Calidad del suministro eléctrico en transformadores

Abstract

Resumen Planteamiento del problema y desarrollo de la solución adoptada. El aumento en el empleo de cargas no lineales y al despliegue de generación renovable ha provocado un aumento en las perturbaciones de la red, siendo estas actualmente un punto para tener en cuenta en los análisis de redes. Siendo la calidad de la señal regulada por diferentes normativas y afectando esta a los activos de las empresas. Los transformadores, que son maquinas indispensables en nuestros sistemas eléctricos, son afectados por estas perturbaciones, los armónicos y sobretensiones principalmente que producen un calentamiento en el aislamiento, provocando en los transformadores una disminución en su vida útil. Para evitar la reducción de vida útil se existen dos metodologías principalmente, uno de estos es la implementación de filtros de armónicos en la red pudiendo ser estos activos, pasivos o híbridos reduciendo o eliminando estos armónicos en la red; la otra metodología se basa en la desclasificación, esta se basa en la reducción de la potencia nominal a la que trabaja el transformador bajo armónicos evitando que se produzcan los calentamientos que causan la degradación. Las normas que regulan la desclasificación son la IEEE std C57 110 y las normas UNE-EN 50541-2 y la UNE-EN 50464-3. El caso de aplicación se basa en un transformador de distribución de una empresa de producción de plásticos, las protecciones térmicas del transformador se disparan durante su funcionamiento nominal, tras unos análisis se determinó que las protecciones terminas funcionan correctamente y se determinó a través de un análisis de red que el nivel de armónicos es mayor que los niveles de diseño siendo estos los que recomienda la normativa. En este trabajo la solución adoptada ha sido realizar una desclasificación para la cual se ha desarrollado una aplicación “TRAFOapp” en app design MATLAB basada diferentes ventanas que emplea algoritmos basados en la aplicación de las normas de la desclasificación permitiendo realizar una comparación entre estas y obtener resultados de los tipos de pérdidas de potencias del transformador y la potencia nominal que debería de soportar bajo armónicos para el caso de la norma IEEE y la potencia nominal para las normas UNE-EN 50464-3 y UNE-EN 50541-2. Conclusiones Las conclusiones del trabajo son que la norma IEEE es más completa ya que considera la diferencia entre refrigeración en seco o en aceite, además tiene en cuenta más variable de entrada por lo que ofrece una solución más precisa. Las normas UNE-EN 50464-3 y UNE-EN 50541-2 ofrecen una solución más conservadora. Por último, cabe destacar la facilidad que ofrece App Desing de MATLAB en el desarrollo de aplicación facilitando su programación al autogenerar el código necesario para su funcionamiento.

Abstract Approach to the problem and development of the solution adopted The raise in the use of non-linear loads and the deployment of renewable generation has caused an increase in grid disturbances, these disturbances are being currently a point to consider in grid analysis. The quality of the signal is being regulating by different standards and it is affecting the assets of companies. Transformers are indispensable machines in our electrical systems, these machines are affected by these disturbances, harmonics and overvoltage causes overheating in the insulation, which cause the decrease in their useful life. To avoid the reduction of useful life there are two main methodologies, on the one hand we have the implementation of harmonic filters in the network. These filters can be of different kinds active, passive and hybrid, these filters reduce or eliminate the harmonics in the grid. On the other hand, the methodology is the derating of the nominal power at which the transformers work under harmonics. This methodology prevents the overheating that causes the again. The standards that regulate the derating are IEEE std C57 110 and UNE-EN 50541-2 UNE-EN 50464-3 standards. The application case is based on a distribution transformer of a plastic production company, the thermal protections of the transformer opens during normal load, after some analysis, it was determinated that the protections works correctly. It was found out through a grid analysis that the level of harmonics is higher than the design levels, these levels are being recommended by different standards. In this study, the solution adopted has been to perform a derating for which an application “TRAFOapp” has been develop in app design MATLAB based on different windows. The application uses algorithms based on the making use of the derating standard. It enabling the comparation between the standards and obtaining results of the powers losses of the transformer and the nominal power of the transformer that should withstand under harmonic for the IEEE standard and the nominal power for the UNE-EN 50464-3 y UNE-EN 50541-2 standards. Conclusions The conclusions of the study are that the IEEE standard is more complete, it considers the difference between dry or oil refrigeration. Also, IEEE standard considers more input variables, for those reasons the IEEE standard offers a more precise solution. UNE-EN 50464-3 and UNE-EN 50541-2 standards offer a more conservative solution. Finally, app design MATLAB have an easiness in programming due to the auto-generation of the necessary code for its operation.