Medidas de Optimización para la Eficiencia del Sistema Rectificador
Los sistemas rectificadores implican una gran cantidad y diversidad de equipos, por lo que muchos factores afectan su eficiencia. Por lo tanto, es esencial un enfoque integral durante el diseño.
Aumentar el Voltaje de Transmisión para las Cargas Rectificadoras
Las instalaciones rectificadoras son sistemas de conversión AC/DC de alta potencia que requieren una cantidad sustancial de energía. Las pérdidas de transmisión afectan directamente la eficiencia del rectificador. Aumentar el voltaje de transmisión de manera apropiada reduce las pérdidas en línea y mejora la eficiencia de la rectificación. Generalmente, para plantas que producen menos de 60,000 toneladas de soda cáustica anualmente, se recomienda una transmisión de 10 kV (evitando 6 kV). Para plantas superiores a 60,000 toneladas/año, se debe usar una transmisión de 35 kV. Para plantas que exceden 120,000 toneladas/año, se requiere una transmisión de 110 kV o mayor.
Utilizar Transformadores Rectificadores de Paso Directo
Similar a los principios de transmisión, el voltaje primario (de red) del transformador rectificador debe coincidir con el voltaje de transmisión. Un voltaje de paso directo más alto significa una corriente menor en el devanado de alta tensión, resultando en menores pérdidas de calor y mayor eficiencia del transformador. Cuando sea posible, utilice voltajes de transmisión más altos y transformadores rectificadores de paso directo.
Minimizar el Rango de Cambio de Tensión del Transformador Rectificador
El rango de cambio de tensión tiene un impacto significativo en la eficiencia del transformador; un rango más pequeño produce una mayor eficiencia. No es aconsejable aumentar ciegamente el rango (por ejemplo, al 30%-105%) para facilitar la puesta en marcha por fases. Después de alcanzar la producción total, los transformadores operan típicamente entre el 80% y el 100%, dejando bobinados adicionales que causan pérdidas permanentes. Un rango de 70%-105% es adecuado. Combinar el cambio de estrella-triángulo de alta tensión y la regulación de tensión mediante tiristores puede reducir aún más este rango al 80%-100%, mejorando notablemente la eficiencia.
Usar Transformadores Rectificadores Autorefrigerados Sumergidos en Aceite
El uso de transformadores autorefrigerados sumergidos en aceite ahorra la energía eléctrica consumida por los ventiladores. Aunque los fabricantes a menudo diseñan transformadores de gran capacidad con refrigeración forzada de aceite-aire, los radiadores de enfriamiento pueden simplemente agrandarse. Combinado con una instalación al aire libre para mejorar la disipación de calor, la operación del transformador permanece confiable sin necesidad de refrigeración forzada.
Adoptar una Instalación "Integrada Planar" para el Equipo Rectificador
Instalar el transformador rectificador, el gabinete rectificador y el electroizador de manera "integrada planar" minimiza la longitud de las barras colectoras AC/DC, reduciendo las pérdidas resistivas y mejorando la eficiencia del sistema. Específicamente, coloque las tres unidades en el mismo nivel y lo más cerca posible, formando una unidad compacta. Conecte la salida lateral del transformador al gabinete rectificador con barras colectoras de menos de 1.2 metros de largo, y dirija la salida inferior del gabinete directamente al electroizador a través de barras colectoras subterráneas.
Evitar Conexiones Flexibles para la Instalación de Barras Colectoras
La disposición "integrada planar" resulta en conexiones cortas de barras colectoras entre el transformador y el gabinete, y a través de interruptores de cuchilla DC, minimizando la expansión térmica. Las conexiones rígidas son suficientes, asegurando la seguridad mientras se eliminan las pérdidas asociadas con los conectores flexibles y sus uniones adicionales, mejorando así la eficiencia.
Usar una Densidad de Corriente Menor en las Barras Colectoras
La densidad de corriente económica para las barras colectoras AC/DC es de 1.2–1.5 A/mm². Seleccionar una densidad menor (1.2 A/mm², o incluso 1.0 A/mm²) optimiza el ahorro de energía.
Usar Barras Colectoras con una Relación Altura-Ancho Mayor que 12
Las barras colectoras con una relación altura-ancho superior a 12 tienen una superficie de disipación de calor mayor, resultando en temperaturas de operación más bajas, mejor conductividad, menores pérdidas resistivas y mayor eficiencia unitaria.
Aplicar Vaselina a las Uniones de Compresión de las Barras Colectoras
Asegúrese de tener un área de contacto adecuada en las uniones de las barras colectoras (manteniendo la densidad de corriente por debajo de 0.1 A/mm²), y mantenga una superficie plana y lisa. Aplique vaselina para prevenir la oxidación del cobre y un mal contacto, lo que aumenta la pérdida de potencia. No use grasa conductiva, ya que su base de aceite se evapora a altas temperaturas, causando que el compuesto semimetálico se endurezca y pierda conductividad, generando un calentamiento adicional.
Seleccionar Apropiadamente los Gabinetes Rectificadores de Diodos de Silicio
Los gabinetes rectificadores de diodos de silicio son 3–4% más eficientes que los gabinetes de tiristores. Cuando varios gabinetes rectificadores operan en paralelo, la incorporación de un gabinete de silicio puede reducir aún más el consumo y mejorar la eficiencia.
Usar Gabinetes Rectificadores con Dispositivos de Alta Corriente
Usar 2–3 dispositivos de alta corriente por brazo de puente mejora la distribución de corriente, reduce las pérdidas de potencia de los dispositivos y aumenta la eficiencia de la rectificación.
Adoptar Gabinetes de Control Rectificador de Control Numérico (NC)
El control numérico permite una activación más precisa del rectificador, un menor ondulación de tensión DC y una mayor estabilidad de la corriente DC. Esto beneficia la operación del electroizador y mejora la eficiencia de la electrólisis.
Operar los Tiristores en Modo de Conducción Total
Durante la operación, mantenga el ángulo de disparo del tiristor por debajo de 10° para mantener una conducción casi total. Esto minimiza las pérdidas internas del rectificador de tiristores y maximiza su eficiencia.
Reducir el Ángulo de Margen del Gabinete Rectificador de Tiristores
El ángulo de margen (ángulo de superposición) está estrechamente relacionado con el factor de potencia natural del sistema rectificador. Un ángulo de margen más pequeño resulta en un factor de potencia más alto (especialmente cuando el ángulo de disparo α es pequeño). Durante la puesta en marcha, minimice el ángulo de margen mientras se asegura una operación confiable. Un α pequeño mantiene los tiristores cerca de la conducción total.
Usar Dos o Más Transformadores Rectificadores en Paralelo
Para cargas DC de alta potencia, utilice dos o más transformadores rectificadores en paralelo. Esto reduce la reactancia equivalente y la corriente circulante durante la transferencia de transformadores, disminuyendo las pérdidas totales y mejorando la eficiencia.
Usar Interruptores de Cuchilla DC con Corrientes Nominales Mayores
Los interruptores de cuchilla DC generan un calor significativo bajo carga completa. La selección de un interruptor con una corriente nominal un grado mayor proporciona ahorros de energía. Por ejemplo, use un interruptor de 31,500 A para una carga de 25,000 A, o un interruptor de 40,000 A para una carga de 30,000 A.
Usar Sensores de Corriente DC de Gran Potencia Eficientes Energéticamente
Algunos sensores de corriente DC de gran tamaño requieren un suministro de energía AC para la comparación de flujo cero, consumiendo energía adicional. Los sensores de efecto Hall son preferibles; ellos emiten directamente una señal DC de 0–1 V al instrumento de visualización sin consumir energía extra.
Diseñar para la Rectificación Multiphase
Use rectificación multiphase cuando sea posible. Emplee la rectificación de 6 pulsos (puente trifásico o doble estrella inversa con reactor de equilibrio, ambos en paralelo inverso cofase) en transformadores individuales. Para dos o más transformadores, use la rectificación equivalente de 12 o 18 pulsos. Esto suprime eficazmente los armónicos de orden bajo, mejorando la eficiencia del rectificador.
