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Alvaro Rojas Benitez PRUEBAS PRUEBAS ELECTRICAS A ELECTRICAS A TRANSFORMADORESTRANSFORMADORES

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PRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORES

OBJETOLas pruebas eléctricas en fábrica se realizan con el fin de confirmar que el transformador ha sido diseñado y construido apropiadamente y por lo tanto está en capacidad para soportar las cargas nominales y las condiciones a las que estará sometido durante su funcionamiento normal.

La pruebas en fábrica son prueba de la confiabilidad del transformador, aunque la prueba final es lograr su funcionamiento sin problemas durante su vida útil.

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PRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESTIPOS DE PRUEBAS

Pruebas de rutina.Son las pruebas a las que se someten cada transformador fabricado para verificar que el producto cumple con los requerimientos establecidos.

Pruebas tipo.Son las pruebas que se realizan para determinar la capacidad de un diseño en particular , estilo o modelo de equipo en alcanzar los valores nominales estipulados y operar satisfactoriamente bajo condiciones normales de servicio ó bajo condiciones especiales si se especifica y demostrar el cumplimiento con las normas apropiadas de la industria.

Las pruebas tipo se realizan solo en un transformador para justificar el cumplimiento de las especificaciones en equipos del mismo diseño.

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Prueba Menores de 500 Kva. Mayores de 500 Kva.Rutina Diseño Otras Rutina Diseño Otras

Resistencia eléctrica de los devanados. X XResistencia de los aislamientos. X X XResistencia del aislamiento del núcleo. X X XRelación de transformación. X XPolaridad y relación de fase. X XFactor de potencia de los aislamientos. X X XMedida de las pérdidas en circuitos auxiliares. X XPrueba de excitación monofásica. X XMedida de la corriente de excitación y pérdidas en vació. X X X XMedida de las pérdidas con carga e impedancia de cortocircuito. X X XMedida de la impedancia de secuencia cero. XElevación de la temperatura. X X X

Pruebas dieléctricas- Ensayo de Voltaje aplicado al transformador. X X- Ensayo de voltaje aplicado a los circuitos auxiliares. X X X- Impulso atmosférico. X X X X- Impulso frente de onda. X- Impulso de maniobra. X- Medida de las descargas parciales. X X XMedida del ruido audible. X X X XEnsayo de la capacidad de corto circuito. X XOperación de los instrumentos. XAnálisis de gases disueltos. X X

Ensayos mecánicosSobre - presión del tanque. X XHermeticidad del tanque. X X

CLASIFICACION DE LAS PRUEBAS SEGÚN ANSI C57.12.00

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PRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS DE RUTINA

1. RESISTENCIA ELECTRICA DE LOS DEVANADOS.

Objeto de la prueba.

• Verificar que no existen conexiones abiertas en el devanado.

• Verificar la calidad de las soldaduras (conexiones) en los devanados.

• Obtener información que posteriormente intervendrá en los cálculos de pérdidas con carga y ensayo de calentamiento.

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1. RESISTENCIA ELECTRICA DE LOS DEVANADOS.Método voltaje-corriente.

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1. RESISTENCIA ELECTRICA DE LOS DEVANADOS.Método puente Wheastone.

X2

X3

X0

H2

H3

H1X1

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2. RELACION DE TRANSFORMACION E IDENTIFICACION DEL GRUPO DE CONEXION.


• Verificar que la desviación de la relación de voltajes de los valores especificados no exceda los limites dados. No exceda el límite de la norma. (0.5%).

• Simultáneamente se verifica el grupo de conexión del transformador bajo prueba.

• Verificar que todas las conexiones internas están correctas y cumplen con la polaridad y relación de fase requerido

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PRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS DE RUTINAPRUEBAS DE RUTINA

2. RELACION DE TRANSFORMACION E IDENTIFICACION DEL GRUPO DE CONEXION.

Esquema de conexión.

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2. RELACION DE TRANSFORMACION E IDENTIFICACION DEL GRUPO DE CONEXION.Diagrama vectorial.

Grupo de conexión Dyn1

H1(*) - H2 X0(*) - X2

H2(*) - H3 X0(*) - X3

H3(*) - H1 X0(*) - X1

Vectores paralelos y terminales con polaridad igual (*).

H2

30° X2

X1 X0H3H1

X3

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3. RESISTENCIA DE LOS AISLAMIENTOS.

Objeto de la prueba

• El objeto de la prueba es determinar la resistencia a la corriente de fuga de los aislamientos. Esta es una función de la contaminación y las impurezas contenidas en los aislamientos y de la temperatura de los mismos.

• Determinar el grado de secado de los aislamientos.

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Esquema de conexión.

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Factor de corrección por temperatura

FACTOR D E CORRECCION POR TEM PERATURA

0369

12151821242730333639

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

TEM PERATURA (°C)

FAC

TOR

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Indice de absorción.

6015 / RRIabs =

Indice de polarización.

mmpol RRI 110 /=

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4. FACTOR DE POTENCIA DE LOS AISLAMIENTOS Y MEDIDA DE CAPACITANCIAS DEL TRANSFORMADOR.


• Determinar el grado de secado de los aislamientos.

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Esquema de conexión AT vs BT-Tierra.

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Esquema de conexión BT vs AT-Tierra.

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Esquema de conexión (GST-Ground).

Terminal Baja Tensión.

Cable Alta Tensión.

mVA & mWMedidor

Guarda

GST-GroundCB CA

Tra

nsf.

De

Alta

Ten

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Esquema de conexión (GST-Guard)



mVA & mWMedidor

Guarda

GST-Guard CB CA

Tra

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De

Alta

Ten

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Esquema de conexión (GST-Ground).



mVA & mWMedidor

Guarda

USTCB CA

Tra

nsf.

De

Alta

Ten

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5. ENSAYO DE VOLTAJE APLICADO.

Objeto de la prueba

• El objeto de la prueba es asegurar que los aislamientos entre devanados y entre devanados y partes aterrizadas soporten sobre voltajes temporales y de maniobra a los cuales está expuesto el transformador durante toda su vida útil.

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5. ENSAYO DE VOLTAJE APLICADO.Esquema de conexión. (AT-BT-Tierra)• Se aterriza el tanque del transformador bajo prueba.• Se cortocicuitan entre sí los terminales de cada devanado.• El devanado de AT se conecta al transformador Hit Pot.• El devanado de BT se conecta a tierra junto con el tanque.

X1 X2 X3X0H1 H2 H3

AC [60 Hz]

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5. ENSAYO DE VOLTAJE APLICADO.Esquema de conexión. (BT-AT-Tierra)• Se aterriza el tanque del transformador bajo prueba.• Se cortocicuitan entre sí los terminales de cada devanado.• El devanado de BT se conecta al transformador Hit Pot.• El devanado de AT se conecta a tierra junto con el

tanque.

X1 X2 X3X0H1 H2 H3

AC [60 Hz]

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6. ENSAYO DE VOLTAJE INDUCIDO.


• El objeto de la prueba es asegurar que los aislamientos entre las fases, espiras , capas, terminales de derivaciones y de fase soporten los sobre voltajes temporales y de maniobra a los cuales está expuesto el transformador durante su funcionamiento normal.

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6. ENSAYO DE VOLTAJE INDUCIDO.Esquema de conexión. • Se conecta el transformador, generalmente por el devanado de

BT, manteniendo en circuito abierto el otro devanado.

• La frecuencia de la fuente debe ser mínimo 2*fnominal

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6. ENSAYO DE VOLTAJE INDUCIDO.Categoría del devanado Tensión de serie

del equipoKV

PruebaLarga

duraciónCorta duracfase-fase

Corta dura fase-Tierra

Pr. voltaje aplicado

Norma ANSI / IEEEClase I (Aisl.uniforme) < 115 No aplica Rutina No aplica Rutina

Clase I (Aisl.no-unifor) < 115 No aplica Rutina Rutina Rutina

Clase II ≥115 Rutina No aplica No aplica Rutina

Norma IECAislam. Uniforme Um ≤ 72.5 No aplica No aplica Rutina Rutina

Aislam. Uniforme

72.5 <Um ≤ 170 No aplica No aplica Rutina Rutina

170<Um < 300 Rutina No aplica Especial Rutina

Um ≥ 300 Rutina No aplica Especial Rutina

Aislam. No-uniforme

72.5< Um ≤ 170 Especial Rutina Rutina Rutina

170<Um < 300 Rutina Esp (N 2) Esp (N 2) Rutina

Um ≥ 300 Rutina Especial Especial Rutina

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A

B

C

1 HoraOscil.Nivel màx de voltaje

Grafica (A). Secuencia de tiempos y voltajes para la prueba de tensiòn inducida. Segùn norma ANSI/IEEE

(A) - Es el tiempo necesario para la medición de descargas parciales.(B) - Es tiempo requerido para circular 7200 ciclos.(C) – Son 60 minutos durante los cuales se debe mantener el voltaje de prueba.

prueba

nomseg

fft .*120=

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U1 U2U2

A

B

C

D

E

Grafica (B). Secuencia de tiempos y voltajes para la prueba de ACLD. Los voltajes son fase-tierra. Norma IEC 76.3

A = 5 min C = El tiempo definido para corta duración (Ecuación No 1)

B = 5 min D = 60 minutos para Um ≥ 300 kV or 30 minutos for Um < 300kV.

E = 5 min

U2 normalmente es igual a 1.5 Um /√3 fase-tierra.

U1 normalmente es igual a 1.7 Um /√3 fase-tierra.

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7. MEDIDA DE PERDIDAS EN VACIO Y CORRIENTE DE EXCITACIÓN.


El objeto de la prueba es identificar las pérdidas sin carga (Po) y la corriente de excitación (Io) del transformador a voltaje y frecuencia nominal.

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7. MEDIDA DE PERDIDAS EN VACIO Y CORRIENTE DE EXCITACIÓN.Esquema de conexión.

Medida de pérdidas en vacío y corriente de excitación en transformador Trifásico

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7. MEDIDA DE PERDIDAS EN VACIO Y CORRIENTE DE EXCITACIÓN. (Corrección de pérdidas)

IEC 60076.1 2000

−+=

avmeanUavRMSUavmeanU

mPP 100

2*1

00

pavmeanUavRMSU

p

mPP

+

=IEEE/ANSI C57.12.90-1999

p1 - Pérdidas por Histéresis.

p2 - Pérdidas por corrientes de Eddy.

Pom - Pérdidas en vacío medidas.

Po - Pérdidas en vacío corregidas.

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8. MEDIDA DE PERDIDAS CON CARGA E IMPEDANCIA DE CORTO CIRCUITO.


El objeto de la prueba es determinar las pérdidas con carga (Pcu) y la impedancia de cortocircuito (Ucc) a corriente y frecuencia nominal.

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8. MEDIDA DE PERDIDAS CON CARGA E IMPEDANCIA DE CORTO CIRCUITO.Esquema de conexión.

Medida de pérdidas con carga (Pcu) e impedancia de cortocircuito (Ucc) en transformador trifásico.

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7. MEDIDA DE PERDIDAS CON CARGA E IMPEDANCIA DE CORTO CIRCUITO. (Corrección de pérdidas a In)

Pcu = ( Inom / Imed )2 * Pcu(med) Corrección de Pérdidas

Ucu = ( Inom / Imed ) * Ucc(med) Correción de impedancia

Pérdidas a corriente continua.

Pdc = 1.5 * ( I2

1nom * R1med + I2

2nom * R2med )

Padic = Pcu - PdcPérdidas adicionales.

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7. MEDIDA DE PERDIDAS CON CARGA E IMPEDANCIA DE CORTO CIRCUITO. (Corrección de pérdidas a In)

Pcu(ref) = Pdc * ( (Km + tref )/(Km + tmed ))+(Padic *((Km + tmed )/(Km * tref ))

Km - Coeficiente del material. 235 para cobre y 225 para aluminio.

tmed- Temperatura durante la medición.

tref- Temperatura de referencia.

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PRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS ELECTRICAS A TRANSFORMADORESPRUEBAS ESPECIALES

9. MEDIDA DE LA IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO .


El objeto de la medición es identificar el valor de la impedancia de secuencia cero, la cual se requiere para la protección y corrientes de falla a tierra.

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9. MEDIDA DE LA IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO .Esquema de conexión.

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10. PRUEBA DE IMPULSO ATMOSFERICO .


El objeto de la prueba es asegurar que los aislamientos del transformador soporten los sobre voltajes atmosféricos a los cuales estará sometidos durante su funcionamiento.

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10. PRUEBA DE IMPULSO ATMOSFERICO ..Esquema de conexión.

H3

H2

H1

X3

X0

Oscil.

La prueba se realiza aplicando un impulso atmosférico estándar de polaridad negativa. La forma de la onda del impulso está definido por las normas internacionales y debe cumplir con los siguientes valores: (ver forma de onda)

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10. MEDIDA DE LA IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO .Forma de onda para impulso standard.

TfTc

t

U

1.0

0.9

0.5

0.3

Tiempo de frente Tf 1.2 µs +/- 30%Tiempo de cola Tc 50 µs +/- 20%

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10. PRUEBA DE IMPULSO (Onda recortada en la cola).


El objeto de la prueba es verificar que los aislamientos del transformador pueden soportar los esfuerzos causados al aislamiento por ondas recortadas, las cuales pueden ocurrir durante el funcionamiento..

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10. PRUEBA DE IMPULSO ATMOSFERICO(Onda recortada).Esquema de conexión.

H3

H2

H1

X3

X0

Oscil.

El esquema de conexión utilizado durante la prueba es el mismo que durante la prueba de impulso, solo que se adiciona el dispositivo cortador de la onda.

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10. PRUEBA DE IMPULSO (Onda recortada en la cola).Forma de onda

Tf

Tc

t

U

1.0

0.9

0.5

0.3

Ts

Tiempo de frente Tf 1.2 µs +/- 30%Tiempo de cola Tc 50 µs +/- 20%Tiempo de corte Ts 2 µs a 6 µs

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10. PRUEBA DE IMPULSO (Impulso de maniobra).


El objeto de la prueba es verificar que los aislamientos entre devanados, entre devanados y tierra, entre terminales de fase y tierra y entre los diferentes terminales, puedan soportar los sobre voltajes de maniobra, los cuales pueden ocurrir durante el funcionamiento.

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10. PRUEBA DE IMPULSO (Impulso de maniobra).Esquema de conexión.

H3

H2

H1

X3

X0

Oscil.

La prueba se realiza aplicando un impulso atmosférico estándar de polaridad negativa. La forma de la onda del impulso está definido por las normas internacionales y debe cumplir con los siguientes valores: (ver forma de onda).

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10. PRUEBA DE IMPULSO (Impulso de maniobra).Forma de onda

Tf

Tz

t

U

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0.3

Td

Tiempo de frente Tf >100 µs Tiempo por encima 90% Up Td >200 µs Tiempo al primer cero Tz >1000 µs

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11. MEDIDA DE DESCARGAS PARCIALES


El Objeto de la prueba es identificar descargas eléctricas localizadas, las cuales no cruzan los electrodos de la estructura de los aislamientos. El esfuerzo del campo en una parte débil del dieléctrico puede exceder la capacidad del dieléctrico y por consiguiente causar una falla

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11. MEDIDA DE DESCARGAS PARCIALES.

q = Cb * Uc

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Figura. Circuito análogo para una cavidad llena de gas.

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Efecto de las descargas parciales.

Las descargas parciales no conducen inmediatamente a una falla. Ellas tienen sin embargo otros efectos en el medio aislante.

- La superficie del dieléctrico es bombardeado por iones, los cuales causan elevación de la temperatura y pueden resultar en degradación y cambios químicos en el material aislante.

-- Los cambios químicos pueden aportar componentes que aceleran el envejecimiento. También las descargas pueden ser extinguidas por influencia de otros productos de la degradación.

-- Las descargas ocasionan un alto esfuerzo en puntos cercanos al sitio de la descarga.

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12. PRUEBA DE ELEVACION DE TEMPERATURA.


El objeto de la medida es verificar que la elevación de la temperatura del aceite y los devanados no excedan los limites acordados o los especificados por las normas

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12. PRUEBA DE ELEVACION DE TEMPERATURA.Ejecución de la prueba.

La prueba se realiza utilizando el método de corto circuito. La temperatura de los devanados es determinada por el método de la resistencia. La prueba se realiza de la siguiente manera:

Inicialmente se mide la resistencia y la temperatura del aceite. La resistencia se mide entre terminales de línea ó fase-neutro. La temperatura del devanado se considera igual a la temperatura del aceite

Determinación de la temperatura de elevación del aceite.

La potencia que se suministra al transformador bajo pruebas es igual a la suma de las pérdidas en vacío y las pérdidas con carga en la derivación donde se desea conocer la elevación de temperatura (Generalmente, la derivación de mayores pérdidas).

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Corte 1.°C

t(hora)t1 t2 t3t0 t4 t5

Estabilización

Corte 2.

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La elevación de la temperatura del aceite puede ser calculada partiendo de los valores de las temperaturas registradas cuando se alcanza el equilibrio térmico.

La elevación superior del aceite Θelev

Θelev(a) = θac.sup - θamb

Donde:θac.sup - Temp. superior del aceite. θamb - Temp. ambiente.

La elevación promedio del aceite Θelev.med(a)

Θelev.med(a) = θac.sup - ((θrad sup- θrad.inf)/2)- θamb

Donde:θrad sup - Temp. Super. radiador. θrad.inf - Temp. Infer. radiador.

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Determinación de la temperatura de los devanados.

Sin interrumpir la alimentación de la prueba, se reduce la corriente circulante al valor de la corriente nominal y se mantiene por una hora..

La temperatura de los devanados Θdev.med

Temperatura promedio del aceite antes de la medida de la resistencia en caliente

Θelev.med© = θac.sup© - (θrad sup©- θrad.inf©)/2

Donde:θac.sup© - Temperatura superior del aceite antes del corte.θrad sup© - Temperatura superior del radiador antes del corteθrad.inf© - Temperatura inferior del radiador antes del corte.

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La temperatura promedio de los devanados. (Θdev.med)Θdev.med = (Rc/Rf)*(Kmat+ Tdev.frio) - Kmat

Donde:Rc - Valor de la resistencia en caliente.Rf - Valor de la resistencia en frio.Kmat - Coeficiente del material de los devanados. (235 cobre, 225 Aluminio)Tdev.frio - Temperatura del devanado en frio.

La temperatura promedio de los devanados sobre el aceite(Gradiente Θdev-ac)Θdev-ac = Θdev.med - Θelev.med©

La temperatura promedio de los devanados sobre el ambiente (Θdev-amb)Θdev-amb = Θelev.med(a) + Θdev-ac

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13. PRUEBA DE RUIDO AUDIBLE.


El objeto de la prueba es verificar que el nivel de ruido del transformador cumpla los requerimientos del cliente ó en su defecto los de la normas acordadas. Por solicitud del cliente se realiza también el análisis del espectro del sonido indicando la magnitud de los componentes del sonido. (medidos en un ancho de banda especificado) como función de la frecuencia.

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12. PRUEBA DE RUIDO AUDIBLE.Ejecución de la prueba.

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VÁLVULA PPAL.

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TRANSF. TANQUE.1 M

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