En los transformadores de tensión de alta tensión de clase de medición (PT/VT) con una tensión nominal de 35 kV e inferior, la adopción de núcleos laminados de múltiples escalones —con una sección transversal que se aproxima a un círculo— en sustitución de los núcleos rectangulares o cuadrados convencionales, constituye una optimización integral basada en la electromagnética, la geometría y las características de los materiales de aislamiento.
Tomando como ejemplo la Unidad de Medición Combinada para Exteriores Rockwill Serie RBM de 11 kV/33 kV, ampliamente aplicada en redes de distribución internacionales, su destacada precisión y fiabilidad de medición se basan precisamente en esta filosofía de diseño del núcleo.
Serie RBM de Rockwill Unidad de Medición Combinada para Exteriores de 11kV/33kV
Para los transformadores de medición, los requisitos más críticos son la alta precisión y la alta estabilidad. El núcleo laminado de múltiples escalones ofrece las siguientes ventajas significativas:
1. Precisión de medición significativamente mejorada (La ventaja principal)
Los transformadores de tensión de medición suelen exigir clases de precisión muy altas. Los errores del transformador (error de relación y desfase) se originan principalmente en las caídas de tensión provocadas por la impedancia interna del devanado.
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Longitud del conductor reducida: Bajo la misma área de sección transversal efectiva del núcleo, el núcleo laminado de múltiples escalones tiene un perímetro más corto que un núcleo cuadrado. Esto significa que, al bobinar el mismo número de espiras, la longitud media por espira (MLT) del cable de cobre es menor.
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Impedancia interna reducida: El menor consumo de cobre reduce directamente la resistencia de CC y la reactancia de dispersión del devanado. En la Unidad de Medición Combinada para Exteriores Serie RBM de Rockwill, este diseño de circuito magnético de alta calidad y baja impedancia garantiza que la tensión del lado secundario refleje con precisión y en proporción la tensión del lado primario, proporcionando una fuente de datos de alta precisión y atenuación cero para el medidor de energía totalmente integrado.
2. Distribución optimizada del flujo magnético, reducción de pérdidas en el núcleo y distorsión de la forma de onda
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Evitación de la saturación local: Las esquinas afiladas de los núcleos cuadrados tienden a concentrar el flujo magnético, provocando una saturación localizada. El núcleo laminado de múltiples escalones, al aproximarse a un círculo, garantiza una distribución del campo magnético más uniforme.
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Transmisión fiel de la forma de onda: La distribución uniforme del flujo reduce la corriente de excitación no lineal causada por la saturación, garantizando que la forma de onda de la tensión de salida secundaria permanezca sin distorsión.
El transformador combinado interno de la Serie RBM de Rockwill consta de 2 o 3 transformadores de tensión monofásicos y transformadores de corriente configurados con precisión. Esta característica física pura y libre de distorsión armónica es fundamental para la unidad de medición electrónica integrada, al tiempo que reduce eficazmente las pérdidas totales en vacío.
Diagrama esquemático del núcleo de hierro laminado de múltiples escalones
3. Mejora del rendimiento de aislamiento para una estabilidad operativa a largo plazo
Tanto en equipos de tipo seco como sumergidos en aceite, la compatibilidad estructural entre el núcleo y los devanados afecta significativamente a la vida útil del aislamiento.
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Eliminación de la concentración del campo eléctrico en bordes afilados: Los devanados suelen ser cilíndricos. Si se utiliza un núcleo cuadrado, las cuatro esquinas afiladas crean una concentración extrema del campo eléctrico, lo que puede provocar fácilmente una ruptura en los puntos débiles del aislamiento.
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Reducción de la descarga parcial: El núcleo laminado de múltiples escalones, combinado con devanados cilíndricos, garantiza distancias de aislamiento entre capas y entre secciones extremadamente uniformes, mejorando significativamente la distribución interna del campo eléctrico.
Este diseño de optimización del campo eléctrico funciona en sinergia con el medio de aislamiento de aceite especial para transformadores No. 25 utilizado en la Unidad de Medición Combinada para Exteriores Serie RBM de Rockwill. Combinado con la estructura robusta donde los terminales primarios y secundarios se montan en un solo panel a través de bujes de porcelana de alta calidad, esto construye una excelente defensa de aislamiento, garantizando un rendimiento de aislamiento sobresaliente y una estabilidad operativa a largo plazo incluso en entornos exteriores adversos.
4. Mejora del factor de espacio para un diseño de alta integración y peso ligero
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Alto factor de relleno: Un devanado cilíndrico bobinado alrededor de un núcleo escalonado logra una utilización del espacio (factor de relleno) significativamente mayor que un núcleo cuadrado.
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Dimensiones más compactas: Los equipos para exteriores montados en postes tienen requisitos estrictos de tamaño y peso de suspensión. Una de las principales innovaciones de la Serie RBM de 11 kV/33 kV de Rockwill es la alta integración del transformador combinado y el medidor de energía en una sola unidad. El alto factor de espacio del núcleo laminado de múltiples escalones reduce eficazmente las dimensiones de los componentes del núcleo sin comprometer el rendimiento electromagnético, reduciendo significativamente el tamaño y el peso totales del tanque, y disminuyendo en gran medida la dificultad de montaje en el poste y los costes de instalación civil.
Serie Rockwill RBM Unidad de medición montada en poste de alta tensión para exteriores
5. Capacidad mejorada de soportar cortocircuitos y robustez mecánica
Durante los eventos de cortocircuito en la red eléctrica, los devanados están sometidos a enormes fuerzas electrodinámicas. Un devanado cilíndrico experimenta una tensión radial uniforme y, al bobinarse sobre un núcleo escalonado con alta adaptabilidad, la estructura mecánica es excepcionalmente robusta. Por el contrario, los devanados cuadrados son altamente propensos a la deformación bajo condiciones de cortocircuito. Esta alta estabilidad mecánica garantiza que el equipo de exterior mantenga su alta precisión de medición original incluso después de soportar perturbaciones graves de la red, como fallas de cortocircuito.
Conclusión
El uso de núcleos laminados de múltiples escalones en transformadores de medición con una tensión nominal de 35 kV e inferiores —al reducir la longitud del devanado de cobre, optimizar la distribución del campo eléctrico y minimizar las dimensiones— se alinea perfectamente con las tendencias modernas de desarrollo de equipos de medición de alta tensión: alta precisión, alta integridad de aislamiento y diseño compacto.
La Serie de Unidad de Medición Combinada para Exteriores Rockwill RBM ejemplifica la traducción ingenieril de estas ventajas electromagnéticas subyacentes en competitividad del producto —ofreciendo una solución integrada precisa, compacta y altamente fiable para redes de distribución de media tensión.
Editado de:Garca
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