GRUPO 2

WILMER CASTRO CHAMBI

LARICO ALMONTE SAUL

22/04/2014

2014

Influencia de cargas no lineales en transformadores de distribución.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

Facultad de producción y servicios

Ingeniería

Eléctrica

INDICE

1. INDICE ………………………………………………………………….12. INTRODUCCION………………………………………………………23. TRANSFORMADORES CON CARGAS NO LINEALES………….3

3.1.Consideraciones Generales ……………………………………..33.2.Límites de distorsión armónica…………………………………...5

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INFLUENCIA DE CARGAS NO LINEALES EN TRANSFORMADORES DE

DISTRIBUCIÓN

1. Introducción.

En los últimos años hemos asistido a un interés creciente sobre los efectos de

las cargas no lineales en los sistemas eléctricos de potencia, ya sea por

diferentes fines. Como se sabe las cargas no lineales son todas aquellas que

generan corrientes no sinusoidales, es decir, corrientes que además de la

componente fundamental tienen otras que son múltiplos de estas que son más

conocidos como armónicos. Normalmente la distorsión de la tensión en el

punto de generación es muy pequeña (1% a 2%), aun siendo mínima esto

implica un apartamiento de la forma sinusoidal con cierto contenido armónico.

Como ejemplo de cargas no lineales podemos mencionar los rectificadores,

cargadores de baterías, balastos electrónicos, dispositivos variadores de

frecuencia, fuentes de potencia regulables, etc. Las corrientes consecuencia de

cargas no lineales que circulan en los sistemas eléctricos y en las líneas de

distribución producen distorsión de la tensión en los distintos nodos, aunque la

tensión en el punto de alimentación sea sinusoidal, debido a la impedancia

propia de la red, al circular corrientes no sinusoidales las caídas son causa de

que las tensiones en los nodos de carga resulten más o menos distorsionadas.

Se sabe que a medida que aumentaban las cargas electrónicas, los

transformadores funcionaban con ruidos y un calentamiento excesivo, e incluso

que se quemaban al cabo de uno o dos años, esto es un problema el cual

trataremos en esta parte del tema expuesto.

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2. TRANSFORMADORES CON CARGAS NO LINEALES

2.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Recordemos que en el transformador que alimenta cierta corriente de carga, se

producen fenómenos que se representan por la presencia de corrientes

parásitas adicionales.

El creciente uso de cargas eléctricas no lineales conlleva a la aplicación de

cargas armónicas a los transformadores de distribución de pequeña y mediana

potencia.

En este trabajo se estudia la capacidad de los transformadores para alimentar

cargas con corrientes no sinusoidales de características conocidas.

Recordemos que las pérdidas en un transformador están compuestas por las

pérdidas en vacío y las pérdidas en carga. Estas a su vez se las subdivide en

pérdidas Joule (I2R) y pérdidas adicionales.

Las pérdidas adicionales son debidas a flujos parásitos en los devanados,

núcleo, elementos de fijación del núcleo, pantallas magnéticas, paredes de la

cuba, etc.

Las pérdidas adicionales de los devanados son debidas al efecto pelicular en

los conductores y en los circuitos en paralelo.

La determinación precisa de las corrientes parásitas adicionales producidas por

las corrientes armónicas es un tema complejo que depende del diseño y

construcción del transformador y que implica realizar sofisticados análisis

computacionales.

Las pérdidas adicionales se obtienen como diferencia entre las pérdidas

medidas en carga menos las pérdidas calculadas utilizando la medición de las

resistencias.

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Las pérdidas totales en carga resultan:

(2.1)

siendo:

PLL: pérdidas en carga (W)

P: componente I2R de las pérdidas en carga (W)

PEC: pérdidas adicionales en los devanados (W)

POSL: otras pérdidas adicionales (W)

Debido a las armónicas el valor eficaz de la corriente se incrementa, luego se

incrementan las pérdidas en carga P = I2R.

Las pérdidas adicionales PEC en los devanados dentro del espectro de

frecuencias normalmente considerado, tienden a ser proporcionales al

cuadrado de la corriente de carga y al cuadrado de la frecuencia, causa de un

ulterior incremento de pérdidas.

El resto de las pérdidas adicionales POSL, núcleo, partes estructurales, también

se incrementa con el cuadrado de la corriente pero no con el cuadrado de la

frecuencia como en los devanados.

Además las corrientes armónicas frecuentemente están acompañadas por una

componente de corriente continua, que incrementa ligeramente las pérdidas en

el núcleo, pero incrementa importantemente la corriente de magnetización y el

nivel audible de ruido.

Altas componentes de corriente continua pueden afectar en forma adversa la

capacidad de carga del transformador y deberían evitarse.

En un transformador con carga nominal y corriente sin armónicos se deben

respetar las sobreelevaciones de temperatura indicadas por las normas, si la

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carga incluye armónicas las mayores pérdidas son causa se mayores

sobreelevaciones de temperatura.

Más adelante con un ejemplo se observa el cálculo del incremento de

temperatura en la parte superior del aceite (top oil) debido a esta causa.

Por estas mismas razones los aislantes que están en contacto con los

conductores están sometidos a temperaturas que afectan su vida útil.

Resumiendo la principal preocupación del funcionamiento de los

transformadores con cargas armónicas es la sobreelevación de temperatura de

los devanados, para contener este efecto se fijan bajas densidades de corriente

respecto de diseños normales, o para diseño normal no se puede cargar el

transformador con su potencia nominal.

2.2. LÍMITES DE DISTORSIÓN ARMÓNICA.

Se limitan, para una distribución de energía eléctrica normal, los valores

admisibles del contenido de armónicos. Las normas de vigente aplicación son:

UNE 21248/6-1996. El contenido de armónicos H en porcentaje

(equivalente al TDH-F definido en la literatura anglosajona), se define

según su apartado 2 como:

….(2.2)

Dónde: I1 es la componente fundamental de la corriente (de frecuencia 50 Hz) In es el armónico enésimo de la corriente. N es el máximo orden de armónico a considerar. La norma no especifica

este número.

Algunos fabricantes consideran hasta el armónico 15, otros hasta el 25 e

incluso hay quienes toman hasta el 50.

Los valores admisibles para el contenido de armónicos total y de orden par de

la corriente de carga se limitan al 5% y 10% respectivamente.

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CEI 555. La norma indica como límites los valores de la tabla.

IEEE 519 (revisada).

Límites de corrientes armónicas en punto de acoplamiento común.

ISC = corriente de cortocircuito disponible en el punto de acoplamiento común.

IL = máxima corriente fundamental demandada.

TDD = Distorsión total de demanda.

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