Avaluació i anàlisi de les característiques de càrrega dels transformadors de distribució

Anàlisi en profunditat i consideracions clau per a l'avaluació de les característiques de càrrega

L'avaluació de les característiques de càrrega és un element fonamental en el disseny dels transformadors de distribució, que influeix directament en la selecció de la capacitat, la distribució de pèrdues, el control de l'augment de temperatura i l'economia operativa. L'avaluació s'ha de realitzar en tres dimensions: tipus de càrrega, dinàmica temporal i acoblament ambiental, establint un model refinat basat en les condicions reals d'operació.

1. Anàlisi refinada dels tipus de càrrega

• Classificació i característiques

• Càrregues residencials: Dominades per l'enllumenat i els electrodomèstics, amb una corba de càrrega diària que presenta dos pics (matí i vespre) i un factor de càrrega anual baix (aproximadament 30%–40%).

• Càrregues industrials: Classificades en contínues (p. ex., fàbriques d'acer), intermitents (p. ex., mecanització) i càrregues d'impacte (p. ex., fornacs d'arc elèctric), necessitant atenció als harmònics, fluctuacions de tensió i corrents d'inrush.

• Càrregues comercials: Com centres comercials i centres de dades, caracteritzades per variacions estacionals (p. ex., refredament estiu) i característiques no lineals (p. ex., SAI, convertidors de freqüència).

• Modelització de la càrrega

• Utilitza models de circuits equivalents o ajust de dades mesurades per quantificar el factor de potència (FP), el contingut harmònic (p. ex., THDi) i les fluctuacions de la taxa de càrrega.

2. Anàlisi dinàmica en dimensions temporals

• Corba de càrrega diària

• Derivada de la monitorització en terreny o corbes estàndard (p. ex., IEEE), destacant els períodes de punta i fora de punta i la seva durada.

• Exemple: La corba diària d'un parc industrial revela pics duals de 10:00–12:00 i 18:00–20:00, amb taxes de càrrega nocturnes inferiors al 20%.

• Corba de càrrega anual

• Té en compte les variacions estacionals (p. ex., refredament estiu, calefacció hivern) i prediu el creixement futur de la càrrega utilitzant dades històriques.

• Mètriques clau: Hores d'utilització màxima anual de la càrrega (Tmax), factor de càrrega (FC) i coeficient de càrrega (FC%).

3. Acoblament ambiental i avaliació de la correlació

• Impacte de la temperatura

• Cada augment de 10°C en la temperatura ambient reduirà la capacitat nominal del transformador aproximadament un 5% (basat en models d'envelheciment tèrmic), necessitant la verificació de la capacitat de sobrecàrrega.

• Impacte de l'altitud

• Cada increment de 300 m en l'altitud reduirà la resistència a l'aislament aproximadament un 1%, necessitant ajustos en el disseny de l'aislament o una reducció de la capacitat.

• Gravetat de la contaminació

• Classificada segons la IEC 60815 (p. ex., contaminació lleugera, greu), influent en la selecció de bornes i aïlladors i la distància de rampell.

4. Mètodes i eines d'avaluació

• Enfoque basat en mesures

• Recull dades reals de càrrega mitjançant comptadors intel·ligents i oscil·logràfics, seguit d'una anàlisi estadística (p. ex., distribució de la taxa de càrrega, espectre harmònic).

• Enfoque basat en simulació

• Utilitza programari com ETAP o DIgSILENT per modelar sistemes elèctrics en diversos escenaris.

• Fórmules empíriques

• Com la fórmula del factor de càrrega en la IEC 60076 per a l'estimació ràpida de la capacitat del transformador.

5. Aplicació dels resultats de l'avaluació

• Selecció de la capacitat

• Determina la capacitat del transformador basant-se en la taxa de càrrega (p. ex., marge de disseny del 80%) i la capacitat de sobrecàrrega (p. ex., 1,5× la corrent nominal durant 2 hores).

• Distribució de pèrdues

• Les pèrdues ferroses (PFe) són independents de la càrrega, mentre que les pèrdues de cobre (PCu) es quadruplicen amb la càrrega, necessitant un equilibri entre les pèrdues sense càrrega i les pèrdues amb càrrega.

• Control de l'augment de temperatura

• Calcula les temperatures dels punts calents de les bobines basant-se en les característiques de la càrrega per assegurar la conformitat amb les classificacions tèrmiques del material d'aislament (p. ex., Classe A ≤105°C).

Conclusió

L'avaluació de les característiques de càrrega ha d'integrar el tipus de càrrega, la dinàmica temporal i l'acoblament ambiental utilitzant mètodes de mesura, simulació i empírics per construir un model refinat. Els resultats impacten directament la selecció de la capacitat, la distribució de pèrdues i la fiabilitat operativa, formant la base del disseny dels transformadors de distribució.

• Anàlisi econòmica

• Compara els retornos d'investigació de diferents capacitats mitjançant una avaluació del cost cicle de vida (LCC).