Corriente de excitación de un transformador
Comprendiendo la Corriente de Excitación del Transformador en el Mantenimiento de Subestaciones
En el ámbito del mantenimiento de subestaciones, es crucial entender las complejidades del funcionamiento de los transformadores. Un aspecto clave es la corriente de excitación del transformador. Ya sea que se esté realizando pruebas en un reconectador, utilizando un equipo de inyección primaria, midiendo la resistencia de contacto, o empleando un equipo de prueba de relés para verificar los relés de protección, el conocimiento de la corriente de excitación es esencial para garantizar un rendimiento confiable del sistema eléctrico.
¿Qué es la Corriente de Excitación del Transformador?
Todo transformador, independientemente de su tipo, tiene bobinados primarios y secundarios y un núcleo. Cuando se aplica un voltaje normal a los terminales primarios del transformador con el circuito secundario abierto, una pequeña corriente fluye en el bobinado primario. Esta corriente, conocida como la corriente de excitación del transformador, fluye continuamente durante la operación del transformador. Es vital porque mantiene un campo magnético dentro del núcleo y es en gran medida independiente de la carga secundaria.
La corriente de excitación consiste en dos componentes principales:
- Componente de Pérdida en el Núcleo
- Componente de Corriente Magnetizante
Componente de Pérdida en el Núcleo
El componente de pérdida en el núcleo representa las pérdidas resistivas en el núcleo del transformador y está en fase con el voltaje aplicado. Determina las pérdidas en vacío del transformador, que incluyen:
- Pérdidas en el Hierro: Debidas a corrientes de Foucault, son las más significativas.
- Pérdidas Dieléctricas Menores
- Pérdidas en Cobre: De la corriente de excitación.
Estas pérdidas están influenciadas por factores como la frecuencia, la densidad de flujo máxima y las características del circuito magnético. Normalmente, los valores de pérdida en el núcleo son proporcionados por el fabricante del transformador al momento de la entrega, lo que ayuda en la planificación del mantenimiento de subestaciones.
Componente de Corriente Magnetizante
La corriente magnetizante retrasa al voltaje aplicado en 90 grados, y su magnitud depende de:
- El número de vueltas en el bobinado primario.
- La curva de saturación del transformador.
- La densidad de flujo máxima para la cual el transformador fue diseñado.
Esta corriente es puramente reactiva y no contribuye directamente a las pérdidas en vacío. Sin embargo, la potencia magnetizante reactiva (VARs) es necesaria para la operación del transformador, y esta corriente debe ser suministrada por la fuente de alimentación. Monitorear la corriente magnetizante es un aspecto crítico durante el mantenimiento de subestaciones, especialmente al realizar pruebas de alta tensión.
Calculando la Corriente Total de Excitación
De forma sencilla, sus vectores de pueden representar de la siguiente forma
La corriente total de excitación puede ser calculada utilizando los componentes de pérdida en el núcleo y corriente magnetizante. Típicamente, los niveles de corriente de pérdida en el núcleo están alrededor del 1% de la corriente a plena carga. La corriente magnetizante varía en el rango de 0.25%–5% de la corriente a plena carga, pero puede ser tan alta como 10% en algunos transformadores para aplicaciones especiales.
Importancia en el Mantenimiento de Subestaciones
Las pruebas diagnósticas rutinarias y las pruebas de aceptación de relación de transformación deben incluir mediciones de la corriente de excitación y pérdidas en vacío. Esto es especialmente importante después de estrés físico extremo, como una falla en la línea, operación de un reconectador, o eventos de sobretensión. Utilizar un equipo de inyección primaria y realizar pruebas de alta tensión puede ayudar a identificar estos problemas temprano.
Curva de Magnetización de Transformadores de Corriente
Puede ser evaluada fácilmente con el gráfico siguiente
Punto de Rodilla de la Tensión en Transformadores de Corriente
- Definición ANSI/IEEE: La intersección de la curva con una línea tangente de 45 grados.
- Definición IEC: La intersección de líneas rectas extendidas desde partes no saturadas y saturadas de la curva de excitación.
En términos prácticos, el punto de rodilla es donde un aumento del 10% en el voltaje aplicado causa un aumento del 50% en la corriente de excitación. Esta regla de evaluación permite a los técnicos medir los valores primarios y secundarios utilizando herramientas como un equipo de prueba de relés para determinar si el transformador está saturado, un paso clave en el mantenimiento de subestaciones.
Equipos de Prueba Modernos
Los equipos modernos, como el Raptor de EuroSMC, ofrecen procedimientos de prueba automatizados que localizan el punto de saturación y desmagnetizan el transformador después de la prueba. Estos dispositivos proporcionan informes completos con valores numéricos y gráficos, ayudando en el mantenimiento de subestaciones y en los procesos de toma de decisiones eficientes. Además, permiten realizar mediciones precisas de resistencia de contacto, esenciales para verificar la integridad de conexiones y contactos en relés de protección y otros equipos críticos.
Conclusión
Entender la corriente de excitación del transformador es vital para mantener la salud y eficiencia de los sistemas eléctricos. Al incorporar pruebas regulares en reconectadores, utilizar equipos avanzados de inyección primaria, realizar pruebas de alta tensión, y emplear precisos equipos de prueba de relés, puede asegurarse de que sus transformadores operen de manera confiable y evitar costosos tiempos de inactividad.
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