Diseño e Implementación de un Transformador Especial con Regulación Automática de Capacidad

1. Introducción

La energía es esencial para el funcionamiento y desarrollo de la sociedad. Para cumplir con las políticas nacionales de conservación de energía y reducción de emisiones, es necesario mejorar la utilización de recursos, lo cual es crítico para las empresas de energía. Las actualizaciones de redes rurales en múltiples etapas impulsan el desarrollo de transformadores de distribución. A pesar de su alta eficiencia, los transformadores ampliamente utilizados aún enfrentan pérdidas significativas en general debido a problemas de capacidad y uso; el 70% de las pérdidas en redes de media y baja tensión provienen de los transformadores de distribución. Las redes rurales tienen cargas concentradas y afectadas por la temporada, con grandes diferencias entre picos y valles que reducen las tasas de carga promedio de los transformadores. El uso de transformadores reguladores de capacidad en estas áreas ayuda a ajustar la capacidad a la carga, asegurando una operación económica y segura, reduciendo sobrecargas y desperdicio de energía. El diseño de un transformador especial de regulación automática de capacidad ofrece avances técnicos y valor práctico/teórico.

2. Mecanismo de Generación de Pérdidas en Transformadores

Los transformadores, claves en las redes de distribución para la distribución de energía y el ajuste de voltaje y corriente, sufren grandes pérdidas de potencia durante la operación normal, compuestas por pérdidas de cortocircuito (carga) y pérdidas sin carga.

La pérdida de cortocircuito (pérdida de carga) ocurre cuando la corriente nominal fluye a través de los devanados bajo carga. Se detecta mediante pruebas de cortocircuito (aplicando un voltaje bajo al primario, midiendo la corriente nominal en el secundario, ignorando la pérdida del núcleo), aproximándose a la pérdida de cobre. Esta pérdida se escala con la carga, restringida por los coeficientes de carga y la pérdida de cortocircuito nominal.

3. Diseño e Implementación del Transformador Especial de Regulación Automática de Capacidad
3.1 Estructura del Transformador Regulador de Capacidad

El transformador de distribución con cambio de tomas D - Y adoptado utiliza diferentes modos de bobinado para operaciones de gran y pequeña capacidad: delta (D) para gran capacidad, estrella (Y) para pequeña capacidad (llamada conversión estrella-delta). Sus devanados de baja tensión combinan cables de 27% de vueltas y 73% de vueltas, siendo la sección transversal de este último ~1/2 del primero.

3.2 Realización de la Regulación Automática de Capacidad

Los transformadores reguladores de capacidad bajo carga dependen de módulos de control automático: adquisición de datos, almacenamiento, transformadores, interacción hombre-máquina, alimentación de energía y bucles de E/S. Los transformadores de voltaje y corriente recopilan señales; circuitos analógicos con microprocesadores las procesan. Los datos procesados se almacenan en memoria para interfaces externas o intercambios futuros. La Figura 1 muestra la composición del sistema de control automático.

3.3 Proceso de Control del Sistema de Control Automático

La corriente analógica del transformador regulador de capacidad y el voltaje del lado secundario son recopilados por el controlador de regulación de capacidad bajo carga. Combinado con la cantidad de estado del interruptor de regulación de capacidad, se puede implementar un juicio numérico según las características de las condiciones de operación y los parámetros de operación del objeto controlado. Luego, se determina si se cumplen las condiciones para ejecutar la tarea basándose en las condiciones de control reales.

Si se cumplen las condiciones y es necesario ajustar la capacidad del transformador de distribución, el programa cambiará al módulo de tareas para el ajuste de la capacidad del transformador. Después de completar la tarea de ajuste de capacidad, entrará en otros módulos de funciones auxiliares. Si no se cumplen las condiciones para la operación de la tarea, o no hay necesidad inmediata de ajustar la capacidad del transformador, el programa entrará directamente en otros módulos de funciones auxiliares. La Figura 2 muestra el diagrama de flujo del sistema de control automático.

3.4 Estructura de Hardware del Sistema de Control Automático de Regulación de Capacidad Bajo Carga

La estructura de hardware del sistema de control automático de regulación de capacidad bajo carga se compone principalmente de una unidad de adquisición de señales, una unidad de comunicación de datos, una unidad de entrada, una unidad de salida, un sistema de panel de control, un oscilador de cristal de alimentación y un circuito de reloj.

El sistema de regulación automática de capacidad bajo carga tiene una alta capacidad de anti-interferencia y confiabilidad de hardware, principalmente porque se seleccionan chips de grado industrial para todos sus componentes. Además, se considera la compatibilidad electromagnética de los componentes y circuitos durante el diseño del circuito. Esto asegura que el sistema de regulación automática de capacidad bajo carga tenga un alto nivel de confiabilidad operativa y seguridad eléctrica, y pueda cumplir con los requisitos de uso incluso en entornos eléctricos adversos.

4. Conclusión

En las redes de distribución, el uso generalizado de un gran número de transformadores de distribución significa que las pérdidas actuales en estos transformadores representan una proporción relativamente alta de las pérdidas totales en la red de distribución. Las cargas eléctricas rurales están limitadas por condiciones desfavorables como cambios estacionales, períodos anuales de utilización cortos y frecuentes ocurrencias de estados sin carga o con carga ligera. Como resultado, la situación en la que la tasa de carga de los transformadores permanece dentro de un rango de operación razonable es relativamente rara.

Los transformadores reguladores de capacidad pueden ajustarse según las fluctuaciones de la carga y el estado del interruptor de regulación de capacidad. Al cambiar el modo de conexión de los devanados del transformador, les dan la característica de capacidad ajustable. Por lo tanto, instalar razonablemente transformadores reguladores de capacidad en áreas de redes eléctricas rurales con cargas grandes y fluctuaciones de voltaje frecuentes tiene un efecto relativamente notable en la conservación de energía y el control de pérdidas en el circuito.

Con el continuo desarrollo y progreso de las tecnologías de uso de electricidad, las mejoras funcionales de los transformadores de regulación automática de capacidad bajo carga también se están volviendo cada vez más perfectas. Se cree que los transformadores especiales de regulación automática de capacidad lograrán nuevos avances en la dirección de la conservación de energía y la reducción de pérdidas en las redes de distribución futuras.