Publicado

2016-09-01

Método para determinar las pérdidas totales en transformadores de distribución a partir del porcentaje de carbono de la chapa de acero al silicio

Method for determining total losses in distribution transformers from the percentage of carbon silicon steel sheet

Palabras clave:

Pérdidas totales, transformador de distribución, chapa de acero al silicio (es)

Descargas

Autores/as

Los transformadores son dispositivos eléctricos que se encargan de la distribución y manejo de la corriente eléctrica. En América Latina el reciclaje de la chapa de acero al silicio de los transformadores es muy común y por esta razón su construcción es de gran importancia debido hay que considerar las pérdidas que se pueden presentar por corrientes parásitas e histéresis magnética sobre todo cuando el equipo ha operado bajo condición de carga. Este artículo propone un novedoso método para determinar las pérdidas totales en los transformadores de distribución monofásicos de poste, analizando el porcentaje de carbono de la chapa de acero al silicio y sus características químicas. Este diagnóstico verifica las pérdidas en el hierro de forma proporcional al cuadrado de la inducción y frecuencia aplicando también la fórmula de Steinmentz con el fin de realizar diagnóstico y predicción de fallas. Los resultados obtenidos aunque presentan errores de aproximación son de gran utilidad para el diagnóstico y la reutilización de la chapa de acero al silicio, ya que los cambios en la micro estructura (tamaño de grano en escala nanométrica) o relación entre la calidad B-H son significativos, el aporte a los fabricantes y la industria en general es exegético, porque si son considerados los valores establecidos en la norma para los equipos operando bajo esta condición, se mejoran las condiciones del servicio en las redes de distribución y en consecuencia, la confiabilidad y/o mantenimientos en las empresas del sector eléctrico.
Transformers are electrical devices that are responsible for the distribution and management of electrical power. In Latin America the recycling of silicon steel sheet transformer is very common and therefore its construction is very important because we must consider the losses that may occur by eddy currents and magnetic hysteresis especially when the team has operated under load condition. This paper proposes a novel method to determine the total losses in the single-phase distribution transformers Pole, analyzing the percentage of carbon silicon steel sheet and chemical characteristics. This diagnostic checks the iron losses in proportion to the square of the frequency induction and also applying the formula Steinmentz order to perform diagnosis and failure prediction. Although the results have approximation errors are useful for diagnosis and reuse of the silicon steel sheet, since changes in the microstructure (grain size in the nanometer scale) or ratio are significant quality B-H The contribution to the manufacturers and the industry in general is exegetical, because if they are considered the values set the standard for equipment operating under this condition, the service conditions are improved distribution networks and consequently, reliability and / or maintenance in electric utilities.

Referencias

E. STAFF DEL M.I.T. Circuitos Magnéticos y Transformadores. Editorial Reverte. Argentina. 1981. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/99522748/Circuitos-Magneticos-y- Transformadores-MIT-Staff-Edit-Reverte-En-Espanol. Mago et al / DYNA 83 (198), pp. 148-153, Septiembre, 2016. 153

Oda, Y., Toda, H., Shiga, N., Kasai, S. and Hiratani, T., Effect of Si content on iron loss of electrical steel sheet under compressive stress. IEEE Transactions on Fundamentals and Materials. 134(3), pp. 148- 153. 2014. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2290321.

Norma RA7-60. Valores de pérdidas equipos bajo condición de carga.

[En línea]. Disponible en: http://www.epm.com.co/site/Portals/0/Users/001/01/1/RA7-060.pdf. Consultado: 20-06-12 hora: 10:30 am.

Miyamoto, M., Matsuo, T. and Nakamura, T., Measurement of vector hysteretic property of silicon steel sheets at liquid nitrogen temperature. Przeglad Elektrotechniczny.

[Online]. 87(9B), pp. 111- 114, 2011. Available at: https://www.researchgate.net/publication/265531441_Measurement _of_Vector_Hysteretic_Property_of_Silicon_Steel_Sheets_at_Liqui d_Nitrogen_Temperature

Zhao, J.-W., Zhang, W.-K. and Miao, X., Effect of percentage reduction in two-stage cold rolling on microstructure, texture and magnetic properties of high grade non-oriented silicon steel sheets. Kang Tieh/Iron and Steel.

[Online]. 47(11), pp. 69-72, 2012. Available at: https://www.researchgate.net/publication/287026490_Effect_of_per centage_reduction_in_twostage_ cold_rolling_on_microstructure_texture_and_magnetic_prope rties_of_high_grade_non-oriented_silicon_steel_sheets

Pampa, G., Richard, R., Chromik, A.M., Knight, S.G. and Wakade, C., Effect of metallurgical factors on the bulk magnetic properties of non-oriented electrical steels. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 356, pp. 42-51, 2014. DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.12.052.

Ali, S., Mohammad, R.T., Hossein, E. and Jerzy, A.S., Effect of deformation route and intermediate annealing on magnetic anisotropy and magnetic properties of a 1 wt% Si non-oriented electrical steel. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 385, pp. 331-338, 2015. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.03.026.

Pluta, W.A., Loss components in electrical steel with Goss texture. International Symposium on Electrodynamic and Mechatronic Systems, SELM 2013 – Proceedings, Article number 6562993, pp. 87-88. Zawiercie; Poland. 2013. DOI: 10.1109/SELM.2013.6562993.

Magdaleno-Adamea, S., Olivares-Galvanb, J.C., Kulkarnic, S.V. and Escarela-Perezb, R., Analysis of slots in horizontal plates of T-beams in shell-form power transformers. Electric Power Systems Research, 101, pp. 88-95, 2013. DOI: 10.1016/j.epsr.2013.03.007.

Sha, Y.H., Sun, C., Zhang, F., Patel, D., Chen, X., Kalidindi, S.R., Zuo, L., Strong cube recrystallization texture in silicon steel by twinroll casting process. Acta Materialia, 76, pp. 106-117, 2014. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.05.020.

Paltanea, V.M., Paltanea, G., Gavrila, H. and Peter, I., The influence of punching and laser cutting technologies on the magnetic properties of non-oriented silicon iron steels. International Symposium on Fundamentals of Electrical Engineering, ISFEE. University Politehnica of Bucharest, Bucharest; Romania. 2014. DOI: 10.1109/ISFEE.2014.7050611.

Pluta, W.A., Loss components in electrical steel with Goss texture. International Symposium on Electrodynamic and Mechatronic Systems, SELM 2013 – Proceedings,

[Online]. Article number 6562993, pp. 87-88. Zawiercie; Poland. 2013. Available at: http://toc.proceedings.com/18784webtoc.pdf

Appino, C., De La Barrière, O., Beatrice, C., Fiorillo, F. and Ragusa, C., Rotational magnetic losses in nonoriented Fe-Si and Fe-Co laminations up to the kilohertz range. IEEE Transactions on Magnetics. 50(11), Article number 6971426. Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Department of Electromagnetics, Torino, Italy. 2014. DOI: 10.1109/TMAG.2014.2325968.

Pluta, W., Directional properties of loss components in electrical steel sheets. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 44(3-4), pp. 379-385, 2014. DOI: 10.3233/JAE-141800.

Pluta, W.A., Influence of anisotropy on specific loss components in grain oriented electrical steel. Solid State Phenomena. 214, pp. 138- 142. International Symposium on Electrodynamic and Mechatronic Systems, 2014. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.214.138.

Pluta, W.A., Some properties of factors of specific total loss components in electrical steel. IEEE Transactions on Magnetics Electrical, 46(2), pp. 322-325, 2010. DOI: 10.1109/TMAG.2009.2033559.

Füzer, J., Birčáková, Z., Zeleňáková, A., Hrubovčák, P., Kollár, P., Predmerský, M. and Huňady, J., Investigation of total losses of nonoriented electrical steels. IEEE Transactions on Magnetics Electrical,

[Online]. 118(5), pp. 1018-1019, 2010. Available at: http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/118/a118z5p124.pdf.

Hatakeyama, T. and Onda, K., Core, loss estimation of various materials magnetized with the symmetrical/asymmetrical rectangular voltage. IEEE Transactions on Power Electronics, 29(12), pp. 6628- 6635, 2014. DOI: 10.1109/TPEL.2014.2306755.

Pavlos, S.G., Environmental cost of distribution transformer losses. Applied Energy, 88, pp. 3146-3155, 2011. DOI: 10.1016/j.apenergy.2010.12.021.

Trianni, A., Cagno, E. and De Donatis, A., A framework to characterize energy efficiency measures. Applied Energy, 118, pp. 207-220, 2014. DOI: 10.1016/j.apenergy.2013.12.042.

Lajtin, Y., Metalografía y tratamiento térmico de los metales. 3ra Ed. Editorial MIR. Moscú. URSS.

[En línea]. 1983. Disponible en: http://www.casadellibro.com/libro-metalografia-y-tratamientotermico- de-los-metales-3-ed/2910009902282/968544

Mathews, J. y Fink, K., Métodos numéricos con Matlab. Editorial Prentice Hall. 3ra Ed. Madrid, España. 2005.

Mago, M., Sistema estocástico unificado para la predicción confiable de fallas por condiciones ambientales en transformadores de distribución. Tesis Doctoral, Área de Estudios de Posgrado, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela,

[En línea]. 2014. Disponible en: www.riuc.bc.uc.edu.ve/bitstream/123456789/1930/1/mmago.pdf.

Forero, A., Laboratorio de Metales. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, Colombia. 1999.

Reed-Hill, R., Principios de metalurgia física. Editorial C.E.C.S.A. 6ta Ed., México, 1976.

Shackelford, J., Ciencia de materiales para ingenieros. Ed. Prentice Hall. 4ta Ed., México. 1998.

Smith, W., Fundamentos de la ciencia e ingeniería de los materiales. Ed. Mc Graw Hill. 4ta Ed. España.2006.

Cómo citar

[1]
“Método para determinar las pérdidas totales en transformadores de distribución a partir del porcentaje de carbono de la chapa de acero al silicio”, DYNA, vol. 83, no. 198, pp. 148–153, Sep. 2016, doi: 10.15446/dyna.v83n198.51620.