El transformador se calienta mucho, disparan las protecciones y est trabajando a menos del 75% de carga! (1 Parte)Lamentablemente esta es una expresin repetida por muchos usuarios de CCTT, sobretodo en el periodo estival, a la que se han enfrentado fabricantes y mantenedores para dar las soluciones oportunas que describo en sucesivos debates.

Como podrn observar las causas pueden ser diversas y pueden presentarse aisladamente o concatenadas, siendo este ltimo el caso ms comn.

Con el presente debate quiero concienciar sobre las importantes repercusiones que tienen en el rendimiento y vida til, determinados escenarios, muy comunes, en la explotacin de transformadores de distribucin.

Para ello expongo a modo de ejemplo prctico y real, el de un transformador de 1000 kVA de llenado integral en aceite, instalado en un Centro prefabricado o un CT de reducidas dimensiones.

1 ESCENARIO: VENTILACION DEFICIENTE:

DATOS ANALIZADOS:Temperatura ambiente del local es de 35CTemperatura externa de 30C.Temperatura del termmetro del transformador: 103 C.

CONSIDERACIONES:

Lo primero que debemos considerar es que los 1000 kVA de potencia aparente del transformador, estn referidos a 20 C de temperatura ambiente. La norma UNE EN 61330 expone unos factores de carga o desclasificacin de la carga del transformador dependiendo de la temperatura ambiente del local o CT, siendo estos factores los siguientes:

-10C = 1,2; 0C = 1,1; 10C = 1; 18C = 0,9; 28C = 0,8; 35C = 0,7; 42C = 0,6

Se observa que el factor 1 no corresponde a 20 C sino a 10 C aproximadamente, esta coincidencia, segn la norma, solo puede darse cuando el transformador trabaje a la intemperie, es decir, por trabajar en el interior de un CT prefabricado y debido a la diferencia de ventilacin con el exterior el transformador tiene una prdida de rendimiento importante.

Al trabajar el transformador de nuestro ejemplo a 35 C de temperatura ambiente, el factor de carga que le corresponde es de 0,7, o lo que es lo mismo: 1000 kVA 0,7 = 700 kVA, por lo que el transformador en tales condiciones no podr dar ms de 700 kVA sin sobrecargarse.

Esta exposicin nos conciencia sobre el inters e importancia de una ADECUADA ventilacin forzada en los CCTT.

En el prximo debate expongo la 2 Parte que complementa a la descrita, contribuyendo con ello a disminuir, an ms, el rendimiento del transformador: EL FACTOR DE POTENCIA.El transformador se calienta mucho, disparan las protecciones y est trabajando a menos del 75% de carga!. (2 Parte)Antes de entrar en el 2 Parte, FACTOR DE POTENCIA, expondr algunos aspectos de suma importancia que contribuyen a aumentar el calentamiento en el transformador y por tanto a disminuir su rendimiento. Muchas de estas recomendaciones suelen estar reflejadas en los manuales de puesta en marcha de los fabricantes pero lamentablemente en la mayora de los casos la realidad suele ser muy diferente.

En transformadores sumergidos, el aceite refrigera cada rincn de las partes activas y crea un movimiento de conveccin natural interna en la cuba que conduce al aceite caliente hacia la tapa y radiadores, este calor se acumula en el ambiente, por lo que debemos disponer extractores en la parte superior del CT o mejor en la parte superior de la pared opuesta a las ventanas de entrada de aire del exterior, con el fin de conseguir que el flujo de aire fresco envuelva la superficie del transformador y evacue el calor hacia el exterior del CT evitando as su acumulacin en el recinto.

No debemos olvidar la importancia que tiene que el CT disponga necesariamente de estas ventanas de entrada de aire del exterior situada junto a cada transformador.

En transformadores secos este problema se agrava ya que trabajan a temperaturas superiores que los de aceite e incluso requieren una ventilacin forzada situada bajo las bobinas para que el aire fresco incida entre las bobinas de BT y AT que es donde se acumula el calor del ncleo y de las bobinas de BT, necesitaremos, por tanto, ventiladores situados en la parte inferior del transformador y extractores en la parte superior del CT. Los ventiladores hacen, en este caso, la funcin refrigerante que hace el aceite en los transformadores sumergidos.

Tengamos muy en cuenta que cuando los techos son bajos y los CT disponen de persianas metlicas expuestas a pleno sol se comportan como verdaderos paneles radiantes de calor que aumentan considerablemente la temperatura interna del recinto, haciendo en la mayora de los casos, que la extraccin de aire del interior del CT sea insuficiente, sobre todo en verano.

2 ESCENARIO: EL FACTOR DE POTENCIA:

Como se sabe, un factor de potencia elevado optimiza los componentes de una instalacin elctrica mejorando su rendimiento elctrico.

La instalacin de condensadores reduce el consumo de energa reactiva entre la fuente y los receptores.

Como consecuencia es posible aumentar la potencia disponible en el secundario de un transformador MT/BT, instalando en la parte de baja un equipo de correccin del factor de potencia.

Como se indica en el titulo Mi transformador trabaja a menos del 75 % de carga, pongamos como dato que sea al 70 % y con un cos del 0,9, recordemos que la potencia en la placa del transformador indica 1000 kVA, pero esta es una potencia aparente, es decir, para un cos = 1. Sabemos que manteniendo constante la corriente total, la potencia P disponible aumenta al aumentar el cos y viceversa.

En nuestro caso se trata, de un transformador de 1000 kVA de potencia mxima admisible en servicio continuo siendo la carga conectada de 700 kW con un cos = 0,9, por lo que la potencia aparente S que suministra el transformador ser:

S = 700 kW / 0,9 = 777 kVA

Y la potencia de reserva del transformador ser: 1000 kVA - 777 kVA = 223 kVA, pero vimos en el 1 escenario que debido a la deficiente ventilacin nos desaparecan 300 kVA, es decir que en estas condiciones la reserva de potencia es negativa e igual a -77 kVA o lo que es lo mismo, en este momento el transformador trabaja con 77 kVA de sobrecarga.

Pero aqu no acaba todo, en el 3 Parte veremos los efectos trmicos causados por LOS ARMNICOS en el transformador, y como aumenta, an ms, su sobrecarga.

El transformador se calienta mucho, disparan las protecciones y est trabajando a menos del 75% de carga!. (3 Parte)3 PARTE: NIVELES DE ARMNICOS

Un transformador viene definido por su potencia nominal, la cual es funcin de la frecuencia de la red. Por ello, una red con armnicos modificara notablemente las caractersticas del transformador:

PRDIDAS POR EFECTO JOULE:

Si no se tienen en cuenta las corrientes armnicas, la potencia que deber suministrar el transformador ser superior a su potencia nominal, entraando un aumento de prdidas por efecto Joule (RI^2), y en consecuencia un riesgo de degradacin de las cualidades dielctricas del transformador por sobrecalentamiento.

CORRIENTES DE FOUCAULT:

Estas corrientes de Foucault son proporcionales al cuadrado de la frecuencia. Una corriente armnica de frecuencia elevada puede producir en el transformador prdidas suplementarias considerables.

EL CIRCUITO MAGNTICO:

A las corrientes armnicas de frecuencia elevada corresponden flujos armnicos que se superponen al flujo fundamental. Estos flujos aumentan el valor de cresta del flujo resultante, lo que se traduce en una induccin que altera el codo de saturacin del ncleo magntico, convirtiendo as al transformador en un generador de armnicos.

Para evitar el sobrecalentamiento de los arrollamientos. Habr que desclasificar, o lo que es lo mismo, limitar la carga de nuestro transformador.

Tomando la frmula simplificada de desclasificacin del CENELEC tendramos:

K = [ 1 + 0,1 * (Hi^1,6 * Ti^2)] ^- 0,5

Siendo:Hi = Rango del armnico.Ti = Tasa del armnico expresado en % de la intensidad nominal del transformador.

El factor K de desclasificacin se debe utilizar para reducir la potencia del transformador cuando la medida est hecha justo en la salida de su secundario.

En nuestro ejemplo, hemos medido y analizado los armnicos obteniendo las siguientes tasas:

H5 = 35%; H7 = 21%; H11 = 16%; H13 = 9%

K = [1 + 0,1 (5^1,6 0,35^2 + 7^1,6 0,21^2 + 11^1,6 0,16^2 + 13^1,6 0,9^2)] ^- 0,5

El clculo da K = 0,837, factor que deber desclasificarse sobre la potencia total de 1000 kVA, es decir, nuestro transformador no podr superar los 837 kVA con esta tasa de armnicos, o lo que es lo mismo, hemos perdido por este motivo 163 kVA, que sumados a los 300 kVA por ventilacin deficiente y los 77 kVA por bajo factor de potencia, nos dan un total de 540 kVA perdidos, el transformador solo puede dar en estas condiciones: 1000 540 = 460 kVA.

Como la carga a la que est trabajando el transformador es de 700 kVA significa que la sobrecarga es de: 700 460 = 240 kVA., es decir, aproximadamente el 24% ms de su potencia nominal.

Podramos continuar exponiendo ms problemas que repercuten en el rendimiento del transformador, como pueden ser: las cadas de tensin, las prdidas en el hierro por saturacin magntica, efecto Joule, Foucault o histresis, los desequilibrios, etc., todos ellos motivados por los fenmenos ya indicados, pero creo que es suficiente con los ejemplos expuestos para concienciarnos del verdadero problema y dar soluciones oportunas una vez que sabemos cules son las consecuencias.

Con estos antecedentes, el transformador ya ha disparado las protecciones y parado la produccin en varias ocasiones a pesar de que el Jefe de Mto. ha dispuesto grandes ventiladores apuntando al transformador y dejado abiertas las puertas del CT (con el peligro que ello conlleva) , piensa que el transformador tiene algn problema, ha llamado al fabricante y le manifiesta su desesperacin alegando que no es lgico que un transformador con un ao de vida se caliente tanto cuando trabaja slo al 70% de carga y an ms cuando sabe que un transformador puede sobrecargarse siempre y cuando existan otros periodos que se equilibren con baja carga, lo cual es cierto hasta un cierto punto que vamos a evaluar en el 4 PARTE: CAPACIDAD DE SOBRECARGA EN TRANSFORMADORES.