Especificación del transformador eólico marino: rocío salino, peso de la plataforma y armónicos del convertidor

Un contratista de plataforma nos envió una vez una especificación de unidad de exportación de 132 kV con noventa páginas de requisitos eléctricos y una sola línea sobre transporte: peso máximo de elevación, 240 toneladas. Nuestro primer diseño pesaba 262 toneladas con aceite. Rehicimos el depósito y dividimos el conservador, logrando un envío de 238 toneladas. La especificación eléctrica nunca cambió. El número que determinó el diseño fue el límite de la grúa.

La energía eólica marina sigue estableciendo récords que los equipos de adquisición terrestres aún no han alcanzado. En 2025, 9,3 GW de nueva capacidad eólica marina se conectaron a la red en todo el mundo , lo que eleva el total mundial a 92,5 GW , y la potencia media por turbina instalada superó por primera vez los 10 MW, según el Informe global sobre energía eólica marina 2026 de GWEC . Cada megavatio de esa cifra pasa por al menos dos transformadores: una unidad elevadora en la turbina o en la plataforma de la matriz, y un transformador de exportación que eleva el voltaje de recolección a 132 kV o 220 kV para el cable submarino.

La mayoría de los transformadores de exportación pedidos hoy se especifican como un transformador de potencia terrestre, con un sistema de pintura más robusto. Ahí es donde los proyectos sufren daños. Tres restricciones distinguen a un transformador eólico marino de cualquier transformador instalado en un recinto vallado en tierra: la sal, el peso y la firma armónica de la electrónica de potencia.

 

 

La función de recolección y la función de exportación no son la misma tarea

 

Un transformador de recolección opera a 33 kV o 66 kV y soporta la salida combinada de ocho a quince turbinas. Un transformador de exportación pasos que elevan el voltaje de recolección hasta el nivel de transmisión —típicamente 132 kV, 220 kV o 275 kV— y transportan toda la granja eólica mediante un único activo. En un proyecto de 1 GW, esto suele significar dos o tres unidades de la clase de 300 MVA funcionando en paralelo, o una única unidad de 400 MVA respaldada por una estrategia de repuesto que la mayoría de los propietarios no pueden justificar.

El perfil de carga es lo que modifica el diseño. Una unidad elevadora de generador terrestre en una planta térmica opera de forma estable al 85–95 % de su carga durante décadas. Una unidad marina sigue al viento: carga media del 40 %, largos periodos al 20 % y semanas al 100 % cuando sopla el viento y el cable de exportación está disponible. Este ciclo térmico de tal amplitud somete al aislamiento y a la estructura de sujeción de una manera que nunca experimenta una unidad de base cargada. precisamente por este motivo, ajustamos la presión de sujeción de los devanados y el par de apriete de los pernos del núcleo para servicio cíclico, no para servicio continuo.

La impedancia es la decisión silenciosa. Una impedancia del 12,5 % en una unidad de 180 MVA, 220/66 kV limita la corriente de cortocircuito en el cuadro de conmutación de la plataforma, pero también incrementa la caída de tensión bajo carga y absorbe potencia reactiva que la plataforma tiene escasa capacidad para reemplazar. Por lo tanto, la impedancia debe acordarse previamente con los ingenieros especializados en cables y cuadros de conmutación antes de fijar el diseño del transformador. Obsérvese también que IEC/IEEE 60076-16 abarca transformadores para aplicaciones en turbinas eólicas hasta 72,5 kV; normalmente, la unidad de exportación queda fuera de su alcance y se especifica según IEC 60076-1, con un suplemento propio del proyecto.

Niebla salina: la protección contra la corrosión es una especificación, no un color de pintura

 

La atmósfera marítima se clasifica como C5-M o CX según la norma ISO 12944. Esta clasificación no es meramente decorativa: establece un espesor mínimo de película seca, un sistema de recubrimiento y una duración de ensayo —normalmente 1.440 horas de niebla salina neutra para C5-M y considerablemente más para CX. Un tanque pintado con un sistema terrestre C3 mostrará ampollas en las zonas adyacentes a las soldaduras en el plazo de dos o tres años en una plataforma del Mar del Norte.

Un sistema viable C5-M consta de una imprimación rica en cinc de aproximadamente 80 µm, una capa intermedia de epoxi de 120 µm y una capa final de poliuretano de 60 µm —unos 260 µm en total. Para CX, el mismo sistema pasa a 320 µm o más, con aplicaciones localizadas (stripe coats) en todas las soldaduras, tornillos y bordes, porque son precisamente esos lugares donde protección contra la corrosión el espesor disminuye primero.

La pintura representa la mitad del trabajo. Los accesorios galvanizados en caliente o de acero inoxidable 316, las arandelas de aislamiento entre los tornillos de acero inoxidable y los enfriadores de aluminio, un respiradero que impide que el aire cargado de sal penetre en el conservador y los armarios IP66 para los equipos de monitorización deben incluirse en la misma cláusula. En nuestra fábrica, la discusión con los contratistas de plataforma casi nunca versa sobre el devanado; se centra en si el soporte de la placa de características, los bornes de puesta a tierra y la placa de entradas de cables fueron incluidos en el programa de recubrimiento.

Peso y la interfaz con la plataforma

 

Una plataforma tiene un presupuesto de peso máximo establecido por la estructura de la parte superior y la grúa de la embarcación de instalación. El transformador suele ser el elemento individual más pesado de dicha plataforma, y cada kilogramo que supere el límite de elevación debe eliminarse del diseño: no es negociable con el operador de la grúa. La tabla 1 presenta un desglose realista para una unidad de exportación de 180 MVA, 220/66 kV. Los valores son típicos, no universales, pero las proporciones se mantienen.

Componente	Masa típica (t)
Núcleo y devanados	104
Depósito, tapa y rigidizadores	42
Aceite aislante	58
Radiadores y ventiladores de refrigeración	12
Casquillos y accesorios	6
Chasis base y patines de elevación	4
Total, lleno de aceite	226

De esa tabla se derivan dos decisiones. Primero, si la unidad se transporta llena de aceite o drenada, con el aceite en tambores. El drenaje elimina de 50 a 60 toneladas del peso de elevación, lo que puede marcar la diferencia entre una grúa estándar y una grúa de elevación pesada; como contrapartida, se requiere inertización con nitrógeno, sujeción para el transporte y una secuencia de puesta en servicio más larga en la plataforma. Segundo, la ubicación del centro de gravedad. La marcación del centro de gravedad, las posiciones de los puntos de elevación y los patines de elevación constituyen datos de interfaz que el ingeniero estructural necesita durante la revisión de planos, no al momento del embarque.

 

 

Las cargas de transporte constituyen un caso de diseño independiente. Las especificaciones del proyecto suelen exigir 3 g de aceleración vertical y 2 g de aceleración longitudinal durante el transporte marítimo, que es más severo que el caso sísmico en la mayoría de los emplazamientos europeos. La sujeción del núcleo, la sujeción del devanado y el arriostramiento interno del depósito deben verificarse frente a esta condición, y dicha verificación debe incluirse en el informe de diseño, no en una nota de envío.

Armónicos del convertidor y margen térmico

 

Un transformador de exportación en una moderna planta eólica marina rara vez recibe una onda senoidal limpia durante mucho tiempo. Los enlaces HVDC, los STATCOM y los convertidores de las turbinas inyectan armónicos que calientan los devanados mediante pérdidas por corrientes parásitas, y el espectro varía según la configuración de la red. La norma IEEE C57.110 establece el cálculo del factor de pérdidas por armónicos; el resultado práctico es bien una reducción de la potencia nominal o bien una clase de refrigeración mejorada.

Aquí está la parte que la mayoría de los compradores pasan por alto. La clase de refrigeración no es una etiqueta fija. Una unidad ONAN/ONAF que soporta 180 MVA con los ventiladores en marcha puede soportar solo 130 MVA con los ventiladores apagados. Si la plataforma requiere redundancia de ventiladores N+1, el transformador debe demostrar su potencia nominal con un grupo de refrigeración fuera de servicio; y ese requisito modifica el área del radiador, las dimensiones del depósito y, finalmente, el peso que la grúa debe levantar. La refrigeración, el peso y la potencia nominal son un solo problema, no tres.

El aumento de temperatura es el valor al que hay que exigirle al proveedor. Un aumento de 65 K a una temperatura ambiente de 40 °C parece generoso hasta que la unidad se instala dentro de un recinto acústico donde el aire local alcanza los 50 °C. Las unidades offshore suelen requerir un diseño de 60 K o una corrección explícita de la temperatura ambiente en la garantía, porque la diferencia entre 60 K y 65 K equivale aproximadamente al ocho por ciento de la potencia nominal continua. Armónicos del convertidor hacen que ese margen tenga más importancia, no menos: las pérdidas armónicas se concentran en el mismo punto crítico de calor contra el cual se redacta la garantía.

Pruebas de fábrica que realmente predicen la supervivencia en entornos marinos

 

Un certificado de prueba rutinaria demuestra que la unidad coincide con su diseño. No demuestra que la unidad sobrevivirá veinticinco años de ciclos térmicos y exposición a sal. Para trabajos marinos, la prueba de aceptación en fábrica de un transformador para aerogeneradores marinos debe incluir los elementos siguientes, observados por el ingeniero del propietario o por una tercera parte como DNV o Bureau Veritas.

• Relación y polaridad en cada toma, además de la resistencia de devanado por fase

• Impedancia y pérdidas bajo carga al 100 % y al 50 % de la corriente nominal, así como pérdidas en vacío y corriente en vacío

• Elevación de temperatura al 100 % y al 110 % de la potencia nominal, registrándose el gradiente de temperatura en los devanados

• Descargas parciales a 1,3 Um/√3, con un límite de 100 pC para unidades inmersas en aceite

• Impulso de rayo en el devanado de alta tensión, además de una prueba de vacío y presión en el depósito

• Nivel de ruido a 1 m, típicamente entre 75 y 80 dB(A) para esta potencia nominal

• Rigidez dieléctrica del aceite, además de muestreo de análisis de gases disueltos (DGA) tras la prueba de elevación de temperatura

Dos de ellos merecen más atención de la que suelen recibir. La descarga parcial es el mejor indicador individual de defectos en el aislamiento que aparecen tras un año de ciclado. El análisis de gases disueltos (DGA) tras el aumento de temperatura —no antes— detecta sobrecalentamientos locales que las termocuplas nunca registraron. aplicamos ambos ensayos en cada unidad de clase exportación e incluimos los valores medidos en el informe, en lugar de una mención genérica de aprobación.

Qué incluir en la especificación del transformador para parques eólicos marinos

 

Si está redactando la especificación para un transformador eólico marino , estas cinco cláusulas aportan mayor valor que otra página de requisitos generales.

• Límite de peso para transporte y radio de elevación de la grúa, indicados como valores fijos con la condición del aceite definida.

• Sistema de recubrimiento según categoría ISO 12944, con espesor total de película seca (DFT), requerimiento de recubrimiento de franjas y duración de ensayo en niebla salina.

• Redundancia de refrigeración expresada como una potencia nominal con un grupo de refrigeración fuera de servicio, a la temperatura ambiente real de la plataforma.

• Espectro armónico del convertidor y del proveedor de HVDC, con cálculo obligatorio del factor de pérdidas en la oferta.

• Derechos del testigo FAT, límite de PD y punto de muestreo DGA tras la prueba de elevación de temperatura.

Dónde encaja Ryan Electric

 

Hemos fabricado transformadores sumergidos en aceite y transformadores secos en Jiangsu desde 2007, en una instalación de 120 000 m² equipada con más de 180 conjuntos de equipos de producción y ensayo, y contamos con 37 patentes que cubren el diseño de devanados y sistemas de refrigeración. Desde 2023 operamos como socio oficial de empresa conjunta de Eaton, lo que somete nuestra documentación y control de procesos a un régimen de auditoría por parte del socio, no a uno de auditoría por parte del cliente.

Para proyectos costeros y marítimos, el recubrimiento se aplica internamente, de modo que el sistema C5-M y las capas de franja permanecen bajo nuestro control; además, cada unidad de clase exportación pasa por mediciones de descarga parcial y análisis DGA posterior a la elevación de temperatura antes de salir del taller. Nuestros ingenieros revisarán, junto con sus equipos de estructuras y cables, el conjunto de planos de interfaz de plataforma antes de fijar el diseño del depósito. Cuanto antes tenga lugar dicha conversación, mayor será el ahorro de peso y menor su costo.

Si está especificando un transformador eólico marino o una unidad de exportación costera, envíe la clasificación, el límite de peso de la plataforma, la temperatura ambiente y el espectro armónico. Le enviaremos un desglose del peso, un programa de recubrimiento y un plan de ensayos: los tres documentos que determinan si la unidad es compatible con la plataforma antes de que nadie discuta sobre el precio. Póngase en contacto con el equipo a través de ryan-transformers.com o en [email protected].

Acerca del autor: Este artículo fue redactado por el equipo de ingeniería de transformadores de Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), socio conjunto de Eaton y fabricante certificado por UL/CSA de transformadores sumergidos en aceite, de tipo seco y montados sobre pedestal, que presta servicios a proyectos de servicios públicos, energías renovables e industriales en Norteamérica, Europa, Oriente Medio y Asia Sudoriental.