Rol del microformer en redes eléctricas de pequeña escala

Abstract

El proyecto The Microformer , presentado el año 2010 en una competencia local en la Universidad de Wisconsin-Madison, consiste en la propuesta de un sistema de electrificación basado en transformadores de bajo costo. Estos transformadores están construidos con componentes reciclados de basura electrónica, específicamente obtenidos de hornos de microondas, que facilitan la electrificación de zonas de baja densidad de población (por ejemplo, zonas rurales) mejorando la eficiencia del sistema de transmisión/distribución eléctrica. A pesar de que existe un buen conocimiento sobre el comportamiento del Microformer como unidad, no existen estudios a nivel de sistema que involucren uno o más Microformers dentro de una red. Además, el Microformer nunca ha sido modelado en un ambiente de generación distribuida con múltiples puntos de inyección. Desde el punto de vista del sistema, el Microformer debiera comportarse como cualquier otro transformador. Sin embargo, sus características eléctricas son bastante diferentes comparado con transformadores de distribución comerciales. En el presente trabajo de título se pretende estudiar el comportamiento del Microformer a nivel de sistema. Para ello se presentan tres casos globales de estudio con el fin de observar y mejorar el comportamiento del Microformer en redes compuestas por los mismos. Primero se construye una red trifásica de laboratorio con ocho Microformers reproduciendo una topología rural, luego se implementa dicha red en el software de cálculo DigSILENT PowerFactory para cubrir casos que son imposibles recrear en la red experimental. Finalmente, se inserta el Microformer en una red modelo de la IEEE teniendo en cuenta las consideraciones y conclusiones obtenidas de los casos de estudios previos. A diferencia de trabajos anteriores, los transformadores de microondas son modificados según la función que cumplan en una red de distribución. Para los Microformers de subida se mantiene una razón de transformación de 9,1 con tal de obtener 2 kV en alta tensión. Por otro lado, debido a la mala regulación de los Microformers de bajada, es imperante modificar su razón de transformación al mínimo posible mediante la adición de espiras para compensar así la caída de tensión debido a los flujos de fuga y las pérdidas Joule en sus enrollados. Además, para mejorar aún más la regulación se aprovechan los condensadores de alta tensión que vienen en los hornos microondas. En este trabajo se dan una serie de recomendaciones para futuras redes que se construyan con Microformers a partir de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas, entre ellas se encuentran el descarte previo de transformadores de microondas que no cumplan con los resultados mínimos esperados en las pruebas típicas; reducción de la potencia nominal de los Microformers a 660 VA; modificación de los Microformers según su función en la red; largos mínimos y máximos de líneas para que el uso de Microformers sea justificado y que se encuentre dentro de la norma. Como trabajo futuro se propone hacer un estudio estadístico de transformadores de microondas analizando qué tanto varían los parámetros eléctricos entre hornos de microondas de una misma marca o modelo, esto con el fin de determinar si es posible construir bancos trifásicos de transformadores con más de tres Microformers en paralelo. También se propone mejorar los niveles de armónicos de tensión y corriente implementando filtros de armónicos u otros métodos similares. Finalmente se deja construida una red experimental con fines pedagógicos en el Laboratorio de Máquinas del Departamento de Ingeniería Eléctrica, por lo que se propone realizar una guía de laboratorio para que los alumnos estudien los casos abarcados en este trabajo.