Un transformador de subestación es un componente crucial en el sistema de energía eléctrica, que juega un papel vital en el paso o el paso hacia abajo los niveles de voltaje para garantizar una transmisión y distribución de potencia eficientes y seguras. Como proveedor de transformador de subestación líder, estoy emocionado de compartir con usted cómo funcionan estos notables dispositivos.
El principio básico de un transformador
En el corazón de un transformador de subestación se encuentra el principio de inducción electromagnética, que fue descubierta por Michael Faraday en 1831. Según este principio, un campo magnético cambiante puede inducir una fuerza electromotriz (EMF) en un conductor cercano. En un transformador, este principio se utiliza para transferir energía eléctrica de un circuito a otro a través de un campo magnético, sin ninguna conexión eléctrica directa entre los dos circuitos.
Un transformador consta de dos o más bobinas de alambre, conocidas como devanados, que se enrollan alrededor de un núcleo común hecho de un material magnético como el hierro. El devanado que está conectado a la fuente de alimentación se llama devanado primario, mientras que el devanado que está conectado a la carga se llama devanado secundario. Cuando una corriente alterna (AC) fluye a través del devanado primario, crea un campo magnético cambiante en el núcleo. Este campo magnético cambiante induce un EMF en el devanado secundario, lo que hace que una corriente alterna fluya en el circuito secundario.
Paso - up y paso - transformadores hacia abajo
Los transformadores de subestaciones se pueden clasificar en transformadores paso a paso y transformadores escalonados en función de su función.
Transformadores de paso de paso
En una planta de generación de energía, la electricidad generalmente se genera a un voltaje relativamente bajo, generalmente en el rango de 11 kV a 33 kV. Sin embargo, para la transmisión de potencia de larga distancia, es más eficiente transmitir electricidad a altos voltajes, típicamente en el rango de 110 kV a 765 kV. Esto se debe a que la pérdida de potencia en una línea de transmisión es proporcional al cuadrado de la corriente que fluye a través de ella (p = i²r, donde p es la pérdida de potencia, i es la corriente y r es la resistencia de la línea). Al aumentar el voltaje y reducir la corriente, la pérdida de potencia puede reducirse significativamente.
Se utiliza un transformador de paso hacia arriba para aumentar el voltaje del voltaje del generador al voltaje de transmisión. El número de giros en el devanado secundario de un transformador de paso es mayor que el número de giros en el devanado primario. De acuerdo con la ecuación del transformador, V₁/V₂ = N₁/N₂, donde V₁ y V₂ son los voltajes en los devanados primarios y secundarios respectivamente, y N₁ y N₂ son el número de giros en los devanados primarios y secundarios respectivamente. Entonces, cuando n₂> n₁, v₂> v₁.
Transformadores de paso hacia abajo
En el extremo receptor de la línea de transmisión, la electricidad de alto voltaje debe renunciar a un voltaje más bajo para su distribución a los consumidores. El voltaje se reduce primero del voltaje de transmisión a un voltaje de submisión (p. Ej., 33 kV o 66 kV) en una subestación primaria. Luego, en una subestación de distribución, el voltaje se reduce aún más a un voltaje de utilización, como 400 V para aplicaciones industriales y comerciales de tres fase o 230 V para aplicaciones residenciales de una sola fase.
Un transformador de paso hacia abajo tiene menos giros en el devanado secundario que en el devanado primario. Usando la ecuación del transformador nuevamente, cuando n₂ <n₁, v₂ <v₁.
Componentes de un transformador de subestación
Un transformador de subestación es un dispositivo complejo compuesto por varios componentes clave:
Centro
El núcleo está hecho de un material magnético, generalmente láminas de acero de silicio laminado. Laminar el núcleo ayuda a reducir las pérdidas de corriente de Foronos Eddy, que son causadas por las corrientes inducidas que circulan dentro del núcleo. El núcleo proporciona una ruta de baja reticencia para el flujo magnético, asegurando una transferencia eficiente de energía entre los devanados primarios y secundarios.
Bobinados
Los devanados están hechos de conductores de cobre o aluminio de alta conductividad. Están cuidadosamente diseñados y aislados para soportar los altos voltajes y las corrientes. Los devanados primarios y secundarios se enrollan alrededor del núcleo en una configuración específica para lograr la relación de transformación de voltaje deseada.
Tanque
Los devanados del transformador y el núcleo están sumergidos en un tanque lleno de aceite aislante. El aceite aislante tiene dos propósitos principales: proporciona un aislamiento eléctrico entre los devanados y el núcleo, y ayuda a disipar el calor generado durante la operación del transformador. El tanque generalmente está hecho de acero y está diseñado para ser una fuga.
Sistema de enfriamiento
Durante la operación, un transformador genera calor debido a las pérdidas en los devanados y el núcleo. Para evitar el sobrecalentamiento, se requiere un sistema de enfriamiento. Existen varios tipos de sistemas de enfriamiento, incluido el aceite - aire natural - natural (Onan), aceite - aire natural - forzado (ONAF), aceite - aire forzado - forzado (OFAF) y aceite - agua forzada - forzada (OFWF). La elección del sistema de enfriamiento depende del tamaño y la calificación del transformador.
Cambiador
Se utiliza un cambiador de tap para ajustar la relación de voltaje del transformador. Permite el ajuste fino del voltaje de salida para compensar las variaciones en el voltaje de entrada o los cambios en la carga. Hay dos tipos de cambiadores de tap: encendido - Cargue los cambiadores de tap (OLTC) y apagado - Cargue los cambiadores de tap (OLTC). ON - Se pueden operar los cambiadores de grifo de carga mientras el transformador está energizado, mientras que los cambiadores de tapas de carga apagados requieren que el transformador se desglose para el ajuste.
El proceso de trabajo de un transformador de subestación
Cuando el devanado primario de un transformador de subestación está conectado a una fuente de alimentación de CA, una corriente alterna fluye a través del devanado primario. Esta corriente crea un campo magnético en el núcleo, que varía en magnitud y dirección con la frecuencia del suministro de CA.
El campo magnético cambiante en el núcleo induce un EMF en el devanado secundario de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday. La magnitud del EMF inducido en el devanado secundario depende del número de giros en el devanado secundario, la velocidad de cambio del flujo magnético y las propiedades magnéticas del núcleo.
Como el devanado secundario está conectado a una carga, el EMF inducido hace que una corriente alterna fluya en el circuito secundario. La potencia transferida del circuito primario al circuito secundario viene dada por P₁ = P₂ (descuidando las pérdidas), donde P₁ es la potencia en el circuito primario y P₂ es la potencia en el circuito secundario. Dado que P = VI, si el voltaje se intensifica en el devanado secundario, la corriente en el devanado secundario se reducirá proporcionalmente, y viceversa.
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Referencias
- Sistemas de energía eléctrica: análisis y control de Claudio A. Cañizares
- Ingeniería de sistemas de energía por Nagrath y Kothari
- Transformers: diseño, tecnología y aplicación de Badrul H. Chowdhury