Guía técnica

Conmutador de tomas bajo carga tipo VRLTC™

Tabla de contenido

Información general.................................................................................................................................................................... 2 Características eléctricas............................................................................................................................................................ 3 Pruebas de prototipo.................................................................................................................................................................. 4 Secuencia de conmutación......................................................................................................................................................... 5 Características del tanque. .......................................................................................................................................................... 7 Tablero de terminales. ................................................................................................................................................................. 7 Selector de tomas...................................................................................................................................................................... 8 Contactos fijos........................................................................................................................................................................... 8 Selector de regulación reversible o preselector reversible............................................................................................................. 8 Eje de mando............................................................................................................................................................................. 9 Montajes del conmutador de derivación y mecanismo interruptor de vacío.................................................................................... 9 Módulo de detección de corriente............................................................................................................................................. 11 Caja de mando del servomotor.................................................................................................................................................. 12 Sistema de servomotor digital................................................................................................................................................... 13 Toma de decisiones y control.................................................................................................................................................... 14 Funciones de mantenimiento e inspección................................................................................................................................. 15 Recomendaciones de servicio................................................................................................................................................... 15 Componentes mecánicos del SMD............................................................................................................................................ 16 Información de ingeniería eléctrica. ............................................................................................................................................ 16 Notas.. ..................................................................................................................................................................................... 17

Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 1

Información general ABB diseñó, desarrolló y fabricará el conmutador de tomas bajo carga tipo VRLTC en su instalación de Alamo, Tennessee. El conmutador cumple con las especificaciones requeridas según IEEE C57.131-1995 y IEC 60214. El conmutador es del tipo reactivo en vacío, se instala sobre el tanque y es apto para el control automático o manual.

El motor de accionamiento es un servomotor de control digital que responde con precisión a los comandos del mando digital. En este conmutador de tomas no se utilizan conmutadores de levas ni relés electromecánicos. El sistema completo se monitorea y controla con el sistema Tap Logic Monitoring System (TLMS™) montado en el compartimiento del motor.

El conmutador se compone de tres tipos de componentes principales: los de cambio de tomas, de mando y los de toma de decisiones y control. Los componentes de cambio de tomas se ubican en un tanque de acero bajo aceite. Los cables de toma del transformador y del autotransformador preventivo (AP o reactor de conmutación) se conectan a la parte posterior del tablero de terminales del conmutador. Los componentes de mando y de toma de decisiones se ubican en un compartimiento de aire separado de acero, montado bajo el tanque de aceite con un eje de mando que lo conecta al conmutador de tomas.

−− Los componentes del circuito de cambio de tomas son: −− El autotransformador preventivo (AP): un dispositivo separado, montado dentro del transformador que proporciona la impedancia de conmutación −− El módulo de cambio de tomas: consiste en el selector de tomas y el preselector reversible −− El módulo de conmutación de cargas: consiste en el conmutador de derivación y el interruptor de vacío (IV)

2 Guía técnica VRLTC | Rev. 7, Feb 28, 2014

Estos componentes funcionan en conjunto para que la carga del transformador no se interrumpa en algún momento durante una operación de cambio de tomas.

Características eléctricas Tipo de conmutador de tomas

VRLTC 1500-200

VRLTC 1500-150-N1

VRLTC 2000-150-N1

VRLTC 2000-200

38 / 35 kV

28 / 27.5 kV

28 / 27.5 kV

38 / 35 kV

1500 A

1500 A

2000 A

2000 A

200 kV

150 kV

150 kV

200 kV

275 kV

200 kV

200 kV

275 kV

70 kV

50 kV

50 kV

70 kV

75 kV

75 kV

75 kV

75 kV

34 kV

26 kV

26 kV

26 kV

45 kV

45 kV

45 kV

45 kV

15 kV

15 kV

15 kV

15 kV

500/1000 V

250/500 V

250/500 V

500/1000 V

20 kV

20 kV

20 kV

20 kV

mediana

pequeña

pequeña

mediana

Tensión máximo contínuo de operación linea a linea (IEEE/CSA) Corriente nominal de paso Tensión de aguante por impulsos (onda completa) entre fases y a tierra Impulso máximo de aguante de prueba del transformador Frecuencia de aguante, entre fases y a tierra (rms) Tensión de aguante por impulsos (onda completa) a través del rango de tomas (VR) Frecuencia de aguante a través del rango de tomas (VR) (rms) Tensión de aguante por impulsos (onda completa) entre tomas (VT) Frecuencia de aguante entre tomas (VT) (rms) Voltaje por pasos/voltaje de toma, entre tomas (rms) Máxima tensión de recuperación del pre-selector reversible Tamaño del tanque Características físicas Tanque pequeño Número estándar de posiciones Secciones de devanado regulador Tanque

Tanque mediano

33

33

9 (8 efectivas)

9 (8 efectivas)

Vacío total admisible (± 18 psi)

Vacío total admisible (± 18 psi)

60 x 46 x 29

67 x 50 x 32

4460

5350

Dimensiones aproximadas del tanque del conmutador 2 (Al x An x P) (pulg) Peso total sin el motor (libras) Volumen de aceite (galones) 2

Duración de cambio de tomas 3 1 2 3

270

350

Menos de 2 segundos

Menos de 2 segundos

Clasificado solo para la aplicación en el extr emo neutro de la conexión en Y (estr ella). P debe conectarse a la posición neutr o. Parámetros aproximados: revise el esquema para conocer los detalles exactos. Menos de 1 segundo disponible como orden especial.

Tabla 1 - Características del VRLTC

Figura 1 - Configuración del conmutador Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 3

Pruebas de prototipo El conmutador de tomas VRLTC y todos sus componentes han pasado por pruebas de duración para comprobar su durabilidad. ABB ha probado el conmutador de tomas según los siguientes estándares internacionales: −− IEEE C57.131-1995 −− IEC 60214 Prueba

Además de las pruebas de diseño requeridas, el sistema de mando del servomotor y el sistema de control y toma de decisiones del TLMS han pasado por pruebas de duración según ANSI C37.90 y EN 61000. En la tabla se enumeran las pruebas específicas realizadas y se encuentra un resumen de los resultados. Descripción 100 operaciones a -25 ºC 100 operaciones a 112 °C

Resistencia mecánica

2.000.000 operaciones a 80 ºC. Preselector reversible de 25 kA (2 seg. RMS), pico de 70 kA Selector de 12,5 kA (2 seg. RMS), pico de 35 kA

Compartimiento de cambio de tomas Corto circuito

Contacto de derivación de 12,5 kA (2 seg. RMS), pico de 35 kA

Aumento de temperatura

1,2 veces la corriente de carga nominal con el 50% de corriente circulante Entre tomas, entre fases

Pruebas dieléctricas

Fase a tierra y a través del conmutador de tomas4

Capacidad de desconexión

Pruebas según IEEE C57.131 y IEC 60214

Servicio

Pruebas según IEEE C57.131 y IEC 60214 100 operaciones a -25 ºC 10.000 operaciones al 85% del voltaje de CA nominal

Prueba de carga mecánica

Se demuestra que los topes de extremo mecánicos evitan la operación más

Servomotor

4

Sobrecarga mecánica

allá de las posiciones finales

Estanqueidad

Cumple con los requisitos de NEMA 3R e IP 44

Emisiones EMC

Cumple con los requisitos de emisiones EMC según IEC 61000-6-4:2006

Inmunidad EMC

Cumple con los requisitos de inmunidad EMC según IEC 61000-6-2:2005

De acuerdo con las calificaciones indicadas en la tabla 1 de la página 3

Tabla 2 — Descripción de las pruebas de prototipo

4 Guía técnica VRLTC | Rev. 7, Feb 28, 2014

10.000 operaciones al 110% del voltaje de CA nominal

Secuencia de conmutación El conmutador de tomas debe establecer la secuencia de apertura y cierre de sus diversos conmutadores y selectores, de modo que la corriente de carga solo se interrumpa dentro del interruptor de vacío. Además, el flujo de electricidad desde el transformador no debe interrumpirse. La siguiente es una descripción de la secuencia de cambio de tomas: Paso 1: Condición de estado estacionario con el conmutador de tomas en la posición de puente número 15L. El interruptor de vacío está cerrado. Ambos conmutadores de derivación están cerrados. Los devanados del autotransformador preventivo AP están conectados en serie y el voltaje en su punto medio es la mitad del voltaje por sección de toma. La corriente circulante fluye en el AP. La corriente de carga fluye por los dos conmutadores selectores y los dos conmutadores de derivación.

Paso 1

Paso 2: Inicio de un cambio de tomas. El conmutador de derivación P2 se abre. La corriente de carga fluye por los dos selectores, los devanados del AP, el interruptor de vacío y el conmutador de derivación P3

Paso 2

Paso 3: El interruptor de vacío se abre e interrumpe la corriente de carga que fluía por el selector P1 y el devanado del AP. Toda la corriente de carga ahora fluye por el lado izquierdo del circuito.

Paso 3

Paso 4: El selector P1 pasa a la posición de toma adyacente (durante este paso no hay flujo de corriente por el selector).

Paso 4

Paso 5: El interruptor de vacío se cierra. Esto permite que la corriente vuelva a fluir por los devanados del AP (P1-P2) y el selector P1. Ahora el conmutador de tomas no está en una posición de puente con ambos selectores en la misma toma.

Paso 5

Paso 6: El conmutador de derivación P2 se cierra y el conmutador de tomas vuelve a la condición de estado estacionario. El conmutador de tomas queda en la posición número 14L. No hay flujo de corriente por el interruptor de vacío. No hay corriente circulante.

Paso 6

Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 5

Configuraciones de conexión

Conmutador de derivición

Devanado del AP o reactor

Devanado del AP o reactor Selector de tomas

Preselector

Figura 2 - Más/Menos

Figura 3 - Grueso/Fino

Figura 4 - Lineal

6 Guía técnica VRLTC | Rev. 7, Feb 28, 2014

Figura 5 - Componentes de la puerta

Perno de guía Clavija de la puerta

Junta de sello

Rampa de la puerta

Características del tanque El conmutador de tomas se aloja en un tanque de acero de servicio pesado herméticamente sellado bajo aceite. Las superficies internas y externas del tanque están revestidas con una pintura epóxica de dos componentes. La superficie externa requerirá una capa de acabado del fabricante del transformador. El tanque del conmutador de tomas cuenta con una brida en la parte posterior para soldarla al transformador. La puerta de la parte frontal del conmutador de tomas está sellada con una junta además de topes para evitar el exceso de compresión de la junta. Se utiliza una rampa de acero inoxidable para levantar la puerta hasta que pueda alinearse con los cuatro pernos de guía de acero inoxidable antes de acoplar las clavijas de montaje. Esta función asegura que la puerta no dañe las clavijas roscadas durante el proceso de acoplamiento de la puerta. El tanque estándar cuenta con un respiradero deshidratante, indicador de nivel de líquido, brida para válvula de drenaje de 2 pulgadas, y provisiones para lo siguiente: − − orificio de llenado por gravedad de 1 pulgada − − orificio de llenado por vacío de 2 pulgadas − − dispositivo de alivio de presión − − relé de aumento rápido de presión − − indicador de temperatura del líquido

Tablero de terminales Un tablero de terminales en epóxico moldeado de una pieza (consulte la Figura 6) funciona como barrera hermética al aceite entre el transformador y el conmutador de tomas. Los cables de toma del transformador y los cables del AP se conectan a las barras de transmisión moldeadas en el tablero. Las barras de transmisión tienen barrenos de paso de 9/16” para aceptar los pernos estándar y así acoplar los cables del transformador. Los montajes del selector de tomas y el preselector reversible se acoplan a este tablero. Durante su funcionamiento, el conmutador de toma se debe ventilar a la atmósfera a través de un respiradero de deshidratación. El tanque del cambiador y el tablero de terminales están diseñados para soportar las diferencias de presión de una atmósfera en cualquier dirección a temperaturas por debajo de 85 °C. El tablero de terminales se ha diseñado para soportar un vacío completo con una presión diferencial máxima de 18,0 psi. Sin embargo, para evitar posibles daños a la junta, se recomienda que el espacio para el gas del transformador y del cambiador estén acoplados al iniciar un vacío.

Figura 6 - Tablero de terminales (lado del transformador)

Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 7

Selector de tomas El selector de tomas consiste en dos conjuntos de contactos móviles impulsados por engranajes de cruz de malta. Dichos engranajes están diseñados exclusivamente para proporcionar una mayor superficie de bloqueo durante un cambio de tomas, que agrega precisión en la posición de toma. Los contactos móviles establecen una conexión entre los contactos fijos de cobre y los anillos colectores. Los contactos móviles del conmutador selector consisten en un conjunto de contactos móviles de contacto independientes accionados por resorte. Los contactos móviles de contacto de cobre endurecido terminan en contactos del tipo botón hechos de plata fina (99,9 porciento de pureza). Los contactos tipo botón se acoplan con las barras de contacto fijo de cobre y el anillo colector fijo de cobre. El movimiento de los contactos proporciona una acción de deslizamiento cada vez que cambia la posición de un contacto. Contactos fijos Los contactos fijos son segmentos de cobre gruesos, empernados a las barras de transmisión que pasan por lel tablero posterior epóxico. El extremo del transformador de la barra de transmisión se conecta al correspondiente cable de devanado del transformador o al cable del reactor (AP). Hay dos contactos fijos conectados a cada una de las nueve barras de transmisión de cobre (por fase). Cuando ambos conjuntos de contactos móviles se acoplan a los contactos fijos en la misma barra de transmisión, el conmutador de tomas no está en una posición de “no hace puente” (consulte la Figura 7). Cuando los conjuntos de contactos móviles se acoplan a los contactos fijos montados en las barras de transmisión adyacentes, el conmutador de tomas está en una posición de “puente” (consulte la Figura 8).

Selector de regulación reversible o preselector reversible El montaje del selector de regulación reversible se encuentra sobre el montaje del conmutador selector. Cuando el transformador utiliza la configuración de circuito de tomas Más/ menos, el selector de regulación reversible. Se utiliza para cambiar la polaridad entre el devanado regulador y el devanado principal, de modo que el devanado regulador se sume o reste al principal. El mecanismo de mando de inversión se acopla con el mando por engranajes de cruz de malta del conmutador selector P1. A medida que el contacto del conmutador selector P1 se eleva de la posición 1L a la posición neutro (o baja de la posición neutro a la posición 1L), el preselector reversible entra en funcionamiento. El selector de regulación reversible utiliza el mismo tipo de contactos móviles de contacto que el selector de tomas. El número de dedos depende de la corriente nominal del conmutador. El selector de regulación reversible nunca interrumpe la corriente de carga. Cuando el transformador utiliza la configuración de circuito de tomas grueso/fino, este se aísla del devanado regulador y se conecta a una sección fija del devanado principal. Esta sección más el devanado regulador pueden sumarse al devanado principal en pasos de voltaje de toma según las preferencias. NOTA: En el lado del transformador del tablero de terminales: −− Para la configuración Más/menos, el conector M a R se monta en cada fase. −− Para la configuración gruesa/fina, el conector M a B se monta en cada fase.

Figura 7 - No hace puente | Figura 8 - Hace de puente | Figura 9 - Selector de regulación reversible en la posición A Figura 10 - Selector de regulación reversible en la posición B

7

9

8

10

8 Guía técnica VRLTC | Rev. 7, Feb 28, 2014

Figura 11 - Configuración de ejes y fases Engranaje cónico (2:1)

Selector de regulación reversible Engranaje helicoidal (2:1)

Eje de mando desde el cabezal de engranajes

Eje de mando interfásico Eje de mando de derivación

Engranaje de cruz de malta

Eje de mando El eje de mando principal sale de la caja del motor e ingresa al tanque de cambio de tomas al lado izquierdo del conmutador de tomas. Dentro de dicho tanque, el eje de mando vertical se conecta con un engranaje cónico. El eje de mando horizontal impulsa los selectores de tomas, selector de regulación reversible, derivaciones e interruptores de vacío individuales mediante los conjuntos de engranajes helicoidales acoplados en cada fase del conmutador de tomas. El eje del motor proviene de la caja del mandomotor, donde se acopla al eje de salida del conjunto de engranajes planetarios. El resultado de todo el sistema de engranaje es que 2 vueltas del eje de transmisión del cabezal de engranajes resulta en un cambio de 1 posición. Si los cambios de posición no son del tipo puente, entonces esto requiere de 4 vueltas del eje de transmisión del cabezal para ejecutar un solo cambio de posición.

Montajes del conmutador de derivación y mecanismo interruptor de vacío Cada fase del montaje del conmutador de derivación y el montaje del interruptor de vacío (IV) está montada en un tablero aislante común. Se ubican frente a cada fase del selector de tomas y son accesibles directamente al abrir la puerta del compartimiento de toma. Este montaje también se denomina “montaje del desviador”. Los conmutadores de derivación están a la izquierda de cada tablero de montaje y el montaje del IV está a la derecha. La función de los conmutadores de derivación consiste en originar cortocircuito el VI en cada posición. Uno u otro conmutador se abrirá para insertar el IV en el circuito que se interrumpirá. A medida que se abre un contacto de derivación, elimina el cortocircuito a través del IV. Esto producirá un mínimo de arco eléctrico en el contacto de derivación.

Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 9

Montaje del conmutador de derivación El montaje del conmutador de derivación consiste en dos conjuntos de contactos móviles y fijos (Figuras 12 y 13). Los contactos móviles se acoplan a los contactos fijos cuando se encuentran en su posición. El contacto móvil al exterior de cada montaje de contactos tiene una punta de arco. El contacto fijo también tiene una. La apertura y cierre del conmutador de derivación ocurre de tal manera que estos contactos de arco son los primeros en conectarse y los últimos en interrumpirse. La apertura de los contactos de derivación desvía la corriente por el IV y le permite interrumpir la corriente por el contacto móvil del conmutador selector antes del movimiento. El contacto de derivación vuelve a cerrarse para originar cortocircuito en el IV y completa el cambio de tomas. Cada apertura y cierre del conmutador de derivación crea una acción de deslizamiento entre los contacto móvil y los postes de contacto fijo. Montaje del interruptor de vacío El montaje del interruptor de vacío (IV) (Figura 14) consiste en el IV (Figura 15), accionadores mecánicos, amortiguadores mecánicos y el transductor óptico con detección de corriente (no se muestra). El IV está diseñado específicamente para la aplicación del conmutador con contactos internos adecuados para los requisitos de durabilidad para la operación del conmutador de tomas. Como parte del mejoramiento de la durabilidad del IV, el montaje utiliza un sistema de amortiguación doble. Este sistema controla la velocidad del

contacto móvil durante la apertura y cierre de los contactos del interruptor. El IV es un cilindro cerámico sellado que contiene un conjunto de contactos. Estos consisten en un contacto fijo y uno móvil, aislados del aceite mediante un fuelle flexible y el cilindro cerámico aislante. El IV ha sido probado en más de un millón de operaciones durante la interrupción de la corriente de carga nominal. El montaje del IV es un mecanismo accionado por leva e impulsado por resorte. El mecanismo accionado por resorte impacta el montaje de eje y pistón, conectado al contacto móvil del interruptor. Este impacto proporciona la fuerza necesaria para abrir los contactos y controlar la velocidad de apertura para completar la operación. Cuando el interruptor alcanza la posición de apertura completa, se engancha hasta que el conmutador selector cambia las tomas. El diseño accionado por resorte también incorpora un mando directo mecánico que abrirá los contactos si la soldadura no permite su apertura normal. Al finalizar el movimiento del selector, el IV se cierra por la fuerza de varios aspectos ambientales incluyendo presión atmosférica, el movimiento de aceite contra los contactos móviles en el fuelle, y la fuerza del resorte aplicada contra los contactos cerrados. La velocidad de cierre también es controlado por un amortiguador mecánico.

Figura 12 - Interruptor de derivación cerrado | Figura 13 - Interruptor de derivación abierto | Figura 14 - Montaje del interruptor de vacío Figura 15 - Macanismo interruptor de vacío

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Módulo de detección de corriente El módulo de detección de corriente detecta el flujo de corriente por el IV. El flujo de corriente por el IV solo es adecuado durante ciertas partes de la secuencia de cambio de tomas; en otros momentos el flujo de corriente indica la presencia de un problema. El módulo de detección de corriente transmite esta información mediante impulsos luminosos por un cable de fibra óptica a un procesador de señales diferenciales, ubicado en la parte inferior del compartimiento del conmutador de tomas. El procesador de señales convierte los impulsos luminosos en una señal diferencial y la transmite al módulo TLMS (consulte la Figura 20). El uso de una señal de voltaje diferencial es

importante porque este tipo de señal es inmune a la disrupción de los campos eléctricos y las perturbaciones transitorias que existen en el entorno de una subestación. La señal informa al módulo TLMS el estado del flujo de corriente, que por su parte determina si el flujo de corriente debe o no debe existir. El TLMS tomará las medidas necesarias según la presencia o ausencia de corriente.

Módulo de detección de corriente

Enlace de fibra óptica Emisor óptico

Receptor óptico

Procesador de señales diferenciales

Figura 16 - Modulo de detección de corriente

Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 11

Figura 17 - Gabinete del motor Bloqued mecánico

Conmutador de modo

Mando digital (oculto en el servomotor)

Caja de mando del servomotor El mando del servomotor (SMD) se aloja en una caja de acero ventilada NEMA 3R, calibre 12. Las superficies internas y externas están revestidas con una pintura de base epóxica blanca. La superficie externa requerirá una capa de acabado del fabricante del transformador. La caja puede montarse justo debajo del tanque del conmutador de tomas en aceite o hasta 60 pulgadas debajo del conmutador de tomas. Los componentes internos del motor también pueden montarse dentro del gabinete de control del transformador. La puerta exterior cuenta con una ventanilla de inspección resistente a Bloqued mecánico

Puntos de conexión del cliente

los rayos UV para permitir la lectura directa del indicador de posición y el contador de operaciones. Detrás de la puerta exterior hay un panel giratorio (consulte la Figura 18) que puede girarse hacia afuera. Este panel permite el acceso directo a los interruptores de control, el panel frontal del TLMS y la manivela. También crea una barrera física entre el operador y los componentes energizados y móviles del sistema de mando. Además, puede abrirse para acceder a los componentes internos del sistema de mando.

Interruptor de elevación/descenso

Interruptor de modo

Retorno a posición neutro

Puerto USB

Figura 18 - Panel giratorio

12 Guía técnica VRLTC | Rev. 7, Feb 28, 2014

Salida GFCI auxiliar

Cabezal de engranajes planetarios

Codificador absoluto multivuelta Módulo TLMS

S

Servomotor Controlador del motor digital Puntos de conexión del cliente Figura 19 - Sistema de servomotor

Sistema de servomotor digital El sistema de servomotor digital consiste en el servomotor, el controlador del motor digital, el codificador absoluto multivuelta y el cabezal de engranajes planetarios (consulte la Figura 19). Este sistema permite el control preciso del conmutador. Por ejemplo, es posible reducir la velocidad del servomotor durante ciertos intervalos del ciclo de cambio de tomas para permitir que el controlador del TLMS evalúe las condiciones de operación antes de que el sistema pase a la posición de toma siguiente. Servomotor El servomotor es un motor de CA sin escobillas montado verticalmente en el compartimiento y conectado directamente al cabezal de engranajes planetarios. Codificador absoluto multivuelta El codificador utiliza varios anillos de códigos, cada cual con una ponderación binaria diferente. Estos anillos proporcionan una palabra de datos que representa la posición exacta del codificador con una precisión de 0,00001 grados. Esta palabra se transmite al módulo TLMS y le permite conocer en todo momento la posición exacta del conmutador en la secuencia de cambio de tomas. En caso de pérdida de potencia, el codificador informa su posición absoluta al módulo TLMS inmediatamente en la puesta en marcha sin necesidad de indexación.

Controlador del motor digital El controlador del motor es un mando digital para servomotores sin escobillas. El mando cuenta con las certificaciones militares 461, 704, 810, 1275 y 1399 además de IEC 60068 y 60079. Se produce una comunicación bidireccional entre el servomotor y el controlador del motor digital. Además de suministrar la potencia del motor y las señales de control, este controlador también controla el estado del servomotor mediante la evaluación de la demanda de potencia y la respuesta del motor. El controlador se comunica con el módulo TLMS. Esto le indicará al módulo la presencia de condiciones anormales dentro del servomotor y el controlador. Cabezal de engranajes planetarios El motor se acopla a un sistema de engranajes planetarios sellados que proporciona una relación de reducción de 10:1 de una sola etapa. Esto reduce los requisitos de torque del motor y de salida de corriente del servo amplificador. La combinación resultante de motor y cabezal de engranajes ofrece un sistema que no requiere mantenimiento y de bajo desajuste. El eje de salida del cabezal de engranajes da dos revoluciones por cambio de toma.

Rev. 7, Feb 28, 2014 | Guía técnica VRLTC 13

Figura 20 - Módulo TLMS

Toma de decisiones y control El conmutador de tomas bajo carga tipo VRLTC es de control digital, por lo tanto no utiliza muchos de los dispositivos de control analógicos tradicionales como los conmutadores de levas. El principal componente del sistema digital es el módulo de monitoreo y control Tap Logic Monitoring System (TLMS) montado dentro del compartimiento del motor. El módulo TLMS proporciona la inteligencia del conmutador de tomas. Recibe y analiza los datos del controlador del servomotor, el codificador absoluto multivuelta, los sensores ambientales y los sensores de corriente del IV. Emite comandos según el análisis. Es posible el acceso remoto del usuario a estos comandos, alertas y advertencias del módulo TLMS mediante los bloques de terminales montados en el compartimiento del motor. El módulo TLMS tiene una pantalla fluorescente de vacío, indicadores LED y botones que permiten que los operadores interactúen con el sistema TLMS. Funciones de control El módulo TLMS controla el estado de los IV mediante los datos de flujo de corriente de los módulos de detección de corriente. La pantalla fluorescente de vacío indicará la presencia de un estado de alarma o alerta o que todo está normal. Los seis botones permiten una navegación cómoda para ver otra información fundamental del conmutador de tomas (para 14 Guía técnica VRLTC | Rev. 7, Feb 28, 2014

obtener información detallada sobre el trabajo con el módulo TLMS, consulte el Manual de Instrucciones del TLMS). Si se produce un funcionamiento incorrecto de un IV, el módulo TLMS emitirá comandos de falla para detener un cambio de tomas, volver a los ajustes de toma anteriores, bloquear el conmutador de tomas y emitir una alarma. El estado de los componentes de mando se controla mediante los datos recibidos del controlador del servomotor. El módulo TLMS registrará una alarma y bloqueará el conmutador en su posición si está por ocurrir una falla del sistema de mando. El módulo TLMS también emitirá señales de alerta para advertir sobre las condiciones fuera del estándar dentro del motor o el TLMS antes de que puedan producir un funcionamiento incorrecto del conmutador de tomas y el bloqueo del conmutador. Funciones de registro El módulo TLMS registra, marca el tiempo y retiene la información sobre cada cambio de tomas y las condiciones ambientales relacionadas. Esta información puede descargarse para ayudar a comprender las condiciones de operación reales en campo.

Funciones de comunicación El módulo TLMS puede comunicarse por tres medios diferentes: salidas de relés, indicadores de posición de toma y USB. Las salidas de relés consisten en indicadores de subir/bajar, alarmas y alertas. Las salidas dobles de 4-20 mA, autoalimentadas hasta 24 voltios, se utilizan para indicar la posición de toma. Esta señal puede enviarse directamente al Beckwith 2025 C, lo cual elimina la necesidad de un transductor de posición, por ejemplo un sistema Selsyn y componentes de acondicionamiento de señales en el gabinete de control. La conectividad USB permite descargar los registros de eventos. Funciones de mantenimiento e inspección La combinación del servomotor, el controlador del servomotor y el módulo TLMS permitirá fácilmente las siguientes acciones durante el mantenimiento o inspección del transformador. Modo de funcionamiento lento El conmutador de tomas puede ponerse en modo de funcionamiento lento con el módulo TLMS. En este modo, se reduce en gran medida la velocidad del cambio de tomas para observar fácilmente las acciones de todos los componentes mecánicos. El conmutador de tomas también puede detenerse en cualquier momento del ciclo para realizar una inspección adicional.

Recomendaciones de servicio La eliminación de muchos dispositivos electromecánicos problemáticos con la inclusión de controles digitales eliminará prácticamente todos los problemas de mantenimiento. Recomendamos el siguiente programa: −− Intervalo de inspección: medio millón de cambios de tomas −− Intervalo de servicio/mantenimiento: un millón de cambios de tomas. Operaciones por día

Capacidad de expansión El diseño del TLMS puede expandirse para satisfacer las cambiantes necesidades de comunicación de datos de la industria eléctrica. En el futuro, el sistema TLMS podrá transmitir datos del conmutador de tomas como alarmas, posición de toma y detalles ambientales mediante los siguientes protocolos: IEC 61850, Protocolo de Red Distribuida (DNP 3.0), Modbus ASCII y RTU. Esta información puede transmitirse por las redes de comunicaciones existentes. Registro de eventos El módulo TLMS registra todos los eventos del conmutador de tomas. Esta información puede descargarse directamente desde el módulo TLMS mediante la interfaz USB. Luego de la descarga, los datos pueden analizarse con fines técnicos o de mantenimiento. Los siguientes datos están disponibles como mínimo: marca de tiempo de cada evento registrado, cada cambio de toma (posición de toma, hora y fecha de cambio), temperatura y humedad del compartimiento del motor y datos de alarma y alerta. Retorno a posición de servicio La operación del interruptor de retorno a posición de servicio, ubicado en el panel del gabinete del motor, o un interruptor remoto regresará el conmutador a la posición de servicio. Esta función elimina la molestia de regresar el conmutador a su posición de servicio paso a paso con el interruptor de subir/ bajar.

Con el servicio normal del transformador, el intervalo de inspección se alcanzará en unos 40 años y el intervalo de mantenimiento en más de 50. En la Tabla 2 se señalan los años necesarios para el primer período de inspección y el primer período de mantenimiento en comparación con el número de cambios de toma por día.

Operaciones por año

Intervalo de inspección (años))

Intervalo de servicio (años)

20

7,300

69

137

30

10,950

46

91

40

14,600

34

68

60

21,900

23

46

80

29,200

17

34

100

36,500

14

27

120

43,800

11

23

140

51,100

9.8

20

160

58,400

8.6

17

180

65,700

7.6

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Tabla 2 - estimación de los intervalos de servicio frente a las operaciones de tomas

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Componentes mecánicos del SMD El eje de salida del cabezal de engranajes impulsa el eje de salida del motor y los componentes de apoyo estándar y opcionales. Cuando se formularon los estándares IEEE e IEC existentes de conmutadores de tomas en carga, no se consideró el concepto de control digital. El control y operación digital del conmutador de tomas tipo VRLTC deja obsoletos muchos de los controles electromecánicos requeridos por los estándares o utilizados históricamente. Entre estos componentes se incluye la manivela, el conmutador de posición de toma, los interruptores terminales, los topes de extremo mecánicos, el indicador de posición y los tableros indicadores de posición giratoria. En cuanto a la indicación de posición de toma: el módulo TLMS conoce la posición exacta de los selectores de tomas en todo momento. La posición puede leerse directamente en la pantalla del TLMS o mediante la señal de salida de posición de toma del módulo TLMS (salidas dobles de 4-20 mA). El cabezal de engranajes y los componentes auxiliares se montan en una placa de aluminio fundido. Todos los ejes (salvo el eje del indicador y el del brazo de parada) están montados en la placa con cojinetes de bolas sellados. Es posible el accionamiento manual del conmutador de tomas con el engranaje cónico de 5:1 conectado al eje de salida del cabezal de engranajes. Diez revoluciones de la manivela mueven el conmutador de tomas una posición. El acceso al mecanismo de manivela está bloqueado durante la operación normal. Para acceder a esta función, el interruptor de modo debe estar en modo de manivela. La opción de funcionamiento lento del TLMS hace innecesario el accionamiento manual. El eje que impulsa la leva en la posición de toma y el codificador absoluto multivuelta se conectan a la salida del cabezal de engranajes mediante una reducción de engranajes de 2:1. Este eje gira 360° por cada operación de cambio de tomas. Se utiliza un mecanismo de cruz de malta para operar los demás componentes mecánicos, impulsado por un piñón conectado al engranaje de una sola vuelta. Mientras el conmutador de tomas está en una posición de toma, el pasador de accionamiento de cruz de malta se acopla en la ranura. Este método de operación permite el movimiento del engranaje de cruz de malta al comenzar inmediatamente una operación de cambio de tomas. Esta implementación también genera un movimiento de dos pasos durante cada cambio de tomas, con la rotación del engranaje de cruz de malta detenida en la mitad de cada operación mientras se acopla a la superficie de traba. Los interruptores terminales y los topes de extremo mecánicos son impulsados por una leva montada en el engranaje de cruz de malta. La superficie exterior de la leva activa los primeros y los segundos son impulsados por una leva y un seguidor de leva de pista cerrada. Estos interruptores no se utilizan para controlar la posición del sistema de mando del servomotor. Solo se utilizan como señalización del cliente.

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Información de ingeniería eléctrica El reactor (AP o autotransformador preventivo) El autotransformador preventivo (AP) es un reactor con núcleo abierto que proporciona la impedancia de conmutación para un conmutador de tipo reactivo. Es parte del diseño del transformador y se ubica en el compartimiento de aceite del mismo, como dispositivo auxiliar. Lo suministra el fabricante del transformador. Debe cumplir con los siguientes requisitos: −− Las bobinas P1-P2 y P3-P4 deben aislarse entre sí por 110 kV BIL. −− Con el conmutador en una posición de puente, el voltaje de toma de devanado de RV debe producir una corriente circulante en el AP, idealmente del 50 porciento de la corriente nominal del transformador. −− La corriente de excitación del Auto Preventivo debe ser limitada entre el 30 porciento y el 60 porciento cuando la carga máxima del transformador está pasando a través del cambiador a la clasificación máxima del transformador con un factor de potencia de carga de 0.8 Resistencias de interconexión Cuando opera el preselector reversible o selector de regulación reversible, el devanado con puntos intermedios se desconecta por un tiempo breve. Luego, el voltaje de los devanados circundantes y las capacitancias hacia ellos o la pared/núcleo del tanque determinan el voltaje de dicho devanado. Para ciertas instalaciones, voltajes y capacitancias de devanado, el voltaje capacitivo controlado alcanzará una magnitud de 20 kV para el preselector de regulación reversible. En estos casos deben conectarse resistencias de control de voltaje denominadas resistencias de interconexión. La resistencia de interconexión se conecta entre la mitad del devanado con puntos intermedios y el punto de conexión de la parte posterior del compartimiento del conmutador. Esto quiere decir que se produce una disipación continua de la potencia en las resistencias, lo cual aporta a las pérdidas sin carga del transformador. Por lo tanto, las resistencias también deben estar dimensionadas para la disipación de potencia.

Notas

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