Modelación de la refrigeración por convección natural de centros de transformación subterráneos.

Abstract

La presente tesis se basa en el desarrollo de modelos matemáticos que permitan simular el fenómeno de refrigeración que tiene lugar dentro de los centros de transformación subterráneos. Para este objetivo se han utilizado modelos térmicos de distinto orden de complejidad en busca de reducir los problemas que impliquen una pérdida de eficiencia en el proceso. En una primera etapa se ha trabajado con modelos diferenciales detallados analizando las características térmicas y de flujo principales y obteniendo información relevante del proceso. En una segunda etapa se ha desarrollado y ajustado un modelo zonal simplificado basándose en la información obtenida en la primera etapa. El modelo simplificado caracteriza correctamente los aspectos críticos del modelo detallado, ofreciendo resultados útiles en un lapso de tiempo aceptable. Los resultados térmicos ofrecidos por sendos modelos han sido numéricamente verificados, experimentalmente validados y completamente analizados. El modelo simplificado se implementó en un software complementándose con un modelo previamente desarrollado para el diseño de transformadores de distribución. Este modelo final facilita el diseño de centros de transformación desde un punto de vista estrictamente térmico. Esta herramienta permite realizar el análisis de distintos tipos de configuración geométrica y condiciones de funcionamiento con una gran versatilidad. Finalmente permite obtener cuál es la respuesta térmica estacionaria del diseño planteado. Como parte de su desarrollo se realizó un estudio paramétrico específico que permite valorar la importancia relativa de distintos aspectos de diseño en la respuesta térmica obtenida. La información obtenida del estudio y la herramienta desarrollada son una contribución de gran utilidad para el diseñador de centros de transformación subterráneos.

This thesis is based on the development of mathematical models to simulate the cooling phenomenon that occurs in underground transformer substations. For this target, thermal models of different order of complexity have been used in order to reduce the problems that involve a loss of efficiency in the process. In a first stage, we have worked with detailed differential models in order to analyze the thermal characteristics and the principal flow patterns and to obtain relevant information about the process. In a second stage, a simplified zonal model has been developed and adjusted based on the information obtained in the first stage. The simplified model characterizes correctly the critical aspects of the detailed model, offering useful results in an acceptable lapse of time. The thermal results offered by both models have been numerically verified, experimentally validated and completely analyzed. The simplified model is implemented in a software that is complemented with a previously model developed for the design of distribution transformers. The final model facilitates the design of the transformer substations from a strictly thermal point of view. This tool allows for the analysis of different types of geometric configurations and performance conditions with a great versatility. Finally, it allows the designers to obtain what the stationary thermal response of the raised design is. As part of the design, a specific parametric study was carried out that permit the designers to ascertain the relative importance of different aspects of the design in the thermal response obtained. The information obtained from the study and the developed tool is a contribution of great utility for the designer of transformer substations.