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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL
SISTEMA ELÉCTRICO DE CONEXIÓN A RED COMPACTO CON CONVERTIDOR DE
CUATRO CUADRANTES
Autor: Virginia Hernández Lorente Director: Juan Antonio Talavera Martín
Madrid Junio 2014
ÍNDICE
I
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL
Índice
Parte I Memoria .......................................................................................... 1
Capítulo 1 Introducción y motivación del proyecto. ........................................ 3
1.1 Introducción .................................................................................................................. 3
1.2 Motivación y objetivos .................................................................................................. 5
Capítulo 2 Convertidor de potencia .................................................................. 7
2.1 Condiciones del convertidor ......................................................................................... 7
2.2 Introducción al convertidor ......................................................................................... 7
2.3 Cuadrantes del convertidor .......................................................................................... 9
2.3.1 Funcionamiento en cada cuadrante ............................................................................................. 10
2.4 Componentes del convertidor .................................................................................... 11
2.4.1 Convertidor del lado del generador ............................................................................................. 12 2.4.2 Bus de continua ........................................................................................................................... 12 2.4.3 Convertidor del lado de la red ..................................................................................................... 13 2.4.4 Filtro de línea .............................................................................................................................. 13 2.4.5 Chopper de frenado ..................................................................................................................... 13
2.5 Análisis de los convertidores del mercado ................................................................ 14
2.5.1 Acoplamiento de subconvertidores ............................................................................................. 15 2.5.2 Elección del convertidor ............................................................................................................. 16 2.5.3 Cargas aerodinámicas ................................................................................................................. 17
2.6 Conexión del convertidor ........................................................................................... 18
2.6.1 Conexión del circuito de potencia ............................................................................................... 19 2.6.1.1 Ethernet ............................................................................................................................... 20 2.6.1.2 UPS ..................................................................................................................................... 20 2.6.1.3 Conexión I/O ....................................................................................................................... 21
ÍNDICE
II
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INGENIERO INDUSTRIAL
2.6.1.4 Conexión Fieldbus ............................................................................................................... 23 2.6.1.4.1 Señales del PLC al convertidor .................................................................................... 23 2.6.1.4.2 Señales del convertidor al PLC .................................................................................... 23
2.6.1.5 Refrigeración ....................................................................................................................... 24
2.7 Control del convertidor .............................................................................................. 25
2.7.1 Control de la potencia del generador ........................................................................................... 26 2.7.2 Control de la potencia reactiva .................................................................................................... 28
Capítulo 3 Transformadores de potencia ....................................................... 29
3.1 Introducción ................................................................................................................ 29
3.2 Esquemas de configuración ....................................................................................... 29
3.2.1 Transformador secundario en baja tensión .................................................................................. 29 3.2.2 Transformador secundario en alta tensión ................................................................................... 30 3.2.3 Único transformador con dos devanados de baja tensión ............................................................ 30
3.3 Elección de la configuración del transformador. ..................................................... 31
3.4 Tipo de transformadores............................................................................................ 32
3.5 Potencia de los transformadores ............................................................................... 33
3.6 Elementos de los transformadores ............................................................................ 34
3.6.1 Núcleo magnético........................................................................................................................ 34 3.6.2 Devanado de alta tensión ............................................................................................................ 35 3.6.3 Devanado de baja tensión ............................................................................................................ 35 3.6.4 Proceso de encapsulado ............................................................................................................... 35
3.7 Detalles técnicos de los transformadores .................................................................. 36
3.7.1 Transformador principal .............................................................................................................. 36 3.7.2 Transformador secundario........................................................................................................... 37
Capítulo 4 Celdas de protección ..................................................................... 39
4.1 Introducción ................................................................................................................ 39
4.2 Celdas necesarias ........................................................................................................ 39
4.2.1 Celda de línea .............................................................................................................................. 40 4.2.2 Celda de protección ..................................................................................................................... 40 4.2.3 Celda compacta ........................................................................................................................... 41
4.3 Detalles técnicos celda ................................................................................................ 42
Capítulo 5 Pletinas .......................................................................................... 45
ÍNDICE
III
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5.1 Introducción ................................................................................................................ 45
5.2 Análisis de las pletinas del mercado .......................................................................... 45
5.3 Longitud de las pletinas .............................................................................................. 46
Capítulo 6 Distribución de los campos eléctricos .......................................... 47
6.1 Introducción ................................................................................................................ 47
6.2 Introducción al campo eléctrico ................................................................................. 47
6.2.1 Ley de Gauss ............................................................................................................................... 47 6.2.2 Ley de Faraday ............................................................................................................................ 48
6.3 Estudio del campo eléctrico con ANSYS ................................................................... 48
6.3.1 Pasos seguidos ............................................................................................................................ 49 6.3.2 Rigidez dieléctrica del aire .......................................................................................................... 53
6.3.2.1 Esquinas rectas .................................................................................................................... 53 6.3.2.2 Esquinas redondeadas ......................................................................................................... 53
6.3.3 Elección de la configuración ....................................................................................................... 54
6.4 Campo eléctrico en placas paralelas .......................................................................... 54
Capítulo 7 Sistema de alimentación ininterrumpida ..................................... 57
7.1 Introducción ................................................................................................................ 57
7.2 Tipos de SAI ................................................................................................................ 57
7.3 Detalles técnicos del SAI empleado ........................................................................... 58
Capítulo 8 Cableado ........................................................................................ 61
8.1 Introducción ................................................................................................................ 61
8.2 Distribución de la góndola .......................................................................................... 61
8.3 Cálculo de la curvatura .............................................................................................. 62
8.4 Cableado de conexión entre generador y transformador ........................................ 63
8.5 Cableado de conexión entre transformador y red ................................................... 65
8.6 Cableado de conexión en baja de tensión del transformador secundario .............. 66
Capítulo 9 Protecciones .................................................................................. 69
9.1 Introducción ................................................................................................................ 69
ÍNDICE
IV
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9.2 Protecciones del convertidor de potencia ................................................................. 69
9.3 Protecciones del transformador ................................................................................ 70
9.3.1 Protecciones propias del transformador ...................................................................................... 70 9.3.2 Protecciones eléctricas ................................................................................................................ 70
9.4 Protecciones del transformador principal ................................................................ 71
9.4.1 Protección diferencial .................................................................................................................. 71 9.4.2 Protección de sobreintensidad de fase (51) ................................................................................. 72 9.4.3 Protección de sobrecarga (49) ..................................................................................................... 72
9.5 Protecciones del transformador secundario ............................................................. 73
9.5.1 Protección diferencial .................................................................................................................. 73 9.5.2 Protección de sobreintensidad de fase (51) ................................................................................. 73
9.6 Protecciones del generador ........................................................................................ 74
9.6.1 Protecciones ante faltas entre fases ............................................................................................. 75 9.6.1.1 Protección diferencial (87G) ............................................................................................... 75 9.6.1.2 Protección de sobreintensidad (51) ...................................................................................... 75
9.6.2 Protecciones ante faltas a tierra ................................................................................................... 76 9.6.2.1 Protección a tierra en barras (64B) ...................................................................................... 76
9.6.3 Protecciones frente a sobrefuncionamientos ............................................................................... 78 9.6.3.1 Protección de sobrecarga (49) ............................................................................................. 78 9.6.3.2 Protección de sobretensión (59) .......................................................................................... 78
9.6.4 Protecciones frente a malfuncionamientos .................................................................................. 78
9.7 Relés de protección ..................................................................................................... 79
Capítulo 10 Transformadores de medida y de protección ............................... 81
10.1 Introducción ................................................................................................................ 81
10.2 Transformadores de tensión ...................................................................................... 81
10.3 Transformadores de intensidad ................................................................................ 82
Bibliografía 83
Parte II Estudio económico ........................................................................ 85
Capítulo 1 Presupuesto económico................................................................. 87
1.1 Precios unitarios ......................................................................................................... 87
1.2 Precios descompuestos ............................................................................................... 88
ÍNDICE
V
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.3 Presupuesto total ......................................................................................................... 90
Parte III Anejos ............................................................................................ 91
Capítulo 1 Catálogos ....................................................................................... 93
1.1 Convertidor de potencia ............................................................................................. 94
1.2 Transformador de potencia ........................................................................................ 96
1.2.1 Transformador principal ............................................................................................................. 96 1.2.2 Transformador secundario .......................................................................................................... 97
1.3 Celdas de protección ................................................................................................... 98
1.4 Pletinas ......................................................................................................................... 99
1.5 Sistema alimentación ininterrumpida (SAI) ........................................................... 100
1.6 Cableado .................................................................................................................... 103
1.6.1 Cableado de conexión entre generador y transformador ........................................................... 103 1.6.2 Cableado de conexión entre transformador y red ...................................................................... 105 1.6.3 Cableado de conexión en baja tensión del transformador secundario ....................................... 107
ÍNDICE DE FIGURAS
VI
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Índice de ilustraciones
Ilustración 1: Potencia eólica offshore instalada anual y acumulada [3] ............................. 4
Ilustración 2: Esquema unifilar conexión a red ................................................................... 8
Ilustración 3: Cuadrantes funcionamiento convertidor ........................................................ 9
Ilustración 4: Componentes del convertidor ...................................................................... 11
Ilustración 5: Esquema unifilar de conexión del convertidor ............................................ 19
Ilustración 6: Conexiones externas convertidor ................................................................. 20
Ilustración 7: Esquema de refrigeración del convertidor [4] ............................................. 24
Ilustración 8: Rango de operación del convertidor [4] ...................................................... 27
Ilustración 9: Curva potencia reactiva [4] .......................................................................... 28
Ilustración 10: Transformador secundario en BT .............................................................. 30
Ilustración 11: Transformador secundario en MT ............................................................. 30
Ilustración 12: Único transformador con dos devanados de BT ........................................ 31
Ilustración 13: Esquema del transformador ....................................................................... 34
Ilustración 14: Esquema celda de línea .............................................................................. 40
Ilustración 15: Esquema celda de protección ..................................................................... 41
Ilustración 16: Esquema celda compacta ........................................................................... 41
Ilustración 17: Esquema dimensiones celda compacta ...................................................... 43
Ilustración 18: Configuración inicial mallada.................................................................... 49
Ilustración 19: Campo eléctrico configuración inicial ....................................................... 50
Ilustración 20: Campo eléctrico configuración inicial zoom ............................................. 50
Ilustración 21: Configuración extremos redondeados ....................................................... 51
Ilustración 22: Campo eléctrico extremos redondeados .................................................... 52
Ilustración 23: Campo eléctrico extremos redondeados .................................................... 52
ÍNDICE DE FIGURAS
VII
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INGENIERO INDUSTRIAL
Ilustración 24: Campo eléctrico extremos rectos a 15mm de separación .......................... 53
Ilustración 25: Campo eléctrico extremos redondeados a 12 mm de separación .............. 54
Ilustración 26: Conexión SAI en caliente .......................................................................... 59
Ilustración 27: Distribución de la góndola ......................................................................... 62
Ilustración 28: Protección diferencial [11] ........................................................................ 71
Ilustración 29: Curva característica protección diferencial [11] ........................................ 71
Ilustración 30: Protección de sobreintensidad [11] ............................................................ 72
Ilustración 31: Protección de sobrecarga [11] ................................................................... 73
Ilustración 32: Unifilar protecciones generador [11] ......................................................... 74
Ilustración 33: Esquema protección diferencial [11] ......................................................... 75
Ilustración 34: Protección de sobreintensidad [11] ............................................................ 76
Ilustración 35: Protección a tierra en barras [11] ............................................................... 77
ÍNDICE DE TABLAS
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Índice de tablas
Tabla 1: Características convertidor ABB ACS800-87LC ............................................... 17
Tabla 2: Salidas I/O convertidor ........................................................................................ 21
Tabla 3: Temperatura del fluido refrigerante ..................................................................... 25
Tabla 4: Transformador ABB Resibloc 6MVA ................................................................. 36
Tabla 5: Transformador ABB EcoDry Basic 250 kVA ..................................................... 37
Tabla 6: Características celda compacta ............................................................................ 42
Tabla 7: Características función de línea ........................................................................... 42
Tabla 8: Características función de protección .................................................................. 43
Tabla 9: Dimensiones celda compacta ............................................................................... 44
Tabla 10: Características del SAI ...................................................................................... 60
Tabla 11: Características del cableado entre generador y transformador .......................... 63
Tabla 12: Características cableado media tensión ............................................................. 65
Tabla 13: Características cableado transformador secundario ........................................... 67
Tabla 14: Precios unitarios................................................................................................. 87
Tabla 15: Precios descompuestos ...................................................................................... 89
Tabla 16: Presupuesto total ................................................................................................ 90
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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL
Parte I MEMORIA
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Introducción y motivación del proyecto.
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Capítulo 1 INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN DEL
PROYECTO.
1.1 INTRODUCCIÓN
En el mundo actual se consumen grandes cantidades de energía y esta energía es en
muchos casos no renovable, lo cual tiene un gran impacto medio ambiental. Aquí surge la
necesidad de implantar nuevos modelos de energías renovables que nos permitan obtener
los niveles de energía necesarios. La energía solar, eólica o geotérmica son algunos de
estos ejemplos.
La energía eólica resulta la mejor alternativa al ser la energía renovable más madura y
desarrollada. Genera electricidad a través de la fuerza del viento que es una fuente de
energía limpia e inagotable, que reduce la emisión de gases de efecto invernadero y
preserva el medioambiente.
Desde principios del siglo XX, produce energía a través de los aerogeneradores. La
energía eólica mueve una hélice y, mediante un sistema mecánico, hace girar el rotor de
un generador que produce energía eléctrica.
Los aerogeneradores suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos
con el fin de lograr un mejor aprovechamiento de la energía, lo que reduce su impacto
ambiental. Las máquinas tienen una vida útil de veinte años aproximadamente.
La necesidad de grandes superficies para el desarrollo de proyectos de gran envergadura,
ha propiciado el desarrollo de sistemas eólicos ubicados en mar, es decir, sistemas eólicos
offshore. Esto también nos proporcionará otras ventajas. Por un lado, al aumentar la
distancia a la costa tendremos unas mayores velocidades de viento y por otro lado, se
producirá una turbulencia menor, obteniendo entonces una mayor efectividad. En este
Introducción y motivación del proyecto.
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proyecto se van a diseñar los circuitos de potencia de una turbina eólica marina de última
generación.
La energía generada a partir de los aerogeneradores se puede ver limitada por las
condiciones de viento o por las características técnicas de nuestro aerogenerador. Con el
paso de los años, la mejora de la técnica ha permitido la reducción de estas limitaciones
de la capacidad de generación, produciendo un mejor aprovechamiento de los vientos de
mayor intensidad. Por todo esto, la energía eólica, y en especial la offshore, tienen unos
índices de crecimiento que mejoran cada año, como se puede observar en la Ilustración 1.
Se trata de una fuente de energía prometedora.
Ilustración 1: Potencia eólica offshore instalada anual y acumulada [3]
La energía eólica produce energía eléctrica. Esto se consigue mediante la conversión de la
energía cinética que contiene el viento a energía rotacional al mover las palas del
aerogenerador que después es transformada en energía eléctrica.
Introducción y motivación del proyecto.
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INGENIERO INDUSTRIAL
El proyecto se centra en el transporte y acondicionamiento de la energía del
generador a la red. Puesto que la tensión generada tiene un valor variable y por tanto
la frecuencia varía también, esto nos obligara a incluir diferentes equipos como por
ejemplo convertidores y transformadores de potencia que nos ayuden a transportar
esta energía.
Antiguamente, en lugar de utilizar un generador síncrono unido con el uso de un
convertidor para controlar la variabilidad, se empleaban generadores asíncronos con
los que se podía controlar la frecuencia, permitiendo el transporte de la energía a red.
Los costes de montaje e instalación de un aerogenerador marino son superiores
respecto a los terrestres sin embargo, al ser la capacidad de generación mayor en los
aerogeneradores offshore debido a mayores velocidades de viento al aumentar la
distancia a la costa, se justifica la mayor inversión económica necesaria.
1.2 MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS
La finalidad de este proyecto es diseñar el sistema eléctrico de un aerogenerador offshore
ya que representa gran parte de la generación energética mundial y representa el futuro de
la energía eólica. El objetivo que se persigue con este proyecto es conocer el esquema
eléctrico de un aerogenerador.
A lo largo del proyecto se estudiarán los circuitos del aerogenerador incluyéndose el
análisis de convertidores, transformadores de potencia, celdas y protecciones entre otros.
Estos equipos nos permitirán el transporte y acondicionamiento de la energía del
generador a la red.
Se evaluarán las distintas alternativas de diseño para obtener la que mejor se adapte a
nuestro caso. Se deberá analizar qué equipo representa la mejor alternativa para los
convertidores y el transformador de potencia del aerogenerador offshore. Además se
evaluarán las diferentes funciones de protección que utilizaremos para detectar posibles
defectos, malfuncionamientos o sobrefuncionamientos en el sistema.
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Convertidor de potencia
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Capítulo 2 CONVERTIDOR DE POTENCIA
El aerogenerador para el que está diseñado el circuito de potencia cuenta con un
generador síncrono de imanes permanentes. Se trata de un generador de 690V, 5MW sin
excitación.
En este diseño la turbina y el generador se encuentran unidos mecánicamente sin la
presencia de una multiplicadora. Esto implica una reducción de pérdidas además de
eliminación de posibles fallos asociados a este elemento.
2.1 CONDICIONES DEL CONVERTIDOR
El uso de un generador de estas características implica una tensión y una frecuencia
variable según las condiciones de viento. Además, al tratarse de un generador de imanes
permanentes, no hay posibilidad de controlar la excitación.
Las magnitudes de tensión y frecuencia obtenidas van a ser dependientes del punto de
funcionamiento. Con esta variabilidad, no se puede conectar el generador directamente a
la red ya que requiere unos valores de tensión y frecuencia estables. Se necesita, por
tanto, un convertidor de potencia que nos regule esta tensión y frecuencia permitiendo la
conexión del generador a la red.
Además de resolver los inconvenientes relacionados con la variabilidad de tensión y
frecuencia, el convertidor aportará otra serie de ventajas que serán analizadas en este
capítulo.
2.2 INTRODUCCIÓN AL CONVERTIDOR
Hoy en día, el generador de imanes permanentes junto con un convertidor full-power es el
conjunto más utilizado en la industria de turbinas eólicas. Esto se debe principalmente a
Convertidor de potencia
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un mantenimiento menor requerido, una mayor eficiencia a velocidades bajas y un mejor
comportamiento ante faltas.
Los Full-Power converters, que permiten conectar generadores de imanes permanentes
con red, están compuestos de un convertidor de red, un convertidor de generador y un bus
de continua que conecta ambos.
El convertidor de potencia permite desacoplar completamente el generador de la red de
forma que el generador podrá operar en todo su rango de velocidades a la vez que se
podrán obtener unos valores de tensión y frecuencia adecuados para la transmisión de
potencia a la red eléctrica.
Ilustración 2: Esquema unifilar conexión a red
Como se indica en la Ilustración 2, el convertidor de potencia estará situado entre el
generador y el transformador de potencia que conecta con la red y deberá estar diseñado
para soportar una potencia por lo menos igual que la capacidad de generación del
aerogenerador.
Si se consideran condiciones normales, el flujo de potencia circulará del generador a la
red. El punto de conexión entre el generador y el convertidor actúa como un rectificador,
convirtiendo la tensión alterna trifásica a continua. De la misma forma, el punto de
conexión del convertidor con el transformador de potencia actuaría como un inversor,
transformando de nuevo la tensión de continua a alterna trifásica. Esta conversión permite
Convertidor de potencia
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mantener condiciones de tensión y frecuencia completamente diferentes y aisladas a
ambos lados del equipo, es decir, entre el generador y la red.
2.3 CUADRANTES DEL CONVERTIDOR
El concepto de cuadrantes de funcionamiento de un convertidor hace referencia a la
capacidad del mismo para ceder y absorber energía.
Se trata de un aspecto muy importante, ya que aunque nuestro generador realiza una
transformación de energía mecánica en eléctrica, cediendo energía al convertidor, es
posible que durante otras maniobras se comporte como un motor. Es necesario por tanto,
que el convertidor sea bidireccional, transformando energía desde y hacia la red.
Se distinguen los cuatro cuadrantes de funcionamiento mostrados en la Ilustración 3.
Ilustración 3: Cuadrantes funcionamiento convertidor
Por definición, la potencia activa tendrá un valor positivo cuando son consumidas por el
usuario, es decir, cuando el convertidor funciona como un receptor y valor negativo
cuando son suministradas por el usuario, es decir, cuando el equipo funciona como
Convertidor de potencia
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generador. En el diagrama se considera por tanto potencia activa positiva cuando ésta es
suministrada a la red en los cuadrantes Q1 y Q4.
Por otro lado la potencia reactiva tendrá el mismo signo que la potencia activa cuando la
corriente esté retrasada con respecto a la tensión y signo contrario cuando la corriente esté
adelantada con respecto a la tensión. La potencia reactiva es positiva si se está inyectando
a la red. Esto se consigue en los cuadrantes Q1 y Q2.
2.3.1 FUNCIONAMIENTO EN CADA CUADRANTE
En el primer cuadrante Q1, ambas potencias son positivas. Se está generando potencia y
la máquina actúa mecánicamente como un freno, frenando las aspas del aerogenerador
evitando que se embale.
Del mismo modo en el cuadrante Q4, la potencia activa es positiva mientras que la
reactiva es negativa. Al generar potencia activa, la máquina mecánicamente actuará
también como un freno.
Por otro lado, en el segundo cuadrante Q2, la potencia activa es negativa mientras que la
reactiva es positiva. En este caso, el flujo de potencia circula en la dirección opuesta a
como lo hace en condiciones normales, desde el generador a red. Este cuadrante muestra
otra ventaja asociada al uso del convertidor de cuatro cuadrantes, donde la máquina
mecánicamente actúa como motor. Este funcionamiento se manifiesta a la hora de llevar a
cabo trabajos tanto de mantenimiento como de reparación del aerogenerador, permitiendo
una rotación del eje para colocar las palas en una posición favorable o necesaria para
desempeñar los trabajos requeridos.
Por último, en el cuadrante Q3 ambas potencias son negativas. Se absorbe potencia activa
y negativa y la máquina actuará mecánicamente como un motor.
Convertidor de potencia
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2.4 COMPONENTES DEL CONVERTIDOR
El convertidor está compuesto por diferentes elementos que se han nombrado en puntos
anteriores:
· Convertidor del lado del generador
· Bus de continua
· Convertidor del lado de la red · Filtro de línea pasivo
· Chopper de frenado
Ilustración 4: Componentes del convertidor
Convertidor de potencia
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2.4.1 CONVERTIDOR DEL LADO DEL GENERADOR
El convertidor del lado del generador (INU) hace posible el control del par y la velocidad
de giro del generador. Este control se basa en el control directo del par (DTC). Para llevar
a cabo este control, se miden dos corrientes de línea y la tensión de continua del bus de
continua.
El convertidor permite la rotación del eje para labores de mantenimiento o reparación. En
este caso el flujo de potencia circularía en sentido contrario a como lo hace normalmente,
de generador a red.
2.4.2 BUS DE CONTINUA
A continuación se encuentra el bus de continua que es una parte determinante del
convertidor ya que el tramo de continua permite desacoplar las dos partes que conecta, el
convertidor del lado del generador y el convertidor del lado de la red. El control de estos
convertidores se hace por tanto independiente. Además, la conversión a continua evita
que se transfieran posibles armónicos a la red y minimiza las variaciones de tensión. Para
el convertidor elegido, la distorsión de armónicos total tiene un valor del 2%
aproximadamente.
Por defecto, la tensión de trabajo del bus de continua es el valor de pico de la tensión de
línea sin embargo, puede ser también ajustada a otra tensión superior siempre que esta sea
inferior al máximo permitido.
𝑈 = 1.1 ∗ √2 ∗ 𝑈 í = 1.1 ∗ √2 ∗ 690𝑉 = 1073.39𝑉
Convertidor de potencia
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2.4.3 CONVERTIDOR DEL LADO DE LA RED
A partir de la corriente continua del bus de continua, el convertidor del lado de la red
(ISU) va a generar una corriente trifásica que se transmitirá hacia la red eléctrica.
Al igual que el convertidor del lado del generador, el control de este convertidor también
está basado en el método de control directo del par (DTC). Se miden dos corrientes de
fase y la tensión de continua del circuito. La tercera corriente de fase se mide también
para la protección frente a faltas a tierra. Otra de las funciones de este convertidor es el
control de la potencia reactiva cedida a la red. En función de la demanda de la red, se
podrá generar potencia reactiva.
La tensión en el convertidor del lado de la red será tal que se mantenga la tensión en el
bus de línea al valor de pico de la tensión de línea.
𝑈 = √2 ∗ 𝑈 í = √2 ∗ 690𝑉 = 975.807𝑉
2.4.4 FILTRO DE LÍNEA
El filtro de línea pasivo, como se puede ver en la Ilustración 4, se encuentra entre el
convertidor del lado de la red y la red eléctrica. Su función es eliminar los posibles
armónicos que se hayan podido formar en el inversor además de reducir la distorsión.
2.4.5 CHOPPER DE FRENADO
Se incluye en el diseño del convertidor un chopper de frenado de continua. El chopper de
frenado nos permitirá limitar la tensión del bus de continua al dirigir la energía de frenado
hacia una resistencia.
Los choppers de frenado se activan automáticamente cuando la tensión del bus de
continua supera un nivel determinado según la tensión nominal del inversor, es decir,
cuando hay una sobretensión en el bus de continua. En este momento, el chopper de
frenado, que es un conmutador eléctrico, conecta la tensión del bus de continua a unas
Convertidor de potencia
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resistencias en paralelo en las que el exceso de energía se disipa, evitando así fallos en el
convertidor. Cuando la tensión vuelve a valores adecuados, las resistencias del chopper de
frenado se desconectan automáticamente.
El chopper de frenado actuará en un margen de tensiones de 1108V a 1127V.
2.5 ANÁLISIS DE LOS CONVERTIDORES DEL MERCADO
En este proyecto, los bobinados del generador han sido diseñados para operar con un
factor de potencia de cos ϕ = 0,9 en condiciones de generación de potencia nominales. La
potencia aparente máxima generada será:
𝑆 =𝑃
cos𝜑=
5𝑀𝑊0,9
= 5,6 𝑀𝑉𝐴
Se han analizado dos convertidores, el ACS800-87LC de ABB o el FPC600 de
TheSwitch. Para convertidores con potencias tan elevadas no es suficiente una
refrigeración con aire sino que también se requiere de una unidad de refrigeración líquida
para disipar las pérdidas que se producen en el convertidor.
En primer lugar, con el convertidor de ABB, para niveles de potencia tan elevados es
necesario conectar dos módulos internos en paralelo. Una alternativa para el convertidor
de ABB sería acoplar dos subconvertidores de 2,4 y 2,8MW en paralelo mediante WTA-
Board (Wind Turbine Application). De esta forma llegaríamos a los 5MW que se
requieren. El convertidor FPC6000 de The Switch aguanta por sí sólo una potencia de
6MW.
Convertidor de potencia
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2.5.1 ACOPLAMIENTO DE SUBCONVERTIDORES
Debido a que la potencia del aerogenerador varía con la velocidad del viento, el
acoplamiento de dos subconvertidores en paralelo puede parecer un inconveniente sin
embargo, tiene muchas ventajas.
A velocidades bajas de viento se podría desconectar uno de los subconvertidores. Esto
reducirá las pérdidas al estar utilizando sólo uno de los convertidores que tiene menos
pérdidas que el equipo completo de TheSwitch. Además se reduce la posible distorsión
producida en la red y aumenta la vida útil de los convertidores al no estar utilizando
ambos en todo momento.
Los subconvertidores están acoplados mediante WTA. La función principal del WTA es
controlar el balance de la potencia activa y reactiva entre los subconvertidores paralelos.
Este programa de control opera independientemente y no necesita ni ajuste ni
monitorización por parte del PLC. El balance de potencia activa y reactiva y el control
interno del convertidor se realiza de forma automática por el WTA.
Los controles de los subconvertidores que se realicen desde el PLC se verán desde el
punto de vista del PLC como si fuera un sólo convertidor.
En caso de un malfuncionamiento no reseteable en un subconvertidor, el subconvertidor
que falla puede ser desconectado hasta que sea posible el arreglo. El sistema seguiría
funcionando perfectamente a una capacidad menor. Esta desconexión debe hacerse por el
personal de mantenimiento, no es posible realizarlo a través del fielbus a no ser que el
convertidor esté configurado con la opción de reconfiguración off-line. En este caso, se
podrá utilizar cualquier combinación de los subconvertidores sin necesidad de la
presencia del personal de mantenimiento, a través del Fielbus.
Convertidor de potencia
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2.5.2 ELECCIÓN DEL CONVERTIDOR
Con ambos equipos teniendo costes similares, debido a sus menores pérdidas, el
convertidor elegido ha sido el del fabricante ABB.
Este convertidor tiene una línea de inversores robustos que asegura alta calidad de la
electricidad a la vez que cumple con los estrictos requisitos de la red en cuanto a
armónicos y al ride-through frente a averías. El ride-through frente a averías se ha ido
desarrollando como resultado al gran incremento que ha tenido la capacidad energía
eólica que puede ser ahora transmitida a la red ya que permite que el aerogenerador pueda
mantenerse operativo ante un fallo en la red. Los requerimientos que exige el FRT (fault
ride-through o ride-through frente a averías) incluyen una restauración rápida de potencia
activa y reactiva a los valores previos a la falta cuando la potencia del sistema recupera
sus valores normales de funcionamiento.
Otra ventaja de este convertidor es que se trata de un full-power converter. Este tipo de
convertidores no son tan sensibles a cambios en la red como otros convertidores. Ofrece
una alta flexibilidad para adaptarse a condiciones de trabajo variables.
El diseño modular de este convertidor, permite la rápida adaptación a cualquier condición
de viento desconectando un subconvertidor si este no resulta necesario. Como se ha
comentado anteriormente ante un fallo de uno de los convertidores, la turbina no dejaría
de funcionar, sino que seguiría trabajando con una potencia menor hasta que la falta se
corrija.
En definitiva, el convertidor empleado tiene las características mostradas en la Tabla 1.
Convertidor de potencia
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ACS800-87LC
Potencia [MW] 2,4 + 2,8
Corriente de línea [A] 2736 + 2736
Corriente del generador [A] 2230 + 2785
Peso [kg] 3650 + 3800
Dimensiones cabina [mm] W 2000 H 2000 D 1300
Tensión nominal 690 V
Tensión del generador 0 a 750V
Tensión de red 525 a 690 V
Frecuencia de la red 50/60 Hz +/- 3 Hz
Frecuencia del generador 8 a 200 Hz
Factor de potencia 0.82 ... 0.88
Eficiencia 97%
Temperatura de refrigeración Max. 45ºC
Clase de protección IP54
Flujo de refrigerante 455 l/min
Tabla 1: Características convertidor ABB ACS800-87LC
2.5.3 CARGAS AERODINÁMICAS
Para estudiar posteriormente las cargas aerodinámicas que impactan sobre las turbinas
eólicas en el mar será necesario conocer el margen de frecuencias y tensiones a las que
puede trabajar el convertidor en el lado del generador.
· La tensión podrá variar desde 0 a 110%U1 siendo su valor máximo 750V.
· La frecuencia podrá tomar valores desde 8 a 200 Hz.
Convertidor de potencia
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Sabiendo que la velocidad de las palas puede variar desde 6 rpm para velocidades del
viento de 3 m/s hasta alrededor de 12 rpm para 25 m/s de velocidad del viento,
comprobamos que el convertidor admite este margen de velocidades.
A la velocidad de 6 rpm, tendremos una frecuencia de 18 Hz y una tensión de 345V. Por
otro lado a 12 rpm, tendremos una frecuencia de 51 Hz y una tensión de 690V. El
convertidor por tanto, podrá trabajar para el margen de velocidades que se van a dar.
2.6 CONEXIÓN DEL CONVERTIDOR
En este punto, se va a estudiar cómo se conectará el convertidor a los diferentes equipos.
El convertidor se encuentra situado en cabinas en la góndola del aerogenerador. Por esta
razón, debemos controlar el tamaño del convertidor empleado para asegurar que se pueda
colocar en la góndola.
Las cabinas deberán tener una entrada y salida del refrigerante que en el caso del
convertidor elegido, debido a su tamaño, será un refrigerante líquido puesto que la
refrigeración por aire no resulta suficiente.
Además habrá una entrada para los cables provenientes del generador y una salida hacia
el transformador. Estos cables vienen por defecto conectados por la parte inferior de la
cabina, sin embargo, también se puede dar una conexión por el techo o por el costado de
la cabina. El convertidor podrá contar también con una entrada de Ethernet para una
monitorización remota.
Convertidor de potencia
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2.6.1 CONEXIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA
El esquema unifilar de conexión del convertidor es el siguiente:
Ilustración 5: Esquema unifilar de conexión del convertidor
Como se muestra en la Ilustración 5, el convertidor cuenta con las siguientes entradas y
salidas:
· Ethernet
· UPS (400V)
· I/O al PLC
· Fieldbus
· Ventilación
Convertidor de potencia
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Ilustración 6: Conexiones externas convertidor
2.6.1.1 Ethernet
La conexión Ethernet del convertidor permitirá una monitorización remota del equipo.
Debido a la localización del parque eólico, el transporte hacia el aerogenerador puede
resultar muy costoso y poco aconsejable si los fallos ocurridos son de poca gravedad. Por
ello, que el convertidor cuente con Ethernet ofrece numerosas ventajas debido a que se
podrá cambiar cualquier configuración necesaria desde un ordenador sin necesidad de
transportarse hasta el parque eólico.
2.6.1.2 UPS
El convertidor cuenta con una salida X2 que le conecta con el UPS o SAI (Sistema de
Alimentación Ininterrumpida). Este equipo alimentará al convertidor ante un fallo de
alimentación de la red. Se optará por un SAI online o de doble conversión dónde la
tensión de salida no depende de la tensión y frecuencia de la red. El equipo SAI empleado
además de otra información sobre el sistema de alimentación ininterrumpida se puede ver
en el Capítulo 7.
Convertidor de potencia
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2.6.1.3 Conexión I/O
El convertidor contará con salidas Input/Output que se conectarán con el PLC. Estas
salidas se muestran en la Tabla 2.
Conexión X5: I/O
Pin Descripción
1-2 Emergency stop reset
3-4 Emergency stop
5-6 Run enable
7 Common
8 Heating request
9 Temp OK
10 MCB not tripped
11 MCB tripped
12 MCB closed
13 MCB not closed
14 No fault
15 Fault
Tabla 2: Salidas I/O convertidor
En primer lugar el convertidor cuenta con los pines 1-2 y 3-4 correspondientes a la parada
de emergencia y al reseteado de la parada de emergencia correspondientemente. En el
caso de que se pulse el botón de parada de emergencia estando el convertidor
funcionando, los interruptores del circuito principal se abrirían y el generador pararía.
Esta actuación sólo se hace en caso extremo ya que se causa un gran estrés en la turbina
pudiendo incluso dañarla.
Convertidor de potencia
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Siempre que sea posible, se realizará una parada rápida en lugar de una de emegencia. La
parada rápida es una forma fluida de parar el convertidor rápidamente. La ventaja de
utilizar este tipo de parada es que el generador se desacelera de una forma controlada y
por tanto, no causará tal estrés como la parada de emergencia.
Por otro lado, en los pines 5-6 el convertidor contará con una señal run enable. Esta señal
será una entrada desde el PLC que permitirá la puesta en marcha del convertidor.
El Pin 8 corresponde a Heating request. Las temperaturas en los subconvertidores son
monitorizadas utilizando termostatos. Puesto que el convertidor no tiene un sistema de
calentamiento propio, será calentado utilizando el circuito refrigerante. Cuando la
temperatura del convertidor es inferior a 10ºC, se activará la señal del pin 8 y el líquido
refrigerante externo será capaz de calentar el convertidor hasta que la temperatura supere
los 10ºC.
El pin 9 es una señal de temperatura OK. Esta salida informará al PLC acerca de la
temperatura del convertidor asegurándonos de que no se está dando un
sobrecalentamiento en el equipo.
Los pines 10-13 indican el estado de los interruptores diferenciales del convertidor, si
estos están abiertos, cerrados, han disparado o no. El convertidor está equipado con
interruptores magnetotérmicos. Este interruptor es capaz de establecer e interrumpir las
intensidades e corriente de servicio, o de establecer e interrumpir automáticamente
intensidades de corriente anormalmente elevadas, tales como las corrientes de
cortocircuito. Estos equipos limitan los daños ocasionados en el convertidor protegiendo
además de esta forma a equipos colindantes.
Por último los pines 14 y 15 son señales que le indican al PLC si ha ocurrido alguna falta
en el convertidor.
Convertidor de potencia
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2.6.1.4 Conexión Fieldbus
A la hora de transmitir información y datos entre el convertidor y el PLC emplearemos la
conexión Fieldbus o bus de campo. Para nuestro diseño utilizaremos como bus de campo
el Modbus ya que resulta adecuado tanto para el PLC del diseño como para el
convertidor.
Cabe destacar de nuevo las dos zonas del convertidor. Por un lado tenemos el INU o
convertidor del lado del generador y por otro el ISU o convertidor del lado de la red.
Distinguimos entre señales que le manda el PLC al convertidor y viceversa.
2.6.1.4.1 Señales del PLC al convertidor
El PLC le proporciona una serie de señales al convertidor para controlar su
funcionamiento.
En primer lugar el convertidor recibirá un control que le permitirá empezar si está todo en
orden o parar el sistema. Por otro lado recibe una señal que especifica si el convertidor
actúa con control de par o de velocidad. El control de velocidad sólo se utiliza durante
mantenimiento o reparación. Tras especificar lo anterior el convertidor recibirá una
referencia de velocidad o de par para el convertidor del lado del generador o INU. Por
último recibe una referencia de potencia reactiva para el convertidor del lado de la red o
ISU.
2.6.1.4.2 Señales del convertidor al PLC
El Modbus del convertidor informará al PLC sobre aquellas señales que no hayan sido
consideradas en las salidas I/O como por ejemplo el estado del ISU e INU y la velocidad
y el par del generador.
El convertidor informará al PLC acerca de la potencia activa y reactiva suministrada a la
red, la tensión fase-fase y la corriente de línea. Además, el convertidor cuenta con una
salida de alarma tanto en INU como en ISU que actuarán si ocurre algún fallo.
La salida CTRL RMIO board estará conectado a un LED que será rojo si el convertidor
está en estado de falta o verde si está en orden.
Convertidor de potencia
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2.6.1.5 Refrigeración
Como se ha comentado anteriormente, los convertidores de grandes dimensiones
utilizarán refrigeración líquida como método de refrigeración. Para el convertidor
empleado, la refrigeración interna utilizada es la mostrada en la Ilustración 7.
Ilustración 7: Esquema de refrigeración del convertidor [4]
La refrigeración circula refrigerando todos los equipos eléctricos que produzcan calor y
transferirá el calor hacia un circuito de refrigeración externo. Estos equipos eléctricos
incluyen el inversor y rectificador, ventiladores entre otros.
La temperatura del fluido refrigerante depende de la temperatura ambiente y de la
humedad relativa. Esto se puede ver en la Tabla 3.
Convertidor de potencia
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Tabla 3: Temperatura del fluido refrigerante
En el caso de una temperatura ambiente de 35ºC y un 65% de humedad relativa, la
temperatura del líquido refrigerante no podrá ser inferior a 27.4ºC. La humedad relativa
máxima permitida por el equipo es del 95%.
Llama la atención que la temperatura del líquido refrigerante sea similar a la del aire para
un 95% de humedad relativa donde por ejemplo para una temperatura del aire de 55ºC, la
temperatura refrigerante no puede ser inferior a 53.9ºC. Esto se debe a que la
condensación no está permitida en el equipo por tanto se elige la temperatura del líquido
refrigerante de forma que se evite la condensación.
2.7 CONTROL DEL CONVERTIDOR
Como se ha comentado en el apartado 2.6.1.4, potencia del generador puede ser
controlada por el convertidor mediante el control del par o de la velocidad. El control por
velocidad sólo se utiliza durante mantenimiento al no ser adecuado para la generación
continua de potencia.
El método de control del convertidor se basa en el control directo del par (DTC). Se trata
de una forma de regular un motor de alterna alimentado por un inversor al activar y
Convertidor de potencia
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desactivar los conmutadores IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) a partir de la
diferencia entre el par actual del motor de alterna y el par de referencia del usuario. Este
método supone un incremento significativo en la velocidad de respuesta del sistema de
control ante cambios que se produzca en el par. Controlar el par significa controlar el
flujo de potencia.
2.7.1 CONTROL DE LA POTENCIA DEL GENERADOR
La potencia del generador puede ser controlada mediante el ajuste de la velocidad de
rotación del generador o el par.
𝑃 = 𝑀 ∗ 𝜔 = 𝑀 ∗2𝜋 ∗ 𝑛60
Siendo,
P ≡ Potencia del generador (W)
M ≡ Par del generador
𝜔 ≡ Velocidad angular del generador
n ≡ Velocidad del generador (rpm)
En condiciones normales de funcionamiento el convertidor controla el par del generador.
La referencia de par que el PLC le proporciona al convertidor generará un par específico
en el eje del generador. Por otro lado, el viento hace rotar la turbina lo que produce un par
en el eje del generador de sentido contrario.
La Ilustración 8 muestra un ejemplo de la curva potencia-velocidad. Cut-in speed es la
velocidad mínima del viento para la que la es razonable la generación de potencia activa.
En nuestro caso, tiene un valor de 3m/s lo que equivale a una velocidad de las palas de la
turbina de 6rpm. Por otro lado, cut-out speed es la velocidad máxima de operación que
tiene un valor aproximado de 25m/s o 12rpm de las palas.
Convertidor de potencia
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Para nuestro convertidor elegido, la potencia generada por la turbina a cada velocidad
será mayor como hemos visto en la Tabla 1. El gráfico corresponde a uno de los
subconvertidores actuando individualmente.
Ilustración 8: Rango de operación del convertidor [4]
Convertidor de potencia
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2.7.2 CONTROL DE LA POTENCIA REACTIVA
El convertidor del lado de la red puede controlar la potencia reactiva desde el convertidor
hacia la red eléctrica. La potencia reactiva máxima es de aproximadamente un 80% la
potencia activa. La Ilustración 9 muestra un ejemplo la curva de la potencia reactiva en
función de la potencia activa que se esté generando. De la misma forma que para la
Ilustración 8, este gráfico sería para un solo subconvertidor actuando sólo.
Ilustración 9: Curva potencia reactiva [4]
Transformadores de potencia
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Capítulo 3 TRANSFORMADORES DE POTENCIA
3.1 INTRODUCCIÓN
Como se ha comentado en el capítulo anterior, necesitaremos transformadores que nos
ayuden a alimentar las diferentes zonas de la línea, 690V del generador, 20kV de la red
eléctrica y 400V que requerirá el sistema de control de la turbina.
Para poder cubrir los diferentes niveles de tensión requeridos en la instalación tendremos
distintos diseños por los que podemos optar. Los diferentes diseños supondrían el uso de
un solo transformador con dos devanados o dos transformadores de potencia
independiente.
3.2 ESQUEMAS DE CONFIGURACIÓN
En este apartado se van a evaluar las diferentes alternativas para la conexión del
transformador. Las configuraciones a evaluar serán: un diseño con un único
transformador y dos diseños basados en dos transformadores independientes, con uno de
los transformadores ubicado en baja o en media tensión.
3.2.1 TRANSFORMADOR SECUNDARIO EN BAJA TENSIÓN
Esta configuración implica el uso de dos transformadores. El transformador principal
elevará la tensión desde 690V de generación hasta los 20kV de la red. El secundario
alimentará a los motores de orientación del aerogenerador, que funcionan a 400V y por
tanto, tendrá una relación de transformación de 690V a 400V.
Transformadores de potencia
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Ilustración 10: Transformador secundario en BT
3.2.2 TRANSFORMADOR SECUNDARIO EN ALTA TENSIÓN
Como en el caso anterior, esta configuración también implica el uso de dos
transformadores. En este caso, el transformador secundario estaría conectado en el lado
de red de 20kV y por tanto, tendrá una relación de transformación de 20kV a 400V.
Ilustración 11: Transformador secundario en MT
3.2.3 ÚNICO TRANSFORMADOR CON DOS DEVANADOS DE BAJA TENSIÓN
Esta configuración resulta la más compacta desde el punto de vista de dimensiones pero
tendremos que estudiar si es la mejor alternativa.
Transformadores de potencia
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Ilustración 12: Único transformador con dos devanados de BT
3.3 ELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN DEL TRANSFORMADOR.
A pesar de contar también con un sistema de alimentación ininterrumpida que sería capaz
de cubrir estos consumos durante una franja de tiempo si hubiera un fallo en un
transformador, se intenta que esta alimentación sólo sea utilizada como último recurso.
Un único transformador con dos devanados de BT no resulta un diseño adecuado ya que a
pesar de ser la configuración más compacta, supondría que ante el fallo en el
transformador, no se podría alimentar el circuito que permite frenar el aerogenerador.
Este diseño, por tanto, no proporciona suficiente seguridad de cara al generador.
Por otro lado, el transformador secundario en baja tensión tampoco resulta adecuado para
nuestro aerogenerador ya que se podrían dar dos situaciones en las que no se podrían
alimentar los motores, una falta en el transformador principal y una falta que cortase el
suministro de energía eléctrica.
Tras analizar las configuraciones, se puede concluir que el diseño para el transformador
más adecuado será con el transformador secundario en media tensión ya que aunque
ningún sistema es perfecto, y este diseño también podría dar problemas, en esta
configuración los motores de control de paso estarían siempre alimentados desde la red.
Transformadores de potencia
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3.4 TIPO DE TRANSFORMADORES
A la hora de elegir el transformador, conviene diferenciar dos tipos, los transformadores
en baño de aceite y los transformadores secos.
Los transformadores en baño de aceite tienen algunas ventajas frente a los
transformadores secos como un menor coste unitario, menor nivel de ruido o una mayor
resistencia a las sobretensiones. Sin embargo, la principal desventaja es la baja
temperatura de inflamación del aceite y por tanto, el elevado riesgo de incendio. Además,
la gran obra civil necesaria para adecuar la planta para que sea resistente al fuego,
incrementa significativamente el coste. Todo esto obliga a una labor de mantenimiento
periódica del aceite.
Por ello, para diseñar nuestro aerogenerador utilizaremos transformadores secos. Las
principales ventajas que ofrece un transformador de este tipo son:
· Insensibles a la humedad.
· Menor coste de instalación.
· Menor riesgo de incendio. Arden con dificultad.
· Autoextinguibles.
· Bajo mantenimiento.
· Buena resistencia a los cortocircuitos.
Como se puede ver a partir de estas ventajas, la principal diferencia entre ambos
transformadores es el menor riesgo de incendio y el bajo nivel de mantenimiento. El
mantenimiento de este tipo de transformadores se reduce a una revisión anual.
Todo esto lo hace muy adecuado para su utilización en el diseño de un aerogenerador
offshore puesto que los costes para acceder al aerogenerador son muy elevados y se
pretende reducir el mantenimiento lo máximo posible para reducir costes. Se optará por
transformadores robustos y de bajo mantenimiento.
Transformadores de potencia
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3.5 POTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES
Conforme a lo analizado en el apartado 3.3, necesitaremos dos transformadores de
potencia en nuestro sistema. Uno conectará con la red eléctrica y el otro será el que
alimente el resto de los consumos de nuestro sistema.
El transformador principal eleva la tensión de generación de 690V a los 20kV de la red
eléctrica. Gracias al convertidor se podría ceder potencia reactiva además de activa a la
red por ello, sobrediseñaremos el transformador principal con una potencia máxima de
6MVA.
Por otro lado, el transformador secundario conectará la red eléctrica a 20kV con los
consumos a 400V. Estos consumos incluyen el control de parada, de alimentación y de
paso, el alumbrado, los ventiladores de refrigeración y demás servicios auxiliares. Este
transformador tendrá que soportar las siguientes potencias:
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑜𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 8 ∗ 5.5 = 44𝑘𝑊
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑠𝑜 = 3 ∗ 37 = 111𝑘𝑊
La potencia activa total necesaria será por tanto 155kW.
Considerando un factor de potencia de 0.9, obtenemos una potencia aparente de:
𝑆 =𝑃
cos𝜙=
155𝑘𝑊0.9
= 172.22𝑘𝑉𝐴
Sólo existen transformadores de 100kVA y 250kVA por lo que he elegido el
transformador del fabricante ABB con una potencia aparente de 250kVA.
Transformadores de potencia
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3.6 ELEMENTOS DE LOS TRANSFORMADORES
A continuación se describen los distintos elementos que configuran el transformador.
Ilustración 13: Esquema del transformador
3.6.1 NÚCLEO MAGNÉTICO
En primer lugar, simbolizado en la Ilustración 13 con el número 1 se encuentra el núcleo
magnético. Éste se realiza con capas escalonadas garantizando de esta forma un
rendimiento óptimo y unos niveles de ruido mínimos. Para garantizar la precisión
dimensional y un perfecto entrelazado de las láminas a lo largo de todo el
escalonamiento, el acero magnético se corta a lo largo, de forma secuencial y se escalona
automáticamente.
Transformadores de potencia
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3.6.2 DEVANADO DE ALTA TENSIÓN
Identificado con el número 2 en la Ilustración 13, el devanado de alta tensión consta de un
disco descendente continuo con conductor de cinta de aluminio o cobre y aislamiento de
doble capa. Los devanados se encuentran colados al vacío con resina epoxi. Este diseño
garantiza una alta resistencia frente a esfuerzos eléctricos permitiéndoles soportar
regímenes transitorios.
3.6.3 DEVANADO DE BAJA TENSIÓN
Realizados de banda de aluminio o cobre y de una banda aislante previamente
impregnada con resina. Tras el devanado, la bobina se endurece en un horno, obteniendo
un devanado extremadamente compacto, capaz de resistir los esfuerzos dinámicos que
produce un cortocircuito.
3.6.4 PROCESO DE ENCAPSULADO
Se trata de una operación de gran importancia ya que permite garantizar el nivel
aislamiento y las características mecánicas óptimas del transformador.
En primer lugar, se prepara la mezcla de resina epoxi. La resina se mezcla con los
devanados justo antes de realizar el encapsulado. De esta forma se consigue que la
viscosidad de la resina sea muy baja, de manera que cuando se vierta en los moldes se
reducen al máximo las descargas parciales gracias a que la resina ha cubierto todos los
huecos.
Tras el proceso de colado, las bobinas se sitúan en el horno de endurecimiento dónde la
resina se seca y se endurece obteniendo el transformador las propiedades previamente
mencionadas.
Transformadores de potencia
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3.7 DETALLES TÉCNICOS DE LOS TRANSFORMADORES
3.7.1 TRANSFORMADOR PRINCIPAL
El transformador principal empleado será del fabricante ABB. Este transformador eleva la
tensión de generación de 690V a los 20kV de la red eléctrica y tendrá una potencia de 6
MVA. Las características de este transformador se muestran en la Tabla 4.
Transformador ABB Resibloc 6MVA
Potencia 6 MVA
Nivel de aislamiento 24 kV
Tensión de baja 690 V
Tensión de alta 20 kV
Pérdidas en vacío [W] 11500 W (+15% Tol.)
Pérdidas en carga a 120ºC 37500 (+15% Tol.)
Tensión de cortocircuito 8 %
Potencia acústica 84 dB
Largo 2690 mm
Ancho 1500 mm
Alto 2850 mm
Peso 11420 kg
Material de AT Aluminio
Material de BT Aluminio
Tabla 4: Transformador ABB Resibloc 6MVA
Transformadores de potencia
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3.7.2 TRANSFORMADOR SECUNDARIO
Como se ha explicado en el apartado 3.5, sólo existen transformadores de 100kVA y
250kVA por lo que he elegido el transformador del fabricante ABB con una potencia
aparente de 250kVA. Las características de este transformador se muestran en la Tabla 5.
Transformador ABB EcoDry Basic
Potencia 250 kVA
Nivel de aislamiento 24 kV
Tensión de baja 400 V
Tensión de alta 20 kV
Pérdidas en vacío 320 W
Pérdidas en carga a 120ºC 3900 W
Tensión de cortocircuito 4%
Potencia acústica 83 dB
Largo 1350 mm
Ancho 800 mm
Alto 1300 mm
Peso 1860 kg
Material de AT Aluminio
Material de BT Aluminio
Tabla 5: Transformador ABB EcoDry Basic 250 kVA
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Celdas de protección
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Capítulo 4 CELDAS DE PROTECCIÓN
4.1 INTRODUCCIÓN
Para proteger al transformador, se incluyen celdas equipadas con interruptores
automáticos. Se trata de envolventes metálicas que contienen los elementos de maniobra
de los circuitos eléctricos.
Las celdas a incluir en nuestro diseño serán de envolvente metálico, que utilizan el
hexafluoruro de azufre como agente de corte. La conexión de las celdas se realiza
mediante un juego de barras aisladas al aire, de fácil acceso.
Los interruptores serán de tipo rotativo de tres posiciones: abierto, cerrado y puesta a
tierra. No permitirán la conexión de puesta a tierra sin haber abierto, previamente, el
interruptor correspondiente. Todos los mandos se presentarán en un mismo
compartimiento frontal. Además, las celdas dispondrán de las paredes laterales, frontal y
trasera fácilmente desmontables para tener un acceso cómodo.
El aerogenerador cuenta con dos transformadores, como se ha visto en el Capítulo 3. Por
ello, se van a necesitar dos celdas de protección del transformador que contarán con un
interruptor automático.
4.2 CELDAS NECESARIAS
En el diseño se deberán incluir celdas de línea y celdas de protección. No se incluirá en el
diseño una celda de medida ya que estamos realizando el diseño de un aerogenerador.
Esta celda se incluiría en el centro de transformación del parque eólico.
Celdas de protección
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4.2.1 CELDA DE LÍNEA
La celda de línea cuenta con un interruptor seccionador no automático en una atmósfera
de SF6. Este tipo de celda es capaz de abrir el circuito a carga nominal, realizando
siempre la maniobra en vacío o en carga. Se encargará de conectar los cables de
acometida con el embarrado general. Su esquema se muestra en la Ilustración 14.
Ilustración 14: Esquema celda de línea
4.2.2 CELDA DE PROTECCIÓN
Por otro lado la función de la celda de protección es proteger al transformador. Puede
estar equipada con un interruptor automático o fusibles y seccionador sin embargo, para
transformadores de potencia superior a 100 kVA, se utilizan celdas equipadas con
interruptor automático de gran poder de corte en atmósfera de SF6. El esquema de la
celda de protección puede verse en la Ilustración 15.
Celdas de protección
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Ilustración 15: Esquema celda de protección
4.2.3 CELDA COMPACTA
Se optará para el diseño de una celda compacta ya que ofrece reducidas dimensiones
haciéndola adecuada para la ubicación en la góndola.
Al tener nuestro diseño dos transformadores que deben ser protegidos, se requieren dos
celdas de protección de interruptor automático y dos celdas de línea. La celda compacta
estará por tanto formada por dos funciones de protección y dos funciones de línea. Su
esquema se puede ver en la Ilustración 16.
Ilustración 16: Esquema celda compacta
Celdas de protección
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4.3 DETALLES TÉCNICOS CELDA
A la hora de elegir la celda adecuada a nuestro diseño, se elegirá en función de la
intensidad asignada.
𝐼 =𝑆
√3 ∗ 𝑈𝑚𝑡=
6𝑀𝑉𝐴√3 ∗ 20𝑘𝑉
= 173𝐴
Si se eligiese una celda de 200A, el diseño sería adecuado. Sin embargo, los fabricantes
no ofrecen celdas con este valor de corriente, la intensidad mínima ofrecida es de 400A.
El fabricante elegido para el diseño ha sido TiPEM.
Las celdas elegidas tienen las características mostradas en las siguientes tablas.
Celda compacta TiPEM
Tensión nominal 24 kV
Nivel de Aislación a frecuencia industrial (50 Hz) 1 min 50 kV
Nivel de Aislación 1,2/50 ms 125 kV
Tabla 6: Características celda compacta
Función de línea
Corriente nominal 630 A Corriente de breve duración admisible 1
min 16 kA
Poder de cierre 40 kA
Tabla 7: Características función de línea
Celdas de protección
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Función de protección
Corriente nominal 630 A
Corriente de breve duración admisible 1 min 16 kA
Resistencia al arco interno 12,5 kA
Poder de cierre 40 kA
Tabla 8: Características función de protección
El esquema en el que se pueden ver las dimensiones de la celda compacta se muestra en
la Ilustración 17 y sus valores se pueden ver en la Tabla 9.
Ilustración 17: Esquema dimensiones celda compacta [7]
Celdas de protección
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Dimensiones celda compacta (mm)
A 375
B 1600
C 1000
D 270
E 230
F 270
G 187,5
Tabla 9: Dimensiones celda compacta
Pletinas
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Capítulo 5 PLETINAS
5.1 INTRODUCCIÓN
Como se ha explicado en el Capítulo 4, para proteger al transformador, se incluyen celdas
equipadas con interruptores automáticos. Para conectar los interruptores se utilizan cables
desnudos a media tensión (20kV). Las pletinas flexibles de cobre son conductores
eléctricos planos de forma rectangular constituidos por láminas de cobre apiladas que
admiten, a igual elevación de temperatura, intensidades de corriente mucho más fuertes
que las barras desnudas o los cables. Utilizaremos por ello pletinas normalizadas de cobre
en la conexión de los interruptores que se colocarán en lo alto de las celdas para evitar el
contacto.
A la hora de elegir la pletina que se utilizará, se deberá tener en cuenta la intensidad que
debe soportar. De acuerdo con nuestro sistema será:
𝐼 =𝑆
√3 ∗ 𝑈𝑚𝑡=
6𝑀𝑉𝐴√3 ∗ 20𝑘𝑉
= 173𝐴
5.2 ANÁLISIS DE LAS PLETINAS DEL MERCADO
Considerando una temperatura ambiente de 35ºC y siendo la temperatura máxima
admisible por el cobre de 85ºC, el calentamiento máximo que podrá tener el cobre será de
50ºC. Tendremos que elegir unas pletinas flexibles de cobre que no superen esta
temperatura cuando circula la intensidad máxima.
Los fabricantes Bronmetal y Wöhnelec nos ofrecen distintas posibilidades.
Pletinas
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Por un lado Wöhnelec ofrece pletinas formadas por 9 láminas de 6x0.8, esto equivale a
una sección de 43,2 mm2. Estas pletinas admiten hasta 240A a 50ºC de calentamiento y
tienen un precio de 25,68€ cada tira de 2 metros de longitud.
Por otro lado Bronmetal, para el mismo calentamiento, sus pletinas formadas por 2
láminas de 20x1, sección de 40 mm2 aguantan 263A. Su precio es de 35€ por cada unidad
de 2 metros de longitud.
A pesar de que las pletinas del fabricante Bronmetal tengan una sección menor
admitiendo una intensidad mayor que su competidor, su precio es mucho más elevado que
aquellas del fabricante Wöhnelec.
Por todo ello, el fabricante elegido para la fabricación de la pletina ha sido Wöhnelec.
Estas pletinas admiten la corriente que va a circular de 173A sin superar el límite de
calentamiento.
5.3 LONGITUD DE LAS PLETINAS
Como se ha explicado en el apartado 4.1, utilizaremos las pletinas para la conexión de los
interruptores automáticos en las celdas de media tensión.
Puesto que las celdas tienen las dimensiones mostradas en la Tabla 9, las pletinas que
utilizaremos tendrán una longitud tal que permitan la conexión de los interruptores
automáticos situados en las celdas. Necesitaríamos una longitud mínima de las pletinas de
cinco metros pero puesto que las pletinas proporcionadas vienen en tiras de dos metros de
longitud, emplearemos tres tiras y por tanto, seis metros de longitud total.
Distribución de los campos eléctricos
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Capítulo 6 DISTRIBUCIÓN DE LOS CAMPOS
ELÉCTRICOS
6.1 INTRODUCCIÓN
Las pletinas normalizadas de cobre utilizadas para la conexión de los interruptores
soportan intensidades muy altas. Estudiar el campo eléctrico que se produce entre las
barras de cobre, me permitirá concluir posteriormente qué geometría de las barras resulta
más adecuada para mi diseño.
6.2 INTRODUCCIÓN AL CAMPO ELÉCTRICO
Matemáticamente un campo eléctrico se describe mediante dos propiedades, la
divergencia y la rotacional. En primer lugar la ley de Gauss describe la divergencia del
campo eléctrico. Por otro lado, la ecuación que describe la rotacional del campo eléctrico
es la ley de Faraday.
Estas ecuaciones nos ayudarán posteriormente a comprobar que lo obtenido con el
programa ANSYS se asemeja a lo obtenido teóricamente.
6.2.1 LEY DE GAUSS
Para conocer la divergencia del campo eléctrico se estudia el flujo que atraviesa la
superficie. El flujo ϕ se obtiene resolviendo la siguiente integral,
𝜙 = �⃗� ∗ 𝑑�⃗�
donde 𝑑�⃗� es la diferencial del área en dirección normal a la superficie.
Distribución de los campos eléctricos
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De la ecuación anterior se obtiene la ley integral de Gauss:
∮ �⃗� ∗ 𝑑�⃗� = ∗ 𝑄
donde Qenc es la carga encerrada en la superficie a estudiar.
Su forma derivada queda por tanto,
�⃗� ∗ �⃗� =𝜌𝜀
donde ρ es la densidad volumétrica de carga.
6.2.2 LEY DE FARADAY
La fuerza electromotriz, definida como el rotacional a través de un diferencial de línea
viene dado por,
𝜀 = �⃗� ∗ 𝑑�⃗� = −𝑑𝜙𝑑𝑡
donde el signo negativo indica la Ley de Lenz y ϕ es el flujo magnético en una superficie.
6.3 ESTUDIO DEL CAMPO ELÉCTRICO CON ANSYS
Estudiaremos lo visto teóricamente con ANSYS para ver qué geometría resulta más
adecuada para nuestro diseño. En este apartado se estudiará la distribución de los campos
eléctricos para configuraciones óptimas de los elementos activos de alta tensión.
Distribución de los campos eléctricos
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6.3.1 PASOS SEGUIDOS
La configuración inicial está compuesta por dos rectángulos que representan las dos
pletinas de cobre que queremos estudiar. Las pletinas están sumergidas en un rectángulo
con aire. Si en lugar de una atmósfera de aire situáramos las pletinas inmersas en
hexafloruro de azufre, conseguiríamos una distribución más compacta.
Las pletinas se encuentran separadas 10mm siendo la tensión de una de ellas 0V y 24kV
la de la otra. Se ha empleado esta configuración al ser la más desfavorable y se ha
utilizado 24kV en lugar de los 20kV de la red para que la configuración también admita
los posibles picos de tensión que puedan ocurrir.
La configuración inicial se muestra en la Ilustración 18.
Ilustración 18: Configuración inicial mallada
Tras configurar el mallado de la configuración, representamos la intensidad del campo
eléctrico total mostrado en la Ilustración 19.
Distribución de los campos eléctricos
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Ilustración 19: Campo eléctrico configuración inicial
Acercándonos a la zona de interés de la configuración anterior, obtenemos lo mostrado en
la Ilustración 20.
Ilustración 20: Campo eléctrico configuración inicial zoom
Distribución de los campos eléctricos
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Para una separación entre las pletinas de 10mm, el campo eléctrico máximo entre las
pletinas es de 3.6419e6 V/m.
Como se esperaba, el campo eléctrico máximo se da en las esquinas de la configuración.
Esto se debe al efecto punta. Al distribuirse la carga en un cuerpo, su densidad será mayor
en las zonas de menos volumen o menos superficie. Por esto se produce una acumulación
de energía en las zonas del material acabadas en punta donde su volumen es menor. En
nuestra distribución las partes más afiladas serán las esquinas.
Tras analizar esta configuración, puesto que el campo máximo entre las pletinas se da en
las esquinas, consideré que redondear las esquinas sería el siguiente paso a seguir ya que
se reducirá el campo eléctrico en ellas. La distribución estudiada es la mostrada en la
Ilustración 21.
Ilustración 21: Configuración extremos redondeados
Con la misma distancia de 10 mm entre las pletinas que en la configuración con pletinas
rectangulares, obtenemos para los extremos redondeados el campo eléctrico mostrado en
la Ilustración 22 y la Ilustración 23.
Distribución de los campos eléctricos
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Ilustración 22: Campo eléctrico extremos redondeados
Ilustración 23: Campo eléctrico extremos redondeados
Como se puede observar en la Ilustración 23 para esta configuración, obtenemos una
intensidad del campo eléctrico de 3.3128e6 V/m.
Debido a que el mallado que ofrece el programa no es lo suficientemente pequeño como
para igualarse del todo a la configuración redonda, como se puede ver en la Ilustración 23
tendremos picos de campo eléctrico entre las pletinas.
Comprobamos que se obtiene un campo eléctrico menor con esta configuración.
Distribución de los campos eléctricos
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6.3.2 RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL AIRE
Estudiando las distintas configuraciones con ANSYS quiero estudiar cuánto podremos
acercar las dos pletinas sin que se supere la rigidez dieléctrica del aire que tiene un valor
de 3e6 V/m.
6.3.2.1 Esquinas rectas
Conforme separemos las pletinas, disminuirá el campo eléctrico entre ellas. Para esta
configuración, si separamos las pletinas hasta una distancia de 15mm entre ellas, el
campo eléctrico se reduce a un valor de 2.9636e6 V/m. Esta configuración resultaría
adecuada y no se superaría el límite dieléctrico del aire.
Ilustración 24: Campo eléctrico extremos rectos a 15mm de separación
6.3.2.2 Esquinas redondeadas
Al contrario que en la configuración de las pletinas con las esquinas rectas, para esta
configuración sólo será necesario separar las pletinas una distancia de 12mm para no
superar la rigidez dieléctrica del aire con un campo eléctrico máximo entre las pletinas de
2.9436e6 V/m.
Distribución de los campos eléctricos
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Ilustración 25: Campo eléctrico extremos redondeados a 12 mm de separación
6.3.3 ELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN
Tras lo estudiado en los apartados anteriores podemos concluir que ambas
configuraciones resultan adecuadas siempre y cuando se mantengan las distancias
suficientes entre las pletinas siendo estas 15 mm para las pletinas con los extremos rectos
y 12 mm para las pletinas con los extremos redondeados.
Sin embargo, puesto que se intenta que el diseño sea lo más compacto posible, se
utilizarán pletinas cuya configuración sea aquella mostrada en la Ilustración 21 con los
extremos redondeados que nos dará campos eléctricos menores a menores distancias de
separación.
6.4 CAMPO ELÉCTRICO EN PLACAS PARALELAS
En este apartado vamos a estudiar teóricamente el campo eléctrico existente entre dos de
las pletinas que utilizamos en el diseño.
Distribución de los campos eléctricos
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En el caso de dos placas conductores paralelas, si las tratamos como infinitos, podremos
utilizar la ley de Gauss para estudiar el campo eléctrico entre las placas.
Para campos uniformes en un único material dieléctrico, siendo este en nuestro caso aire,
el campo eléctrico viene dado por la diferencia de potencial entre los conductores
dividido por la distancia existente entre ellos.
𝐸 =𝑉𝑎𝑏𝑑
[𝑉 𝑚]⁄
En nuestro diseño, las tensiones de las placas eran 0V y 24kV como hemos explicado en
el apartado 6.3.1 y la distancia entre ellas de aproximadamente 10 mm. Con estos datos
obtenemos un valor de campo
𝐸 =𝑉𝑎𝑏𝑑
[𝑉 𝑚]⁄ =24𝑘𝑉10 𝑚𝑚
= 2.4𝑒6 𝑉/𝑚
Comprobamos que teóricamente obtenemos un valor similar a lo obtenido con ANSYS.
El ligero error obtenido se debe a que el mallado no llega a ser tan pequeño como para
igualar la configuración dibujada.
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Sistema de alimentación ininterrumpida
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Capítulo 7 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
ININTERRUMPIDA
7.1 INTRODUCCIÓN
Un sistema de alimentación ininterrumpida, SAI, también conocido como UPS (del inglés
Uninterruptible Power Supply), es un dispositivo que gracias a sus baterías, permite
proporcionar energía eléctrica durante un tiempo limitado a todos los equipos que tenga
conectados. Alimentará a equipos cuyo funcionamiento sea de gran importancia para el
sistema.
7.2 TIPOS DE SAI
Se conocen distintos tipos de SAI:
· SAI de continua.
· SAI de corriente alterna.
· SAI offline o Stand-by.
· SAI interactivo (inline).
· SAI online o de doble conversión.
En el SAI de continua, las cargas conectadas al sistema requieren una alimentación de
corriente continua. Se transformará la corriente alterna de la red comercial a corriente
continua que se utilizará para alimentar la carga y almacenarla en sus baterías.
Por otro lado, el SAI de corriente alterna necesitará un inversor para transformar la señal
de continua que proviene de las baterías en una señal alterna.
Sistema de alimentación ininterrumpida
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En el SAI offline o Standby, el circuito de alimentación alternativo está inactivo hasta que
se produce un fallo en la alimentación de red. Cuenta con un conmutador que le permitirá
conectarse y desconectarse del circuito.
El SAI interactivo funciona de forma semejante al sistema offline pero incluye un
autotransformador que, mediante el control de los bobinados, le permite soportar
subtensiones durante un determinado periodo de tiempo. De esta forma regulará las
variaciones de tensión mediante elevaciones o reducciones de la tensión de la red. Cuando
se producen elevadas sobretensiones, el SAI interactivo utiliza sus baterías para alimentar
al suministro.
El SAI online o de doble conversión es la versión más avanzada. Aquí la batería y el
inversor están permanentemente siendo utilizados y por tanto tendrá un tiempo de
respuesta muy corto ante el fallo de red. De este modo, se podrán evitar huecos de tensión
en el cambio del suministro, nunca produciéndose una falta de suministro antes la caída
de la red.
7.3 DETALLES TÉCNICOS DEL SAI EMPLEADO
El SAI que se va a utilizar en el diseño será un SAI online o de doble conversión. Este
sistema de alimentación nos va a permitir garantizar la continuidad del suministro a los
consumos cuando se produzca un fallo en la red y no puedan ser alimentados de esta
forma.
Las cargas de gran importancia que este sistema va a alimentar serán el circuito de control
y la circuitería de control del convertidor de potencia.
El SAI elegido para nuestro diseño es del fabricante ZIGOR. La serie de SAIs elegidos
son series modulares con un sistema innovador basado en el control de IGBTs. Consiguen
una alta adaptabilidad para todo tipo de cargas con un factor de potencia alto, un bajo
THD (Distorsion Armónica Total) y un alto rendimiento del sistema. Admiten además la
conexión adicional de armarios en paralelo para alcanzar una potencia máxima de 400
kVA.
Sistema de alimentación ininterrumpida
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RED
Con sus módulos conectables en caliente, el esquema de conexión del SAI sería el
mostrado en la Ilustración 26.
Ilustración 26: Conexión SAI en caliente
El Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI) elegido tiene una potencia de 200kVA
y cuenta con unas baterías instaladas que proporcionarán una autonomía de 10 min.
Las características del SAI elegido se muestran en la Tabla 10.
Sistema de alimentación ininterrumpida
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SAI SERIE ELBA
ENTRADA
Tensión de entrada 400 V
Fase 3 fases + neutro + tierra
Factor de potencia >0.99
Tensión de batería (VDC) 12V x 40 = 480 V
SALIDA
Tensión 400 Vac +- 1%
Número máximo de módulos
6 o 10
Factor de potencia 0.8/0.9
THD <1.5% (carga lineal)
MÓDULOS
Potencia nominal 20 kVA
Peso módulos 22 kg
Dimensiones [mm] 440x600x134
Tabla 10: Características del SAI
Cableado
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Capítulo 8 CABLEADO
8.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se van a estudiar los cables necesarios para la conexión de los diferentes
equipos del sistema eléctrico. Los cables deberán ser capaces de soportar las corrientes
que van a circular y cumplirán con las condiciones de caída de tensión definidas por el
reglamento electrotécnico de baja tensión.
8.2 DISTRIBUCIÓN DE LA GÓNDOLA
Para conocer la curvatura y longitud que deben tener los conductores del diseño,
tendremos que estudiar cómo van a estar distribuidos los equipos en la góndola.
Para el aerogenerador que estamos estudiando, la góndola será de 15x5m. Se han
colocado los equipos en una línea recta considerando una distancia mínima entre equipos
de 1 m para asegurarnos de que se pueden abrir las puertas de los equipos y el trasiego de
personas de mantenimiento.
En la Ilustración 27 se muestra el alzado de la góndola. Como se ha visto en apartados
anteriores, las medidas del convertidor son de 1.3x2m, las del transformador principal de
1.5x2.85m y las del transformador secundario de 0.8x1.3m.
Cableado
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Ilustración 27: Distribución de la góndola
8.3 CÁLCULO DE LA CURVATURA
Para poder elegir el conductor adecuado para nuestro diseño tendremos que tener en
cuenta la curvatura que deberá tener nuestro conductor para poder conectar los diferentes
equipos.
En el tramo desde el generador hasta el convertidor, los cables saldrán desde el centro del
generador hacia la entrada del convertidor que se encuentra en la parte superior del
equipo. En este caso puesto que los cables salen en horizontal del generador y los equipos
están a una horizontal de 1.65m la curvatura máxima admisible será de 1.65m.
En el segundo tramo desde el convertidor hacia el transformador principal de 690V/20kV,
la distancia entre los equipos es de 2,4m. Los conductores entran y salen en ambos
equipos por la parte superior de ellos. Para este tramo, la curvatura máxima admisible es
de 1.2m.
Por último, la distancia horizontal desde el transformador principal al secundario es de
2.15m lo que significa una curvatura máxima admisible de 1.75m.
Cableado
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8.4 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE GENERADOR Y
TRANSFORMADOR
Dada una potencia activa nominal de 5MW del generador y que el convertidor puede
controlar la turbina para que genere potencia reactiva con un factor de potencia de 0.9, la
corriente que circulará por el sistema será:
𝐼 =5 𝑀𝑊
√3 ∗ 690𝑉 ∗ cos𝜙= 4648.6 𝐴
Como he calculado en el apartado 8.3, la curvatura del cable en este tramo será de 0,825m
luego tendremos que elegir un conductor que tenga una curvatura igual o menor que este
valor. El conductor elegido ha sido el EXZHELLENT XXI RZ1-K del fabricante General
Cable. Se trata de conductores flexibles unipolares o multipolares de 0.6/1kV, no
propagadores de la llama, ni del incendio y de reducida opacidad de los humos emitidos
haciéndolos muy adecuados para lugares con elevado grado de seguridad.
Las características de este conductor se muestran en la Tabla 11.
EXZHELLENT XXI RZ1-K (AS)
Nº conductores x Sección 1x150 mm2
Tensión 0.6 / 1 kV
Material aislante Polietileno reticulado (XLPE)
Material conductor Cobre
Intensidad máxima admisible en régimen
permanente (40ºC)
401A
Peso nominal 1445 kg/km
Temperatura máxima conductor en régimen
permanente / en cortocircuito
90ºC / 250ºC
Tabla 11: Características del cableado entre generador y transformador
Cableado
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La intensidad máxima admisible proporcionada por el fabricante está considerada para
una temperatura de 40ºC. Tendremos que utilizar el reglamento electrotécnico de baja
tensión (REBT) para corregir esta intensidad en función de la temperatura máxima de la
góndola que tiene un valor de 50ºC.
De acuerdo con el reglamento, el factor de corrección por temperatura se calculará de la
siguiente forma:
𝐹 =𝜃𝑠 − 𝜃𝑡𝜃𝑠 − 40
Donde 𝜃s es la temperatura de servicio y 𝜃t la del ambiente, ambas en ºC.
El factor de corrección por temperatura obtenido queda por tanto:
𝐹 =90 − 5090 − 40
= 0.894
La corriente admisible corregida del cable a 50ºC será entonces,
𝐼(50º𝐶) = 𝐼 ∗ 𝐹 = 401𝐴 ∗ 0.894 = 358.5𝐴
Con lo anterior podemos calcular el número de conductores necesarios.
𝑁º 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 4648.6358.67
= 12.96 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Por tanto, se necesitarán 13 conductores por fase.
Tenemos que comprobar la caída de tensión máxima que de acuerdo con el REBT será
del 1.5%. Según lo calculado en el apartado 3.2, la distancia horizontal entre el generador
y el convertidor es de 1,65m con una curvatura de 0,825 y 2.4 m entre convertidor y
transformador. Por tanto, considerando un porcentaje extra de seguridad en la longitud del
conductor del 5%, considero una longitud del conductor de 6 m necesaria.
Necesitaremos por tanto 234 metros de conductor.
Cableado
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∆𝑉 = √3 ∗ 𝜌𝑐𝑢 ∗ 𝐼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑
𝑆=√3 ∗ 1
56 ∗ 358.5𝐴 ∗ 6𝑚 ∗ 0.8150𝑚𝑚2
= 0.355𝑉
∆𝑉𝑚𝑎𝑥 = 1.5% ∗ 𝑈 = 1.5% ∗ 690𝑉 = 10.35𝑉
Tras comprobar que no se supera la caída de tensión máxima, concluimos que el diseño
resulta adecuado.
8.5 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE TRANSFORMADOR Y RED
En este tramo el cableado estará en media tensión y la corriente máxima en este tramo
será:
𝐼 =4648.6 𝐴 ∗ 690 𝑉
20 𝑘𝑉= 160.4 𝐴
El conductor elegido es del fabricante General Cable y sus características se muestran en
la Tabla 12.
HERSATENE RHZ1 H-16 Cu
Nº conductores x Sección 1x50 mm2
Tensión 15 / 25 kV
Material aislante Polietileno reticulado (XLPE)
Material conductor Cobre
Intensidad máxima admisible en régimen
permanente (40ºC)
220A
Peso nominal 1145 kg/km
Temperatura máxima conductor en régimen
permanente / en cortocircuito
90ºC / 250ºC
Tabla 12: Características cableado media tensión
Cableado
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La máxima curvatura admitida por este cable es de 435mm. Esta dimensión resulta
adecuada ya que es menor que la curvatura necesaria calculada en el apartado 8.3.
Del mismo modo que para el caso anterior, tendremos que aplicar un factor de corrección
por temperatura.
𝐹 = 0.894
𝐼 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 220 𝐴 ∗ 0.894 = 196.68 𝐴
Por tanto se necesitarán,
𝑁º𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 220 𝐴
196.68 𝐴 = 1.12 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Utilizaremos por tanto dos conductores en paralelo por fase de una longitud de 11 metros.
Necesitaremos 66 metros de conductor.
8.6 CABLEADO DE CONEXIÓN EN BAJA DE TENSIÓN DEL
TRANSFORMADOR SECUNDARIO
Puesto que el transformador secundario puede entregar una potencia de 250 kVA, la
intensidad máxima que circulará por este tramo de cableado será,
𝐼 =𝑆
√3 ∗ 𝑈=
250 𝑘𝑉𝐴√3 ∗ 400 𝑉
= 360.8 𝐴
Al igual que en otros tramos tendremos que calcular la intensidad corregida por
temperatura.
En primer lugar, elegí un conductor de sección 185 mm que admitía una intensidad
máxima admisible a 40ºC de 460 A. Al calcular la intensidad máxima corregida por
temperatura, 𝐼 = 460 𝐴 ∗ 0.707 = 325.22 𝐴, esta intensidad es menor que la que
circulará luego tendremos que coger el siguiente conductor de mayor sección.
Cableado
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El conductor elegido es del fabricante General Cable y sus características se muestran en
la Tabla 13.
EXZHELLENT XXI RZ1-K (AS)
Nº conductores x Sección 1x240 mm2
Tensión 0.6 / 1 kV
Material aislante Polietileno reticulado (XLPE)
Material conductor Cobre
Intensidad máxima admisible en régimen
permanente (40ºC)
545 A
Peso nominal 1745 kg/km
Temperatura máxima conductor en régimen
permanente / en cortocircuito
90ºC / 250ºC
Curvatura 135 mm
Tabla 13: Características cableado transformador secundario
Corregimos la corriente por temperatura,
𝐼 = 545 𝐴 ∗ 0.707 = 385.315 𝐴
Para este conductor sólo será necesario un único cable por fase para transportar la
totalidad de la corriente. La longitud estimada de este cable será de 4 metros.
Utilizaremos por tanto, 12 metros de conductor.
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Protecciones
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Capítulo 9 PROTECCIONES
9.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se van a estudiar las protecciones eléctricas necesarias para la protección
de los elementos del circuito como son el generador, el convertidor y los transformadores.
9.2 PROTECCIONES DEL CONVERTIDOR DE POTENCIA
El convertidor elegido cuenta con una serie de protecciones de cara al generador y para
proteger el equipo.
Como se estudió en el apartado 2.4, los choppers de frenado con los que cuenta el
convertidor permitirán proteger al equipo frente a sobretensiones. Estas resistencias sólo
entrarán en funcionamiento cuando se haya sobrepasado el límite máximo de tensión
continua admisible.
El convertidor está equipado con interruptores internos que limitan el daño ocasionado en
el convertidor ante un cortocircuito dentro del convertidor. Además estos interruptores
protegen también a los equipos colindantes en caso de una falta de este tipo. Ante un
cortocircuito en el conductor que le conecta con el generador, el convertidor también
estará protegido.
Ante sobretemperaturas el convertidor se protege a si mismo así como a los cables de
conexión con el generador siempre y cuando los cables estén dimensionados
adecuadamente a la corriente nominal del convertidor. No tendremos que incluir por tanto
ninguna protección adicional para proteger al convertidor ante este defecto.
Ante faltas internas a tierra, el convertidor cuenta con elementos de protección internos
para proteger al convertidor ante faltas a tierra en el convertidor, generador o en el
conductor que conecta generador y convertidor.
Protecciones
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9.3 PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR
En este diseño se utilizan dos transformadores de 5MVA y de 250kVA. Debido a su
tamaño, las protecciones utilizadas serán distintas en cada uno de ellos.
Los tipos de defectos que vigilará el sistema de protecciones del transformador serán:
· Sobretensiones transitorias o permanentes.
· Subfrecuencias permanentes
· Sobrecargas
· Cortocircuitos
· Defectos internos
9.3.1 PROTECCIONES PROPIAS DEL TRANSFORMADOR
Se trata de protecciones equipadas con el propio transformador y dependerán de su
potencia y del tipo de transformador. Vigilan el dieléctrico y el sistema de refrigeración.
Estas protecciones propias incluyen:
· Monitores de temperatura. (26)
· Indicadores del nivel de aceite. (63M)
· Liberador de presión. (63L)
· Relé de flujo de gas.
9.3.2 PROTECCIONES ELÉCTRICAS
Las protecciones eléctricas con las que puede contar un transformador son las siguientes:
· Protección diferencial
· Protección de sobreintensidad
· Protección de sobrecarga
· Protección de saturación
Protecciones
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9.4 PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Este transformador, como se ha visto en el apartado 3.5, tiene una potencia de 5MVA.
Debido a su gran tamaño, las protecciones a utilizar serán las siguientes.
9.4.1 PROTECCIÓN DIFERENCIAL
Es una protección principal que actúa ante faltas entre fases. En transformadores de este
tamaño se utiliza como protección principal siendo la protección de sobreintensidad su
protección de respaldo.
Ilustración 28: Protección diferencial [11]
Se trata de una protección que actúa sólo por faltas internas, evitando el disparo por
saturación de los transformadores ante faltas externas gracias a la pendiente de frenado en
su curva característica que se muestra en la Ilustración 29.
Ilustración 29: Curva característica protección diferencial [11]
Protecciones
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𝐼 = 20% ∗ 𝐼 = 0.2 ∗5 ∗ 10
√3 ∗ 690𝑉 ∗ 0.9= 930𝐴 º
La protección diferencial actúa de manera instantánea desconectando el transformador de
la red con una intensidad de arranque de 930 A1º.
9.4.2 PROTECCIÓN DE SOBREINTENSIDAD DE FASE (51)
Esta protección detecta sobreintensidades en devanados por faltas internas y externas. En
nuestro diseño actuará como protección de respaldo de la protección diferencial ante
faltas internas. En grandes transformadores como el utilizado, se deberán vigilar las
intensidades de fase y de neutro en ambos lados de alta y baja del transformador.
Esta protección tiene una unidad instantánea y una unidad temporizada que deberá
permitir sobrecargas admisibles y el transitorio de inserción.
Ilustración 30: Protección de sobreintensidad [11]
9.4.3 PROTECCIÓN DE SOBRECARGA (49)
La protección detecta sobrecargas térmicas en devanados por intensidades superiores al
valor nominal. Los daños ocasionados en el transformador se deben a la sobretemperatura
Protecciones
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alcanzada. Los principales daños que se pueden dar son envejecimiento acelerado de los
aislantes de los devanados y la posible perforación del aislamiento ocasionando la
aparición de faltas.
Ilustración 31: Protección de sobrecarga [11]
9.5 PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR SECUNDARIO
Este transformador, como se ha visto en el apartado 3.5, tiene una potencia de 250kVA.
En este caso, las protecciones a utilizar serán las descritas a continuación que tendrán el
mismo esquema de conexión que en el apartado 9.4.
9.5.1 PROTECCIÓN DIFERENCIAL
Puesto que se trata de un transformador mucho más pequeño que el anterior, no es
necesario utilizar la protección diferencial. En este caso, la protección de sobreintensidad
actuará como protección principal ante faltas entre fases y a tierra.
9.5.2 PROTECCIÓN DE SOBREINTENSIDAD DE FASE (51)
Esta protección detecta sobreintensidades en devanados por faltas internas y externas.
Tanto en faltas externas como en internas actuará como protección principal vigilando las
intensidades de fase y de neutro.
Protecciones
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Al igual que para el transformador principal, esta protección tiene una unidad instantánea
y una unidad temporizada que deberá permitir sobrecargas admisibles y el transitorio de
inserción.
9.6 PROTECCIONES DEL GENERADOR
En el diseño se ha utilizado un generador de 6MVA. Al ser su potencia menor de
10MVA, se considerará generador pequeño a la hora de elegir las protecciones necesarias.
Las protecciones del generador deben ser capaces de:
· Proteger al generador ante defectos internos
· Proteger a la red ante defectos internos
· Proteger al generador ante defectos en red
El unifilar con las protecciones para un generador pequeño se muestra en la Ilustración
32.
Ilustración 32: Unifilar protecciones generador [11]
Protecciones
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9.6.1 PROTECCIONES ANTE FALTAS ENTRE FASES
Las faltas entre fases son graves puesto que originan sobrecorrientes por el aislamiento y
producen daños en aislamientos y chapas magnéticas. Pueden además llegar a producir
esfuerzos mecánicos y torsión en los devanados y torsiones en el rotor.
9.6.1.1 Protección diferencial (87G)
Esta protección detecta únicamente faltas internas entre fases. Actúa como protección
principal siendo su protección de respaldo la protección de sobreintensidad.
Ilustración 33: Esquema protección diferencial [11]
9.6.1.2 Protección de sobreintensidad (51)
Esta función de protección detecta sobreintensidades en devanados del estator. Las
sobreintensidades serán causadas por faltas entre fases del devanado o por faltas externas.
Esta protección protege todo el embarrado de generación y parte del transformador
principal.
Protecciones
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𝐼𝑎𝑟𝑟 = 1.2 ∗ 𝐼𝑛𝑜𝑚 = 1.2 ∗5 𝑀𝑊
√3 ∗ 690 𝑉 ∗ 0.9= 4649 𝐴1º
𝐼𝑎𝑟𝑟 = 4649 𝐴1º ∗5
5000= 4.649 𝐴2º
Ilustración 34: Protección de sobreintensidad [11]
9.6.2 PROTECCIONES ANTE FALTAS A TIERRA
Se trata de la falta más habitual a pesar de la mejora de aislamientos y producen dos
efectos, sobreintensidad por la fase en falta y sobretensión en las fases sanas. Los defectos
a tierra se pueden derivar en faltas entre fases severas si no se despejan.
9.6.2.1 Protección a tierra en barras (64B)
Esta protección vigila faltas fase tierra en las barras de tensión de generación. También
sirve de respaldo de la protección tierra estator (64G) pero puesto que tenemos un
generador pequeño y esta última no está incluida en el diseño, se trata en este caso de una
protección principal.
La protección 64B se basa en la medida de la tensión homopolar empleando un
transformador de tensión en barras. Este transformador puede ser:
· Transformador de medida Yy, midiendo entre neutro y tierra.
· Transformador de medida Y-Triángulo abierto
El arranque de la protección utiliza un relé de sobretensión de manera que la protección
actuará cuando se produzca una falta a tierra y el valor de la tensión homopolar pase a ser
Protecciones
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distinta de cero. Las actuaciones a llevar a cabo serán desacoplar el grupo de forma que la
corriente que circule sea nula, desexcitar y posteriormente llevar el grupo a parada.
Para el ajuste de la protección se empleará un transformador de tensión Yy de relación de
transformación 690√3
𝑉 ∶ 110√3
𝑉.
El ajuste se establecerá para una tensión del 5% de la nominal de forma que la protección
arrancará cuando el valor de la tensión homopolar supere este valor. El valor del ajuste
del relé será:
𝑈𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 = 5% 𝑈𝑓𝑎𝑠𝑒 = 0.05 ∗690√3
= 19.92 𝑉1º
𝑈𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 = 19.92𝑉 ∗110 𝑉690𝑉
= 3.18 𝑉2º
Esta protección actuará en 500ms.
Ilustración 35: Protección a tierra en barras [11]
Protecciones
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9.6.3 PROTECCIONES FRENTE A SOBREFUNCIONAMIENTOS
9.6.3.1 Protección de sobrecarga (49)
Esta protección detecta sobretemperaturas en devanados del estator por intensidades de
fase superiores al valor nominal. Se utilizaran sondas de temperatura, relés de imagen
térmica o relés digitales de sobrecarga.
Esta protección no se considera necesaria porque como ya se ha comentado en el apartado
9.2, las protecciones del convertidor ya se encargan de evitar las sobrecargas en el rotor.
9.6.3.2 Protección de sobretensión (59)
La protección de sobretensión detecta sobretensiones por faltas fase tierra mantenidas que
producirán una sobretensión en las fases sanas, defectos de control o rayos.
Esta protección no se considera necesaria puesto que el convertidor tolera hasta un
incremento del 10% sobre la tensión nominal. Las propias protecciones del convertidor
evitan que el valor de la tensión crezca por encima del límite marcado.
9.6.4 PROTECCIONES FRENTE A MALFUNCIONAMIENTOS
Las tres funciones que estudiaríamos en este apartado en un generador clásico serían:
· Protección de secuencia inversa
· Protección de potencia inversa
· Protección de pérdida de excitación
El estudio de estas funciones de protección no resulta necesario ya que no van a tener
lugar en el esquema que se presenta. Al estar trabajando con un generador de imanes
permanentes conectado a la red a través de un convertidor permite eliminar ciertas
funciones de protección.
Protecciones
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9.7 RELÉS DE PROTECCIÓN
Una vez estudiadas las distintas protecciones necesarias para proteger a los equipos, se
han elegido los relés de protección. El fabricante elegido ha sido Eaton.
El sistema incluirá un relé de protección del generador EGR-4000 y dos relés de
protección de transformador ETR-4000, uno para cada transformador.
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Transformadores de medida y de protección
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Capítulo 10 TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y DE
PROTECCIÓN
10.1 INTRODUCCIÓN
Los transformadores de medida están diseñados para alimentar los relés de protección que
se han estudiado en el Capítulo 9. Se pueden distinguir dos tipos de transformadores de
medida:
· Transformadores de tensión
· Transformadores de intensidad
10.2 TRANSFORMADORES DE TENSIÓN
Estos transformadores se utilizarán para alimentar los relés de protección de las funciones
de protección de sobretensión y a tierra en barras vistos en el apartado 9.6.
En condiciones normales de funcionamiento, la tensión en el devanado secundario del
transformador de tensión será proporcional a la del devanado primario salvo por el
desfase angular que pueda ser introducido por el transformador debido al grupo de
conexión.
Transformadores de medida y de protección
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10.3 TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD
La intensidad que circula por el secundario del transformador es prácticamente
proporcional a la del devanado primario salvo por el desfase angula que introduzca el
transformador debido al grupo de conexión.
Dentro de los transformadores de intensidad podemos diferenciar entre transformadores
de medida y de protección. La gran diferencia entre ambos es su precisión y su nivel de
saturación.
En cuanto a la saturación, en el transformador de medida, el secundario está conectado a
los instrumentos de medición como amperímetros. En condiciones de falta, debe saturarse
para evitar que se quemen los equipos. Sin embargo, en el transformador de protección,
en condiciones de falta no se satura ya que necesitamos que las protecciones situadas en
el secundario del transformador vean la falta y actúen.
Por otro lado, en cuanto a la precisión, los transformadores de medida tienen un valor más
elevado de precisión.
Por todo ello, para nuestro diseño, como el transformador alimentará a relés de
protección, utilizaremos transformadores de intensidad de protección puesto que no
necesitamos alta precisión pero sí que no saturen ante falta. Estos transformadores se
utilizarán en las protecciones de sobrecarga, sobreintensidad y diferencial del generador y
del transformador.
Bibliografía
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INGENIERO INDUSTRIAL
BIBLIOGRAFÍA
[1] Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, Wind Energy Handbook,
2001, Wiley.
[2] Germanischer Lloyd, Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines, Edition
2012.
[3] AWEA. American Wind Energy Association.
[4] ABB. ACS800-87LC System Description and start-up guide.
[5] ABB. ACS800-87LC Wind Turbine Converters Hardware Manual.
[6] ABB Technical data EcoDry dry-type transformers.
[7] TiPEM. Tableros eléctricos de Media Tensión.
[8] WÖFLEX. Catálogo pletinas.
[9] SAI modular Serie ELBA de 10 a 400 kVA.
[10] General Cable. Cables de baja y media tensión.
[11] Óscar Martínez Oterino, Protecciones eléctricas. Apuntes de la asignatura Protecciones
eléctricas de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería ICAI, 2013-2014.
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Parte II ESTUDIO
ECONÓMICO
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INGENIERO INDUSTRIAL
Capítulo 1 PRESUPUESTO ECONÓMICO
En este capítulo se van a evaluar los costes en los que se ha incurrido para el diseño del
sistema eléctrico.
1.1 PRECIOS UNITARIOS
La Tabla 14 indica el número de equipos utilizados en el diseño junto con su precio así
como el apartado del proyecto en el que se encuentra.
Apartado Descripción Unidades Precio unitario Precio total
2.5.2 Convertidor ABB ACS800-87LC 1 300.000,00 € 300.000,00 €
3.7.1 Transformador ABB Resibloc 6 MVA 1 68.000,00 € 68.000,00 €
3.7.2 Transformador ABB EcoDry Basic 1 7.000,00 € 7.000,00 €
4.3 Celda de línea TiPem 24 kV 2 4.316,00 € 8.632,00 €
4.3 Celda de protección TiPem 24 kV 2 4.865,00 € 9.730,00 €
5.2 Pletina Wöhnelec 6 láminas 9x0.8 1 25,68 € 25,68 €
7.3 SAI 1 30.000,00 € 30.000,00 €
8.4 Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 234 m 20 € / m 4.680,00 €
8.5 Conductor General Cable Hersatene RHZ1 66 m 42 € / m 2.772,00 €
8.6 Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 12 m 20 € / m 240,00 €
9.7 Relé de protección de generador EGR-4000 1 1.163 € 1.163 €
9.7 Relé de protección de transformador ETR-4000 2 1.825 € 3.650 €
Tabla 14: Precios unitarios
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.2 PRECIOS DESCOMPUESTOS
Número Descripción Precio Precio Total
2.5.2
Convertidor ABB ACS800-87LC
1 ud Convertidor ABB ACS800-87LC 300.000,00 € 300.000,00 € 5 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 100,00 €
14% Costes indirectos 42.000,00 €
TOTAL 342.100,00 €
3.7.1
Transformador ABB Resibloc 6 MVA
1 ud Transformador ABB Resibloc 6 MVA 68.000,00 € 68.000,00 € 4 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 80,00 €
14% Costes indirectos 9.520,00 €
TOTAL 77.600,00 €
3.7.2
Transformador ABB EcoDry Basic
1 ud Transformador ABB EcoDry Basic 7.000,00 € 7.000,00 € 3 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 60,00 €
14% Costes indirectos 980,00 €
TOTAL 8.040,00 €
4.3
Celda de línea TiPem 24kV
1 ud Celda de línea TiPem 24kV 4.316,00 € 4.316,00 € 0,5 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 10,00 €
10% Costes indirectos 431,60 €
TOTAL 4.757,60 €
4.3
Celda de protección TiPem 24kV
1 ud Celda de protección TiPem 24kV 4.865,00 € 4.865,00 € 0,5 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 10,00 €
10% Costes indirectos 486,50 €
TOTAL 5.361,50 €
5.2
Pletina Wöhnelec 6 láminas 9x0.8
6 m Pletina Wöhnelec 6 láminas 9x0.8 25,68 € / 2m 77,04 0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 €
8% Costes indirectos 6,16 €
TOTAL 85,20 €
7.3
SAI Serie ELBA
1 ud SAI Serie ELBA 49.570,00 € 49.570,00 € 3 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 60,00 €
10% Costes indirectos 4.957,00 €
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INGENIERO INDUSTRIAL
TOTAL 54.587,00 €
8.4
Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 234 m Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 20 € / metro 4.680,00 €
0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 € 8% Costes indirectos 374,40 €
TOTAL 5.056,40 €
8.5
Conductor General Cable Hersatene RHZ1
66 m Conductor General Cable Hersatene RHZ1 42 € / metro 2.772,00 € 0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 € 8% Costes indirectos 221,76 €
TOTAL 2.995,76 €
8.6
Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K
12 m Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 20 € / metro 240,00 € 0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 €
8% Costes indirectos 19,20 €
TOTAL 261,20 €
9.7
Relé de protección de generador Eaton
1 EGR-4000 1.163,00 € 1.163,00 €
0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 €
8% Costes indirectos 93,04 €
TOTAL 1.258,04 €
9.7
Relé de protección del transformador Eaton 2 ETR-4000 1.825,00 € 3.650,00 €
0,2 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 4,00 € 8% Costes indirectos 292,00 €
TOTAL 3.946,00 €
TOTAL 506.048,70 €
Tabla 15: Precios descompuestos
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1.3 PRESUPUESTO TOTAL
Total precio equipos 506.048,70 €
Gastos Generales (15%) 759,07 €
Beneficio Industrial (6%) 30.362,92 €
Ingeniería (40h/hora) 456 horas 18.240,00 €
Total parcial 555.410,70 €
I.V.A (21%) 116.636,25 €
PRESUPUESTO
TOTAL EJECUCIÓN 672.046,95 €
Tabla 16: Presupuesto total
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Parte III ANEJOS
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CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
Capítulo 1 CATÁLOGOS
En este capítulo se van a incluir las hojas de características de los equipos y componentes
que han sido utilizados en el diseño.
CATÁLOGOS
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1.1 CONVERTIDOR DE POTENCIA
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.2 TRANSFORMADOR DE POTENCIA
1.2.1 TRANSFORMADOR PRINCIPAL
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.2.2 TRANSFORMADOR SECUNDARIO
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.3 CELDAS DE PROTECCIÓN
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.4 PLETINAS
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.5 SISTEMA ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA (SAI)
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.6 CABLEADO
1.6.1 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE GENERADOR Y TRANSFORMADOR
CATÁLOGOS
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INGENIERO INDUSTRIAL
CATÁLOGOS
- 105-
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.6.2 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE TRANSFORMADOR Y RED
CATÁLOGOS
- 106-
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INGENIERO INDUSTRIAL
CATÁLOGOS
- 107-
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INGENIERO INDUSTRIAL
1.6.3 CABLEADO DE CONEXIÓN EN BAJA TENSIÓN DEL TRANSFORMADOR
SECUNDARIO
Catálogo igual que para la conexión entre generador y transformador en el apartado 1.6.1.