Calentamiento de los transformadores

1. Calentamiento de los transformadores • La vida útil de una máquina eléctrica y en particular de un transformador, convencionalmente, se refiere a: • condiciones de servicio continuo • valores normales de temperatura ambiente • carga nominal

2. La vida útil se reduce debido a situaciones no comunes: • sobretensiones • cortocircuitos • sobrecargas de emergencia que a su vez son función de: • severidad del evento (amplitud y duración) • diseño del transformador • temperaturas de las distintas partes del transformador • contenido de humedad del aceite • contenido de oxígeno y otros gases en el aislamiento y en el aceite

3. Tipos de sobrecarga: • Sobrecarga cíclica normal • Carga cíclica de emergencia prolongada • Carga de emergencia de corta duración

4. Esquematización de las sobreelevaciones de temperatura en régimen permanente para transformadores de distribución tipo ONAN.

5. Corte de un transformador, permite ubicar donde se produce el calor y como se transmite al medio externo.

6. Variación de la temperatura en la superficie de los órganos de refrigeración, en el eje interno del órgano de refrigeración y en un eje interno de la cuba.

7. Se pueden establecer las siguientes temperaturas: • temperatura máxima de la bobina (punto o zona caliente) • temperatura media de la bobina • temperatura media de la superficie de la bobina • temperatura máxima del aceite • temperatura media del aceite dentro de la cuba • temperatura media de la superficie de los órganos de refrigeración • temperatura ambiente

8. Saltos de temperatura entre distintos puntos (cada uno a una única temperatura), aceptando la hipótesis de que las temperaturas medias antes indicadas son suficientemente representativas.

9. Modelo térmico régimen permanente • Se puede establecer la siguiente analogía eléctrica (ley de Ohm): V=RI I - flujo de calor en régimen permanente R - resistencia térmica V - diferencia de temperaturas

10. Fuentes de calor generado:

11. Se utiliza el concepto de carga térmica, corriente por unidad de superficie, la ecuación de transmisión del calor resulta: Esta forma es particularmente interesante independiza el salto de temperatura (V) de la superficie (S), si se asigna a la carga térmica (I/S) un valor adecuado

12. Salto de temperatura entre devanados y el aceite • El calor se disipa por conducción desde la superficie de los conductores al aceite. • El calor que se produce en los conductores internos atraviesa más resistencias a la disipación.

13. La carga térmica de la bobina se determina: P1 - pérdidas totales del arrollamiento S - superficie de la bobina y eventuales canales axiales de refrigeración

14. Saltos de temperatura: • Temperatura media conductores y la superfice del devanado

15. Factor que relaciona el espesor equivalente y el espesor del aislante

16. Saltos de temperatura: • Eje térmico de la bobina y su superficie

17. Factor TT:

18. Saltos de temperatura: • Superficie devanado y aceite

19. Influencia de los canales axiales de refrigeración: En los canales se establece régimen laminar, en estas condiciones la transmisión se ve afectada por la altura del cuerpo refrigerado.

20. Saltos de temperatura: • Aceite medio y la cuba

21. Conocido el salto de temperatura cuba aire, se determina la carga térmica de convección:

22. Y la carga térmica por radiación en función del salto sobre el ambiente y la temperatura ambiente:

23. Organos adicionales de refrigeración - tubos Transformador de distribución de 215 kVA

24. Organos adicionales de refrigeración - radiadores Los valores de transmisión del calor obtenidos de tablas se deben multiplicar por tres factores de corrección

25. Variación de la temperatura en la superficie de los órganos de refrigeración, en el eje interno del órgano de refrigeración y en un eje interno de la cuba.

26. Datos y resultados, verificaciones:

27. Ejemplo de cálculo:

28. Conclusiones: • Las normas establecen los valores de sobreelevación de temperatura máxima del aceite y media de los arrollamientos. • Otro valor importante es la temperatura máxima del punto caliente. La norma IEC 60354 define la relación de envejecimiento, para carga nominal y temperatura ambiente de 20 ºC, adoptando como valor de referencia la temperatura de 98 ºC para el punto caliente.

29. Valor relativo de la relación de envejecimiento: Como se puede observar es muy sensible al valor de la temperatura del punto caliente.