La Aplicación de Transformadores Caja en Redes de Distribución

Principio Eléctrico y Estructura de las Subestaciones Compactas

El diagrama esquemático eléctrico de la subestación compacta se muestra en la Figura 1.

Composición estructural:

Una subestación compacta combinada de estilo americano está compuesta principalmente por un transformador compacto, estructurado en secciones frontal y trasera:

• Sección Frontal (Gabinete de Conexiones): Contiene bloques terminales de alta/baja tensión, un interruptor de carga de alta tensión, fusibles de inserción, una manija de operación del selector de tomas de alta tensión, un manómetro, un indicador de nivel de aceite, un termómetro de aceite, etc.

• Sección Trasera (Tanque de Aceite y Radiadores): Alberga el núcleo del transformador, los devanados, el interruptor de carga de alta tensión y los fusibles de inserción dentro de un tanque de aceite completamente sellado. El cuerpo del transformador generalmente adopta un diseño de núcleo de cinco patas trifásico, que puede ser un núcleo enrollado o laminado hecho de láminas de acero silicio de grano orientado de alta calidad o aleaciones amorfas de alta eficiencia. Los devanados de baja tensión utilizan una estructura de lámina, lo que aumenta la resistencia del transformador a cortocircuitos, impulsos de rayo y sobrecargas. El grupo de conexión es Dyn11.

• Estructura Sellada: El diseño completamente sellado del tanque asegura protección. Los interruptores de carga sumergidos en aceite están disponibles en múltiples tipos para cumplir con los requisitos de sistemas de distribución radial o en anillo.

Protección y Estructura de las Subestaciones Compactas de Estilo Americano

Las subestaciones compactas de estilo americano están protegidas por una conexión en serie de un protector de fusible de respaldo y un fusible de inserción. El protector de fusible de respaldo solo opera cuando ocurre un fallo en la subestación compacta, protegiendo la línea de alta tensión. El fusible de inserción, con fusibles doblemente sensibles, se quema cuando ocurren fallas de cortocircuito, sobrecargas o temperaturas excesivas de aceite en el lado secundario. Este método de protección es económico, confiable y fácil de operar.

Los terminales de alta tensión de la subestación compacta están equipados con enchufes, conectores de pasaje único y conectores de cable de tipo codo capaces de manejar una carga de 200 A. Las partes vivas están selladas dentro de aislantes, creando una estructura completamente aislada donde la superficie del terminal no está electrificada, asegurando la seguridad personal. Además, se puede instalar un pararrayos metálico-óxido compuesto de inserción en el enchufe de aislante de tipo codo. Este pararrayos está completamente blindado, completamente aislado y de conexión rápida, asegurando la seguridad y facilitando la instalación. También se pueden agregar accesorios como indicadores de corriente y de falla.

Características de los Transformadores Compactos

Los transformadores compactos, un nuevo tipo de transformadores ampliamente utilizados en los últimos años, se caracterizan por un suministro de energía confiable, una estructura razonable, una instalación rápida y flexible, una operación conveniente, un tamaño pequeño y un bajo costo. Pueden usarse tanto al aire libre como en interiores, y son ampliamente aplicables en diversos escenarios como parques industriales, comunidades residenciales, centros comerciales y edificios de gran altura. En comparación con las subestaciones compactas nacionales, las subestaciones compactas de estilo americano tienen las siguientes ventajas y características:

• Tamaño Compacto: Su volumen es aproximadamente un tercio del de las subestaciones compactas nacionales de la misma capacidad.

• Completamente Sellado e Isolado: Con una estructura completamente sellada e isolada, no se necesitan distancias de aislamiento, asegurando la seguridad personal y haciéndolas adecuadas para entornos de distribución de energía subterránea.

• Aplicación Versátil: Pueden usarse tanto en aplicaciones de anillo como de terminal, con una conversión conveniente, mejorando la confiabilidad del suministro de energía.

• Fuerte Capacidad de Sobrecarga: Pueden soportar una sobrecarga de 2 veces el valor nominal durante 2 horas o 1.6 veces durante 7 horas sin afectar su vida útil.

• Bajas Pérdidas: Sus pérdidas son menores que las de los transformadores nacionales de tipo S₉.

• Conectores de Cable Flexibles: Los conectores de cable pueden manejar una corriente de carga de 200 A. En situaciones de emergencia, pueden funcionar como interruptores de carga y también tienen las características de interruptores de desconexión, proporcionando una operación conveniente y flexible.

• Protección Doble Fusible: El uso de protección doble fusible reduce los costos de operación. Los fusibles en los fusibles de inserción son doblemente sensibles (a temperatura y corriente).

• Aceite de Punto de Flama Alto: Utilizando aceite de punto de flama alto (aceite R - TEMP con un punto de flama de hasta 312°C), pueden colocarse dentro de edificios sin el riesgo de incendios.

• Resistencia a la Corrosión: El cuerpo del transformador está diseñado para resistir la corrosión y tratado con pintura especial, haciéndolo adecuado para diversos entornos hostiles, como áreas con tormentas frecuentes y alta contaminación.

• Rendimiento Eléctrico Superior: Gracias a la conexión Δ/Υ y la estructura de tres fases y cinco patas, tienen ventajas sobresalientes como alta calidad de voltaje, punto neutro estable, no calentamiento del cuerpo, bajo ruido y buen rendimiento de protección contra rayos.

• Ahorro de Tierra: Generalmente colocados en zonas verdes, ahorran espacio que de otro modo se usaría para construir salas de distribución de energía, mejorando efectivamente la utilización de la tierra.

Aplicaciones de los Transformadores Compactos
Selección de los Transformadores Compactos

• Selección de Capacidad: La determinación de la capacidad implica factores como la carga, la inversión, las pérdidas y la vida útil. Generalmente, basándose en satisfacer la máxima carga con un margen, se realiza una comparación económica y técnica entre transformadores de capacidades similares para seleccionar el transformador de distribución con el menor costo total de propiedad. Las capacidades nominales de las subestaciones compactas de estilo americano incluyen 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500 y 2000 kVA.

• Selección de Tipo: Las subestaciones compactas se clasifican en tipo terminal y tipo anillo, principalmente determinado por el tipo de interruptor de carga.

• Ubicación de Instalación: Hay dos tipos de aceite aislante en las subestaciones compactas. Uno es el aceite mineral común, como el aceite de transformador No. 25 nacional; el otro es el aceite R - TEMP (aceite de punto de flama alto con un punto de flama de 312°C). Las subestaciones compactas llenas de aceite R - TEMP (con una marca clara en el lado de baja tensión) pueden usarse dentro de edificios, mientras que las llenas de aceite común no pueden.

• Personalización del Lado de Baja Tensión: Las subestaciones compactas de estilo americano generalmente no vienen con protección de ramas de baja tensión y medición. Sin embargo, según los requisitos del usuario, se pueden agregar interruptores de protección de ramas, instrumentos de medición y dispositivos de compensación en el lado de baja tensión.

Ejemplo de Aplicación de Ingeniería

Una unidad en el área urbana de Kunming, que ha construido nuevos edificios residenciales y oficinas, seleccionó un transformador compacto de la empresa americana COOPER. El modelo del transformador es PMT - LO - 500, con una capacidad nominal de 500 kVA y un voltaje nominal de 10 kV/0.4 kV. En el lado de baja tensión, se agregaron tres transformadores de corriente, un voltímetro, tres amperímetros y cuatro interruptores de salida de carga de cuatro vías según los requisitos de los usuarios y el departamento de suministro de energía. Se instalaron cajas de distribución de cable completamente aisladas y libres de mantenimiento de COOPER, que pueden soportar cualquier entorno adverso y permiten la conexión y desconexión bajo carga, en ambos lados de la subestación compacta para suministrar energía a cada edificio. La subestación compacta y las cajas de distribución se colocaron en la zona verde, armonizando bien con el entorno. Después de más de un año de operación, tanto el departamento de suministro de energía como los usuarios han informado buenos resultados.

Precauciones para el Uso

Al seleccionar y utilizar subestaciones compactas, se debe prestar atención al tipo de subestación compacta, al tipo de interruptor de carga y a los requisitos del usuario para los medidores de baja tensión.

• Tipos de Subestaciones Compactas: Existen tipos de anillo y de terminal. Para las subestaciones compactas de tipo anillo, el interruptor de carga puede conmutarse para suministrar energía de alta tensión al otro extremo.

• Tipos de Interruptores de Carga: Los interruptores de carga se dividen en tipos de 2 posiciones, 3 posiciones y 4 posiciones. Cada tipo de posición tiene varias formas. Por ejemplo, el tipo de 4 posiciones incluye los tipos T y Y, ambos pueden usarse para suministro de doble fuente de alimentación. El tipo T se puede usar en subestaciones compactas de anillo, mientras que el tipo Y solo se puede usar en subestaciones compactas de terminal.

• Inspección de los Fusibles de Inserción en Subestaciones Compactas Nuevas: Al revisar los fusibles de inserción de las subestaciones compactas recién instaladas, es necesario observar si el manómetro de la subestación compacta indica cero. Si el manómetro no indica cero, primero se debe accionar la válvula de escape para liberar el aire antes de conectar o desconectar los fusibles. De lo contrario, puede salir aceite del transformador.

Conclusión

Los transformadores compactos son equipos eléctricos esenciales para la renovación de redes urbanas, el desarrollo inmobiliario y la construcción de suministro de energía residencial. Las subestaciones compactas de estilo americano se han convertido en la primera opción para los transformadores de distribución urbana debido a sus características únicas y precios comparables a los de los contrapartes nacionales. Con su uso conveniente y numerosas ventajas, han recibido altas alabanzas de la sociedad y los usuarios, y se han convertido en la dirección de desarrollo para las subestaciones urbanas de pequeña escala.