Transformadors intel·ligents de puesta a tierra per a suport de xarxes insulars

1. Antecedents del projecte

Els projectes fotovoltaics (PV) distribuïts i d’emmagatzematge d’energia estan experimentant un ràpid desenvolupament a Vietnam i al sud-est asiàtic, però es troben amb reptes significatius:

1.1 Inestabilitat de la xarxa:

La xarxa elèctrica de Vietnam pateix fluctuacions freqüents (especialment a les zones industrials del nord). L’any 2023, la manca d’energia tèrmica va provocar apagades massives, amb pèrdues diàries superiors als 5 milions de dòlars EUA. Els sistemes PV tradicionals no disposen de capacitats eficaces de gestió de la presa de terra neutra, fet que fa que l’equipament sigui vulnerable a danys i incidents de seguretat durant fallades de xarxa. Això posa de manifest la necessitat crítica de transformadors de presa de terra fiables.

1.2 Pressió per complir normatives i requisits de seguretat:

Les regulacions vietnamites de 2024 exigeixen que els sistemes d’emmagatzematge d’energia superin la prova d’operació en illa de 72 hores del grup Vietnam Electricity Group (EVN) i disposin de capacitats de suport en casos de caigudes o pujades de tensió (HVRT/LVRT). Amb la gran implantació d’electrònica de potència, els corrents de seqüència zero i els problemes harmònics són rellevants, sovint provocant mal funcionament de proteccions. Els transformadors de presa de terra d’alt rendiment són essencials per complir aquestes exigències reglamentàries.

1.3 Requisits d’adaptabilitat ambiental:

Climes d’alta temperatura i humitat (humitat mitjana anual >80%) acceleren l’envelleciment dels equips, requerint transformadors de presa de terra amb un rendiment robust contra la corrosió i la humitat. Els entorns costaners amb brolla salina (contingut de sal a l’aire >5mg/m³) agreugen encara més els riscos de corrosió, augmentant les exigències d’adaptabilitat ambiental dels transformadors de presa de terra.

2. Solució: Sistema intel·ligent de transformadors de presa de terra

2.1 Disseny de tecnologia central

Transformador de presa de terra amb connexió Zigzag:

Incorpora un disseny especialitzat de sis bobinatges amb una capacitat nominal de 1250kVA, una impedància ultra-baixa de seqüència zero de 4-6Ω (frent a 30Ω en transformadors convencionals) i una resistència a curtcircuits de 25kA/2s, ideal per a grans plantes d’energia distribuïda.

• Opció d’optimització de supressió harmònica: Estructura integrada de bobinatge Δ-YY amb filtres LC que aconsegueix una supressió ≥85% dels harmònics 3r/5è/7è, reduint la distorsió harmònica total (THD) del 12% a <5%, evitant efectivament danys en equipaments causats per ressonància. Aquesta capacitat de mitigació harmònica representa una característica clau de seguretat del transformador de presa de terra.
• Millores en adaptabilitat ambiental: Closca amb grau de protecció IP54; components clau tractats amb recobriment nano-ceràmic, superant la prova IEC 60068-2-52 de brolla salina (3000 hores sense corrosió). Aquestes mesures de protecció asseguren la fiabilitat a llarg termini dels transformadors de presa de terra en entorns adversos.
• Disseny de gestió tèrmica: Equipat amb dissipadors de calor d’aliatge d’alumini i sistema de refredament forçat per aire, l’elevació de temperatura es controla fins a ≤55K a una temperatura ambient de 45°C. Aquest sistema eficient de gestió tèrmica és crucial per al funcionament segur dels transformadors de presa de terra en climes tropicals.

2.2 Sistema intel·ligent de monitoratge i protecció

Mòdul integrat de sensors: Monitoratge en temps real de la temperatura del bobinatge, descàrregues parcials i estat de l’aïllament; les dades es sincronitzen a plataformes SCADA locals i núvol (com Hoymiles S-miles Cloud) en mil·lisegons. El monitoratge continu millora significativament el perfil de seguretat del transformador de presa de terra.

Coordinació de lògica de protecció:

• Coordinació amb interruptor automàtic: Canvia automàticament el mode de presa de terra en menys de 10 segons quan detecta una caiguda de tensió de xarxa fins al 20%UN (complint els requisits vietnamites de bloqueig per baixa tensió)
• Integració del sistema de detecció de defectes d’arc (AFCI): Talla els circuits defectuosos en 0,5 segons, evitant que les fallades a terra provoquin incendis. Aquesta lògica de protecció ràpida s’integra perfectament amb el transformador de presa de terra.

2.3 Millores en adaptabilitat localitzada

Compliment de xarxa: Suporta el mode de prova d’illa exigit per EVN, simulat una transició sense interrupcions a subministrament des de l’emmagatzematge d’energia després d’una interrupció de xarxa. El transformador de presa de terra és un component clau per aprovar aquesta prova crítica.

Interfícies preinstal·lades per cables precintats compleixen els requisits obligatoris vietnamites de precintatge a sales de mesura.

Facilitat de manteniment: Vida útil dissenyada ≥25 anys; cicles de manteniment ampliats fins a 3 anys, reduint significativament els costos d’explotació i manteniment a regions tropicals. La durabilitat del transformador de presa de terra redueix substancialment els costos del cicle de vida.

3. Resultats assolits

3.1 Augment de la seguretat i fiabilitat

Aconsegueix el commutat de presa de terra neutre en menys de 15ms durant fallades de xarxa (superant l’estàndard vietnami de 50ms), assegurant el funcionament continu de càrregues crítiques (com ara línies de producció d’una fàbrica). La gestió ràpida de fallades proporcionada pel transformador de presa de terra va reduir les taxes de fallada d’equipaments en un 85% i va eliminar completament els incidents relacionats amb la presa de terra després de la seva implantació en un projecte de zona industrial de Hanoi l’any 2024.

3.2 Beneficis econòmics i compliment normatiu

• Risc de sancions reduït: Complereix els requisits d'emesió de carboni de la "Llei de la Indústria Verda", evitant multes del 3% sobre els ingressos anuals.
• Període de retorn escurçat: Mitjançant la reducció dels costos de manteniment (reducció del 35%) i la disminució de pèrdues per aturades, la TIR ha augmentat entre 2 i 3 punts percentuals, escurçant el període de retorn de 5,8 a 4,2 anys.

3.3 Capacitat millorada de suport a la xarxa

Ha superat la prova de regulació dinàmica: sota la despatxabilitat flexible d'EVN (quan la càrrega de la xarxa és <75%), permet un reglament de potència d'un màxim del 30% de la potència instal·lada, habilitant les centrals elèctriques per participar al Mercat de Regulació de Freqüència (FRM). El punt neutre estable proporcionat pel transformador de presa de terra constitueix la base d’aquesta funcionalitat de suport a la xarxa. En un projecte pilot a Ciutat Ho Chi Minh, mitjançant el suport de potència reactiva, la central va obtenir uns ingressos addicionals del 12% en serveis auxiliars.