"¿Cuando Se Produce Una Corriente Inrush En Un Transformador De Potencia?"
Cuando un transformador se energiza inicialmente, hay un fenómeno conocido como corriente inrush. Aunque las corrientes inrush generalmente no son tan dañinas como las corrientes de falla, la duración de la corriente inrush es del orden de segundos (en comparación con el orden de ciclos con corrientes de falla).
Transformador De Potencia Monofásico En Termoeléctrica
Las excitantes condiciones de la corriente Inrush también ocurren con mucha más frecuencia que los cortocircuitos, por lo que vale la pena explorar este fenómeno.
Considere lo que sucede cuando se energiza inicialmente un transformador monofásico. El flujo en el núcleo es igual a la integral del voltaje de excitación.
Si el circuito está cerrado cuando el voltaje pasa por cero y el flujo inicial es cero, el flujo sinusoidal se desviará completamente de cero. El flujo de compensación total tiene un valor pico que es el doble del valor pico de un flujo sinusoidal simétrico.
En otras palabras, el flujo máximo para una onda totalmente desplazada puede acercarse al doble del flujo máximo normal, y esto generalmente es suficiente para llevar el núcleo a la saturación.
En este punto, lo único que limita la corriente inrush es la impedancia del núcleo de aire del devanado, que es varios órdenes de magnitud menor que la impedancia de magnetización normal.
Por lo tanto, la corriente inrush es mucho mayor que la corriente de excitación normal durante el medio ciclo cuando el núcleo está saturado. Durante el semiciclo opuesto, el núcleo ya no está saturado y la corriente inrush es aproximadamente igual a la corriente de excitación normal.
Corriente Inrush para un núcleo que no tiene flujo residual
La situación es aún más extrema cuando hay un flujo residual en el núcleo y la dirección del flujo residual está en la misma dirección que el desplazamiento en la onda de flujo sinusoidal.
Tenga en cuenta que la figura de arriba y la de abajo están dibujadas en diferentes escalas de corriente, por lo que la corriente máxima representada en la figura de abajo es en realidad mucho mayor que la corriente máxima representada en la figura de arriba.
Corriente Inrush para un núcleo que tiene flujo residual
Busquemos la corriente inrush máxima
Para encontrar la corriente de pico de entrada, limitada solo por la reactancia del núcleo de aire, es conveniente calcular la inductancia del devanado usando unidades cgs:
Donde:
- N = número de vueltas en la bobina.
- Amt = área dentro del diámetro medio de la bobina, cm2
- L = inductancia de la bobina, μH
El flujo generado por la inductancia φL es igual al flujo residual más 2 veces el cambio de flujo normal menos el flujo de saturación, ya que el flujo de saturación está en el hierro. Pero φL está relacionado con la inductancia y la corriente:
Por lo tanto, la corriente de pico de entrada se expresa en el sistema de unidades cgs de la siguiente manera:
Donde:
- Ipeak está en amperios
- φr - flujo residual
- φn - cambio de flujo normal
- φs - flujo de saturación
Sin resistencia en el circuito, cada pico sucesivo tendría el mismo valor y la corriente inrush continuaría indefinidamente. Sin embargo, con resistencia en el circuito, hay una caída de voltaje significativa a través de la resistencia y el flujo no tiene que aumentar tanto como en el ciclo anterior.
La integral de la caída de voltaje representa una disminución neta en el flujo requerido para soportar el voltaje aplicado. Dado que la caída de voltaje i × R siempre está en la misma dirección, cada ciclo disminuye la cantidad de flujo requerido. Cuando el valor máximo del flujo cae por debajo del valor de saturación del núcleo, la corriente de entrada desaparece. La tasa de caída no es exponencial aunque se asemeja a una corriente que decae exponencialmente.
¡IMPORTANTE! Para transformadores de potencia grandes, la corriente inrush puede persistir durante varios segundos antes de que finalmente se apague.
La reactancia de línea tiene el efecto de reducir el pico de corriente de la corriente inrush simplemente agregando inductancia a la inductancia del núcleo de aire del devanado. Existe una relación definida entre la corriente inrush y la corriente de cortocircuito porque ambas están relacionadas con la inductancia del núcleo de aire de los devanados.
Recuerde que los cortocircuitos tienden a excluir el flujo del núcleo.
Todo el problema de analizar la corriente inrush se vuelve mucho más difícil cuando se trata de transformadores trifásicos. Esto se debe a que los ángulos de fase de los voltajes de excitación están separados por 120 °, hay interacciones de corrientes y voltajes entre fases y los tres polos del dispositivo de conmutación no se cierran exactamente al mismo tiempo.
No obstante, es seguro decir que la magnitud máxima de la corriente inrush para los transformadores trifásicos se acerca a los niveles de corriente de cortocircuito.
Una de las características interesantes de la corriente inrush es que, dado que la corriente está totalmente compensada, existen grandes porcentajes de armónicos pares presentes. Incluso los armónicos rara vez se encuentran en los circuitos de potencia.