ESDenv(jω) Densidad espectral de energía máxima de los ensayos dieléctricos para la frecuencia ω FDSF(ω) Factor de severidad en el dominio de la frecuencia para la frecuencia ω. Respuesta en frecuencia de los elementos de la matriz de admitancia nodal del transformador TrafoCore_1: (a) Magnitud, (b) Fase. Distribución de la tensión transitoria de los nodos del devanado de AT del transformador TrafoCore_1 cuando se somete a un impulso de onda completa durante el ensayo de choque.
Distribución de tensión transitoria en el terminal TS(AT) durante la apertura de los interruptores: (a) SW1, (b) SW2, (c) SW3, (d) SW4. Distribución de tensión transitoria en el nodo 25º durante la acción de apertura de los interruptores: (a) SW1, (b) SW2, (c) SW3, (d) SW4.
Generalidades
Este capítulo proporciona una introducción general al tema de la tesis, un resumen del estado actual del arte, su propósito, la contribución del autor y una descripción general de la tesis.
Interés actual del tema
El cálculo de transitorios en transformadores es un tema muy complejo y de gran actualidad ya que se han registrado un número significativo de fallas de transformadores asociadas a transitorios de alta frecuencia debido a la interacción entre el transformador y el sistema. señalar que en 2008 se estableció el grupo de trabajo internacional de Cigré, JWGA2/C4.39 "Interacción transitoria eléctrica entre transformadores y sistemas de potencia", para abordar este problema. Cabe señalar que gran parte de los resultados de esta tesis fueron estimulados por la participación activa tanto del autor como del director de esta tesis en el mencionado grupo de trabajo de Cigré.
Finalidad y objetivos
Se presentan una serie de pruebas para validar el modelo y la metodología propuesta y evaluar la influencia de la interacción con el sistema eléctrico. Además, se presentan varias aplicaciones prácticas que demuestran el potencial del modelo y la sensibilidad de la metodología, tanto para el dimensionamiento del sistema de aislamiento como para el desarrollo de lineamientos y normas que aseguren la correcta interacción entre el transformador y la corriente. sistema..
Estado actual del arte
que incluye los efectos de la presencia del núcleo de acero sobre la inductancia y pérdidas de los devanados. Este método es bastante preciso para calcular la impedancia propia y mutua de los devanados. Estos modelos se basan en la representación de las inductancias de dispersión de los devanados de modelado del transformador, que se obtienen de la ficha técnica del transformador.
En el primer paso, cada bobina está representada por un modelo STL para calcular los voltajes en los extremos de las bobinas. Estos modelos presentan el comportamiento transitorio en las terminales del transformador y se obtienen a partir de los parámetros de las terminales.
Planteamiento y desarrollo de la tesis
Otros trabajos utilizan un modelo interno detallado del transformador para analizar la distribución de tensión interna de los devanados, conociendo la forma de onda de la tensión que llega a los terminales del transformador durante el proceso de conmutación del VCB, la cual se obtiene a partir de mediciones experimentales. Sin embargo, el punto clave en este tema es conocer la respuesta interna de los devanados en las primeras etapas del diseño del transformador. El capítulo 4 presenta el cálculo de los parámetros del circuito eléctrico equivalente del modelo propuesto.
Este método se basa en el análisis de los factores de seguridad del campo eléctrico y utiliza el modelo interno detallado propuesto vinculado a un modelo de elementos finitos 2D axisimétrico. El Capítulo 8 presenta la validación de los resultados obtenidos del modelo y la metodología propuesta a través de una serie de pruebas realizadas en varios transformadores reales.
Contribución del Autor
Se ha definido un nuevo parámetro denominado Time Domain Severity Factor (TDSF), que identifica la severidad dieléctrica del sistema de aislamiento del transformador expuesto a un pulso de tensión no estandarizado y localiza espacialmente los puntos dieléctricos más débiles a lo largo de los devanados. Se ha propuesto una metodología en el dominio del tiempo para estimar la rigidez dieléctrica a lo largo de los devanados cuando el transformador se excita con transitorios no normalizados. Los resultados obtenidos en la elaboración de la guía práctica han sido aportados con el fin de profundizar en el estudio del comportamiento transitorio de los transformadores de corriente.
En este caso práctico se ha analizado la respuesta interna del transformador, evaluando la influencia de los parámetros característicos del interruptor automático al vacío durante la desconexión del transformador del sistema de potencia mediante la apertura de la aparamenta. Este capítulo presenta un enfoque teórico de la distribución de tensión interna a lo largo de los devanados del transformador.
Introducción
También describe los principales aspectos involucrados que pueden causar la falla del transformador, asociados a los transitorios originados por la interacción eléctrica de éste con el sistema de potencia. Finalmente, presenta un método computacional para estimar la respuesta interna del transformador debido a estos transitorios, enfocándose en la operación de conmutación de un interruptor automático al vacío. Este capítulo presenta un enfoque teórico de la distribución de tensión interna a lo largo de los devanados de transformadores sometidos a tensiones transitorias.
También describe los principales aspectos involucrados en fallas de transformadores relacionados con fenómenos transitorios que se originan en la interacción eléctrica entre el transformador y el sistema de potencia. Finalmente, presenta el modelado de la interacción entre el transformador y el sistema de potencia y propone un método de cálculo capaz de estimar la respuesta interna del transformador debido a estos transitorios, enfocándose en la operación de maniobra de la aparamenta.
Distribución de la tensión interna a lo largo de los devanados
Distribución inicial de la tensión
La distribución inicial de tensión a lo largo de un devanado está controlada principalmente por el acoplamiento capacitivo de las espiras. Para un devanado con el neutro conectado a tierra, el gradiente de tensión inicial en el terminal de línea del devanado es, En casos prácticos, coth(α) ≈ 1 y el gradiente inicial máximo al final de la línea es,.
Para un devanado con neutro aislado, el gradiente de tensión inicial en el terminal de línea del devanado es, En casos prácticos tanh(α) ≈ 1 y el gradiente inicial máximo al final de la línea es,.
Distribución final de la tensión
Distribución oscilatoria de la tensión
Por otro lado, la ecuación diferencial (2.22) se puede estudiar utilizando la teoría de la propagación de ondas. La velocidad de propagación de la onda disminuye a medida que aumenta la frecuencia angular y la velocidad se vuelve cero para la frecuencia crítica ωcr determinada por [128]. Para frecuencias superiores a la frecuencia crítica, la onda no puede propagarse dentro del devanado, la velocidad de propagación se convierte en un parámetro imaginario y la solución de la ecuación diferencial (2.22) tiene la siguiente forma [128].
A valores pequeños de frecuencia angular, la impedancia característica del devanado se aproxima a la impedancia característica de la línea [38]. Por encima de la frecuencia crítica, la impedancia es un valor imaginario y el devanado se comporta como una capacitancia [38].
Interacción eléctrica del transformador con el sistema de potencia
Grupo de Trabajo Conjunto JWG A2/C4.39
Es un grupo de trabajo internacional conformado por 11 importantes participantes de empresas de generación, transmisión y distribución, fabricantes de transformadores, universidades y centros de investigación. El grupo de trabajo conjunto JWG A2/C4.39 selecciona y compara diferentes modelos matemáticos de caja blanca para estudiar y analizar el comportamiento transitorio interno del transformador sujeto a sobretensiones de pruebas dieléctricas y sobretensiones oscilatorias del sistema de potencia con una serie de estudios importantes de casos [ 56 ]. El objetivo principal del Grupo de trabajo conjunto JWG A2/C4.39 es crear una guía práctica que se publicará a principios de 2014.
Esta guía intentará aumentar la comprensión de las ondas oscilantes que aparecen en los transformadores debido a la interacción entre los transformadores y el sistema eléctrico. También establecerá nuevos criterios y estándares que consideren esta interacción para brindar recomendaciones para mejorar el diseño en transformadores [56].
Modelado de la interacción entre el transformador y el sistema de potencia
Para un cálculo preciso de transitorios en el transformador conectado al sistema de potencia en la figura. Desafortunadamente, el modelo interno detallado no es compatible con programas similares a EMTP, ya que resuelve ecuaciones en el dominio de la frecuencia y también requiere altos requisitos. Los datos de cálculo deben incluirse en el modelo del sistema de potencia. A continuación, se realiza la compatibilidad convirtiendo el modelo interno detallado en un modelo terminal utilizando una técnica de ajuste vectorial.
El modelo de terminal permite el cálculo de la forma de onda de voltaje que aparece en los terminales del transformador debido a su interacción con el sistema de potencia durante la operación de conmutación de VCB como se muestra en la Fig. De esta forma, el modelo detallado de Tensión Interna permite obtener la distribución de tensión interna a lo largo de los devanados debido al fenómeno transitorio que surge de esta interacción eléctrica durante la operación de conmutación del VCB.
Introducción
Circuito equivalente de las capacitancias en paralelo de dos bloques: (a) capacitancias acopladas entre bloques, (b) distribución de voltaje entre los dos bloques. Un ejemplo de la forma de onda de impulso normalizada se presenta en la Fig. La distribución de la tensión transitoria interna a lo largo de los devanados debido al evento transitorio originado en el sistema de potencia.
Distribución de voltaje transitorio interno a lo largo de los devanados para cada prueba dieléctrica estandarizada. La distribución de voltaje transitorio temporal en diferentes puntos de medición del transformador para la posición máxima se muestra en la fig. La distribución de voltaje transitorio temporal en diferentes puntos de medición del transformador para la posición mínima se muestra en la fig.
La densidad espectral de energía de la envolvente de las pruebas dieléctricas en la Fig. La forma de onda de la caída de tensión transitoria a través de los contactos VCB se muestra en la Fig. La forma de onda del voltaje transitorio que llega a la terminal H1 del transformador se muestra en la Fig.
