Transformadores de potencia: modos y valores nominales de funcionamiento

Modo nominal de funcionamiento

El modo de operación nominal del transformador es el modo para el cual fue diseñado por el fabricante. Son condiciones determinantes para el modo nominal de operación del transformador: tensión nominal, potencia, corrientes y frecuencia indicadas en su placa de características, así como las condiciones nominales del medio refrigerante.

Tensión nominal de los devanados.

Los voltajes nominales de los devanados del transformador son aquellos voltajes a los que están diseñados para operación normal. Para transformadores reductores, las tensiones nominales de los devanados primarios son iguales a las tensiones nominales de las redes eléctricas correspondientes, es decir receptores eléctricos.

Para transformadores elevadores y reductores conectados directamente a las barras o terminales del generador, las tensiones nominales de los devanados primarios son un 5% superiores a las tensiones nominales de la red correspondiente.En los devanados secundarios, nominal es la tensión de fase que se obtiene en los terminales de los devanados secundarios del transformador cuando está en vacío y cuando se aplica la tensión nominal primaria a los terminales del devanado primario.

Se permite exceder la tensión suministrada a los terminales de la salida principal o cualquier ramal del devanado primario no más de + 5% de la tensión indicada en la placa de identificación del transformador para la salida principal o para esta rama.

Fuerza nominal

La potencia nominal de un transformador es la potencia a la que el transformador puede cargarse continuamente a lo largo de su vida útil, que normalmente se supone que es del orden de 20 a 25 años.

La potencia nominal del transformador está relacionada con las condiciones de temperatura, es decir, depende de la temperatura de calentamiento permisible de sus devanados, de las condiciones de enfriamiento del transformador, etc. Conozcamos estas condiciones de temperatura con más detalle.

La mayoría de los transformadores están refrigerados por aceite (transformadores de "aceite"). En tales transformadores, los núcleos magnéticos con devanados están ubicados en tanques de acero llenos de aceite de transformador, que es un aceite aislante mineral derivado del petróleo. El calor liberado en los devanados y el núcleo magnético del transformador durante su funcionamiento se transfiere con la ayuda del aceite al medio que enfría el transformador: aire (refrigeración por aire) o agua (refrigeración por agua).

Para transformadores de aceite enfriados por aire instalados en áreas donde la temperatura del aire más alta alcanza + 35 ° C, el aumento de temperatura promedio de los devanados por encima de la temperatura del aire no debe exceder los + 70 ° C (medido por el método de resistencia).Para transformadores domésticos, el aumento de temperatura de los devanados, igual a + 70 ° C, corresponde a su carga nominal. A una temperatura del aire de + 35 ° C, la temperatura de calentamiento promedio de los devanados del transformador es de 70 ° + 35 ° = 105 ° C.

Si durante el funcionamiento, la temperatura de calentamiento de los devanados del transformador se mantiene constantemente a + 105 ° C, entonces, como muestran los estudios de los fabricantes, su vida útil no excederá varios años. Sin embargo, a la carga nominal del transformador, la temperatura de calentamiento de los devanados + 105 ° C será constante solo si la temperatura del aire es constante, igual a + 35 ° C.

En realidad, la temperatura del aire ambiente nunca es constante, sino que cambia tanto durante el día como a lo largo del año, razón por la cual la temperatura de calentamiento de los devanados del transformador varía en el rango de + 105 ° C a algún valor inferior. Esto prolonga naturalmente la vida útil del transformador. Por lo tanto, la temperatura máxima del devanado + 105 °C mencionada anteriormente debe entenderse como el límite superior de la temperatura promedio, medida por resistencia, admisible para la operación segura del transformador durante varias horas al día durante esos relativamente pocos días en que la temperatura ambiente alcanza el máximo + 35 ° C.

En transformadores sin circulación forzada de aceite, el mayor aumento de temperatura de las capas superiores de aceite (en la tapa) por encima de la temperatura ambiente no debe exceder los 60 °C. A una temperatura ambiente de + 35 °C, esto corresponde a la temperatura más alta observado (por termómetro) temperatura del aceite + 95 ° C.Para transformadores con circulación forzada de aceite, por ejemplo con refrigeración aceite-agua, la temperatura del aceite en la entrada del enfriador de aceite no debe superar los 70 °C. Para transformadores con refrigeración aceite-aire, la temperatura máxima admisible del aceite se determina a partir de el fabricante.

Dicho esto, debe entenderse por potencia nominal del transformador, la potencia hasta la cual se puede cargar permanentemente un transformador instalado a la intemperie, en condiciones de temperatura nominal del medio refrigerante, con refrigeración por aire, definida como la temperatura del aire que varía naturalmente durante el año. Para otros tipos de refrigeración, las condiciones de temperatura nominal del medio de refrigeración las determinan los fabricantes de transformadores.

Nótese que anteriormente se recalculaba la potencia nominal de los transformadores instalados en el exterior en función de la temperatura media anual del aire de refrigeración. Como resultado del recálculo, a una temperatura ambiente media anual inferior a + 5 °C, se aumenta la potencia nominal del transformador, ya una temperatura media anual superior a + 5 °C, por el contrario, se reduce.

Los estudios sobre el efecto de la viscosidad del aceite en el enfriamiento de los transformadores muestran que tal recálculo no es necesario, ya que a baja temperatura del aire aumenta la viscosidad del aceite, como resultado de lo cual se deteriora la transferencia de calor de los devanados y a temperatura del aire elevada. , por el contrario, la viscosidad del aceite disminuye y aumenta la transferencia de calor de los devanados del transformador.

Además de las instalaciones al aire libre, los transformadores enfriados por aire a menudo se colocan en habitaciones cerradas sin calefacción, cámaras en las que generalmente se proporciona ventilación natural con el suministro de aire frío y la eliminación del aire caliente a través de orificios de ventilación especiales en las partes inferior y superior de la cámara, respectivamente. A pesar de la ventilación, las condiciones de refrigeración de los transformadores en las cámaras siguen siendo peores que las de los instalados al aire libre, lo que reduce algo su vida útil. Sin embargo, los transformadores instalados en cámaras con ventilación natural pueden cargarse continuamente a su potencia nominal a temperaturas medias anuales del aire de la cámara de hasta 20 °C.

Las corrientes nominales de los devanados primario y secundario del transformador se denominan corrientes determinadas por las potencias nominales de los respectivos devanados.

Bajo carga nominal entendiendo la carga igual a la corriente nominal.

En el modo de operación del transformador sin sobrecarga en cualquier posición del interruptor, así como para cualquier valor de voltaje suministrado al devanado primario (pero no superior a + 5% del valor de voltaje de este grifo), el devanado secundario del transformador no puede cargarse más que la corriente nominal.