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martes, 16 de mayo de 2017

Compensación fija de energía reactiva en Transformadores




Un transformador consume una potencia reactiva compuesta por:

  • Una parte fija que depende de la corriente magnetizante,

Esta parte representa del 0,5 al 2,5 % de la potencia del transformador.

  • Una parte aproximadamente proporcional al cuadrado de la potencia aparente.

Siendo:

Sn (kVA): Potencia nominal
S, potencia aparente que transita por el transformador
Ucc (%): tensión de cortocircuito del transformador
I0 (%): corriente de vacío

Fórmula general aproximada:


 Con:

Sn · I0 = Pérdidas en vacío
Ucc · S2/Sn = Pérdidas en carga

La potencia reactiva total consumida por un transformador de distribución está en torno al 10 % de la plena carga.

Naturaleza de las reactancias inductivas de un transformador

Reactancia paralelo: reactancia de magnetización

Así como la reactancia inductiva de las cargas conectadas en paralelo, las reactancias conectadas en serie, como las de las líneas de potencia y los arrollamientos del primario de los transformadores, también absorben energía reactiva.

Para determinar dichas pérdidas de energía reactiva se puede representar el esquema equivalente de un transformador ideal como el de la   figura 1, la corriente magnetizante tiene un valor prácticamente constante (en torno al 1,8 % de la intensidad a plena carga) desde que el transformador trabaja en vacío hasta que está a plena carga.

Por esta razón, y ya que va a existir un consumo prácticamente constante de kVAr independientemente de las condiciones de carga, se suele realizar la compensación en vacío de los transformadores.

Sin embargo también hay un consumo de reactiva variable con las condiciones de carga del transformador: por lo que está representada en la figura 1 una reactancia en serie que daría las pérdidas por el flujo de fuga.


Figura 1: Esquema equivalente de un transformador

Reactancia serie:  flujo de fuga

Hasta ahora sólo se había tenido en cuenta la reactancia paralelo del transformador (magnetizante).

Sin embargo la potencia reactiva absorbida por el transformador en funcionamiento no puede despreciarse.

Este fenómeno se ilustra en el diagrama vectorial de la figura 2.

La diferencia entre E.I. sen ϕ' y V.I. sen ϕ, daría los kVAr absorbidos por la inductancia serie XL .


Figura 2: Absorción de potencia inductiva por la reactancia serie,
según el esquema equivalente de la figura 1

Se puede demostrar que este valor es igual a I2 · XL . A partir de esta fórmula se pueden deducir los kVAr absorbidos en función del índice de carga:

Ejemplo:

Transformador de Sn = 630 kVA y Ucc = 4 %

• Pérdidas trifásicas a plena carga:

kVAr = I2  · XL  = 630  · 0,04 = 25,2 kVAr

• Pérdidas al 50 % de carga:

kVAr = I2  · XL  = 0,5 · 630 · 0,04 = 6,3 kVAr

Para calcular las pérdidas totales del transformador se deberán adicionar las pérdidas en vacío (aproximadamente el 1,8 % de la potencia del transformador).

• Pérdidas en vacío:

kVAr = 1,8 · 630/100 = 11,34 kVAr

• Por lo que las pérdidas totales a plena carga serán:

kVAr total = kVAr vacío + kVAr plena carga = 11,34 + 25,2 = 36,64 kVAr.






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