En
el presente post entenderemos por envolvente el Centro de Transformación Prefabricado
donde está ubicado el transformador.
Definición de clase térmica de una
envolvente
El
propósito de establecer una clase térmica para una envolvente es comprobar que
el aumento de temperatura del líquido aislante y de los devanados de un
transformador en el interior de dicha envolvente, no excederá en más de 10 K,
20 K ó 30 K la temperatura medida en el exterior según la envolvente sea
considerada de clase 10, 20 ó 30.
De
esta manera se determina una envolvente como clase 10, 20 ó 30
Potencia disponible
La
clase térmica asignada de la envolvente no es algo secundario, ya que se usa
para calcular el factor de carga del transformador y con ello la potencia total
que es posible extraer del conjunto.
La
potencia del centro de transformación en conjunto (envolvente más
transformador) no sólo vendrá dado por la potencia asignada del transformador
instalado, sino que se corresponderá con la potencia asignada de dicho
transformador y el tipo de envolvente en el que va dispuesto.
De
esta manera, considerando el tipo de envolvente en el que va instalado el
transformador, no se exceden los límites
de temperatura dados para el mismo, permitiendo alargar su vida útil.
La
base para obtener el factor de carga es no exceder la máxima temperatura del
fluido refrigerante y de los devanados según se indica en la Norma “IEC
60076-2”
Para
establecer el factor de carga de un transformador en función de la clase
térmica de la envolvente se emplean las indicaciones del anexo D de la Norma IEC
61330.
Ver post: Factores de carga de los transformadores instalados en CT’s prefabricados
Ver post: Factores de carga de los transformadores instalados en CT’s prefabricados
Podemos resumir el concepto de factor de carga en que, por
ejemplo, un transformador de 630 kVAs que tenga que ser utilizado con un factor
de carga de 0,8, únicamente podrá suministrar 504 kVAs
Así
se puede observar que, según se indica en la Norma, el aumento de la clase de
la envolvente significa una disminución de la potencia nominal del conjunto
envolvente más transformador. No cumplir esta disminución de potencia, y con
ello superar los límites de calentamiento del transformador supone, como se
expone posteriormente, una disminución drástica en la vida útil del
transformador.
Como
primera conclusión se puede extraer que un aumento en la clase térmica de la
envolvente significa una reducción en la potencia suministrada por el centro o
limitar el conjunto a unas condiciones de temperatura exterior menores, como se
observara en siguiente apartado.
Ejemplo práctico
Tomando las curvas propuestas por la Norma IEC 61330 (ver Figura
1), si seleccionamos la curva de la clase de la envolvente y en el eje vertical
determinamos la temperatura ambiente en el exterior de la envolvente, la
intersección entre la horizontal de la Tª ambiente exterior y la clase de
envolvente nos da el factor de carga al que debemos llevar el transformador.
Por lo tanto, para una misma Tª ambiente exterior, se puede
deducir de la Fig.1 que la potencia extraída del mismo transformador disminuye
según aumenta la clase térmica de la envolvente.
Figura 1:
Factor de carga de un transformación (aceite) en función de Clase Térmica de la
Envolvente según IEC 61330
Visto de otra manera, la temperatura que necesitamos en el
exterior de la envolvente para alcanzar la misma potencia del transformador es 10º C menor para una envolvente de clase 20 que para una
envolvente de clase 10.
Es
decir, estamos limitando mucho más estrictamente las condiciones de utilización
del mismo transformador para conseguir la misma potencia en función del tipo de
envolvente en el que este dispuesto.
Esto,
nos indica que escoger una envolvente de clase térmica superior significara
limitar la potencia que suministre el centro, especialmente en verano.
Influencia en la vida del
transformador
Mientras
se mantenga la potencia máxima del centro de transformación limitada por el
factor de carga delimitado por la Norma IEC 61330 (es decir disminuir la
potencia obtenida del transformador si aumentamos la clase térmica de la
envolvente) el transformador no estará trabajando en condiciones que disminuyan
su vida útil.
No
obstante si se intentase llevar el centro a la potencia asignada del
transformador, sin tener en cuenta la clase térmica de la envolvente, se
produciría una reducción drástica en la esperanza de vida del transformador.
Como
sabemos, es el calentamiento el que fija la potencia suministrada por un
transformador. Si mantenemos este calentamiento del transformador dentro de los
límites fijados por la Norma IEC 60076-2
nos aseguraremos una buena conservación de los aislantes del mismo y con ello
conseguiremos prolongar la vida útil del transformador.
Se
han desarrollado numerosos estudios científicos para determinar la influencia
de la temperatura en el envejecimiento del transformador, comprobándose que un
sobrecalentamiento del mismo disminuye contundentemente la vida de la máquina,
así como una disminución de la temperatura de trabajo alarga el tiempo de
funcionamiento del mismo.
En
estos estudios del sobrecalentamiento en transformadores y su acción sobre los
aislantes, se ha demostrado que en la proximidad de una temperatura en el
aceite de 100 ºC (60º C de calentamiento sobre una Tª ambiente máxima de 40ºC, IEC
60076) un régimen de funcionamiento de 8º C sobre dicha Tª puede reducir a la
mitad la vida del transformador.
Esta
ley empírica y aproximada, llamada “Ley de Montsiger” pone en evidencia la
necesidad de controlar la temperatura del transformador y por ello tener en
cuenta las condiciones reales de explotación del mismo y, como hemos visto,
tener en cuenta la envolvente donde esta instalado.
Esto,
confirma que un aislante pierde sus cualidades de manera exponencial a su
aumento de temperatura.
Recordemos
que la clase térmica de un equipo eléctrico caracteriza la resistencia térmica
de los aislantes utilizados. No debemos olvidar que el principal elemento
aislante de los transformadores de distribución sumergidos en aceite son los
compuestos de celulosa, (papel y cartón principalmente) los cuales son los que
le otorgan a estos transformadores la clase térmica A.
Esta
clase térmica de los aislantes es la base del cálculo del envejecimiento de los
mismos.
Para
ello a partir de la temperatura asignada de punto caliente del arrollamiento de
98ºC (para transformadores sumergidos en aceite) la pérdida de cualidades
aislantes con la Temperatura divide por 2 la vida del transformador por cada
6ºC que superen esta Temperatura de punto caliente de arrollamiento.
Si
consideramos como vida estándar de un transformación de distribución 30 años,
significaría que si la temperatura permanente de punto caliente del
arrollamiento llega, únicamente, a 104ºC su vida se vera reducida a 15 años,
mientras que si esta Tª alcanza los 110º C su vida se reducirá hasta 7,5 años.
Estos
ejemplos, aunque simples, demuestran como la elección del tipo de envolvente no
sólo afecta a la potencia real extraída del transformador, sino a la vida útil
del mismo.
Como
se ha visto previamente, no es posible obtener la misma potencia de un mismo
transformador independientemente de la envolvente en la que vaya dispuesto.
De
hecho, como hemos visto en el punto anterior, obtener la misma potencia de un
transformador en una envolvente de clase térmica más alta que en una envolvente
de menor clase térmica es en base a un sobrecalentamiento del transformador.
Por
lo expuesto anteriormente, puede observarse la importancia de escoger una
envolvente que no sobrecaliente el transformador, permitiéndonos por un lado
obtener más potencia del centro de transformación y por otro aumentar de una
manera muy notablemente su vida útil.
Normativa de referencia
IEC
61330. Centros de transformación prefabricados
IEC
60076 –1. Transformadores de potencia.
Parte 1: Generalidades
IEC
60076 –2. Transformadores de potencia. Parte 2: Calentamiento
IEC 60076 - 7. Guía de carga para transformadores de potencia
sumergidos en aceite
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