Aplicació de reguladors de tensió en proves d'alta tensió d'equips elèctrics

La tensió és un criteri important en la prova de la qualitat de l'energia elèctrica. La qualitat de la tensió determina si el sistema elèctric pot funcionar de manera segura i té un impacte significatiu en la estabilitat de tot el sistema de xarxa elèctrica. Actualment, els reguladors de tensió són equipaments elèctrics relativament comuns en els sistemes elèctrics, capaços de controlar de manera raonable i científica tot el procés de proves d'alta tensió en equipaments elèctrics, millorant així continuament la viabilitat d'aquestes proves.

1. Requisits per a l'ús de reguladors de tensió en proves d'alta tensió d'equipaments elèctrics

En condicions normals, abans d'iniciar una prova d'alta tensió en equipaments elèctrics, s'ha de seleccionar un regulador de tensió instal·lat a l'extrem frontal del transformador per assegurar que les seves especificacions compleixen els requisits de la prova. Això garanteix que els resultats de mesura del transformador satisfan els criteris estàndard de prova, és a dir, que la sortida roman estable, contínua i varia de manera uniforme, permetent així una regulació eficaç de la tensió. L'ús de reguladors de tensió en proves d'alta tensió d'equipaments elèctrics comporta els següents requisits:

• Assegurar una sortida de tensió estable i de alta qualitat; per exemple, la forma d'ona de la tensió de sortida del regulador hauria de aproximar-se a una ona sinusoïdal, i la tensió de sortida mínima hauria de ser tan propera a zero com sigui possible.

• El regulador de tensió ha de tenir característiques de regulació de alta qualitat, amb baixa impedància de regulació, mètodes d'ajust simples i segurs, per facilitar una prova d'alta tensió suau en equipaments elèctrics.

• Minimitzar el soroll generat durant l'operació del regulador de tensió i enfatitzar l'eficiència energètica i la protecció ambiental durant la prova.

• Assegurar que els paràmetres fonamentals del regulador de tensió, incloent-hi la tensió de sortida, la freqüència, el nombre de fases i les fluctuacions en la capacitat de sortida, compleixin els requisits de les proves d'alta tensió en equipaments elèctrics. Específicament, la precisió del regulador de tensió es expressa com:

tgδ: ±(1% D + 0,0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Un error menor indica una major precisió de l'instrument. Durant la verificació, la diferència entre la lectura i el valor estàndard ha de ser inferior a la precisió especificada.

2. Aplicació de reguladors de tensió en proves d'alta tensió d'equipaments elèctrics

Tres tipus de reguladors de tensió s'utilitzen habitualment en proves d'alta tensió d'equipaments elèctrics: reguladors de contacte, reguladors d'inducció i reguladors de bobina mòbil. Aquests tres tipus difereixen significativament en estructura i principi de funcionament, i cadascun té escenaris d'aplicació i característiques d'ús distintes. 

Durant les proves d'alta tensió, els reguladors de tensió generalment assisteixen els motors asíncrons i mecanismes en la conversió d'energia i són dispositius elèctrics estretament relacionats amb els transformadors. En proves d'alta tensió, el motor ha de complir el requisit de capacitat màxima de càrrega del regulador de tensió de 12.000 kW. A més, per reduir el soroll electromagnètic, la resistència mecànica del regulador s'ha d'incrementar utilitzant una estructura de ferro forjat sòlid.

2.1 Ús de reguladors de tensió de bobina mòbil
El principi electromagnètic i la estructura interna dels reguladors de tensió de bobina mòbil s'assemblen als dels transformadors. Assolen una regulació efectiva de la tensió de sortida desplaçant verticalment un enrolament curt-circuitat al llarg de la branca del nucli per alterar la distribució de tensió i impedància entre els dos enrolaments en el circuit principal. Com que la regulació no depèn dels contactes, la tensió de sortida del regulador de bobina mòbil és relativament suau i uniforme, fent-lo fàcil i convenient d'utilitzar en proves generals d'alta tensió en equipaments elèctrics. 

A més, la seva gran reactància de fuga li permet soportar grans augmentos de corrent. No obstant això, degut a les seves característiques estructurals i operatives, el regulador de bobina mòbil presenta una impedància de curt-circuit relativament elevada. Per tant, no és adequat per a projectes de prova d'alta tensió que requereixin una impedància de font baixa, com ara proves de contaminació d'alta tensió. Comparat amb els reguladors d'inducció, la forma d'ona de sortida dels reguladors de bobina mòbil és més propensa a la distorsió. 

A més, després d'un ús prolongat, l'ús i el desgast dels components de transmissió i de la bobina mòbil poden incrementar el soroll i la vibració, posant en risc la integritat. Els algoritmes de flux de potència es poden utilitzar per calcular els components complexos de la pèrdua de tensió en els sistemes elèctrics. Específicament, això implica utilitzar la relació entre les tensions dels nodes, la potència activa i la magnitud de les tensions dels nodes per descompondre les equacions P-Q, reduint la matriu de coeficients de 2N×2N a N×N, on N és el nombre de nodes del sistema.

2.2 Ús de reguladors de tensió d'inducció
El principi electromagnètic i la estructura dels reguladors de tensió d'inducció s'assemblen als dels motors asíncrons d'inducció amb rotor envoltat, mentre que el seu mecanisme de conversió d'energia s'assembla al dels transformadors. Ajustant el desplaçament angular del rotor, modifiquen la magnitud i la fase de la força electromotriu induïda en els enrolaments del stator o del rotor, assolint una regulació de tensió sense contacte. 

Comparat amb els reguladors de bobina mòbil, els reguladors d'inducció oferixen un rendiment tècnic i econòmic global superior i una impedància més baixa, especialment quan la tensió de sortida està dins del rang del 50%–100%, on la impedància és notablement més baixa. No obstant això, degut a limitacions estructurals i operatives, els reguladors d'inducció monofàsics tenen costos de fabricació elevats, especialment per a unitats de gran capacitat. Quan l'excentricitat del rotor d'una unitat monofàsica arriba a un cert llindar, poden aparèixer problemes de soroll i vibració durant l'operació, limitant la seva capacitat de sortida. Per tant, actualment es produeixen poc reguladors d'inducció monofàsics de gran capacitat. No obstant això, versions millores dels reguladors d'inducció es fan servir eficientment en proves d'alta tensió amb requisits menys estrictes.

2.3 Ús de reguladors de tensió de contacte
Els reguladors de tensió de contacte són autotransformadors capaços de proporcionar una sortida de tensió contínua. Generen ones de tensió de sortida amb excel·lents característiques sinusoidals, amb un límit inferior de sortida de 0 V, i presenten característiques de regulació lineals, contínues i suaus. A més, la seva impedància en curtcircuït es pot minimitzar, i tenen angles de fase gairebé idèntics entre les tensions d'entrada i de sortida i un baix soroll operatiu, el que els fa ideals per a proves de tensió elevada en equips elèctrics. Depenent de la configuració del nucli, els reguladors de contacte es classifiquen en tipus columna i tipus toroidal. 

Tradicionalment, les proves de tensió elevada de petita capacitat han utilitzat principalment reguladors de contacte de tipus toroidal degut al seu baix cost i excel·lents prestacions. El desavantatge més notable dels reguladors de contacte és la seva dependència dels contactes físics per a l'ajust, que poden generar escintelles durant l'operació. La capacitat de contacte també està limitada, i la seva vida útil relativament curta ha entorprit el desenvolupament de models de gran capacitat. No obstant això, gràcies als esforços continus del personal tècnic, s'han resolt gairebé completament els problemes relacionats amb els contactes.

3. Manteniment dels reguladors de tensió en proves de tensió elevada d'equips elèctrics

Abans de realitzar el manteniment dels reguladors de tensió utilitzats en proves de tensió elevada d'equips elèctrics, el personal ha de comprendre exhaustivament l'estructura interna del regulador per localitzar amb precisió les avaries i millorar l'eficiència del manteniment. L'estructura bàsica del regulador de tensió es mostra a la Taula 1.

3.2 Problemes de fuga de gas del regulador de tensió

En els ensayos de tensió elevada de l'equipament elèctric, la fuga de gas dels reguladors de tensió es produeix normalment per un sel·lant insuficient dels jocs d'estanques i les juntes de connexió. També pot ser deguda al danys en el metall sel·lant entre el seient d'ajust i la barra d'ajust. La solució específica implica tancar el circuit de gas, desmuntar la part principal de la válvula del regulador de tensió, i que els tècnics inspeccionin detingudament per identificar la ubicació exacta i la naturalesa de l'error. Basant-se en l'experiència pràctica, es realitzen les milloraments adequats per resoldre la fuga de gas del port de descàrrec de pressió durant la regulació en els ensayos de tensió elevada.

Durant els ensayos de tensió elevada, un problema comú és la fuga de gas que es produeix en la posició zero durant l'ajust. Això és principalment degut a un apretament excessiu del tornill d'ajust zero. Per mitigar això, s'hauria de ajustar correctament la posició del tornill d'ajust zero per reduir la probabilitat de fuga en la posició zero.

Cal tenir en compte que els operadors han d'evitar estar directament davant del regulador de tensió durant l'ajust per minimitzar el risc d'accidents.

4. Conclusió

En les aplicacions pràctiques, quan es realitzen ensayos de tensió elevada en l'equipament elèctric, la seguretat del personal ha de ser prioritària. Assegurar la seguretat tant del personal com de l'equipament és el prerequisit fonamental per a realitzar una resolució de problemes i manteniment adequats en els components d'ensayo. Aquest enfocament augmenta efectivament la vida útil de l'equipament i redueix la incidència de fallades. Amb l'aplicació generalitzada dels reguladors de tensió en els ensayos de tensió elevada de l'equipament elèctric, es porta conveniència a la vida quotidiana dels residents i a diversos àmbits de la societat, contribuint així al desenvolupament social harmònic.