¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona un transformador eléctrico? ¿Cuál es el porcentaje de impedancia que tiene y cómo se calcula? En este artículo, vamos a adentrarnos en el mundo de los transformadores, descubriendo su importancia en el suministro eléctrico y desvelando el secreto detrás del porcentaje de impedancia y su cálculo. ¡Prepárate para adquirir nuevos conocimientos en el fascinante mundo de la ingeniería eléctrica!
Este artículo describe el porcentaje de impedancia del transformador y su cálculo. En este artículo, aprenderemos qué es la impedancia porcentual y cómo calcularla.
¿Cuál es el porcentaje de impedancia del transformador?
El transformador tiene devanados primario y secundario hechos de cobre o aluminio. El devanado primario y secundario tiene muchas vueltas. La resistencia del devanado depende de la longitud del cable utilizado.
El transformador funciona con alimentación de CA. Cuando el suministro de CA se alimenta al primario, se genera el flujo; sin embargo, el flujo completo no se vincula tanto con el devanado como con algunas fugas de flujo. El flujo de fuga se denota por la reactancia de fuga en el transformador.. Por lo tanto, el devanado del transformador tiene resistencia y reactancia o, en otras palabras, podemos decir que el primario y el secundario del transformador tienen impedancia. La impedancia secundaria se puede transferir a la primaria para obtener la impedancia equivalente del transformador.
Cuando el suministro se alimenta al transformador, la impedancia del transformador se opone a la corriente y se produce una caída de voltaje en el devanado. La caída de tensión en el transformador tiene una relación directa con la impedancia o porcentaje de impedancia del transformador.
El porcentaje de impedancia del transformador está grabado en la placa de identificación del transformador.
Definición de porcentaje de impedancia del transformador.
Cuando el transformador está completamente cargado hasta su corriente secundaria nominal, la caída de tensión se produce debido a la resistencia y la reactancia del devanado del transformador. La caída de tensión se expresa en términos de tensión nominal y se denomina impedancia porcentual. Si el devanado primario clasificado en 6600 voltios está completamente cargado y la caída de voltaje medida es de 600 voltios, entonces el porcentaje de caída de voltaje es del 10 % y, por lo tanto, el porcentaje de impedancia del transformador es del 10 %.
Entonces podemos decir, el porcentaje de impedancia de un transformador es el voltaje porcentual del voltaje nominal requerido para hacer circular el flujo de corriente nominal a través de un devanado del transformador cuando el otro devanado está cortocircuitado en la posición de toma nominal del transformador.
La impedancia del transformador, expresada como el porcentaje de la impedancia nominal de la carga a plena corriente nominal, se denomina impedancia porcentual. Esta impedancia se calcula a partir de datos de prueba de cortocircuito cuando un voltaje primario pequeño produce una corriente de carga completa en el secundario del transformador. Este pequeño voltaje en el lado primario, expresado como un porcentaje del voltaje nominal total, se denomina impedancia porcentual.
¿Fórmula de porcentaje de impedancia?
¿Cómo calcular el porcentaje de impedancia del transformador?
El porcentaje de impedancia del transformador se puede calcular realizando la prueba de cortocircuito del transformador.. El devanado secundario está cortocircuitado y se aplica voltaje al lado HV del transformador. El voltaje nominal completo en el lado HV no debe aplicarse al lado primario, ya que puede dañar el transformador. En este caso, fluirá una enorme corriente de cortocircuito en el devanado y el transformador podría dañarse.
El voltaje en el lado HV debe aumentarse gradualmente a partir de cero voltios. Aumente el voltaje gradualmente hasta que la corriente en el lado secundario alcance la corriente nominal a plena carga del secundario. Anote que el voltaje primario (V) en la corriente secundaria es igual a la corriente de carga completa del transformador. La fórmula de porcentaje de impedancia del transformador es;
% Z del transformador =( V/Vr) X 100
Dónde,
Vr = Tensión nominal del primario
V = Tensión primaria a la que corriente secundaria = FLC de secundaria
Problema Resuelto de Porcentaje de Impedancia del Transformador
Un transformador con un valor nominal de 132000/6600 voltios tiene una caída de impedancia medida de 600 voltios. ¿Cuál es el porcentaje de impedancia del transformador?
Al medir la corriente del lado HV y la caída de voltaje en el lado secundario, también se puede calcular la impedancia primaria y secundaria. La corriente en el primario es de 70 amperios y la impedancia del transformador es;
Z = 600/70 = 8,57 Ω
¿Podemos elegir el porcentaje de impedancia en la etapa de diseño?
Hay dos tipos de carga considerados durante la etapa de diseño: carga eléctrica y carga magnética. Si se aumenta la carga magnética, se requieren menos vueltas para el devanado primario y secundario y, como resultado, disminuirá la caída de voltaje porcentual. Sin embargo, existe una limitación de carga magnética en el transformador. El núcleo CRGO puede funcionar hasta 1,9 Tesla. El diseñador diseña el transformador a 1,7 Tesla con un margen del 10 % para el exceso de fundente. Por lo tanto, más o menos el porcentaje de impedancia del transformador para una calificación particular será según el estándar de electricidad indio u otro estándar.
El porcentaje de impedancia se puede disminuir ligeramente al reducir el flujo de fuga seleccionando el material de calidad para el transformador. El porcentaje de impedancia del transformador tiene un impacto significativo en el sistema de potencia. Cuando se rebobina el transformador, el % de impedancia debe ser el estándar porque el % Z aumenta con alambres de bobinado de menor diámetro, cobre impuro, etc.
Veamos cómo afecta el porcentaje de impedancia al sistema de potencia.
Papel del porcentaje de impedancia en los cálculos de cortocircuito
La impedancia del transformador limita la corriente de falla. Cuanto mayor sea el porcentaje de impedancia, menor será la magnitud de la corriente de falla. La corriente de falla del sistema se puede expresar con la siguiente expresión matemática.
Un transformador de 132/6,6 kV, 30 MVA tiene una impedancia del 9 %. El nivel de falla en el lado secundario del transformador es;
Corriente de falla del transformador.
Por lo tanto, el porcentaje de impedancia del transformador tiene un efecto tanto positivo como negativo en el sistema de potencia.
- Si el porcentaje de impedancia es menor, el MVA de falla de la red es mayor. Todo el equipo de conmutación, como interruptores, CT y aisladores, debe tener una mayor capacidad de cortocircuito y, por lo tanto, aumentará el costo. Sin embargo, un punto positivo de menor % de impedancia es una mejor regulación de voltaje del sistema.
- Si el porcentaje de impedancia es alto, el MVA de falla es menor. Sin embargo, regulacion de voltaje será pobre.
Por lo tanto, se selecciona el porcentaje óptimo de impedancia del transformador para tener un mejor compromiso entre el nivel de falla y la regulación de voltaje.
Papel del porcentaje de impedancia en la operación en paralelo de transformadores
Los transformadores se operan en paralelo para la utilización óptima del transformador. Se desea que ambos transformadores compartan la carga por igual para evitar la circulación de corriente de un transformador a otros transformadores. El transformador tiene el máximo eficiencia con una carga de alrededor del 40 %, por lo tanto, si los transformadores funcionan en paralelo, mejora la eficiencia de ambos transformadores. Sin embargo, para compartir equitativamente la carga, la relación entre la clasificación del transformador y el porcentaje de impedancia debe ser igual para ambos transformadores.
Suponga que la relación entre la clasificación del transformador y el porcentaje de impedancia es desigual. En ese caso, un transformador se cargará más que el otro transformador, y también la corriente circulante fluirá en el transformador provocará una pérdida de potencia adicional y un deterioro de la eficiencia de un transformador.
Impedancia porcentual admisible del transformador según las normas indias/IEC 60076
El porcentaje de impedancia del transformador para diferentes valores nominales de MVA y kV se especifica en la norma. Sin embargo, después de la fabricación del transformador, se permite una desviación de +/- 1 %. Por ejemplo, el % Z para un transformador de 33 MVA, 132/6,6 kV es 13 %, y el % de impedancia del transformador puede estar en el rango de 13 +/- 1 %. En el momento de la prueba después de la fabricación, el porcentaje de impedancia del transformador debe estar en el rango de 12,87 % a 13,13 %.
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