Cientifica, ISSN 2594-2921, vol. 29, no. 1, January-June 2025.
DOI: 10.46842/ipn.cien.v29n1a05
Cálculo de la impedancia de transformadores utilizando el Método de Elemento Finito
Transformer Impedance Calculation Using the Finite Element Method
Recibido 18-09-2024, aceptado 01-04-2025.
Resumen
Tanto el diseño como la construcción de transformadores de potencia son tareas complejas, debido a que son máquinas de gran capacidad y que deben proporcionar alta confiabilidad durante su operación dentro del sistema de potencia. Imprecisión en el cálculo de sus parámetros pueden ocasionar fallas inesperadas en la máquina y poner en riesgo el resto del sistema eléctrico. Por esta razón es de gran importancia que los parámetros de diseño del equipo cumplan de manera satisfactoria con las especificaciones particulares y normativas nacionales e internacionales aplicables. En el presente artículo se realiza el cálculo de la impedancia del trasformador utilizando el método del elemento finito (MEF) en tres tipos de transformadores: Un transformador de potencia tipo columna monofásico, un transformador de distribución trifásico tipo acorazado, y un transformador monofásico de servicios propios. Se comparan los resultados obtenidos con el MEF contra los obtenidos mediante fórmulas analíticas tradicionales; las cuales arrojan resultados imprecisos para el caso de diseños especiales y con geometrías complejas. Finalmente, los valores calculados son validados con los resultados de las mediciones experimentales realizadas en laboratorio. Se concluye que el Método de Elemento Finito es adecuado para calcular con precisión la impedancia de diferentes tipos de transformadores, especialmente cuando sus geometrías internas son complejas.
Abstract
The design and construction of power transformers are complex tasks because they are high-capacity machines and must provide high reliability during their operation within the power system. Inaccuracy in calculating its parameters can cause unexpected failures in the machine and put the rest of the electrical system at risk. For this reason, it is of great importance that the design parameters of the equipment satisfactorily comply with the particular specifications and applicable national and international standards. In this paper, the calculation of the transformer impedance is conducted using the finite element method (FEM) in three types of transformers: A single-phase core-type power transformer, a three-phase shell-type distribution transformer, and a single-phase self-service transformer. The results obtained with the FEM are compared against those obtained through traditional analytical formulas; which give imprecise results in the case of special designs and complex geometries. Finally, the calculated values are validated with the results of experimental measurements carried out in the laboratory. It is concluded that the Finite Element Method is suitable for accurately calculating the impedance of distinct types of transformers, especially when their internal geometries are complex.
Palabras clave: impedancia del transformador, método de elemento finito,
ensayo de corto circuito, impedancia de dispersión.
Index terms: transformer impedance, finite element method,
short circuit test, leakage impedance.
ISO 690 reference:
Hernández Santiago, Angel R.;
Ocón Valdez, Rodrigo;
Vasquez Cañas, Mariana;
Rico García, Leonardo A.;
Espino Cortés, Fermín P.,
2025,
Cálculo de la impedancia de transformadores utilizando
el Método de Elemento Finito,
Científica, vol. 29, no. 1,
ISSN 2594-2921, e290105,
DOI: 10.46842/ipn.cien.v29n1a05
