WORKSHOP méxico TEMAS SELECTOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

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1 CONTENIDO 1. - Física del Ruido 2. - Ruido en Transformadores Fuentes de Ruido Normalización 3. - Medición de Ruido Método de medición de presión Método de medición de intensidad 4.- Técnicas de diseño para control de ruido 5.- Experiencias

2 2. RUIDO EN TRANSFORMDORES 14-Junio-2011 M. en C. Rodrigo Ocón V.

3 Ruido en el Transformador: En los transformadores de potencia hay tres fuentes de principales de ruido: Ruido del núcleo (ó ruido sin carga) producido principalmente por el fenómeno de magnetostricción y aspectos constructivos (tipo de traslape en las uniones, frecuencia mecánica de resonancia del núcleo y tanque, presión de ajuste, etc,) Ruido de carga, producido por las fuerzas electromagnéticas en los devanados y en los componentes estructurales a causa de los flujos magnéticos dispersos asociados con las corrientes de carga. Ruido producido por el funcionamiento de equipos auxiliares: ventiladores y bombas principalmente.

4 Magnetostricción Se denomina magnetostricción a la propiedad de los materiales ferromagnéticos que hace que estos cambien de longitud al encontrarse en presencia de un campo magnético. La variación va del orden de 10-7 a 10-5 metros por cada metro de longitud, dentro de los niveles típicos de densidad de flujo magnético utilizada en los núcleos. - Se observa un efecto de histéresis en la curva magnetostricción. - Típica curva a diferentes niveles de densidad de flujo magnético

5 La frecuencia de vibración fundamental es el doble de la frecuencia del sistema (120 Hz para sistemas de 60 Hz). La línea roja muestra el cambio de longitud en la laminación cada medio ciclo de la onda de densidad de flujo en el núcleo.

6 Ejemplo de espectro de ruido medido en un núcleo Principalmente frecuencias de 120, 240, 360 y hasta 480 Hz., mayores componentes pueden indicar presencia de resonancias del núcleo y tanque

7 Distribución relativa típica de armónicos de ruido en núcleos de transformadores ante excitación senoidal.

8 Si una onda senoidal de voltaje es aplicada al devanado de un núcleo rectangular cada frecuencia vibratoria generada por el flujo magnético produce que el núcleo vibre con el doble de frecuencia en el plano paralelo a las laminaciones, como se muestra en la figura. A Si se conocen las características de magnetostricción del acero para diferentes frecuencias entonces es posible calcular las diferentes amplitudes (A) y evaluar la intensidad de las ondas de presión generadas alrededor del núcleo.

9 Efecto de la distribución de flujo en el núcleo Mapeo de desplazamientos

10 Cuando existe una componente de DC en la corriente de excitación, la curva de magnetostricción se vuelve asimétrica. Esto incremente el nivel de armónicos en el ruido generado. Transformadores usados con rectificadores, horno de arco, etc. Pueden presentar mayores componentes armónicos de ruido.

11 Fuerzas magnéticas en entrehierros Fuerza magnética en el entrehierro No step lap Multiple step lap

12 La fuerza en entrehierros es especialmente importante en reactores

13 Resonancia del núcleo Evitar frecuencia natural fundamental del núcleo entre: Hz Hz

14 WORKSHOP méxico TEMAS SELECTOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA Presión de ensamble núcleo-bobinas. Tiene impacto en la frecuencia de resonancia del núcleo., Tipo columnas Tipo Acorazado

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16 Acero Eléctrico del Nùcleo WORKSHOP Las propiedades que son importantes en el material del núcleo son: Permeabilidad, Saturación, Resistividad, y Pérdidas por Histéresis Acero Amorfo (20-30 µm) vs. Acero de Grano-Orientado (0.23 mm) Acero de Grano-Orientado con 6.5% Si Acero de Grano-Orientado de 0.10 mm con saturación de 1.8T

17 WORKSHOP Evolución del Acero Eléctrico méxico TEMAS SELECTOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

18 Curva de magnetización de acero eléctrico comercial

19 Fuerzas electromagnéticas en el devanado Es principalmente generado por el flujo disperso, el devanado es principalmente sujeto a fuerzas axiales. Típicamente es mucho menor que el ruido producido por el núcleo magnético (ruido sin carga). Este puede estimarse de forma aproximada por la ecuación sugerida por IEC Sr = Potencia en MVA Sp = Potencia de referencia 1 MVA

20 Fuerzas electromagnéticas en un transformador tipo columna

21 Fuerzas electromagnéticas en un transformador tipo acorazado

22 Espectro típico de ruido con carga 120 Hz Producido principalmente por el devanado y el tanque.

23 Diseño del Tanque

24 Ruido de equipos auxiliares de enfriamiento Principalmente componentes de baja frecuencia < 100 Hz y en su mayoría son ruidos de banda ancha

25 Ruido del Transformador Ruido sin carga (múltiplos de 120 ó 100 Hz) Ruido bajo Carga (120 ó 100 Hz) Ruido de equipo de enfriamiento (baja frecuencia y ruido de banda ancha)

26 Típico espectro de frecuencia de ruido en un transformador En el caso de transformadores que trabajan con corrientes con alto contenido de armónicos (hornos, rectificadores, compensadores estáticos, etc.), pueden existir componentes de mayor frecuencia.

27 Ruido en operación - Sistema de anclaje (transmisión de ruido a elementos externos) - Efectos de reflexión en mamparas - Ubicación relativa de componentes en la subestación

28 Radiación de ruido Atenuación con la distancia La ecuación indica que si la distancia se dobla, el ruido disminuye 6 db

29 Adición de nivel de ruido Ejemplo: Lp1 = 60 db Lp2 = 60 db Lp = 10 log ( ) = 10*log = 63 db

30 Ejemplo de curva de ruido ambiente A= Residencial urbano B= Residencial suburbano C= Suburbano sin trafico

31 Niveles de ruido relativos de bandas octavas

32 Características de respuesta en frecuencia para medidores de ruido

33 Ejemplo de calculo para nivel de ruido requerido en un transformador:

34 - Los lineamientos de ruido están expresados en niveles ponderados C, considerando limites de banda octava. - Se asume que el ruido en el transformador se atenúa 22 db hasta las viviendas. - Se grafica el ruido relativo del transformador y su niveles de banda octava en la misma escala que los limites establecidos. - Se corrigen los valores de ponderación A a C. - Se agrega margen de 9dB en bandas 125 y 250 Hz y 6 db en bandas 500 y 1000 db - El arreglos se mueve hacia arriba y abajo hasta que se alcanza un límite crítico, en este caso la banda de 500 Hz - El cero de la escala de decibeles relativa no indica el total de ruido del transformador, en este caso correspondiente a 34 db. - Puesto que se asume una atenuación de 22 db, el nivel de ruido NEMA para el transformador deberá ser = 56 db.

35 K NORMATIVIDAD NOM J-284

36 Nema TR

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38 PRUEBAS DE NIVEL DE RUIDO IEC Power Transformers Part 10 Determination of sound level IEEE std C Audible sound emissions

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