aplicaciones de refrigeración porque no es necesario disipar el calor que no se genera.

La conmutación y el diseño del estator también garantizan un funcionamiento muy suave. Las frecuencias del ciclo son acústicamente imperceptibles y la reducción del ruido disminuye. Esto hace que estos 'ventiladores furtivos' sean ideales para aplicaciones en las que se deben respetar las normas de protección acústica.

Puesta en marcha sencilla

Los detalles de diseño orientados a la práctica simplifican la puesta en servicio del ventilador del transformador.

Por ejemplo, es posible instalarlo y montarlo directamente en la carcasa del ventilador con una posición de instalación horizontal o vertical según sea necesario.

La caja de terminales del motor para la conexión y el control del suministro es de fácil acceso y está aislada de la electrónica del motor. El equipo de desarrollo se propuso utilizar terminales de alta calidad.

Los ventiladores están perfectamente diseñados para su uso en todo el mundo. Funcionan con fuentes de alimentación entre 200-240 V y 380-480 V (para frecuencias de red trifásicas de 50 Hz y 60 Hz), cumplen todos los estándares pertinentes (UL, CSA, EAC y CCC) y los requisitos de grado de protección IP55, y la etiqueta de clasificación cumple con DIN EN 50216-12.

Andreas Schneider es ingeniero de proyectos enebm-papst.