Transformadores de Medida y Proteccion Hm

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Per, Decana de Amrica)

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRICA

NUEVAS EXIGENCIAS EN LA FABRICACIN DE

TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCIN ECOLGICOS

INFORME FINAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN ELABORADO POR: JESUS HUBER MURILLO MANRIQUE DOCENTE INVESTIGADOR DE LA FIEE - UNAC

PERIODO DE EJECUCIN: 01/12/2008 AL 30/11/2009 (12 MESES) APROBACIN DEL PROYECTO R.R.N 1352-2008-R del 22/12/2008

LIMA - MAYO 2012

TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS

MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 2

NDICE

RESMEN 04 INTRODUCCN 05 1.- ANTECEDENTES 1.1.- Marco histrico. 06

1.2.- Objetivos de la investigacin. 06 1.2.1.- Objetivos Generales. 06 1.2.2.- Objetivos Especficos. 07 1.3.- Alcances de la investigacin. 07 1.4.- Planteamiento del problema. 08 1.5.- Hiptesis. 09 1.5.1.- Variables dependientes. 09 1.5.2.- Variables independientes. 09

2.- MARCO TERICO

2.1.- Transformadores de corriente. 2.2.- Conexin de transformadores de corriente. 14 2.3.- Transformadores de tensin. 18 2.4.- Especificaciones tcnicas tcnicas. 24 2.5.- Denominacin de los transformadores para medicin. 25 2.6.- Carga nominal. 26

3.- TRANSFORMADORES DE BAJA TENSIN 3.1.- Potencia nominal (VA). 27 3.2.- Hoja tcnica de los transformadores de medida. 28 3.3.- Caractersticas tcnicas. 29

4.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE DE ALTA TENSIN 4.1.- Componentes de los trasformadores de medida. 33 4.2.- Ventajas de los trasformadores de medida. 34 4.3.- Caractersticas de construccin. 36 4.4.- Pruebas realizadas. 39 4.5.- Conexiones de los transformadores de medida. 40

5.- TRASNFORMADOR DE TENSIN CAPACITIVO 5.1.- Constitucin de los CVT. 42 5.2.- Ventajas de los transformadores capacitivos. 44



5.3.- Mediciones de control del CVD. 46 5.4.- Aspectos ambientales. 49 5.5.- Constitucin de los CVT. 50

6.- TRASNFORMADOR DE TENSIN INDUCTIVO 6.1.- Componentes de trasformadores de tensin inductivos. 53 6.2.- Ventajas de los trasformadores de tensin inductivos. 56 6.3.- Caractersticas de diseo. 57 6.4.- Especificaciones tcnicas. 60 6.5.- Datos de diseo. 61

7.- TRANSFORMADORES MIXTOS 7.1.- Constitucin de los transformadores de mixtos. 64 7.2.- Transformador mixto de tensin y corriente. 66 7.3.- Unifilares de las unidades de medida. 69 7.4.- Transformadores de medida y proteccin especiales. 72

7.5.- Pruebas realizadas a transformadores de medida. 73

8.- TRANSFORMADORES ELCOLGICOS 8.1 Ventajas tecnolgicas modernas. 75 8.2.- Caractersticas tcnicas de los transformadores. 76 8.3.- Caractersticas de los materiales utilizados. 76 8.4.- Normas aplicables. 84

9.- MATERIALES Y MTODOS 9.1.- Normas internacionales. 87

10.- APLICACIN DE LA METODOLOGA 10.1.- Factor de sobre-intensidad en funcin del burden. 90

10.2.- Clculo de las potencias parciales aplicadas a los trafos. 92 10.3.- Clculo de la carga. 93 10.4.- Clculo de los trasformadores de corriente. 95 10.5.- Clculo de los trasformadores de potencial. 98 11.- RESULTADOS 101 12.- DISCUSIN 12.1.- Conclusiones. 103 12.2.- Recomendaciones. 105 13.- REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 106 14.- ANEXOS 108



RESMEN

Los transformadores de corriente y potencial resinados y ecolgicos son

utilizados particularmente en una gama de media y alta tensin y el pro-

ceso de la aplicacin de los materiales aislantes en gran parte es

mecanizado el cual garantiza una elevada y uniforme calidad. As mismo

los transformadores de tensin inductivos y capacitivos utilizados comn-

mente en las redes de suministro elctrico con neutro aislado y conectado

a tierra estn fabricados para altas tensiones.

En el presente trabajo se ha utilizado la tcnica de de obtencin de la

informacin documental, desarrollado un marco terico general situado en

el nivel adecuado de ingeniera para aplicar la metodologa propuesta

utilizando productos ecolgicos y seguros.

Las tcnicas utilizadas son recomendadas por las normas IEC, IEEE y VDE

en el dimensionamiento y seleccin de transformadores ecolgicos de

corriente/tensin para proteccin, medida y facturacin, cumpliendo de

esta manera con las nuevas exigencias de no contaminacin del medio

ambiente, confiabilidad de servicio, gastos de operacin y mantenimiento

reducidos, reduccin de los riesgos de explosin e incendio.

Para que el lector pueda seguir de cerca, este tema, es que se ha desarro-

llado ocho aplicaciones vinculadas con las mediciones y proteccin en

circuitos utilizados en sistemas elctricos de potencia.



INTRODUCCIN

Los fabricantes de transformadores de medida desde hace muchos aos

brindan productos que tienen una funcin vital en la red de energa en el

mundo entero. Los sectores de mayor aplicacin son los de medicin,

estadsticas, sealizacin y proteccin mediante los diversos tipos de rels.

Los productos son diseados y construidos para una duracin mnima de

30 aos, aunque realmente su duracin es mayor.ad

Un transformador de medicin y proteccin tiene que soportar adversida-

des, no solamente de la red elctrica sino tambin de las condiciones

climticas como por ejemplo: calor, fro, la humedad y las tormentas.

En este trabajo se presentan transformadores de medicin y proteccin

sellados hermticamente y son resistentes a la corrosin, esto hace que

no necesiten de mantenimientos peridicos. La extremada dura-bilidad de

los transformadores de medicin y proteccin hace que sean una buena

opcin para cualquier medio ambiente.

Este trabajo ha sido desarrollado aplicando la metodologa recomendada

por las normas internacionales IEC, ANSI, entre otras. De manera que

ponemos a disposicin de nuestra UNAC, esta herramienta, para poder

seleccionar y dimensionar los diversos tipos de transformadores de

medida y proteccin utilizados en los sistemas elctricos de potencia.



1.- ANTECEDENTES

1.1.- MARCO HISTORICO

Las Empresas industriales con una mxima demanda mayor de 150

KW son atendidas con un suministro en media tensin motivo por el

cual es imprescindible contar con:

Unidades de medida de los parmetros principales del circuito que

sern utilizados en facturacin y lectura.

Transformadores de medida toroidales que sern conectados a los

rels 50/51 y 50N/51N al trabajar con neutro accesible en media

tensin (proteccin de la corriente homopolar).

Estas unidades de medida sern utilizadas en el sistema de

proteccin.

Las empresas pequeas y medianas son atendidas en baja tensin, y

para su lectura y facturacin son necesarios la utilizacin de

transformadores de corriente y tensin.

1.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

El objetivo principal del presente trabajo es hacer un procedimiento

normalizado en la seleccin, pruebas e instalacin de los

transformadores de medida y proteccin ecolgicos utilizados en las

redes elctricas de baja, media y alta tensin para la formacin de

nuestros estudiantes y docentes.

1.2.1.- Objetivos Generales.-



Presentar las nuevas exigencias de no contaminacin del

medio ambiente, confiabilidad de servicio, gastos de

operacin y mantenimiento reducidos, reduccin de los

riesgos de explosin e incendio.

1.2.2.- Especficos.-

a.- Dimensionar y seleccionar transformadores ecolgicos

de Corriente/tensin para medida.

b.- Dimensionar y seleccionar transformadores ecolgicos

de Corriente/tensin para proteccin.

c.- Dimensionar y seleccionar transformadores ecolgicos

de Corriente/tensin para facturacin.

d.- Clculo de las cargas (alimentadores e instrumentos de

medicin).

e.- Fomentar en los Ingenieros y Tcnicos la utilizacin de

Transformadores de medida/proteccin ecolgicos.

1.3.- ALCANCE DE LA INVESTIGACIN

Los transformadores de medida y proteccin sern estudiados como

los componentes de un circuito que toma una muestra del parmetro

de alta tensin/corriente y lo entrega al circuito de carga en unidades

ya establecidas y normada tal como:

En transformadores de corriente: .../ 1 A ../ 5 A.

En transformadores de tensin: . /110, 115, 120 Voltios.

Adems se incluye la normatividad IEC y VDE en lo referente a la

seleccin y tipos de transformadores, la eleccin del transformador

bajo las exigencias de la carga y del tipo de uso.



Es necesario establecer que los sistemas elctricos de media y alta

tensin requieren de transformadores de medida y proteccin, en

consecuencia resulta muy importante conocer el modelamiento y

operacin de estos equipos, ya que llegado el momento definen la

exactitud de la medida y proteccin de los circuitos en los que han

sido instalados.

1.4.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIN

Las prestaciones de servicios que deben cumplir los transformadores

ecolgicos segn las normas IEC son las siguientes:

Aislar y separar los circuitos y aparatos de medida y proteccin de las

lneas de alta tensin y/o de los circuitos de fuerza.

Evitar perturbaciones generadas por el sector de fuerza.

Obtener corrientes proporcionales (por lo menos en un determinado

rango) a las que se desea medir o vigilar, para transmitirlas a los

aparatos apropiados. Las nuevas exigencias de no contaminacin del

medio ambiente, confiabilidad de servicio, gastos de operacin y

mantenimiento mnimos, reduccin de los riesgos de explosin e

incendio. Las Plantas Industriales que tienen una mxima demanda

mayor a 150 KW requieren ser abastecidas con media tensin,

alimentndose a travs de una celda de salida de las subestaciones de

los concesionarios; para estos casos, ya se tienen previstos la

instalacin de la unidad ecolgica de medida en 10/22.9 KV,

conformado por: medidor multifuncin, transformador mixto ecolgico

(de corriente y tensin) dimensionado a las necesidades del usuario y

su respectivo medidor electrnico.



La aplicacin a la que van destinados los transformadores ecolgicos

(medida/proteccin), las caractersticas del entorno de trabajo, o

condicin-es de uso (interior o exterior, temperatura mxima de

trabajo, etc.) y las caractersticas de la lnea donde vayamos a

instalarlo deben ser definidos en forma precisa, coherente y clara.

Por las razones antes expuestas es que creo importante desarrollar

este tema, ms an cuando la informacin existente en nuestra

biblioteca es muy antigua.

1.5.- FORMULACIN DE LA HIPTESIS

En funcin a lo manifestado en el planteamiento del problema, as

como en los objetivos especficos y generales que persigue el presente

trabajo de investigacin es que se plantea la siguiente hiptesis:

Utilizando transformadores ecolgicos es posible cumplir con nuevas

exigencias de no contaminacin del medio ambiente, confiabilidad de

servicio, gastos de operacin y mantenimiento mnimo, reduccin de

los riesgos de explosin e incendio.

1.5.1.- Variables Dependientes:

Transformadores ecolgicos de medida de corriente y tensin.

Transformadores ecolgicos mixtos.

Transformadores ecolgicos de proteccin.

1.5.2.- Variables Independientes:

Materiales ferro-magnticos y aislantes.

Encapsulamiento en resina.

Conductores de fuerza y control.

Cargas de los transformadores de medida/proteccin.



2. - MARCO TERICO

Los transformadores de medida son medios de servicio elctrico que trans-

forman magnitudes elctricas primarias en otras secundarias apropiadas

para los instrumentos de medida, contadores y rels de proteccin.

Las caractersticas nominales de estos transformadores son:

- Potencia nominal : VA

- Carga nominal (burden) : VA

- Frecuencia nominal : Hz

- Condiciones de servicio : T.amb. Mxima 40C.

Los transformadores de medida se clasifican en dos tipos:

- Transformadores de corriente

- Transformadores de tensin.

Estos transformadores se utilizan para la alimentacin de los diversos apa-

ratos y/o circuitos de control para:

Medir parmetros elctricos.

Registrar parmetros elctricos.

Visualizar parmetros elctricos.

Sistemas de proteccin, entre otros.

Los transformadores de medida utilizan la relacin que hay entre la

intensidad en el arrollamiento primario y secundario (transformadores de

intensidad) [1].

Los transformadores de medida utilizan la relacin que hay entre la tensin

en el arrollamiento primario y secundario (transformadores de tensin) [1].

Los transformadores de medida sirven para:

Medir altas tensiones e intensidades con aparatos de bajo alcance.



Separar elctricamente el circuito medido a los aparatos de medida,

permitiendo la realizacin de medidas en alta tensin y corriente con

aparatos de baja tensin y corriente.

Poder instalar aparatos de medida en lugares distintos a los del

circuito medido.

As evitamos las interferencias provocadas por los campos magnticos

externos en el trabajo de los aparatos de medida.

Se aumenta la seguridad del personal y permite la ubicacin de los

aparatos de medida en los lugares ms convenientes.

2.1.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

El primario del transformador de corriente se conecta en serie con el

receptor de la misma manera que se conecta un ampermetro en un

circuito cualquiera [3]. La relacin entre la corriente primaria I1 y la

corriente secundaria I2 determinan la relacin de transformacin (a) y

se formula como sigue:

a = I2 / I1

En ausencia de instrumentos, el arrollamiento secundario debe estar

continuamente trabajando en cortocircuito debido a las bajas

impedancias de los ampermetros y a las elevadas tensiones que

presentaran en sus bornes.

Entre los bornes P1 y P2 del arrollamiento primario, por estar en serie

con el circuito que se mide, no aparece una tensin de valor

apreciable; mientras que la corriente secundaria medida no influye en

el valor de la corriente primaria.



Dado que el primario del transformador de corriente permanece

siempre conectado al desconectar el circuito de medida, abrindose el

circuito secundario aparecen tensiones peligrosas que pueden poner

en peligro la vida de las personas. Tambin como norma de

seguridad, se debe conectar a tierra uno de los bornes del secundario,

con el fin de evitar la aparicin de tensiones peligrosas en el caso de

un fallo de aislamiento entre el primario secundario.

Los valores de las intensidades nominales del primario y secundario

deben figurar en la placa de caractersticas del transformador y se

expresan en forma de fraccin:

Intensidad primaria/Intensidad secundaria. (Por ejemplo, 200/5 A).

Indica una intensidad nominal primaria de 200 A y una intensidad

nominal secundaria de 5 A.

La intensidad nominal secundaria est normalizada en 5 A para todos

los transformadores. Slo en aquellos casos en los que la distancia

entre el transformador y el aparato de medida es muy grande se

utilizan transformadores con intensidad nominal secundaria de 1 A.

Los valores normalizados para las corrientes primarias son: 5, 10, 15,

20, 25, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800,

1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 10000 A.

Sobre la placa de caractersticas tambin se indica el valor de la

tensin mxima admisible en el circuito de medida. Otra caracterstica

a tener en cuenta en un transformador de corriente es su POTENCIA

NOMINAL, que se define como la potencia aparente, expresada en

Voltios Amperios (VA), que el transformador proporciona al circuito

secundario con la carga e intensidad nominales.



La carga nominal, expresada en: Ohmios VA, es aquella para la cual

se cumplen los errores mximos de la clase de precisin del

transformador. Las potencias nominales normalizadas son: 5, 10, 15,

25, 30, 40, 50, 75 y 100 VA.

A la hora de determinar la potencia que debe tener un transformador

de intensidad, es necesario conocer los valores de potencia consumida

por los diferentes aparatos de medida que se van a conectar.

P

u

e

d

e

u

TABLA N 2.1 .- CONSUMOS DE APARATOS DE MEDIDA Y PROTECCION

DE CORRIENTE ANALOGICOS VDE

APARATOS TIPOS CONSUMO EN VA

AMPERIMETROS INDICADORES 1 a 2

REGISTRADORES 2 a 5

CONTADORES 0.5 a 1.5

VATIMETROS DE MONTAJE DE INDUCCION 1.5 a 3

EN CUADRO ELECTRODINAMICOS 6 a 8

VATIMETROS PORTATILES ELECTRODINAMICOS 1 a 4

VATIMETRO DE LABORATORIO ELECTRODINAMICOS 1.5 a 3

FASIMETROS EN CUADRO ELECTRODINAMICOS 6 a 16

FASIMETROS REGISTRADORES ELECTRODINAMICOS 10 a 18

RETARDO INDEPENDIENTE 1.5 a 3

DIFERENCIALES COMPENSADOS

1.6 a 3

TRANSFORMADORES DE MEDIDA DIFERENCIALES 3 a 12

DE MINIMA IMPEDANCIA 0.5 a 2

DE DISTANCIA 6 a 20

REGULADORES 10 a 150

APARATOS DIGITALES

0.1 a 1

Para poder utilizar la Tabla N 2.1, que muestra los valores ms

frecuentes de potencia consumida por diferentes dispositivos de

medida y proteccin.



Estos datos son aproximados y pueden utilizarse siempre que no se

tengan otros ms precisos, obtenidos de las informaciones tcnicas de

los aparatos a conectar, dados por el fabricante.

Los aparatos de medida y proteccin, de intensidad, electrnicos y

digitales tienen unos consumos muy inferiores a los indicados en la

tabla (valores inferiores a 0,5 VA).

Adems de los aparatos conectados al transformador de intensidad,

no debe olvidarse que los conductores que unen estos elementos

tienen su propio consumo, que habr que sumar al de los aparatos.

Para ello, se puede consultar la Tabla N 2.2, donde se indican los

consumos por metro de conductor de cobre para intensidades

secundarias de 5 a 1 A.

TABLA N 2.2.- POTENCIA CONSUMIDA POR METRO DE CONDUCTOR

DE COBRE TIPO THW VDE

SECCION (mm) INTENSIDAD SECUNDARIA INTENSIDAD SECUNDARIA

5A (VA/m) 1A (VA/m)

2.5 0.18 0.007

4 0.11 0.0044

6 0.07 0.0029

10 0.044 0.00175

Estos datos se han obtenido simplemente multiplicando la resistencia

de un metro de conductor de cobre de la seccin correspondiente por

el cuadrado de la intensidad secundaria.

Por ltimo, se designa la clase de precisin de un transformador de

intensidad (Tabla N 2.3) por un nmero igual al error mximo de



intensidad admisible; expresado en forma de porcentaje, para la

intensidad nominal primaria y la carga nominal.

TABLA N 2.3.- CLASES DE PRECISION NORMALIZADAS IEC

CLASE UTILIZACION

0.1 MEDIDA DE PRECISION EN LABORATORIOS

0.2-0.5 MEDIDA DE POTENCIA Y ENERGIA PARA FACTURACION

1 MEDIDA PARA SERVICIOS INDUSTRIALES Y PROTECCIONES

1 MEDIDAS DE POCA PRECISION Y PROTECCIONES

2.2.- CONEXIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

En lo que se refiere al conexionado de los transformadores de

intensidad. Estos se conectan como sigue:

Sistema trifsico desequilibrado sin neutro con tres transformadores

de intensidad conectada en estrella.

Sistema trifsico desequilibrado con neutro, con tres transforma-dores

de intensidad conectado en estrella.

Sistema trifsico equilibrado sin neutro con dos transformadores de

intensidad conectados en V.

Caractersticas del circuito:

A1 A2 A3 Amperios corrientes desiguales

I0 0 Amperios (el circuito es desbalanceado)

Anomalas que producen los circuitos desbalanceados:

Existe una corriente circulante en las bobinas de los transformadores.

Esta corriente sobrecalienta los conductores.

Recomendaciones a seguir:

- Instalar un sistema de aterramiento.



- Conectar el punto neutro al sistema de aterramiento. -

La corriente circulante se dirigir a tierra, anulndose en el

circuito efectivo.

Figura N 2.1.- Transformadores de medida encapsulados ABB

Observacin importante:

En este caso el circuito consta de una lnea neutra que es reco-

mendada usar en un sistema desbalanceado, ya que junto con el

sistema de aterramiento permiten que las corrientes circulantes se

dirijan a tierra y se anulen en el circuito.

Observacin importante sobre la conexin a tierra:

Los devanados de los transformadores de intensidad, han de

conectarse a tierra, por las siguientes importantes razones: Seguridad

para el personal y para los aparatos de medida. Para evitar que se



originen diferentes potenciales en los diferentes dispositivos de

medida conectados a tierra (vatmetro, contadores de energa, etc.).

Para evitar la aparicin de acoplamientos capacitivos indeterminados

que pueden provocar errores en las medidas.

Dado la aplicacin, los transformadores de corriente tienen una gama

muy amplia entre los que destacan:

Transformador de intensidad de lnea.- De instalacin directa a

la red de energa elctrica. Parte integral de la instalacin de dis-

tribucin y afectos a los transitorios como sobretensin, sobre-cargas,

cortocircuito que se producen en la red.

Se caracteriza por una elevada intensidad lmite trmica (Itrmica) y

tambin elevada intensidad lmite dinmica (Idinmica).

Debe mantener asimismo su posicin, cualquiera que sea las va-

riaciones del valor eficaz de la corriente primaria, a pesar de sobre-

cargas que puedan aparecer en la red.

Por ltimo el aislamiento de su devanado primario debe ser capaz de

resistir sobretensiones que pueden aparecer en la red.

Su caracterstica principal es su exactitud en un amplio campo de

medida que puede variar entre 10% a 120% de la corriente primaria

manual.

Porque no estn exigidos a efectos transitorios (sobrecargas, sobre-

tensiones, cortocircuito, etc.) no se les exige intensidades lmite tanto

trmico como dinmico.

Es importante su diseo para aliviar su transporte y manejo cmodo.

Difieren en sus disposiciones constructivas con respecto a los



transformadores de intensidad de lnea, dado por el uso de tensiones

que vara entre 220 y 440 V y condiciones de instalacin y montaje.

Figura N 2.2.- Partes del transformador de corriente - conexionado

Estos transformadores pueden utilizarse hasta aproximadamente 200

Amp. de intensidad como transformador de paso mltiple de con-

ductor; intensidades ms elevadas no es conveniente ni practico, a

causa de la seccin del conductor primario. Por medio de los pasos

mltiples del conductor se consigue diferentes relaciones de trans-

formacin para un mismo transformador. Apenas, se consigue ma-

yores potencias nominales, all donde se tiene bajas intensidades

primarias.

Las partes de los transformadores de corriente son:

- Conductor (pletina o cable) cumple la funcin del primario.

- Ncleo magntico (formada por chapas magnticas).

- El secundario.



- Borneras de conexin.

- Bornes de fijacin.

2.3.- TRANSFORMADORES DE TENSION

El transformador de tensin se utiliza para bajar las altas tensiones de

los sistemas elctricos, con fines de medida o para alimentar a las

bobinas voltimtricas de los rels, a tensiones ms bajas en los

modernos transformadores de tensin, la tensin secundaria tiene

siempre un valor nominal de 110 V.

En el proyecto de estos aparatos, no se presentan dificultades

semejantes a las que existan en los transformadores de intensidad, ya

que en caso de cortocircuito, no acta ningn incremento de tensin

sobre los transformadores.

Adems, cabe recordar que aunque en un sistema elctrico la

corriente est sometida a grandes variaciones que dependen de la

carga conectada, generalmente la tensin permanece

aproximadamente constante [3].

De lo cual se deduce que un transformador de intensidad ha de

trabajar con la mayor precisin posible en todo el campo de medida

que es muy amplio, mientras que un transformador de tensin casi

siempre trabaja con un reducido campo de medida.

Por lo general se construyen estos transformadores, admitiendo un

factor de servicio de 1.2 veces la tensin nominal del transformador.



El transformador de tensin trabaja prcticamente en vaco, puesto

que los voltmetros y bobinas voltimtricas que se conectan en el

secundario tienen impedancias muy grandes.

Como el aparato de medida conectado al secundario representa una

carga despreciable para el transformador, podemos considerar que

ste funciona prcticamente en vaco (circuito abierto). Para que las

prdidas sean las menores posibles se devanan los bobinados uno

encima del otro.

Figura N 2.3.- Conexionado de un transformador de potencial

Sin embargo, esto implica por otro lado que se presente una tensin

de cortocircuito muy pequea, o sea en caso de fallo (por ejemplo,

cortocircuito del secundario) circularn corrientes muy intensas que

podrn daar el transformador. Por ello, se debe tenerse en cuenta lo

siguiente: Al desmontar el instrumento de medida no debe

cortocircuitarse el secundario del transformador de medida de tensin.

(DEBEN AISLARSE).



Por otro lado, tambin se conectan fusibles o cortocircuitos tanto del

lado primario como secundario, adems de una conexin a tierra en el

lado secundario para que en caso de producirse una descarga del

primario al secundario aparezca un corto a tierra.

En la figura anterior se representa el diagrama vectorial de un trans-

formador de tensin, suponiendo la tensin secundaria U2, reduci-da

al primaria, es decir, son una relacin de transformacin de 1:1.

DIAGRAMA VECTORIAL DE UN TRANSFORMADOR DE TENSIN

I2X2

I2R2

U1

U2

I2

I0

TENSIN VS FLUJO

TRANSFORMADORES DE MEDIDA ING. HUBER MURILLO M.

Figura N 2.4.- Diagrama vectorial de un transformador de tensin

De acuerdo con este diagrama y con las caractersticas de

funcionamiento que se exigen en un transformador de tensin, ste

debe cumplir con las siguientes condiciones:

Proporcionalidad de la tensin del secundario respecto de la tensin

del primario, para todo el campo de medida. Para esto, es preciso

que las cadas de tensin por resistencias y por reactancias en el

primario y secundario sean despreciables, lo que supone:



Figura N 2.5.- Transformadores de potencial Instrument Transformers ABB EJF, a s., IT divisin

Que los flujos de dispersin sean muy pequeos.

Que la corriente secundaria sea muy pequea, esto quiere decir que la

potencia nominal del transformador sea inferior a la potencia lmite de

calentamiento.

Que la corriente de vaco sea muy pequea.

La oposicin de los vectores representativos de la tensin primaria U1

y la tensin secundaria U2 lo que solamente ser posible si la

corriente de vaco I0 fuera nula ya que sera nula tambin la cada de

tensin en vaco.

La relacin de cambio de un transformador de tensin est expresada

por:

U1 / U2 = n1 / n2 = k = constante

O sea: U1 * n2 = U2 * n1

Los valores de tensiones nominales del primario y secundario deben

figurar en la placa de caractersticas del transformador, expresadas en

forma de fraccin:



Tensin primaria/Tensin secundaria.

Por ejemplo, 11,000 / 110 V., indica una tensin nominal primaria de

11,000 V. y la nominal secundaria es de 110 V.

La tensin nominal secundaria es normalizada en 110 V. en los

transformadores que van a ser conectados a una red monofsica o

entre fases de una trifsica.

Los valores normalizados de la tensin primaria son: 110, 220, 380,

440, 2,200, 3,330, 5,500, 6,600. hasta 750 KV.

Dado que los transformadores se utilizan fundamentalmente en las

medidas de altas tensiones, es frecuente que se utilicen transfor-

madores monofsicos que slo pueden conectarse entre una fase y

tierra; en este caso se consideran las tensiones primarias y secun-

darias normalizadas.

A continuacin se expresan las caractersticas de funcionamiento ms

importantes de un transformador de tensin:

Tensiones nominales.- Los valores de tensiones nominales prima-

ria U1 y secundaria U2 son los que sirven para fijar la precisin del

aparato. En el caso de transformadores trifsicos, las tensiones

nominales se refieren a las tensiones compuestas, es decir entre con-

ductores de fase.

En el caso de transformadores trifsicos destinados a conectarse

entre el punto neutro y un conductor activo de una red trifsica, las

tensiones simples se expresan bajo la forma U/3, siendo U la

tensin compuesta correspondiente.

Capacidad de Sobrecarga.- Los transformadores de tensin pueden

sobrecargarse por encima de la tensin nominal en un 10 % de sta,



de forma permanente, y en un 20% durante corto tiempo. Para

proteger la red contra cortocircuitos, en el transformador de tensin

se intercalan fusibles en la parte de alta tensin; otros fusibles

situados en la parte de baja tensin, protegen contra falsa conexin y

falsa puesta a tierra. Para prevenir las sobretensiones es conveniente

aumentar el dimetro y el aislamiento en los comienzos y finales del

arrollamiento primario.

Tensin nominal de aislamiento. Es el valor de la tensin segn

la cual se determinan las tensiones de pruebas dielctricas del

arrollamiento primario. Los valores de las tensiones nominales de

aislamiento estn normalizados entre 0.5 Kv y 765 Kv.

En todos los casos, la tensin nominal de aislamiento ser tomada

igual a: 1.15 veces la tensin nominal primaria para los trans-

formadores trifsicos, y para los transformadores monofsicos

destinados a instalarse en redes monofsicas o entre conductores

activos de una red trifsica.

1.15*3 veces la tensin nominal primaria para los transforma-dores

monofsicos destinados a ser instalados entre el neutro y el conductor

activo de una red trifsica.

Precisin.- En un transformador de tensin, la precisin depende

esencialmente, de dos factores:

- El error de relacin de transformacin.

- Y por el ngulo de prdida.

Tambin en un transformador de tensin, el error de relacin de

transformacin como el ngulo de prdida dependen, esencialmente,

del valor de la corriente de vaco.



TABLA N 2.4.- CLASES DE PRECISION PARA LOS TRASNFORMADORES

DE POTENCIAL IEC

CLASE ERROR DE RELACION EN % ERROR DE ANGULO (minutos de arco)

0.1 0.1 5

0.2 0.2 10

0.5 0.5 20

1 1 40

3 3 ..

TABLA N 2.5.- CLASES DE PRECISION PARA LOS TRASNFORMADORES

DE CORRIENTE IEC

CLASE ERROR DE RELACION EN % ERROR DE ANGULO (minutos de arco)

5P 1 60

10P 2

Potencia nominal .- Llamada tambin potencia de precisin y

expresada en voltios - amperios ( VA), es la potencia aparente que el

transformador de tensin puede suministrar en el circuito secundario,

bajo su tensin nominal sin que los errores introducidos en las

medidas sobrepasen los valores garantizados por el fabricante,

exigidos por las condiciones de utilizacin del transformador [3].

En el transformador de tensin, la carga efectiva est constituida por

el consumo de las bobinas voltimtricas de los aparatos conectados

(voltmetros, vatmetros, contadores, rels, etc.), y del consumo de los

conductores de medida que unen los dispositivos citados con los

transformadores de tensin.



La capacidad de aislamiento est vinculado con la verificacin del es-

tado de los materiales aislantes, y resulta imprescindible realizar

pruebas OFF LINE recomendadas por la:

IEEE 43, IEEE 95, IEEE 112

IEC 34.1

VDE 0414

Estas pruebas se realizan aplicando tensin en AC DC, siendo las

siguientes:

Pruebas con tensin de choque.- Se prueba al aislamiento externo

al transformador con las tensiones correspondientes.

Pruebas del arrollamiento base lluvia para transformadores a la

intemperie, Pruebas de espiras y Ensayo descarga parcial.

2.4.- ESPECIFICACIONES TCNICAS

Relacin de transformacin

RTP = Vp / Vs = V1N /V2N

RTC = Ip /Is = I1N /I2N

V2N : 120 115 Voltios AC.

La I2N utilizada es: 5A 1A

La clase de precisin visto en las tablas N 2.4 y 2.5.

Los errores cometidos en la medicin deben hallarse dentro del rango

de sus lmites, de manera tal que no interfiera con la medicin

correcta.

La precisin depende de:

- Diseo.

- Alimentadores.

- Cargas burden.



Tambin se presentan los errores siguientes:

- Error de relacin de transformacin.

- Error de ngulo.

Por esta razn se establecen los factores de correccin.

- Factores de sobre intensidad nominal Ei.

- Factores de correccin de Angulo de fase.

2.5.- DENOMINACIN DE LOS TRANFORMADORES PARA MEDICIN

Transformadores de Medida

M5 M10 - segn el tipo de ncleos.

Rangos de medicin.

Rango normal.- Puede operar permanentemente con 1.2IN, man-

teniendo los lmites de error de su clase entre (0.1 a 1.2) IN.

Rango extendido.- Pueden operar permanentemente con 2IN. Estos

son de 200% (ext. 200%). Sus lmites de error de fase (0.05 a 2) IN.

Doble rango.- Hacen para dos relaciones de nominales de transfor-

macin con la misma relacin numrica sin conmutacin 5 y 1.

Transformadores de Proteccin

Se les denomina A - P - B

Donde:

A Es la clase de exactitud - error total cuando sucede B.

P Proteccin.

B Factor limitador de exactitud B veces la I Nominal.

Ejemplo: Hacer la descripcin de 5P10



Cuando el transformador de corriente es usado en proteccin para 10

In, el error total mximo debe ser 5%.

El factor limitador de exactitud normalizado: B = 5, 10, 15, 20 y 30.

2.6.- CARGA

Es la Z total de la carga con su respectivo R y X L (Z= R + jXL)

Puede expresar como: VA, y FP a un valor especificado de corriente,

tensin y frecuencia [4].

Cargas conocidas:

Conductores - se calcula.

Instrumentos - dato fabricante.

3.- TRANSFORMADORES DE BAJA TENSION

Los transformadores de baja tensin son muy utilizados, ya que con mucha

frecuencia es necesario visualizar los parmetros de corriente que fluye por

un determinado circuito, no existiendo ningn problema con del parmetro

de tensin debido a que los equipos ya vienen insertos con una recepcin de

tensin de 0 a 480 Voltios. Para tensiones mayores si amerita el uso de un

transformador de tensin de/ 120 voltios.

En estos transformadores de medida se disean stos tenindose muy en

cuenta: a = Ns/Np = Ip/Is.

A continuacin presentamos los cuidados que se deben tener en el diseo de

los transformadores de medida y proteccin.



La potencia nominal de dichos transformadores se determinar con la

corriente nominal.

El margen de medida aconsejable 20% - 100% de In.

Gama extendida.

Primario bobinado/Barra pasante.

Para relaciones de corriente baja es aconsejable transformadores de primario

bobinado; en este caso, el transformador dar potencias bajas y poca

precisin.

3.1.- POTENCIA NOMINAL (VA)

La potencia que da un transformador de corriente tiene que ser MUY

CERCANO a la suma de las prdidas en las lneas ms el consumo de

todos y cada uno de los instrumentos de medida.

Lo ideal seria que sea igual, as se cumple la mxima transferencia de

potencia en el Transformador.

La potencia aparente nominal en VA, es aquella que puede suministrar

el transformador manteniendo la clase de precisin que se halla

inscrita en la placa de datos.

Figura N 3.1.- Consumo de conductores de cobre



Para calcular la Potencia (VA) = R() x I (A)

Sin embargo los ensayos se realizan del 25 al 100% de su carga

nominal (Norma IEC 185).

Ejemplo: Un transformador de 10 VA cl. 0.5, debe mantener la clase

de precisin desde 2.5 hasta 10 VA.

3.2.- HOJA TECNICA DE LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDA

Cuando se desea seleccionar tcnicamente un transformador de

medida proteccin es necesario conocer los siguientes parmetros:

Relacin de transformacin Vp/Vs

Carga de precisin (VA)

Clase de precisin cl.

Factor de seguridad Fs.

Intensidad trmica Ith

Intensidad dinmica Id

Aislamiento M

Clase trmica B, F, H

Gama extendida ..

Frecuencia 50/60 Hz

Tensin de aislamiento 3 KV

Corriente trmica de cortocircuito 60 x In

Corriente dinmica, 2,5 x Ith

Mxima tensin 0.72 KV a.c.

Encapsulado plstico autoextinguible

Bornes secundarios precintables



Figura N 3.2.- Transformadores de corriente resinado

Normas IEC 44.1, IEC 185

3.3.- CARACTERSTICAS TCNICAS

Los primarios de los transformadores de medida son instalados en

serie al circuito a ser medido, mientras que el secundario queda

prcticamente en cortocircuitado a travs de los aparatos de medida,

contadores, rels reguladores conectados.

A continuacin veremos sus respectivas caractersticas nominales:

Clase de precisin

Los errores cometidos en la medicin deben hallarse dentro del rango

de sus lmites de manera tal que no interfiera con la medicin

correcta.

La precisin depende de: Diseo, Alimentadores, Cargas o burden.

Error de relacin (%)

Error de fase (minutos).

Tipo de clases.

- Trafo de proteccin 5P 10P

- Trafo de medida 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.2, 3

Corriente secundaria (Is) 1 5 A

Corriente primaria (Ip) .. A

El error de relacin (E) se calcula con la siguiente expresin:



E (%) = [(Kn x Is - Ip) / Ip] x 100

Donde:

Kn Relacin de transformacin nominal

Ip Corriente primaria.

Is Corriente secundaria.

Factor Seguridad (FS)

Define la seguridad del aparato de medida alimentado por el trans-

formador de medida proteccin. Fs = Ips / Ipn

Error superior al 10%.

Ips es la intensidad mxima de seguridad del primario.

Ipn es la intensidad de primario nominal.

Transformadores de medida Fs < 5

La saturacin del transformador es inversamente proporcional a la

carga que alimenta dicho transformador.

Factor de lmite de proteccin para trafos de proteccin

Valores tpicos: 10, 15, 20, 30.

Aplicacin: Rels de proteccin

Ejemplo: trafo TR60 + rel MPRB

Denominacin: 5P10

Intensidad trmica y dinmica

Cuando ocurren perturbaciones en el circuito (Corrientes de corto-

circuito en la lnea, en la fuente).

Efectos en el transformador:

Dinmicos (dyn) Idyn = 2,5IthI

Trmicos (Ith) Ith = 60 In, Ith = 26 KA



Aislamiento

Entre primario y secundario

Trafos B.T. Vred < 0,72 kV

Ensayo de aislamiento de 3 kV durante un minuto.

Por tanto se establecen:

V fuente mx. < 0,72 kV

Tensin de prueba < 3 kV

Aplicaciones en Media o Alta tensin, siempre que el primario garan-

tice el aislamiento.

Clase trmica

Temperatura del bobinado, Tb

Temperatura ambiente, Tamb (mximo 45C)

Clase trmica, Tclase

Ttotal = Tb + Tamb < Tclase

Para TC y TP, Ttotal = 105C da la Clase A.

Tara trafos en resina TR, Ttotal = 120C, Clase E.

Tipos de transformadores

Segn el factor de saturacin tenemos:

Transformadores de medida

Transformadores de proteccin

Segn su envolvente:

Plstico: TA, TP, TSR, TW, TM

Resina: TR

Transformador resinado

Autoextinguibilidad

Gran resistencia mecnica.

Tropicalizacin completa.



Elevada rigidez dielctrica.

Resistencia a la corrosin electroltica.

Imposibilidad de manipulacin externa.

Eleccin del transformador para bajas relaciones

Transformador de bobinado primario.

Seleccionar para medir 100% Ipn > I > 20% Ipn.

Potencia total (VA), que es la potencia consumida por la carga y la

prdida por la lnea.

Forma y dimensiones.

Rango de medicin

Rango normal.- Puede operar permanentemente con 1.2 IN, man-

teniendo los limites de error de su clase entre (0.1 a 1.2) IN.

Rango extendido.- Puede operar permanentemente con 2 IN. Estos

son de 200% (ext. 200%). Sus lmites de error de fase (0.05 a 2)IN.

Doble rango.- Hacen para dos relaciones de nominales de trans-

formacin con la misma relacin numrica sin conmutacin 5 y 1A

Ejemplo: .. /5 y 10/ 1A.

4.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE DE ALTA TENSIN

El transformador de corriente con mnimo de aceite es del tipo denominado

de horquilla (forma del conductor primario), conocido tambin como de

cuba. El devanado primario consiste en uno o varios conductores paralelos

de aluminio o cobre, y tiene la forma de devanado en "U" con dielctricos del

condensador que controlan la tensin.



El devanado est aislado con papel especial, resistente a los esfuerzos

mecnicos, y tiene alta facultad de aislamiento, pocas prdidas dielctricas y

buenas propiedades de envejecimiento.

Normalmente, el transformador de corriente puede tener hasta 4 ncleos.

Los ncleos de saturacin estn fabricados en aleacin de nquel (metal

micromtrico) que proporciona prdidas bajas (alta precisin) y bajo nivel de

saturacin. Los ncleos de rel estn fabricados en chapa orientada de alta

calidad. Para propsitos especiales, se pueden suministrar ncleos de rel

con entrehierro.

4.1.- COMPONENTES DE LOS TRASFORMADORES DE MEDIDA

Ncleos del transformador.- La construccin cumple con las

normas IEC e IEEE. Tambin pueden suministrarse soluciones

especiales para satisfacer otras normas y/o especificaciones. El

exclusivo relleno de arena de cuarzo embebida en aceite.

Proporciona un aislamiento estable en un modelo compacto, con una

cantidad mnima de aceite.

El transformador tiene una construccin muy flexible que admite, por

ejemplo, ncleos grandes y/o numerosos.

Devanados del transformador.- Los devanados se secan al calor y

al vaco. Una vez instalados, se llenan todos los espacios libres del

transformador (aproximadamente el 60%) con arena de cuarzo seca y

limpia. El transformador ya montado es tratado y llenado al vaco con

aceite mineral desgasificado y sin humedad, haciendo que el aceite

penetre inmediatamente en el aislamiento y se mezcle con la arena.

El transformador se entrega siempre lleno de aceite y cerrado

hermticamente.



Impregnacin.- La parte inferior del transformador es una caja de

aluminio donde estn situados los devanados secundarios y los

ncleos. El aislador, montado arriba de la caja del transformador, es

en la versin estndar de porcelana esmaltada marrn de alta calidad.

Todas las juntas, salvo las situadas junto a la brida de relleno de

aceite, estn debajo del nivel de aceite.

Caja y porcelana.- Tienen un depsito de expansin situado en la

parte superior de la porcelana. Como el relleno de cuarzo reduce el

volumen de aceite y las variaciones de presin son mnimas gracias a

un volumen de gas relativamente grande, el trafo puede tener un

sistema de expansin cerrado, sin piezas mviles, con un colchn de

nitrgeno, que se comprime con la expansin del aceite.

4.2.- VENTAJAS DE LOS TRASFORMADORES DE MEDIDA

Sistema de expansin.- El devanado secundario es un hilo de

cobre con doble barnizado que se arrolla en forma pareja en toda la

circunferencia del ncleo. Por eso la reactancia de fuga en el

devanado, incluso entre bornes adicionales, es insignificante. Los

ncleos de rel estn fabricados sin correccin de espira, pero los

ncleos de saturacin tienen normalmente correccin de espira para

adaptarse a la carga y clase de precisin.

Clima.- Los transformadores estn construidos, y ya han sido

instalados en condiciones climticas muy variables, que van de polares

a desrticas, en todas las partes del mundo.

Vida til.- La carga de tensin baja y pareja en el aislamiento del

devanado primario confiere un producto seguro y de larga vida til.



Figura N 4.1.- Trasformadores de medida de alta tensin

Sistema de expansin.- El sistema de expansin, con colchn de

nitrgeno aumenta la seguridad de funcionamiento y reduce al mnimo

el mantenimiento y los controles necesarios.

Relleno de cuarzo.- Reduce al mnimo el volumen de aceite,

permitiendo un sistema de expansin sencillo como se explic

anteriormente. Tambin da soporte mecnico a los ncleos y

conductores primarios.

Flexibilidad.- Cubre una amplia zona de corrientes primarias de

hasta 3150 A. Si se aumenta el volumen de la cuba, el transformador

puede adaptarse fcilmente a muchos ncleos y/o ncleos grandes.

Resistencia a la corrosin.- La aleacin de aluminio seleccionada

proporciona alta resistencia a la corrosin, incluso en entornos

exigentes, sin necesidad de pintura protectora adicional.



Resistencia ssmica.- Los transformadores tiene una construccin

mecnicamente robusta diseada para soportar altos requisitos de

aceleracin ssmica sin necesidad de amortiguadores.

4.3.- CARACTERSTICAS DE CONSTRUCCIN

Materiales.- Todas las superficies metlicas exteriores son de

aleacin de aluminio, resistente a la mayora de las condiciones

ambientales conocidas. Los tornillos, tuercas, etc. son de acero a

prueba de cido.

Normalmente, no es necesario pintar las superficies de aluminio.

El aceite mineral del tipo Nyns Nytro 10X cumple con los requisitos

segn IEC 296 clase II A, y no contiene PCB. Como versin estndar,

los trafos se entregan con aislador de porcelana con lnea de fuga de

25 mm/kV. Por pedido especial, puede suministrarse una lnea de

fuga ms larga. Por pedido especial, puede suministrarse tambin un

aislador polimrico con lnea de fuga de 16 mm/ kV o 25 mm/kV.

Bornes primarios y secundarios.- La caja de bornes de aluminio

para los bornes secundarios est montada sobre la caja del

transformador. La caja de bornes estndar tiene una brida no

perforada y desage. Por pedido especial, la brida puede

suministrarse con juntas roscadas para cables segn especificacin.

La caja de bornes tiene proteccin del tipo IP 55 (IEC 529).

Resistencia mecnica.- La resistencia mecnica proporciona un

margen de seguridad suficiente para las cargas del viento y cargas

normales de los conductores. Las fuerzas en el borne primario no

deben ser superiores a 4000 N en cualquier direccin.



Transporte almacenamiento.- Normalmente, los trafos se

transportan y almacenan en posicin vertical. Si se prefiere una

posicin horizontal, especificarlo en el pedido. El almacenamiento

prolongado (ms de tres meses) debe ser siempre en posicin vertical.

Los transformadores vienen embalados generalmente para transporte

en posicin vertical (paquete de 3 unidades). No obstante, por un

precio adicional, pueden entregarse embalados para transporte

horizontal (paquete de 1 unidad).

Control en la entrega Montaje.- Al momento de la entrega,

controlar siempre si el embalaje y su contenido presentan daos de

transporte. Si la mercanca ha sufrido daos, solicitar ms informacin

al fabricante antes de la manipulacin. Tomar nota de los daos

(fotografiarlos). El transformador debe montarse sobre una superficie

plana, de lo contrario puede producirse una traccin inclinada con el

riesgo de fugas de aceite. Las instrucciones de montaje se deben

adjuntar con la entrega. Peligro: nunca dejar un circuito secundario

abierto!

Mantenimiento.- Los transformadores estn diseados para una

duracin de ms de 30 aos y por eso requiere un mantenimiento

mnimo. Normalmente, slo es necesario controlar el nivel de aceite y

si hay fugas, ocasionalmente controlar que los devanados primarios

estn bien ajustados para evitar un sobrecalentamiento.

Los transformadores estn cerrados hermticamente y no requieren

otros controles regulares. Despus de 20 - 25 aos, se recomienda

realizar una inspeccin ms detallada para mayor seguridad y un

futuro funcionamiento sin problemas. Los mtodos de control y su

alcance dependen en gran medida de las condiciones locales. Si el

transformador tiene un borne capacitivo (borne F), ste puede



utilizarse para medir el valor tan insitu. Tambin pueden tomarse

muestras de aceite para un anlisis de gas. El mtodo ms sencillo es

a travs de la brida de relleno de aceite en el recipiente de expansin.

Impregnacin.- Una vez evacuado el aceite, quemarlo en una

instalacin adecuada. Quemar los restos de aceite en la arena de

cuarzo y vaciar despus la arena en el vertedero.

La porcelana, una vez triturada para reducir su volumen, puede

arrojarse al vertedero. Los metales en el transformador son

reciclables. Todas las piezas de aluminio estn marcadas con la

denominacin del material. Para aprovechar el aluminio y el cobre de

los devanados, quemar el aislamiento de papel embebido en aceite.

Los dielctricos del condensador en el aislamiento del devanado

primario se pueden utilizar como un regulador capacitivo. Para ello,

conectar el segundo dielctrico desde afuera a un pasamuros en la

caja del transformador, y conectar el dielctrico exterior internamente

a la caja.

Borne capacitivo por pedido especial.- Una gran ventaja del

borne capacitivo es que puede utilizarse para controlar el estado del

aislamiento de papel midiendo el valor tan . El borne puede

utilizarse tambin para indicar la tensin, sincronizacin, etc.; pero la

potencia de salida est limitada por la baja capacitancia de los

dielctricos.

4.4.- PRUEBAS REALIZADAS

Se realizan las siguientes pruebas:



Pruebas Estndar.- Antes de la entrega, se realizan las siguientes

pruebas estndar en todos los transformadores segn la norma

aplicable:

Tensiones de prueba: IEC 185, IEC 44-1, 11.2, IEEE C57.13

Control de las marcaciones de los bornes y la polaridad.

Prueba de tensin en los devanados secundarios, 4 kV 50 Hz en 1

minuto.

Prueba de tensin de 1 minuto entre piezas del devanado primario.

Prueba de 1 minuto con devanado secundario abierto.

Prueba de tensin de 1 minuto en el lado primario.

Prueba de medicin luminosa de descargas internas.

Medicin de errores de relacin de transformacin y de ngulo.

Mediciones especiales IEC 44-1, 11.3

Medicin de capacitancia y tan .

Prueba de estanqueidad.

Medicin de la resistencia secundaria (aleatoria).

Curva de imantacin completa para todos los ncleos en un

transformador. Para los dems transformadores, se controlan todos

los ncleos en uno o dos puntos de la curva de imantacin.

Prueba de tipo.- Por pedido especial, se presentan los protocolos de

pruebas de tipo realizados en transformadores similares a la

especificacin del cliente.

Eleccin de cargas y clases.- La capacidad de carga y clase de

precisin para un transformador estn determinadas, ante todo, por los

"amperios-espiras", es decir el producto de la corriente nominal

primaria por la cantidad de espiras primarias. La tabla de abajo da una

idea de la carga posible para las



clases de precisin de 0,2 Fs5, 5P20 y 1,0. Los nmeros porcentuales

de volumen del ncleo indica el espacio disponible ocupado por cada

devanado secundario.

El espacio disponible para ncleos de rel es del 100% en la versin

IMB estndar. Por eso, pueden combinarse 4 ncleos de 25%, 2 de

25% y 1 de 50%, 2 de 50%.

Adems, de los ncleos de rel de 100%, siempre hay espacio para un

ncleo de saturacin. Si se desea ms de un ncleo de saturacin, se

reduce el espacio disponible para ncleos de rel en aprox. 25% para

cada ncleo de saturacin adicional.

Si es necesario, es posible aumentar el espacio de ncleos disponible

para que haya ms lugar para ms devanados secundarios o cargas

mayores.

4.5.- CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDA

Bornes primarios.- Los transformadores de 36 - 300 incluyen como

estndar una conexin de barra de aluminio, que cumple con las

especificaciones de NEMA, IEC y DIN. Por pedido especial, se

suministran otras soluciones segn especificacin del cliente.

La mxima fuerza de traccin en el borne primario es de 4000 N. La

mxima fuerza de rotacin es de 1000 Nm.

Caja de bornes secundarios.- La caja de bornes para los devanados

secundarios est montada sobre la caja del transformador y es de

fundicin de aluminio resistente a la corrosin. La caja de bornes

estndar tiene lugar, como mximo para 30 tableros de bornes del tipo

PHOENIX UK 16 para dimetros de cable de 10 mm. Por pedido

especial, se pueden suministrar otros tipos de conexiones secundarias.



La caja de bornes tiene una brida no perforada desmontable con

desage. Por pedido especial, la brida puede suministrarse con juntas

roscadas para cables o perforacin segn especificacin del cliente.

La clase de proteccin para la caja de bornes es IP 55. Por pedido

especial, puede suministrarse una caja de bornes secundarios ms

grande con lugar para ms bornes secundarios u otros equipos.

Conexiones a tierra.- El transformador incluye normalmente una

conexin a tierra con abrazadera de latn cincado, para conductores de

8 - 15 mm. de dimetro, que pueden trasladarse a cualquiera de las

patas de montaje. Por pedido especial, se puede suministrar una

conexin a tierra con barra (ver el ejemplo de abajo). Los bornes de

tierra para los circuitos secundarios estn en la caja de bornes.

Datos de embarque.- Los transformadores entre 36 - 170 KV se

embalan normalmente para transporte vertical en paquete de 3

unidades. Por pedido especial, se puede suministrar transporte vertical

en paquete de 1 unidad.

Los transformadores 245 - 300 se embalan siempre para transporte

horizontal en paquete de 1 unidad segn la altura de transporte.

5.- TRASNFORMADOR DE TENSIN CAPACITIVO

Los transformadores de tensin capacitivos y condensadores de acopla-

miento estn destinados a ser conectados entre redes de fase y tierra con

neutro aislado neutro a tierra.

El diseo cumple con los requisitos de las normas IEC y BS.

Pueden adquirirse tambin diseos especiales para cumplir con otras normas

o especificaciones del cliente. Debido al diseo de los elementos



condensadores se debe tener muy en cuenta la estabilidad y precisin de

temperatura, similares a los transformadores inductivos de tensin.

5.1.- CONSTITUCION DE LOS CONDENSADORES DE TENSION

CAPACITIVOS

Divisor capacitivo de tensin.- El divisor capacitivo de tensin

consiste en una o dos unidades de porcelana vidriada marrn o gris,

montadas una sobre otra. Cada unidad incluye una gran cantidad de

elementos condensadores conectados en serie e impregnados en

aceite. Los aisladores estn totalmente llenos con el impregnante, que

es mantenido a una ligera sobrepresin por el diseo del sistema de

expansin. En toda nuestra construccin se utilizan juntas tericas.

Los elementos capacitivos estn diseados segn las demandas para

facturacin y su parte activa consiste en papel de aluminio aislado con

papel/pelcula de polipropileno, impregnado con un aceite sinttico

libre de PCB, FARADOL 300, que tiene mejores caractersticas

aislantes que el aceite mineral normal. Este tipo de dielctrico ha

demostrado ser prcticamente insensible a los cambios de

temperatura.Nuestro divisor de tensin estndar, designacin de tipo

CSA, est montado en una unidad electromagntica (EMU), formando

un transformador de tensin capacitivo completo.

Hay disponibles versiones de alta capacitancia para aplicaciones

especiales.

Unidad electromagntica (EMU).- El divisor de tensin y el

transformador estn conectados mediante manguitos interiores en el

aceite, que es necesario para aplicaciones de alta precisin. El

transformador tiene aislamiento de aceite con arrollamientos de cobre



doblemente esmaltados y con un ncleo de hierro, fabricado en chapa

de acero de alta calidad.

Figura N 5.1.- Constitucin de los transformadores capacitivos

La bobina primaria est dividida en un arrollamiento principal y un

juego de arrollamientos de compensacin accesibles exteriormente.

Este tipo de transformadores tienen un reactor que est conectado en

serie entre el divisor de tensin y el extremo de alta tensin del

arrollamiento primario. Este reactor compensa el cambio en el

ngulo de fase provocado por el divisor capacitivo de tensin. Las

reactancias capacitiva e inductiva se ajustan por separado en cada

transformador antes del ensayo de precisin.

5.2.- VENTAJAS DE LOS TRASNFORMADORES CAPACITIVOS

Clima.- Estos transformadores estn diseados y han sido instalados

en condiciones muy variables, desde climas rticos a desrticos, en

todos los continentes.



Ferroresonancia.- La baja induccin (0,35 0,45 T a la tensin

nominal) junto con un eficaz circuito amortiguador, proporcionan una

amortiguacin segura y constante de la ferroresonancia en todas las

frecuencias y tensiones hasta el factor de tensin nominal.

Vida til.- La baja carga de tensin dentro de los elementos

condensadores garantiza un producto seguro con una larga vida til.

Caractersticas transitorias.- La alta tensin intermedia y la alta

capacitancia resultan en caractersticas transitorias mucho mejores

que las exigidas por las normas internacionales actuales.

Ajuste.- Los arrollamientos de control para ajustar la relacin de

transformacin son accesibles en la caja de terminales y pueden ser

utilizados por el cliente para optimizar la precisin deseada.

Onda portadora.- Los transformadores de tensin capacitivos

tienen el reactor de compensacin conectado en el lado de alta

tensin del arrollamiento primario, lo que permite utilizar tambin

frecuencias ms altas (> 400 kHz) para transmisin por onda

portadora.

Capacitancia parsita.- El diseo con el reactor de compensacin

en el lado de alta tensin del arrollamiento principal garantiza una

capacitancia parsita menor a 200 pF, que es el requisito ms riguroso

de la norma IEC para caractersticas de portadoras.

Estabilidad.- Los transformadores de tensin capacitivos tienen un

factor de alta calidad, debido a su capacitancia relativamente alta,

combinado con una tensin intermedia alta. El factor de calidad = C

equivalente x U2 intermedio es una medida de la estabilidad con

respecto a las variaciones de frecuencia. Cuanto mayor sea el valor,

mejor ser la precisin durante variaciones de energa.



Desembalaje.- En el momento de la entrega, controlar las jaulas y

su contenido para ver si han sufrido daos durante el transporte.

Esperar antes de seguir manipulando las mercancas. Todos los daos

deben documentarse (fotografiarse).

La unidad electromagntica y el divisor capacitivo de tensin se

entregan como una unidad para los transformadores de tensin

capacitivos con tensiones del sistema de 245 kV como mximo.

Montaje.- Los transformadores de tensin capacitivos con tensiones

del sistema ms altas, que tienen ms de una parte de divisor de

tensin, se entregan con la unidad inferior montada en la unidad

electromagntica. La unidad electromagntica, con la unidad inferior,

debe instalarse primero, antes de colocar en su lugar el divisor de

tensin capacitivo. Las instrucciones de izaje se incluyen en cada

embalaje. Controlar que el aislador superior e inferior tengan el mismo

nmero de serie. Estn diseados para una vida til de ms de 25

aos, y son prcticamente libres de mantenimiento. No obstante,

recomendamos efectuar los siguientes controles y mediciones.

Control visual.- Recomendamos efectuar un control peridico para

ver si hay fugas de aceite, y una revisin del aislamiento exterior para

ver si hay suciedad acumulada en los aisladores.

5.3.- MEDICIONES DE CONTROL DEL DIVISOR DE TENSION

CAPACITIVO

Dado que los divisores de tensin estn sellados permanentemente

con una ligera sobrepresin, no se pueden extraer muestras de aceite

de los mismos. En condiciones de funcionamiento normales, no se

producir un envejecimiento perceptible en el interior de los



condensadores (verificado por ensayos de envejecimiento). No

obstante, las discrepancias entre las tensiones secundarias en fases

paralelas pueden indicar un fallo en una pieza del condensador de uno

de los transformadores de tensin, por lo que se recomienda efectuar

una comparacin de este tipo. En este caso, se recomienda medir

adems el valor de capacitancia. Las lecturas pueden tomarse entre

el terminal superior y el terminal L en la caja de terminales

secundarios.

Mediciones de control de la unidad electromagntica.- Un

ensayo sencillo es medir la resistencia de aislamiento en megohmios

(tensin mxima del ensayo: 1000 V CC) en los arrollamientos

secundarios. Como el arrollamiento de alta tensin del transformador

no tiene graduacin capacitiva, una medicin del ngulo de prdidas

(tan d) no dar ningn resultado importante. Lo que s puede

hacerse es sacar una muestra de aceite para un anlisis de

cromatografa de gases de la unidad electromagntica, para

determinar su condicin. La cuba de la unidad electromagntica

puede ser equipada, previa solicitud, con una vlvula de muestreo, y

podemos suministrar los equipos de muestreo adecuados. Un mtodo

sencillo es tomar la muestra del orificio de relleno de aceite.

Los intervalos de muestreo variarn segn las condiciones de servicio;

generalmente, no debera ser necesario ningn anlisis de aceite

durante los primeros 20 aos de servicio.

Ensayos de rutina.- Como estndar, se realizan los siguientes

ensayos en cada transformador, conforme a la norma aplicable: IEC

358 - 6.1.

Medicin de capacitancia y tan d para cada unidad de condensador

antes de ensayos de tensin.



Ensayo a frecuencia de la red aplicada entre terminales, 50 Hz;

duracin: un minuto.

Ensayo a frecuencia de la red aplicada entre terminal de baja tensin

y tierra. Tensin de prueba: 10 kV, 50 Hz; duracin: un minuto.

Figura N 5.2.- Unifilar del trasformador de tensin capacitivo

Ensayo de descarga parcial de cada unidad de condensador.

Ensayo de estanqueidad de cada unidad de condensador.

Medicin de capacitancia y tan d para cada unidad de condensador,

como ensayo final. Clculo de relacin de transformacin. Como

estndar, se realizan los siguientes ensayos en cada transformador,

conforme la normatividad.



Unidad electromagntica (IEC 186)

Verificacin de marcacin y polaridad de terminales.

Ensayo a frecuencia de la red aplicada en arrollamientos secundarios y

arrollamientos de ajuste.

Tensin de ensayo: 4 kV, 50 Hz; duracin: un minuto.

Ensayo a frecuencia de la red inducida en arrollamiento primario, 75

Hz; duracin: un minuto.

IEC 358

Ensayo a frecuencia de la red aplicada en terminal L.

Tensin de ensayo: 10 kV, 50 Hz; duracin: un minuto.

Ensayos especficos del fabricante

Revisin y medicin de circuito amortiguador.

Ensayo de estanqueidad.

Sobretensin tipo maniobra. Hmedo.

Ensayos de tipo.- Por pedido especial, pueden suministrarse

protocolos de ensayos de tipo para ensayos efectuados en

transformadores de tipos similares a la especificacin del cliente

5.4.- ASPECTOS AMBIENTALES

Impregnante.- Tanto FARADOL 300 (divisores de tensin) y Nyns

NYTRO 10X (unidad electromagntica) son libres de PCB y otras

sustancias altamente txicas, y representan una amenaza muy

pequea para el entorno. Los dos impregnantes estn clasificados en

la mxima clase alemana de proteccin de las aguas (WGK 1).

Faradol 300 es un aceite sinttico, y NYTRO 10X es un aceite para

transformadores estndar.



Eliminacin.- Despus de evacuar los aceites, estos pueden

quemarse en una planta especial. De este modo, FARADOL 300 posee

caractersticas de combustin similares al aceite mineral normal.

La porcelana puede ser depositada despus de haber sido triturada.

Los metales en la unidad electromagntica y el alojamiento del divisor

de tensin son reciclables.

Las piezas de aluminio tienen etiquetas con especificacin de los

materiales. Para aprovechar el cobre de los arrollamientos, se debe

quemar el aislamiento de papel saturado.

El aluminio en los elementos condensadores, con su combinacin de

papel de aluminio, papel y pelcula de polipropileno, pueden

recuperarse despus de quemarse. La pelcula plstica no emitir

sustancias nocivas durante este proceso.

5.5.- CONSTITUCION DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSION

CAPACITIVOS

Terminal primario.- Estos transformadores se entregan

normalmente con un terminal fijo de aluminio plano de 4 agujeros,

adecuado para tornillo de 40 a 50 mm. y para conectar grampas para

cables normales de aluminio. Otros terminales primarios pueden

ofertarse por pedido especial como un contacto cilndrico de aluminio,

=30 mm. La fuerza mxima en el terminal primario es 2000 N en

todas las direcciones.

Caja de terminales secundarios.- El transformador viene equipado

con una caja de terminales secundarios, clase de proteccin IP 55.



Esta caja viene equipada con una placa prensaestopas sin perforar y

desmontable, que en la instalacin puede perforarse para manguitos

de cable con un dimetro mximo de 38 mm (1 ).

El transformador puede equiparse tambin con una caja de terminales

ms grande, con espacio para fusibles o interruptores de miniatura

y/o proteccin para equipo de onda portadora. Los terminales

secundarios consisten normalmente en bloques de terminales de

estndar Phoenix para alambre de 10 mm. En la caja de terminales

hay tambin terminales (d1 - d2) para controlar el circuito

amortiguador de ferroresonancia, terminales para los arrollamientos

de ajuste (B1 a B10 detrs de una placa de cubierta, para evitar la

reconexin inadvertida) y el terminal L de baja tensin del

condensador (para equipo de onda portadora - PLC).

Terminales de tierra.- El transformador viene equipado

generalmente con una grampa de tierra con una tapa de latn

niquelado, para cable de =8-15 mm., que puede ser trasladada a

cualquiera de las bases de montaje.

Tambin hay disponible una barra de tierra (ver el ejemplo a la

derecha) por pedido especial. Los terminales de tierra para los

circuitos secundarios estn situados en la caja de terminales.

Condensadores de acoplamiento CCA.- Los condensadores de

acoplamiento tipo CCA estn destinados a aplicaciones de onda

portadora. El diseo del aislador y condensador son idnticos a los

divisores capacitivos de tensin tipo CSA pero sin un terminal de

tensin intermedia, y las descripciones anteriores de los divisores de

tensin rigen tambin para el CCA. Otros valores de capacitancia

aparte de los descritos abajo pueden adquirirse por pedido especial y

a un precio ms alto.



Figura N 5.3.- Transformador de tensin capacitivo

Una trampa de onda puede montarse en la mayora de los casos

directamente arriba del condensador de acoplamiento. El terminal

primario conforme al estndar de ABB, as como los aisladores para el

montaje, vienen incluidos en la entrega.

Datos para pedidos y consultas.- Para poder realizar una oferta

correcta, deben incluirse por lo menos los siguientes datos: Nmero

de unidades, norma internacional /especificacin del cliente,

frecuencia, mxima tensin del sistema, tensin nominal de servicio,

relaciones de transformacin, factor de tensin nominal, distancia de

fuga, capacitancia fase-tierra.

Tensiones de ensayo: Impulso tipo rayo, frecuencia de la red

seco/hmedo si no se ajusta estrictamente a una norma nacional.



Cargas y precisin: Arrollamientos 1, 2, 3, clase de carga y uso,

carga trmica lmite.

Requisitos adicionales: Porcelana gris, caja de terminales con fusi-

bles, proteccin para equipo de onda portadora, otros requisitos

relacionados del cliente. ABB seleccionar: designacin de tipo, y

entregar algn tipo de plan de datos y/o otros datos tcnicos

pertinentes.

6.- TRASNFORMADOR DE TENSIN INDUCTIVO

Los transformadores de tensin inductivos estn destinados a la

conexin de fase y tierra en redes con neutro aislado neutro a tierra.

El diseo cumple con los requisitos de las normas IEC e IEEE.

Tambin posibles soluciones de diseo especiales para cumplir con

otras normas y requisitos del cliente. Los transformadores estn

diseados con una densidad de flujo reducido en el ncleo y pueden

dimensionarse para 190 % de la tensin nominal durante ms de 8

horas.

6.1.- COMPONENTES DE TRASFORMADORES DE TENSIN

INDUCTIVOS

Arrollamientos primarios.- El arrollamiento primario est diseado

como una bobina multicapa de alambre doblemente esmaltado con

aislamiento en capas de papel especial. Los dos extremos del

arrollamiento estn conectados a blindajes metlicos.



Arrollamientos secundarios y terciarios.- En la versin estndar,

el transformador tiene un arrollamiento de medicin secundario y un

arrollamiento terciario para proteccin de fuga a tierra, pero hay

disponibles otras configuraciones si es necesario (2 arrollamientos

secundarios en un diseo de acuerdo con la norma IEEE).

Los arrollamientos estn diseados con alambre doblemente

esmaltado y estn aislados desde el ncleo y el arrollamiento primario

con cartn aislante (presspan) y papel. Los arrollamientos pueden

equiparse con terminales adicionales para otras relaciones

(derivaciones).

Ncleo.- El transformador tiene un ncleo de material

cuidadosamente seleccionado para pr

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Transformadores de Medida y Proteccion Hm