Aplicación de Reguladores de Voltaje en las Pruebas de Alta Tensión de Equipos Eléctricos

El voltaje es un criterio importante en las pruebas de calidad de la energía. La calidad del voltaje determina si el sistema de potencia puede operar de manera segura y tiene un impacto significativo en la estabilidad del sistema de red eléctrica en su totalidad. Actualmente, los reguladores de voltaje son equipos eléctricos relativamente comunes en los sistemas de potencia, capaces de controlar de manera razonable y científica todo el proceso de pruebas de alta tensión en equipos eléctricos, mejorando así continuamente la viabilidad de dichas pruebas.

1. Requisitos para el Uso de Reguladores de Voltaje en Pruebas de Alta Tensión de Equipos Eléctricos

En circunstancias normales, antes de iniciar una prueba de alta tensión en equipos eléctricos, se debe seleccionar un regulador de voltaje instalado en el extremo frontal del transformador para asegurar que sus especificaciones cumplan con los requisitos de la prueba. Esto garantiza que los resultados de medición del transformador satisfagan los criterios estándar de prueba, es decir, que la salida permanezca estable, continua y cambie uniformemente, permitiendo así una regulación efectiva del voltaje. El uso de reguladores de voltaje en pruebas de alta tensión de equipos eléctricos implica los siguientes requisitos:

• Asegurar una salida de voltaje estable y de alta calidad; por ejemplo, la forma de onda de la salida del regulador debe aproximarse a una onda senoidal, y el voltaje de salida mínimo debe estar lo más cerca posible de cero.

• El regulador de voltaje debe poseer características de regulación de alta calidad, con baja impedancia de regulación, métodos de ajuste sencillos y seguros, para facilitar pruebas de alta tensión suaves en equipos eléctricos.

• Minimizar el ruido generado durante la operación del regulador de voltaje y enfatizar la eficiencia energética y la protección ambiental durante las pruebas.

• Asegurar que los parámetros fundamentales del regulador de voltaje, incluyendo el voltaje de salida, la frecuencia, el número de fases y las fluctuaciones en la capacidad de salida, cumplan con los requisitos de las pruebas de alta tensión en equipos eléctricos. Específicamente, la precisión del regulador de voltaje se expresa como:

tgδ: ±(1% D + 0.0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Un error menor indica una mayor precisión del instrumento. Durante la verificación, la diferencia entre la lectura y el valor estándar debe ser menor que la precisión especificada.

2. Aplicación de Reguladores de Voltaje en Pruebas de Alta Tensión de Equipos Eléctricos

Tres tipos de reguladores de voltaje se utilizan comúnmente en pruebas de alta tensión de equipos eléctricos: reguladores de contacto, reguladores de inducción y reguladores de bobina móvil. Estos tres tipos difieren significativamente en estructura y principio de funcionamiento, y cada uno tiene escenarios de aplicación y características de uso distintos. 

Durante las pruebas de alta tensión, los reguladores de voltaje generalmente asisten a los motores asincrónicos y mecanismos en la conversión de energía y son dispositivos eléctricos estrechamente relacionados con los transformadores. En las pruebas de alta tensión, el motor debe cumplir con el requisito de capacidad de carga máxima del regulador de 12,000 kW. Además, para reducir el ruido electromagnético, la resistencia mecánica del regulador debe reforzarse utilizando una estructura sólida de hierro fundido.

2.1 Uso de Reguladores de Voltaje de Bobina Móvil
El principio electromagnético y la estructura interna de los reguladores de voltaje de bobina móvil se asemejan a los de los transformadores. Logran una regulación efectiva del voltaje de salida moviendo verticalmente un devanado cortocircuitado a lo largo del miembro del núcleo para alterar la distribución de voltaje e impedancia entre los dos devanados en el circuito principal. Dado que la regulación no depende de contactos, la salida de voltaje de un regulador de bobina móvil es relativamente suave y uniforme, lo que lo hace fácil y conveniente de usar para pruebas generales de alta tensión en equipos eléctricos. 

Además, su gran reactancia de fuga le permite soportar corrientes de sobrecarga sustanciales. Sin embargo, debido a sus características estructurales y operativas, el regulador de bobina móvil presenta una impedancia de cortocircuito relativamente alta. Por lo tanto, no es adecuado para proyectos de prueba de alta tensión que requieren baja impedancia de fuente, como pruebas de contaminación (polución) de alta tensión. En comparación con los reguladores de inducción, la forma de onda de salida de los reguladores de bobina móvil es más propensa a la distorsión. 

Además, después de un uso prolongado, el desgaste y aflojamiento de los componentes de transmisión y la bobina móvil pueden aumentar el ruido y la vibración, potencialmente llevando a daños. Los algoritmos de flujo de potencia se pueden utilizar para calcular los componentes complejos de la pérdida de voltaje en los sistemas de potencia. Específicamente, esto implica aprovechar la relación entre los voltajes de nodo, la potencia activa y la magnitud de los voltajes de nodo para descomponer las ecuaciones P-Q, reduciendo la matriz de coeficientes de 2N×2N a N×N, donde N es el número de nodos del sistema.

2.2 Uso de Reguladores de Voltaje de Inducción
El principio electromagnético y la estructura de los reguladores de voltaje de inducción son similares a los de los motores asincrónicos de rotor enrollado detenido, mientras que su mecanismo de conversión de energía se asemeja al de los transformadores. Al ajustar el desplazamiento angular del rotor, modifican la magnitud y fase de la fuerza electromotriz inducida en los devanados del estator o del rotor, logrando una regulación de voltaje sin contacto. 

En comparación con los reguladores de bobina móvil, los reguladores de inducción ofrecen un rendimiento técnico y económico general superior y una impedancia más baja, especialmente cuando el voltaje de salida está en el rango del 50%–100%, donde la impedancia es notablemente menor. Sin embargo, debido a las limitaciones estructurales y operativas, los reguladores de inducción monofásicos tienen costos de fabricación altos, especialmente para unidades de gran capacidad. Cuando la excentricidad del rotor de una unidad monofásica alcanza cierto umbral, pueden surgir problemas de ruido y vibración durante la operación, limitando su capacidad de salida. Como consecuencia, actualmente rara vez se producen reguladores de inducción monofásicos de gran capacidad. No obstante, versiones mejoradas de reguladores de inducción se utilizan eficazmente en pruebas de alta tensión con requisitos menos estrictos.

2.3 Uso de Reguladores de Voltaje de Contacto
Los reguladores de voltaje de contacto son autotransformadores capaces de proporcionar una salida de voltaje continua. Producen formas de onda de salida con excelentes características sinusoidales, con un límite inferior de salida de 0 V, y exhiben características de regulación lineales, continuas y suaves. Además, su impedancia en cortocircuito puede minimizarse, y presentan ángulos de fase casi idénticos entre los voltajes de entrada y salida, así como un bajo ruido operativo, lo que los hace ideales para pruebas de alta tensión en equipos eléctricos. Dependiendo de la configuración del núcleo, los reguladores de contacto se clasifican en tipo columna y tipo toroidal. 

Tradicionalmente, las pruebas de alta tensión de pequeña capacidad han utilizado principalmente reguladores de contacto tipo toroidal debido a su bajo costo y excelente rendimiento. El inconveniente más notable de los reguladores de contacto es su dependencia de contactos físicos para el ajuste, lo que puede generar chispas durante la operación. La capacidad de contacto también está limitada, y su vida útil relativamente corta ha obstaculizado el desarrollo de modelos de gran capacidad. Sin embargo, gracias a los esfuerzos continuos del personal técnico, los problemas relacionados con los contactos se han resuelto en gran medida.

3. Mantenimiento de Reguladores de Voltaje en Pruebas de Alta Tensión de Equipos Eléctricos

Antes de realizar el mantenimiento de los reguladores de voltaje utilizados en pruebas de alta tensión de equipos eléctricos, el personal debe comprender a fondo la estructura interna del regulador para localizar con precisión las fallas y mejorar la eficiencia del mantenimiento. La estructura básica del regulador de voltaje se muestra en la Tabla 1.

3.2 Problemas de fuga de gas en reguladores de voltaje

En las pruebas de alta tensión de equipos eléctricos, la fuga de gas en los reguladores de voltaje generalmente se debe a un sellado insuficiente de los anillos O y las uniones. También puede resultar de daños en el metal de sellado entre el asiento de ajuste y el eje de ajuste. La solución específica implica cerrar el circuito de gas, desmontar el extremo de la válvula principal del regulador de voltaje, y que los técnicos inspeccionen cuidadosamente para identificar la ubicación exacta y la naturaleza del fallo. Basándose en la experiencia práctica, se implementan mejoras apropiadas para resolver la fuga de gas desde el puerto de alivio de presión durante el ajuste en las pruebas de alta tensión.

Durante las pruebas de alta tensión, un problema común es la fuga de gas que ocurre en la posición cero durante el ajuste. Esto se debe principalmente al apretamiento excesivo del tornillo de ajuste a cero. Para mitigar esto, se debe ajustar correctamente la posición del tornillo de ajuste a cero para reducir la probabilidad de fuga en la posición cero.

Es importante destacar que los operadores deben evitar estar directamente frente al regulador de voltaje durante el ajuste para minimizar el riesgo de accidentes.

4. Conclusión

En las aplicaciones prácticas, cuando se realizan pruebas de alta tensión en equipos eléctricos, la seguridad del personal debe ser priorizada. Asegurar la seguridad tanto del personal como del equipo es el requisito fundamental para realizar un correcto diagnóstico y mantenimiento de los componentes de prueba. Este enfoque extiende efectivamente la vida útil del equipo y reduce la incidencia de fallas. Con la aplicación generalizada de reguladores de voltaje en las pruebas de alta tensión de equipos eléctricos, se brinda comodidad a la vida diaria de los residentes y a diversos aspectos de la sociedad, promoviendo así el desarrollo social armonioso.