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domingo, 24 de abril de 2022

Consideraciones generales sobre los transformadores MT/BT en Centros de Transformación

 


El transformador es la parte más importante del Centro de Transformación. Su selección afecta a la configuración del CT y se efectúa sobre la base de diversos factores.

Generalmente, se puede señalar que para potencias bajas (hasta 630 kVA - 800 kVA) puede instalarse un único transformador, mientras que para potencias superiores (hasta 1000 kVA - 1600 kVA), la potencia puede dividirse entre varias unidades en paralelo.

Otra característica a tener en cuenta al seleccionar el transformador es el tipo de sistema de refrigeración, que puede ser seco o en baño de aceite. En la instalación de ventilación para la estructura del centro, en el caso de transformadores refrigerados por aceite deben adoptarse medidas, por ejemplo las destinadas a evitar fugas de aceite, mediante un foso de captación de aceite como se muestra en la Figura 1. Además, el Centro de Transformación debe tener una resistencia mínima al fuego de 60 minutos (REI 60) y ventilación solamente hacia el exterior. En función del tipo de refrigeración, los transformadores, en centros de transformación, se identifican del modo siguiente:

AN refrigeración con circulación natural por aire;

AF refrigeración con circulación forzada por aire;

ONAN refrigeración con circulación natural de aceite y aire;

ONAF refrigeración con circulación natural de aceite y ventilación forzada por aire;

La elección más frecuente son los tipos AN y ONAN, aunque se aconseja la elección AF (con ventiladores) para el caso de transformadores secos (AN), por no disponer de refrigerante en sus partes activas como es el caso del transformador en baño de aceite (ONAN).

Al margen de la mencionada refrigeración propia de los transformadores, será necesaria la extracción del calor acumulado en el interior del centro, este calor es, básicamente, consecuencia de las pérdidas en el circuito magnético (pérdidas en el hierro) y a las que se producen en el circuito eléctrico (pérdidas en carga).véase el artículo: Ventilación de Centros de Transformación


Figura 1: Transformadores ONAN que contienen más de 50 litros de aceite


Otras características importantes a tener en cuenta son las referentes a los parámetros eléctricos además de los datos habituales como la potencia nominal, la tensión nominal del secundario sin carga, el cociente de transformación, la tensión de cortocircuito nominal en porcentaje Vk%, adquieren gran importancia sobre todo cuando los transformadores están funcionando en paralelo:

- La tipología de conexión de los bobinados (la conexión a tierra en triángulo/estrella es la más utilizada en los transformadores de CT)

- El sistema de conexión (grupo IEC), que convencionalmente se expresa como un número que, multiplicado por 30, da el ángulo de desfase de la tensión de fase en la parte de BT en comparación con la parte de MT.

La presencia de dos o más transformadores MT/BT y un posible enlace de barras cerrado en la distribución BT permiten gestionar la red eléctrica con los transformadores en paralelo.

En presencia de faltas, este método de gestión provoca un incremento del valor de la corriente de cortocircuito en la parte de BT, con un posible incremento del poder de corte de los interruptores automáticos de salida de las barras de distribución y unas condiciones de anclaje más estrictas para dichas barras, en comparación con el funcionamiento con un solo transformador.

Ello se debe al menor valor de Vk% que caracteriza a los transformadores con menos potencia. Por otro lado, cuando se gestiona adecuadamente, el método paralelo tiene la ventaja de permitir el suministro de alimentación, como mínimo a los usuarios considerados principales, a través del posible enlace de barras, incluso en caso de fallo de uno de los transformadores.

El ejemplo siguiente muestra el incremento del valor de la corriente de cortocircuito en las barras de distribución en el caso de transformadores en paralelo:

Red de alimentación, potencia de cortocircuito: Sknet = 750 MVA

Tensión secundaria de la planta: V2n = 400 V

Potencia del transformador único: SnTR = 1600 kVA

Tensión nominal de cortocircuito del transformador único: Vk% = 6%

Potencia del transformador en paralelo: SnTR = 800 kVA

Tensión de cortocircuito del transformador en paralelo: Vk% = 4%

A partir de estos datos y de cálculos rápidos, se obtiene un valor de corriente de cortocircuito de 37 kA en las barras de distribución con un transformador de 1600 kVA.

Con dos transformadores de 800 kVA en paralelo, la corriente de cortocircuito en las barras de distribución será de aproximadamente 55 kA.

En referencia a la red eléctrica descrita en la Figura 2, las consideraciones siguientes tienen el objetivo de ilustrar la filosofía de gestión de las protecciones:

Figura 3

 

G1 Falta en una de las salidas de BT

Con independencia de la presencia o la ausencia del enlace de barras:

Con la selección apropiada de los dispositivos de protección y de conformidad con las disposiciones de selectividad de BT normales, es posible discriminar el fallo y garantizar la continuidad del servicio con la apertura de tan sólo el interruptor automático L1.

G2 Falta en las barras de distribución BT

Sin enlace de barras:

La falta se elimina a través de los dos interruptores automáticos generales de la parte de BT (IBT1 e IBT2) de los transformadores, lo que provoca la caída completa de la planta. Los transformadores siguen alimentados sin carga. Para evitar la apertura de los interruptores automáticos IMT , la obtención de la selectividad MT/BT vuelve a ser importante en este caso.

Con enlace de barras:

El enlace de barras CBT debe abrirse, con la consiguiente separación de las barras de distribución y la eliminación completa de la falta a través de la apertura del interruptor automático IBT1 principal. La acción del enlace de barra permite mantener el suministro de alimentación a las semibarras de distribución no afectadas por la falta. La actuación de los dispositivos BT (IBT1 –CBT – IBT2), que resultan afectados por la falta, puede coordinarse empleando dispositivos para los cuales se implementa la selectividad de la zona direccional.

G3 Falta en el bus BT aguas abajo del transformador

Sin enlace de barra:

La corriente de falta afecta a los dos transformadores y puede llegar a provocar la apertura de los dos dispositivos IMT e IBT de los transformadores. La consecuencia de ello sería la desconexión de toda la planta.

En este caso, es importante estudiar e implementar una lógica de gestión dedicada (por ejemplo, selectividad direccional) que permita la apertura de IBT1 e IMT1 para aislar tan sólo el transformador afectado por la falta. Asimismo, debe preverse una lógica para la desconexión de cargas no prioritarias, dado que la planta sólo funciona con un transformador.

Con enlace de barra:

La lógica de gestión sigue siendo la misma y, posiblemente, también podría tener en cuenta la apertura del enlace de barras.

G4 Falta en el bus MT aguas arriba del transformador

Sin enlace de barra:

La lógica de gestión debe permitir la apertura inmediata del interruptor automático IMT1 afectado por la corriente de falta plena (IMT2 verá una corriente baja limitada por la impedancia de los dos transformadores) y, si la gestión de la planta prevé coordinación, ordenará la apertura del interruptor automático IBT1 con aislamiento de la falta y seguirá con la continuidad del servicio de toda la planta garantizada por el suministro de alimentación a través del otro transformador. Asimismo, debe preverse una lógica para la desconexión de cargas no prioritarias, dado que la planta sólo funciona con un transformador.

Con enlace de barra:

La lógica de gestión sigue siendo la misma, y el enlace de barras sólo tendría la función de separar las barras de distribución eliminando así el transformador excluido.

Tras un análisis de las modalidades de tratamiento de faltas, que en algunas circunstancias resulta ser bastante complejo debido a la doble alimentación de los transformadores en paralelo, a continuación se examinan los requisitos mínimos para tener dos transformadores funcionando en paralelo:

a) las conexiones internas deben pertenecer al mismo grupo (grupo IEC) y los transformadores deben tener la misma relación de transformación. Al cumplir estas disposiciones, los dos conjuntos de tensión coinciden y están en oposición de fase; por consiguiente, no hay diferencias vectoriales entre la tensión secundaria de cada malla aislada y no se generan corrientes de circulación.

En el caso contrario, se generarían corrientes de circulación, que podrían dañar los transformadores incluso en funcionamiento sin carga;

b) las tensiones de cortocircuito (Vk% ) deben tener el mismo valor. Gracias a esta medida, la intensidad de carga total se subdivide entre los dos transformadores en proporción a sus potencias nominales respectivas.

En caso negativo, los dos transformadores se cargarían de forma distinta y el transformador con la menor caída de tensión interna estaría más cargado.

Para más detalles sobre las condiciones de conexión en paralelo de transformadores, véase el artículo: Condiciones para el acoplamiento en paralelo de Transformadores



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