Estimación del factor K en transformadores de distribución usando modelos de regresión lineal

Abstract

Contexto: Debido a la incorporación masiva de equipos electrónicos a los sistemas de distribución, los transformadores de distribución están sometidos a condiciones de operación distintas a las de diseño, por causa de la circulación de corrientes armónicas. Es necesario cuantificar el efecto que producen estas corrientes armónicas para determinar la capacidad del transformador de soportar estas nuevas condiciones de operación. El factor K es un indicador que permite estimar la capacidad que tiene un transformador de soportar los efectos térmicos producidos por las corrientes armónicas. En este artículo se propone un modelo de regresión lineal para estimar el valor del factor K, a partir del contenido armónico total de corriente que se obtiene con equipos de bajo costo.

Método: Se estudian dos transformadores de distribución que alimentan cargas distintas, se registran las variables distorsión armónica total en corriente y factor K y se determina el modelo de regresión que mejor ajusta a los datos de campo. Para seleccionar el modelo de regresión se usan el coeficiente de determinación R2 y el criterio de información de Akaike (AIC). Con el modelo seleccionado, se estima el factor K para las condiciones de operación real.

Resultados: Una vez determinado el modelo se pudo comprobar que tanto para la carga agrícola como para la industrial minera, el contenido de armónicos (THDi) presente supera los valores que estos transformadores pueden manejar (valor medio de 12,54 % y mínimo de 8,90 % en el caso agrícola y valor medio de 18,53 %y mínimo de 6,80 %, para el caso industrial minero).

Conclusiones: Al estimar el factor K utilizando los modelos polinomiales se determinó que los transformadores estudiados no pueden soportar la distorsión armónica total en corriente de sus cargas actuales. El factor K adecuado para los transformadores estudiados debe ser 4, esto permite que los transformadores soporten la distorsión armónica total en corriente de sus respectivas cargas.

Background: Due to massive incorporation of electronic equipment to distribution systems, distribution transformers are subject to operation conditions other than the design ones, because of the circulation of harmonic currents. It is necessary to quantify the effect produced by these harmonic currents to determine the capacity of the transformer to withstand these new operating conditions. The K-factor is an indicator that estimates the ability of a transformer to withstand the thermal effects caused by harmonic currents. This article presents a linear regression model to estimate the value of the K-factor, from total current harmonic content obtained with low-cost equipment.

Method: Two distribution transformers that feed different loads are studied variables, current total harmonic distortion factor K are recorded, and the regression model that best fits the data field is determined. To select the regression model the coefficient of determination R2 and the Akaike Information Criterion (AIC) are used. With the selected model, the K-factor is estimated to actual operating conditions.

Results: Once determined the model it was found that for both agricultural cargo and industrial mining, present harmonic content (THDi) exceeds the values that these transformers can drive (average of 12.54% and minimum 8,90% in the case of agriculture and average value of 18.53% and a minimum of 6.80%, for industrial mining case).

Conclusions: When estimating the K factor using polynomial models it was determined that studied transformers can not withstand the current total harmonic distortion of their current loads. The appropriate K factor for studied transformer should be 4; this allows transformers support the current total harmonic distortion of their respective loads.