Análise e Avaliación das Características da Carga dos Transformadores de Distribución

Análise en Profundidade e Consideracións Clave para a Avaliación das Características da Carga

A avaliación das características da carga é unha pedra angular no deseño de transformadores de distribución, influindo directamente na selección da capacidade, na distribución de perdas, no control do aumento de temperatura e na economía operativa. A avaliación debe realizarse en tres dimensións: tipo de carga, dinámica temporal e acoplamento ambiental, estabelecendo un modelo refinado baseado nas condicións reais de funcionamento.

1. Análise Refinada dos Tipos de Carga

• Clasificación e Características

• Cargas Residenciais: Dominadas por iluminación e electrodomésticos, cunha curva diaria de carga que presenta dúas cúspides (mañá e noite) e un factor de carga anual baixo (aproximadamente 30%–40%).

• Cargas Industriais: Categorizadas en continuas (por exemplo, siderúrgicas), intermitentes (por exemplo, mecanizado) e cargas de impacto (por exemplo, fornos eléctricos a arco), requirindo atención aos harmónicos, fluctuacións de tensión e correntes de arranque.

• Cargas Comerciais: Como centros comerciais e centros de datos, caracterizadas por variacións sazonais (por exemplo, aire acondicionado no verán) e características non lineares (por exemplo, SAI, conversores de frecuencia).

• Modelización da Carga

• Empregar modelos de circuito equivalente ou axuste de datos medidos para cuantificar o factor de potencia (PF), o contido harmónico (por exemplo, THDi) e as fluctuacións da taxa de carga.

2. Análise Dinámica ao Longo das Dimensións Temporais

• Curva Diaria de Carga

• Derivada da monitorización en campo ou de curvas estándar (por exemplo, IEEE), destacando os períodos de pico e valle e as súas duracións.

• Exemplo: A curva diaria dun parque industrial revela dous picos entre as 10:00–12:00 e 18:00–20:00, con taxas de carga nocturnas inferiores ao 20%.

• Curva Anual de Carga

• Ten en conta as variacións sazonais (por exemplo, refrixeración no verán, calefacción no inverno) e prevé o crecemento futuro da carga usando datos históricos.

• Métricas Clave: Horas máximas de utilización da carga anual (Tmax), factor de carga (LF) e coeficiente de carga (LF%).

3. Acoplamento Ambiental e Avaliación de Correlación

• Impacto da Temperatura

• Cada aumento de 10°C na temperatura ambiente reduce a capacidade nominal do transformador aproximadamente un 5% (baseado en modelos de envellecemento térmico), necesitándose a verificación da capacidade de sobrecarga.

• Impacto da Altitude

• Cada aumento de 300m na altitude reduz a resistencia aislante aproximadamente un 1%, requiríndose axustes no deseño do aislamento ou a derivação da capacidade.

• Gravedade da Contaminación

• Categorizada segundo a IEC 60815 (por exemplo, contaminación leve, grave), influindo na selección de embutidos e aisladores e na distancia de rastreo.

4. Métodos e Ferramentas de Avaliación

• Enfoque Baseado en Medidas

• Recolle datos reais de carga mediante contadores intelixentes e osciloscopios, seguido dunha análise estatística (por exemplo, distribución da taxa de carga, espectro harmónico).

• Enfoque Baseado en Simulación

• Utiliza software como ETAP ou DIgSILENT para modelar sistemas de enerxía en varios escenarios.

• Fórmulas Empíricas

• Como a fórmula do factor de carga na IEC 60076 para a estimación rápida da capacidade do transformador.

5. Aplicación dos Resultados da Avaliación

• Selección da Capacidade

• Determina a capacidade do transformador baseada na taxa de carga (por exemplo, 80% de margen de deseño) e na capacidade de sobrecarga (por exemplo, 1,5× corrente nominal durante 2 horas).

• Distribución de Perdas

• As perdas de ferro (PFe) son independentes da carga, mentres que as perdas de cobre (PCu) escalan coa carga ao cadrado, sendo necesario un equilibrio entre as perdas en vacío e as perdas de carga.

• Control do Aumento de Temperatura

• Calcula as temperaturas de punto quente das bobinas baseándose nas características da carga para asegurar a conformidade coas clasificacións térmicas do material aislante (por exemplo, Classe A ≤105°C).

Conclusión

A avaliación das características da carga debe integrar o tipo de carga, a dinámica temporal e o acoplamento ambiental utilizando métodos de medida, simulación e empíricos para construír un modelo refinado. Os resultados afectan directamente á selección da capacidade, á distribución de perdas e á fiabilidade operativa, formando a base do deseño de transformadores de distribución.

• Análise Económica

• Compara os retornos da inversión de diferentes capacidades mediante unha avaliación do custo de ciclo de vida (LCC).