Un cambiador de tomas es un mecanismo en transformadores que permite seleccionar relaciones de giro variables en distintos pasos. Esto se hace conectándose a varios puntos de acceso conocidos como tomas a lo largo del devanado primario o secundario.
Los cambiadores de tomas existen en dos tipos principales, [1] cambiadores de tomas sin carga (NLTC), que deben desactivarse antes de ajustar la relación de giro, y cambiadores de tomas en carga (OLTC), que pueden ajustar su relación de giro durante operación. La selección de tomas en cualquier cambiador de tomas se puede realizar a través de un sistema automático, como suele ser el caso de OLTC, o un cambiador de tomas manual, que es más común para NLTC. Los cambiadores de tomas automáticos se pueden colocar en un devanado de voltaje más bajo o más alto, pero para aplicaciones de transmisión y generación de alta potencia, los cambiadores de tomas automáticos a menudo se colocan en el devanado del transformador de voltaje más alto (corriente más baja) para facilitar el acceso y minimizar la carga de corriente durante operación. [2]
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Cambiador de tomas sin carga
El cambiador de tomas sin carga ( NLTC ), también conocido como cambiador de tomas fuera de circuito ( OCTC ) o cambiador de tomas desenergizado ( DETC ), es un cambiador de tomas que se utiliza en situaciones en las que la relación de giro de un transformador no requiere cambios frecuentes y Está permitido desenergizar el sistema del transformador. Este tipo de transformador se emplea con frecuencia en transformadores de baja potencia y baja tensión en los que el punto de toma a menudo puede tomar la forma de un terminal de conexión de transformador, lo que requiere que la línea de entrada se desconecte a mano y se conecte al nuevo terminal. Alternativamente, en algunos sistemas, el proceso de cambio de toma puede ser asistido por medio de un interruptor giratorio o deslizante.
Los cambiadores de tomas sin carga también se emplean en transformadores de tipo distribución de alta tensión en los que el sistema incluye un cambiador de tomas sin carga en el devanado primario para adaptarse a las variaciones del sistema de transmisión dentro de una banda estrecha alrededor de la clasificación nominal. En tales sistemas, el cambiador de tomas a menudo se configurará solo una vez, en el momento de la instalación, aunque puede cambiarse más adelante para adaptarse a un cambio a largo plazo en el perfil de voltaje del sistema.
Cambiador de tomas bajo carga
El cambiador de tomas en carga ( OLTC ), también conocido como cambiador de tomas en circuito ( OCTC ), es un cambiador de tomas en aplicaciones en las que una interrupción del suministro durante un cambio de toma es inaceptable, el transformador a menudo está equipado con un cambiador de tomas más costoso y complejo. mecanismo de cambio de grifo de carga. Los cambiadores de tomas en carga pueden clasificarse generalmente como mecánicos, asistidos electrónicamente o completamente electrónicos.
Estos sistemas generalmente poseen 33 derivaciones (una en la derivación "nominal" central y dieciséis para aumentar y disminuir la relación de giro) y permiten una variación de ± 10% [3] (cada paso proporciona una variación de 0,625%) de la capacidad nominal del transformador que, en a su vez, permite la regulación de voltaje escalonada de la salida.
Los cambiadores de tomas suelen utilizar numerosos interruptores selectores de tomas que no pueden conmutarse bajo carga, dividirse en bancos pares e impares y alternar entre los bancos con un interruptor de desvío de servicio pesado que puede cambiar entre ellos bajo carga. El resultado funciona como una transmisión de doble embrague , con los interruptores selectores de tomas en lugar de la caja de cambios y el interruptor de desvío en lugar del embrague.
Cambiadores de tomas mecánicos
Un cambiador de tomas mecánico realiza físicamente la nueva conexión antes de liberar la antigua utilizando múltiples interruptores selectores de tomas, pero evita la creación de corrientes circulantes elevadas mediante el uso de un interruptor desviador para colocar temporalmente una gran impedancia del desviador en serie con las espiras en cortocircuito. Esta técnica resuelve los problemas con las tomas de circuito abiertas o en cortocircuito. En un cambiador de tomas de tipo resistencia, el cambio debe realizarse rápidamente para evitar el sobrecalentamiento del desviador. Un cambiador de tomas de tipo reactancia utiliza un devanado de autotransformador preventivo dedicado para funcionar como la impedancia del desviador, y un cambiador de tomas de tipo reactancia generalmente está diseñado para sostener la carga fuera de la toma de manera indefinida.
En un interruptor de desvío típico, los resortes potentes se tensan mediante un motor de baja potencia (unidad de accionamiento del motor, MDU) y luego se sueltan rápidamente para efectuar la operación de cambio de toma. Para reducir el arco en los contactos, el cambiador de tomas opera en una cámara llena de aceite de transformador aislante , o dentro de un recipiente lleno de gas SF 6 presurizado . Los cambiadores de tomas de tipo reactancia, cuando operan en aceite, deben permitir los transitorios inductivos adicionales generados por el autotransformador y comúnmente incluir un contacto de botella de vacío en paralelo con el interruptor de desvío. Durante una operación de cambio de toma, el potencial aumenta rápidamente entre los dos electrodos de la botella, y parte de la energía se disipa en una descarga de arco a través de la botella en lugar de parpadear a través de los contactos del conmutador.
Es inevitable que se formen algunos arcos, y tanto el aceite del cambiador de tomas como los contactos del interruptor se deteriorarán lentamente con el uso. Para evitar la contaminación del aceite del tanque y facilitar las operaciones de mantenimiento, el interruptor de desvío generalmente opera en un compartimiento separado del tanque del transformador principal y, a menudo, los interruptores selectores de tomas también estarán ubicados en el compartimiento. Todos los grifos de bobinado se encaminarán al compartimiento del cambiador de tomas a través de una matriz de terminales.
A la derecha se muestra un posible diseño (tipo bandera) de cambiador de tomas mecánico bajo carga. Comienza a funcionar en la posición 2 del grifo, con la carga alimentada directamente a través de la conexión derecha. La resistencia de desvío A está en cortocircuito; el desviador B no se utiliza. Al pasar al grifo 3, se produce la siguiente secuencia:
- El interruptor 3 se cierra, una operación sin carga.
- El interruptor giratorio gira, interrumpe una conexión y suministra corriente de carga a través de la resistencia desviadora A.
- El interruptor giratorio continúa girando, conectándose entre los contactos A y B. La carga ahora se suministra a través de las resistencias de desvío A y B, las espiras de los devanados están puenteadas a través de A y B.
- El interruptor giratorio continúa girando, rompiendo el contacto con el desviador A. La carga ahora se suministra a través del desviador B solo, las vueltas de bobinado ya no están puenteadas.
- El interruptor giratorio continúa girando, cortocircuitando el desviador B. La carga ahora se suministra directamente a través de la conexión del lado izquierdo. El desviador A no se utiliza.
- El interruptor 2 se abre, una operación sin carga.
A continuación, la secuencia se lleva a cabo a la inversa para volver a la posición de toma 2.
Cambiador de tomas de estado sólido
Este es un desarrollo relativamente reciente que utiliza tiristores tanto para cambiar las derivaciones del devanado del transformador como para pasar la corriente de carga en estado estable. La desventaja es que todos los tiristores no conductores conectados a las tomas no seleccionadas aún disipan energía debido a sus corrientes de fuga y tienen una tolerancia limitada a cortocircuitos . Este consumo de energía puede sumar unos pocos kilovatios, lo que aparece como calor y provoca una reducción en la eficiencia general del transformador; sin embargo, da como resultado un diseño más compacto que reduce el tamaño y el peso del dispositivo cambiador de tomas. Los cambiadores de tomas de estado sólido se emplean típicamente solo en transformadores de potencia más pequeños.
Consideraciones de voltaje
Si solo se requiere un cambiador de tomas, los puntos de toma de operación manual generalmente se hacen en el devanado de alto voltaje (primario) o de menor corriente del transformador para minimizar los requisitos de manejo de corriente de los contactos. Sin embargo, un transformador puede incluir un cambiador de tomas en cada devanado si existen ventajas para hacerlo. Por ejemplo, en las redes de distribución de energía, un transformador reductor grande puede tener un cambiador de tomas sin carga en el devanado primario y un cambiador de tomas automático bajo carga en el devanado o devanados secundarios. La toma de alto voltaje está configurada para que coincida con el perfil del sistema a largo plazo en la red de alto voltaje (por lo general, suministra promedios de voltaje) y rara vez se cambia. Se puede solicitar a la toma de bajo voltaje que cambie de posición varias veces al día, sin interrumpir el suministro de energía, para seguir las condiciones de carga en la red de bajo voltaje (devanado secundario).
Para minimizar el número de tomas de bobinado y, por lo tanto, reducir el tamaño físico de un transformador de cambio de toma, se puede utilizar un devanado de cambiador de tomas `` inverso '', que es una parte del devanado principal que se puede conectar en su dirección opuesta (buck) así oponerse al voltaje.
Estándares que consideran cambiadores de tomas
Nombre | Estado |
---|---|
IEC 60214-1: 2014 | Actual |
IEC 60214-2: 2004 | Actual |
Estándar IEEE C57.131-2012 | Actual |
ГОСТ 24126-80 (СТ СЭВ 634-77) | Actual |
IEC 214: 1997 | Reemplazado por una versión posterior |
IEC 214: 1989 | Reemplazado por una versión posterior |
IEC 214: 1985 | Reemplazado por una versión posterior |
Otras lecturas
- Hindmarsh, J. (1984). Máquinas eléctricas y sus aplicaciones, 4ª ed . Pergamon. ISBN 0-08-030572-5.
- Junta Central de Generación de Electricidad (1982). Práctica de la central eléctrica moderna: Volumen 4 . Pergamon. ISBN 0-08-016436-6.
- Rensi, Randolph (junio de 1995). "Por qué los compradores de transformadores deben comprender los LTC". Mundo Eléctrico .
Referencias
- ^ "¿Qué son los transformadores de cambio de tomas? Transformadores de carga y descarga - Globo de circuito" . Globo de circuito . 2016-05-28 . Consultado el 21 de noviembre de 2016 .
- ^ "Cambiador de tomas de transformador - Tutoriales ECE" . Tutoriales de ECE . Consultado el 21 de noviembre de 2016 .
- ^ Sector energético de Siemens (2016). Guía de ingeniería energética . Erlangen, Alemania: Siemens - a través de http://www.energy.siemens.com/hq/en/energy-topics/publications/power-engineering-guide/ .
Referencias antiguas (por hacer: integrar citas)
- Raka Levi, “EVALUACIÓN DEL ESTADO DE OLTC”, Actas de la reunión del grupo de trabajo WECC subestación, Salt Lake City, UT, mayo 2014 < http://www.dii.unipd.it/~pesavento/download/ISH2009/Papers/Paper -D-16.pdf >
- G. Andersson, R. Levi, E. Osmanbasic, “Dynamic Tap Changer Testing, reactors and reactance”, CIRED, 22ª Conferencia Internacional sobre Distribución de Electricidad de Estocolmo, junio de 2013, Documento 0338. < http://www.cired.net/ publicaciones / cired2013 / pdfs / CIRED2013_0338_final.pdf >
- Eric Back, Marcos Ferreira, Dave Hanson, Edis Osmanbasic, “TDA: Tap-changer Dual Assessment”, TechCon USA, Chicago, documento D12, 2012
- R. Levi, B. Milovic, "OLTC dynamic testing", Proceedings TechCon USA, San Francisco 2011. < http://progusa.net/DV-Power/pdf/NOV2011/OLTC_Dynamic_Testing_P10.pdf >