Estudio numérico de la minimización de pérdidas de dispersión mediante apantallamiento en transformador de potencia

Abstract

RESUMEN: Las pérdidas por corrientes parásitas existen en todo tipo de transformadores, pero en los transformadores de potencia pueden adquirir valores elevados que resulten dañinos para las partes no activas. Para reducir estos valores y así los riesgos que estos pueden conllevar se realiza un estudio con la finalidad de reducir las pérdidas por medio del uso de apantallamientos magnéticos y/o electromagnéticos. Los estudios presentes en este proyecto se realizarán mediante análisis numérico por medio del Método de Elementos Finitos (MEF) en Ansys Maxwell. Gracias al software se podrá analizar las pérdidas en los distintos componentes a estudiar y plasmar la distribución de dichas pérdidas por medio de mapeados, logrando así que los resultados de los estudios sean más visuales y fáciles de comparar. Se han realizado dos estudios: un primer estudio de efectividad de los apantallamientos en función de los materiales empleados en su fabricación y un segundo que tratar de encontrar un aumento de la efectividad si movemos los apantallamientos seleccionados del primer estudio de sus posiciones iniciales. El primero de los estudios obtiene resultados favorables en todos sus casos analizados. Es decir, la colocación de apantallamientos, sean cuales sean los materiales utilizados, será conveniente pues se reducen pérdidas respecto al caso sin apantallamiento. En el segundo estudio, tomando las dos mejores opciones del primero, se analiza el comportamiento de las pérdidas con la modificación de la ubicación de los apantallamientos. Como conclusión, en el primer estudio se aprecia que la colocación de apantallamientos de acero al silicio reduce las pérdidas, no obstante, la fabricación del apantallamiento horizontal en este material puede acarrear problemas al ser el acero un material de baja maleabilidad. Esto favorece a que la opción escogida sea la configuración de apantallamientos Acero+aluminio ya que el problema sería subsanado al colocar un apantallamiento horizontal de aluminio, el cual sería mucho más maleable. Sin embargo, las conclusiones que se sacan del segundo estudio son que en el caso de elegir la configuración de materiales Acero+aluminio, sería adecuado, desde el punto de vista energético, aumentar las distancias de los apantallamientos verticales a la pared de la cuba.

ABSTRACT: Eddy current losses exist in all types of transformers, but in power transformers they can reach high values that can be harmful to non-active parts. In order to reduce these values and thus the risks they may entail, a study is carried out with the purpose of reducing the losses through the use of magnetic and/or electromagnetic shielding. The studies present in this project will be carried out by means of numerical analysis using the Finite Element Method (FEM) in Ansys Maxwell. Thanks to the software it will be possible to analyze the losses in the different components to be studied and to show the distribution of these losses by means of mappings, thus making the results of the studies more visual and easier to compare. Two studies have been carried out: a first study of shielding effectiveness depending on the materials used in their manufacture and a second one that tries to find an increase in effectiveness if we move the shields selected from the first study from their initial positions. The first study obtains favorable results in all the cases analyzed. That is, the placement of shields, whatever the materials used, will be convenient because losses are reduced compared to the case without shielding. In the second study, taking the two best options of the first one, the behavior of losses is analyzed with the modification of the location of the shields. As a conclusion, the first study shows that the placement of silicon steel shields reduces losses; however, the manufacture of the horizontal shielding in this material may cause problems since steel is a material of low malleability. This favors the Steel+Aluminum shielding configuration as the problem would be solved by placing a horizontal aluminum shield, which would be much more malleable. However, the conclusions drawn from the second study are that in the case of choosing the Steel+Aluminum material configuration, it would be appropriate, from the energy point of view, to increase the distances of the vertical shields to the tank wall.