24 de agosto de 2024
En los sistemas de generación de energía fotovoltaica (FV) conectados a la red, el transformador elevador es uno de los componentes críticos. Optimizar la selección del transformador para reducir las pérdidas inherentes y mejorar la eficiencia es esencial para incrementar el rendimiento global del sistema. Este artículo analiza diversos aspectos con el fin de orientar la correcta selección de los transformadores elevadores en los sistemas FV.
1. Selección de la capacidad del transformador
Base: la capacidad requerida del transformador puede calcularse mediante la fórmula: Potencia aparente = Potencia activa / Factor de potencia. Los requisitos del factor de potencia varían según la región, pero normalmente el factor de potencia es de 0,85 para cargas de construcción e industriales pequeñas, y de 0,9 para grandes cargas industriales. Por ejemplo, el tamaño adecuado del transformador para una carga de construcción de 550 kW se calcula como 550 kW / 0,85 = 647 kVA. Por lo tanto, debe seleccionarse un transformador de 630 kVA. La potencia total de la carga no debe exceder el 80% de la capacidad nominal del transformador.
2. Selección del voltaje del transformador
El voltaje del devanado primario del transformador debe seleccionarse en función del voltaje de línea de la fuente de alimentación, mientras que el voltaje del devanado secundario debe ajustarse a los requisitos de los equipos eléctricos. Para la distribución de energía trifásica de cuatro hilos en baja tensión, es importante elegir el nivel de voltaje adecuado, ya sea 10 kV, 35 kV o 110 kV, según los requisitos del lado primario.
3. Selección del número de fases del transformador
El número de fases del transformador (monofásico o trifásico) debe elegirse según los requisitos de la fuente de alimentación y de la carga.
4. Selección del grupo de conexión de los devanados del transformador
Los devanados de un transformador trifásico pueden conectarse en estrella (Y), triángulo (D) o zigzag (Z). La configuración más adoptada en el mundo para los transformadores de distribución es la conexión Dyn11. Las ventajas de Dyn11 sobre la conexión Yyn0 incluyen:
1). Supresión de armónicos: la conexión D mitiga eficazmente los efectos adversos de los armónicos de orden superior.
2). Circulación de armónicos: en el devanado conectado en D, las corrientes del tercer armónico circulan, generando una fuerza magnética de equilibrio que cancela el flujo del tercer armónico procedente del devanado de baja tensión.
3). Contención de las corrientes armónicas: la fuerza electromotriz (fem) del tercer armónico en el devanado de alta tensión circula dentro del lazo conectado en D, lo que impide que se inyecte en la red pública de alta tensión.
4). Impedancia de secuencia cero reducida: los transformadores Dyn11 tienen una impedancia de secuencia cero mucho menor que los transformadores Yyn0, lo que facilita la eliminación de fallas monofásicas a tierra en baja tensión.
5). Gestión de la corriente del neutro: los transformadores Dyn11 pueden manejar corrientes de neutro que superan el 75% de la corriente de fase, lo que los hace más adecuados para cargas desequilibradas que los transformadores Yyn0.
6). Continuidad ante pérdida de fase: si una fase del lado de alta tensión pierde su fusible, las dos fases restantes pueden seguir operando con un transformador Dyn11, a diferencia de una configuración Yyn0.
Por lo tanto, es muy recomendable seleccionar un transformador con conexión Dyn11.
5. Pérdidas con carga, pérdidas en vacío y voltaje de impedancia del transformador
Dadas las características de la generación de energía FV, en particular la operación diurna, el transformador incurrirá en pérdidas en vacío siempre que esté conectado al sistema, independientemente de la potencia entregada. Minimizar las pérdidas con carga del transformador es crucial; si el transformador opera durante la noche, las pérdidas en vacío también deben mantenerse bajas.
Esta estrategia de selección garantiza que el transformador opere eficientemente dentro del sistema FV, reduciendo las pérdidas globales del sistema y mejorando el desempeño de la generación de energía.
