Clase N° 13 - ML 511 - 29-09-2014

Sistemas Eléctricos de Potencia ML 511

SISTEMAS DE POTENCIASISTEMAS DE POTENCIAML-511ML-511

Gregorio Aguilar Robles

29 de setiembre de 2014


TRANSFORMADORES DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN VARIABLES

La variación de las corrientes a través de la líneas, debido a la variación del diagrama de carga, trae como consecuencia variaciones de la tensión en todo el sistema eléctrico de potencia.


Una forma de controlar el nivel de tensión de operación y de servicio a los usuarios tratando de mantener la tensión en valores prefijados, denominados también de CONSIGNA, es mediante el uso adecuado de transformadores de relación de transformación variable.

Existen dos tipos de transformadores de tomas variables:

-Los variables en vacío.-Los variables bajo carga.

Todo sistema eléctrico usa ambos tipos, debido a que son usados con diferentes fines.


TRANSFORMADORES CON TOMAS VARIABLES EN VACÍO


Estos transformadores son usados para reducir la tensión de transmisión (500 kV, 380 kV, 220 kV, 138 kV, etc.) a niveles de subtransmisión (60 kV, 50 kV).

El número de tomas o TAPS son generalmente de 3 a 5, los cuales pueden manejarse desde el exterior, mediante los conmutadores manuales provistos en los transformadores.

Transformador de potencia de 300 MVA, 500-220/13,2 kV


TRANSFORMADORES CON TOMAS VARIABLES BAJO CARGA


Estos transformadores son empleados como reguladores de la tensión de servicio a nivel de distribución (20 kV, 13,2 kV, 10 kV); es decir, fijada una tensión consigna de servicio el transformador trata de mantenerlo mediante el cambio continuo de las tomas o GRADINES.

El número de gradines de estos tipos de transformadores puede alcanzar hasta 26 posiciones, pudiendo en algunos casos diseñarse con mayor número de acuerdo a las necesidades.

Transformador de potencia con tomas variables bajo carga. Su mantenimiento se produce después de 300 000 conmutaciones.


TRANSFORMADORES CON TOMAS VARIABLES

BAJO CARGA


TRANSFORMADORES CON TOMAS VARIABLES BAJO CARGA

5

6....

V2

B.T.1

2

3

4A.T.

V1

Consideremos un transformador de: (60 ± 2x1,5)/10 kV

Se desea mantener constante la tensión V2 (extremo receptor) en 10 kV.


5

6....

V2

B.T.1

2

3

4A.T.

V1

Las posiciones de los gradines para el Transformador de (60 ± 2x1,5)/10 kV, son las siguientes:

Posición del Gradín

V1 (kV) V2 (kV)Relación de

Transformación

1 63 10 63/10

2 61,5 10 61,5/10

3 60 10 60/10

4 58,5 10 58,5/10

5 57 10 57/10

(60 ± 2x1,5) / 10 kV


Como se aprecia, ahora tenemos 5 relaciones de transformación y la pregunta sería: ¿Qué relación de transformación se escoge para el cambio de bases?



Transformación

1 63 10 63/10

2 61,5 10 61,5/10

3 60 10 60/10

4 58,5 10 58,5/10

5 57 10 57/10

(60 ± 2x1,5) / 10 kV


Se procede de la siguiente manera:

-Si nos especifican un determinado valor del gradín para el cambio de bases, se debe utilizar dicho valor. Por ejemplo, si nos dicen considere el valor más alto del gradín para el cambio de bases, entonces utilizaremos la relación de transformación: 63/10 kV.

-Si nos especifican que la reactancia del transformador fue medida en una determinada posición del gradín, dicha posición se utiliza para el cambio de bases. Por ejemplo, si nos dicen que la reactancia se medió en el nivel de 61,5 kV, entonces utilizaremos la relación de transformación: 61,5/10 kV.

-Si nos especifican nada, entonces para el cambio de bases, se toma el valor nominal. Es decir, utilizaremos la relación de transformación: 60/10 kV.



Transformación

1 63 10 63/10

2 61,5 10 61,5/10

3 60 10 60/10

4 58,5 10 58,5/10

5 57 10 57/10

(60 ± 2x1,5) / 10 kV


REPRESENTACIÓN DE UN TRANSFORMADOR CON TOMAS VARIABLES BAJO CARGA

El símbolo del transformador es el siguiente:

1 2

T

El transformador de potencia con tomas variables se representa de la siguiente manera:

1

a:1

A 2ZT


Donde:

a = Relación de trasformación, que viene dada por las distintas posiciones de los gradines.

Si se considera para las bases la relación de transformación nominal 60/10 kV, entonces.

a = 63/60 a = 61,5/60 a = 60/60 a = 58,5/60 a = 57/60

ZT = Impedancia del Transformador (pu)

NOTA.- La impedancia del transformador (ZT) debe colocarse en el lado donde la tensión debe permanecer constante (V2 en este caso), no en el lado de los gradines.

1

a:1

A 2ZT1 2

T


REPRESENTACIÓN DE UN TRANSFORMADOR CON TOMAS VARIABLES BAJO CARGA

El símbolo del transformador es el siguiente:

1 2

T

El transformador de potencia con tomas variables se representa de la siguiente manera:

1

a:1

A 2ZT


CÁLCULOS A REALIZAR EN EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE TRANSFORMADORES CON TOMAS VARIABLES BAJO CARGA


EJEMPLO DE APLICACIÓN CON TRANSFORMADORES CON TOMAS VARIABLES BAJO CARGA


PROBLEMA DE APLICACIÓN


Dado el siguiente sistema trifásico y tomando como base 60 kV en L2 y considerando como relación de trasformación nominal de T1, la de 200/13,8 kV, se pide:

a)¿En qué posición se encuentra operando T1?b)Las potencias activa y reactiva que entrega el generador.c)El ángulo de potencia del generador.d)El facto de potencia de la carga.e)Las pérdidas por efecto Joule en las líneas.

Enunciado del Problema de Aplicación


Datos del Problema de Aplicación

G: 120 MVA, 15±5% kV, 9%

T1: 100 MVA, (200±11x2%)/13,8 kV, X = 11% (Medido en posición 200/13,8 kV)

T2: 120 MVA, 220/60 kV, X = 10%

L1: ZL1 = 8+j60 /fase, YC = j0,2x10-3 Mho/fase

L2: ZL2 = j20 /fase


Solución del Problema de Aplicación


Determinamos las zonas del sistema:


Cambio de bases de las reactancias:


CIRCUITO POR UNIDAD (pu)








Los posibles valores de “a” son los mostrados en la tabla adjunta:


Nivel de Tensión del Gradín (kV)

a a

1 156 156/200 0.782 160 160/200 0.803 164 164/200 0.824 168 168/200 0.845 172 172/200 0.866 176 176/200 0.887 180 180/200 0.908 184 184/200 0.929 188 188/200 0.9410 192 192/200 0.9611 196 196/200 0.9812 200 200/200 1.0013 204 204/200 1.0214 208 208/200 1.0415 212 212/200 1.0616 216 216/200 1.0817 220 220/200 1.1018 224 224/200 1.1219 228 228/200 1.1420 232 232/200 1.1621 236 236/200 1.1822 240 240/200 1.20

23 244 244/200 1.22

Sabemos del cálculo del circuito pu que el valor de “a” es 1,22; por lo tanto, la posición de T1 es:

T1: 244/13,8 kV


En (), tendremos lo siguiente:


Pérdidas por Efecto Joule:

Ángulo de potencia del generador:

Sistemas Eléctricos de Potencia ML 511 Gregorio Aguilar Robles

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