Fusibles y protección contra la fauna para transformadores montados en pedestal: una lista de verificación para las empresas eléctricas destinada a reducir las interrupciones

Un equipo en el centro de Oklahoma abrió una unidad montada sobre pedestal el pasado mes de noviembre, la cual había activado su alimentador dos veces en una semana. El transformador estaba en buen estado. Una ardilla había conectado los bornes de alta tensión, provocando una descarga eléctrica y dejando un rastro de carbono que volvió a provocar una descarga en cada reconexión automática. Dos interrupciones, un solo animal, cero fallas en los devanados y un informe de confiabilidad que aún señalaba a la unidad como la causa del problema.

Nosotros fabricamos estas unidades, así que trate ese sesgo con escepticismo. Pero el patrón es difícil de refutar: la mayoría de las intervenciones en unidades montadas sobre pedestal sobre las que se nos consulta no comienzan dentro del tanque. Ocurren en la frontera: en la fusible que protege al transformador y en el compartimento diseñado para evitar que la fauna acceda a él.

 

 

 

Dos modos de falla que explican la mayoría de las intervenciones en unidades montadas sobre pedestal

Fusible para transformadores montados sobre pedestal es el primero. El fusible principal es el único dispositivo que se interpone entre una falla secundaria y un transformador que debe reemplazarse con un plazo de entrega medido en meses. Si su calibre es demasiado pequeño, se abre cada vez que un alimentador vuelve a cerrarse tras una tormenta, debido a la conexión de carga en frío. Si su calibre es demasiado grande, queda por encima de la curva de falla en derivación, lo que significa que el transformador absorbe las fallas que el fusible debía despejar.

El segundo es la fauna silvestre. Los pozos de aisladores, las placas divisorias y el espacio entre el techo del recinto y el compartimento de cables constituyen todos puntos de entrada. Una mapache atraviesa una abertura de 75 mm sin reducir su velocidad. Una serpiente ni siquiera necesita una abertura si el gabinete cuenta con una zanja para cables por debajo del nivel del terreno.

Ninguna de estas dos fallas aparece en una revisión rutinaria de diseño eléctrico, porque ambas ocurren en la zona intermedia entre la especificación del transformador y los ajustes de protección de la compañía eléctrica. Como fabricante de transformadores tipo poste el ingeniero de aplicaciones, las preguntas que recibimos en las últimas dos semanas antes del envío casi siempre versan sobre estos dos aspectos.

 

Lea la curva de falla a través antes de leer la tabla de fusibles

Toda decisión sobre el tamaño de un fusible comienza con una curva, no con una tabla. IEEE C57.109 define durante cuánto tiempo puede soportar un transformador sumergido en líquido un múltiplo determinado de su corriente nominal antes de que comience a acumularse daño; el alcance y el estado figuran en la Página IEEE C57.109-2018 . La guía presenta curvas de coordinación para cuatro categorías de transformadores, y dichas curvas consideran tanto la carga térmica como el esfuerzo mecánico que una falla ejerce sobre los devanados.

A continuación se indica el dato que lo hace concreto. Considere una unidad de 1 000 kVA con primario en delta de 12,47 kV, secundario de 480 V e impedancia del 5,75 %. La corriente nominal primaria es de 46 A. La corriente nominal secundaria es de 1 203 A, y una falla franca en los bornes secundarios genera aproximadamente 20,9 kA antes de considerar la impedancia del cable. El fusible debe interrumpir dicha falla antes de que la corriente primaria vista por el transformador cruce su curva C57.109, y también debe soportar la corriente de magnetización transitoria durante la siguiente puesta en servicio.

Esos dos requisitos tiran en direcciones opuestas. Esa tensión constituye toda la tarea, y es la razón por la que un cronograma de fusibles copiado de un proyecto anterior representa un riesgo, no un atajo.

 

Los tres números detrás de la elección de un fusible tipo bayoneta

La mayoría de los transformadores montados sobre pedestal en Norteamérica utilizan un fusible tipo bayoneta NEMA Tipo B en el compartimento de alta tensión, y las calificaciones disponibles en la mayoría de las compañías eléctricas van desde 8 A hasta 200 A. Tres números determinan cuál se instala.

Corriente a plena carga. A partir de la potencia nominal en kVA y la tensión primaria, no del plano de la unidad que reemplaza. Los 46 A anteriores son típicos para 1.000 kVA en un sistema de 12,47 kV.

Arranque de carga fría. Tras una interrupción, todos los termostatos, compresores y variadores reinician simultáneamente. La corriente de conexión más la carga fría pueden demandar varias veces la corriente a plena carga durante unas décimas de segundo, razón por la cual un fusible ajustado al 1,2 veces la corriente a plena carga se convierte en una fuente constante de disparos innecesarios en una mañana fría.

Coordinación ascendente. La curva rápida del reconectador debe actuar antes que el fusible para fallas temporales, y el fusible debe actuar antes que la curva lenta del reconectador para fallas permanentes. Cuando ambas curvas coinciden en un punto de la gráfica tiempo-corriente, la compañía eléctrica obtiene el peor resultado posible: un fusible fundido en una falla que el reconectador podría haber despejado.

En la práctica, la mayoría de las normas de las compañías eléctricas establecen entre 1,5 y 2,5 veces la corriente nominal primaria (FLA) para el fusible tipo bayoneta, y luego verifican el resultado frente a la curva de falla por sobrecorriente. Ese rango es un punto de partida. Una unidad que alimenta una carga de motor grande y una unidad que alimenta un centro comercial no merecen la misma respuesta, y el fusible para transformadores montados sobre pedestal cronograma debe indicar qué suposición se utilizó.

Un último detalle sin costo alguno: solicite la curva del fusible en la misma hoja que la curva de daño del transformador. Cuando ambas líneas se imprimen juntas, una falta de coordinación es visible en cinco segundos. Cuando están en documentos separados, se vuelve evidente en el tercer año.

 

La protección de la vida silvestre es un elemento específico, no un accesorio

Protección contra la vida silvestre para transformadores normalmente se trata como un ítem independiente que una compañía eléctrica añade después de instalar el transformador sobre su base. En cambio, debe incluirse en la especificación técnica, porque la solución más económica se implementa directamente en la planta de fabricación.

IEEE 1656 establece cómo deben ensayarse los dispositivos de protección de la vida silvestre respecto al rendimiento eléctrico, mecánico y de durabilidad en sistemas de distribución con tensión nominal hasta 38 kV, y el Registro IEEE 1656-2010 es la referencia que debe citarse cuando un proveedor afirma que una cubierta resistirá una década a la intemperie. La secuencia de ensayos responde esa pregunta; una hoja de datos no lo hace.

Las medidas que realmente reducen el número de interrupciones son:

Borneras y tapas aisladas. En unidades de 15 kV y 25 kV, tapas que permanecen fijas durante la tracción del cable, no del tipo deslizable que se desprende con la primera tormenta de viento.

Tableros divisorios entre compartimentos. Altura total, instalado antes de cerrar el tanque. Un animal trepador que ingrese no debería alcanzar ninguna parte energizada.

Aberturas de ventilación con rejilla. Malla inoxidable en cada louver y en la base, dimensionada para un calibrador de 12 mm, no según lo que tenga disponible el fabricante.

Interfaz sellada entre la zanja de cables y el equipo. Una rejilla extraíble en la entrada de la zanja marca la diferencia entre un recinto y una autopista para serpientes.

Ninguno de estos elementos implica un costo significativo en la etapa de diseño. Todos ellos requieren personal técnico, una orden de cambio y una interrupción del servicio para su instalación posterior.

 

Qué Cambios se Realizan en la Fábrica

Ryan Electric ha fabricado transformadores de distribución desde 2007 en una instalación de 120 000 m² equipada con más de 180 conjuntos de equipos de producción y ensayo, y cuenta con 37 patentes. Desde 2023, la empresa opera como socio oficial de empresa conjunta de Eaton, un aval que las compañías eléctricas norteamericanas suelen solicitar en primer lugar. Los equipos cuentan con certificación UL, pueden fabricarse conforme a los requisitos CSA C22.2 para proyectos canadienses y se entregan con los datos de ensayos rutinarios según la norma IEEE C57.12.90 incluidos en el paquete de aceptación en fábrica.

Para los pedidos de transformadores tipo pedestal, incorporamos el paquete antifauna directamente en el diseño base, en lugar de cotizarlo como opción adicional: herrajes de acero inoxidable 316 en el armario, bushings recubiertos con epoxi, tableros de barrera instalados antes del cierre del tanque y rejillas ventiladas verificadas con una sonda de 12 mm. Como fabricante de transformadores tipo poste trabajamos conforme a los requisitos UL y CSA, preferimos debatir un detalle de rejilla en la fase de planos antes que explicar la entrada de una serpiente durante la puesta en servicio.

La protección mediante fusibles es donde un fabricante de transformadores tipo poste debería formular la mayor cantidad de preguntas. Queremos el estudio de protección de la compañía eléctrica o, como mínimo, las curvas del reconectador y la corriente de cortocircuito disponible en el poste. Un pedido salió de nuestra planta con un fusible tipo bayoneta de 200 A en una unidad de 500 kVA porque el esquema de fusibles provenía de un proyecto mayor; se detectó durante la puesta en servicio, y el retraso de dos semanas costó más que el flete del transformador.

 

Una breve lista de verificación antes de aprobar el plano

Seis líneas, y la mayoría de los problemas de protección en postes desaparecen antes de que la unidad abandone la planta.

1. Corriente nominal primaria calculada a partir de la potencia nominal en kVA indicada en la placa y de la tensión nominal del sistema.

2. Tamaño del fusible entre 1,5 y 2,5 veces la corriente nominal, y verificado posteriormente frente a la curva IEEE C57.109 para la corriente de cortocircuito disponible.

3. Perfil de conexión de carga en frío confirmado con los datos de investigación de carga de la compañía eléctrica, especialmente en alimentadores con carga de calefacción eléctrica o de riego.

4. Curvas rápida y lenta del reconectador trazadas en la misma hoja tiempo-corriente que la del fusible.

5. Paquete para la protección de la vida silvestre especificado según la norma de ensayo, no según la descripción. Solicite la secuencia de ensayo IEEE 1656 o una equivalente.

6. Detalles de las barreras y pantallas indicados en el plano de aprobación, incluida la interfaz con la zanja para cables.

 

 

 

El costo de hacerlo mal

Un fusible mal coordinado no falla de forma espectacular. Simplemente se abre, un equipo lo sustituye y el registro anota una interrupción transitoria. Repita esto tres veces en el mismo alimentador durante una sola temporada y la compañía eléctrica habrá gastado más en mano de obra y maniobras que lo que le habría costado realizar el estudio de coordinación. El protección contra la vida silvestre para transformadores paquete sigue la misma lógica aritmética: una pantalla cuesta decenas de dólares, mientras que una serpiente sobre los bornes secundarios implica una semana de servicio perdido, además de la sustitución del equipo, que debe retirarse de una posición de producción ya comprometida.

Ese es el argumento para definir ambos detalles en la fase de elaboración de planos. Un fabricante de transformadores tipo poste puede cambiar una placa de barrera antes de cerrar el tanque por casi nada. Una vez que la unidad está instalada sobre su base, el mismo cambio se convierte en una modificación en campo, asociada a una interrupción del servicio.

Si está especificando unidades de distribución montadas en plataforma para una ventana de entrega en 2027, los detalles de protección y control de fauna deben cerrarse ahora. Los plazos de entrega de fábrica son lo suficientemente largos como para que un cambio en los planos después de la liberación cueste lo que hace cinco años no costaba.

 

Siguiente paso

Envíenos el diagrama unifilar, las curvas del reconectador y la corriente de falla disponible en la plataforma. Nuestro grupo de ingeniería devolverá un programa de fusibles y un paquete de control de fauna adaptado a su estándar, generalmente dentro de tres días hábiles.

Sobre el autor

Este artículo fue preparado por el grupo de ingeniería de ventas de Ryan Electric, un fabricante de transformadores que produce unidades montadas en plataforma, secas y sumergidas en aceite para empresas de servicios públicos y contratistas EPC en América del Norte, Medio Oriente, Sudeste Asiático y África. El grupo apoya proyectos desde la especificación hasta las pruebas de aceptación en fábrica. Las preguntas técnicas sobre este artículo pueden dirigirse al equipo de ingeniería de ventas a través de ryantransformers.com.