Mantener los transformadores frescos

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. Cambian 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 en las selvas tropicales, el rocío de sal 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 igual de resistentes. Se demanda tecnología robusta que funcione de manera confiable y no requiera mantenimiento.

Cada vez que se corta un transformador, esto tiene consecuencias fatales ya que ya no se puede garantizar el suministro de energía.

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 bombeo) a la carcasa del transformador, que tiene aletas de enfriamiento o radiadores similares a intercambiadores de calor en el exterior. Los grandes transformadores de alta potencia requieren refrigeración adicional: ventiladores que evitan daños por sobrecalentamiento a pesar de que las superficies de refrigeración son lo más compactas posible.

Los ventiladores deben satisfacer requisitos especiales para que puedan resistir las duras condiciones de despliegue en exteriores.

No es suficiente que los ventiladores respalden el rendimiento del aire requerido. Propiedades tales como la resistencia a la corrosión incluso en condiciones de alta humedad, la operación sin mantenimiento sin lubricación y el funcionamiento confiable durante la vida útil más larga posible son igualmente importantes. Y cuando las cargas fluctúan, también es beneficioso que la capacidad de refrigeración se pueda ajustar a la demanda real.

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

El especialista en motores y ventiladores ebm-papst ha abordado este problema desarrollando ventiladores especiales para transformadores. Cumplen todos los requisitos para la refrigeración sofisticada de grandes transformadores según DIN EN 50216-12 y vienen en tamaños de 500 mm a 1250 mm con un rendimiento de aire de hasta 13 m³/s. También cumplen los requisitos de 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 GreenTech EC con electrónica integrada o el motor asíncrono de CA y la rejilla protectora del lado de admisión) están perfectamente armonizados.

Por ejemplo, la optimización aerodinámica reduce tanto la turbulencia 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 una cubierta de plástico reforzado con fibra de vidrio. Esto reduce drásticamente el ruido que produce, lo que permite una mayor eficiencia en comparación con las hojas tradicionales.

El soporte del motor, que también tiene una función de protección contra contactos, está instalado en el lado de admisión. En el lado de salida, también está disponible como accesorio una rejilla de protección. Tanto la rejilla de protección como la carcasa del ventilador están fabricadas en chapa de acero galvanizada en caliente con un recubrimiento 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 el caso de transformadores refrigerados por aceite), el efecto positivo de este tipo de carcasa de ventilador es excelente. Mantiene la turbulencia del aire al mínimo, aumentando la velocidad del flujo de aire y, por lo tanto, la eficiencia del ventilador.

Control de velocidad para enfriamiento basado en necesidades

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

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

La electrónica de control permite un rendimiento del aire infinitamente ajustable (lineal a la velocidad del ventilador), que se desvía de la frecuencia síncrona de la red en funcionamiento a carga parcial prácticamente con el mismo alto nivel de eficiencia. El control de velocidad de lazo abierto puede especificarse de forma analógica a través de 0-10 VDE (por ejemplo, sensor de temperatura o presión de aceite) o digitalmente con una señal PWM o Modbus. Cuando se utiliza Modbus, se pueden interconectar convenientemente 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 se puede operar de manera más económica y tiene un efecto positivo en los costos del ciclo de vida.

Para evitar puntos calientes en el intercambiador de calor después de apagar ventiladores individuales, ebm-papst recomienda utilizar todos los ventiladores en funcionamiento con 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 como resultado de 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 15dB.

La operación de carga parcial no solo ahorra energía y reduce los costos operativos, sino que también genera menos calor residual. Esto es especialmente valioso para aplicaciones de enfriamiento porque el calor que no se genera no necesita disiparse.

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

Puesta en marcha sencilla

Los detalles de diseño orientados a la práctica simplifican la puesta en marcha 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 conexión de alimentación y control es de fácil acceso y está aislada de la electrónica del motor. El equipo de desarrollo se aseguró de 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 todas las normas pertinentes (UL, CSA, EAC y CCC) y los requisitos de grado de protección IP55, y la etiqueta de características cumple con la norma DIN EN 50216-12.

Andreas Schneider es ingeniero de proyectos enebm-papst.