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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. CALIDAD DE ENERGÍA

DEBER # 4 Nombre: Iván Hernández.

Fecha de Entrega: 19/Enero/2015

TRANSFORMADOR TIPO “K” IMPORTANCIA DEL “FACTOR K” EN TRANSFORMADORES En las áreas de trabajo industriales de hoy, la proliferación de los dispositivos de estado sólido (balastros de iluminación, variadores de velocidad y controles para motor, equipos de comunicación y otras cargas alimentadas por CD) han creado un problema mayor para ingenieros de especificación, contratistas y propietarios de edificios. La naturaleza no lineal de sus fuentes de alimentación conmutadas genera corrientes armónicas que causan que los transformadores y sistemas neutros se sobrecalienten y se destruyan. Los problemas por distorsión armónica no son nuevos ni para las compañías de distribución eléctrica ni para los sistemas industriales. De hecho, la distorsión fue observada por los operadores de las compañías de distribución a principios de la primera década de este siglo. Típicamente, la distorsión era ocasionada por cargas no lineales conectadas a la red de distribución. Sin embargo, hoy en día son necesarios ciertos métodos para reducir los armónicos, debido a tres razones principales: 1. La proliferación en el uso de los convertidores estáticos de potencia. 2. Las resonancias de red han aumentado. 3. Las cargas del sistema de potencia son cada vez más sensibles al armónico. ¿Y que son los Armónicos? Son formas de onda senoidales con frecuencia múltiplo de la fundamental. Frecuencia Fundamental = 60 Hz. Los armónicos distorsionan la forma de onda en forma continua. Durante un tiempo prolongado. Los armónicos son ocasionados por cargas no lineales conectadas al sistema de potencia. Las cargas no lineales producen corrientes no sinusoidales.

CARGA LINEAL

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. CALIDAD DE ENERGÍA Una carga es LINEAL cuando la corriente que ella absorbe tiene la misma forma de onda que la tensión que la alimenta. Además, esta corriente, no posee contenido armónico. Los resistores, inductores, y los condensadores son dispositivos lineales. Cuando se conecta una carga resistiva en el sistema de potencia AC, se obtiene una corriente sinusoidal. Cuando se conecta una carga inductiva, se observan corrientes sinusoidales aunque con fase diferente a la carga resistiva. CARGA NO LINEAL Una carga es NO LINEAL cuando la corriente que ella absorbe NO tiene la misma forma de onda que la tensión que la alimenta. Además, esta corriente, es rica en componentes armónicos por lo que su espectro será función de las características de carga que alimenta. Hay muchos tipos de cargas no lineales que producen armónicos. La fuente más grande de armónicos son los convertidores. Los convertidores oscilan desde enormes subestaciones inversoras de 1000 MW para líneas HVDC (High Voltaje DC) hasta rectificadores de 75 W encontrados en una televisión. Las otras fuentes no lineales de armónicos incluyen dispositivos de arco tales como hornos de arco, impedancia magnetizante de transformadores, y luces fluorescentes. La corriente armónica ocasionada por las fuentes no lineales puede ocasionar la distorsión armónica en el voltaje del sistema, lo que puede ocasionar problemas para otros dispositivos. Las gráficas de la corriente total, la fundamental y las armónicas se muestran a continuación:

La grafica mostrada, nos da otro ejemplo de distorsión armónica. En las cuales

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. CALIDAD DE ENERGÍA Transformadores y los Armónicos Los armónicos influyen fundamentalmente sobre los transformadores de distribución reductores (típicamente triángulo-estrella 380/220 V) en los que el mayor porcentaje de cargas sean equipos electrónicos monofásicos, conectados entre línea y neutro. Las corrientes armónicas del neutro se reflejan en el triángulo, por donde circulan elevando la densidad de flujo en el núcleo. También, las corrientes de Foucault, proporcionales a la frecuencia, aumentan considerablemente. Transformadores de Factor K Los transformadores Factor K están diseñados para reducir los efectos por calentamiento de las corrientes armónicas creadas por cargas como las mencionamos. El Factor K es un indicador de la capacidad del transformador para soportar contenido armónico mientras se mantiene operando dentro de los límites de temperatura de su sistema de aislamiento. Los transformadores Factor K tienen capacidades UL de K-4, K-13, K-20, K-30 y K-40. Los cuales presentan algunas peculiaridades constructivas respecto de los convencionales, las cuales mencionaremos a continuación:    

Sobredimensionamiento de los conductores primarios para soportar las corrientes de circulación reflejadas de los armónicos “triplens”. Las secciones del neutro y sus conexiones se dimensionan para una corriente el doble de la de línea. El núcleo está diseñado para una menor densidad de flujo. Se emplea menor cantidad de material, pero de mejor calidad, por ejemplo acero magnético M6. Las pérdidas por corrientes de Foucault en los conductores de los transformadores se pueden reducir empleando varios conductores paralelos aislados entre sí. A veces se utilizan conductores de tipo fleje y otras técnicas de interpolación y transposición de conductores. Tienen una capacidad térmica especial.

En los casos en que un transformador alimenta cargas no lineales, se presenta un sobrecalentamiento aun cuando no ha alcanzado sus KVA nominales, este sobrecalentamiento debido a la presencia de las armónicas es directamente proporcional al cuadrado de la armónica multiplicado por las pérdidas que esta produce. De esta manera aparece el factor K aplicado a transformadores Con el factor K de la corriente en la carga, se puede escoger el transformador adecuado. Entre las modificaciones con respecto a los transformadores normales están: 1.

El tamaño del conductor primario se incrementa para soportar las corrientes armónicas “triplen” circulantes. 2. Se diseña el núcleo magnético con una menor densidad de flujo normal, utilizando 3. acero de mayor grado. 4. Utilizando conductores secundarios aislados de menor calibre, devanados en paralelo y transpuestos para reducir el calentamiento por efecto piel. A continuación presentamos una tabla con Factores K Típicos de las cargas:

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BIBLIOGRAFIA  http://powerpic.com.pe/boletines/3/archboletin.pdf