Ensayo numérico del calentamiento en un transformador eléctrico

Abstract

Los componentes activos de un transformador eléctrico son los devanados y el núcleo magnético. Las pérdidas en estos componentes originan calentamientos que, si son desmesurados, aceleran el deterioro del aislamiento de los bobinados y de toda la máquina. A partir de un ensayo numérico en el interior de un trans- formador, se ha desarrollado un estudio del flujo fluidodinámico y del proceso de evacuación de calor. El ob- jetivo final es la optimización del diseño y operación de estas máquinas. Los fenómenos se verifican en el fluido interno, desde las fuentes de energía, las pérdidas, hacia la cuba. Concretamente, se considera un transformador de distribución y la predicción de temperatura como parámetro más representativo. Los ensayos han sido ejecu- tados mediante el Método de Elementos Finitos, con el cual se resuelve numéricamente un modelo matemático basado en las ecuaciones de Navier-Stokes incompresible y la ecuación de transporte de energía térmica, aco- pladas con un término de flotación proporcional a la temperatura incorporado a la ecuación de momento. El ele- vado número de Prandtl del aceite de transformadores obliga a utilizar mallas muy refinadas en las interfaces sólido - fluido. También se destaca la heterogeneidad de los devanados, en los cuales se requiere estudiar la dis- tribución de temperaturas, con marcada anisotropía del arrollamiento de menor tensión. Los resultados numéri- cos se han correlacionado positivamente con datos experimentales del ensayo de calentamiento (IRAM 2018, 1995) de un transformador de distribución (13.2/0.4 - 0.231 kV 315 kVA) de la firma Tadeo Czerweny S.A. Se presentan resultados de la simulación ejecutada, correspondientes al régimen fluidodinámico y térmico, conclu- yéndose que los mismos son consistentes con los fenómenos, y que el procedimiento aplicado es una herramien- ta robusta para el estudio de problemas de campo como el considerado. En el Anexo se registran los procedi- mientos para determinar las conductividades térmicas de los bobinados.