Breve discusión sobre la selección de transformadores de tierra en subestaciones de potencia
El transformador de tierra, comúnmente conocido como "transformador de tierra", opera en condiciones de carga nula durante el funcionamiento normal de la red y sobrecargado durante las fallas de cortocircuito. Según la diferencia en el medio de relleno, los tipos comunes se pueden dividir en sumergidos en aceite y de tipo seco; según el número de fases, se pueden clasificar en transformadores de tierra trifásicos y monofásicos. El transformador de tierra crea artificialmente un punto neutro para conectar resistencias de tierra. Cuando ocurre una falla a tierra en el sistema, presenta alta impedancia para las corrientes de secuencia positiva y negativa, y baja impedancia para la corriente de secuencia cero, lo que asegura el funcionamiento confiable de la protección a tierra. La selección adecuada y razonable de transformadores de tierra es de gran importancia para la extinción de arcos durante los cortocircuitos, la eliminación del sobretensión por resonancia electromagnética y la garantía de un funcionamiento seguro y estable de la red eléctrica.
La selección de transformadores de tierra debe considerar de manera integral las siguientes condiciones técnicas: tipo, capacidad, frecuencia, corriente y voltaje, nivel de aislamiento, coeficiente de elevación de temperatura y capacidad de sobrecarga. Para las condiciones ambientales, se debe prestar especial atención a la temperatura ambiente, la altitud, la diferencia de temperatura, el nivel de contaminación, la intensidad sísmica, la velocidad del viento, la humedad, etc.
Cuando el punto neutro del sistema puede ser llevado, se prefiere un transformador de tierra monofásico; cuando no puede ser llevado, se debe usar un transformador de tierra trifásico.
Selección de la capacidad del transformador de tierra
La selección de la capacidad del transformador de tierra se considera principalmente en función del tipo de transformador de tierra, las características del equipo conectado al punto neutro y si hay carga en el lado secundario. Generalmente, ya se ha incluido un margen suficiente en el cálculo de la capacidad del equipo conectado al punto neutro, por lo que no se requiere ningún factor de derating adicional durante la selección.
En las estaciones de energía fotovoltaica, el lado secundario del transformador de tierra generalmente lleva una carga. Por lo tanto, el autor explica brevemente cómo determinar la capacidad del transformador de tierra cuando el lado secundario está cargado.
Bajo esta condición, la capacidad del transformador de tierra se determina principalmente en función de la capacidad del bobinado de supresión de arcos conectado al transformador y la capacidad de la carga secundaria, calculada según una duración nominal equivalente de 2 horas a la capacidad del bobinado de supresión de arcos. Cuando la carga es crítica, la capacidad también se puede determinar en función del tiempo de operación continuo. El bobinado de supresión de arcos se considera como potencia reactiva (Qx), mientras que la carga se calcula por separado como potencia activa (Pf) y potencia reactiva (Qf). La fórmula de cálculo es la siguiente:
Al utilizar la protección a tierra basada en el componente activo de la corriente de secuencia cero inversa, se agrega una resistencia de tierra con un cierto valor de resistencia a cualquiera de los lados primario o secundario del bobinado de supresión de arcos para mejorar la sensibilidad y precisión de la protección a tierra. Aunque esta resistencia consume potencia activa durante la operación, su duración de uso es corta y el incremento resultante de la corriente es pequeño; por lo tanto, no se requiere un aumento adicional de la capacidad del transformador de tierra.
