Se trata de un transformador de máquina, exactamente una turbina de gas, con el correspondiente generador y el transformador de bloque.

La potencia que puede generar la turbina es variable con las condiciones ambientes, y en particular con la temperatura.

Interesa determinar la potencia nominal del transformador de grupo, de manera de lograr el máximo aprovechamiento de la máquina respecto de sus condiciones de funcionamiento.

Se analizan las condiciones de uso de transformadores de distinta potencia, y a partir de estas se selecciona el valor conveniente.

Finalmente se trata de verificar que el valor adoptado para la potencia nominal del transformador de grupo no es un factor limitante para el despacho de carga de la máquina generadora.

Se utilizan los criterios expuestos en la Norma Internacional IEC 354 (edición 1991-09) Guía de carga para transformadores de potencia sumergidos en aceite.

Se destaca que este documento ha sido reemplazado por la IEC 60076 (edición 2005-12), y el principal cambio consiste en la mayor utilización de sensores ópticos de temperatura en los transformadores, permitiendo la realización de ensayos térmicos de sobrecarga en transformadores de potencia.

Esta técnica a incrementado las posibilidades de obtener un adecuado modelo térmico de los transformadores de potencia, especialmente para variaciones en escalón de la corriente de carga.

Estas posibilidades también han producido algunas diferencias para el "exponente x del aceite" y para "el exponente y del devanado".

Esta guía conduce a modelos matemáticos para juzgar el estado de carga de transformadores, evaluar su envejecimiento (pérdida de vida).

Los modelos que se aplican tienden a:

La norma IEC 354 fija la vida del transformador en base a su funcionamiento a una temperatura ambiente de 20 ºC y cargado con la potencia (corriente) nominal, independientemente la norma IEC 76 fija la potencia nominal con temperatura ambiente de 40 ºC máxima, 30 ºC media diaria y 20 ºC media anual, además esta fijado el salto de temperatura aceite (medio) cobre (medido por variación de resistencia) cuya consecuencia es la corriente nominal, y la potencia nominal.

La tabla siguiente muestra para cada mes las condiciones climáticas adoptadas para Buenos Aires, en base a los datos del pliego:

Los datos completos de los meses 1 y 7 figuran en la documentación de pliego, como también los datos de columnas 2 y 3, las columnas 4 y 5 se han completado por interpolación.

Otros datos necesarios son los de generación de la turbina, y del generador eléctrico:

Tabla de valores de potencia de la turbina:

Las hipótesis de cálculo adoptadas son:

Tipo de transformador: distribución, media o grande potencia

Tipo de refrigeración: del aceite y del aire: REFRI

Sobretemperatura nominal del aceite: DTTO

Sobretemperatura nominal del punto más caliente: DHSR

Sobretemperatura media nominal del devanado: DTMW

Sobretemperatura nominal media del aceite: DTMO

Constante de tiempo del aceite: TAU

Relación perdidas cortocircuito / vacío: RELPER

Exponente del aceite: X

Exponente del arrollamiento: Y

Factor del punto caliente: HSF

La metodología de cálculo se divide en pasos, que se ejecutan sucesivamente:

Con las condiciones climáticas dadas se obtuvieron los siguientes valores:

Con estos que se construyó la temperatura horaria a lo largo de un año, y la carga relativa para la potencia del transformador utilizado.

Para el cálculo del transitorio térmico se utilizan los criterios expuestos en la norma VDE 0536 3.77 (Norma DIN 57536) - Cargas admisibles en transformadores en aceite (edición marzo de 1977).

En esta norma se han establecido ciertas hipótesis simplificativas alguna de las cuales se indican a continuación:

El programa de computación IEC354D con las condiciones climáticas adoptadas y los datos de generación de la turbina y del generador eléctrico, entrega un archivo con los datos del transformador que se está considerando y además la temperatura y carga relativa horaria a lo largo de un año.

El factor de punto caliente HSF que se introduce como dato es el sugerido por la norma IEC 354 para el tipo de máquina que se considera, igual a 1.1 para transformadores de distribución y 1.3 para transformadores de potencia, se destaca que este factor mantiene los mismos valores en la norma (IEC 60076), este factor multiplicado por la diferencia de temperatura entre el arrollamiento y el aceite determina el gradiente entre el punto caliente y el aceite superior.

El programa de computación VDE536R con este archivo de datos que contiene los valores de sobretemperatura media del devanado, de sobretemperatura del aceite superior, y de sobretemperatura media del aceite para la condición nominal, calcula un valor AUX = DTTO + DTMW – DTMO que es la sobretemperatura superior del devanado, y hace HSF = DHSR / AUX, siendo DHSR la sobretemperatura máxima admisible para el punto caliente (78 ºC), y en la tabla de resultados muestra este factor del punto caliente que determina el gradiente entre el punto caliente y el devanado superior.

También se determina la sobretemperatura del aceite superior y del punto más caliente en función de la carga, utilizando los exponentes del aceite (x) y del arrollamiento (y) introducidos como datos, y se determina el consumo de vida útil, tanto por hora como para el total del ciclo anual, finalmente con los valores obtenidos se puede construir un gráfico de la carga y temperaturas en función del tiempo.

La tabla siguiente muestra los resultados de un cálculo con el modelo descripto, obtenidos para una potencia fijada del transformador de 290 MVA.

Los resultados de cálculo de consumo de vida muestran que para un transformador de 290 MVA, utilizado en las condiciones climáticas fijadas, y encontrándose cargado siempre a la potencia máxima que puede generar la correspondiente turbina, se alcanza una temperatura máxima del punto caliente de 105 ºC, y se desgasta la vida en 103 %, lo cual es una cota superior, ya que en los cálculos no se tienen en cuenta las situaciones de carga nula, y de desconexión que se presentarán realmente durante el uso.

Cabe agregar que acuerdo con las diferencias para el "exponente x del aceite" y para "el exponente y del devanado" introducidas en la IEC 60076 (edición 2005-12) como consecuencia de las mediciones realizadas mediante la utilización de sensores ópticos de temperatura en los transformadores, queda a criterio del lector rehacer los cálculos con los nuevos valores para observar su efecto en los resultados.