¿Cuál es la base de selección de los equipos de conmutación para proyectos de energía renovable?

Requisitos de tensión, carga y comportamiento ante fallos para equipos de conmutación renovables

Alineación de las clases de tensión de media y alta tensión con los puntos de conexión a la red y la escala del proyecto

Elegir entre media tensión (MT: aproximadamente de 1 kV a 52 kV) y alta tensión (AT: cualquier valor superior a 52 kV) depende realmente de las necesidades de la red y del tamaño del proyecto. Las grandes instalaciones solares suelen conectarse normalmente a unos 34,5 kV, mientras que los pequeños parques eólicos comunitarios suelen funcionar adecuadamente con tensiones comprendidas entre 12 y 15 kV. Un error en esta elección puede provocar problemas como roturas del aislamiento o capacidad subutilizada del equipo. Por ejemplo, una gran planta solar de 100 MW que se conecta a las líneas principales de transmisión requerirá equipos de conmutación de alta tensión con una tensión nominal mínima de 36 kV. Por otro lado, esos pequeños paneles solares para techos funcionan perfectamente con equipos de media tensión de hasta 15 kV. La mayoría de los ingenieros recurren a la norma IEEE C37.20.2 para resolver estos problemas de compatibilidad en distintas configuraciones de energías renovables.

Dimensionamiento de las intensidades nominales y de la capacidad de soporte de cortocircuitos para generación intermitente y desequilibrada

La generación renovable introduce perfiles de carga variables y corrientes de cortocircuito asimétricas, lo que exige una reducción rigurosa de la capacidad nominal y una tolerancia robusta a fallos. El equipo de conmutación debe soportar:

• Corriente Continua : 125 % de la potencia máxima de salida del inversor para energía solar; 130 % de la potencia máxima de salida de la turbina para energía eólica
• Resistencia a cortocircuitos : Mínimo 40 kA durante 3 segundos para gestionar sobrecargas durante perturbaciones en la red

Los códigos de red refuerzan estas exigencias: la norma IEEE 1547 exige una capacidad de sobrecarga transitoria del 150 % para los sistemas fotovoltaicos, mientras que las aplicaciones eólicas requieren una resistencia cíclica a la carga del 200 % para adaptarse a la inercia de las turbinas y a las variaciones de par provocadas por ráfagas de viento.

Tipos de equipos de conmutación optimizados por aplicación para la integración solar, eólica y de almacenamiento

Equipos de conmutación de media tensión blindados, GIS y libres de SF6 para parques fotovoltaicos y subestaciones eólicas

Los proyectos de energía renovable a gran escala requieren equipos de conmutación de media tensión que puedan ser mantenidos fácilmente, ocupen menos espacio y mantengan su seguridad en distintos entornos. La mayoría de las plantas solares optan por diseños metálicos envueltos (metal clad) debido a su carácter modular. Los interruptores automáticos extraíbles permiten a los técnicos realizar reparaciones sin tener que desconectar toda la subestación, lo que ahorra tiempo y dinero. Para instalaciones eólicas marinas o lugares donde simplemente no hay suficiente espacio disponible, los equipos de conmutación aislados en gas (GIS) se convierten en la opción preferida. Estos sistemas reducen los requisitos de espacio físico aproximadamente en dos tercios comparados con las opciones convencionales, además de resistir naturalmente la corrosión provocada por la exposición al agua salada. A medida que las normativas sobre emisiones se vuelven más estrictas de forma generalizada, observamos una mayor adopción de alternativas libres de SF6 en la actualidad. Las empresas están recurriendo a la tecnología de interrupción en vacío combinada con materiales aislantes dieléctricos sólidos, en lugar del tradicional SF6. Los nuevos equipos funcionan tan bien como los anteriores, pero eliminan por completo las preocupaciones relacionadas con esos gases de efecto invernadero que antes afectaban al sector.

Interruptores de corriente continua y corriente alterna/continua híbridos para aplicaciones de almacenamiento de baterías y microrredes

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, o BESS por sus siglas en inglés, requieren equipos de conmutación de corriente continua (CC) especialmente diseñados, debido a que enfrentan algunos problemas bastante singulares. A diferencia de los sistemas de corriente alterna (CA), no existe un punto natural en el que la corriente caiga a cero, además de que se producen picos rápidos de descarga que pueden dañar los equipos. Por ello, los equipos de conmutación modernos incluyen elementos como bobinas magnéticas de extinción de arco y cámaras de extinción reforzadas, capaces de interrumpir fallas en CC casi de forma instantánea, normalmente en unos pocos milisegundos. Al evaluar soluciones híbridas de equipos de conmutación CA/CC, lo que las distingue es su capacidad para proteger todos los componentes mientras conmutan entre distintas fuentes de energía en una configuración de microrred. Piense, por ejemplo, en un sistema que integra paneles solares, baterías y generadores de respaldo tradicionales: este tipo de equipo gestiona todo de forma fluida. Adoptar una configuración nativa de acoplamiento en CC reduce efectivamente las pérdidas energéticas durante las conversiones y permite que el sistema opere de forma independiente cuando la red eléctrica principal se desconecta. Esta capacidad no es simplemente una buena práctica: se está convirtiendo en un requisito esencial para cumplir normativas como las estándares UL 1741 SA e IEEE 1547-2018, cuya importancia crece progresivamente a medida que más instalaciones buscan la independencia energética.

Durabilidad ambiental y diseño listo para control remoto para instalaciones de energías renovables

Resistencia a la corrosión, carcasas IP65+ y gestión térmica adaptativa en climas extremos

Los equipos de conmutación en instalaciones de energía renovable enfrentan serios desafíos derivados de condiciones adversas. Los parques eólicos costeros sufren la corrosión por salpicaduras de sal, mientras que las instalaciones solares en zonas desérticas luchan contra la abrasión por arena y niveles de humedad que pueden superar el 90 %. Según una investigación de AMPP de 2023, aproximadamente una cuarta parte de todos los fallos eléctricos se deben a la corrosión en estos entornos extremos. Para contrarrestar este problema, las cajas estancas con triple sellado IP66 impiden la entrada de polvo y agua durante eventos meteorológicos intensos, como los monzones o las tormentas de arena. En situaciones aún más exigentes, los fabricantes recurren al acero inoxidable 316L o a aleaciones de níquel, certificadas según la norma ISO 12944 C5-M para lugares expuestos a sustancias químicas agresivas o al medio marino. Los sistemas de gestión térmica también desempeñan un papel clave en este contexto: utilizan calefactores PTC y ventiladores de velocidad variable para garantizar el funcionamiento estable de los equipos en rangos extremos de temperatura, desde menos 40 grados Celsius hasta más 55. Estos sistemas ayudan a prevenir descargas disruptivas peligrosas causadas por la condensación cuando las temperaturas experimentan fuertes oscilaciones durante la noche, un fenómeno que ha sido ensayado y documentado en la norma IEC TR 63397:2022.

Preparación digital: equipos de conmutación inteligentes para supervisión, automatización y cumplimiento normativo de la red

Integración IEC 61850, protocolos SCADA (Modbus/DNP3) y diagnósticos basados en el borde

Los equipos de conmutación desempeñan un papel fundamental en los sistemas renovables modernos, actuando como algo mucho más que un simple punto de desconexión. Cuando los equipos soportan de forma nativa los estándares IEC 61850, permiten que relés de protección, sensores y controladores de distintas marcas funcionen conjuntamente de forma perfecta. Esto simplifica la configuración y acelera el proceso de verificación del cumplimiento de los códigos de red. La mayoría de los sistemas actuales también se conectan con plataformas SCADA mediante protocolos como Modbus TCP y DNP3. Estas conexiones permiten a los operadores supervisar y controlar todo de forma remota, manteniendo la seguridad de los datos en toda la red. Los procesadores inteligentes integrados directamente en estos dispositivos pueden verificar niveles de corriente, lecturas de tensión, cambios de temperatura e incluso detectar descargas parciales localmente. Identifican problemas en menos de 20 milisegundos, lo cual resulta crucial para responder con rapidez ante eventos de isla. Las avanzadas herramientas de mantenimiento predictivo analizan el comportamiento histórico de los componentes para predecir cuándo podrían fallar determinadas piezas. Según Energy Grid Insights (2023), este enfoque reduce casi a la mitad las paradas imprevistas. Además, la lógica adaptativa de protección mantiene la estabilidad del sistema al modificar automáticamente sus ajustes cuando varían las fuentes renovables. Esto contribuye a garantizar el cumplimiento de los requisitos relativos a la capacidad de soporte ante caídas de tensión (LVRT) y a los límites de distorsión armónica, sin necesidad de intervención manual.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los niveles de tensión típicos para los equipos de conmutación de energía renovable?

La media tensión (MT) suele oscilar entre 1 kV y 52 kV y se utiliza comúnmente en sistemas más pequeños, mientras que la alta tensión (AT) es superior a 52 kV y generalmente se requiere en instalaciones a gran escala.

¿Cómo apoya el equipo de conmutación a los sistemas de almacenamiento de energía en baterías?

El equipo de conmutación de corriente continua (CC) utilizado en los sistemas de almacenamiento de energía en baterías aborda desafíos específicos, como picos rápidos de descarga, incorporando características como bobinas magnéticas de extinción de arco y cámaras de extinción de arco para resolver con rapidez las fallas.

¿Cuáles son las alternativas libres de SF6 en los equipos de conmutación?

Las tendencias recientes apuntan hacia la tecnología de interrupción al vacío combinada con materiales aislantes dieléctricos sólidos, eliminando así la necesidad del gas de efecto invernadero SF6 sin comprometer un rendimiento similar.

¿Cómo afectan las condiciones ambientales al equipo de conmutación en emplazamientos de energías renovables?

Los equipos de conmutación en emplazamientos renovables pueden sufrir problemas derivados de la corrosión por salpicaduras de sal, la abrasión por arena y las temperaturas extremas. Las soluciones incluyen el uso de envolventes robustas y sistemas adaptativos de gestión térmica para garantizar su durabilidad.