Cómo Resolver Problemas de Calidad de Energía en Transformadores del Sistema Eléctrico

Transformadores y Monitoreo de Calidad del Suministro Eléctrico

El transformador es un componente central del sistema de energía. El monitoreo de la calidad del suministro eléctrico es fundamental para garantizar la seguridad del transformador, mejorar la eficiencia del sistema y reducir los costos de operación y mantenimiento, impactando directamente en la confiabilidad y el rendimiento de toda la red de energía.

¿Por qué Realizar Pruebas de Calidad del Suministro Eléctrico en Transformadores?

• Garantizar la Operación Segura del Transformador
  Los problemas de calidad del suministro eléctrico, como armónicos, fluctuaciones de voltaje y desequilibrio de carga, pueden causar sobrecalentamiento, envejecimiento del aislamiento, disminución de la eficiencia e incluso fallos prematuros.

• Identificar la Contaminación Armónica y Prevenir Sobrecargas
  Los sistemas de energía modernos utilizan ampliamente cargas no lineales (por ejemplo, sistemas UPS, electrónica de potencia, inversores), que generan corrientes armónicas. Estas aumentan las pérdidas de hierro y cobre en los transformadores. Cuando la Distorsión Armónica Total (THD) supera el 5%, los transformadores enfrentan un riesgo significativo de sobrecarga.

• Prevenir Fallos de Equipos Debido a Fluctuaciones de Voltaje
  Las fluctuaciones de voltaje frecuentes o parpadeo pueden inestabilizar el transformador y el equipo downstream, lo que lleva a errores operativos.

• Controlar el Desequilibrio de Carga para Evitar Sobrecalentamiento Localizado
  El desequilibrio de carga trifásica causa una corriente neutral excesiva, resultando en sobrecalentamiento localizado, disminución de la eficiencia y daño potencial al transformador.

• Garantizar la Seguridad del Sistema de Tierra y Prevenir Problemas de Voltaje N-G
  Un diseño inadecuado de tierra puede llevar a un desplazamiento del punto neutro, causando un voltaje anormal entre Neutral y Tierra (N-G), lo que interrumpe la operación del transformador y la funcionalidad de los dispositivos de protección.

Cómo Realizar un Monitoreo Sistemático de la Calidad del Suministro Eléctrico en Transformadores

Control de Armónicos y Aplicación del Factor K

• Usar Transformadores con Factor K: Seleccionar la clasificación K apropiada (por ejemplo, K-4, K-13, K-20) según las características armónicas de la carga para mejorar la capacidad del transformador para soportar corrientes armónicas.

• Limitar la THD (Distorsión Armónica Total): Mantener la THD por debajo del 5%, conforme a las normas IEEE 519.

• Instalar Equipos de Filtrado: Desplegar filtros activos o pasivos cerca de las fuentes armónicas para reducir la inyección de armónicos en el sistema.

Supresión de la Distorsión y Fluctuación de Voltaje

• Usar Equipos de Estabilización de Voltaje: Emplear Reguladores Automáticos de Voltaje (AVR) o Generadores Estaticos de Var (SVG) para estabilizar el voltaje.

• Optimizar la Programación de Carga: Evitar el arranque simultáneo de equipos de alta potencia para minimizar los hundimientos de voltaje.

• Implementar Monitoreo y Alarma: Desplegar sistemas de monitoreo de la calidad del suministro eléctrico para detectar y alertar sobre anomalías de voltaje en tiempo real.

Mitigación del Desequilibrio de Carga

• Optimizar la Distribución de Carga: Mantener corrientes trifásicas equilibradas.

• Usar Balanceadores de Carga: Balancear automáticamente las cargas en aplicaciones donde el ajuste manual es impráctico.

• Inspección y Ajuste Regular: Usar analizadores de calidad de energía para monitorear y corregir niveles de desequilibrio periódicamente.

Prácticas de Puesta a Tierra de Transformadores

• Diseño y Mantenimiento Adecuado del Sistema de Puesta a Tierra

• Puesta a Tierra del Neutro: En Sistemas Derivados Separadamente (SDS), el punto neutro debe estar correctamente puesta a tierra según estándares como el NEC 250 para prevenir "tierra flotante."

• Control de Voltaje N-G: Estabilizar el potencial neutro a través de una puesta a tierra adecuada para minimizar el voltaje entre Neutral y Tierra.

• Resistencia de Puesta a Tierra Conforme: Asegurar que la resistencia de puesta a tierra cumpla con los requisitos del código (por ejemplo, ≤4Ω).

• Evitar Mezcla de Puestas a Tierra: Mantener separadas la tierra de señal y la tierra de potencia para reducir interferencias.

• Pruebas Regulares: Usar un tester de resistencia de tierra para verificar periódicamente la integridad del sistema.

Dimensionamiento de Capacidad con Corrección del Factor de Distorsión

• Considerar el Factor de Cresta (CF) y el Factor de Derate Armónico (HDF): Ajustar la capacidad del transformador según las características reales de la carga.

• Seguir ANSI/IEEE C57.110: Aplicar los factores de derate del estándar para una selección de capacidad precisa.

• Proporcionar Margen de Capacidad: Reservar un 10–20% de capacidad adicional durante el diseño para acomodar futuras cargas y efectos armónicos.