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Consideraciones de diseño para la especificación de nuevos transformadores

Arman FreireEnsayo16 de Junio de 2018

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Consideraciones de diseño para la especificación de nuevos transformadores

Arias Fernando 1[1]        Freire Armando2[2]          Suárez Julio 3[3]  Sisa Víctor 4[4]  Verdezoto Jhonnathan 5[5]

Recibido xx de junio de 20xx, aceptado xx de octubre de 20xx

Received: June xx, 20xx     Accepted: October xx, 20xx

RESUMEN

ABSTRACT

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Analizar los factores que producen las corrientes de armónicos en los  transformadores, mediante una revisión bibliográfica del tema, para conocer sus efectos.

Determinar la función que cumple el blindaje de tierras electrostáticas en los transformadores, a través de una revisión documental sobre el tema, para determinar sus usos

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS TEÓRICO

  1. Consideraciones de diseño para la especificación de nuevos transformadores

 

  1. Protección de la corriente armónica

Cuando sea práctico, el usuario puede instalar filtros en la línea secundaria para reducir algunas de las corrientes de carga armónica suministradas al transformador. Si una de las frecuencias armónicas está cerca de la frecuencia resonante resultante del circuito de protección puede producirse una amplificación de corriente a esta frecuencia.

 

  1.  Impacto en el neutro

 

Cuando las frecuencias de corriente armónica incluyen órdenes armónicas que tienen múltiplos de tres (3, 6, 9, etc.), corrientes de secuencia cero fluyen en el neutro. Puede ser necesario sobredimensionar este neutro. En estas circunstancias, una práctica común es duplicar la corriente admisible neutra.

 

  1. Equipo de corrección del factor de potencia

 

El equipo de corrección del factor de potencia se instala con frecuencia para reducir los costos de los servicios públicos. Se debe tener cuidado cuando se hace esto, ya que la amplificación de corriente a ciertas frecuencias debido a la resonancia en el circuito puede ser bastante alta. Además, la inductancia que se reduce en el circuito generalmente permite que existan corrientes armónicas más altas en el sistema. Los efectos de calentamiento armónico de estas condiciones pueden ser perjudiciales para los transformadores y otros equipos. Las pérdidas adicionales producidas también pueden aumentar los costos de los servicios públicos debido al aumento de los requisitos de vatios, aunque se haya mejorado el factor de potencia de carga.

 

  1. Escudos de tierra electrostáticos

 

Los blindajes de tierra electrostáticos se especifican con frecuencia entre los devanados primarios y secundarios. La presencia de pantallas de tierra electrostáticas tiende a reducir el acoplamiento capacitivo entre los devanados. Esto reduce el acoplamiento de transitorios entre los dos devanados. Las perturbaciones en la línea producidas por el equipo convertidor conectado al secundario del transformador se reducirán, pero no se eliminarán en el lado primario del transformador. Los escudos no están destinados a reducir las corrientes armónicas, pero en virtud de su acoplamiento magnético a los devanados que transportan tales corrientes, se inducen pérdidas de calor adicionales. Las pantallas electrostáticas son un suplemento, pero no necesariamente un sustituto de la corriente armónica. Por lo tanto, puede ser necesario realizar un filtrador para lograr la calidad de potencia deseada. Las pantallas electrostáticas también sirven para proteger el lado secundario del transformador de los transitorios que pueden aparecer en el devanado de alta tensión. Esto es especialmente importante para transformadores con secundarios sin conexión a tierra. Los transitorios en el lado de alto voltaje de un transformador pueden aumentar dramáticamente el voltaje de sobretensión visto en un devanado secundario sin conexión a tierra de lo que se podía esperar de un devanado con conexión a tierra. Esto puede dañar los devanados del transformador y las partes o equipos conectados en el lado secundario del transformador. La presencia de una pantalla de tierra electrostática entre los devanados primarios y secundarios reduce la magnitud del transitorio acoplado a los devanados secundarios.

 

  1. Consideraciones de diseño fuera  los devanados

 

Las corrientes armónicas pueden aumentar sustancialmente las pérdidas por dispersión en las partes estructurales fuera de los devanados. Las separaciones adicionales, el uso de materiales no magnéticos en lugar de acero dulce, la ruptura de las posibles vías de circulación de la corriente y el uso de materiales de blindaje deben considerarse como formas de reducir los efectos del calentamiento por corriente armónica en las partes estructurales. Estas otras pérdidas perdidas, P OSL se deben incluir en las pérdidas utilizadas para determinar la elevación del nivel máximo de aceite,  Δα TO en condiciones de carga armónicas.

1.6. Análisis de espectro armónico

 

Es preferible que el espectro armónico al que se someterá el transformador se especifique al fabricante del transformador en el momento de la cotización. Un análisis preciso para el tamaño apropiado del transformador sólo se puede hacer evaluando el espectro armónico específico. Si no se puede suministrar el espectro, entonces los usuarios calculan o estiman que  F HL  debe ser especiado. Sin embargo, es probable que la unidad tenga un tamaño conservador para compensar la falta de información de carga específica. El ingeniero especificador debe proporcionar esta información de carga, ya que el fabricante del transformador no puede asumir valores sin un conocimiento real del sistema al que se aplicará el transformador. En el caso de los transformadores con envolvente líquida, las pérdidas por dispersión distintas de las pérdidas parasitas de bobinado contribuyen al calentamiento del aceite. Desde que F HL—STR se calcula con un exponente diferente, el valor de este factor también debe ser suministrado por el ingeniero que especifica si no se proporciona ningún análisis de espectro. El espectro armónico suministrado debe ser identificado en cuanto a si es medido en el lado primario o secundario del transformador. Si el espectro armónico se proporciona en forma de unidad, entonces se debe denotar el fundamental a la frecuencia nominal del transformador especulado.

 

  1. Consideración del diseño en los devanados

 

Dado que las corrientes armónicas pueden aumentar sustancialmente las pérdidas por corrientes de Foucault en los devanados, este aumento de las pérdidas debe considerarse en el cálculo del aumento de temperatura cuando se especifique un nuevo transformador. Para cada devanado, las pérdidas por unidad de corriente de Foucault en la región de mayor densidad de pérdida pueden ser indicadas por el fabricante del transformador para operación en frecuencia nominal a la corriente nominal en términos de la Ecuación (2), con  P OSL—R (pu) igual a cero (ya que no hay ninguna otra pérdida por desviación en los devanados por negación). La densidad de pérdida por unidad en estas regiones de mayor pérdida de corriente de Foucault puede entonces recalcularse para la corriente de carga no sinusoidal denso combinando las ecuaciones (2), (5), (8), y (11).

[pic 1]Ecuación (16)

Para ajustar la densidad de pérdida por unidad en los devanados individuales, el efecto de  FHL debe conocerse en cada bobinado. Por lo tanto, el devanado de bajo voltaje, con su sección transversal de conductor más grande, puede comenzar con una menor densidad de pérdida y un menor aumento de temperatura, pero puede aumentar más que el devanado de alto voltaje y exhibir el punto más caliente en el transformador para cargas armónicas. Es decir, hay un valor de F HL  para la carga, pero los efectos en diferentes transformadores y diferentes bobinados dentro del mismo transformador pueden ser diferentes. En el caso de los transformadores con envolvente líquida, el calentamiento del aceite por pérdidas por dispersión distintas de las pérdidas parasitas también afecta al aumento de temperatura de los devanados.

En estas regiones mencionadas, considerando la densidad de pérdida por unidad obtenida por la Ecuación (16) con una corriente de carga no sinusoidal de 1 (pu) rms de magnitud, deben cumplirse los límites de temperatura y aumento de temperatura dados en IEEE Std C57.12.00-1993 e IEEE Std C57.12.01-1998. Se debe cumplir

  1. Procedimientos recomendados para evaluar la capacidad de carga de los transformadores existentes

2.1. Cálculo equivalente de la capacidad del transformador utilizando datos de pérdidas por corriente de Foucault de diseño

 

2.1.1 Cálculos típicos para transformadores tipo seco

 

La pérdida de corriente de Foucault por unidad en la región de mayor densidad de pérdida puede ser considerada por el fabricante del transformador en términos de la Ecuación (2) para operación a frecuencia nominal a la corriente nominal, con  P OSL—R (pu) igual a cero (ya que no hay ninguna otra pérdida por desviación en los devanados por negación).

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