Selección de transformadores de distribución para el suministro de energía a redes de baja tensión

Los datos característicos de los transformadores de distribución están dictados por los requisitos de la red. La potencia efectiva determinada debe multiplicarse por el factor de potencia cosφ para obtener la potencia nominal Srt. En las redes de distribución, se prefiere comúnmente un valor de uk = 6%.

Selección de Transformadores de Distribución para el Suministro de Energía a Redes de Baja Tensión 

Las pérdidas en los transformadores consisten en pérdidas sin carga y pérdidas en cortocircuito. Las pérdidas sin carga se deben a la inversión continua de la magnetización en el núcleo de hierro y permanecen esencialmente constantes, siendo independientes de la carga. Las pérdidas en cortocircuito comprenden pérdidas ohmicas en los devanados y pérdidas resultantes de los campos de fuga, y son proporcionales al cuadrado del nivel de carga.

Las pérdidas en los transformadores se componen de pérdidas sin carga y pérdidas en cortocircuito. Las pérdidas sin carga surgen de la inversión continua de la magnetización en el núcleo de hierro. Estas pérdidas son esencialmente constantes y no se ven afectadas por la carga.

Por otro lado, las pérdidas en cortocircuito consisten en pérdidas ohmicas en los devanados y pérdidas causadas por los campos de fuga. Son proporcionales al cuadrado de la magnitud de la carga.

En este artículo técnico, se discutirán los criterios clave para la selección de transformadores de distribución en el rango de potencia de 50 - 2500 kVA para alimentar redes de baja tensión.

1. Requisitos de Seguridad Operativa

• Pruebas Rutinarias: Estas abarcan elementos como pérdidas, voltaje de cortocircuito \(u_{k}\) y pruebas de voltaje.

• Pruebas de Tipo: Incluyen pruebas como pruebas de calentamiento y pruebas de sobretensión.

• Pruebas Especiales: Involucran pruebas como pruebas de resistencia a cortocircuito y pruebas de ruido.

2. Condiciones Eléctricas

• Voltaje de Cortocircuito: Preste atención a sus valores específicos y características.

• Símbolo de Conexión / Grupo Vectorial: Aprenda sobre la información relevante relacionada con los símbolos de conexión y los grupos vectoriales ( [Learn More](add the corresponding link here if there is one in the original text) ).

• Relación de Transformación: Determine los parámetros de la relación de transformación.

3. Condiciones de Instalación

• Instalación Interior y Exterior: Considere los escenarios de instalación de los transformadores, ya sea en interiores o exteriores.

• Condiciones Locales Especiales: Tenga en cuenta la influencia de las condiciones locales especiales.

• Condiciones de Protección Ambiental: Cumpla con los requisitos de protección ambiental correspondientes.

• Diseños: Elija entre transformadores sumergidos en aceite o transformadores secos de resina.

4. Condiciones de Operación

• Capacidad de Carga: Para transformadores sumergidos en aceite o transformadores secos de resina, considere sus capacidades de soporte de carga.

• Fluctuaciones de Carga: Preste atención a la situación de las fluctuaciones de carga.

• Número de Horas en Operación: Tenga en cuenta la duración de operación de los transformadores.

• Eficiencia: Enfoque en la eficiencia de los transformadores sumergidos en aceite o transformadores secos de resina.

• Regulación de Voltaje: Preste importancia a las capacidades de regulación de voltaje.

• Operación en Paralelo de Transformadores: Aprenda sobre las situaciones relevantes de la operación en paralelo de transformadores ( [Learn More](add the corresponding link here if there is one in the original text) ).

5. Datos Característicos de los Transformadores con Ejemplos

• Potencia Nominal:SrT = 1000kVA

• Voltaje Nominal: UrOS=20 kV

• Voltaje del Lado Inferior:  UrUS=0.4 kV

• Voltaje de Impulso Nominal de Rayo: UrB=125 kV

• Combinación de Pérdidas

• Pérdidas sin Carga: P0=1700 W

• Pérdidas en Cortocircuito: Pk=13000 W

• Potencia Acústica: LWA=73 dB

• Voltaje de Cortocircuito: uk=6%

• Relación de Transformación: PV/SV=20 kV/0.4 kV

• Símbolo de Conexión: Dyn5

• Sistemas de Terminación: Por ejemplo, sistemas de flangeado del lado de baja y alta tensión

• Ubicación de Instalación: Ya sea en interior o exterior

• a) Con menos de 1000 litros de dieléctrico líquido

• b) Con más de 1000 litros de dieléctrico líquido

Explicación

• a. Conducto de cable

• b. Grilla de acero galvanizado

• c. Abertura de escape con reja protectora

• d. Conducto desatornillado con bomba

• e. Rampa

• f. Abertura de entrada de aire con reja protectora

• g. Capa de grava o piedra triturada

• h. Saliente

La instalación de los transformadores debe estar protegida contra el agua subterránea y las inundaciones. El sistema de enfriamiento debe estar protegido de la luz solar. También se deben garantizar medidas de protección contra incendios y compatibilidad ambiental. La Figura 1 muestra un transformador con un llenado de aceite de menos de 1000 litros. En este caso, un piso impermeable es suficiente.

Para un llenado de aceite de más de 1000 litros, son obligatorios los canales colectores de aceite o pozos de aceite.

El tamaño de la abertura de escape se muestra sin reja en la Figura 2 para un calentamiento de la habitación de 15 K.

PV=P0+k×Pk75 [kW]

Definiciones de Símbolos:

• A: Aberturas de escape y entrada de aire

• P{V: Pérdida de potencia del transformador

• k = 1.06 para transformadores sumergidos en aceite

• k = 1.2 para transformadores de resina

• Po: Pérdidas sin carga

• Pk75: Pérdidas en cortocircuito a (75^{\circ}\) Celsius, en kilovatios

• h: Diferencia de altura, en metros

Las pérdidas térmicas generadas durante la operación de un transformador (Figura 4) necesitan ser disipadas. Cuando la ventilación natural no puede usarse debido a las condiciones de instalación, es esencial instalar un ventilador. La temperatura máxima permitida total del transformador es de 40°C.

Pérdidas Totales en una Sala de Transformadores

Las pérdidas totales en una sala de transformadores se calculan de la siguiente manera: Las pérdidas totales en la sala de transformadores están dadas por  Qloss=∑Ploss, donde:

Ploss=P0+1.2×Pk75×(SAF/SAN)2

Rutas de Disipación de Calor para las Pérdidas Totales

Las pérdidas totales se disipan a través de Qv=Qloss1+Qloss2+Qloss3

Cálculo de la Disipación de Calor para Cada Parte

Calor Disipado por Convección Natural del Aire: Qloss1=0.098×A1.2×sqrtHΔuL3

Calor Disipado por Convección Forzada del Aire (ver Figura 3): Qloss3=VL×CpL×ρ

Calor Disipado a Través de Paredes y Techo (ver Figura 4):Qloss2=0.7×AW×KW×ΔuW+AD×KD×ΔuD

Explicación de los Significados de los Símbolos

• Pv: Pérdida de potencia del transformador en kW

• Qv: Disipación total de calor en kW

• QW,D: Disipación de calor a través de paredes y techo en kW

• AW,D: Área de paredes y techo en \(m^2\)

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

• SAF: Potencia para el tipo de enfriamiento AF en kVA

• SAN: Potencia para el tipo de enfriamiento AN en kVA

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

• Qv1: Parte del calor disipado por convección natural del aire en kW

• Qv2: Parte del calor disipado a través de paredes y techo en kW

• Qv3: Parte del calor disipado por convección forzada del aire en kW

La Figura 5 presenta los niveles de ruido de varios transformadores según la Publicación IEC 551. El ruido magnético proviene de las oscilaciones del núcleo de hierro (que dependen de la inducción) y depende de las propiedades materiales de las laminaciones del núcleo.

La potencia acústica (Figura 6) es una medida del nivel de ruido producido por una fuente acústica.