estación convertidora de HVDC (o simplemente una estación convertidora ) es un tipo especializado de subestación que forma el equipo terminal para una línea de transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC). [1] Convierte corriente continua en corriente alterna o inversa. Además del convertidor , la estación generalmente contiene:
- interruptor de corriente alterna trifásica
- transformadores
- condensadores o condensadores síncronos para potencia reactiva
- filtros para supresión armónica, y
- engranaje interruptor de corriente continua.
Componentes [ editar ]
Convertidor [ editar ]
El convertidor generalmente se instala en un edificio llamado sala de válvulas . Los primeros sistemas HVDC usaban válvulas de arco de mercurio , pero desde mediados de la década de 1970, se han utilizado dispositivos de estado sólido como tiristores . Los convertidores que usan tiristores o válvulas de arco de mercurio se conocen como convertidores de línea conmutada . En los convertidores basados en tiristores, muchos tiristores están conectados en serie para formar una válvula de tiristores, y cada convertidor normalmente consta de seis o doce válvulas de tiristores. Las válvulas de tiristores generalmente se agrupan en pares o grupos de cuatro y pueden pararse sobre aisladores en el piso o colgarse de aisladores del techo.
Los convertidores de línea conmutada requieren voltaje de la red de CA para la conmutación, pero desde fines de la década de 1990, los convertidores de voltaje han comenzado a usarse para HVDC. Los convertidores de fuente de voltaje usan transistores bipolares de puerta aislada en lugar de tiristores, y estos pueden proporcionar energía a un sistema de CA desenergizado.
Casi todos los convertidores utilizados para HVDC son intrínsecamente capaces de operar con conversión de potencia en cualquier dirección. La conversión de energía de CA a CC se llama rectificación y la conversión de CC a CA se llama inversión .
Equipo DC [ editar ]
El equipo de corriente continua a menudo incluye una bobina (llamada reactor ) que agrega inductancia en serie con la línea de CC para ayudar a suavizar la corriente continua. La inductancia típicamente es de entre 0.1 H y 1 H. El reactor de alisado puede tener un núcleo de aire o un núcleo de hierro. Las bobinas con núcleo de hierro parecen transformadores de alto voltaje llenos de aceite. Las bobinas de alisado con núcleo de aire se parecen, pero son considerablemente más grandes que las bobinas de choque de frecuencia portadora en líneas de transmisión de alto voltaje y están soportadas por aisladores . Las bobinas de aire tienen la ventaja de generar menos ruido acústico que las bobinas con núcleo de hierro, eliminan el peligro potencial para el medio ambiente del petróleo derramado y no se saturan bajo una alta corriente transitoriacondiciones de falla . Esta parte de la planta también contendrá instrumentos para la medición de corriente continua y voltaje.
Se utilizan filtros especiales de corriente continua para eliminar la interferencia de alta frecuencia. Dichos filtros son necesarios si la línea de transmisión utilizará técnicas de comunicación por línea eléctrica para la comunicación y el control, o si la línea aérea pasará por áreas pobladas. Estos filtros pueden ser filtros LC pasivos o filtros activos, que consisten en un amplificador acoplado a través de transformadores y condensadores de protección, lo que da una señal desfasada a la señal de interferencia en la línea, cancelando así. Dicho sistema se utilizó en el proyecto HVDC de Cable Báltico .
Transformador convertidor [ editar ]
Los transformadores convertidores aumentan el voltaje de la red de suministro de CA. Usando una conexión estrella-triángulo o " estrella-triángulo " de los devanados del transformador, el convertidor puede operar con 12 pulsos para cada ciclo en el suministro de CA, lo que elimina numerosos componentes de corriente armónica. El aislamiento de los devanados del transformador debe estar especialmente diseñado para soportar un gran potencial de CC a tierra. Los transformadores convertidores pueden construirse hasta 300 megavoltios-amperios ( MW)) como una sola unidad. No es práctico transportar transformadores más grandes, por lo que cuando se requieren clasificaciones más grandes, varios transformadores individuales están conectados entre sí. Se pueden usar dos unidades trifásicas o tres unidades monofásicas. Con la última variante, solo se utiliza un tipo de transformador, lo que hace que el suministro de un transformador de repuesto sea más económico.
Los transformadores convertidores funcionan con pasos de potencia de alto flujo en los cuatro pasos del convertidor por ciclo y, por lo tanto, producen más ruido acústico que los transformadores de potencia trifásicos normales. Este efecto debe considerarse en la ubicación de una estación convertidora de HVDC. Se pueden aplicar recintos reductores de ruido.
Poder reactivo [ editar ]
Cuando se utilizan convertidores de línea conmutada, la estación de conversión requerirá entre 40% y 60% de su potencia nominal como potencia reactiva. Esto puede ser proporcionado por bancos de condensadores conmutados o por condensadores síncronos , o si una estación de generación de energía adecuada está ubicada cerca de la planta de inversores estáticos, los generadores en la estación de energía. La demanda de potencia reactiva puede reducirse si los transformadores convertidores tienen cambiadores de tomas bajo carga con un rango suficiente de tomas para el control de voltaje de CA. Algunos de los requisitos de potencia reactiva se pueden suministrar en los componentes del filtro de armónicos.
Los convertidores de voltaje pueden generar o absorber energía reactiva y real, y generalmente no se necesitan equipos de energía reactiva adicionales.
Filtros armónicos [ editar ]
Los filtros armónicos son necesarios para la eliminación de las ondas armónicas y para la producción de la potencia reactiva en las estaciones de convertidor de conmutación de línea. En las plantas con seis convertidores conmutados de línea de pulso, se necesitan filtros de armónicos complejos porque hay armónicos de órdenes impares y producido en el lado de CA e incluso armónicos de orden en el lado de DC. En 12 estaciones convertidoras de pulso, solo tensiones armónicas o corrientes del orden y (en el lado de CA) o (en el lado DC) resultado. Los filtros están sintonizados a las frecuencias armónicas esperadas y consisten en combinaciones en serie de condensadores e inductores.
Los convertidores de fuente de voltaje generalmente producen armónicos de menor intensidad que los convertidores de línea conmutada. Como resultado, los filtros de armónicos son generalmente más pequeños o pueden omitirse por completo.
Además de los filtros de armónicos, también se proporciona un equipo para eliminar las señales espurias en el rango de frecuencia de los equipos portadores de línea eléctrica en el rango de 30 kHz a 500 kHz. Estos filtros suelen estar cerca del terminal de corriente alterna del transformador inversor estático. Consisten en una bobina que pasa la corriente de carga, con un condensador paralelo para formar un circuito resonante.
En casos especiales, puede ser posible utilizar exclusivamente máquinas para generar la potencia reactiva. Esto se realiza en la terminal de HVDC Volgograd-Donbass situada en la Estación Hidroeléctrica del Volga .
Aparamenta de CA [ editar ]
El interruptor de corriente alterna trifásica de una estación convertidora es similar al de una subestación de CA. Contendrá disyuntores para la protección contra sobrecorriente de los transformadores convertidores, interruptores de aislamiento, interruptores de puesta a tierra y transformadores de instrumentos para control, medición y protección. La estación también tendrá pararrayos para la protección de los equipos de CA del rayo sobretensiones en el sistema de aire acondicionado.
Otros [ editar ]
Área requerida [ editar ]
El área requerida para una estación convertidora con una capacidad de transmisión de 600 megavatios y un voltaje de transmisión de 400 kV es de aproximadamente 300 x 300 metros (1000 x 1000 pies). Las plantas de bajo voltaje pueden requerir algo menos de área de tierra, ya que se requeriría menos espacio libre de aire alrededor de equipos de alto voltaje al aire libre.
Factores de ubicación [ editar ]
Las estaciones convertidoras producen ruido acústico e interferencia de radiofrecuencia. Las paredes pueden proporcionar protección contra el ruido. Al igual que con todas las subestaciones de CA, se debe evitar que el aceite del equipo contamine el agua subterránea en caso de derrame. Es posible que se requiera un área considerable para las líneas aéreas de transmisión, pero se puede reducir si se utiliza un cable subterráneo.
Un transformador de aislamiento es un transformador utilizado para transferir energía eléctrica desde una fuente de corriente alterna (CA) a algún equipo o dispositivo mientras se aísla el dispositivo alimentado de la fuente de energía, generalmente por razones de seguridad. Los transformadores de aislamiento proporcionan aislamiento galvánico y se utilizan para proteger contra descargas eléctricas , para suprimir el ruido eléctrico en dispositivos sensibles o para transferir energía entre dos circuitos que no deben conectarse. Un transformador vendido para aislamiento a menudo se construye con un aislamiento especial entre primario y secundario, y se especifica para soportar un alto voltaje entre devanados.
Los transformadores de aislamiento bloquean la transmisión del componente de CC en señales de un circuito a otro, pero permiten que pasen los componentes de CA en las señales. Los transformadores que tienen una relación de 1 a 1 entre los devanados primario y secundario a menudo se usan para proteger los circuitos secundarios y las personas de las descargas eléctricas entre conductores energizados y tierra. Los transformadores de aislamiento diseñados adecuadamente bloquean la interferencia causada por bucles de tierra . Los transformadores de aislamiento con pantallas electrostáticas se utilizan para fuentes de alimentación para equipos sensibles, como computadoras, dispositivos médicos o instrumentos de laboratorio.
Terminología [ editar ]
A veces, el término se usa para enfatizar que un dispositivo no es un autotransformador cuyos circuitos primarios y secundarios están conectados. [1] Los transformadores de potencia con aislamiento especificado entre primario y secundario generalmente no se describen solo como "transformadores de aislamiento" a menos que esta sea su función principal. Solo los transformadores cuyo propósito principal es aislar circuitos se describen rutinariamente como transformadores de aislamiento.
Operación [ editar ]
Los transformadores de aislamiento están diseñados con atención al acoplamiento capacitivo entre los dos devanados. La capacitancia entre los devanados primario y secundario también acoplaría la corriente alterna del primario al secundario. Un escudo de Faraday con conexión a tierra entre el primario y el secundario reduce en gran medida el acoplamiento del ruido de modo común. Esto puede ser otro devanado o una tira de metal que rodea un devanado. El ruido diferencial puede acoplarse magnéticamente desde el primario al secundario de un transformador de aislamiento, y debe filtrarse si se produce un problema.
Aplicaciones [ editar ]
Transformadores de pulso [ editar ]
Pruebas electrónicas [ editar ]
En las pruebas y el mantenimiento de la electrónica, un transformador de aislamiento es un transformador de potencia 1: 1 (bajo carga) que se utiliza por seguridad. Sin él, el metal vivo expuesto en un dispositivo bajo prueba tiene un voltaje peligroso en relación con objetos conectados a tierra, como un radiador de calefacción o un cable de conexión a tierra del osciloscopio (un peligro particular con algunos equipos de tubos de vacío viejos con chasis activo ). Con el transformador, como no hay una conexión conductiva entre el transformador secundario y la tierra, no hay peligro de tocar una parte activa del circuito mientras otra parte del cuerpo está conectada a tierra [ cita requerida ] .
El aislamiento eléctrico se considera particularmente importante en los equipos médicos, y se aplican normas especiales. A menudo, el sistema debe diseñarse adicionalmente para que las condiciones de falla no interrumpan la energía, sino que generen una advertencia. [3]
Suministro de equipos a potenciales elevados [ editar ]
Los transformadores de aislamiento también se utilizan para el suministro de energía de dispositivos que no tienen potencial de tierra. Un ejemplo es el transformador Austin para el suministro de energía de lámparas de advertencia de obstáculos de tráfico aéreo en mástiles de antenas de radio . Sin el transformador de aislamiento, los circuitos de iluminación en el mástil conducirían energía de radiofrecuencia a tierra a través de la fuente de alimentación.
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