Análisis térmico de los elementos de sujeción del núcleo de un reactor trifásico

Abstract

En el presente trabajo se obtiene la distribución de la temperatura en uno de los pernos de sujeción del núcleo de un reactor en derivación trifásico de 5 MVA, 115 kV, 60 Hz, tipo núcleo de 5 columnas aplicando el método del elemento finito, utilizando el software comercial ANSYS Maxwell. Esto debido a que el reactor realmente falló mientras estaba en funcionamiento, la falla ocurrió progresivamente dado que el aislamiento del tornillo estaba dañado y provocó un aumento de temperatura no deseado. Se realiza un análisis magneto estático en el dominio de la frecuencia y se obtienen las distribuciones de campo magnético y pérdidas en los pernos de sujeción. Se construye un modelo en 3D y se resuelven las ecuaciones de Maxwell mediante el uso de potenciales magnéticos vectoriales y escalares. Se valida el modelo electromagnético del reactor en 3 dimensiones, mediante la técnica del almacenamiento de energía magnética para calcular la inductancia por fase y compararlo con el valor de inductancia por fase medida en laboratorio, también se realiza el análisis de pérdidas en el núcleo y se compara con el valor medido en laboratorio. Este trabajo es de gran ayuda para los fabricantes de transformadores dado que contarán con un modelo que les permitirá tanto analizar diferentes condiciones de operación, así como optimizar el diseño del reactor.

In this thesis work the temperature distribution in the frame bolts of a 5 MVA, 115 kV, 60 Hz, three-phase five-limbs shunt reactor is obtained utilizing the finite element method (FEM) and the commercial ANSYS Maxwell software. This because the reactor actually failed while it was running, the failure occurred progressively as the screw insulation was damaged and caused an unwanted temperature rise. A time-harmonic analysis is performed to compute the magnetic field distribution in the reactor and the power losses in the frame bolts. A three-dimensional (3-D) shunt reactor model is utilized, and Maxwell’s equations are solved utilizing scalar and vectorial magnetic potentials. The 3-D electromagnetic shunt reactor model is validated by comparing the value of inductance measured in the laboratory with the value of inductance computed in the 3-D FE simulation. In addition, the core losses computed in the FE simulation are compared with the core losses measured in the laboratory. This thesis work is important for transformer manufacturers which requires an adequate shunt reactor model to analyze it under different operation conditions and to optimize the actual design.