Selecció de transformadors de distribució per a l'abastiment d'energia a xarxes de baixa tensió

Les dades característiques dels transformadors de distribució estan determinades pels requisits de la xarxa. La potència efectiva determinada ha de multiplicar-se pel factor de potència cosφ per obtenir la potència nominal Srt. En les xarxes de distribució, normalment es prefereix un valor de uk = 6%.

Selecció de Transformadors de Distribució per Alimentar Xarxes de Baixa Tensió 

Les pèrdues dels transformadors consisteixen en pèrdues sense càrrega i pèrdues de curtcircuït. Les pèrdues sense càrrega provenen de la inversió contínua de la magnetització al nucli de ferro i romanen essencialment constants, sent independents de la càrrega. Les pèrdues de curtcircuït inclouen pèrdues ohmiques en les bobines i pèrdues degudes als camps de fuga, i són proporcionals al quadrat del nivell de càrrega.

Les pèrdues dels transformadors estan compostes per pèrdues sense càrrega i pèrdues de curtcircuït. Les pèrdues sense càrrega provenen de la inversió contínua de la magnetització al nucli de ferro. Aquestes pèrdues són essencialment constants i no són afectades per la càrrega.

En canvi, les pèrdues de curtcircuït, consisteixen en pèrdues ohmiques en les bobines i pèrdues causades pels camps de fuga. Són proporcionals al quadrat de la magnitud de la càrrega.

En aquest article tècnic, es discutiran els criteris clau per a la selecció de transformadors de distribució dins de l'interval de potència de 50 - 2500 kVA per alimentar xarxes de baixa tensió.

1. Requisits de Seguretat Operativa

• Proves Rutinàries: Aquestes cobreixen elements com pèrdues, tensió de curtcircuït \(u_{k}\) i proves de tensió.

• Proves de Tipus: Inclouen proves com proves de calor i proves de sobretensió.

• Proves Especials: Involucren proves com proves de resistència a curtcircuït i proves de soroll.

2. Condicions Elèctriques

• Tensió de Curtcircuït: Presta atenció als seus valors específics i característiques.

• Símbol de Connexió / Grup Vectorial: Aprèn informació rellevant sobre símbols de connexió i grups vectorials ( [Aprèn més](afegeix l'enllaç corresponent aquí si hi ha un enllaç en el text original) ).

• Rati de Transformació: Determina els paràmetres del rati de transformació.

3. Condicions d'Instal·lació

• Instal·lació Interior i Exterior: Considera els escenaris d'instal·lació dels transformadors, ja siguin interiors o exteriors.

• Condicions Locals Especials: Ténen en compte l'influència de les condicions locals especials.

• Condicions de Protecció Ambiental: Compli amb els requisits de protecció ambiental corresponents.

• Disseny: Tri entre transformadors imbibits en oli o de resina seca.

4. Condicions d'Operació

• Capacitat de Càrrega: Per a transformadors imbibits en oli o de resina seca, considera les seves capacitats de suport de càrrega.

• Fluctuacions de Càrrega: Presta atenció a la situació de les fluctuacions de càrrega.

• Nombre d'Hores en Funcionament: Ténen en compte la durada d'operació dels transformadors.

• Eficiència: Centra-te en l'eficiència dels transformadors imbibits en oli o de resina seca.

• Regulació de Tensió: Dóna importància a les capacitats de regulació de tensió.

• Operació Paral·lela de Transformadors: Aprèn sobre les situacions rellevants de l'operació paral·lela de transformadors ( [Aprèn més](afegeix l'enllaç corresponent aquí si hi ha un enllaç en el text original) ).

5. Dades Característiques dels Transformadors amb Exemples

• Potència Nominal:SrT = 1000kVA

• Tensió Nominal: UrOS=20 kV

• Tensió Inferior:  UrUS=0.4 kV

• Tensió Nominal de Resistència a Raigs: UrB=125 kV

• Combinació de Pèrdues

• Pèrdues Sense Càrrega: P0=1700 W

• Pèrdues de Curtcircuït: Pk=13000 W

• Potència Acústica: LWA=73 dB

• Tensió de Curtcircuït: uk=6%

• Rati de Transformació: PV/SV=20 kV/0.4 kV

• Símbol de Connexió: Dyn5

• Sistemes de Terminació: Per exemple, sistemes de flanges lateral inferior i superior

• Ubicació d'Instal·lació: Si és interior o exterior

• a) Amb menys de 1000 litres de dielèctric líquid

• b) Amb més de 1000 litres de dielèctric líquid

Explicació

• a. Canalització de cables

• b. Reixa de ferro galvanitzat

• c. Obertura d'exhaust amb reixa protectora

• d. Canalització desavinent amb bomba

• e. Ramp

• f. Obertura d'entrada d'aire amb reixa protectora

• g. Capa de gravill o pedra trencada

• h. Bancal

L'instal·lació dels transformadors hauria de estar protegida contra les aigües subterrànies i les inundacions. El sistema de refrigeració ha de ser protegit de la llum solar. També cal garantir les mesures de protecció contra incendis i la compatibilitat ambiental. La Figura 1 mostra un transformador amb un ompliment d'oli inferior a 1000 litres. En aquest cas, un soler impermeable és suficient.

Per a un ompliment d'oli superior a 1000 litres, són obligatoris els recolls d'oli o els tanques d'oli.

La mida de l'obertura d'exhaust es mostra sense reixa a la Figura 2 per a un escalfament de l'habitació de 15 K.

PV=P0+k×Pk75 [kW]

Definicions de Símbols:

• A: Obertures d'exhaust i entrada d'aire

• P{V: Pèrdues de potència del transformador

• k = 1.06 per a transformadors imbibits en oli

• k = 1.2 per a transformadors de resina

• Po: Pèrdues sense càrrega

• Pk75: Pèrdues de curtcircuït a (75^{\circ}\) Celsius, en quilowatts

• h: Diferència d'altura, en metres

Les pèrdues de calor generades durant l'operació d'un transformador (Figura 4) necessiten dissipar-se. Quan la ventilació natural no pot utilitzar-se a causa de les condicions d'instal·lació, és essencial instal·lar un ventilador. La temperatura màxima permès global del transformador és 40°C.

Pèrdues Totals en una Sala de Transformadors

Les pèrdues totals en una sala de transformadors es calculen de la següent manera: Les pèrdues totals a la sala de transformadors es donen per  Qloss=∑Ploss, on:

Ploss=P0+1.2×Pk75×(SAF/SAN)2

Camins de Dissipació de Calor per a les Pèrdues Totals

Les pèrdues totals es dissipeu a través de Qv=Qloss1+Qloss2+Qloss3

Càlcul de la Dissipació de Calor per a Cada Part

Calor Dissipada per Convecció Natural d'Aire: Qloss1=0.098×A1.2×sqrtHΔuL3

Calor Dissipada per Convecció Forçada d'Aire (vegeu Figura 3): Qloss3=VL×CpL×ρ

Calor Dissipada a Través de Pareds i Teulat (vegeu Figura 4):Qloss2=0.7×AW×KW×ΔuW+AD×KD×ΔuD

Explicació de Significats de Símbols

• Pv: Pèrdues de potència del transformador en kW

• Qv: Dissipació total de calor en kW

• QW,D: Dissipació de calor a través de les parets i teulat en kW

• AW,D: Àrea de les parets i teulat en \(m^2\)

• KW,D: Coeficient de transmissió de calor en \(kW/m^2K\)

• SAF: Potència per tipus de refredament AF en kVA

• SAN: Potència per tipus de refredament AN en kVA

• VL: Caudal d'aire en \(m^3/s\) o \(m^3/h\)

• Qv1: Part de la calor dissipada per convecció natural d'aire en kW

• Qv2: Part de la calor dissipada a través de les parets i teulat en kW

• Qv3: Part de la calor dissipada per convecció forçada d'aire en kW

La Figura 5 presenta els nivells de soroll de diversos transformadors segons la Publicació IEC 551. El soroll magnètic prové de les oscil·lacions del nucli de ferro (que depèn de la inducció) i es basa en les propietats del material de les laminacions del nucli.

La potència acústica (Figura 6) és una mesura del nivell de soroll produït per una font acústica.