4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos

CRITERIOS DE CONSTRUCCION Y PROTECCION DE

TRANSFORMADORES ELECTRICOS

Ing. Carlos Bellido

QUE PUEDE FALLAR?

FALLAS POTENCIALES

60% de las fallas en transformadores ( 0.2 a 16 fallas por cada 106 horas de funcionamiento) son debidas a fallas en el aislamiento interno y pueden ser clasificadas de la siguiente manera:

• Falla en las conexiones internas• Falla en el aislamiento de

entreturno de los devanados principales

• Falla en el aislamiento principal entre el devanado y el tanque.

PROTECCION ELECTRICA• Circuit breakers o fusibles• Relé térmico que monitorea la

temperatura del liquido• Relé de sobre corriente. • Nivel del liquido en el tanque• Relé diferencial • Aisladores, previenen fuentes

de alto voltaje.• Relés de gas y aceite, operan

cuando detectan un exceso de gas en el tanque

FALLAS POTENCIALES

INCENDIOS EN TRANSFORMADORES

Clasificación:• Líquidos inflamables

(aceite mineral, fire point< 185 C)

• Líquidos menos inflamables (flash point > 300 C)

• Líquidos no inflamables (como askarels)

• Aislantes sólidos y gases (como aire)

INCENDIOS EN TRANSFORMADORES

• Flash Point y Fire Point

TIPOS DE FLUIDO DIELECTRICO

NORMATIVA

DFD

• NFPA 70 – Código Nacional Eléctrico, articulo 450.• NFPA 850 – Practicas recomendadas para la protección

contra incendios en plantas generadoras y estaciones de alto voltaje y corriente directa.

• NFPA 13 – Estándar para la instalación de sistemas de rociadores

• NFPA 15 – Estándar para la instalación de sistemas fijos de spray

• NFPA 25 – Estándar para la instalación, mantenimiento y prueba de sistemas de protección contra incendios basados en agua.

• NFPA 30 – Código para líquidos inflamables y combustibles• NFPA 220 – Estándar para tipos de construcción.

• NFPA 70 – Código Nacional Eléctrico, articulo 450.• NFPA 850 – Practicas recomendadas para la protección

contra incendios en plantas generadoras y estaciones de alto voltaje y corriente directa.

• NFPA 13 – Estándar para la instalación de sistemas de rociadores

• NFPA 15 – Estándar para la instalación de sistemas fijos de spray

• NFPA 25 – Estándar para la instalación, mantenimiento y prueba de sistemas de protección contra incendios basados en agua.

• NFPA 30 – Código para líquidos inflamables y combustibles• NFPA 220 – Estándar para tipos de construcción.

NORMATIVA

NORMATIVA NFPA 70 –TRANSFORMADORES SECOS

• Clausula 450 – Transformadores secos mayores a 112.5 KVA deben ser instalados en un cuarto (mínimo 1 hora corta fuego)

• Para transformadores menores a 35 KV no es necesaria una cámara.

• Las cámaras de transformadores deberán tener una protección de 3 (21 mm) o 4 (311 mm) horas cortafuego horas cortafuego y podrán ser reducidas a 1 con el uso de un sistema de extinción.

NORMATIVA NFPA 70 – MENOS INFLAMABLES

Para líquidos menos inflamables (FP < 300 C) la instalación interna es permitida si:•Caso 1 : En edificios tipo I y tipo II (materiales no combustibles), en aéreas sin materiales combustibles almacenados y provistos de un área de confinamiento para líquidos. •Caso 2 : Provisto de un sistema de automático de protección contra incendios y provistos de un área de confinamiento para líquidos•Caso 3 : Instalados en una cámara de transformadores.

NORMATIVA NFPA 70 – NO INFLAMABLES

Para líquidos no inflamables la instalación de transformadores menores a 35 KV no requiere el uso de cámaras pero si un área de confinamiento de liquido y un vent de alivio de presión.

NORMATIVA NFPA 70 – ASKAREL

Para líquidos no inflamables la instalación de transformadores menores a 35 KV no requiere el uso de cámaras pero si un área de confinamiento de liquido y un vent de alivio de presión para transformadores mayores a 25 KV

COMPOLos transformadores enfriados por aceite deben de estar separados de las estructuras adyacentes y esta separación debe estar dada de acuerdo a las siguientes características:

• Tipo y cantidad de aceite en el transformador

• Tamaño del deposito de aceite• Tipo de construcción de las estructuras

adyacentes• Potencia de los transformadores.• Sistema de extinción provisto• Tipo de protección eléctrica

NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS

Como esNORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS

•Es recomendable que los transformadores con mas de 500 gal de aceite estén separados de las estructuras adyacentes por un muro de 2 horas cortafuego. •Si no se cuenta con un muro se deberáguardar una distancia mínima según la siguiente tabla


Es recomendable que los transformadores mayores a 500 gal estén separados uno del otro por un muro cortafuego que se extienda al menos 31 cm por encima del transformador y 61 cm mas allá del ancho. Se deberá evaluar los efectos de la explosión de los aisladores.

Ancho máximo + 61 cm por cada lado

Alto máximo + 31 cm por encima

• Cuando no se cuente con muro cortafuego el deposito para derrame de aceite deberá estar a 1.5 m mínimo de la estructura.


NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES INTERNOS

• Transformadores de tipo seco son recomendados para uso interior.

• Los transformadores con mas de 100 gal de aceite deberán estar separados de las áreas adyacentes por una barrera de 3 horas cortafuego.

• Los transformadores con un ratingmayor a 35 kV aislados con liquido no inflamable y menos inflamable instalados en el interior deberán contar con barreras de 3 horas.

• El uso de sistemas automáticos de extinción permite reducir el rating a 1 hora

• Se deben proveer drenajes de manera que no afecten otras áreas.

• Deben ser diseñados para recibir lo siguiente:– Derrame del contenedor de aceite mas grande

– El numero esperado de mangueras (500 gpm mínimo) durante 10 minutos

– La máxima descarga del sistema fijo de extinción durante 10 minutos.

NORMATIVA NFPA 850DRENAJES Y PIT

NORMATIVA NFPA 850DRENAJES Y PIT

• Ejemplo– Cantidad de aceite = 5500 kg.

Densidad del aceite = 920 kg/m3

Volumen del aceite: 5978 litros= 5.97 m3

– Mangueras contra incendios por 10 min:250 gpm x 10 min = 2500 galones = 9.46 m3

– Máxima descarga del sistema fijo de extinción:142.5 gpm x 10 min.=1425 galones = 5.39 m3

Volumen total de la poza = 20.82 m3

• Cuando se instalen sistemas de extinción por gas se debe considerar un sello adecuado además de compensar las perdidas.

• Se deberá considerar una pendiente para el drenaje del liquido o un área de almacenamiento debajo del transformador. Para ambos casos se deberá dimensionar según lo antes explicado.

• Si se consideran piedras para minimizar el fuego en el liquido derramado se deberáconsiderar el volumen de las piedras en el calculo.

NORMATIVA NFPA 850DRENAJES

EXPERIMENTOSCAMA DE PIEDRAS

El diámetro de las piedras deberá estar entre 20 mm(40% volumen) y 30 mm(50% volumen) ,tamaño 5 y 24 respectivamente según ASTM D448

SISTEMAS DE PROTECCIÓN

PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE DETECCION

El sistema de detección mas recomendable es por temperatura debido a las condiciones donde generalmente son instalados los transformadores. Sin embargo cada caso deberá ser evaluado.

PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE DETECCION

• El sistema de protección puede estar compuesto por rociadores automáticos, sistemas de sprays, espuma, sistemas de inundación por gas o sistemas de polvo químico (este ultimo solo si no existe la posibilidad de re ignición)– NFPA 11 – Estándar para espuma de baja expansión.– NFPA 12 – Estándar para sistemas de extinción de dióxido de carbono

– NFPA 13 – Estándar para la instalación de sistemas de rociadores.

– NFPA 15 – Estándar para la instalación de sistemas fijos de spray.

– NFPA 17 – Estándar para la instalación de sistemas de extinción de polvo químico

PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION


• Los sistemas de agua o espuma son los mas utilizados comúnmente.


• Una manguera debe estar al alcance de cada transformador.

• Sprays o rociadores con una densidad de 0.25 gpm/ft2sobre la superficie del trafo

• El área de diseño debe ser 3500 ft2

PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO

• Cual es el rating adecuado que se deberáutilizar para transformadores instalados en el interior?

• La norma establece valores entre 3 y 4 horas cortafuego, pero pueden ser relajados a 1 hora con un sistema de extinción.

• Que tan confiable será esto???


• Que significa que un muro sea 1 hora o 4 horas cortafuego?

• ASTM E119


Como estimar la resistencia de un muro

• El valor típico sugerido de la carga es de 600 MJ/m2 sin embargo este valor no contempla variaciones.


• La mayor carga esta dada por el fluido dieléctrico, cableado y componentes eléctricos.

• Es esperado que los transformadores secos tengan entre 5% y 10% la carga térmica de los enfriados por aceite.


• El factor de ventilación esta dado de acuerdo a las características del cuarto.

• El factor kb dependerá de las características constructivas del cuarto, dadas por el valor de la inercia térmica (k�c)

VF=Av/At Hv0.5

Hv=(A1H1+A2H2…)/AvAv=A1+A2+….At =2(l1l2+l1Hr+l2Hr)


• Tipos de protección

Rociadores + muro cortafuego

Solo muro cortafuego

Rociadores + muro 1 hora cortafuego

> > > Solorociadores

PROTECCION DEL TRANSFORMADORRESUMEN

• Las probabilidades de falla de un transformador son bajas pero las consecuencias son considerables.

• La construcción del transformador debe contemplar el uso de sistemas de extinción.

• No es recomendable que la protección pasiva sea relajada por el uso de sistemas de extinción.

GRACIAS POR SU ATENCION

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