Diseño Fabricación de Transformadores

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  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    DISEÑO, FABRICACION Y COMPORTAMIENTO DETRANSFORMADORES DE POTENCIA

    Ing. Jorge Luis Mendez Giron

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    Índice:

    1. Conceptos generales

    2. Diseño

    2.1 Núcleo

    2.2 Devanados

    2.3 Calentamiento

    2.4 Accesorios

    3. Fabricación

    3.1 Procesos

    3.2 Pruebas

    4. Comportamiento

    4.1 Sobrevoltajes

    4.2 Sobrecorrientes

    4.3 Sobrecarga4.4 Puesta en paralelo

    4.5 Caída de tensión

    2

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    1. CONCEPTOS GENERALES

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    CONCEPTOS GENERALES

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    •  Dispositivo electromagnético destinado

    a la conversión de los factores de la

    potencia eléctrica (tensión y corriente).

    •  Permite transportar económicamenteenergía eléctrica a distancia.

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    CONCEPTOS GENERALES

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    Electro-

    dinámico

    Térmicos

    Físico

    QuímicoFenómenos

    transformador

    Electro-

    magnéticos

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    CONCEPTOS GENERALES

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    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    1.- Núcleo

    2.- Devanado

    3.- Aceite

    4.- Tanque

    5.- Pasatapas ó bushing

    6.- Termómetro

    7.- Indicador de Nivel

    8.- Deshumedecedor 

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    2. DISEÑO

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    DISEÑO - NÚCLEO

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    NÚCLEO

    Almacenaje del núcleoEvitar entrehierros

    Optimización del diseño

    •   El núcleo esta formado por chapas ferromagnéticas de grano orientado.

    •   La chapa es aleado a base de silicio del orden 3% al 5% . La aportación reducir pérdidas enfierro

    •   El aislamiento entre chapas es proporcionado por proceso termoquímico llamado “carlite

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    DISEÑO - NÚCLEO

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    PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO

    •   Las perdidas dependen de la frecuencia, lainducción magnética, calidad de la planchamagnética y el peso del núcleo.

    •   Las pérdidas no varían con la Carga.

    •   En la construcción de debe evitar losentrehierros.

    •   Evitar golpes en el material.

    = V 

    Pérdidas por histéresis

    Pérdidas por Foucault

    =Pérdidaspor Histerisis (W)

    V=Volumen de fierro(m3)

    B=inducción magnética (mm)

    =Coef. steinmtez

    =Pérdidas de Foucault (W)

    f=frecuencia(Hz)

    e=espesor de lamina (m)

    ρ =densidad del fierro (kg/m3)

    =πf e

    6ρV

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    DISEÑO - DEVANADO

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    Devanado tipo capasplatina

    Devanado tipo capasalambre

    Devanado tipo discoDevanado tipo “Wendel”

    Las principales características en undevanado son la forma del conductor (alambre o platina), la elección del tipode ejecución y el sentido del devanado.Los conductores mas utilizados sonaluminio y cobre (grado de pureza

    99.999%)

    DEVANADOS

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    DISEÑO -DEVANADO

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    Pérdida Dev.: Pc=Pcuc+ P eddy losses +P stray LossesPc=Pérdidas por componente continua de corriente

    P eddy losses =Pérdidas por corrientes parasitas en el conductor 

    P stray losses= Pérdidas por acoplamiento magnético

    Pérdida por componente continua de corriente @ 75ºC:

    Pcuc=2.45*J²*Peso cobre, donde J (A/mm2 )

    PÉRDIDAS EN DEVANADO

    Transposiciones y selección correcta de conductor

    Pérdidas por acoplamiento magnético a partesmetálicas

    Pérdidas por corrientes parasitas en el conductor

    (º = º234.5 + 75

    234.5 + º+

    234.5 + º

    234.5 + 75

    Variación de la resistencia por cambio de temperatura

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    DISEÑO -DEVANADO

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    U = 2.48x10-5 . f.dm . ( a/3 +c + b/3 ) . Np² .Ip .KR / h

    Diferencias de altura

    Influencia de la geometría de los devanados

    IMPEDANCIA DEL TRANSFORMADOR

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    DISEÑO - CALENTAMIENTO

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    En el transformador existen los tres tipos de transferencia de calor.

    •   Conducción

    •   Convección

    •   RadiaciónEn el devanado existe la transferencia de calor del tipo conducción :   Diagrama térmico del devanado

    Pc =λ.Δθ 

    Δθ Salto de temperatura entre las dos superficiesde la pared.

    Pc Superficie de carga (watt/mm2)=

    i espesor de la pared (mm)

    λ  Conductividad térmica del material (W/mm ºC)

     papel 0.0002W/ºCmm

    CALENTAMIENTO

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    DISEÑO - CALENTAMIENTO

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    P = α∆θ

    Δθ   Salto de temperatura media de superficie refrigerada al fluido.

    Pc   Superficie de carga (watt/dm2)

    αCoeficiente de convección(watt/ºCdm2) del aceite α ≅ 0.48 ∆θ

    Entre el devanado y el tanque existe la transferencia de calordel tipo Convección :

    Diagrama térmico del transformador 

    W = k θ

    100

    −θ

    100

    A

    Radiación

    Entre el tanque y el aire existe la transferencia de calor tipoconvección y radiación:

    WCantidad de calor irradiada en una unidad de tiempo, en watt.

    θTemperatura absoluta (grados kelvin) de la superficie radiante

    θ  Superficie irradiada (temperatura ambiente), también en

    grados Kelvin

    AEl área eficaz de la superficie radiante (dm2)

    k    Coeficiente de irradiamiento, que depende la naturaleza

    de la superficie radiante y la irradiada, y la razón

    de las áreas. es k  ≅ 0.053

    CALENTAMIENTO

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    DISEÑO -ACCESORIOS

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    ACEITE EN TRANSFORMADORES

    Algunas características influyen en el rendimiento del aceite más queotros y esas propiedades pueden ser beneficiosas para mejorar aún más.

    La viscosidad y el índice de viscosidad afectan a la capacidad deenfriamiento del fluido.

    Estabilidad a la oxidación es importante, ya que afecta a la esperanza devida del aceite,propiedades a baja temperatura son importantes cuando se utiliza elaceite en climas fríos. Además, el aceite debe cumplir con todos losrequisitos de salud, seguridad y la legislación ambiental.

    El aceite es un fluido que tiene las siguientes funciones dentrodel transformador:

    •   Proporcionar refrigeración•   Actuar como aislante eléctrico•   Portador de información

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    DISEÑO -ACCESORIOS

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    •   Tienen la función de conducir corriente a alta tensiónvinculando los terminales externos hacia los devanados.

    •   En caso de alta tensión, los campos eléctricos existentesrequieren controlar su distribución dentro o por sobre lasuperficie exterior mediante placas ecualizadoras de potencial

    •   Tiene una toma de prueba que permite realizar ensayos comofactor de potencia para verificar el estado del aislador 

    •   Comúnmente se utiliza los aisladores capacitivos con interior depapel impregnado en aceite y con exterior de porcelana

    PASATAPAS O BUSHING

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    DISEÑO - ACCESORIOS

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    ACCESORIOS

    Termómetro

    Deshumedecedor 

    Relé Buchholz

    Indicador de Nivel

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    DISEÑO - ACCESORIOS

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    Monitor de temperatura   Monitor de gases Monitor de bushing

    ACCESORIOS

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    DISEÑO - ACCESORIOS

    Ec. Dif. de gobierno

    Ec. Algebraicas

    Discretas

    Solución Numérica

    Discretizada

    Consistencia

    Estabilidad

    Mallado obtenido con Matlab

    Técnicas numéricas computacionales modernas para el diseño de transformadores

    TECNOLOGÍA EN TRANSFORMADORES

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    DISEÑO

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    Distribución de campo eléctrico Distribución de pérdidas por inducción(campo magnético)

    Distribución de esfuerzos mecánicosDistribución temperaturas en placa

    TECNOLOGÍA EN TRANSFORMADORES

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    DISEÑO

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    PLANCHAS AMORFAS (*) SUPERCONDUCTORES (*)

    •Se estima que las pérdidas en vacío se reducenalrededor 60 – 70% con el acero tradicional

    •Alto costo alrededor 5 veces mayor que un aceroal silicio estándar 

    • Tienen resistencia prácticamente nula ydesciende a cero cuando se enfría por debajo de sutemperatura crítica.•Permite trabajar con gran densidad de corriente.• La desventaja es la pérdida de superconductividaden algunas condiciones (campos magnéticosintensos, corrientes elevadas, temperaturaselevadas, etc.)

    Compuesto de Itrio: Y1Ba2Cu3O7− x Tc=92 KCompuesto de Mercurio: Hg1Ba2Ca2Cu3O10 Tc=153KMa Yb Zc

    M=uno o más metales de los siguientes t ipos: hierro, niquel,cobalto, vario, cromo

    Y=uno o más metales de los siguientes tipos: fósforo, boro,carbono

    Z=uno o más metales de los siguientes tipos: aluminio,

    silicio, estaño, antimonio, germanio, indioa,b,c =porcentaje (atómico) de los elementos X,Y,Z

    Fuente: Tesis universidad de chile – Basilio Andrés -2013

    Fuente: libro “design transformer analysis,design” –M. Lopéz –Fernandez - 2013

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    FABRICACIÓN - PROCESO

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    PROCESO

    BOBINADO

    CORTE DE NÚCLEO

    ESTRUCTURAMETÁLICA

    ARMADO DE NÚCLEO

    PRENSADO DEVANADO

    TRAVESAÑOS  TANQUE

    TAPA

    CONSERVADOR

    ENSAMBLE PARTE ACTIVAY CONEXIONADO

      PRESECADO

    SECADO YENCUBADO

    PRUEBAS

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    FABRICACIÓN - PRUEBAS

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    La finalidad de las pruebas en fabrica son para validar los resultado calculados y garantizar unaoperación confiable a lo largo de la vida útil.

    La parte de procedimientos y criterios de aprobación serán referidos a la norma IEC 60076

    Las pruebas se dividen en tres partes:

    •   Pruebas de rutina .- Son pruebas que se le realizan a todos los transformadores fabricados

    •   Prueba tipo.-Se realiza a una unidad de un lote de transformadores idénticos, debido a que estaspruebas toman un tiempo considerable realizarlo.

    •   Pruebas especiales.-Se realiza según el acuerdo del cliente con el fabricante al inicio del

    contrato.

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS RUTINA

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    RESISTENCIA DE DEVANADOS:

    Con este tipo de prueba verificamos que:

    •   Las conexiones no estén abiertas•   `la calidad de uniones de soldadura del conexionado

    •   Los cálculos teóricos de pérdidas se encuentren dentro de lo esperadoMétodo del voltaje corriente

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS RUTINA

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    RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN YGRUPO DE CONEXIÓN

    Permite verificar las relaciones de transformaciónteóricas del transformador para comprobar que noexista espiras en cortocircuito, núcleo dañado, etc.

    El ensayo consiste en la medición de relación de

    transformación en vacío, mediante la aplicación deuna tensión de ensayo de bajo valor sobre elarrollamiento de alta tensión, midiendo la tensióninducida sobre el lado de baja tensión.

    La relación se debe realizar en todos los taps delcambiador de tomas.

    La medición permite verificar la polaridad y grupo deconexión en transformadores trifásicos.

    CRITERIOS DE APROBACIÓN.

    La tolerancia para la relación de transformación, medida cuando eltransformador está sin carga según norma IEC 60076-1 ó ANSI IEEE Std 62debe ser:• ± 0.5% en el Tap nominal del par principal de devanados.

    (*) Tolerancia a aplicar salvo acuerdo y/o pedido diferente.

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS RUTINA

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    ENSAYO DE VOLTAJE APLICADO

    La prueba se realiza para comprobar el aislamientocorrecto entre el devanado y las partes a tierra (partemetálicas ), aplicándole voltajes elevados perotemporales.

    La prueba se realiza durante un minuto.

    Tensión

    Máxima (kV)

    Voltaje a

    frecuenciaindustrial (kV)

    Voltaje al Impulso

    Atmosférico (kV)

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS RUTINA

    Diapositiva 28

    ENSAYO DE VOLTAJE INDUCIDO

    El propósito de la prueba es verificar el aislamiento entreespiras de una misma bobina, entre bobinas de diferentefase y entre los terminales (taps) de salida de una bobina,cuando se ven sometidos a una condición de sobretensióntemporal.

    El voltaje de prueba es doble del voltaje nominal deltransformador, entonces la frecuencia de este debe ser incrementada al menos al doble para evitar lasobresaturación del núcleo.

    CRITERIOS DE APROBACIÓN.

    La prueba cumple con los requerimientos si durante el tiempo de

    aplicación de la tensión de prueba no se presentan alteracionesbruscas en el voltaje de prueba, incremento de súbito de lacorriente, oscilaciones en la frecuencia o sonidos que evidenciendescargas al interior del transformador.

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS RUTINA

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    Medida de pérdidas en vacío y corriente deexcitación

    El objeto de la prueba es identificar laspérdidas sin carga (Po) y la corriente deexcitación (Io) del transformador a voltaje yfrecuencia nominal.

    Esta información permite verificar la calidad dela plancha y construcción del núcleo

    CRITERIOS DE APROBACIÓN.

    Los valores medidos se comparan con los valoresgarantizados, la tolerancia según IEC60076-1 (+-15%)

    ENSAYO DE PÉRDIDAS EN VACÍO

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS RUTINA

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    MEDIDA DE PERDIDAS CON CARGA E IMPEDANCIA DECORTO CIRCUITO.

    El objeto de la prueba es determinar laspérdidas con carga (Pcu) y la impedancia decortocircuito (Ucc) a corriente y frecuencianominal.

    CRITERIOS DE APROBACIÓN.

    Los valores medidos se comparan con los valoresgarantizados, la tolerancia según IEC60076-1 (+-15%) y la suma

    total (Pfe + Pcu) garantizados ,la tolerancia (+-10%).

    Para impedancia de cortocircuito < 10% la tolerancia es (+-10%)Para impedancia de cortocircuito >10% la tolerancia es (+-7.5%)

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS TIPO

    Diapositiva 31

    Se realiza para comprobar si los aislamientos delTransformador soportarán las solicitaciones que generan lassobretensiones de origen atmosférico (Rayos).En la prueba se utiliza un Generador de Impulso que es unensamble de Condensadores y Resistencias que se cargan en

    paralelo y se descargan en serie formando un circuitooscilante R-L-C que tiene una forma de onda similar a las quegeneran las descargas atmósfericas.

    •   Los Niveles de Impulso son referidos como el Nivel Básicode aislamiento (BIL).

    •   La Polaridad de la onda es negativa.

    Tensión Máxima(kV)

    Voltaje a frecuenciaindustrial (kV)

    Voltaje al ImpulsoAtmosférico (kV)

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS - TIPO

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    Los registros de las formas de onda obtenidas al 50% y al 100%de Tensión de Prueba, se compararan y si no se observadiferencias significativas se considera que el Transformador 

    ha salvado la Prueba de Impulso satisfactoriamente.

    CRITERIOS DE APROBACIÓN.

    Estas ondas se caracterizan por tener un frente de onda muyescarpado (alcanzan su valor de cresta en 1 a 1,5 u seg.) paraluego decrecer y alcanzar la mitad de su valor de cresta en el

    orden de los 40 a 50 u seg.

    ENSAYO DE ONDA DE IMPULSO

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS TIPO

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    Tiene por objeto verificar si el Transformador da su PotenciaNominal sin exceder los límites de Calentamiento especificados(Normalmente 60ºC para el Aceite y 65ºC para los bobinados).

    Durante el ensayo los Transformadores deben estar montados

    completamente incluyendo sus accesorios.Existen varios métodos para realizar este ensayo pero el maspráctico y difundido es el método de cortocircuito.

    Durante este ensayo el Transformador es alimentado por unode los bobinados (generalmente el de Alta Tensión) con unacorriente capaz de producir las Pérdidas Totales (Pérdidas envacío + Pérdidas debidas a la Carga estando los otros bobinados

    en cortocircuito)

    LEYENDA

    1. Fuente de Corriente 6. Vatimetros de Corriente Alterna. 11. Conmutador.

    2. Transformadores de Corriente. 7. Voltímetrode Corriente Continua. 12. Puente Thomson.

    3. Transformadores de Potencial. 8. Amperimetro de Corrinte Continua. 13. Bateria.

    4. Voltímetrosde Corriente Alterna. 9. Resistencia de ajuste. 14. Transformador en Prueba.

    5. Amperímetrosde Corriente Alterna 10. Interruptor 

    ENSAYO DE CALENTAMIENTO.

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS TIPO

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    El ensayo consta básicamente de 2 etapas, en la primeraetapa se alimenta al Transformador con sus Pérdidas Totalesy se miden la Temperatura del Aceite superior y del medio derefrigeración, prolongando el ensayo hasta conseguir que elcalentamiento del Aceite no supere 1ºK por hora y

    permanezca por debajo de este umbral por espacio de 3Horas.

    en la segunda etapa y una vez determinado el Calentamientodel aceite, se reduce la Corriente de Prueba (Ip) hasta suValor Nominal (In) y después de una Hora en esta condiciónse miden las Resistencias en caliente de los bobinados

    ΔØ2ΔØ1

    ΔØ3

       B

    ΔØ

    1

    ΔØ

    2

    ΔØ

    3

    Δ

    t

    Δ

    t

    Δ

    t

    Δ

    t

    Δ

    t

    TiempoIncremento de

    temperatura

    Calentamiento del aceite

    CRITERIOS DE APROBACIÓN

    Los valores de temperatura a 1000 msnm no deben exceder 60ºC para el Aceite y 65ºC para los bobinados   B   x

      e  -   t   /   T

       B

    A0

    Tiempo

    Resistencia

    ENSAYO DE CALENTAMIENTO.

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS ESPECIALES

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    La medición de resistencia de aislamiento serealiza generalmente a fin de verificar elestado de sequedad del aislamiento de losdevanados y del núcleo.

    Las pruebas de resistencia de aislamientotambién puede revelar informaciónimportante acerca de daños ocultos en losaisladores (bujes).

    Existen tres componentes de corriente sepuede medir en la aplicación de voltaje a unsistema de aislamiento. (corriente de carga

    capacitivo, corriente de absorción, corrientede dispersión).

    Medición única

    Índice de absorción dieléctrica (RAD)

    Índice de polarización (IP)

    RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS ESPECIALES

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    Mediciones de resistencia de aislamiento entransformadores se realizan normalmente convoltajes de hasta 5000 VDC.

    La Medición de resistencia de aislamiento

    generalmente se corrigen a una temperaturaestándar (normalmente 20 ° C) usandonomogramas o tablas que se han preparado paraeste fin.

    Por tanto es importante conocer la temperatura delsistema de aislamiento al momento de realizar laprueba de resistencia de aislamiento.

    CRITERIOS DE APROBACIÓN.No se especifica valores absolutos pero se puederealizar un historial previo para establecer unatendencia de la resistencia de aislamiento

    RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS ESPECIALES

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    cos(θ) vs tan(δ)

    0.000

    2.000

    4.000

    6.000

    8.000

    10.000

    12.000

    14.000

    0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200

    cos(θ)

        t   a   n   (   δ   )

    cos(θ)

    tan(δ)

    El normal envejecimiento de un material aislante sumado a

    contaminación por humedad o sustancias químicas causan el

    incremento de las perdidas dieléctricas.

    La resistencia de aislamiento sirve para determinar lacantidad de humedad e impurezas que contienen los

    aislamientos del transformador, se debe tener en cuenta que

    la temperatura afecta grandemente a los valores de

    resistencia de aislamiento.

    La capacitancia en un transformador depende de las

    características del material aislante, y de la configuración de

    los arrollamientos. Los cambios son causados por el

    deterioro del aislante, contaminación, o daños físicos.

    FACTOR DE POTENCIA

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    FABRICACIÓN – PRUEBAS ESPECIALRD

    Diapositiva 38

    Es importante tener en cuenta las condiciones ambientalesen el tiempo de medición ya que será útil cuando se comparelos reportes. El factor de pérdidas de un aislamiento essensible a las variaciones de temperatura, por lo que se

    tendrá que aplicar un factor de corrección a los valoresobtenidos. Esto permite realizar las comparaciones demediciones realizadas en diferentes temperaturas, siendo lareferencia de temperatura comúnmente usada de 20 ºC.

    CRITERIOS DE APROBACIÓN

    Los valores medidos en fabrica sirven como comparación

    con valores medidos en campo. Los valores deben ser similares

    FACTOR DE POTENCIA

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    4. COMPORTAMIENTO

    39

  • 8/16/2019 Diseño Fabricación de Transformadores

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    COMPORTAMIENTO - FENÓMENO TRANSITORIO DE VOLTAJE

    40

    MODELO DEL TRANSFORMADOR CUANDO SE APLICA UNA TENSIÓN SINUSOIDALEN UN T=0

    Neutro a tierra

    Neutro aislado

    Gradiente de tensión máximo

    C’s :capacidad serieC’t: capacidad paralela

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    Neutro a tierra Neutro aislado

    DISTRIBUCIÓN DE ONDA DE IMPULSO

    COMPORTAMIENTO - FENÓMENO TRANSITORIO DE VOLTAJE

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    APTITUD TÉRMICA

    Según la norma IEC 60076-5 “aptitud parasoportar cortocircuitos”, la temperatura mediamas elevada en el devanado después de unacorriente de cortocircuito de 2 segundos nodebe ser mayor a 250 ºC para el cobre.

    0.01

    0.1

    1

    10

    100

    0.1 1 10 100

       T   I   E   M   P   O    (

      s   )

    Corriente (kA)

    CURVA DE DAÑO TÉRMICOTRANSFORMADOR Nº 144256T 12MVA

    Potencia de Referencia :

    θ1=temperatura media final ºC

    Zs y Zt= impedancia de del sistema y transformador (ohms)

    U= Tensión de equipo (kV)

    I=corriente de cortocircuito (A)

    θo=temperatura media inicial ºC

    J=densidad de corriente en cortocircuito (A/mm2)

    t=tiempo (segundos)

    (Para el cobre)

    COMPORTAMIENTO - FENÓMENO TRANSITORIO DE CORRIENTE

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    FUERZAS RADIAL Y AXIAL PROVOCADO POR UN CORTOCIRCUITO

    •   Como el flujo de dispersión crece linealmentecon la intensidad, la fuerza de corto circuitoresulta proporcional al cuadrado de laintensidad.

    •   La fuerza radial tiende a expandir el ancho delcanal de dispersión, aumentando el diámetrodel devanado externo, y comprimiendo aldevanado interno.

    El esfuerzo radial

    =∗∗^ 

    ∗∗∆(kg/cm2)

    =voltios/espira=densidad de corriente (A/mm2)

    = ´voltaje de cortocircuito (%)

    ∆ =área del canal de dispersión (cm2)

    COMPORTAMIENTO - FENÓMENO TRANSITORIO DE CORRIENTE

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    COMPORTAMIENTO - SOBRECARGA

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    65 ºC

    60 ºC80 ºC

    DIAGRAMA TÉRMICO DEL TRANSFORMADOR:

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    45

    •   DIAGRAMA DE CARGA

    •   DIAGRAMA DE CARGA EQUIVALENTE

    •   La sobrecarga de transformadores esta relacionada con lavida del transformador.

    •   En el transformador el que determina la vida deltransformador es el aislamiento solido (papel aislante). Enla sobrecarga de un transformador al causar la variación dela temperatura en el interior, el proceso de envejecimientodel aislante es progresivo y acumulativo.

    •   Cuando el transformador trabaja a condiciones ambientalesnormalizadas , a plena potencia continua y condicionesnormales se considera un tiempo de vida útil deltransformador de 20.5años.

    •   Si bien el transformador puede tener en un periodos desobrecarga un envejecimiento más acelerado que el queexperimenta cuando trabaja con su carga nominal entemperatura ambiente normalizada, por otra parte escierto que cuando trabaja en condiciones de subcarga conrespecto al valor nominal el envejecimiento es mas lento.

    COMPORTAMIENTO - SOBRECARGA

    CONCEPTO:

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    46

    El envejecimiento de los materiales aislantes se remonta a 1930,cuando fue desarrollada la Ley de Montsinger:

    “Considerando la disminución de la resistencia a la tracción de losmateriales aislantes de origen celulósico como criterio para

    determinar su vida útil, por cada 8 C de incremento de latemperatura, la vida del material aislante se reduce a la mitad”

    Mas tarde Fabre introdujo el criterio químico con el grado depolimerización de la celulosa, obteniendo una constante de 5.5ºC

    En los 60 el Transformers WG del CIGRE considero 6ºC como unvalor más adecuado para evaluar la carga de lostransformadores.

    COMPORTAMIENTO - SOBRECARGA

    CONCEPTO:

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    •   Como ejemplo para un transformador que funciona durante un ciclo de 24 horas, con papelno térmicamente mejorado, se tiene:

    12 horas a  98 ºC equivalen a 12 horas de funcionamiento normal

    8 horas   a 92 ºC equivalen a 4 horas de funcionamiento normal

    4 horas   a 104 ºC equivalen 8 horas de funcionamiento normal

    En tal caso, cada 24 horas de servicio en estas condiciones se habrán utilizado 24 horas de vida.

    “Si el transformador funcionará las 24 horas a 104 ºC su día de uso equivaldría a dos días devida”

    COMPORTAMIENTO - SOBRECARGA

    EJEMPLO:

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    COMPORTAMIENTO – PUESTA EN PARALELO

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    Para conseguir un funcionamiento en paralelo correcto, es necesario que lostransformadores presenten las siguientes condiciones:•La misma relación de transformación .

    •El mismo desfase – índice horario.

    •La misma impedancia de cortocircuito relativa (es recomendable que la variaciónde la impedancia en el rango taps sea similar para los dos transformadores).

    Nota:Para la condición 2, Utilizar transformadores con diferente grupo de conexión enuna puesta en paralelo es posible siempre en cuando realizando permutación circular y/o cíclica se igualen el desfase entre transformadores.

    Para la condición 3, Utilizar transformadores en paralelo con diferente impedanciade cortocircuito es posible pero el reparto de carga no será uniforme para cadatransformador.

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    Permutaciones cíclicas y secuencia inversaCOMPORTAMIENTO – PUESTA EN PARALELO

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    50

    Impedancias iguales:

    Transformador a: S ra = 10 MVA, z a = 10% y

    Transformador b: S rb = 20 MVA, z  b = 10%,

    La carga combinada es S = 30 MVA,.

    reemplazando

    La carga real resulta sin embargo:

    Impedancias diferentes:

    Transformador a: S ra = 10 MVA, z a = 10% y

    Transformador b: S rb = 20 MVA, z  b = 12%,

    La carga combinada es S = 30 MVA,.

    reemplazando

    La carga real resulta sin embargo:

    IMPEDANCIAS DE CORTOCIRCUITO EN LA PUESTA EN PARALELO

    COMPORTAMIENTO – PUESTA EN PARALELO

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    CAÍDA DE VOLTAJE

    Diferencia entre los voltajes delarrollamiento secundario en vacío yen carga

    Δ V (%)= (V2n-V2)/V2n*100

    RENDIMIENTO

    99

    99.1

    99.2

    99.3

    99.4

    99.5

    99.6

    0 0.5 1 1.5

       R   e   n    d   i   m   i   e   n   t   o    (   %    )

    Facto de carga

    Rendimiento (%)

    Rendimiento (%)

    El rendimiento es máximo

    cuando las pérdidas en el hierrose igualan con las pérdidas delcobre.

    COMPORTAMIENTO – CAÍA DE VOLTAJE

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    GRACIAS

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