Tema 3 Transform Ad Or

TEMA 3

TRANSFORMADORES

REPUBLICA DE GUINEA ECUATORIALMINISTERIO DE MINAS, INDUSTRIA Y ENERGA

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Transformador

Un transformador es una mquina electromagntica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la tensin alta o baja, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.

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Tipos de Transformador segn su ubicacin en el Sistema Elctrico

Generacin15-30 kV

TransformadorElevador

Transporte380-400kV

Distribucin

TransformadorConsumo240-400 V

Consumo

TransformadorReductor

15kV

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Si aumenta la tensin, la corriente disminuye, por lo tanto:

Se requiere menor seccin del conductor. Hay menores prdidas por efecto Joule.

Efecto del aumento de Voltaje en la Corriente

Partes Principales de un Transformador

Ncleo magntico. Conjunto de laminaciones de acero al silicio de baja reluctancia, con arreglo de trayectoria cerrada por donde circula el flujo magntico. Devanado de baja tensin. Es la parte de circuito elctrico, construido con cobre aluminio, de nmero reducido de espiras, de baja resistencia ohmica y alta corriente, se conoce como secundario.

Devanado de alta tensin. Es la otra parte del circuito elctrico, construido de cobre, de nmero alto de espiras, de alta resistencia ohmica y baja corriente se nombra primario.

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Funcionamiento

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearn un campo magntico variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magntico variable originar, por induccin, la aparicin de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. La relacin entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns).

Si el nmero de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, si aplicamos una tensin alterna de 230 Voltios en el primario, obtendremos 23000 Voltios en el secundario (una relacin 100 veces superior, como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre el nmero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relacin de vueltas del transformador o relacin de transformacin. Como la potencia aplicada en el primario, en el caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 Amperios, la del secundario ser de solo 0,1 amperios (una centsima parte).

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Tipos de Transformadores

Segn funcionalidad Transformadores de potencia

Transformadores de comunicaciones

Transformadores de medida (Potencial e Intensidad)Por los sistemas de tensiones Monofsicos

Trifsicos

Segn tensin secundario Elevadores

Reductores

Segn tipo de instalacin Interior

Sumergible

Intemperie

Segn tipo de Aislamiento SecoEn Aceite

En Silicona

Segn refrigeracin NaturalForzada

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Conexiones en Transformadores Trifsicos

Conexin Delta-Delta: se emplea normalmente en lugares donde existen tensiones relativamente bajas; en sistemas de distribucin se utiliza para alimentar cargas trifsicas a 3 hilos. Esta conexin presenta la desventaja de no tener hilo de retorno; sin embargo tiene la ventaja de poder conectar los devanados primario y secundario sin desfasamiento.

Conexin Delta-Estrella: se emplea en aquellos sistemas de transmisin en que es necesario elevar voltajes de generacin. En sistemas de distribucin es conveniente su uso debido a que se pueden tener 2 voltajes diferentes (entre fase y neutro).

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Conexin Estrella-Delta: se utiliza esta conexin en los sistemas de transmisin de las subestaciones receptoras cuya funcin es reducir voltajes. En sistemas de distribucin es poco usual; se emplea en algunas ocasiones para distribuir rural a 20 kV.

Conexin Delta Abierta Delta Abierta: esta puede considerarse como una conexin de emergencia en transformadores trifsicos, ya que si en un transformador sufre una avera cualquiera de sus fases, se puede seguir alimentando carga trifsica operando el transformador a dos fases solo que su capacidad disminuye a un 58,8% aproximadamente.

La conexin V-V se emplean en sistemas de baja capacidad.

Conexin de transformadores Monofsicos en bancos Trifsicos: se emplean en 2 tipos de circuitos:

.- Circuitos de muy alto voltaje

.- Circuitos que requieran alta confiabilidad en su continuidad de servicio, disponindose de 4 transformadores monofsicos, 3 en operacin y 1 de reserva.

Las conexiones que se realizan en bancos de transformadores monofsicas, en general son las mismas que se realizan en transformadores trifsicos.

Conexin Estrella-Estrella: se emplea en tensiones muy elevadas, ya que disminuye la cantidad de aislamiento. Tiene la desventaja de no presentar oposicin a las armnicas impares; en cambio puede conectarse a hilos de retorno.

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Datos de Placa

1.- Serial: Nro de identifiicacin del equipo dada por el Fabricante

2.- Fecha de Fabricacin3.- Tipo4.- Norma de Fabricacin5.- Mxima Temperatura Ambiente de Operacin6.- Potencia Nominal (KVA o MVA)7.- Voltajes y Corrientes de Operacin8.- Frecuencia de Operacin9.- Tipo de Enfriamiento: ONAN (Oil Natural Air Natural)

ONAF (Oil Natural Air Forced)10.- Clase de Temperatura: Aumento de Temperatura del Devanado y del Aceite11.- Clase de Aislamiento: Tensin mxima permitida en Rgimen Permanente12.- Nivel Bsico de Aislamiento: Tensin mxima permitida en Rgimen Transitorio13.- Impedancia (% de Voltaje en Cortocircuito)14.- Grupo Vectorial15.- Diagrama de Conexin16.- Tabla de Conexiones17.- Pasos del Cambiador de Tomas18.- Cantidad de Aceite19.- Pesos (Sin Aceite, del Aceite, Total, del Embalaje)20.- Material de los Devanados (Cu Cu / Cu Al / Al Al)21:- Informacin Adicional (Presin Mxima Interna, Presin de Vaco) 10

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Aspectos ConstructivosPartes de un transformador:.- Ncleo

.- Devanados

.- Sistema de refrigeracin

.- Aisladores y Accesorios

Ncleo: .- Constituye el circuito magntico.- Compuesto por lminas de acero al silicio.- Cubiertas por material aislante.- Partes del Ncleo: - Columnas

- Culatas- Ventanas

.- Tipos de Ncleos:

Acorazado De Columnas

.- Juntas Unin Culata - Columna:

Tope Solape

PARES IMPARES

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Ncleo: .- Seccin Transversal de las Columnas

Aspectos Constructivos

1kVA 1000kVA

Devanados: .- Constituyen el circuito elctrico del transformador.- Conductores de Cobre y/o Aluminio (Redondos o Pletinas).- Aislados entre s y con masa o tierra (Aislamiento de Barrera y entre Capas o

Espiras).- Disposicin de los Devanados:

CONCENTRICOS ALTERNADOS

.- La Disposicin de los Devanados inciden directamente sobre la impedancia

A.T.

B.T.

A.T.B.T.

A.T.B.T.

B.T.

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Aspectos ConstructivosSistema de Refrigeracin: .- Disipa el calor producido debido a prdidas en el Ncleo y

en los Devanados, est estrechamente relacionado con la vida til del transformador.

.- En Transformadores Secos, el medio refrigerante es el Airepor circulacin natural o tambin forzada.

.- En Transformadores Inmersos (Aceite, Silicona, etc), el medio de inmersin cumple funcin de refrigeracin, deaislamiento y de preservacin de los componentes activos.

.- Entre Devanados y entre espiras se colocan ductos de refrigeracin, para facilitar la circulacin del medio refrigerante por conveccin.

.- El tanque o cuba forma, segn sus dimensiones, establecela superficie de intercambio de calor con el medio ambiente,que en caso de no ser suficiente, se pueden agreganradiadores para aumentarla y mejorar la refrigeracin.

.- Segn los cambios de temperatura, los lquidos de inmersin se expanden y se comprimen; algunos diseos de cubas utilizan depsitos de expansin, los cuales tienen un filtro paraabsorber la humedad.

Bajo Nivel de Aceite => SobretemperaturaAlto Nivel de Aceite => Sobrepresin 13

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Aisladores Pasatapas: .- Constituyen el medio de conexin del transformador con elsistema elctrico

.- Se denominan as por su diseo de pasar a travs de las tapas o la misma cuba del transformador.

.- Normalmente son de porcelana y segn el nivel de tensinse rellenan con algn dielctrico (aire o aceite) para aumentarsu nivel de aislamiento.

.- Las tecnologas ms recientes estn introduciendo el uso deresinas moldeables y polmeros como material de fabricacin.

A B C

n a b c

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Aspectos ConstructivosAccesorios

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Accesorios

Cambiador de Tomas .- Constituye el medio de regulacin de tensin del devanado secundario y consiste en un conjunto de conexiones derivadas de un devanado para conectar un determinado nmero de vueltas a travs de un mecanismo.

.- Las tomas son hechas en el devanado de alto voltaje (baja corriente) para minimizar los requerimientos de los contactos.

.- Cada toma est a un nivel de voltaje diferente, por lo que ambos procedimientos (conexin desconexin) no pueden hacerse simultneamente, pues se cortocircuitara un nmero de espiras del devanado variable, provocando corrientes muy altas. Lo que demanda que el sistema se desenergice para modificarse.

.- Comnmente se utilizan 5 posiciones, siendo la posicin 1 (+) la de ms nmero de espiras conectadas y por ende la de ms bajo voltaje en el secundario y la posicin 5 (-) la de menos nmero de espiras y ms alto voltaje.

.- Existen cambiadores de tomas que operan energizados, los cuales involucranmecanismos mucho ms complicados y van en una cuba aparte del transformadorinmerso en dielctrico para evitar la contaminacin. Pueden ser mecnicos o electrnicos.

.- Existen los transformadores de doble tensin (normalmente en el primario), que poseen un cambiador de tomas de 2 posiciones, independiente al de regulacin de voltaje, esto se utiliza en transformadores que pueden ser utilizados en diferentes redes o en redes que sern modificadas a mediano o corto plazo.

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CUBA PRINCIPAL

REL BUCHHOLTZ

Flotador 1

Depsito conservador

Red de A.T.Rel

Disyuntor de A.T.

muelle antagonista

TRANSFORMADOR

Disyuntor de B.T.

Rel

Red de B.T.

Alarma acstica

Flotador 2burbujasde gas

eje de giro

Aspectos ConstructivosAccesoriosRel Buchholz.- Denominado tambin como rel de presin sbita, es un dispositivo de proteccin, que al activarse procede a abrir los

interruptores que conectan al transformador del sistema..- Se utiliza en transformadores que poseen tanque de expansin o conservador y se instala en la lnea que interconecta la

cuba con dicho tanque y se llena de aceite durante su operacin..- Cuando ocurren sobrecargas sostenidas o descargas internas en el transformador, se generan gases, los cuales se van

acumulando en el cuerpo del rel Buchholz. Ante leves y sostenidas sobrecargas, estos gases se van acumulando y van forzando hacia abajo el nivel de aceite en el rel, moviendo un flotador que activa un contacto que origina una alarma. Al ocurrir arqueo interno, la generacin de gases es ms rpida, acelerando el flujo de aceite hacia el conservador, que acciona una veleta ubicada en el paso del aceite y cierra un contacto que ordena la desconexin del transformador.

.- Posee un dispositivo para muestrear el gas acumulado, el cual si es inflamable, evidencia problemas internos en el transformador. Tambin permite detectar fugas de dielctrico.

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AccesoriosIndicadores de Temperatura.- En transformadores inmersos en aceite Se utilizan normalmente 2 indicadores de temperatura, uno para el aceite y otro para el devanado. El primero solo activa alarma al superarse los 80C; mientras que el otro activa alarma a los 90C y desconecta el transformador a los 95C. Estos valores dependen de la Clase del Transformador, la temperatura ambiente de operacin y la temperatura de degradacin del aislamiento del aislamiento slido (105C). .- El indicador de temperatura del aceite es una termopar (PT100) que hace la medicin de manera directa..- La medicin de temperatura del devanado se hace de manera indirecta, por el peligro que conlleva medir temperatura en un elemento con alto voltaje. El mtodo utilizado es el de Imagen Trmica que consiste en medir la temperatura en una resistencia de calentamiento, por la cual circule una corriente proporcional a la corriente del devanado, si no existe corrientealguna, este indicador estar midiendo la temperatura del aceite.

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Aspectos ConstructivosAccesoriosDescargador de Sobretensin (Pararrayo)

Los descargadores de sobretensiones son elementos que controlan o limitan los sobrevoltajes que pudieran ser dainos para los equipos de potencia, tales como, transformadores de potencia, de medicin y proteccin, seccionadores e interruptores, entre otros.

Como elemento protector de los circuitos elctricos, se utilizan en la actualidad dos tipos de pararrayos, los de Resistencia Variable y los de xido de Zinc. Los primeros asocian una serie de explosores y unas resistencias no lineales (varistancias) capaces de limitar la corriente despus del paso de la onda de choque. Se caracterizan por su tensin de extincin a frecuencia industrial ms alta bajo la cual el pararrayos puede descebarse espontneamente. Los segundos estn constituidos solo por varistancias y reemplazan a los anteriores cada vez ms, ya que su caracterstica principal es la no linealidad de las varistancias de ZnO, que facilitan que la resistencia pase de unos 1.5 Mohms a 15 Ohms entre la tensin de servicio y la tensin nominal de descarga.

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Aspectos ConstructivosDescargador de Sobretensin (Pararrayo)

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Campo de aplicacin y principio de funcionamiento: Se emplean para la proteccin del aislamiento de transformadores, capacitores, cables y otros dispositivos elctricos, frente a sobretensiones (externas) de origen atmosfrico e internas (de maniobra), que podran afectarlos irreversiblemente, para lo cual debern instalarse lo ms cerca posible del dispositivo a proteger. La funcin del descargador es derivar a tierra las tensiones que alcancen un nivel peligroso para la aislacin del equipamiento protegido.

Por otro lado no deben operar cuando las sobretensiones no son peligrosas. En condiciones normales, cuando est aplicada entre sus bornes la tensin fase - tierra, adoptan un alto valor de resistencia interna, que da lugar a una circulacin de corriente de unos pocos mA. En ocasin de una sobretensin como las mencionadas anteriormente, su caracterstica no lineal hace que su resistencia descienda a valores muy bajos, limitando el valor de la sobretensin a un valor conocido como tensin residual.

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Descargador de Sobretensin (Pararrayo)Seleccin del descargador adecuado:1)Corriente Nominal: Es el valor de corriente de descarga que soporta ilimitadamente el descargador bajo una onda de impulso de 8/20seg, y que viene normalizada en dos valores de 5 y 10kA. El criterio de eleccin en este caso es una combinacin de factores tcnicos y econmicos:

- Nivel cerunico de la regin, identificado por el nmero histrico anual de tormentas elctricas. - Importancia del equipo a proteger. - Tipo de lneas entrantes al equipo.- Nivel de aislacin de las lneas.- Impedancia de la toma de tierra.

2)Tensin nominal: Se elige considerando la mxima tensin permanente de operacin (MCOV), que puede aplicarse en forma ininterrumpida entre los terminales del descargador. Las sobretensiones que superan el MCOV del descargador producen un incremento en corriente que da lugar al aumento de las prdidas y la temperatura del aparato, afectando por lo tanto su estabilidad. Para la determinacin del MCOV mas adecuado para una aplicacin especfica, se porcede del siguiente modo:

- Definir la tensin eficaz mxima de lnea de la red: UL max- Determinar el tiempo mximo de limpieza de la falla: t max- Haciendo uso de los siguientes grficos deterninar el TOV (Sobretensin transitoria de frecuencia industrial).


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Aspectos ConstructivosOtros Accesorios

.- Indicadores de Nivel de Aceite

.- Dispositivos de Alivio de Presin: consiste en un disco presionado por un muelle que funciona como una vlvula que abre ante la fuerza de presin interna por acumulacin sbita de gases.

.- Desecador: consiste en un recipiente que contiene Silica Gel (elemento que absorbe la humedad) por el cual pasa el aire que entra al tanque conservador producto de las expansiones del aceite por los cambios de temperatura.

.- Vlvulas de llenado, drenaje y de toma de muestras de Aceite

.- Ventiladores

.- Tapas de Visita o Inspeccin

.- Terminales para puesta a tierra

.- Ganchos para izamiento

.- Bases para instalacin de gatos hidrulicos22

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Ensayos de Diseo Pruebas Tipo

Estos ensayos estn orientados a verificar el diseo de un determinado diseo de transformador. En su Diseo, a los Transformadores se le evalan 3 parmetros principales, loscuales son:

Aislamiento => Ensayo al Impulso

Capacidad Trmica => Ensayo de Aumento de Temperatura

Rigidez Mecnica => Ensayo de CortocircuitoEnsayo al ImpulsoConsiste en aplicar a todas las bornas del transformadory de manera individual una descarga elctrica de altatensin de corta duracin que est normalizada, tratandouna descarga atmosfrica.

Esta descarga tiene una forma de onda como la de la figura, donde el valor mximo de la onda se alcanza a los1,2 milisegundos y en un momento de su descenso, llega a la mitad del valor mximo a los 50 milisegundos;por ello se le conoce como la onda normalizada 1,2/50.

El valor de Vmax est normalizado en tablas, segn elNivel Bsico de Aislamiento de diseo del transformador.

Onda Normalizada 1,2/50

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Ensayo al ImpulsoSe conecta una borna del transformador a un equipoGenerador de impulsos, las dems bornas se debende conectar a tierra, de manera firme y se deben desensar todas las ondas de tensin y corriente medianteun osciloscopio.

Primero se aplica una onda cuyo valor mximo sea el50% del valor correspondiente al BIL del transformadory se toma la forma de onda de la corriente producto de esa descarga. Posteriormente se somete el equipoa una descarga al 100% del valor de la prueba, tomndose nuevamente la forma de onda de la corriente. Ambas formas de corriente, la de onda reducida y la de onda completa deben ser similares, de lo contrario, el equipo no pasa la prueba.

Onda de Corriente no aceptable Onda de Tensin no aceptable 24

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Ondas de Tensin de Prueba Onda de Corriente aceptable

Ensayos de Diseo Pruebas TipoEnsayo al Impulso

25Generador de Impulsos

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Ensayo de Aumento de TemperaturaConsiste en simular la operacin del transformador a plena carga y verificar que cumpla con su Clase de Aumento de Temperatura. Antes de ser sometido al ensayo el transformador debe haber satisfecho todos los ensayos de rutina. El lugar de prueba debe estar en lo posible libre de corrientes de aire y cambios bruscos de temperatura. Para reducir los errores se colocan 3 termosensores testigos en los alrededores del transformador para tomar una buena medida de la temperatura ambiente y se toma la temperatura del Aceite superior en el transformador.

Montaje del Ensayo

26Realizado por:

Se energiza el devanado de alta tensin, tal que las perdidas ocasionadas sean iguales a la suma de las prdidas en vaco ms las prdidas con carga, en la toma que produce las mayores prdidas corregidas a la temperatura de 85C; dichas prdidas deben ser m antenidas constantes durante el ensayo. Se toma registro de temperatura ambiente y de nivel superior de aceite cada 30 minutos, ajustando los valores de prdidas totales.

El ensayo continuar hasta que la elevacin de la temperatura con respecto al ambiente sea menor de 3C. En 1 hora o 1C: por hora durante cuatro lectu ras horarias consecutivas; una vez alcanzada la condicin anterior se disminuye la alimentacin de energa hasta alcanzar el valor de la corriente en la toma en que se realiza el ensayo y se mantiene por espacio de una hora.

Se desconecta la alimentacin y sucesivamente se retiran los puentes de baja tensin. Se mide el tiempo que transcurre desde la desconexin hasta la medicin de la primera resistencia, que no deber ser mayor de 4 minutos. Despus de la primera lectura se registran lecturas de resistencia cada 30 segundos hasta completar 15 lecturas en total.


Ensayo de Aumento de Temperatura

Medicin de Resistencia del Devanado de B.T. 27

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Se realizan 2 curvas con los registros; una de Aumento de Temperatura del aceite vs. Tiempo y la otra de Resistencia vs. Tiempo. Con ambas curvas, mediante extrapolacin grfica se obtienen los valores de Aumento de Temperatura del Aceite y de la Resistencia de B.T. al momento de la desconexin y se obtiene el valor de aumento de temperatura del punto ms caliente del transformador, el cual debe ser a lo sumo igual al de la Clase del diseo bajo el cual se construy.


Ensayo de Aumento de Temperatura

Ensayo de Cortocircuito

t

I

Dao Trmico

Dao Mecnico

In/Z

Consiste en someter al transformador a un cortocircuito franco en sus terminales, a tensin nominal y a una magnitud de corriente de In/Z por espacio de 0,1 segundos; con el objetivo de verificar las condiciones mecnicas de ensamblado del transformador y su aislamiento.

Es un ensayo que solo se realiza a prototipos de un diseo y que se realiza en laboratorios especializados, ya que requieren de una infraestructura elctrica lo suficientemente rgida para soportar este tipo de pruebas. Curva de Dao del Transformador

28Realizado por:

Ensayos de Rutina Pruebas de Recepcin

Estos ensayos estn orientados a verificar la calidad de los materiales y el procesode manufactura de un determinado transformador.

Ensayo o Prueba Verifica / Mide

Potencial Aplicado Aislamiento de Barrera

Potencial Inducido Aislamiento de Capas y Espiras

Relacin de Transformacin (TTR) Relacin de TransformacinCortocircuito Tensin de Cortocircuito o Impedancia

y prdidas con cargaVaco Corriente de Magnetizacin y Prdidas

sin cargaHermeticidad / Estanqueidad No existencia de fugas de Aceite

29Realizado por:

Ensayos de Rutina Pruebas de RecepcinEnsayo de Potencial AplicadoEl objeto del ensayo es verificar que no exista fallas en el aislamiento de barrera, es decir, entre los devanados mismos y entre los devanados y tierra.

Consiste en aplicar un cierto nivel de tensin (segn el diseo de aislamiento de los devanados) a cada devanado del transformador, conectando el otro devanado junto con la cuba a tierra. La duracin del ensayo es de 60 seg. para cada devanado.

El ensayo se considera satisfactorio si durante el tiempo de duracin del mismo no se presentan anomalas dentro del transformador tales como: ruido audible, humo, burbujas, aumento sbito de la intensidad consumida. La falla ms frecuente durante el ensayo es el aumento brusco de la corriente a consecuencia de: baja aislacin entre las espiras, defecto del papel aislante y/o bajo nivel de aceite.

Ensayo de Potencial Aplicado por elDevanado de Alta Tensin

Ensayo de Potencial Aplicado por elDevanado de Baja Tensin

30Realizado por:

Ensayos de Rutina Pruebas de RecepcinEnsayo de Potencial InducidoEste ensayo permite comprobar el aislamiento entre espiras de los devanados de alta y baja tensin y el aislamiento contra el tanque o cualquier elemento aterrado.

Consiste en la aplicacin de una tensin de ensayo igual al doble de la tensin nominal a una frecuencia que sobrepasa suficientemente la secuencia nominal, a fin de evitar una corriente de excitacin excesiva.Esta tensin se aplica por el lado de B.T. durante un tiempo determinado por la siguiente relacin:

t = (120 x Fn) / Fp

siendo Fn= frecuencia nominal y Fp= frecuencia del ensayo, ambas en Hertz

El ensayo se considera satisfactorio si no se presentan anomalas tales como: ruidos audibles, humo, burbujas, aumento brusco de la corriente de alimentacin. La falla ms frecuente es el aumento sbito de la corriente de alimentacin y simultneamente se dispara la proteccin (fusible o disyuntor), lo que es indicio de que ocurri un cortocircuito que pueda estar localizado entre el devanado de baja tensin contra el ncleo o el devanado de alta tensin contra algn otro elemento conectado a tierra.

Ensayo de Potencial Inducido 31Realizado por:

Ensayos de Rutina Pruebas de RecepcinEnsayo de Relacin de Transformacin (TTR)Este ensayo tiene por objeto determinar la polaridad y relacin de transformacin; mediante un equipo diseado para tal fin que es un medidor de relacin de transformacin (T.T.R.)Como primer paso se debe conocer o calcular el valor terico de la relacin de transformacin a partir de la tensin del primario con respecto a la tensin del secundario:

En transformadores monofsicos => R = Vat / Vbt Vat = Voltaje de A.T.En transformadores trifsicos => R = Vat / (3 x Vbt) Vbt = Voltaje de B.T.En el equipo T.T.R. se acciona manualmente la manivela del generador en el sentido de las agujas del reloj hasta que el voltmetro indique 8 Volt, vigilando que la corriente del ampermetro registre un valor que no sea ni 0 ni el mximo y simultneamente se observa si la aguja del detector esta en 0, en caso contrario mover las perillas de seleccin hasta que dicho detector indique 0. En ese momento se obtiene la relacin de transformacin, que debe ser igual a la calculada previamente. El criterio de aceptacin de este ensayo ms aceptado es que el valor de relacin est dentro del valor nominal calculado con una tolerancia de 0,5%.Causas frecuentes de fallas: los terminales del equipo estn invertidos, uno de los terminales internos est descompuesto, el devanado est abierto o cortocircuitado bien sea entre capas o entre espiras.

32Realizado por:

Ensayos de Rutina Pruebas de RecepcinEnsayo de CortocircuitoEl objeto de este ensayo es determinar las prdidas en los arrollados y la tensin de cortocircuito (impedancia).

Consiste en cortocircuitar el devanado de B.T del transformador y alimentar mediante una fuente variable de tensin el lado de A.T. hasta alcanzar su corriente nominal, para tomar los registros de la tensin medida en AT y los vatios de prdidas, tambin se toma la medida de la temperatura del aceite durante la prueba. Los problemas ms frecuentes se manifiestan por registro de perdidas altas debido a: Cambiador de toma no esta en posicin nominal, conexiones internas flojas, seccin insuficiente de los conductores utilizados para cortocircuitar el devanado de B.T. No se leen prdidas como consecuencias de un circuito abierto en el devanado de baja tensin.

Segn la norma que se est aplicando para realizar el ensayo, las prdidas, ya sea el devanado de cobre o de aluminio, se refieren a una temperatura de referencia mediante una equivalencia y luego se procede a calcular la impedancia del transformador a la temperatura de referencia. Una buena aproximacin de la impedancia es la relacin en % de la tensin medida de cortocircuito respecto a la tensin de A.T.

El criterio de aceptacin depender de la especificacin del equipo, donde el cliente fije las mximas prdidas con carga admisibles en dicho documento, as como su impedancia; sin embargo, segn la configuracin de las bobinas en el transformador, se tienen valores tpicos de impedancia:

Ensayo de Cortocircuito (Medicin de Prdidas con Carga)

Disposicin de Devanados

Impedancia (%Z)

Ncleo-Baja-Alta 5 10 %Ncleo-Alta-Baja 1 2 %

Ncleo-Baja-Alta-Baja

3 4 %

33Realizado por:

Ensayos de Rutina Pruebas de RecepcinEnsayo de VacoEl Objeto de este ensayo es conocer las perdidas en el ncleo, as como las corriente de vaco del transformador.

Consiste en aplicar la tensin nominal del transformador por el lado de B.T., teniendo el devanado de A.T. abierto y tomar los registros de las lecturas del wattmetro (prdidas en vaco) y ampermetro (corriente de vaco) instalados en el lado de B.T.Luego se procede a calcular el porcentaje de la corriente en vaco segn la base de la corriente de B.T. Los problemas ms frecuentes se manifiestan por registro de prdidas altas en el ncleo y corriente de vaco alta a consecuencia de lminas del ncleo flojas y/o corta exposicin en el horno para el secado de la unidad.

La aceptacin de la prueba depender de las especificaciones del equipo, donde el cliente fije las mximas prdidas sin carga admisibles, as como la mxima corriente de vaco en dicho documento; sin embargo es buena prctica que la corriente de vaco no est por encima del 2 o 3%, de modo de asegurar la no saturacin del ncleo.

Ensayo de Vaco (Medicin de Corriente y Prdidas sin Carga) 34Realizado por:

Pruebas y Ensayos de Mantenimiento

Estos ensayos estn orientados a verificar el estado del aislamiento del transformador mientras est en operacin

Ensayo o Prueba Verifica / Mide

Potencial DC (Hi-Pot) Aislamiento de BarreraResistencia de Aislamiento Aislamiento

Indice de Polarizacin y Absorcin Aislamiento

Factor de Potencia Aislamiento

Fsico-Qumicos del Aceite AislamientoMedicin de Devanados Continuidad de los Devanados

35Realizado por:

Pruebas y Ensayos de MantenimientoEnsayo de Potencial DC o Hi-PotEs un ensayo de campo cuyo objetivo es revisar el estado del aislamiento entre los devanados mismos y entre los devanados y tierra midiendo la corriente de fuga.

Consiste en aplicar un cierto nivel de tensin DC, usualmente de magnitud igual al doble del devanado bajo prueba a cada bobinado del transformador, conectando el otro junto con la cuba a tierra. La duracin del ensayo es de 60 seg. para cada devanado midindose la corriente de fuga del aislamiento.

El ensayo se considera satisfactorio si durante el tiempo de duracin del mismo no se presentan anomalas dentro del transformador tales como: ruido audible, humo, burbujas, aumento sbito de la intensidad de fuga medida.

Para realizar la prueba se utiliza un equipo porttil que consta de 2 unidades, una de control y otra de alta tensin, las cuales en combinacin se conectan a una fuente de energa elctrica alterna o una toma elctrica de 110 V o 220 V para energizarlo y poder operarlo.

Equipo Hi Pot (Unidad de Control y Unidad de Alta Tensin) 36Realizado por:

Pruebas y Ensayos de MantenimientoEnsayo de Medicin de Resistencia de AislamientoTiene por objeto verificar que los aislamientos del transformador cumplen con la resistencia mnima soportable para la operacin a la que estn sometidos y comprobar la adecuada conexin entre sus devanados y tierra.

El mtodo de prueba de la resistencia de aislamiento de un transformador es el de medicin directa con un instrumento (Megger). Estos equipos varan segn del grado de exactitud de la lectura de la resistencia de aislamiento que se quiera conocer.

El significado de la resistencia de aislamiento generalmente requiere de cierta interpretacin y depende bsicamente del diseo, sequedad y limpieza de los aislantes que envuelven al transformador. El procedimiento consta bsicamente de los siguientes puntos claves :

.- Todos los devanados deben estar inmersos en el mismo liquido aislante.

.- Todos los devanados deben de estar cortocircuitados.

.- Todas las boquillas del transformador deben estar en su lugar.

.- Todas las terminales que no se consideran en la prueba as como la carcaza y el tanque debern conectarse a tierra mientras se aplique el voltaje de prueba.

.- Deben seguirse las indicaciones de cada instrumento de medicin dependiendo del que se trate tenindose como mnimas las siguientes:

Megger analgico. Primeramente se debe seleccionar el voltaje de prueba, segn las recomendaciones del fabricante. Puesto que no se cuenta con normas publicadas que contengan una especificacin ms detallada: como una regla general, el voltaje de prueba debe ser aplicado hasta que se registre una lectura que no cambie en un margen de 15 seg.o la lectura final que observa en el transcurso de 60 seg. En circuitos capacitivos se deberejercer la tensin de prueba por un minuto o ms para completar la carga de la muestra.

Diagrama de Conexin de Megger analgico

37Realizado por:

Voltaje nominal de referencia (V)

Voltaje de prueba (V)

Menos de 115 250

115 250 o 500

230 500

460 500 o 1000

.- Las pruebas de resistencia de aislamiento debern realizarse con los circuitos de igual voltaje conectados entre s y los circuitos de diferente voltaje debern ser probados por separado, por ejemplo:

Alta tensin vs. Baja tensin Alta tensin vs. Tierra Baja tensin vs. Tierra Neutro vs. Tierra (En el caso de que el neutro no est conectado directamente a tierra)

.- La prueba debe ser interrumpida inmediatamente si la lectura de la corriente comienza a incrementarse sin estabilizarse.

.- Podran presentarse descargas parciales durante las pruebas de resistencia de aislamiento que puedan causar al transformador bajo prueba y tambin arrojar resultados errneos en los valores de las lecturas de medicin, para este caso se deber hacer una pausa y continuar posteriormente con la prueba.

.- Despus de que la prueba haya sido completada se debern aterrizar por un periodo de tiempo suficiente para liberar cualquier carga que haya quedado atrapada.

Voltaje de prueba para equipos de B.T.

Pruebas y Ensayos de MantenimientoEnsayo de Medicin de Resistencia de Aislamiento (cont.)

Megger Manuales 38Realizado por:

Pruebas y Ensayos de MantenimientoIndice de Polarizacin

Raisl

t (min)Curva Resistencia de Aislamiento vs. tiempo

Ifuga

t (min)Curva Corriente de fuga vs. tiempo

Indice de Polarizacin

Estado del Aislamiento

Ms de 2 Bueno1,25 a 2 Regular

1,1 a 1,25 Deficiente1,0 a 1,1 Malo

Menos de 1 Peligroso

El ndice de polarizacin es un cociente entre mediciones de resistencias de aislamiento y/o corrientes de fuga en tiempos especficos que ofrecen un diagnstico del estado del aislamiento del transformador:

min)10(min)1(

f

fII

IP =min)1(min)10(

aisl

aisl

RRIP =

Criterios del Ensayo

El criterio ms utilizado es hacer las mediciones de Resistencia de Aislamiento y/o Corriente de Fuga al minuto y a los 10 minutos de iniciada la prueba, bien sea de Hi-Pot o de Megado y calcular el ndice de polarizacin (IP) segn se muestra:

Este ndice es vlido para transformadores inmersos en Aceite o Silicn

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Pruebas y Ensayos al Aceite DielctricoEl aceite dielctrico es una fraccin de petrleo de baja volatibilidad, dentro del margen de ebullicin de losaceites lubricantes, libres de impurezas de naturaleza polar; el cual, adems de su funcin de aislante y derefrigeracin de las partes activas del Transformador, mediante anlisis de sus caractersticas fsico-qumicas, permite detectar el inicio problemas y fallas en el equipo, sin la necesidad de sacarlo de operacin.

Tipos de EnsayosEnsayos de Composicin: Constituye las pruebas de control de calidad del proceso de destilacin

del aceite; stas caractersticas no cambian durante su vida til:

.- Punto de Anilina: Mide la propiedad de solvencia del aceite, la capacidad de que el aceite pueda afectar el recubrimiento aislante de los alambres de los devanados.

.- Color: Mide de manera visual el grado de contaminacin del aceite.

.- Punto de Inflamacin: Mide la temperatura en la que el aceite es capaz deemitir suficientes vapores combustibles para formar una mezcla inflamable.

.- Gravedad Especfica: Mide la capacidad de desplazamiento del aceite, caracterstica que determina su comportamiento como refrigerante.

.- Azufre Corrosivo: Mide la cantidad de azufre en el aceite, compuesto presente en la composicin de los hidrocarburos, el cual corrosivo para el cobre.Esta caracterstica nunca vara.

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Pruebas y Ensayos al Aceite DielctricoTipos de EnsayosEnsayos de Pureza: Constituyen las pruebas de diagnstico del transformador, ya que al iniciarse la

degradacin del aislamiento slido, el aceite lo manifiesta porque se degrada, afectando algunas de sus variables.

.- Contenido de Humedad: Proporciona una idea de la humedad total contenida en el transformador. Facilita el diagnstico junto con otras pruebas dielctricas, puesto que un alto nivel de humedad afecta la tensin de ruptura y el factor de potencia.

.- Tensin Interfacial: Mide las fuerzas de cohesin entre las molculas o iones de una sustancia lquida, las cuales al estar contaminadas, dichas fuerzas se modifican. Este ensayo permite determinar la presencia de compuestos polares, lo que normalmente disminuye a tensin interfacial.

.- Nmero de Neutralizacin: Mide la concentracin de compuestos orgnicos acdicos contenidos en el aceite, lo cuales se forman por un proceso de oxidacin o degradacin natural, producto de su envejecimiento.

.- Tensin de Ruptura: Es el ensayo ms utilizado por los usuarios de transformadores, pero sus resultados no son suficientes para emitir un diagnstico. Est asociado al contenido de compuestos polares, que por lo general esta asociada a un alto contenido de humedad en aceites nuevos o a un avanzado grado de oxidacin en aceites usados.

.- Factor de Potencia: Proporciona una idea de las prdidas de energa elctrica en un equipo energizado producto de la degradacin o contaminacin del aceite, lo que afecta la eficiencia del transformador. 41

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Pruebas y Ensayos al Aceite Dielctrico

Criterios de Aceptacin de los Ensayos

Ensayo Norma ASTM Valor

Contenido de Humedad D-1315 35 ppm (Mximo)

Tensin Interfacial D-971.91 24 dinas/cm (Mnimo)

Nmero de Neutralizacin

D-974.87 0,3 mg KOH/g (Mximo)

Tensin de Ruptura D-1816 con separacin de electrodos a 0,04 plg

24 kV (Mnimo)

Factor de Potencia D-0924 @ 60 Hz y 25C 0,7 (Mximo)

Valores de aceptacin para transformadores de hasta 50 kV

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La necesidad del mantenimiento preventivo en las instalaciones elctricas se multiplica en funcin de los daos que podra ocasionar su parada por avera. Tratndose de costosos equipos, su revisin debe efectuarse con la periodicidad establecidaen su proyecto de instalacin, adecundola en todo momento a las especiales caractersticas de su utilizacin, ubicacin, etc.

Mantenimiento de Transformadores

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NORMAS BASICAS PREVIAS

Consejos bsicos y generales:.- Planificar el trabajo con antelacin a la parada y desconexin del transformador de la Red, solicitando los permisos y

efectuando todos los avisos necesarios. .- Recopilar toda la informacin tcnica del Transformador y sus equipos( ventiladores, sistemas de control y seguridad, etc). .- Revisar todo el protocolo de seguridad necesario, incluyendo los equipos necesarios: puestas a tierra, sealizaciones, etc. .- Seleccionar el personal necesario para la tarea de mantenimiento entre los capacitados para ello, as como los medios

materiales y herramientas, vehculos, gras, etc.

TAREAS DE MANTENIMIENTO

.- Desconectar el equipo de la Red de tensin, tomando todas las medidas necesarias establecidas en el protocolo. Las ms habituales son: Puesta a tierra del equipo, Bloqueo de todas las posibles conexiones entrantes y salientes, delimitacin y marcado del rea de trabajo.

.- Comprobacin del sistema de seguridad por sobre temperatura.

.- Comprobacin del sistema de seguridad por sobre presin interna del transformador.

.- Comprobacin de los sistema de sobrecorriente, fuga a tierra, diferencial, etc. en funcin al tipo y modelo del transformador.

.- Comprobacin del resto de indicadores, alarmas pticas y/o acsticas.

.- Realizacin de Pruebas Elctricas: Relacin de Transformacin, Resistencia de Aislamiento, Hi-Pot, etc.

.- Comprobacin del nivel de aceite, as como posibles fugas.

.- Pruebas de Fsico-Qumicas del Aceite; tomando la muestra en la parte baja del transformador por la vlvula de muestreo.

.- Comprobacin, limpieza y ajuste de todas las conexiones elctricas, fijaciones, soportes, guas y ruedas, etc.

.- Comprobacin y limpieza de los aisladores, buscando posible grietas o manchas donde pueda fijarse la suciedad y/o humedad.

.- Comprobacin del funcionamiento de los ventiladores, as como limpieza de radiadores o dems elementos refrigerantes.

.- Limpieza y pintado del chasis, carcasas, depsito y dems elementos externos susceptibles de xido o deterioro.

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Mantenimiento de Transformadores

MANTENIMIENTO DEL ACEITE AISLANTE

Consejos para aumentar la duracin de los Aceites Aislantes en los Transformadores

Aunque en algunas ocasiones donde la degradacin y contaminacin del Aceite haga ms cara su regeneracin que su sustitucin, se deben de tener en cuenta las siguientes acciones para evitar llegar a esa situacin:

.- Equilibrar adecuadamente el asentamiento de la cuba, esto es para lograr que el aceite cubra la totalidad de las partes activas en el interior del transformador.

.- Colocar filtros adecuados en los respiradores del Transformador, de forma que evite la entrada de la mayor cantidad posible de humedad, polvo y otros partculas.

.- Comprobar el cierre de tapas, pasacables, mirilla, etc, para evitar tanto el acceso de suciedad como la prdida de aceite.

.- Realizar pruebas, test y/o anlisis peridicos para poder tomar acciones de mantenimiento antes de que, la excesiva degradacin del aceite lo haga irrecuperable e incluso dae de forma grave el aislamiento del Transformador.

.- El uso de Equipos de Purificacin y Regeneracin de Aceite Aislante permite devolver las caractersticas funcionales mnimas para continuar usndolo. Este tratamiento debe realizarse antes de que la contaminacin del Aceite provoque depsitos en el fondo del Transformador.

Mquina de Tratamiento de aceite:.- Capacidad de 2,500 Gal/hora .- Bomba de aspiracin de engranes .- Bomba de descarga de tornillo .- Filtros de 5 micrones .- Bomba de vaco de dos etapas (80 mtros

cbicos) .- Sistema de calentamiento hasta 120 C

mediante una caldera que trabaja con Diesel

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Transformadores de MedidaEn las instalaciones de A.T. los aparatos de medida, por razones tcnicas y de seguridad no se pueden conectar directamente, sino que ello se efecta a travs de transformadores de medida. Para ello se conecta a las barras de AT un circuito de medida, efectundose la medicin con valores pequeos, pero proporcionales a los reales. Cabe distinguir dos tipos: Transformadores de tensin y transformadores de intensidad.

Transformadores de CorrienteLos transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la lnea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones tpicas de un transformador de corriente podran ser 600 / 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los transformadores de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este transformador esta constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a l.

Los transformadores de intensidad, se usan en todos los casos en AT (transf. de aislamiento) y en BT, para intensidades muy grandes. La intensidad mxima del secundario generalmente es de 5 A.

Es importante tener en cuenta que cuando en una instalacin de medida debe retirarse un ampermetro, conectado a un transformador de intensidad, antes debe cortocircuitarse, a fin de evitar el calentamiento del ncleo, por la ausencia de campo magntico del secundario. 45

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Tipos de construccin:Los tipos de transformadores de corriente son:

Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magntico.

Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

Tipo toroidal(ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magntico y una ventana a travs de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.

Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en bao de lquido.

Transformadores de Corriente

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Transformadores de PotencialEs un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensin. Tiene una potencia nominal muy baja y su nico objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados. Adems, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deber ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos.

Se pueden conseguir transformadores de potencial de varios niveles de precisin, dependiendo de que tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicacin especial.

El enrollado primario de un transformador de potencial se conecta en paralelo con el circuito de potencia y en el secundario se conectan los instrumentos o aparatos de proteccin.

Estos transformadores se construyen para todas las tensiones de circuitos normalizados. Normalmente son de tipo seco o moldeado para tensiones inferiores a 23 KV y en bao de lquido para tensiones superiores.

Los transformadores de tensin se utilizan para la medida de altas tensiones. Generalmente son monofsicos reductores y tienen su mxima aplicacin como alimentadores de circuitos voltimtricos de aparatos de medida. La tensin secundaria ms utilizada es de 100 V.

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