¿Cuál es el impacto de los armónicos en un transformador de potencia sumergido en aceite?

Los armónicos se han convertido en una preocupación importante en la operación de sistemas de energía eléctrica, especialmente cuando se trata de equipos como transformadores de potencia sumergidos en aceite. Como proveedor líder deTransformador de potencia sumergido en aceite, He sido testigo de primera mano del impacto que los armónicos pueden tener en estos componentes críticos. En esta publicación de blog, profundizaré en los diversos efectos de los armónicos en los transformadores de potencia sumergidos en aceite, exploraré las causas de los armónicos y discutiré estrategias para mitigar su impacto.

Comprender los armónicos

Los armónicos son voltajes o corrientes sinusoidales con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (generalmente 50 o 60 Hz). En un sistema de potencia ideal, las formas de onda de voltaje y corriente son sinusoides puras en la frecuencia fundamental. Sin embargo, el uso cada vez mayor de cargas no lineales, como variadores de velocidad, electrónica de potencia e iluminación fluorescente, ha introducido armónicos en el sistema de energía. Estas cargas no lineales consumen corriente de forma no sinusoidal, lo que distorsiona las formas de onda de voltaje y corriente.

Impacto de los armónicos en los transformadores de potencia sumergidos en aceite

1. Aumento de las pérdidas del núcleo

Uno de los impactos más significativos de los armónicos en los transformadores de potencia sumergidos en aceite es el aumento de las pérdidas en el núcleo. Las pérdidas en el núcleo de un transformador consisten en pérdidas por histéresis y pérdidas por corrientes parásitas. Las pérdidas por histéresis se producen debido a la inversión de la magnetización en el material del núcleo, mientras que las pérdidas por corrientes parásitas son causadas por las corrientes circulantes inducidas en el núcleo.

Los armónicos aumentan las pérdidas del núcleo porque hacen que el flujo magnético en el núcleo varíe más rápidamente. Los armónicos de mayor frecuencia dan como resultado un mayor número de inversiones de magnetización, lo que conduce a un aumento de las pérdidas por histéresis. Además, las pérdidas por corrientes parásitas son proporcionales al cuadrado de la frecuencia. Como la frecuencia de los armónicos es mayor que la frecuencia fundamental, las pérdidas por corrientes parásitas aumentan significativamente. Este aumento de las pérdidas en el núcleo conduce a temperaturas de funcionamiento más altas en el transformador, lo que puede reducir la vida útil del aislamiento y otros componentes.

2. Aumento de las pérdidas de cobre

Las pérdidas de cobre en un transformador se deben a la resistencia de los devanados. Cuando hay armónicos en la corriente, aumenta la resistencia efectiva de los devanados. Esto se debe a que el efecto piel y el efecto proximidad se vuelven más pronunciados en frecuencias más altas. El efecto piel hace que la corriente fluya cerca de la superficie del conductor, aumentando la resistencia efectiva. El efecto de proximidad, por el contrario, es la interacción entre conductores adyacentes, lo que también aumenta la resistencia.

Como resultado del aumento de la resistencia, aumentan las pérdidas en el cobre en los devanados del transformador. Esto no sólo conduce a un mayor consumo de energía sino que también genera más calor, lo que puede degradar aún más el aislamiento y otros componentes del transformador.

3. Distorsión de voltaje

Los armónicos pueden causar distorsión de voltaje en el sistema de energía. Cuando la forma de onda del voltaje se distorsiona, puede afectar el rendimiento de otros equipos eléctricos conectados al mismo sistema. En el caso de transformadores de potencia sumergidos en aceite, la distorsión de tensión puede provocar una distribución desigual del flujo magnético en el núcleo. Esto puede provocar un sobrecalentamiento local en el núcleo y los devanados, lo que puede dañar el aislamiento y reducir la eficiencia del transformador.

4. Resonancia

Los armónicos también pueden causar resonancia en el sistema eléctrico. La resonancia ocurre cuando la frecuencia natural de un circuito coincide con la frecuencia de los armónicos. En un transformador de potencia sumergido en aceite, la resonancia puede provocar corrientes y voltajes excesivos, que pueden dañar el transformador y otros equipos del sistema. La resonancia también puede provocar vibraciones mecánicas en el transformador, lo que puede provocar un fallo prematuro del transformador.

5. Capacidad reducida del transformador

Debido al aumento de las pérdidas y al potencial de sobrecalentamiento causado por los armónicos, se reduce la capacidad efectiva de un transformador de potencia sumergido en aceite. Es posible que un transformador diseñado para funcionar con una determinada carga en condiciones normales no pueda manejar la misma carga cuando hay armónicos presentes. Esto significa que es posible que se requieran transformadores adicionales para satisfacer la demanda de energía, lo que aumenta el costo del sistema eléctrico.

Causas de los armónicos en el sistema de energía

Como se mencionó anteriormente, las cargas no lineales son la causa principal de los armónicos en el sistema eléctrico. Algunas cargas no lineales comunes incluyen:

• Variadores de velocidad (VSD): Los VSD se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales para controlar la velocidad de los motores. Utilizan electrónica de potencia para convertir la energía de CA a CC y luego nuevamente a CA a una frecuencia variable. Este proceso introduce armónicos en el sistema de energía.
• Electrónica de potencia: Los dispositivos como rectificadores, inversores y fuentes de alimentación conmutadas son todos cargas no lineales. Consumen corriente de forma no sinusoidal, lo que genera armónicos.
• Iluminación fluorescente: Las lámparas fluorescentes utilizan balastros electrónicos, que son cargas no lineales. También contribuyen a la generación de armónicos en el sistema eléctrico.

Estrategias de mitigación

Para mitigar el impacto de los armónicos en los transformadores de potencia sumergidos en aceite, se pueden emplear varias estrategias:

1. Filtrado

Los filtros de armónicos se pueden utilizar para reducir el nivel de armónicos en el sistema de energía. Hay dos tipos principales de filtros de armónicos: filtros pasivos y filtros activos. Los filtros pasivos constan de condensadores, inductores y resistencias y están diseñados para proporcionar una ruta de baja impedancia para los armónicos. Los filtros activos, por otro lado, utilizan electrónica de potencia para inyectar corrientes iguales y opuestas a las corrientes armónicas, anulándolas así.

2. Diseño del transformador

Los transformadores se pueden diseñar para que sean más resistentes a los armónicos. Por ejemplo, utilizar un tamaño de núcleo más grande puede ayudar a reducir las pérdidas en el núcleo causadas por armónicos. Además, el uso de conductores con una sección transversal mayor puede reducir las pérdidas en el cobre debido al efecto piel y al efecto de proximidad.

3. Gestión de carga

Al gestionar las cargas no lineales en el sistema eléctrico, se puede reducir el nivel de armónicos. Esto se puede hacer mediante el uso de dispositivos de corrección del factor de potencia, limitando el uso de cargas no lineales durante los períodos de máxima demanda y garantizando que las cargas no lineales tengan el tamaño e instalación adecuados.

Conclusión

Los armónicos tienen un impacto significativo en los transformadores de potencia sumergidos en aceite, incluido un aumento de las pérdidas en el núcleo y el cobre, distorsión de voltaje, resonancia y capacidad reducida del transformador. Como proveedor deTransformador de potencia sumergido en aceite, entendemos la importancia de abordar el tema de los armónicos para garantizar el funcionamiento confiable y eficiente de nuestros transformadores.

Si está buscando unTransformador de aceite trifásicoo unTransformador de servicio de estación, estamos aquí para brindarle productos y soluciones de alta calidad. Nuestro equipo de expertos puede ayudarlo a seleccionar el transformador adecuado para su aplicación y brindarle orientación sobre cómo mitigar el impacto de los armónicos. Contáctenos hoy para iniciar una discusión sobre sus necesidades de transformadores y explorar las mejores soluciones para su sistema de energía.

Referencias

• J. Arrillaga, NR Watson y PS Bodger, Armónicos del sistema de energía, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, “Armónicos en sistemas de energía: causas, efectos y mitigación”, IEEE Power Engineering Review, vol. 20, núm. 10, págs. 27 - 31, 2000.
• Estándar IEEE 519 - 2014, Prácticas y requisitos recomendados por IEEE para el control de armónicos en sistemas de energía eléctrica.