Medidas del factor K en transformadores

Configuración de medida para determinar el factor K

La determinación y verificación del factor K no suelen llevarse a cabo durante los test de fábrica, sino durante el funcionamiento, en condiciones de simulación o de ensayo de carga con distorsión armónica, o bien en una configuración de test de carga armónica específica que utilice fuentes de alimentación programables.

Un analizador de potencia captura el espectro de armónicos de corriente resultante de cargas no lineales que causan el calentamiento adicional de los transformadores. Los parámetros para la fórmula del factor K se miden en un circuito eléctrico en servicio, de modo que representan la distorsión armónica real, tanto en conjunto como para cada orden armónico que debe soportar el transformador. Un analizador de potencia moderno puede calcular automáticamente el factor K sobre la base de estas medidas.

Cómo interpretar los resultados de las medidas del factor K en transformadores

La fórmula del factor K pondera cada armónico según el cuadrado de su orden. Los armónicos de orden superior añaden considerablemente más calor debido a las pérdidas adicionales por corrientes de Foucault. Un transformador con una clasificación de factor K alta no elimina los armónicos provocados por las cargas no lineales que consume el sistema. No obstante, está diseñado para soportar el aumento de la temperatura provocado por los armónicos. La clasificación de factor K del transformador indica que es capaz de soportar los efectos secundarios de la distorsión de la corriente armónica.

Las clasificaciones estándar de factor K para transformadores sirven de ayuda al comprador a la hora de elegir por cuál decidirse:

• Los transformadores K-4 pueden soportar cargas no lineales ligeras a moderadas, por ejemplo en oficinas con ordenadores, equipos de electrónica e iluminación LED.
• Los transformadores K-9 son una buena opción para sistemas con hasta un 50 % de carga total no lineal, por ejemplo en hospitales, escuelas y edificios comerciales.
• Los transformadores K-13 pueden resistir una carga no lineal hasta un 75 %, por ejemplo en fábricas y en infraestructura de telecomunicaciones, como salas de servidores, centralitas de comunicación y torres de telecomunicaciones.
• Los transformadores K-20 toleran una carga no lineal de hasta 100 % y son adecuados para el uso con alto contenido de armónicos, por ejemplo en centros de datos, sistemas SAI e infraestructura informática.
• Todos los transformadores con clasificación por encima de K-30 son equipos personalizados para resistir corrientes armónicas muy altas en casos muy concretos en los que el 100 % de las cargas son no lineales.

El número de dispositivos que consumen cargas no lineales ha aumentado rápidamente y seguirá haciéndolo en un futuro próximo. Esto provoca contaminación eléctrica en los sistemas eléctricos. Los transformadores de distribución expuestos a corrientes armónicas experimentan un aumento de las pérdidas por corrientes de Foucault en los devanados y de las pérdidas parásitas en el acero estructural, lo que genera calor residual.

Los transformadores con alto factor K tienen:

• Núcleos más robustos con densidad de flujo optimizada y laminado de mejor calidad fabricado con materiales del núcleo de bajas pérdidas
• Devanados configurados para minimizar las pérdidas por corrientes de Foucault y diseñados de forma que disipan el calor de forma uniforme en toda la superficie
• Conductores neutros con capacidad del 200 % para resistir el doble de la corriente nominal
• Blindajes electrostáticos para proteger las bobinas y la electrónica del transformador

Sus desafíos en la determinación del factor K en transformadores

Elegir un transformador con una clasificación de factor K adecuada es esencial para una instalación segura y eficiente. Un transformador sobredimensionado resulta innecesariamente costoso, mientras que uno infradimensionado supone un riesgo de sobrecalentamiento y fallos.

La determinación del factor K de un transformador implica más que medir la distorsión armónica total (THD). Es imprescindible un análisis de armónicos detallado y preciso, ya que el factor K se calcula a partir de los valores eficaces de cada armónico de corriente individual. Incluso pequeños errores en armónicos de orden superior pueden repercutir de forma notable en el resultado.

Entre los desafíos típicos destacan:

• Perfiles de armónicos transitorios y complejos: al contrario que en el perfil estable de una carga sinusoidal, los entornos con muchos armónicos generan cargas transitorias y fluctuantes.
• Amplio espectro armónico y alto rango dinámico: las cargas no lineales modernas generan contenido de armónicos complejo que debe capturarse en un amplio rango de frecuencias, en el que los pequeños armónicos de orden superior deben medirse con precisión junto a la corriente fundamental, mucho mayor en magnitud.
• Puntos calientes armónicos: la distribución desigual de las pérdidas exige medidas de temperatura más sensibles.
• Efectos de ángulo de fase: las medidas precisas de factor K deben tener en cuenta los efectos de ángulo de fase además de las amplitudes armónicas.
• Armónicos triples: los múltiplos del tercer armónico (p. ej., el 3°, el 9°, el 15°) aumentan las pérdidas por corrientes de Foucault y en el devanado, provocando un calentamiento exponencial del transformador.
• Armónicos individuales frente a THD: los valores de THD similares pueden producir factores K muy diferentes, ya que el efecto real de los armónicos individuales no se refleja necesariamente en la THD medida o calculada para el sistema eléctrico completo.
• Condiciones de funcionamiento representativas: los resultados del factor K solo son relevantes si las medidas reflejan el perfil de carga real del transformador.
• Cálculo y generación de informes automáticos: la automatización del cálculo del factor K y la exportación de datos estandarizada mejoran la repetibilidad, reducen la intervención manual y simplifican la documentación.
• Orientación a requerimientos futuros: cualquier cálculo basado en un análisis armónico de cargas no lineales debe tener en cuenta hoy en día también un posible aumento futuro de las cargas no lineales.

Nuestras soluciones para determinar el factor K en transformadores

Un analizador de armónicos es la herramienta básica para evaluar la carga armónica total y medir órdenes de armónicos individuales. Para aplicaciones de mayor alcance y más exigentes que requieren una determinación explícita del factor K, un analizador de potencia aporta un análisis más profundo en el dominio temporal y frecuencial. El analizador de potencia LMG671 de alta precisión, con su función de análisis de armónicos hasta el orden 2000 (lo que equivale a hasta 150 kHz), ofrece un espectro extraordinariamente amplio para medir directamente armónicos de corriente mediante transformada rápida de Fourier (FFT) de alta resolución.

Descubra todo lo que el LMG671 puede ofrecerle:

• Medidas precisas de tensión, corriente, frecuencia y THD tanto de tensión como de corriente
• Cálculo y emisión en tiempo real y con sincronización de ciclo del factor K con un exclusivo editor de scripts integrado
• Análisis de calidad del suministro en el dominio temporal y frecuencial
• Visualización y cuantificación de componentes armónicos individuales
• Visualización del comportamiento de cargas no sinusoidales como formas de onda de señal en pantalla para un análisis rápido
• Alto rango dinámico que permite alcanzar la máxima exactitud de medida en armónicos pequeños de orden superior junto a corrientes fundamentales elevadas