Envolvente de un CT prefabricado
La envolvente de un CT prefabricado es una parte del mismo que provee protección del equipo contra las influencias externas así como un cierto grado de protección contra las aproximaciones o contactos con partes en tensión o en movimiento.
Clases de envolvente
Es la diferencia del incremento de temperatura en un transformador instalado en el interior de la envolvente y del mismo transformador fuera de la envolvente en condiciones de servicio normales (IEC 61330).
Se han establecido tres tipos de clases de envolventes: 10, 20 y 30, que corresponden a unos valores máximos de diferencias de los aumentos de temperatura de 10 k, 20 k y 30 k.
A una misma envolvente pueden corresponder varias clases, debidas a diferentes potencias de transformadores y pérdidas del transformador.
Donde:
ta1: es la temperatura del aire ambiente de la sala de ensayo
tt1: es la temperatura del transformador según IEC 60076-2
∆t1: es el incremento de temperatura del transformador fuera de la envolvente.
Figura 1: Medida del aumento de temperatura del transformador
al aire ambiente: ∆t1
Donde:
ta2: es la temperatura del aire ambiente de la sala de ensayo
tt2: es la temperatura del transformador según IEC 60076 -11
∆t2: es el incremento de temperatura del transformador en el interior de la envolvente.
Criterio de aceptación: ∆t 10 K, 20 K o 30 K
∆t = ∆t2 - ∆t1
Clase 10: ∆t ≤ 10 K
Clase 20: ∆t ≤ 20 K
Clase 30: ∆t ≤ 30 K
Figura 2: Medida del aumento de temperatura del transformador
en una envolvente: ∆t2
Clasificación de transformadores en envolventes
El transformador que corresponde a una potencia máxima nominal de la subestación prefabricada puede tener cargas diferentes para diferentes clases de envolventes y temperaturas ambiente. Esta norma IEC 61330 da un método para definir el factor de carga de transformadores con aislamiento líquido o de tipo seco.
■ Transformadores con aislamiento líquido
Las curvas de la figura 3 se emplean como sigue:
a) Seleccionar la curva de la clase de envolvente.
b) Seleccionar la temperatura ambiente media conocida para el lugar de la subestación, en el eje vertical
c) La intersección de la línea de la clase de la envolvente y la temperatura ambiente, da el factor de carga del transformador.
Figura 3: Factor de carga de transformador en baño de aceite en una envolvente
Figura 4: Factor de carga de transformador tipo seco en una envolvente
Nota:
En las figuras 3 y 4, se indican una familia de curvas para relaciones de pérdidas en vacío a pérdidas en carga de 1 a 6 para aislamiento líquido y de 1 a 4 para tipo seco.
Se han considerado otros valores y no existe error apreciable por usar una curva. Las curvas son válidas para relaciones entre 1:2 y 1:12.
■ Transformador tipo seco
Las curvas de la figura 4 se emplean como sigue:
a) Seleccionar la curva para la clase de envolvente.
b) Seleccionar la temperatura ambiente media conocida para el lugar de la subestación, en el eje vertical.
c) La intersección de la línea de la temperatura de la envolvente y la temperatura ambiente, da el factor de carga.
NOTA:
Ante todo y para poder comprender las figuras anteriores, debemos tener presente que la potencia descrita en la placa de características de un transformador es una potencia aparente, es decir, para un cos ϕ = 1 y una temperatura ambiente de 20º C. si variamos estos factores deberemos variar igualmente el factor de carga según se indica en las curvas de las figuras 1 y 2.
Ejemplo
Se desea conocer la clase nominal de envolvente que requiere un transformador (en baño de aceite o seco) de 1.000 KVA para no exceder la máxima temperatura del punto caliente. En el caso de transformadores con líquido aislante, además de la máxima temperatura del punto caliente, tampoco se deberá superar la temperatura superior del líquido aislante.
Solución:
Si suponemos una temperatura ambiente de 20 ºC observamos según la curvas de la figura 1 que el transformador en baño de aceite podrá trabajar con factor de carga 1, (despreciando otros factores como son el factor de potencia, cargas armónicas, etc), en cambio solo podremos llegar a un factor de carga 0,9 con una envolvente de clase 10, es decir, por el hecho de instalar el transformador en una envolvente estamos perdiendo rendimiento, por lo que habrá que disponer los medios necesarios (ej. ventilación) para limitar este problema, con una clase 20 de envolvente no podríamos exceder el 80% de carga y el 70% con una de clase 30.
En pleno verano con temperaturas que pueden sobrepasar en algunos puntos de la geografía española los 40 ºC los transformadores pierden rendimiento con la temperatura y experimentan sobrecargas que hacen disparar las protecciones. (Ver post: ¡Mi transformador se calienta mucho, disparan las protecciones y está trabajando a menos del 75% de carga!, en la siguiente dirección: http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/06/mi-transformador-se-calienta-mucho.html
Efectivamente si nos vamos de nuevo a las curvas de la figura 1, ahora la carga admitida por el transformador sería del 88% estando a la intemperie, si está en una envolvente de clase 10 tan sólo podríamos cargarlo al 60% y al 50% en una de clase 20, en clase 30 las curvas no nos dan valores para esta temperatura ambiente.
Si hacemos la misma hipótesis para un transformador seco, observamos diferencias con relación al transformador en baño de aceite, debido a que para una misma potencia, normalmente sus pérdidas son más elevadas y no dispone de un refrigerante de serie como es el aceite o los radiadores, por lo que sus necesidades de ventilación y clases de envolventes son superiores para obtener similares rendimientos dentro de las posibilidades supuestas.
Partiendo, por tanto, de la hipótesis anterior para el transformador de aceite, para una temperatura ambiente de 20 ºC observamos según la curvas de la figura 2 que el transformador seco podría (en caso de que esto fuera posible, ya que los transformadores secos no pueden trabajar a la intemperie) trabajar con factor de carga 1, (con el mismo supuesto de factor de potencia 1), en cambio solo podremos llegar a un factor de carga 0,95 con una envolvente de clase 10, al 90% con una de clase 20 y al 85% con una de clase de envolvente 30.
En verano a temperatura ambiente de 40 ºC, las curvas de la figura 2, nos indican que en una envolvente de clase 10 tan solo podríamos cargarlo al 83%, para las clases de envolventes 20 y 30 las curvas no nos dan valores para esta temperatura ambiente.
Para otras temperaturas ambientes procederíamos de la misma forma.
REFERENCIA:
Norma IEC 61330: Centros de transformación prefabricados.
POST RELACIONADO:
Potencia suministrada por un transformador con relación a la clase térmica de su envolvente
https://imseingenieria.blogspot.com/2017/07/potencia-suministrada-por-un.html
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