SISTEMA ELÉCTRICO DE CONEXIÓN A RED COMPACTO CON ... · escuela tÉcnica superior de ingenierÍa...

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

SISTEMA ELÉCTRICO DE CONEXIÓN A RED COMPACTO CON CONVERTIDOR DE

CUATRO CUADRANTES

Autor: Virginia Hernández Lorente Director: Juan Antonio Talavera Martín

Madrid Junio 2014

ÍNDICE

I

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)


Índice

Parte I Memoria .......................................................................................... 1

Capítulo 1 Introducción y motivación del proyecto. ........................................ 3

1.1 Introducción .................................................................................................................. 3

1.2 Motivación y objetivos .................................................................................................. 5

Capítulo 2 Convertidor de potencia .................................................................. 7

2.1 Condiciones del convertidor ......................................................................................... 7

2.2 Introducción al convertidor ......................................................................................... 7

2.3 Cuadrantes del convertidor .......................................................................................... 9

2.3.1 Funcionamiento en cada cuadrante ............................................................................................. 10

2.4 Componentes del convertidor .................................................................................... 11

2.4.1 Convertidor del lado del generador ............................................................................................. 12 2.4.2 Bus de continua ........................................................................................................................... 12 2.4.3 Convertidor del lado de la red ..................................................................................................... 13 2.4.4 Filtro de línea .............................................................................................................................. 13 2.4.5 Chopper de frenado ..................................................................................................................... 13

2.5 Análisis de los convertidores del mercado ................................................................ 14

2.5.1 Acoplamiento de subconvertidores ............................................................................................. 15 2.5.2 Elección del convertidor ............................................................................................................. 16 2.5.3 Cargas aerodinámicas ................................................................................................................. 17

2.6 Conexión del convertidor ........................................................................................... 18

2.6.1 Conexión del circuito de potencia ............................................................................................... 19 2.6.1.1 Ethernet ............................................................................................................................... 20 2.6.1.2 UPS ..................................................................................................................................... 20 2.6.1.3 Conexión I/O ....................................................................................................................... 21

ÍNDICE

II



2.6.1.4 Conexión Fieldbus ............................................................................................................... 23 2.6.1.4.1 Señales del PLC al convertidor .................................................................................... 23 2.6.1.4.2 Señales del convertidor al PLC .................................................................................... 23

2.6.1.5 Refrigeración ....................................................................................................................... 24

2.7 Control del convertidor .............................................................................................. 25

2.7.1 Control de la potencia del generador ........................................................................................... 26 2.7.2 Control de la potencia reactiva .................................................................................................... 28

Capítulo 3 Transformadores de potencia ....................................................... 29

3.1 Introducción ................................................................................................................ 29

3.2 Esquemas de configuración ....................................................................................... 29

3.2.1 Transformador secundario en baja tensión .................................................................................. 29 3.2.2 Transformador secundario en alta tensión ................................................................................... 30 3.2.3 Único transformador con dos devanados de baja tensión ............................................................ 30

3.3 Elección de la configuración del transformador. ..................................................... 31

3.4 Tipo de transformadores............................................................................................ 32

3.5 Potencia de los transformadores ............................................................................... 33

3.6 Elementos de los transformadores ............................................................................ 34

3.6.1 Núcleo magnético........................................................................................................................ 34 3.6.2 Devanado de alta tensión ............................................................................................................ 35 3.6.3 Devanado de baja tensión ............................................................................................................ 35 3.6.4 Proceso de encapsulado ............................................................................................................... 35

3.7 Detalles técnicos de los transformadores .................................................................. 36

3.7.1 Transformador principal .............................................................................................................. 36 3.7.2 Transformador secundario........................................................................................................... 37

Capítulo 4 Celdas de protección ..................................................................... 39

4.1 Introducción ................................................................................................................ 39

4.2 Celdas necesarias ........................................................................................................ 39

4.2.1 Celda de línea .............................................................................................................................. 40 4.2.2 Celda de protección ..................................................................................................................... 40 4.2.3 Celda compacta ........................................................................................................................... 41

4.3 Detalles técnicos celda ................................................................................................ 42

Capítulo 5 Pletinas .......................................................................................... 45

ÍNDICE

III



5.1 Introducción ................................................................................................................ 45

5.2 Análisis de las pletinas del mercado .......................................................................... 45

5.3 Longitud de las pletinas .............................................................................................. 46

Capítulo 6 Distribución de los campos eléctricos .......................................... 47

6.1 Introducción ................................................................................................................ 47

6.2 Introducción al campo eléctrico ................................................................................. 47

6.2.1 Ley de Gauss ............................................................................................................................... 47 6.2.2 Ley de Faraday ............................................................................................................................ 48

6.3 Estudio del campo eléctrico con ANSYS ................................................................... 48

6.3.1 Pasos seguidos ............................................................................................................................ 49 6.3.2 Rigidez dieléctrica del aire .......................................................................................................... 53

6.3.2.1 Esquinas rectas .................................................................................................................... 53 6.3.2.2 Esquinas redondeadas ......................................................................................................... 53

6.3.3 Elección de la configuración ....................................................................................................... 54

6.4 Campo eléctrico en placas paralelas .......................................................................... 54

Capítulo 7 Sistema de alimentación ininterrumpida ..................................... 57

7.1 Introducción ................................................................................................................ 57

7.2 Tipos de SAI ................................................................................................................ 57

7.3 Detalles técnicos del SAI empleado ........................................................................... 58

Capítulo 8 Cableado ........................................................................................ 61

8.1 Introducción ................................................................................................................ 61

8.2 Distribución de la góndola .......................................................................................... 61

8.3 Cálculo de la curvatura .............................................................................................. 62

8.4 Cableado de conexión entre generador y transformador ........................................ 63

8.5 Cableado de conexión entre transformador y red ................................................... 65

8.6 Cableado de conexión en baja de tensión del transformador secundario .............. 66

Capítulo 9 Protecciones .................................................................................. 69

9.1 Introducción ................................................................................................................ 69

ÍNDICE

IV



9.2 Protecciones del convertidor de potencia ................................................................. 69

9.3 Protecciones del transformador ................................................................................ 70

9.3.1 Protecciones propias del transformador ...................................................................................... 70 9.3.2 Protecciones eléctricas ................................................................................................................ 70

9.4 Protecciones del transformador principal ................................................................ 71

9.4.1 Protección diferencial .................................................................................................................. 71 9.4.2 Protección de sobreintensidad de fase (51) ................................................................................. 72 9.4.3 Protección de sobrecarga (49) ..................................................................................................... 72

9.5 Protecciones del transformador secundario ............................................................. 73

9.5.1 Protección diferencial .................................................................................................................. 73 9.5.2 Protección de sobreintensidad de fase (51) ................................................................................. 73

9.6 Protecciones del generador ........................................................................................ 74

9.6.1 Protecciones ante faltas entre fases ............................................................................................. 75 9.6.1.1 Protección diferencial (87G) ............................................................................................... 75 9.6.1.2 Protección de sobreintensidad (51) ...................................................................................... 75

9.6.2 Protecciones ante faltas a tierra ................................................................................................... 76 9.6.2.1 Protección a tierra en barras (64B) ...................................................................................... 76

9.6.3 Protecciones frente a sobrefuncionamientos ............................................................................... 78 9.6.3.1 Protección de sobrecarga (49) ............................................................................................. 78 9.6.3.2 Protección de sobretensión (59) .......................................................................................... 78

9.6.4 Protecciones frente a malfuncionamientos .................................................................................. 78

9.7 Relés de protección ..................................................................................................... 79

Capítulo 10 Transformadores de medida y de protección ............................... 81

10.1 Introducción ................................................................................................................ 81

10.2 Transformadores de tensión ...................................................................................... 81

10.3 Transformadores de intensidad ................................................................................ 82

Bibliografía 83

Parte II Estudio económico ........................................................................ 85

Capítulo 1 Presupuesto económico................................................................. 87

1.1 Precios unitarios ......................................................................................................... 87

1.2 Precios descompuestos ............................................................................................... 88

ÍNDICE

V



1.3 Presupuesto total ......................................................................................................... 90

Parte III Anejos ............................................................................................ 91

Capítulo 1 Catálogos ....................................................................................... 93

1.1 Convertidor de potencia ............................................................................................. 94

1.2 Transformador de potencia ........................................................................................ 96

1.2.1 Transformador principal ............................................................................................................. 96 1.2.2 Transformador secundario .......................................................................................................... 97

1.3 Celdas de protección ................................................................................................... 98

1.4 Pletinas ......................................................................................................................... 99

1.5 Sistema alimentación ininterrumpida (SAI) ........................................................... 100

1.6 Cableado .................................................................................................................... 103

1.6.1 Cableado de conexión entre generador y transformador ........................................................... 103 1.6.2 Cableado de conexión entre transformador y red ...................................................................... 105 1.6.3 Cableado de conexión en baja tensión del transformador secundario ....................................... 107

ÍNDICE DE FIGURAS

VI



Índice de ilustraciones

Ilustración 1: Potencia eólica offshore instalada anual y acumulada [3] ............................. 4

Ilustración 2: Esquema unifilar conexión a red ................................................................... 8

Ilustración 3: Cuadrantes funcionamiento convertidor ........................................................ 9

Ilustración 4: Componentes del convertidor ...................................................................... 11

Ilustración 5: Esquema unifilar de conexión del convertidor ............................................ 19

Ilustración 6: Conexiones externas convertidor ................................................................. 20

Ilustración 7: Esquema de refrigeración del convertidor [4] ............................................. 24

Ilustración 8: Rango de operación del convertidor [4] ...................................................... 27

Ilustración 9: Curva potencia reactiva [4] .......................................................................... 28

Ilustración 10: Transformador secundario en BT .............................................................. 30

Ilustración 11: Transformador secundario en MT ............................................................. 30

Ilustración 12: Único transformador con dos devanados de BT ........................................ 31

Ilustración 13: Esquema del transformador ....................................................................... 34

Ilustración 14: Esquema celda de línea .............................................................................. 40

Ilustración 15: Esquema celda de protección ..................................................................... 41

Ilustración 16: Esquema celda compacta ........................................................................... 41

Ilustración 17: Esquema dimensiones celda compacta ...................................................... 43

Ilustración 18: Configuración inicial mallada.................................................................... 49

Ilustración 19: Campo eléctrico configuración inicial ....................................................... 50

Ilustración 20: Campo eléctrico configuración inicial zoom ............................................. 50

Ilustración 21: Configuración extremos redondeados ....................................................... 51

Ilustración 22: Campo eléctrico extremos redondeados .................................................... 52

Ilustración 23: Campo eléctrico extremos redondeados .................................................... 52

ÍNDICE DE FIGURAS

VII



Ilustración 24: Campo eléctrico extremos rectos a 15mm de separación .......................... 53

Ilustración 25: Campo eléctrico extremos redondeados a 12 mm de separación .............. 54

Ilustración 26: Conexión SAI en caliente .......................................................................... 59

Ilustración 27: Distribución de la góndola ......................................................................... 62

Ilustración 28: Protección diferencial [11] ........................................................................ 71

Ilustración 29: Curva característica protección diferencial [11] ........................................ 71

Ilustración 30: Protección de sobreintensidad [11] ............................................................ 72

Ilustración 31: Protección de sobrecarga [11] ................................................................... 73

Ilustración 32: Unifilar protecciones generador [11] ......................................................... 74

Ilustración 33: Esquema protección diferencial [11] ......................................................... 75

Ilustración 34: Protección de sobreintensidad [11] ............................................................ 76

Ilustración 35: Protección a tierra en barras [11] ............................................................... 77

ÍNDICE DE TABLAS

- VIII -



Índice de tablas

Tabla 1: Características convertidor ABB ACS800-87LC ............................................... 17

Tabla 2: Salidas I/O convertidor ........................................................................................ 21

Tabla 3: Temperatura del fluido refrigerante ..................................................................... 25

Tabla 4: Transformador ABB Resibloc 6MVA ................................................................. 36

Tabla 5: Transformador ABB EcoDry Basic 250 kVA ..................................................... 37

Tabla 6: Características celda compacta ............................................................................ 42

Tabla 7: Características función de línea ........................................................................... 42

Tabla 8: Características función de protección .................................................................. 43

Tabla 9: Dimensiones celda compacta ............................................................................... 44

Tabla 10: Características del SAI ...................................................................................... 60

Tabla 11: Características del cableado entre generador y transformador .......................... 63

Tabla 12: Características cableado media tensión ............................................................. 65

Tabla 13: Características cableado transformador secundario ........................................... 67

Tabla 14: Precios unitarios................................................................................................. 87

Tabla 15: Precios descompuestos ...................................................................................... 89

Tabla 16: Presupuesto total ................................................................................................ 90

- 1-



Parte I MEMORIA

- 2-



Introducción y motivación del proyecto.

- 3-



Capítulo 1 INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN DEL

PROYECTO.

1.1 INTRODUCCIÓN

En el mundo actual se consumen grandes cantidades de energía y esta energía es en

muchos casos no renovable, lo cual tiene un gran impacto medio ambiental. Aquí surge la

necesidad de implantar nuevos modelos de energías renovables que nos permitan obtener

los niveles de energía necesarios. La energía solar, eólica o geotérmica son algunos de

estos ejemplos.

La energía eólica resulta la mejor alternativa al ser la energía renovable más madura y

desarrollada. Genera electricidad a través de la fuerza del viento que es una fuente de

energía limpia e inagotable, que reduce la emisión de gases de efecto invernadero y

preserva el medioambiente.

Desde principios del siglo XX, produce energía a través de los aerogeneradores. La

energía eólica mueve una hélice y, mediante un sistema mecánico, hace girar el rotor de

un generador que produce energía eléctrica.

Los aerogeneradores suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos

con el fin de lograr un mejor aprovechamiento de la energía, lo que reduce su impacto

ambiental. Las máquinas tienen una vida útil de veinte años aproximadamente.

La necesidad de grandes superficies para el desarrollo de proyectos de gran envergadura,

ha propiciado el desarrollo de sistemas eólicos ubicados en mar, es decir, sistemas eólicos

offshore. Esto también nos proporcionará otras ventajas. Por un lado, al aumentar la

distancia a la costa tendremos unas mayores velocidades de viento y por otro lado, se

producirá una turbulencia menor, obteniendo entonces una mayor efectividad. En este


- 4-



proyecto se van a diseñar los circuitos de potencia de una turbina eólica marina de última

generación.

La energía generada a partir de los aerogeneradores se puede ver limitada por las

condiciones de viento o por las características técnicas de nuestro aerogenerador. Con el

paso de los años, la mejora de la técnica ha permitido la reducción de estas limitaciones

de la capacidad de generación, produciendo un mejor aprovechamiento de los vientos de

mayor intensidad. Por todo esto, la energía eólica, y en especial la offshore, tienen unos

índices de crecimiento que mejoran cada año, como se puede observar en la Ilustración 1.

Se trata de una fuente de energía prometedora.

Ilustración 1: Potencia eólica offshore instalada anual y acumulada [3]

La energía eólica produce energía eléctrica. Esto se consigue mediante la conversión de la

energía cinética que contiene el viento a energía rotacional al mover las palas del

aerogenerador que después es transformada en energía eléctrica.


- 5-



El proyecto se centra en el transporte y acondicionamiento de la energía del

generador a la red. Puesto que la tensión generada tiene un valor variable y por tanto

la frecuencia varía también, esto nos obligara a incluir diferentes equipos como por

ejemplo convertidores y transformadores de potencia que nos ayuden a transportar

esta energía.

Antiguamente, en lugar de utilizar un generador síncrono unido con el uso de un

convertidor para controlar la variabilidad, se empleaban generadores asíncronos con

los que se podía controlar la frecuencia, permitiendo el transporte de la energía a red.

Los costes de montaje e instalación de un aerogenerador marino son superiores

respecto a los terrestres sin embargo, al ser la capacidad de generación mayor en los

aerogeneradores offshore debido a mayores velocidades de viento al aumentar la

distancia a la costa, se justifica la mayor inversión económica necesaria.

1.2 MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS

La finalidad de este proyecto es diseñar el sistema eléctrico de un aerogenerador offshore

ya que representa gran parte de la generación energética mundial y representa el futuro de

la energía eólica. El objetivo que se persigue con este proyecto es conocer el esquema

eléctrico de un aerogenerador.

A lo largo del proyecto se estudiarán los circuitos del aerogenerador incluyéndose el

análisis de convertidores, transformadores de potencia, celdas y protecciones entre otros.

Estos equipos nos permitirán el transporte y acondicionamiento de la energía del

generador a la red.

Se evaluarán las distintas alternativas de diseño para obtener la que mejor se adapte a

nuestro caso. Se deberá analizar qué equipo representa la mejor alternativa para los

convertidores y el transformador de potencia del aerogenerador offshore. Además se

evaluarán las diferentes funciones de protección que utilizaremos para detectar posibles

defectos, malfuncionamientos o sobrefuncionamientos en el sistema.

Convertidor de potencia

- 7-



Capítulo 2 CONVERTIDOR DE POTENCIA

El aerogenerador para el que está diseñado el circuito de potencia cuenta con un

generador síncrono de imanes permanentes. Se trata de un generador de 690V, 5MW sin

excitación.

En este diseño la turbina y el generador se encuentran unidos mecánicamente sin la

presencia de una multiplicadora. Esto implica una reducción de pérdidas además de

eliminación de posibles fallos asociados a este elemento.

2.1 CONDICIONES DEL CONVERTIDOR

El uso de un generador de estas características implica una tensión y una frecuencia

variable según las condiciones de viento. Además, al tratarse de un generador de imanes

permanentes, no hay posibilidad de controlar la excitación.

Las magnitudes de tensión y frecuencia obtenidas van a ser dependientes del punto de

funcionamiento. Con esta variabilidad, no se puede conectar el generador directamente a

la red ya que requiere unos valores de tensión y frecuencia estables. Se necesita, por

tanto, un convertidor de potencia que nos regule esta tensión y frecuencia permitiendo la

conexión del generador a la red.

Además de resolver los inconvenientes relacionados con la variabilidad de tensión y

frecuencia, el convertidor aportará otra serie de ventajas que serán analizadas en este

capítulo.

2.2 INTRODUCCIÓN AL CONVERTIDOR

Hoy en día, el generador de imanes permanentes junto con un convertidor full-power es el

conjunto más utilizado en la industria de turbinas eólicas. Esto se debe principalmente a


- 8-



un mantenimiento menor requerido, una mayor eficiencia a velocidades bajas y un mejor

comportamiento ante faltas.

Los Full-Power converters, que permiten conectar generadores de imanes permanentes

con red, están compuestos de un convertidor de red, un convertidor de generador y un bus

de continua que conecta ambos.

El convertidor de potencia permite desacoplar completamente el generador de la red de

forma que el generador podrá operar en todo su rango de velocidades a la vez que se

podrán obtener unos valores de tensión y frecuencia adecuados para la transmisión de

potencia a la red eléctrica.

Ilustración 2: Esquema unifilar conexión a red

Como se indica en la Ilustración 2, el convertidor de potencia estará situado entre el

generador y el transformador de potencia que conecta con la red y deberá estar diseñado

para soportar una potencia por lo menos igual que la capacidad de generación del

aerogenerador.

Si se consideran condiciones normales, el flujo de potencia circulará del generador a la

red. El punto de conexión entre el generador y el convertidor actúa como un rectificador,

convirtiendo la tensión alterna trifásica a continua. De la misma forma, el punto de

conexión del convertidor con el transformador de potencia actuaría como un inversor,

transformando de nuevo la tensión de continua a alterna trifásica. Esta conversión permite


- 9-



mantener condiciones de tensión y frecuencia completamente diferentes y aisladas a

ambos lados del equipo, es decir, entre el generador y la red.

2.3 CUADRANTES DEL CONVERTIDOR

El concepto de cuadrantes de funcionamiento de un convertidor hace referencia a la

capacidad del mismo para ceder y absorber energía.

Se trata de un aspecto muy importante, ya que aunque nuestro generador realiza una

transformación de energía mecánica en eléctrica, cediendo energía al convertidor, es

posible que durante otras maniobras se comporte como un motor. Es necesario por tanto,

que el convertidor sea bidireccional, transformando energía desde y hacia la red.

Se distinguen los cuatro cuadrantes de funcionamiento mostrados en la Ilustración 3.

Ilustración 3: Cuadrantes funcionamiento convertidor

Por definición, la potencia activa tendrá un valor positivo cuando son consumidas por el

usuario, es decir, cuando el convertidor funciona como un receptor y valor negativo

cuando son suministradas por el usuario, es decir, cuando el equipo funciona como


- 10-



generador. En el diagrama se considera por tanto potencia activa positiva cuando ésta es

suministrada a la red en los cuadrantes Q1 y Q4.

Por otro lado la potencia reactiva tendrá el mismo signo que la potencia activa cuando la

corriente esté retrasada con respecto a la tensión y signo contrario cuando la corriente esté

adelantada con respecto a la tensión. La potencia reactiva es positiva si se está inyectando

a la red. Esto se consigue en los cuadrantes Q1 y Q2.

2.3.1 FUNCIONAMIENTO EN CADA CUADRANTE

En el primer cuadrante Q1, ambas potencias son positivas. Se está generando potencia y

la máquina actúa mecánicamente como un freno, frenando las aspas del aerogenerador

evitando que se embale.

Del mismo modo en el cuadrante Q4, la potencia activa es positiva mientras que la

reactiva es negativa. Al generar potencia activa, la máquina mecánicamente actuará

también como un freno.

Por otro lado, en el segundo cuadrante Q2, la potencia activa es negativa mientras que la

reactiva es positiva. En este caso, el flujo de potencia circula en la dirección opuesta a

como lo hace en condiciones normales, desde el generador a red. Este cuadrante muestra

otra ventaja asociada al uso del convertidor de cuatro cuadrantes, donde la máquina

mecánicamente actúa como motor. Este funcionamiento se manifiesta a la hora de llevar a

cabo trabajos tanto de mantenimiento como de reparación del aerogenerador, permitiendo

una rotación del eje para colocar las palas en una posición favorable o necesaria para

desempeñar los trabajos requeridos.

Por último, en el cuadrante Q3 ambas potencias son negativas. Se absorbe potencia activa

y negativa y la máquina actuará mecánicamente como un motor.


- 11-



2.4 COMPONENTES DEL CONVERTIDOR

El convertidor está compuesto por diferentes elementos que se han nombrado en puntos

anteriores:

· Convertidor del lado del generador

· Bus de continua

· Convertidor del lado de la red · Filtro de línea pasivo

· Chopper de frenado

Ilustración 4: Componentes del convertidor


- 12-



2.4.1 CONVERTIDOR DEL LADO DEL GENERADOR

El convertidor del lado del generador (INU) hace posible el control del par y la velocidad

de giro del generador. Este control se basa en el control directo del par (DTC). Para llevar

a cabo este control, se miden dos corrientes de línea y la tensión de continua del bus de

continua.

El convertidor permite la rotación del eje para labores de mantenimiento o reparación. En

este caso el flujo de potencia circularía en sentido contrario a como lo hace normalmente,

de generador a red.

2.4.2 BUS DE CONTINUA

A continuación se encuentra el bus de continua que es una parte determinante del

convertidor ya que el tramo de continua permite desacoplar las dos partes que conecta, el

convertidor del lado del generador y el convertidor del lado de la red. El control de estos

convertidores se hace por tanto independiente. Además, la conversión a continua evita

que se transfieran posibles armónicos a la red y minimiza las variaciones de tensión. Para

el convertidor elegido, la distorsión de armónicos total tiene un valor del 2%

aproximadamente.

Por defecto, la tensión de trabajo del bus de continua es el valor de pico de la tensión de

línea sin embargo, puede ser también ajustada a otra tensión superior siempre que esta sea

inferior al máximo permitido.

𝑈 = 1.1 ∗ √2 ∗ 𝑈 í = 1.1 ∗ √2 ∗ 690𝑉 = 1073.39𝑉


- 13-



2.4.3 CONVERTIDOR DEL LADO DE LA RED

A partir de la corriente continua del bus de continua, el convertidor del lado de la red

(ISU) va a generar una corriente trifásica que se transmitirá hacia la red eléctrica.

Al igual que el convertidor del lado del generador, el control de este convertidor también

está basado en el método de control directo del par (DTC). Se miden dos corrientes de

fase y la tensión de continua del circuito. La tercera corriente de fase se mide también

para la protección frente a faltas a tierra. Otra de las funciones de este convertidor es el

control de la potencia reactiva cedida a la red. En función de la demanda de la red, se

podrá generar potencia reactiva.

La tensión en el convertidor del lado de la red será tal que se mantenga la tensión en el

bus de línea al valor de pico de la tensión de línea.

𝑈 = √2 ∗ 𝑈 í = √2 ∗ 690𝑉 = 975.807𝑉

2.4.4 FILTRO DE LÍNEA

El filtro de línea pasivo, como se puede ver en la Ilustración 4, se encuentra entre el

convertidor del lado de la red y la red eléctrica. Su función es eliminar los posibles

armónicos que se hayan podido formar en el inversor además de reducir la distorsión.

2.4.5 CHOPPER DE FRENADO

Se incluye en el diseño del convertidor un chopper de frenado de continua. El chopper de

frenado nos permitirá limitar la tensión del bus de continua al dirigir la energía de frenado

hacia una resistencia.

Los choppers de frenado se activan automáticamente cuando la tensión del bus de

continua supera un nivel determinado según la tensión nominal del inversor, es decir,

cuando hay una sobretensión en el bus de continua. En este momento, el chopper de

frenado, que es un conmutador eléctrico, conecta la tensión del bus de continua a unas


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resistencias en paralelo en las que el exceso de energía se disipa, evitando así fallos en el

convertidor. Cuando la tensión vuelve a valores adecuados, las resistencias del chopper de

frenado se desconectan automáticamente.

El chopper de frenado actuará en un margen de tensiones de 1108V a 1127V.

2.5 ANÁLISIS DE LOS CONVERTIDORES DEL MERCADO

En este proyecto, los bobinados del generador han sido diseñados para operar con un

factor de potencia de cos ϕ = 0,9 en condiciones de generación de potencia nominales. La

potencia aparente máxima generada será:

𝑆 =𝑃

cos𝜑=

5𝑀𝑊0,9

= 5,6 𝑀𝑉𝐴

Se han analizado dos convertidores, el ACS800-87LC de ABB o el FPC600 de

TheSwitch. Para convertidores con potencias tan elevadas no es suficiente una

refrigeración con aire sino que también se requiere de una unidad de refrigeración líquida

para disipar las pérdidas que se producen en el convertidor.

En primer lugar, con el convertidor de ABB, para niveles de potencia tan elevados es

necesario conectar dos módulos internos en paralelo. Una alternativa para el convertidor

de ABB sería acoplar dos subconvertidores de 2,4 y 2,8MW en paralelo mediante WTA-

Board (Wind Turbine Application). De esta forma llegaríamos a los 5MW que se

requieren. El convertidor FPC6000 de The Switch aguanta por sí sólo una potencia de

6MW.


- 15-



2.5.1 ACOPLAMIENTO DE SUBCONVERTIDORES

Debido a que la potencia del aerogenerador varía con la velocidad del viento, el

acoplamiento de dos subconvertidores en paralelo puede parecer un inconveniente sin

embargo, tiene muchas ventajas.

A velocidades bajas de viento se podría desconectar uno de los subconvertidores. Esto

reducirá las pérdidas al estar utilizando sólo uno de los convertidores que tiene menos

pérdidas que el equipo completo de TheSwitch. Además se reduce la posible distorsión

producida en la red y aumenta la vida útil de los convertidores al no estar utilizando

ambos en todo momento.

Los subconvertidores están acoplados mediante WTA. La función principal del WTA es

controlar el balance de la potencia activa y reactiva entre los subconvertidores paralelos.

Este programa de control opera independientemente y no necesita ni ajuste ni

monitorización por parte del PLC. El balance de potencia activa y reactiva y el control

interno del convertidor se realiza de forma automática por el WTA.

Los controles de los subconvertidores que se realicen desde el PLC se verán desde el

punto de vista del PLC como si fuera un sólo convertidor.

En caso de un malfuncionamiento no reseteable en un subconvertidor, el subconvertidor

que falla puede ser desconectado hasta que sea posible el arreglo. El sistema seguiría

funcionando perfectamente a una capacidad menor. Esta desconexión debe hacerse por el

personal de mantenimiento, no es posible realizarlo a través del fielbus a no ser que el

convertidor esté configurado con la opción de reconfiguración off-line. En este caso, se

podrá utilizar cualquier combinación de los subconvertidores sin necesidad de la

presencia del personal de mantenimiento, a través del Fielbus.


- 16-



2.5.2 ELECCIÓN DEL CONVERTIDOR

Con ambos equipos teniendo costes similares, debido a sus menores pérdidas, el

convertidor elegido ha sido el del fabricante ABB.

Este convertidor tiene una línea de inversores robustos que asegura alta calidad de la

electricidad a la vez que cumple con los estrictos requisitos de la red en cuanto a

armónicos y al ride-through frente a averías. El ride-through frente a averías se ha ido

desarrollando como resultado al gran incremento que ha tenido la capacidad energía

eólica que puede ser ahora transmitida a la red ya que permite que el aerogenerador pueda

mantenerse operativo ante un fallo en la red. Los requerimientos que exige el FRT (fault

ride-through o ride-through frente a averías) incluyen una restauración rápida de potencia

activa y reactiva a los valores previos a la falta cuando la potencia del sistema recupera

sus valores normales de funcionamiento.

Otra ventaja de este convertidor es que se trata de un full-power converter. Este tipo de

convertidores no son tan sensibles a cambios en la red como otros convertidores. Ofrece

una alta flexibilidad para adaptarse a condiciones de trabajo variables.

El diseño modular de este convertidor, permite la rápida adaptación a cualquier condición

de viento desconectando un subconvertidor si este no resulta necesario. Como se ha

comentado anteriormente ante un fallo de uno de los convertidores, la turbina no dejaría

de funcionar, sino que seguiría trabajando con una potencia menor hasta que la falta se

corrija.

En definitiva, el convertidor empleado tiene las características mostradas en la Tabla 1.


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ACS800-87LC

Potencia [MW] 2,4 + 2,8

Corriente de línea [A] 2736 + 2736

Corriente del generador [A] 2230 + 2785

Peso [kg] 3650 + 3800

Dimensiones cabina [mm] W 2000 H 2000 D 1300

Tensión nominal 690 V

Tensión del generador 0 a 750V

Tensión de red 525 a 690 V

Frecuencia de la red 50/60 Hz +/- 3 Hz

Frecuencia del generador 8 a 200 Hz

Factor de potencia 0.82 ... 0.88

Eficiencia 97%

Temperatura de refrigeración Max. 45ºC

Clase de protección IP54

Flujo de refrigerante 455 l/min

Tabla 1: Características convertidor ABB ACS800-87LC

2.5.3 CARGAS AERODINÁMICAS

Para estudiar posteriormente las cargas aerodinámicas que impactan sobre las turbinas

eólicas en el mar será necesario conocer el margen de frecuencias y tensiones a las que

puede trabajar el convertidor en el lado del generador.

· La tensión podrá variar desde 0 a 110%U1 siendo su valor máximo 750V.

· La frecuencia podrá tomar valores desde 8 a 200 Hz.


- 18-



Sabiendo que la velocidad de las palas puede variar desde 6 rpm para velocidades del

viento de 3 m/s hasta alrededor de 12 rpm para 25 m/s de velocidad del viento,

comprobamos que el convertidor admite este margen de velocidades.

A la velocidad de 6 rpm, tendremos una frecuencia de 18 Hz y una tensión de 345V. Por

otro lado a 12 rpm, tendremos una frecuencia de 51 Hz y una tensión de 690V. El

convertidor por tanto, podrá trabajar para el margen de velocidades que se van a dar.

2.6 CONEXIÓN DEL CONVERTIDOR

En este punto, se va a estudiar cómo se conectará el convertidor a los diferentes equipos.

El convertidor se encuentra situado en cabinas en la góndola del aerogenerador. Por esta

razón, debemos controlar el tamaño del convertidor empleado para asegurar que se pueda

colocar en la góndola.

Las cabinas deberán tener una entrada y salida del refrigerante que en el caso del

convertidor elegido, debido a su tamaño, será un refrigerante líquido puesto que la

refrigeración por aire no resulta suficiente.

Además habrá una entrada para los cables provenientes del generador y una salida hacia

el transformador. Estos cables vienen por defecto conectados por la parte inferior de la

cabina, sin embargo, también se puede dar una conexión por el techo o por el costado de

la cabina. El convertidor podrá contar también con una entrada de Ethernet para una

monitorización remota.


- 19-



2.6.1 CONEXIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA

El esquema unifilar de conexión del convertidor es el siguiente:

Ilustración 5: Esquema unifilar de conexión del convertidor

Como se muestra en la Ilustración 5, el convertidor cuenta con las siguientes entradas y

salidas:

· Ethernet

· UPS (400V)

· I/O al PLC

· Fieldbus

· Ventilación


- 20-



Ilustración 6: Conexiones externas convertidor

2.6.1.1 Ethernet

La conexión Ethernet del convertidor permitirá una monitorización remota del equipo.

Debido a la localización del parque eólico, el transporte hacia el aerogenerador puede

resultar muy costoso y poco aconsejable si los fallos ocurridos son de poca gravedad. Por

ello, que el convertidor cuente con Ethernet ofrece numerosas ventajas debido a que se

podrá cambiar cualquier configuración necesaria desde un ordenador sin necesidad de

transportarse hasta el parque eólico.

2.6.1.2 UPS

El convertidor cuenta con una salida X2 que le conecta con el UPS o SAI (Sistema de

Alimentación Ininterrumpida). Este equipo alimentará al convertidor ante un fallo de

alimentación de la red. Se optará por un SAI online o de doble conversión dónde la

tensión de salida no depende de la tensión y frecuencia de la red. El equipo SAI empleado

además de otra información sobre el sistema de alimentación ininterrumpida se puede ver

en el Capítulo 7.


- 21-



2.6.1.3 Conexión I/O

El convertidor contará con salidas Input/Output que se conectarán con el PLC. Estas

salidas se muestran en la Tabla 2.

Conexión X5: I/O

Pin Descripción

1-2 Emergency stop reset

3-4 Emergency stop

5-6 Run enable

7 Common

8 Heating request

9 Temp OK

10 MCB not tripped

11 MCB tripped

12 MCB closed

13 MCB not closed

14 No fault

15 Fault

Tabla 2: Salidas I/O convertidor

En primer lugar el convertidor cuenta con los pines 1-2 y 3-4 correspondientes a la parada

de emergencia y al reseteado de la parada de emergencia correspondientemente. En el

caso de que se pulse el botón de parada de emergencia estando el convertidor

funcionando, los interruptores del circuito principal se abrirían y el generador pararía.

Esta actuación sólo se hace en caso extremo ya que se causa un gran estrés en la turbina

pudiendo incluso dañarla.


- 22-



Siempre que sea posible, se realizará una parada rápida en lugar de una de emegencia. La

parada rápida es una forma fluida de parar el convertidor rápidamente. La ventaja de

utilizar este tipo de parada es que el generador se desacelera de una forma controlada y

por tanto, no causará tal estrés como la parada de emergencia.

Por otro lado, en los pines 5-6 el convertidor contará con una señal run enable. Esta señal

será una entrada desde el PLC que permitirá la puesta en marcha del convertidor.

El Pin 8 corresponde a Heating request. Las temperaturas en los subconvertidores son

monitorizadas utilizando termostatos. Puesto que el convertidor no tiene un sistema de

calentamiento propio, será calentado utilizando el circuito refrigerante. Cuando la

temperatura del convertidor es inferior a 10ºC, se activará la señal del pin 8 y el líquido

refrigerante externo será capaz de calentar el convertidor hasta que la temperatura supere

los 10ºC.

El pin 9 es una señal de temperatura OK. Esta salida informará al PLC acerca de la

temperatura del convertidor asegurándonos de que no se está dando un

sobrecalentamiento en el equipo.

Los pines 10-13 indican el estado de los interruptores diferenciales del convertidor, si

estos están abiertos, cerrados, han disparado o no. El convertidor está equipado con

interruptores magnetotérmicos. Este interruptor es capaz de establecer e interrumpir las

intensidades e corriente de servicio, o de establecer e interrumpir automáticamente

intensidades de corriente anormalmente elevadas, tales como las corrientes de

cortocircuito. Estos equipos limitan los daños ocasionados en el convertidor protegiendo

además de esta forma a equipos colindantes.

Por último los pines 14 y 15 son señales que le indican al PLC si ha ocurrido alguna falta

en el convertidor.


- 23-



2.6.1.4 Conexión Fieldbus

A la hora de transmitir información y datos entre el convertidor y el PLC emplearemos la

conexión Fieldbus o bus de campo. Para nuestro diseño utilizaremos como bus de campo

el Modbus ya que resulta adecuado tanto para el PLC del diseño como para el

convertidor.

Cabe destacar de nuevo las dos zonas del convertidor. Por un lado tenemos el INU o

convertidor del lado del generador y por otro el ISU o convertidor del lado de la red.

Distinguimos entre señales que le manda el PLC al convertidor y viceversa.

2.6.1.4.1 Señales del PLC al convertidor

El PLC le proporciona una serie de señales al convertidor para controlar su

funcionamiento.

En primer lugar el convertidor recibirá un control que le permitirá empezar si está todo en

orden o parar el sistema. Por otro lado recibe una señal que especifica si el convertidor

actúa con control de par o de velocidad. El control de velocidad sólo se utiliza durante

mantenimiento o reparación. Tras especificar lo anterior el convertidor recibirá una

referencia de velocidad o de par para el convertidor del lado del generador o INU. Por

último recibe una referencia de potencia reactiva para el convertidor del lado de la red o

ISU.

2.6.1.4.2 Señales del convertidor al PLC

El Modbus del convertidor informará al PLC sobre aquellas señales que no hayan sido

consideradas en las salidas I/O como por ejemplo el estado del ISU e INU y la velocidad

y el par del generador.

El convertidor informará al PLC acerca de la potencia activa y reactiva suministrada a la

red, la tensión fase-fase y la corriente de línea. Además, el convertidor cuenta con una

salida de alarma tanto en INU como en ISU que actuarán si ocurre algún fallo.

La salida CTRL RMIO board estará conectado a un LED que será rojo si el convertidor

está en estado de falta o verde si está en orden.


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2.6.1.5 Refrigeración

Como se ha comentado anteriormente, los convertidores de grandes dimensiones

utilizarán refrigeración líquida como método de refrigeración. Para el convertidor

empleado, la refrigeración interna utilizada es la mostrada en la Ilustración 7.

Ilustración 7: Esquema de refrigeración del convertidor [4]

La refrigeración circula refrigerando todos los equipos eléctricos que produzcan calor y

transferirá el calor hacia un circuito de refrigeración externo. Estos equipos eléctricos

incluyen el inversor y rectificador, ventiladores entre otros.

La temperatura del fluido refrigerante depende de la temperatura ambiente y de la

humedad relativa. Esto se puede ver en la Tabla 3.


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Tabla 3: Temperatura del fluido refrigerante

En el caso de una temperatura ambiente de 35ºC y un 65% de humedad relativa, la

temperatura del líquido refrigerante no podrá ser inferior a 27.4ºC. La humedad relativa

máxima permitida por el equipo es del 95%.

Llama la atención que la temperatura del líquido refrigerante sea similar a la del aire para

un 95% de humedad relativa donde por ejemplo para una temperatura del aire de 55ºC, la

temperatura refrigerante no puede ser inferior a 53.9ºC. Esto se debe a que la

condensación no está permitida en el equipo por tanto se elige la temperatura del líquido

refrigerante de forma que se evite la condensación.

2.7 CONTROL DEL CONVERTIDOR

Como se ha comentado en el apartado 2.6.1.4, potencia del generador puede ser

controlada por el convertidor mediante el control del par o de la velocidad. El control por

velocidad sólo se utiliza durante mantenimiento al no ser adecuado para la generación

continua de potencia.

El método de control del convertidor se basa en el control directo del par (DTC). Se trata

de una forma de regular un motor de alterna alimentado por un inversor al activar y


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desactivar los conmutadores IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) a partir de la

diferencia entre el par actual del motor de alterna y el par de referencia del usuario. Este

método supone un incremento significativo en la velocidad de respuesta del sistema de

control ante cambios que se produzca en el par. Controlar el par significa controlar el

flujo de potencia.

2.7.1 CONTROL DE LA POTENCIA DEL GENERADOR

La potencia del generador puede ser controlada mediante el ajuste de la velocidad de

rotación del generador o el par.

𝑃 = 𝑀 ∗ 𝜔 = 𝑀 ∗2𝜋 ∗ 𝑛60

Siendo,

P ≡ Potencia del generador (W)

M ≡ Par del generador

𝜔 ≡ Velocidad angular del generador

n ≡ Velocidad del generador (rpm)

En condiciones normales de funcionamiento el convertidor controla el par del generador.

La referencia de par que el PLC le proporciona al convertidor generará un par específico

en el eje del generador. Por otro lado, el viento hace rotar la turbina lo que produce un par

en el eje del generador de sentido contrario.

La Ilustración 8 muestra un ejemplo de la curva potencia-velocidad. Cut-in speed es la

velocidad mínima del viento para la que la es razonable la generación de potencia activa.

En nuestro caso, tiene un valor de 3m/s lo que equivale a una velocidad de las palas de la

turbina de 6rpm. Por otro lado, cut-out speed es la velocidad máxima de operación que

tiene un valor aproximado de 25m/s o 12rpm de las palas.


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Para nuestro convertidor elegido, la potencia generada por la turbina a cada velocidad

será mayor como hemos visto en la Tabla 1. El gráfico corresponde a uno de los

subconvertidores actuando individualmente.

Ilustración 8: Rango de operación del convertidor [4]


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2.7.2 CONTROL DE LA POTENCIA REACTIVA

El convertidor del lado de la red puede controlar la potencia reactiva desde el convertidor

hacia la red eléctrica. La potencia reactiva máxima es de aproximadamente un 80% la

potencia activa. La Ilustración 9 muestra un ejemplo la curva de la potencia reactiva en

función de la potencia activa que se esté generando. De la misma forma que para la

Ilustración 8, este gráfico sería para un solo subconvertidor actuando sólo.

Ilustración 9: Curva potencia reactiva [4]

Transformadores de potencia

- 29-



Capítulo 3 TRANSFORMADORES DE POTENCIA

3.1 INTRODUCCIÓN

Como se ha comentado en el capítulo anterior, necesitaremos transformadores que nos

ayuden a alimentar las diferentes zonas de la línea, 690V del generador, 20kV de la red

eléctrica y 400V que requerirá el sistema de control de la turbina.

Para poder cubrir los diferentes niveles de tensión requeridos en la instalación tendremos

distintos diseños por los que podemos optar. Los diferentes diseños supondrían el uso de

un solo transformador con dos devanados o dos transformadores de potencia

independiente.

3.2 ESQUEMAS DE CONFIGURACIÓN

En este apartado se van a evaluar las diferentes alternativas para la conexión del

transformador. Las configuraciones a evaluar serán: un diseño con un único

transformador y dos diseños basados en dos transformadores independientes, con uno de

los transformadores ubicado en baja o en media tensión.

3.2.1 TRANSFORMADOR SECUNDARIO EN BAJA TENSIÓN

Esta configuración implica el uso de dos transformadores. El transformador principal

elevará la tensión desde 690V de generación hasta los 20kV de la red. El secundario

alimentará a los motores de orientación del aerogenerador, que funcionan a 400V y por

tanto, tendrá una relación de transformación de 690V a 400V.


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Ilustración 10: Transformador secundario en BT

3.2.2 TRANSFORMADOR SECUNDARIO EN ALTA TENSIÓN

Como en el caso anterior, esta configuración también implica el uso de dos

transformadores. En este caso, el transformador secundario estaría conectado en el lado

de red de 20kV y por tanto, tendrá una relación de transformación de 20kV a 400V.

Ilustración 11: Transformador secundario en MT

3.2.3 ÚNICO TRANSFORMADOR CON DOS DEVANADOS DE BAJA TENSIÓN

Esta configuración resulta la más compacta desde el punto de vista de dimensiones pero

tendremos que estudiar si es la mejor alternativa.


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Ilustración 12: Único transformador con dos devanados de BT

3.3 ELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN DEL TRANSFORMADOR.

A pesar de contar también con un sistema de alimentación ininterrumpida que sería capaz

de cubrir estos consumos durante una franja de tiempo si hubiera un fallo en un

transformador, se intenta que esta alimentación sólo sea utilizada como último recurso.

Un único transformador con dos devanados de BT no resulta un diseño adecuado ya que a

pesar de ser la configuración más compacta, supondría que ante el fallo en el

transformador, no se podría alimentar el circuito que permite frenar el aerogenerador.

Este diseño, por tanto, no proporciona suficiente seguridad de cara al generador.

Por otro lado, el transformador secundario en baja tensión tampoco resulta adecuado para

nuestro aerogenerador ya que se podrían dar dos situaciones en las que no se podrían

alimentar los motores, una falta en el transformador principal y una falta que cortase el

suministro de energía eléctrica.

Tras analizar las configuraciones, se puede concluir que el diseño para el transformador

más adecuado será con el transformador secundario en media tensión ya que aunque

ningún sistema es perfecto, y este diseño también podría dar problemas, en esta

configuración los motores de control de paso estarían siempre alimentados desde la red.


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3.4 TIPO DE TRANSFORMADORES

A la hora de elegir el transformador, conviene diferenciar dos tipos, los transformadores

en baño de aceite y los transformadores secos.

Los transformadores en baño de aceite tienen algunas ventajas frente a los

transformadores secos como un menor coste unitario, menor nivel de ruido o una mayor

resistencia a las sobretensiones. Sin embargo, la principal desventaja es la baja

temperatura de inflamación del aceite y por tanto, el elevado riesgo de incendio. Además,

la gran obra civil necesaria para adecuar la planta para que sea resistente al fuego,

incrementa significativamente el coste. Todo esto obliga a una labor de mantenimiento

periódica del aceite.

Por ello, para diseñar nuestro aerogenerador utilizaremos transformadores secos. Las

principales ventajas que ofrece un transformador de este tipo son:

· Insensibles a la humedad.

· Menor coste de instalación.

· Menor riesgo de incendio. Arden con dificultad.

· Autoextinguibles.

· Bajo mantenimiento.

· Buena resistencia a los cortocircuitos.

Como se puede ver a partir de estas ventajas, la principal diferencia entre ambos

transformadores es el menor riesgo de incendio y el bajo nivel de mantenimiento. El

mantenimiento de este tipo de transformadores se reduce a una revisión anual.

Todo esto lo hace muy adecuado para su utilización en el diseño de un aerogenerador

offshore puesto que los costes para acceder al aerogenerador son muy elevados y se

pretende reducir el mantenimiento lo máximo posible para reducir costes. Se optará por

transformadores robustos y de bajo mantenimiento.


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3.5 POTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES

Conforme a lo analizado en el apartado 3.3, necesitaremos dos transformadores de

potencia en nuestro sistema. Uno conectará con la red eléctrica y el otro será el que

alimente el resto de los consumos de nuestro sistema.

El transformador principal eleva la tensión de generación de 690V a los 20kV de la red

eléctrica. Gracias al convertidor se podría ceder potencia reactiva además de activa a la

red por ello, sobrediseñaremos el transformador principal con una potencia máxima de

6MVA.

Por otro lado, el transformador secundario conectará la red eléctrica a 20kV con los

consumos a 400V. Estos consumos incluyen el control de parada, de alimentación y de

paso, el alumbrado, los ventiladores de refrigeración y demás servicios auxiliares. Este

transformador tendrá que soportar las siguientes potencias:

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑜𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 8 ∗ 5.5 = 44𝑘𝑊

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑠𝑜 = 3 ∗ 37 = 111𝑘𝑊

La potencia activa total necesaria será por tanto 155kW.

Considerando un factor de potencia de 0.9, obtenemos una potencia aparente de:

𝑆 =𝑃

cos𝜙=

155𝑘𝑊0.9

= 172.22𝑘𝑉𝐴

Sólo existen transformadores de 100kVA y 250kVA por lo que he elegido el

transformador del fabricante ABB con una potencia aparente de 250kVA.


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3.6 ELEMENTOS DE LOS TRANSFORMADORES

A continuación se describen los distintos elementos que configuran el transformador.

Ilustración 13: Esquema del transformador

3.6.1 NÚCLEO MAGNÉTICO

En primer lugar, simbolizado en la Ilustración 13 con el número 1 se encuentra el núcleo

magnético. Éste se realiza con capas escalonadas garantizando de esta forma un

rendimiento óptimo y unos niveles de ruido mínimos. Para garantizar la precisión

dimensional y un perfecto entrelazado de las láminas a lo largo de todo el

escalonamiento, el acero magnético se corta a lo largo, de forma secuencial y se escalona

automáticamente.


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3.6.2 DEVANADO DE ALTA TENSIÓN

Identificado con el número 2 en la Ilustración 13, el devanado de alta tensión consta de un

disco descendente continuo con conductor de cinta de aluminio o cobre y aislamiento de

doble capa. Los devanados se encuentran colados al vacío con resina epoxi. Este diseño

garantiza una alta resistencia frente a esfuerzos eléctricos permitiéndoles soportar

regímenes transitorios.

3.6.3 DEVANADO DE BAJA TENSIÓN

Realizados de banda de aluminio o cobre y de una banda aislante previamente

impregnada con resina. Tras el devanado, la bobina se endurece en un horno, obteniendo

un devanado extremadamente compacto, capaz de resistir los esfuerzos dinámicos que

produce un cortocircuito.

3.6.4 PROCESO DE ENCAPSULADO

Se trata de una operación de gran importancia ya que permite garantizar el nivel

aislamiento y las características mecánicas óptimas del transformador.

En primer lugar, se prepara la mezcla de resina epoxi. La resina se mezcla con los

devanados justo antes de realizar el encapsulado. De esta forma se consigue que la

viscosidad de la resina sea muy baja, de manera que cuando se vierta en los moldes se

reducen al máximo las descargas parciales gracias a que la resina ha cubierto todos los

huecos.

Tras el proceso de colado, las bobinas se sitúan en el horno de endurecimiento dónde la

resina se seca y se endurece obteniendo el transformador las propiedades previamente

mencionadas.


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3.7 DETALLES TÉCNICOS DE LOS TRANSFORMADORES

3.7.1 TRANSFORMADOR PRINCIPAL

El transformador principal empleado será del fabricante ABB. Este transformador eleva la

tensión de generación de 690V a los 20kV de la red eléctrica y tendrá una potencia de 6

MVA. Las características de este transformador se muestran en la Tabla 4.

Transformador ABB Resibloc 6MVA

Potencia 6 MVA

Nivel de aislamiento 24 kV

Tensión de baja 690 V

Tensión de alta 20 kV

Pérdidas en vacío [W] 11500 W (+15% Tol.)

Pérdidas en carga a 120ºC 37500 (+15% Tol.)

Tensión de cortocircuito 8 %

Potencia acústica 84 dB

Largo 2690 mm

Ancho 1500 mm

Alto 2850 mm

Peso 11420 kg

Material de AT Aluminio

Material de BT Aluminio

Tabla 4: Transformador ABB Resibloc 6MVA


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3.7.2 TRANSFORMADOR SECUNDARIO

Como se ha explicado en el apartado 3.5, sólo existen transformadores de 100kVA y

250kVA por lo que he elegido el transformador del fabricante ABB con una potencia

aparente de 250kVA. Las características de este transformador se muestran en la Tabla 5.

Transformador ABB EcoDry Basic

Potencia 250 kVA

Nivel de aislamiento 24 kV

Tensión de baja 400 V

Tensión de alta 20 kV

Pérdidas en vacío 320 W

Pérdidas en carga a 120ºC 3900 W

Tensión de cortocircuito 4%

Potencia acústica 83 dB

Largo 1350 mm

Ancho 800 mm

Alto 1300 mm

Peso 1860 kg

Material de AT Aluminio

Material de BT Aluminio

Tabla 5: Transformador ABB EcoDry Basic 250 kVA

Celdas de protección

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Capítulo 4 CELDAS DE PROTECCIÓN

4.1 INTRODUCCIÓN

Para proteger al transformador, se incluyen celdas equipadas con interruptores

automáticos. Se trata de envolventes metálicas que contienen los elementos de maniobra

de los circuitos eléctricos.

Las celdas a incluir en nuestro diseño serán de envolvente metálico, que utilizan el

hexafluoruro de azufre como agente de corte. La conexión de las celdas se realiza

mediante un juego de barras aisladas al aire, de fácil acceso.

Los interruptores serán de tipo rotativo de tres posiciones: abierto, cerrado y puesta a

tierra. No permitirán la conexión de puesta a tierra sin haber abierto, previamente, el

interruptor correspondiente. Todos los mandos se presentarán en un mismo

compartimiento frontal. Además, las celdas dispondrán de las paredes laterales, frontal y

trasera fácilmente desmontables para tener un acceso cómodo.

El aerogenerador cuenta con dos transformadores, como se ha visto en el Capítulo 3. Por

ello, se van a necesitar dos celdas de protección del transformador que contarán con un

interruptor automático.

4.2 CELDAS NECESARIAS

En el diseño se deberán incluir celdas de línea y celdas de protección. No se incluirá en el

diseño una celda de medida ya que estamos realizando el diseño de un aerogenerador.

Esta celda se incluiría en el centro de transformación del parque eólico.


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4.2.1 CELDA DE LÍNEA

La celda de línea cuenta con un interruptor seccionador no automático en una atmósfera

de SF6. Este tipo de celda es capaz de abrir el circuito a carga nominal, realizando

siempre la maniobra en vacío o en carga. Se encargará de conectar los cables de

acometida con el embarrado general. Su esquema se muestra en la Ilustración 14.

Ilustración 14: Esquema celda de línea

4.2.2 CELDA DE PROTECCIÓN

Por otro lado la función de la celda de protección es proteger al transformador. Puede

estar equipada con un interruptor automático o fusibles y seccionador sin embargo, para

transformadores de potencia superior a 100 kVA, se utilizan celdas equipadas con

interruptor automático de gran poder de corte en atmósfera de SF6. El esquema de la

celda de protección puede verse en la Ilustración 15.


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Ilustración 15: Esquema celda de protección

4.2.3 CELDA COMPACTA

Se optará para el diseño de una celda compacta ya que ofrece reducidas dimensiones

haciéndola adecuada para la ubicación en la góndola.

Al tener nuestro diseño dos transformadores que deben ser protegidos, se requieren dos

celdas de protección de interruptor automático y dos celdas de línea. La celda compacta

estará por tanto formada por dos funciones de protección y dos funciones de línea. Su

esquema se puede ver en la Ilustración 16.

Ilustración 16: Esquema celda compacta


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4.3 DETALLES TÉCNICOS CELDA

A la hora de elegir la celda adecuada a nuestro diseño, se elegirá en función de la

intensidad asignada.

𝐼 =𝑆

√3 ∗ 𝑈𝑚𝑡=

6𝑀𝑉𝐴√3 ∗ 20𝑘𝑉

= 173𝐴

Si se eligiese una celda de 200A, el diseño sería adecuado. Sin embargo, los fabricantes

no ofrecen celdas con este valor de corriente, la intensidad mínima ofrecida es de 400A.

El fabricante elegido para el diseño ha sido TiPEM.

Las celdas elegidas tienen las características mostradas en las siguientes tablas.

Celda compacta TiPEM

Tensión nominal 24 kV

Nivel de Aislación a frecuencia industrial (50 Hz) 1 min 50 kV

Nivel de Aislación 1,2/50 ms 125 kV

Tabla 6: Características celda compacta

Función de línea

Corriente nominal 630 A Corriente de breve duración admisible 1

min 16 kA

Poder de cierre 40 kA

Tabla 7: Características función de línea


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Función de protección

Corriente nominal 630 A

Corriente de breve duración admisible 1 min 16 kA

Resistencia al arco interno 12,5 kA

Poder de cierre 40 kA

Tabla 8: Características función de protección

El esquema en el que se pueden ver las dimensiones de la celda compacta se muestra en

la Ilustración 17 y sus valores se pueden ver en la Tabla 9.

Ilustración 17: Esquema dimensiones celda compacta [7]


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Dimensiones celda compacta (mm)

A 375

B 1600

C 1000

D 270

E 230

F 270

G 187,5

Tabla 9: Dimensiones celda compacta

Pletinas

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Capítulo 5 PLETINAS

5.1 INTRODUCCIÓN

Como se ha explicado en el Capítulo 4, para proteger al transformador, se incluyen celdas

equipadas con interruptores automáticos. Para conectar los interruptores se utilizan cables

desnudos a media tensión (20kV). Las pletinas flexibles de cobre son conductores

eléctricos planos de forma rectangular constituidos por láminas de cobre apiladas que

admiten, a igual elevación de temperatura, intensidades de corriente mucho más fuertes

que las barras desnudas o los cables. Utilizaremos por ello pletinas normalizadas de cobre

en la conexión de los interruptores que se colocarán en lo alto de las celdas para evitar el

contacto.

A la hora de elegir la pletina que se utilizará, se deberá tener en cuenta la intensidad que

debe soportar. De acuerdo con nuestro sistema será:

𝐼 =𝑆

√3 ∗ 𝑈𝑚𝑡=

6𝑀𝑉𝐴√3 ∗ 20𝑘𝑉

= 173𝐴

5.2 ANÁLISIS DE LAS PLETINAS DEL MERCADO

Considerando una temperatura ambiente de 35ºC y siendo la temperatura máxima

admisible por el cobre de 85ºC, el calentamiento máximo que podrá tener el cobre será de

50ºC. Tendremos que elegir unas pletinas flexibles de cobre que no superen esta

temperatura cuando circula la intensidad máxima.

Los fabricantes Bronmetal y Wöhnelec nos ofrecen distintas posibilidades.

Pletinas

- 46-



Por un lado Wöhnelec ofrece pletinas formadas por 9 láminas de 6x0.8, esto equivale a

una sección de 43,2 mm2. Estas pletinas admiten hasta 240A a 50ºC de calentamiento y

tienen un precio de 25,68€ cada tira de 2 metros de longitud.

Por otro lado Bronmetal, para el mismo calentamiento, sus pletinas formadas por 2

láminas de 20x1, sección de 40 mm2 aguantan 263A. Su precio es de 35€ por cada unidad

de 2 metros de longitud.

A pesar de que las pletinas del fabricante Bronmetal tengan una sección menor

admitiendo una intensidad mayor que su competidor, su precio es mucho más elevado que

aquellas del fabricante Wöhnelec.

Por todo ello, el fabricante elegido para la fabricación de la pletina ha sido Wöhnelec.

Estas pletinas admiten la corriente que va a circular de 173A sin superar el límite de

calentamiento.

5.3 LONGITUD DE LAS PLETINAS

Como se ha explicado en el apartado 4.1, utilizaremos las pletinas para la conexión de los

interruptores automáticos en las celdas de media tensión.

Puesto que las celdas tienen las dimensiones mostradas en la Tabla 9, las pletinas que

utilizaremos tendrán una longitud tal que permitan la conexión de los interruptores

automáticos situados en las celdas. Necesitaríamos una longitud mínima de las pletinas de

cinco metros pero puesto que las pletinas proporcionadas vienen en tiras de dos metros de

longitud, emplearemos tres tiras y por tanto, seis metros de longitud total.

Distribución de los campos eléctricos

- 47-



Capítulo 6 DISTRIBUCIÓN DE LOS CAMPOS

ELÉCTRICOS

6.1 INTRODUCCIÓN

Las pletinas normalizadas de cobre utilizadas para la conexión de los interruptores

soportan intensidades muy altas. Estudiar el campo eléctrico que se produce entre las

barras de cobre, me permitirá concluir posteriormente qué geometría de las barras resulta

más adecuada para mi diseño.

6.2 INTRODUCCIÓN AL CAMPO ELÉCTRICO

Matemáticamente un campo eléctrico se describe mediante dos propiedades, la

divergencia y la rotacional. En primer lugar la ley de Gauss describe la divergencia del

campo eléctrico. Por otro lado, la ecuación que describe la rotacional del campo eléctrico

es la ley de Faraday.

Estas ecuaciones nos ayudarán posteriormente a comprobar que lo obtenido con el

programa ANSYS se asemeja a lo obtenido teóricamente.

6.2.1 LEY DE GAUSS

Para conocer la divergencia del campo eléctrico se estudia el flujo que atraviesa la

superficie. El flujo ϕ se obtiene resolviendo la siguiente integral,

𝜙 = �⃗� ∗ 𝑑�⃗�

donde 𝑑�⃗� es la diferencial del área en dirección normal a la superficie.


- 48-



De la ecuación anterior se obtiene la ley integral de Gauss:

∮ �⃗� ∗ 𝑑�⃗� = ∗ 𝑄

donde Qenc es la carga encerrada en la superficie a estudiar.

Su forma derivada queda por tanto,

�⃗� ∗ �⃗� =𝜌𝜀

donde ρ es la densidad volumétrica de carga.

6.2.2 LEY DE FARADAY

La fuerza electromotriz, definida como el rotacional a través de un diferencial de línea

viene dado por,

𝜀 = �⃗� ∗ 𝑑�⃗� = −𝑑𝜙𝑑𝑡

donde el signo negativo indica la Ley de Lenz y ϕ es el flujo magnético en una superficie.

6.3 ESTUDIO DEL CAMPO ELÉCTRICO CON ANSYS

Estudiaremos lo visto teóricamente con ANSYS para ver qué geometría resulta más

adecuada para nuestro diseño. En este apartado se estudiará la distribución de los campos

eléctricos para configuraciones óptimas de los elementos activos de alta tensión.


- 49-



6.3.1 PASOS SEGUIDOS

La configuración inicial está compuesta por dos rectángulos que representan las dos

pletinas de cobre que queremos estudiar. Las pletinas están sumergidas en un rectángulo

con aire. Si en lugar de una atmósfera de aire situáramos las pletinas inmersas en

hexafloruro de azufre, conseguiríamos una distribución más compacta.

Las pletinas se encuentran separadas 10mm siendo la tensión de una de ellas 0V y 24kV

la de la otra. Se ha empleado esta configuración al ser la más desfavorable y se ha

utilizado 24kV en lugar de los 20kV de la red para que la configuración también admita

los posibles picos de tensión que puedan ocurrir.

La configuración inicial se muestra en la Ilustración 18.

Ilustración 18: Configuración inicial mallada

Tras configurar el mallado de la configuración, representamos la intensidad del campo

eléctrico total mostrado en la Ilustración 19.


- 50-



Ilustración 19: Campo eléctrico configuración inicial

Acercándonos a la zona de interés de la configuración anterior, obtenemos lo mostrado en

la Ilustración 20.

Ilustración 20: Campo eléctrico configuración inicial zoom


- 51-



Para una separación entre las pletinas de 10mm, el campo eléctrico máximo entre las

pletinas es de 3.6419e6 V/m.

Como se esperaba, el campo eléctrico máximo se da en las esquinas de la configuración.

Esto se debe al efecto punta. Al distribuirse la carga en un cuerpo, su densidad será mayor

en las zonas de menos volumen o menos superficie. Por esto se produce una acumulación

de energía en las zonas del material acabadas en punta donde su volumen es menor. En

nuestra distribución las partes más afiladas serán las esquinas.

Tras analizar esta configuración, puesto que el campo máximo entre las pletinas se da en

las esquinas, consideré que redondear las esquinas sería el siguiente paso a seguir ya que

se reducirá el campo eléctrico en ellas. La distribución estudiada es la mostrada en la

Ilustración 21.

Ilustración 21: Configuración extremos redondeados

Con la misma distancia de 10 mm entre las pletinas que en la configuración con pletinas

rectangulares, obtenemos para los extremos redondeados el campo eléctrico mostrado en

la Ilustración 22 y la Ilustración 23.


- 52-



Ilustración 22: Campo eléctrico extremos redondeados

Ilustración 23: Campo eléctrico extremos redondeados

Como se puede observar en la Ilustración 23 para esta configuración, obtenemos una

intensidad del campo eléctrico de 3.3128e6 V/m.

Debido a que el mallado que ofrece el programa no es lo suficientemente pequeño como

para igualarse del todo a la configuración redonda, como se puede ver en la Ilustración 23

tendremos picos de campo eléctrico entre las pletinas.

Comprobamos que se obtiene un campo eléctrico menor con esta configuración.


- 53-



6.3.2 RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL AIRE

Estudiando las distintas configuraciones con ANSYS quiero estudiar cuánto podremos

acercar las dos pletinas sin que se supere la rigidez dieléctrica del aire que tiene un valor

de 3e6 V/m.

6.3.2.1 Esquinas rectas

Conforme separemos las pletinas, disminuirá el campo eléctrico entre ellas. Para esta

configuración, si separamos las pletinas hasta una distancia de 15mm entre ellas, el

campo eléctrico se reduce a un valor de 2.9636e6 V/m. Esta configuración resultaría

adecuada y no se superaría el límite dieléctrico del aire.

Ilustración 24: Campo eléctrico extremos rectos a 15mm de separación

6.3.2.2 Esquinas redondeadas

Al contrario que en la configuración de las pletinas con las esquinas rectas, para esta

configuración sólo será necesario separar las pletinas una distancia de 12mm para no

superar la rigidez dieléctrica del aire con un campo eléctrico máximo entre las pletinas de

2.9436e6 V/m.


- 54-



Ilustración 25: Campo eléctrico extremos redondeados a 12 mm de separación

6.3.3 ELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN

Tras lo estudiado en los apartados anteriores podemos concluir que ambas

configuraciones resultan adecuadas siempre y cuando se mantengan las distancias

suficientes entre las pletinas siendo estas 15 mm para las pletinas con los extremos rectos

y 12 mm para las pletinas con los extremos redondeados.

Sin embargo, puesto que se intenta que el diseño sea lo más compacto posible, se

utilizarán pletinas cuya configuración sea aquella mostrada en la Ilustración 21 con los

extremos redondeados que nos dará campos eléctricos menores a menores distancias de

separación.

6.4 CAMPO ELÉCTRICO EN PLACAS PARALELAS

En este apartado vamos a estudiar teóricamente el campo eléctrico existente entre dos de

las pletinas que utilizamos en el diseño.


- 55-



En el caso de dos placas conductores paralelas, si las tratamos como infinitos, podremos

utilizar la ley de Gauss para estudiar el campo eléctrico entre las placas.

Para campos uniformes en un único material dieléctrico, siendo este en nuestro caso aire,

el campo eléctrico viene dado por la diferencia de potencial entre los conductores

dividido por la distancia existente entre ellos.

𝐸 =𝑉𝑎𝑏𝑑

[𝑉 𝑚]⁄

En nuestro diseño, las tensiones de las placas eran 0V y 24kV como hemos explicado en

el apartado 6.3.1 y la distancia entre ellas de aproximadamente 10 mm. Con estos datos

obtenemos un valor de campo

𝐸 =𝑉𝑎𝑏𝑑

[𝑉 𝑚]⁄ =24𝑘𝑉10 𝑚𝑚

= 2.4𝑒6 𝑉/𝑚

Comprobamos que teóricamente obtenemos un valor similar a lo obtenido con ANSYS.

El ligero error obtenido se debe a que el mallado no llega a ser tan pequeño como para

igualar la configuración dibujada.

Sistema de alimentación ininterrumpida

- 57-



Capítulo 7 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN

ININTERRUMPIDA

7.1 INTRODUCCIÓN

Un sistema de alimentación ininterrumpida, SAI, también conocido como UPS (del inglés

Uninterruptible Power Supply), es un dispositivo que gracias a sus baterías, permite

proporcionar energía eléctrica durante un tiempo limitado a todos los equipos que tenga

conectados. Alimentará a equipos cuyo funcionamiento sea de gran importancia para el

sistema.

7.2 TIPOS DE SAI

Se conocen distintos tipos de SAI:

· SAI de continua.

· SAI de corriente alterna.

· SAI offline o Stand-by.

· SAI interactivo (inline).

· SAI online o de doble conversión.

En el SAI de continua, las cargas conectadas al sistema requieren una alimentación de

corriente continua. Se transformará la corriente alterna de la red comercial a corriente

continua que se utilizará para alimentar la carga y almacenarla en sus baterías.

Por otro lado, el SAI de corriente alterna necesitará un inversor para transformar la señal

de continua que proviene de las baterías en una señal alterna.


- 58-



En el SAI offline o Standby, el circuito de alimentación alternativo está inactivo hasta que

se produce un fallo en la alimentación de red. Cuenta con un conmutador que le permitirá

conectarse y desconectarse del circuito.

El SAI interactivo funciona de forma semejante al sistema offline pero incluye un

autotransformador que, mediante el control de los bobinados, le permite soportar

subtensiones durante un determinado periodo de tiempo. De esta forma regulará las

variaciones de tensión mediante elevaciones o reducciones de la tensión de la red. Cuando

se producen elevadas sobretensiones, el SAI interactivo utiliza sus baterías para alimentar

al suministro.

El SAI online o de doble conversión es la versión más avanzada. Aquí la batería y el

inversor están permanentemente siendo utilizados y por tanto tendrá un tiempo de

respuesta muy corto ante el fallo de red. De este modo, se podrán evitar huecos de tensión

en el cambio del suministro, nunca produciéndose una falta de suministro antes la caída

de la red.

7.3 DETALLES TÉCNICOS DEL SAI EMPLEADO

El SAI que se va a utilizar en el diseño será un SAI online o de doble conversión. Este

sistema de alimentación nos va a permitir garantizar la continuidad del suministro a los

consumos cuando se produzca un fallo en la red y no puedan ser alimentados de esta

forma.

Las cargas de gran importancia que este sistema va a alimentar serán el circuito de control

y la circuitería de control del convertidor de potencia.

El SAI elegido para nuestro diseño es del fabricante ZIGOR. La serie de SAIs elegidos

son series modulares con un sistema innovador basado en el control de IGBTs. Consiguen

una alta adaptabilidad para todo tipo de cargas con un factor de potencia alto, un bajo

THD (Distorsion Armónica Total) y un alto rendimiento del sistema. Admiten además la

conexión adicional de armarios en paralelo para alcanzar una potencia máxima de 400

kVA.


- 59-



RED

Con sus módulos conectables en caliente, el esquema de conexión del SAI sería el

mostrado en la Ilustración 26.

Ilustración 26: Conexión SAI en caliente

El Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI) elegido tiene una potencia de 200kVA

y cuenta con unas baterías instaladas que proporcionarán una autonomía de 10 min.

Las características del SAI elegido se muestran en la Tabla 10.


- 60-



SAI SERIE ELBA

ENTRADA

Tensión de entrada 400 V

Fase 3 fases + neutro + tierra

Factor de potencia >0.99

Tensión de batería (VDC) 12V x 40 = 480 V

SALIDA

Tensión 400 Vac +- 1%

Número máximo de módulos

6 o 10

Factor de potencia 0.8/0.9

THD <1.5% (carga lineal)

MÓDULOS

Potencia nominal 20 kVA

Peso módulos 22 kg

Dimensiones [mm] 440x600x134

Tabla 10: Características del SAI

Cableado

- 61-



Capítulo 8 CABLEADO

8.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se van a estudiar los cables necesarios para la conexión de los diferentes

equipos del sistema eléctrico. Los cables deberán ser capaces de soportar las corrientes

que van a circular y cumplirán con las condiciones de caída de tensión definidas por el

reglamento electrotécnico de baja tensión.

8.2 DISTRIBUCIÓN DE LA GÓNDOLA

Para conocer la curvatura y longitud que deben tener los conductores del diseño,

tendremos que estudiar cómo van a estar distribuidos los equipos en la góndola.

Para el aerogenerador que estamos estudiando, la góndola será de 15x5m. Se han

colocado los equipos en una línea recta considerando una distancia mínima entre equipos

de 1 m para asegurarnos de que se pueden abrir las puertas de los equipos y el trasiego de

personas de mantenimiento.

En la Ilustración 27 se muestra el alzado de la góndola. Como se ha visto en apartados

anteriores, las medidas del convertidor son de 1.3x2m, las del transformador principal de

1.5x2.85m y las del transformador secundario de 0.8x1.3m.

Cableado

- 62-



Ilustración 27: Distribución de la góndola

8.3 CÁLCULO DE LA CURVATURA

Para poder elegir el conductor adecuado para nuestro diseño tendremos que tener en

cuenta la curvatura que deberá tener nuestro conductor para poder conectar los diferentes

equipos.

En el tramo desde el generador hasta el convertidor, los cables saldrán desde el centro del

generador hacia la entrada del convertidor que se encuentra en la parte superior del

equipo. En este caso puesto que los cables salen en horizontal del generador y los equipos

están a una horizontal de 1.65m la curvatura máxima admisible será de 1.65m.

En el segundo tramo desde el convertidor hacia el transformador principal de 690V/20kV,

la distancia entre los equipos es de 2,4m. Los conductores entran y salen en ambos

equipos por la parte superior de ellos. Para este tramo, la curvatura máxima admisible es

de 1.2m.

Por último, la distancia horizontal desde el transformador principal al secundario es de

2.15m lo que significa una curvatura máxima admisible de 1.75m.

Cableado

- 63-



8.4 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE GENERADOR Y

TRANSFORMADOR

Dada una potencia activa nominal de 5MW del generador y que el convertidor puede

controlar la turbina para que genere potencia reactiva con un factor de potencia de 0.9, la

corriente que circulará por el sistema será:

𝐼 =5 𝑀𝑊

√3 ∗ 690𝑉 ∗ cos𝜙= 4648.6 𝐴

Como he calculado en el apartado 8.3, la curvatura del cable en este tramo será de 0,825m

luego tendremos que elegir un conductor que tenga una curvatura igual o menor que este

valor. El conductor elegido ha sido el EXZHELLENT XXI RZ1-K del fabricante General

Cable. Se trata de conductores flexibles unipolares o multipolares de 0.6/1kV, no

propagadores de la llama, ni del incendio y de reducida opacidad de los humos emitidos

haciéndolos muy adecuados para lugares con elevado grado de seguridad.

Las características de este conductor se muestran en la Tabla 11.

EXZHELLENT XXI RZ1-K (AS)

Nº conductores x Sección 1x150 mm2

Tensión 0.6 / 1 kV

Material aislante Polietileno reticulado (XLPE)

Material conductor Cobre

Intensidad máxima admisible en régimen

permanente (40ºC)

401A

Peso nominal 1445 kg/km

Temperatura máxima conductor en régimen

permanente / en cortocircuito

90ºC / 250ºC

Tabla 11: Características del cableado entre generador y transformador

Cableado

- 64-



La intensidad máxima admisible proporcionada por el fabricante está considerada para

una temperatura de 40ºC. Tendremos que utilizar el reglamento electrotécnico de baja

tensión (REBT) para corregir esta intensidad en función de la temperatura máxima de la

góndola que tiene un valor de 50ºC.

De acuerdo con el reglamento, el factor de corrección por temperatura se calculará de la

siguiente forma:

𝐹 =𝜃𝑠 − 𝜃𝑡𝜃𝑠 − 40

Donde 𝜃s es la temperatura de servicio y 𝜃t la del ambiente, ambas en ºC.

El factor de corrección por temperatura obtenido queda por tanto:

𝐹 =90 − 5090 − 40

= 0.894

La corriente admisible corregida del cable a 50ºC será entonces,

𝐼(50º𝐶) = 𝐼 ∗ 𝐹 = 401𝐴 ∗ 0.894 = 358.5𝐴

Con lo anterior podemos calcular el número de conductores necesarios.

𝑁º 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 4648.6358.67

= 12.96 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

Por tanto, se necesitarán 13 conductores por fase.

Tenemos que comprobar la caída de tensión máxima que de acuerdo con el REBT será

del 1.5%. Según lo calculado en el apartado 3.2, la distancia horizontal entre el generador

y el convertidor es de 1,65m con una curvatura de 0,825 y 2.4 m entre convertidor y

transformador. Por tanto, considerando un porcentaje extra de seguridad en la longitud del

conductor del 5%, considero una longitud del conductor de 6 m necesaria.

Necesitaremos por tanto 234 metros de conductor.

Cableado

- 65-



∆𝑉 = √3 ∗ 𝜌𝑐𝑢 ∗ 𝐼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑

𝑆=√3 ∗ 1

56 ∗ 358.5𝐴 ∗ 6𝑚 ∗ 0.8150𝑚𝑚2

= 0.355𝑉

∆𝑉𝑚𝑎𝑥 = 1.5% ∗ 𝑈 = 1.5% ∗ 690𝑉 = 10.35𝑉

Tras comprobar que no se supera la caída de tensión máxima, concluimos que el diseño

resulta adecuado.

8.5 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE TRANSFORMADOR Y RED

En este tramo el cableado estará en media tensión y la corriente máxima en este tramo

será:

𝐼 =4648.6 𝐴 ∗ 690 𝑉

20 𝑘𝑉= 160.4 𝐴

El conductor elegido es del fabricante General Cable y sus características se muestran en

la Tabla 12.

HERSATENE RHZ1 H-16 Cu


Tensión 15 / 25 kV




permanente (40ºC)

220A




90ºC / 250ºC

Tabla 12: Características cableado media tensión

Cableado

- 66-



La máxima curvatura admitida por este cable es de 435mm. Esta dimensión resulta

adecuada ya que es menor que la curvatura necesaria calculada en el apartado 8.3.

Del mismo modo que para el caso anterior, tendremos que aplicar un factor de corrección

por temperatura.

𝐹 = 0.894

𝐼 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 220 𝐴 ∗ 0.894 = 196.68 𝐴

Por tanto se necesitarán,

𝑁º𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 220 𝐴

196.68 𝐴 = 1.12 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

Utilizaremos por tanto dos conductores en paralelo por fase de una longitud de 11 metros.

Necesitaremos 66 metros de conductor.

8.6 CABLEADO DE CONEXIÓN EN BAJA DE TENSIÓN DEL

TRANSFORMADOR SECUNDARIO

Puesto que el transformador secundario puede entregar una potencia de 250 kVA, la

intensidad máxima que circulará por este tramo de cableado será,

𝐼 =𝑆

√3 ∗ 𝑈=

250 𝑘𝑉𝐴√3 ∗ 400 𝑉

= 360.8 𝐴

Al igual que en otros tramos tendremos que calcular la intensidad corregida por

temperatura.

En primer lugar, elegí un conductor de sección 185 mm que admitía una intensidad

máxima admisible a 40ºC de 460 A. Al calcular la intensidad máxima corregida por

temperatura, 𝐼 = 460 𝐴 ∗ 0.707 = 325.22 𝐴, esta intensidad es menor que la que

circulará luego tendremos que coger el siguiente conductor de mayor sección.

Cableado

- 67-



El conductor elegido es del fabricante General Cable y sus características se muestran en

la Tabla 13.

EXZHELLENT XXI RZ1-K (AS)


Tensión 0.6 / 1 kV




permanente (40ºC)

545 A




90ºC / 250ºC

Curvatura 135 mm

Tabla 13: Características cableado transformador secundario

Corregimos la corriente por temperatura,

𝐼 = 545 𝐴 ∗ 0.707 = 385.315 𝐴

Para este conductor sólo será necesario un único cable por fase para transportar la

totalidad de la corriente. La longitud estimada de este cable será de 4 metros.

Utilizaremos por tanto, 12 metros de conductor.

Protecciones

- 69-



Capítulo 9 PROTECCIONES

9.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se van a estudiar las protecciones eléctricas necesarias para la protección

de los elementos del circuito como son el generador, el convertidor y los transformadores.

9.2 PROTECCIONES DEL CONVERTIDOR DE POTENCIA

El convertidor elegido cuenta con una serie de protecciones de cara al generador y para

proteger el equipo.

Como se estudió en el apartado 2.4, los choppers de frenado con los que cuenta el

convertidor permitirán proteger al equipo frente a sobretensiones. Estas resistencias sólo

entrarán en funcionamiento cuando se haya sobrepasado el límite máximo de tensión

continua admisible.

El convertidor está equipado con interruptores internos que limitan el daño ocasionado en

el convertidor ante un cortocircuito dentro del convertidor. Además estos interruptores

protegen también a los equipos colindantes en caso de una falta de este tipo. Ante un

cortocircuito en el conductor que le conecta con el generador, el convertidor también

estará protegido.

Ante sobretemperaturas el convertidor se protege a si mismo así como a los cables de

conexión con el generador siempre y cuando los cables estén dimensionados

adecuadamente a la corriente nominal del convertidor. No tendremos que incluir por tanto

ninguna protección adicional para proteger al convertidor ante este defecto.

Ante faltas internas a tierra, el convertidor cuenta con elementos de protección internos

para proteger al convertidor ante faltas a tierra en el convertidor, generador o en el

conductor que conecta generador y convertidor.

Protecciones

- 70-



9.3 PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR

En este diseño se utilizan dos transformadores de 5MVA y de 250kVA. Debido a su

tamaño, las protecciones utilizadas serán distintas en cada uno de ellos.

Los tipos de defectos que vigilará el sistema de protecciones del transformador serán:

· Sobretensiones transitorias o permanentes.

· Subfrecuencias permanentes

· Sobrecargas

· Cortocircuitos

· Defectos internos

9.3.1 PROTECCIONES PROPIAS DEL TRANSFORMADOR

Se trata de protecciones equipadas con el propio transformador y dependerán de su

potencia y del tipo de transformador. Vigilan el dieléctrico y el sistema de refrigeración.

Estas protecciones propias incluyen:

· Monitores de temperatura. (26)

· Indicadores del nivel de aceite. (63M)

· Liberador de presión. (63L)

· Relé de flujo de gas.

9.3.2 PROTECCIONES ELÉCTRICAS

Las protecciones eléctricas con las que puede contar un transformador son las siguientes:

· Protección diferencial

· Protección de sobreintensidad

· Protección de sobrecarga

· Protección de saturación

Protecciones

- 71-



9.4 PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR PRINCIPAL

Este transformador, como se ha visto en el apartado 3.5, tiene una potencia de 5MVA.

Debido a su gran tamaño, las protecciones a utilizar serán las siguientes.

9.4.1 PROTECCIÓN DIFERENCIAL

Es una protección principal que actúa ante faltas entre fases. En transformadores de este

tamaño se utiliza como protección principal siendo la protección de sobreintensidad su

protección de respaldo.

Ilustración 28: Protección diferencial [11]

Se trata de una protección que actúa sólo por faltas internas, evitando el disparo por

saturación de los transformadores ante faltas externas gracias a la pendiente de frenado en

su curva característica que se muestra en la Ilustración 29.

Ilustración 29: Curva característica protección diferencial [11]

Protecciones

- 72-



𝐼 = 20% ∗ 𝐼 = 0.2 ∗5 ∗ 10

√3 ∗ 690𝑉 ∗ 0.9= 930𝐴 º

La protección diferencial actúa de manera instantánea desconectando el transformador de

la red con una intensidad de arranque de 930 A1º.

9.4.2 PROTECCIÓN DE SOBREINTENSIDAD DE FASE (51)

Esta protección detecta sobreintensidades en devanados por faltas internas y externas. En

nuestro diseño actuará como protección de respaldo de la protección diferencial ante

faltas internas. En grandes transformadores como el utilizado, se deberán vigilar las

intensidades de fase y de neutro en ambos lados de alta y baja del transformador.

Esta protección tiene una unidad instantánea y una unidad temporizada que deberá

permitir sobrecargas admisibles y el transitorio de inserción.

Ilustración 30: Protección de sobreintensidad [11]

9.4.3 PROTECCIÓN DE SOBRECARGA (49)

La protección detecta sobrecargas térmicas en devanados por intensidades superiores al

valor nominal. Los daños ocasionados en el transformador se deben a la sobretemperatura

Protecciones

- 73-



alcanzada. Los principales daños que se pueden dar son envejecimiento acelerado de los

aislantes de los devanados y la posible perforación del aislamiento ocasionando la

aparición de faltas.

Ilustración 31: Protección de sobrecarga [11]

9.5 PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR SECUNDARIO

Este transformador, como se ha visto en el apartado 3.5, tiene una potencia de 250kVA.

En este caso, las protecciones a utilizar serán las descritas a continuación que tendrán el

mismo esquema de conexión que en el apartado 9.4.

9.5.1 PROTECCIÓN DIFERENCIAL

Puesto que se trata de un transformador mucho más pequeño que el anterior, no es

necesario utilizar la protección diferencial. En este caso, la protección de sobreintensidad

actuará como protección principal ante faltas entre fases y a tierra.

9.5.2 PROTECCIÓN DE SOBREINTENSIDAD DE FASE (51)

Esta protección detecta sobreintensidades en devanados por faltas internas y externas.

Tanto en faltas externas como en internas actuará como protección principal vigilando las

intensidades de fase y de neutro.

Protecciones

- 74-



Al igual que para el transformador principal, esta protección tiene una unidad instantánea

y una unidad temporizada que deberá permitir sobrecargas admisibles y el transitorio de

inserción.

9.6 PROTECCIONES DEL GENERADOR

En el diseño se ha utilizado un generador de 6MVA. Al ser su potencia menor de

10MVA, se considerará generador pequeño a la hora de elegir las protecciones necesarias.

Las protecciones del generador deben ser capaces de:

· Proteger al generador ante defectos internos

· Proteger a la red ante defectos internos

· Proteger al generador ante defectos en red

El unifilar con las protecciones para un generador pequeño se muestra en la Ilustración

32.

Ilustración 32: Unifilar protecciones generador [11]

Protecciones

- 75-



9.6.1 PROTECCIONES ANTE FALTAS ENTRE FASES

Las faltas entre fases son graves puesto que originan sobrecorrientes por el aislamiento y

producen daños en aislamientos y chapas magnéticas. Pueden además llegar a producir

esfuerzos mecánicos y torsión en los devanados y torsiones en el rotor.

9.6.1.1 Protección diferencial (87G)

Esta protección detecta únicamente faltas internas entre fases. Actúa como protección

principal siendo su protección de respaldo la protección de sobreintensidad.

Ilustración 33: Esquema protección diferencial [11]

9.6.1.2 Protección de sobreintensidad (51)

Esta función de protección detecta sobreintensidades en devanados del estator. Las

sobreintensidades serán causadas por faltas entre fases del devanado o por faltas externas.

Esta protección protege todo el embarrado de generación y parte del transformador

principal.

Protecciones

- 76-



𝐼𝑎𝑟𝑟 = 1.2 ∗ 𝐼𝑛𝑜𝑚 = 1.2 ∗5 𝑀𝑊

√3 ∗ 690 𝑉 ∗ 0.9= 4649 𝐴1º

𝐼𝑎𝑟𝑟 = 4649 𝐴1º ∗5

5000= 4.649 𝐴2º

Ilustración 34: Protección de sobreintensidad [11]

9.6.2 PROTECCIONES ANTE FALTAS A TIERRA

Se trata de la falta más habitual a pesar de la mejora de aislamientos y producen dos

efectos, sobreintensidad por la fase en falta y sobretensión en las fases sanas. Los defectos

a tierra se pueden derivar en faltas entre fases severas si no se despejan.

9.6.2.1 Protección a tierra en barras (64B)

Esta protección vigila faltas fase tierra en las barras de tensión de generación. También

sirve de respaldo de la protección tierra estator (64G) pero puesto que tenemos un

generador pequeño y esta última no está incluida en el diseño, se trata en este caso de una

protección principal.

La protección 64B se basa en la medida de la tensión homopolar empleando un

transformador de tensión en barras. Este transformador puede ser:

· Transformador de medida Yy, midiendo entre neutro y tierra.

· Transformador de medida Y-Triángulo abierto

El arranque de la protección utiliza un relé de sobretensión de manera que la protección

actuará cuando se produzca una falta a tierra y el valor de la tensión homopolar pase a ser

Protecciones

- 77-



distinta de cero. Las actuaciones a llevar a cabo serán desacoplar el grupo de forma que la

corriente que circule sea nula, desexcitar y posteriormente llevar el grupo a parada.

Para el ajuste de la protección se empleará un transformador de tensión Yy de relación de

transformación 690√3

𝑉 ∶ 110√3

𝑉.

El ajuste se establecerá para una tensión del 5% de la nominal de forma que la protección

arrancará cuando el valor de la tensión homopolar supere este valor. El valor del ajuste

del relé será:

𝑈𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 = 5% 𝑈𝑓𝑎𝑠𝑒 = 0.05 ∗690√3

= 19.92 𝑉1º

𝑈𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 = 19.92𝑉 ∗110 𝑉690𝑉

= 3.18 𝑉2º

Esta protección actuará en 500ms.

Ilustración 35: Protección a tierra en barras [11]

Protecciones

- 78-



9.6.3 PROTECCIONES FRENTE A SOBREFUNCIONAMIENTOS

9.6.3.1 Protección de sobrecarga (49)

Esta protección detecta sobretemperaturas en devanados del estator por intensidades de

fase superiores al valor nominal. Se utilizaran sondas de temperatura, relés de imagen

térmica o relés digitales de sobrecarga.

Esta protección no se considera necesaria porque como ya se ha comentado en el apartado

9.2, las protecciones del convertidor ya se encargan de evitar las sobrecargas en el rotor.

9.6.3.2 Protección de sobretensión (59)

La protección de sobretensión detecta sobretensiones por faltas fase tierra mantenidas que

producirán una sobretensión en las fases sanas, defectos de control o rayos.

Esta protección no se considera necesaria puesto que el convertidor tolera hasta un

incremento del 10% sobre la tensión nominal. Las propias protecciones del convertidor

evitan que el valor de la tensión crezca por encima del límite marcado.

9.6.4 PROTECCIONES FRENTE A MALFUNCIONAMIENTOS

Las tres funciones que estudiaríamos en este apartado en un generador clásico serían:

· Protección de secuencia inversa

· Protección de potencia inversa

· Protección de pérdida de excitación

El estudio de estas funciones de protección no resulta necesario ya que no van a tener

lugar en el esquema que se presenta. Al estar trabajando con un generador de imanes

permanentes conectado a la red a través de un convertidor permite eliminar ciertas

funciones de protección.

Protecciones

- 79-



9.7 RELÉS DE PROTECCIÓN

Una vez estudiadas las distintas protecciones necesarias para proteger a los equipos, se

han elegido los relés de protección. El fabricante elegido ha sido Eaton.

El sistema incluirá un relé de protección del generador EGR-4000 y dos relés de

protección de transformador ETR-4000, uno para cada transformador.

Transformadores de medida y de protección

- 81-



Capítulo 10 TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y DE

PROTECCIÓN

10.1 INTRODUCCIÓN

Los transformadores de medida están diseñados para alimentar los relés de protección que

se han estudiado en el Capítulo 9. Se pueden distinguir dos tipos de transformadores de

medida:

· Transformadores de tensión

· Transformadores de intensidad

10.2 TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

Estos transformadores se utilizarán para alimentar los relés de protección de las funciones

de protección de sobretensión y a tierra en barras vistos en el apartado 9.6.

En condiciones normales de funcionamiento, la tensión en el devanado secundario del

transformador de tensión será proporcional a la del devanado primario salvo por el

desfase angular que pueda ser introducido por el transformador debido al grupo de

conexión.

Transformadores de medida y de protección

- 82-



10.3 TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD

La intensidad que circula por el secundario del transformador es prácticamente

proporcional a la del devanado primario salvo por el desfase angula que introduzca el

transformador debido al grupo de conexión.

Dentro de los transformadores de intensidad podemos diferenciar entre transformadores

de medida y de protección. La gran diferencia entre ambos es su precisión y su nivel de

saturación.

En cuanto a la saturación, en el transformador de medida, el secundario está conectado a

los instrumentos de medición como amperímetros. En condiciones de falta, debe saturarse

para evitar que se quemen los equipos. Sin embargo, en el transformador de protección,

en condiciones de falta no se satura ya que necesitamos que las protecciones situadas en

el secundario del transformador vean la falta y actúen.

Por otro lado, en cuanto a la precisión, los transformadores de medida tienen un valor más

elevado de precisión.

Por todo ello, para nuestro diseño, como el transformador alimentará a relés de

protección, utilizaremos transformadores de intensidad de protección puesto que no

necesitamos alta precisión pero sí que no saturen ante falta. Estos transformadores se

utilizarán en las protecciones de sobrecarga, sobreintensidad y diferencial del generador y

del transformador.

Bibliografía

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BIBLIOGRAFÍA

[1] Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, Wind Energy Handbook,

2001, Wiley.

[2] Germanischer Lloyd, Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines, Edition

2012.

[3] AWEA. American Wind Energy Association.

[4] ABB. ACS800-87LC System Description and start-up guide.

[5] ABB. ACS800-87LC Wind Turbine Converters Hardware Manual.

[6] ABB Technical data EcoDry dry-type transformers.

[7] TiPEM. Tableros eléctricos de Media Tensión.

[8] WÖFLEX. Catálogo pletinas.

[9] SAI modular Serie ELBA de 10 a 400 kVA.

[10] General Cable. Cables de baja y media tensión.

[11] Óscar Martínez Oterino, Protecciones eléctricas. Apuntes de la asignatura Protecciones

eléctricas de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería ICAI, 2013-2014.

- 85-



Parte II ESTUDIO

ECONÓMICO

- 87-



Capítulo 1 PRESUPUESTO ECONÓMICO

En este capítulo se van a evaluar los costes en los que se ha incurrido para el diseño del

sistema eléctrico.

1.1 PRECIOS UNITARIOS

La Tabla 14 indica el número de equipos utilizados en el diseño junto con su precio así

como el apartado del proyecto en el que se encuentra.

Apartado Descripción Unidades Precio unitario Precio total

2.5.2 Convertidor ABB ACS800-87LC 1 300.000,00 € 300.000,00 €

3.7.1 Transformador ABB Resibloc 6 MVA 1 68.000,00 € 68.000,00 €

3.7.2 Transformador ABB EcoDry Basic 1 7.000,00 € 7.000,00 €

4.3 Celda de línea TiPem 24 kV 2 4.316,00 € 8.632,00 €

4.3 Celda de protección TiPem 24 kV 2 4.865,00 € 9.730,00 €

5.2 Pletina Wöhnelec 6 láminas 9x0.8 1 25,68 € 25,68 €

7.3 SAI 1 30.000,00 € 30.000,00 €

8.4 Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 234 m 20 € / m 4.680,00 €

8.5 Conductor General Cable Hersatene RHZ1 66 m 42 € / m 2.772,00 €

8.6 Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 12 m 20 € / m 240,00 €

9.7 Relé de protección de generador EGR-4000 1 1.163 € 1.163 €

9.7 Relé de protección de transformador ETR-4000 2 1.825 € 3.650 €

Tabla 14: Precios unitarios

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1.2 PRECIOS DESCOMPUESTOS

Número Descripción Precio Precio Total

2.5.2

Convertidor ABB ACS800-87LC

1 ud Convertidor ABB ACS800-87LC 300.000,00 € 300.000,00 € 5 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 100,00 €

14% Costes indirectos 42.000,00 €

TOTAL 342.100,00 €

3.7.1

Transformador ABB Resibloc 6 MVA

1 ud Transformador ABB Resibloc 6 MVA 68.000,00 € 68.000,00 € 4 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 80,00 €


TOTAL 77.600,00 €

3.7.2

Transformador ABB EcoDry Basic

1 ud Transformador ABB EcoDry Basic 7.000,00 € 7.000,00 € 3 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 60,00 €

14% Costes indirectos 980,00 €

TOTAL 8.040,00 €

4.3

Celda de línea TiPem 24kV

1 ud Celda de línea TiPem 24kV 4.316,00 € 4.316,00 € 0,5 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 10,00 €


TOTAL 4.757,60 €

4.3

Celda de protección TiPem 24kV

1 ud Celda de protección TiPem 24kV 4.865,00 € 4.865,00 € 0,5 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 10,00 €


TOTAL 5.361,50 €

5.2

Pletina Wöhnelec 6 láminas 9x0.8

6 m Pletina Wöhnelec 6 láminas 9x0.8 25,68 € / 2m 77,04 0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 €


TOTAL 85,20 €

7.3

SAI Serie ELBA

1 ud SAI Serie ELBA 49.570,00 € 49.570,00 € 3 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 60,00 €


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TOTAL 54.587,00 €

8.4

Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 234 m Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 20 € / metro 4.680,00 €

0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 € 8% Costes indirectos 374,40 €

TOTAL 5.056,40 €

8.5

Conductor General Cable Hersatene RHZ1

66 m Conductor General Cable Hersatene RHZ1 42 € / metro 2.772,00 € 0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 € 8% Costes indirectos 221,76 €

TOTAL 2.995,76 €

8.6

Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K

12 m Conductor General Cable ExZHellent XXI RZ1-K 20 € / metro 240,00 € 0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 €


TOTAL 261,20 €

9.7

Relé de protección de generador Eaton

1 EGR-4000 1.163,00 € 1.163,00 €

0,1 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 2,00 €


TOTAL 1.258,04 €

9.7

Relé de protección del transformador Eaton 2 ETR-4000 1.825,00 € 3.650,00 €

0,2 Ayudante Técnico Electrónico [horas] 20,00 € 4,00 € 8% Costes indirectos 292,00 €

TOTAL 3.946,00 €

TOTAL 506.048,70 €

Tabla 15: Precios descompuestos

- 90-



1.3 PRESUPUESTO TOTAL

Total precio equipos 506.048,70 €

Gastos Generales (15%) 759,07 €

Beneficio Industrial (6%) 30.362,92 €

Ingeniería (40h/hora) 456 horas 18.240,00 €

Total parcial 555.410,70 €

I.V.A (21%) 116.636,25 €

PRESUPUESTO

TOTAL EJECUCIÓN 672.046,95 €

Tabla 16: Presupuesto total

- 91-



Parte III ANEJOS

CATÁLOGOS

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Capítulo 1 CATÁLOGOS

En este capítulo se van a incluir las hojas de características de los equipos y componentes

que han sido utilizados en el diseño.

CATÁLOGOS

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1.1 CONVERTIDOR DE POTENCIA

CATÁLOGOS

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CATÁLOGOS

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1.2 TRANSFORMADOR DE POTENCIA

1.2.1 TRANSFORMADOR PRINCIPAL

CATÁLOGOS

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1.2.2 TRANSFORMADOR SECUNDARIO

CATÁLOGOS

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1.3 CELDAS DE PROTECCIÓN

CATÁLOGOS

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1.4 PLETINAS

CATÁLOGOS

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1.5 SISTEMA ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA (SAI)

CATÁLOGOS

- 101-



CATÁLOGOS

- 102-



CATÁLOGOS

- 103-



1.6 CABLEADO

1.6.1 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE GENERADOR Y TRANSFORMADOR

CATÁLOGOS

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CATÁLOGOS

- 105-



1.6.2 CABLEADO DE CONEXIÓN ENTRE TRANSFORMADOR Y RED

CATÁLOGOS

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CATÁLOGOS

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1.6.3 CABLEADO DE CONEXIÓN EN BAJA TENSIÓN DEL TRANSFORMADOR

SECUNDARIO

Catálogo igual que para la conexión entre generador y transformador en el apartado 1.6.1.

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