Interruptor de soldadura especial para turbinas eólicas

En una instalación típica, la fuente de energía de baja tensión (LV) (es decir, un parque eólico con N grupos de interruptores de soldadura especiales para generadores de turbinas eólicas) está conectada a la red de alta tensión (HV). Cada turbina eólica tiene un transformador elevador de baja tensión/media tensión (LV/MV) y cada grupo de generadores de turbinas eólicas está conectado a través de un disyuntor de MT (MV CB) al bus de la subestación de HV/MV.

En la mayoría de las instalaciones, ambos neutros del transformador de AT/MT están conectados a tierra de forma sólida. Por este motivo, la coordinación del aislamiento con los pararrayos se basa en los sistemas de neutros conectados a tierra de forma sólida para el lado de MT y el lado de AT de la red. En caso de una falla a tierra entre el transformador elevador de BT/MT y el disyuntor de MT, la apertura de este disyuntor desconectará el circuito de la red.

Esto también eliminará la referencia de tierra para ese circuito mientras que el interruptor de soldadura especial para generadores de turbinas eólicas continúa funcionando debido a su inercia rotatoria. Debido a la conexión en delta de los devanados del transformador elevador de BT/MT en el lado de MT, la tensión de fase a tierra en las fases no afectadas aumentará a una tensión estacionaria de 1,73 veces el valor original. Antes de que se alcance la tensión estacionaria, debido a las capacidades del alimentador aislado, también se pueden esperar sobretensiones temporales con un valor aún mayor.

Estas sobretensiones pueden dañar los componentes expuestos de la instalación. Esto debe evitarse aunque la capacidad inherente de TOV y RRRV de los interruptores de vacío puede ayudar a reducir o eliminar la necesidad de componentes adicionales, como condensadores de sobretensión para una mayor amortiguación, condensadores de amortiguación, etc. La solución preferida para evitar esta condición es el uso de un interruptor de puesta a tierra rápida (GS) en combinación con el disyuntor de media tensión. El interruptor de puesta a tierra se coloca en el lado "B" del disyuntor respectivo para cerrar el interruptor de puesta a tierra directamente después de la operación de apertura del disyuntor para poner a tierra el circuito. Después del cierre del interruptor de puesta a tierra, fluirá una corriente de falla impulsada por el alimentador aislado a medida que el interruptor de soldadura especial para turbinas eólicas continúa generando energía. Sin embargo, el valor de esta corriente de falla será menor que la corriente de falla monofásica disponible de la red. Por lo tanto, la clasificación del interruptor de puesta a tierra puede ser menor que la corriente de cortocircuito nominal del disyuntor.

Al definir la diferencia de tiempo entre la apertura del disyuntor y el cierre del interruptor de puesta a tierra, se deben tener en cuenta dos elementos clave. Debido a la velocidad de aumento de la sobretensión después de una interrupción de la falla monofásica, la diferencia de tiempo debe ser corta. El cierre del interruptor de puesta a tierra debe ocurrir cuando el disyuntor haya eliminado la corriente de falla monofásica, incluso para tiempos de arco prolongados (situación de peor caso: falla monofásica asimétrica). Para cubrir adecuadamente ambas circunstancias, la diferencia de tiempo entre la parte de contacto de los contactos del disyuntor y el contacto de contacto de los contactos del interruptor de puesta a tierra debe mantenerse en el rango de 12 a 16 ms.

Para validar la solución, no solo se requirieron pruebas de calificación para los elementos clave, sino que también se realizaron pruebas adicionales enfocadas en la combinación de los dos elementos. Existe una diferencia marginal en el ángulo de subida de la corriente poco antes del cero de corriente y la interrupción; sin embargo, para la interrupción con interruptores de vacío, este efecto es insignificante. Los parámetros del peor caso para demostrar otros aspectos del rendimiento del interruptor, como la carga del cable, la corriente continua, el dieléctrico y la resistencia eléctrica y mecánica, se seleccionaron de manera similar de ambas normas.

El interruptor de soldadura especial de puesta a tierra para la parte de la turbina eólica de la solución se probó de manera similar, donde se utilizaron los parámetros del peor caso. Dado que el disyuntor y el interruptor de puesta a tierra están vinculados directamente, la prueba de resistencia mecánica del interruptor de puesta a tierra se realizó con 10,000 ciclos para que coincida con la clasificación M2 del disyuntor. Para el interruptor de puesta a tierra, esta tarea excede el requisito habitual por un factor de cinco. Además, el interruptor de puesta a tierra se sometió a la misma prueba de baja temperatura para demostrar el rendimiento hasta menos 50 ºC (menos 58 ºF).

Una vez finalizadas las pruebas de diseño de acuerdo con las normas pertinentes de la industria, se realizaron pruebas adicionales para demostrar el rendimiento de la combinación. La más crítica de las cuales validó el tiempo entre la apertura del disyuntor y el cierre del interruptor de soldadura especial de puesta a tierra para turbinas eólicas. El tiempo entre la parte de contacto de los contactos del disyuntor y el contacto de los contactos del interruptor de puesta a tierra es crucial para el funcionamiento adecuado de la combinación. Si el tiempo se diseña demasiado pequeño, la corriente de falla puede no interrumpirse antes de que se cierre el interruptor de puesta a tierra, y aunque el interruptor de puesta a tierra se cierre según sea necesario, puede que no vuelva a abrirse debido a la soldadura de los contactos. Alternativamente, si el tiempo es demasiado largo, puede producirse una sobretensión después de la interrupción durante más tiempo del que los pararrayos pueden tolerar, lo que provoca daños en los pararrayos. Se tuvo especial cuidado en medir este parámetro de tiempo en todo el rango de tolerancias de fabricación permitidas y en una variedad de condiciones ambientales.

Otra capacidad demostrada fue que el interruptor especial de soldadura de puesta a tierra para el servicio de operación de turbinas eólicas no se vio afectado por el disyuntor al interrumpir la corriente de falla nominal máxima. Bajo ciertas condiciones, el interruptor de vacío puede no eliminar la falla en el primer cero de corriente después de un bucle principal, pero interrumpe después del siguiente bucle menor. La prueba demostró que el interruptor especial de soldadura de puesta a tierra para turbinas eólicas realiza esta tarea sin soldadura de contacto.

Inspección subjetiva
La inspección manual de soldaduras proporciona únicamente una estimación de los valores de medición. Además, las características del perfil de soldadura, como la convexidad, el refuerzo y el espesor teórico de la garganta, también muestran aún más subjetividad. Existen problemas debido a la diferencia inherente entre los inspectores de soldaduras. Esto da como resultado una baja repetibilidad y reproducibilidad.
 

Tipos de soldadura no convencionales
Un ejemplo de una configuración de unión que es cada vez más común en muchas industrias es un interruptor de soldadura especial de filete oblicuo para turbinas eólicas; sin embargo, es difícil de medir con los medidores manuales disponibles. Los desafíos y las actividades que requieren mucho tiempo incluyen medir los ángulos reales y luego calcular las longitudes de las patas de soldadura requeridas y los valores teóricos de garganta utilizando una regla de cálculo manual.
 

Medición de longitud de soldadura completa
La inspección visual tradicional suele implicar observar la longitud total del interruptor de soldadura especial para la turbina eólica y luego medir en lugares específicos. Esto requiere mucho tiempo y deja abierta la posibilidad de pasar por alto defectos donde no se realizó ninguna medición.
 

Accesibilidad
Aunque la mayoría de los medidores de soldadura manuales tradicionales son pequeños, hay casos en los que la accesibilidad es un problema. Para utilizarlos adecuadamente, el medidor debe colocarse sobre el material base sobre la soldadura y debe verse claramente desde todos los ángulos para interpretar los resultados correctamente. A veces, debido a problemas de diseño o ubicación de la junta, no siempre es posible utilizar un medidor de soldadura tradicional.
 

Inspección sin contacto de piezas calientes
Por razones de seguridad, la inspección con los calibres de soldadura tradicionales normalmente debe realizarse después de que la pieza se haya enfriado para evitar la posibilidad de quemaduras. Características difíciles de cuantificar, por ejemplo, el radio y el ángulo de la punta de la soldadura, el socavado y la relación entre la altura y el ancho de la soldadura.

Para que un interruptor especial de soldadura para aerogeneradores genere el rendimiento óptimo, el rotor debe estar orientado perpendicularmente al viento. Cada vez que cambia la dirección del viento, el rotor y la góndola se ajustan. Si la góndola gira en la misma dirección durante un período prolongado, el cable que lleva la energía desde el generador hasta la torre puede torcerse. Los interruptores de límite de engranaje con codificadores rotatorios detectan la rotación de la góndola y pueden detener el movimiento en cualquier dirección si es necesario. El ángulo de las palas del rotor afecta a la sustentación, que a su vez también influye en el rendimiento energético. Aquí también, los interruptores de límite de engranaje especiales para soldadura para aerogeneradores permiten un ajuste preciso del ángulo de rotación. Varios interruptores de acción rápida se combinan en un interruptor de leva. Los interruptores señalan posiciones críticas al sistema de control de nivel superior para el ajuste de inclinación y guiñada.

La automatización de la soldadura se ha vuelto cada vez más importante en la fabricación de torres eólicas, ya que puede mejorar la eficiencia, la productividad y la calidad al tiempo que reduce los costos y minimiza los riesgos asociados con la soldadura manual.

Las torres eólicas suelen estar formadas por grandes secciones de acero tubular que deben soldarse entre sí para crear la estructura final. Estas soldaduras deben ser precisas y lo suficientemente resistentes como para soportar las condiciones extremas a las que están expuestas las turbinas eólicas. La automatización de la soldadura puede ayudar a garantizar la calidad y la consistencia de estas soldaduras, al tiempo que acelera el proceso de fabricación.

Existen varios tipos de tecnologías de automatización de la soldadura que se pueden utilizar en la fabricación de torres eólicas, como sistemas de soldadura robóticos, máquinas de soldadura automatizadas y manipuladores de soldadura. Estos sistemas pueden realizar una variedad de tareas de soldadura, desde la soldadura de costuras en el exterior de la torre hasta la soldadura de las conexiones internas entre las secciones de la torre.

La soldadura desempeña un papel crucial en la construcción de torres eólicas. Las torres eólicas suelen estar hechas de acero y se utilizan ampliamente interruptores de soldadura especiales para turbinas eólicas para unir los diferentes componentes de la torre. Las secciones de la torre suelen estar hechas de placas de acero laminadas, que se unen entre sí mediante una variedad de técnicas de soldadura, incluida la soldadura por arco y la soldadura por gas. En algunos casos, también se puede utilizar la soldadura para unir soportes u otros componentes a la torre.

La soldadura es importante en la construcción de torres eólicas porque ayuda a garantizar la integridad estructural de la torre. La torre debe poder soportar vientos fuertes y otras tensiones ambientales, por lo que la soldadura debe ser de alta calidad y cumplir con estándares estrictos. El interruptor de soldadura especial para turbinas eólicas también es importante para garantizar la longevidad de la torre, ya que ayuda a prevenir la corrosión y otras formas de daño.

La soldadura es un componente fundamental en la construcción de torres eólicas y desempeña un papel importante a la hora de garantizar la seguridad, la durabilidad y la fiabilidad de estas importantes estructuras. Los rotadores de soldadura y los posicionadores de soldadura son dos tipos de equipos que se utilizan habitualmente en la soldadura para ayudar a manipular y posicionar piezas de trabajo grandes o pesadas.

Los rotadores de soldadura se utilizan para hacer girar piezas de trabajo cilíndricas, como tuberías o tanques, durante la soldadura. Los rotadores constan de dos o más rodillos motorizados que están montados en un marco y se pueden ajustar para adaptarse al tamaño de la pieza de trabajo. La pieza de trabajo se coloca sobre los rodillos, que la hacen girar de forma lenta y constante a medida que se suelda, lo que garantiza soldaduras uniformes y consistentes.

Por otro lado, los posicionadores de soldadura se utilizan para colocar las piezas de trabajo en la orientación óptima para la soldadura. Consisten en una mesa o plataforma que se puede inclinar o girar para permitir que el soldador acceda a todos los lados de la pieza de trabajo sin tener que moverse alrededor de ella. Esto puede ser particularmente útil para soldar piezas de trabajo grandes o pesadas, ya que permite al soldador trabajar de manera más eficiente y segura.

Tanto los rotadores de soldadura como los posicionadores de soldadura pueden ayudar a mejorar la calidad y la eficiencia de la soldadura al proporcionar un mejor acceso a la pieza de trabajo y permitir soldaduras más uniformes y consistentes. Son particularmente útiles para soldar estructuras grandes o complejas, como recipientes a presión o torres eólicas, y pueden ayudar a reducir el tiempo y la mano de obra necesarios para este tipo de proyectos.

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