Optimización del diseño de arrollamientos para transformadores de mediana potencia

Abstract

Uno de los problemas más importantes que encontramos en el diseño de un transformador de mediana potencia, en el rango de 8 MVA hasta 30 MVA, es el cálculo de la distribución de tensiones en diversos puntos de los arrollamiento cuando se ven afectados por una tensión transitoria con propia forma y duración; el conocimiento de las tensiones y por tanto de los esfuerzos dieléctricos que debe oponer el aislamiento es, evidentemente, de gran importancia para una correcta distribución y asignación de los niveles de aislamientos. La respuesta inicial de los transformadores de potencia, ante estos eventos, tiene como peculiaridad ser dependiente de la red de capacitancias parásitas de los arrollamientos; una solución al problema planteado es optimizar el diseño de los arrollamientos del transformador a partir del modelamiento y cálculo de sus capacitancias parásitas. La presente Tesis propone un modelo matemático de optimización del diseño de los arrollamientos y un método de cálculo de la red de capacitancias parásitas en los transformadores de mediana potencia, para mejorar la distribución inicial de tensiones. Centra el análisis en un transformador trifásico de mediana potencia de 15 MVA de fabricación nacional, de las siguientes características: dos arrollamientos, niveles de tensión nominal primaria y secundaria de 56 kV y 10 kV con frecuencia de 60 hz. El método se plasma en el diseño de un Software, utilizando el programa matemático MATLAB, para el cálculo mecanizado de los valores de los parámetros característicos de la red capacitiva de los arrollamientos y el coeficiente de distribución de tensiones.

One of the most important problems found in the design of a medium power transformer in the range of 8 MVA to 30 MVA, is the calculation of the stress distribution in different parts of the winding when affected by a transient voltage with own shape and duration, the knowledge of the stresses and therefore efforts must oppose dielectric isolation is obviously of great importance for a correct distribution and assignment of the levels of insulation. The initial response of power transformers, to these events, has the peculiarity to be dependent on the network of parasitic capacitances of the windings; a solution to the problem is to optimize the conformation of the transformer windings from the modeling and calculation of their parasitic capacitances. This thesis proposes a mathematical model for optimizing the design of the coils and a method of calculating the net parasitic capacitances in medium power transformers to improve the initial stress distribution. Analysis focuses on a middle-phase transformer rated 15 MVA locally manufactured of the following characteristics: two windings, primary and secondary rated voltage of 56 kV and 10 kV with frequency of 60 hz. The method is reflected in the design of software, using the mathematical program MATLAB for machining calculating the values of the characteristic parameters of the capacitive network of the windings and the voltage distribution coefficient.