Pérdida de cobre en transformador: ¿una amenaza invisible?
La eficiencia y el rendimiento de los transformadores son fundamentales en la transmisión de energía eléctrica, pero existe un enemigo silencioso que puede afectar su funcionamiento: la pérdida de cobre. Este fenómeno, muchas veces subestimado, no solo impacta en la operatividad de estos dispositivos, sino que también repercute en términos económicos y medioambientales. Acompáñanos en este recorrido por los entresijos de la pérdida de cobre en transformadores, donde desvelaremos sus causas, consecuencias y las soluciones que se están implementando para mitigar su impacto. ¡El conocimiento es poder, y en el mundo de la energía, cada detalle cuenta!
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El pérdida de cobre en el transformador es igual a la I2pérdida R. La pérdida de cobre es muy importante para el cálculo de la eficiencia del transformador. La eficiencia del transformador se puede mejorar minimizando el Pérdida de cobre y pérdida de núcleo.
En el transformador, la pérdida de cobre en el devanado primario es Ip2Rp, y la pérdida de cobre en el devanado secundario es Is2Pérdida de Rs, donde yopag y yos son la corriente primaria y secundaria del transformador y Rpag y Rs son las resistencias de los devanados primario y secundario respectivamente.
>La pérdida de cobre es el desperdicio de energía debido a I2R pérdida en el devanado del transformador, y la energía se desperdicia como calor. Como las corrientes primaria y secundaria dependen del porcentaje de carga del transformador, la corriente aumenta a medida que aumenta la carga del transformador. Con un aumento en la corriente primaria y secundaria, la pérdida de cobre en el transformador aumenta con la carga.
La pérdida de cobre es el desperdicio de energía debido a I2R pérdida en el devanado del transformador, y la energía se desperdicia como calor. Como las corrientes primaria y secundaria dependen del porcentaje de carga del transformador, la corriente aumenta a medida que aumenta la carga del transformador. Con un aumento en la corriente primaria y secundaria, la pérdida de cobre en el transformador aumenta con la carga.
El valor de pérdida de cobre no es constante y varía a medida que aumenta la carga en el transformador. Es por eso que la pérdida de cobre también se llama pérdida variable.
La pérdida total de cobre (I2R) la pérdida en el transformador depende de la carga. Las pérdidas de cobre son proporcionales al cuadrado de la corriente RMS que fluye en el devanado y también proporcionales a la resistencia del devanado. La resistencia del conductor varía con el aumento de la temperatura.
La pérdida de cobre en el transformador es proporcional al cuadrado de la corriente que fluye a través del devanado. Cuando se aumenta la carga en el transformador, la pérdida de cobre varía debido al aumento de corriente y al aumento de resistencia causado por el aumento de temperatura.
El valor de la resistencia del cobre o del aluminio debe corregirse para la elevación máxima permisible del devanado del transformador a la capacidad nominal del transformador. Por ejemplo, la resistencia del devanado medida a 30 °C debe corregirse a 75 °C para un transformador refrigerado por aceite.
Para bobinado de cobre, el aumento del valor de la resistencia con la temperatura se puede calcular utilizando la siguiente fórmula.
RL=R0 [(TL+235)/(To+235)]
Dónde,
RL = Resistencia en TL temperatura
R0 = Resistencia a temperatura ambiente
RL = Temperatura de funcionamiento
T0 = temperatura ambiente
Para bobinado de aluminio, el aumento del valor de la resistencia con la temperatura se puede calcular utilizando la siguiente fórmula.
RL=R0[(TL+225)/(To+225)]
Leer más: Sin pérdidas de carga en el transformador
Ejemplo de aumento de la resistencia con la temperatura
Deje que la resistencia de los tres devanados HV del transformador sea 0,967 Ω, 0,968 Ω y 0,967 Ω a 23,8 °C. La resistencia promedio de los devanados HV por fase a 23,8 °C es;
=(0,967+0,968+0,967)/3 =0,967 Ω
La resistencia media del devanado de alta tensión por fase a 75 °C es;
RL = R0 * [(TL+235)/(To+235)]
R75 = 0,967 * [(75+235)/(23.8+235)]
= 0,967 * [(75+235)/(23.8+235)
R75 = 1.159 Ω
Percentage increase in resistance
=(1.159-0.967)/0.967 *100
= 19.85%
From the above calculation, it is clear that the resistance increases with an increase in temperature caused by the flow of current in a conductor.
Read More : Effect of Temperature on Resistance
Copper Loss with Transformer Loading
Example on Copper Loss
The full load copper loss of a transformer is 1000 watts, the copper loss at half load(50% Load) will be;
Pcu = ( % Load/100)2 x P
= ( 50/100)2 x 1000
= ( 1/2)2 x 1000
= 1/4 x 1000
Pcu = 250 Watts
Thus the copper loss of the transformer at 50 % load is equal to the 1/4 th of the full load copper loss.
The copper loss at 3/4 th load is equal to
Pcu = (3/4)2 x 1000 = 562.5 Watts
The copper loss at 1/4 th load is equal to
Pcu = (1/4)2 x 1000 = 62.5 Watts
>For a given transformer,the manufacturer can supply values for no-load loss, Pno-load, and load loss, PLOAD.
The total transformer loss, Ptotal, at any load level can then be calculated from;
PAGtotal = PAGsin carga+ (% carga/100)2 x pagCarga
Dónde,
P sin carga = pérdida sin carga (pérdida constante)
% de carga = carga en el transformador
Pload = Pérdida de cobre a plena carga nominal
Cómo minimizar la pérdida de cobre en un transformador
La pérdida de cobre se puede reducir mediante el uso de alambre de cobre del calibre adecuado para el devanado del transformador. El alambre más grueso tiene menos resistencia y menor pérdida de cobre. El devanado del conductor de gran área de sección transversal debe usarse para minimizar la pérdida de cobre.
El alambre utilizado para el devanado del transformador se elige de alta conductividad. El alambre de cobre tiene menos resistencia, por lo tanto, tiene menos pérdida de cobre en comparación con el conductor de aluminio.
La pérdida de cobre se puede minimizar mediante la impregnación del transformador a presión de vacío. El devanado del transformador se mantiene al vacío y se pasa barniz a alta presión para llenar los espacios de aire, si los hubiera.
El transformador que se utiliza para aplicaciones de alta frecuencia debe diseñarse de tal manera que tenga un menor efecto superficial y de proximidad. El área del conductor se reduce debido al efecto de piel y proximidad y, por lo tanto, la resistencia del conductor aumenta y ofrece una mayor pérdida de cobre.
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- Pérdida de corrientes de Foucault
Pérdida de Cobre en Transformadores
La pérdida de cobre en transformadores es un fenómeno que, aunque a menudo pasa desapercibido, desempeña un papel crucial en la eficiencia de la transmisión de energía eléctrica. Estas pérdidas se producen principalmente por la resistencia del cobre en los devanados del transformador, y su impacto puede ser considerable tanto a nivel operativo como económico y medioambiental.
¿Qué son las Pérdidas de Cobre?
La pérdida de cobre se refiere a la energía que se disipa como calor en los devanados del transformador debido a la resistencia eléctrica. Esta energía se formula como:
Pérdida de Cobre = I² × R
donde I es la corriente que pasa por el devanado y R es la resistencia del devanado.
Causas de las Pérdidas de Cobre
Las pérdidas de cobre son especialmente relevantes en condiciones de carga, ya que la corriente que fluye a través de los devanados aumenta con la carga aplicada al transformador. A continuación, se presentan algunas causas clave:
- Carga Variable: A medida que se incrementa la carga, aumenta la corriente y, por ende, las pérdidas de cobre.
- Resistencia de los Devanados: La resistencia de los devanados puede variar debido a la temperatura, lo que también influye en las pérdidas.
- Diseño del Transformador: La calidad del material y el diseño del devanado afectan directamente la resistencia y, por lo tanto, las pérdidas.
Consecuencias de las Pérdidas de Cobre
Las pérdidas de cobre tienen varias consecuencias que afectan la eficiencia general del sistema eléctrico:
- Disminución de la Eficiencia Energética: Una mayor pérdida de cobre reduce la eficiencia general del transformador, lo que a su vez incrementa los costos operativos.
- Calentamiento: La energía disipada como calor puede dañar otros componentes del transformador y aumentar la necesidad de refrigeración.
- Impacto Económico: Las pérdidas no solo representan un desperdicio de energía, sino también un incremento en los costos de operación y mantenimiento.
Mitigación de las Pérdidas de Cobre
Existen varias estrategias para reducir las pérdidas de cobre en los transformadores:
- Optimización del Diseño: Utilizar materiales de alta conductividad y mejorar el diseño del devanado puede reducir la resistencia.
- Control de Temperatura: Implementar sistemas de refrigeración eficientes para mantener las temperaturas bajo control.
- Mantenimiento Regular: Realizar inspecciones y mantenimientos preventivos para asegurar el buen estado de los devanados y evitar resistencias innecesarias.
Preguntas Frecuentes
¿Qué factores afectan la pérdida de cobre en un transformador?
La pérdida de cobre en un transformador depende principalmente de la carga aplicada, la resistencia de los devanados y la temperatura. A medida que la carga aumenta, la corriente también aumenta, así como las pérdidas de cobre.
¿Las pérdidas de cobre son iguales en todos los transformadores?
No, las pérdidas de cobre varían según el diseño del transformador, la calidad de los materiales usados en los devanados y las condiciones operativas. Transformadores con mejores materiales y diseño tienden a tener menores pérdidas.
¿Se pueden calcular las pérdidas de cobre?
Sí, las pérdidas de cobre se pueden calcular usando la fórmula mencionada anteriormente: Pérdida de Cobre = I² × R. Para condiciones de carga parcial, se puede aplicar la relación cuadrática de la carga respecto a la pérdida total.
Conclusión
La pérdida de cobre es un desafío significativo en el rendimiento de los transformadores, con implicaciones económicas y medioambientales. Con el conocimiento adecuado y las estrategias de mitigación, es posible optimizar la eficiencia de estos dispositivos cruciales en la transmisión de energía eléctrica.
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Jhosua: ¡Totalmente! Yo también pasé por algo parecido cuando estaba en una empresa de mantenimiento industrial. Tuvimos que hacer reparaciones a un transformador justo por la pérdida de cobre y fue un rollo. Además de los gastos, el tiempo que perdimos fue una locura. La verdad es que la gente subestima la importancia del mantenimiento, pero cuando te pasa, te das cuenta de que es mejor prevenir que lamentar. ¡Saludos!
¡Hola! Coincido totalmente con lo que dice el artículo sobre la pérdida de cobre en los transformadores. Recuerdo que cuando trabajaba en una planta eléctrica, tuvimos un problema similar y fue todo un lío tratar de solucionarlo. Nos dimos cuenta de que el mantenimiento preventivo es clave para evitar esos dolores de cabeza. ¡Esa pérdida puede salir carísima!
InikerfiqueX: ¡Exacto! Totalmente de acuerdo con ustedes. Justo el año pasado, en mi trabajo, me pasó algo similar con un transformador que casi nos manda a hacer reparaciones de emergencia. La pérdida de cobre fue un gasto increíble, pero lo que más me molestó fue el tiempo que perdimos en la producción. Nunca pensé que un pequeño detalle como ese podría tener un impacto tan grande. Ahora soy un firme creyente en el mantenimiento preventivo, ¡no hay que esperar a que las cosas se rompan para actuar!