Modelado de un devanado de transformador para el análisis de la propagación de descargas parciales

Abstract

La calidad del sistema dieléctrico en los transformadores de potencia es de vital importancia para garantizar su buen funcionamiento y una larga expectativa de vida. Para conocer la calidad de los aislamientos en un transformador es necesario realizarle pruebas normalizadas de acuerdo a su tipo, capacidad y nivel de tensión. Una prueba dieléctrica de gran importancia es la de potencial inducido con medición de descargas parciales (DP), la cual proporciona información sobre el estado de los aislamientos mediante la medición del desplazamiento de carga eléctrica medida en Coulombs durante la DP. Este movimiento de carga se deriva de la ruptura parcial localizada en los aislamientos del transformador (aceite, papel o cartón prensado); este fenómeno es conocido como descarga parcial. En el transformador, las descargas parciales son un fenómeno indeseable ya que deteriora gradualmente el sistema dieléctrico y pueden llevarlo a la falla total. Cuando un transformador presenta altos niveles de descargas parciales es muy importante conocer la ubicación de la fuente de descargas parciales y reforzar el sistema dieléctrico en ese punto. Sin embargo, la localización de dicha fuente no es una tarea sencilla, ya que cuando el transformador está bajo pruebas, las conexiones internas y el conjunto núcleo-bobinas no se encuentran visibles, sólo se tiene acceso a las boquillas. Las descargas parciales se pueden representar como la inyección de pulsos rápidos de corriente en diferentes puntos del devanado. Partiendo de esta idea, en este trabajo se presenta un modelo de devanado para altas frecuencias que reproduce la propagación de estos pulsos inyectados a lo largo del devanado. Inicialmente, se presenta una breve introducción a los transformadores y a las descargas parciales. A continuación, se describen los modelos del transformador para transitorios alta frecuencia; de aquí se selecciona la representación de parámetros concentrados con solución mediante el análisis de redes para reproducir los transitorios de alta frecuencia del modelo. Después, se presenta el cálculo de parámetros tales como inductancias, capacitancias y pérdidas al considerar la geometría del devanado y núcleo del transformador. Para tal efecto se aplica el método de imágenes como herramienta principal; se presentan comparaciones numéricas y experimentales. El programa computacional implementado para el modelo del devanado y el cálculo de parámetros es desarrollado en MATLAB. Con el modelo adecuado del devanado del transformador y los parámetros calculados del mismo, se realizan simulaciones de la propagación de pulsos rápidos en diferentes puntos del devanado con diferentes formas de onda para representar las descargas parciales, y se analiza la localización del pulso en el dominio del tiempo mediante los retardos de tiempo. Por último, se realizan mediciones en un devanado experimental al inyectar diferentes pulsos a lo largo del mismo. Se analizan y se comparan los resultados calculados con los medidos para validar el modelo empleado en este trabajo.