UNIVERSIDAD TCNICA DE COTOPAXI

CIENCIAS DE LA INGENIERIA Y ALPICADAS

INGENIERIA ELECTRICA

PROTECCIONES ELECTRICAS

DEBER N: 01

TEMA:

TIPOS DE ENFRIAMIENTO EN TRANSFORMADORES DE

POTENCIA.

NOMBRE:

Edwin Rubio

CICLO: Sptimo

FECHA: 11/12/2014

CONTENIDO:

1.- Tema

TIPOS DE ENFRIAMIENTO EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA.

2.- Objetivos

2.1.- Objetivo General

Analizar los tipos de enfriamientos de los transformadores de potencia, con la

finalidad de reconocer su importancia, funcin y caractersticas tcnicas que refleja

el mismo, para la seleccin del tipo y mtodo que necesita cada uno de los

transformadores que garantice su ptimo funcionamiento.

2.2 Objetivos especficos

Conocer la importancia del sistema de enfriamiento y sus componentes del

sistema de enfriamiento de los trasformadores.

Identificar los tipos de enfriamiento las funciones sus caractersticas

tcnicas de funcionamiento en el sistema de transformacin.

Identificar los tipos refrigeracin que sea los ms apropiado para las

diferentes capacidades del transformador.

3.- Resumen Ejecutivo

Los tipos de enfriamientos de los transformadores de potencia son muy

importantes para la proteccin del equipo y su vida til, sus caractersticas

tcnicas deben cumplir dos funciones como refrigerante y como aislante.

Su funcin como refrigerantes mantener la temperatura de operacin y en los

contactos de los devanados de los transformadores prevenir los puntos

calientes. Como aislante, conseguir un mejor aislamiento en los devanados de

alta tensin, y mantener sus buenas propiedades dielctricas.

La seleccin del mtodo de enfriamiento de un transformador es muy importante

debido a disipacin del calor que tiene el transformador, como ya se mencion

antes, influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga. Al igual que en

todas las dems mquinas elctricas, las prdidas por dispersin en el ncleo y en

los devanados del transformador durante su funcionamiento se convierten en

energa trmica y calientan las partes correspondientes del transformador.

La carga que lleva un transformador sin dao por calor se puede aumentar

mediante el uso de un sistema de refrigeracin adecuado. Por medio del sistema

de refrigeracin los efectos de los gradientes trmicos, el calor se dirige desde el

lugar de su origen hacia los sitios en los que puede ser transferido al medio

refrigerante, o sea, al aire o agua, segn el mtodo de refrigeracin que este

adecuado al transformador.

En transformadores de potencia los tipos de enfriamientos ms utilizados son los

siguientes:

ONAN (OA) Aceite Natural

ONAF (FA) Aceite Natural-Aire Forzado

OFAF (FOA) Aceite Forzado-Aire Forzado

ODAF (FOA) Aceite Dirigido-Aire Forzado

Para estos enfriamientos los lquidos refrigerantes ms utilizados son los

siguientes: Aceite mineral, Pyraleno, Gas, Agua, Aire, Aislante solido

La difusin del calor transcurre de la misma forma que en las mquinas elctricas,

es decir, por radiacin y conveccin. La capacidad de carga de un transformador

est limitada por la temperatura mxima admisible en el interior de los

arrollamientos y en el fluido refrigerante. As como en el rea de su instalacin y

su costo

4.- Marco Terico

Mtodos de enfriamiento de transformadores de potencia

El calor producido por las prdidas en los transformadores afecta la vida de los

aislamientos, por esta razn es importante que este calor producido se disipe de

manera que se mantenga dentro de los lmites tolerables por los distintos tipos de

aislamiento.

Los lmites de calentamiento para los transformadores se dan a

continuacin:

PARTE DEL

TRANSFORMADOR

MODO DE

ENFRIAMIENTO

CLASE DE

AISLAMIENTO

(POR

TEMPERATURA)

CALENTAMIENTO oC

Devanados Por aire, natural o

con ventilacin

rozada

A

E

B

F

H

C

60

75

80

100

125

150

a)

Circuitos magnticos y

otras partes.

b) Sin estar en

contacto con los

devanados.

a) Los mismos

valores que para los

devanados.

b) Valores similares a

las partes aislantes

susceptibles de entrar

en contacto con los

devanados.

Lquidos refrigerantes y aislantes.

El calor producido por las prdidas se transmite a travs de un medio al exterior,

este medio puede ser aire o bien lquido.

La transmisin del calor se hace por un medio en forma ms o menos eficiente,

dependiendo de los siguientes factores:

La ms volumtrica.

El coeficiente de dilatacin trmica.

La viscosidad.

El calor especfico

La conductividad trmica.

En condiciones geomtricas y trmicas idnticas, el aceite es mejor conductor

trmico que el aire, es decir resulta ms eficiente para la disipacin del calor.

Dignacin de los mtodos de enfriamiento.

Los transformadores estn por lo general enfriados por aire o aceite y cualquier

mtodo de enfriamiento empleado debe ser capaz de mantener una temperatura

de operacin suficientemente baja y prevenir puntos clientes en cualquier parte

del transformador. El aceite se considera uno de los mejores medios de

refrigeracin que tiene adems buenas propiedades dielctricas y que cumple con

las siguientes funciones:

Acta como aislante elctrico.

Acta como refrigerante.

Protege a los aislamientos slidos contra la humedad y el aire.

La transferencia de calor en un transformador son las siguientes:

Radiacin.

Conveccin.

Conduccin.

Radiacin.

Es la emisin o absorcin de ondas electromagnticas que se desplazan a la

velocidad de la luz y representa en temperaturas elevadas un mecanismo de

prdida de calor. En el caso de los transformadores, la transferencia del calor a

travs del tanque y los tubos radiadores hacia la atmsfera es por radiacin.

Conveccin

La transferencia de calor por conveccin se puede hacer en dos formas:

a) Por conveccin natural.

b) Por conveccin forzada.

Conduccin

Es un proceso lento por el cual se transmite el calor a travs de una sustancia por

actividad molecular. La capacidad que tiene una sustancia para conducir calor se

mide por su conductividad trmica.

Importancia y tipos de sistemas de refrigeracin del transformador

La carga que lleva un transformador sin dao por calor se puede aumentar

mediante el uso de un sistema de refrigeracin adecuado. Esto se debe al hecho

de que la capacidad de un transformador de carga se debe en parte decidi por su

capacidad para disipar el calor.

Si la temperatura del bobinado punto caliente alcanza niveles crticos, el exceso

de calor puede provocar que el transformador de un fallo prematuro de la

aceleracin del proceso de envejecimiento del aislamiento del transformador. Un

sistema de refrigeracin aumenta la capacidad de carga de un transformador,

mejorando su capacidad para disipar el calor generado por la corriente elctrica.

En otras palabras, un buen sistema de refrigeracin permite un transformador de

llevar ms de una carga de lo que podra, sin llegar a la temperatura crtica del

punto caliente.

Uno de los tipos ms comunes de los equipos de refrigeracin del transformador

es ventiladores auxiliares. Estos pueden ser usados para mantener los tubos del

radiador fro, lo que aumenta las calificaciones del transformador. Los aficionados

no deben ser utilizados constantemente, sino slo cuando las temperaturas son

tales que el enfriamiento adicional es necesaria. Los controles automticos se

pueden configurar para que los fans se enciendan cuando el Aceite del

transformador o la temperatura del bobinado se hacen demasiada alta.

Mantenimiento de Sistemas de refrigeracin de tipo seco

Para los transformadores de tipo seco, la zona en que el transformador se va a

instalar debe tener una ventilacin adecuada. Esta ventilacin se debe comprobar

antes de la instalacin para asegurarse de que es adecuado. Adems, los

respiraderos del transformador radiador deben mantenerse libre de obstrucciones

que puedan impedir disipacin de calor.

Aire forzado

Si la temperatura del transformador se mantiene en niveles aceptables por aire

forzado de un ventilador, motores del ventilador deben ser revisadas

peridicamente para asegurarse de que estn bien lubricados y funcionan bien. El

termostato que asegura que los motores se activan dentro de los rangos de

temperatura preestablecidos debe ser examinado.

Los sistemas de agua enfriada

Los sistemas que se enfran con agua deben ser probados peridicamente para

asegurarse de que funciona correctamente y no presenten fugas. Las fugas se

pueden comprobar mediante el aumento de la presin dentro del sistema de

refrigeracin, que se puede hacer de varias maneras. Si los serpentines de

enfriamiento se pueden eliminar desde el transformador, la presin interna se

puede aplicar mediante la adicin de agua. De lo contrario, los controles de

presin tambin se pueden hacer uso de aire o aceite refrigerante, si las bobinas

deben ser verificadas en el mismo transformador.

Si los serpentines de enfriamiento se toman fuera del transformador, el de

refrigeracin por agua sistema como un todo se puede probar. Aqu, las bobinas

se llenan con agua hasta que la presin alcanza los 80 a 100 psi, y se fue bajo esa

presin, por lo menos una hora. Cualquier disminucin de la presin podra ser

una seal de una fuga. Los otros equipos conectados a un sistema refrigerado por

agua pueden ser probados al mismo tiempo, tales como el sistema de alarma, la

bomba de agua y manmetros. Adems, la fuente de agua debe ser probada para

asegurarse de que tiene suficiente flujo y presin.

Lquidos refrigerantes

Cuando los refrigerantes de aceite estn preparados estn deshidratados, y se

procesa para ser libre de cidos, lcalis y azufre. Tambin debe tener una

viscosidad baja para que puedan circular con facilidad. Si un transformador es

enfriado por aceite, la rigidez dielctrica del aceite siempre debe ser probado

antes de que el transformador de puesta en servicio

Refrigeracin de los Transformadores en aceite

La eficiencia de la refrigeracin es un factor fundamental, determinando la

seguridad operacional y el periodo de vida til de un transformador natural.

La eliminacin del calor provocado por las prdidas, es necesario para evitar una

temperatura interna excesiva que podra acortar la vida del aislamiento.

Las flexibles paredes corrugadas de la cuba hacen posible una refrigeracin

suficiente del transformador, compensando las variaciones del volumen de aceite

durante su explotacin. Una ventaja de los transformadores hermticamente

cerrados es que el aceite nunca est en contacto con la atmsfera, haciendo de

este modo innecesario los anlisis peridicos del aceite.

El rgimen trmico de un transformador en aceite depende en sumo grado del

modo de su enfriamiento.

Existen transformadores:

Con refrigeracin natural en bao de aceite

Con refrigeracin forzada con aire por soplado

Circulacin forzada de aceite o enfriamiento de este con auxilio del refrigerante de

aire o de agua.

El tipo de refrigeracin utilizado con mayor frecuencia en unidades menores es la

refrigeracin natural. El calor es absorbido por el aceite del transformador y

disipado en el aire que circula alrededor del radiador.

En un ncleo de hierro macizo se produciran prdidas por corrientes parsitas

excesivamente grandes que motivaran altas temperaturas, es por ello que se

utilizan delgadas chapas de material ferromagntico para la construccin del

ncleo.

Refrigeracin de los Transformadores en seco

El enfriamiento de los transformadores se clasifica en los siguientes grupos:

Los transformadores secos de uso general se aplican en sistemas de distribucin

de baja tensin donde parte de la carga tiene un voltaje diferente al suministrado

por la distribucin general. Pueden ser sistemas de iluminacin, aire

acondicionado, equipos mdicos, etc.

Se fabrican en capacidades desde 5 hasta 1000 kVA, con tensiones primarias y

secundarias clase 1.2 kV.

Pueden ser fabricados como transformadores Reductores o Elevadores.

Los transformadores de aislamiento separan magnticamente una carga especial

del sistema de distribucin general, eliminando distorsiones de la onda senoidal,

garantizando una buena conversin de corriente alterna a corriente directa.

Estos transformadores se fabrican en las mismas capacidades y tensiones que los

de uso general.

SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

Primera letra

Medio de refrigeracin interno en contacto con los arrollamientos.

O Aceite mineral o lquido aislante sinttico con punto de inflamacin 300C.

K Lquido aislante con punto de inflamacin>300C.

L Lquido aislante con punto de inflamacin no medible.

Segunda letra:

Modo de circulacin del medio de refrigeracin interno.

N Circulacin natural por termosifn a travs del sistema de refrigeracin y en los

arrollamientos.

F Circulacin forzada a travs del sistema de refrigeracin, circulacin por

termosifn en los arrollamientos.

D Circulacin forzada a travs del sistema de refrigeracin, dirigida desde el

sistema de refrigeracin hasta al menos los arrollamientos principales.

Tercera letra:

Medio de refrigeracin externo.

A Aire.

W Agua.

Cuarta letra:

Modo de circulacin del medio de refrigeracin externo.

N Circulacin natural del aire exterior en las aletas.

F Circulacin forzada del aire exterior, circulacin por ventiladores.

TIPOS DE REFRIGERACIN EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA.

1 LETRA 2 LETRA 3 LETRA 3 LETRA

Medio de refrigeracin que est en contacto con los devanados

Medio de refrigeracin que est en contacto con el sistema de refrigeracin externo

TIPO DE MEDIO TIPO DE REFRIGERACION

TIPO DE MEDIO TIPO DE REFRIGERACION

ONAN Refrigeracin de aceite natural

ON

Refrigeracin de aire

natural

AN Radiadores

ONAF Refrigeracin de aceite natural

ON

Refrigeracin de aire forzada

AF Ventiladores

OFAN Refrigeracin de aceite forzada

OF Bombas de aceite

Refrigeracin de aire natural

AN Radiadores

OFAF Refrigeracin de aceite forzada

OF Bombas de aceite, Aero termos

Refrigeracin de aire forzada

AF Bombas de aceite, Aero termos

OFWF Refrigeracin de aceite forzada

OF Bombas de aceite, Aero termos

Refrigeracin de agua forzada

WF Intercambiadores

Incluido en el mtodo OFAF est el ODAF. Un flujo directo (D) de aceite a travs de los devanados se usa para aumentar la eficiencia del sistema de refrigeracin.

En este caso la refrigeracin se lleva a cabo por aceite directo y aire forzado (ODAF)

Denominacin Funcin

OSAN (Oil Natural circulation Air Natural circulation)

Refrigeracin mediante circulacin natural del aceite y del aire en los radiadores.

ON A F (Oil Natural circulation Air

Forced circulation)

Refrigeracin mediante circulacin natural del aceite y circulacin forzada de aire a travs de los radiadores.

OFAF (Oil Forced circulation Air Forced circulation)

Refrigeracin mediante circulacin forzada del aceite (bombas de aceite hacia los radiadores) y circulacin forzada de aire a travs de los radiadores.

ODAF (Oil forced circulation

Directed Air Forced)

Circulacin forzada y dirigida del aceite (bombas de aceite hacia los radiadores y elementos de direccionamiento en el interior del transformador hacia los canales de aceite) y circulacin forzada de aire a travs de los radiadores.

Es habitual dotar al transformador de sistemas de refrigeracin basados en

bombas de aceite y ventiladores de aire, pero manteniendo una determinada

capacidad de transformacin cuando falla alguno de ellos.

TIPO OA

Sumergido en aceite, con enfriamiento natural. Este es el enfriamiento ms

comnmente usado y el que frecuentemente resulta el ms econmico y

adaptable a la generalidad de las aplicaciones. En estos transformadores, el aceite

aislante circula por conveccin natural dentro de un tanque con paredes lisas,

corrugadas o bien previstas de enfriadores tubulares o radiadores separables.

TIPO OA/FA

Sumergido en aceite con enfriamiento propio y con enfriamiento de aire forzado.

Este tipo de transformadores es bsicamente una unidad OA a la cual se le han

agregado ventiladores para aumentar la disipacin del calor en las superficies de

enfriamiento y por lo tanto, aumentar los KVA de salida.

TIPO OA/FOA/FOA

Sumergido en aceite con enfriamiento propio, con enfriamiento de aceite forzado-

aire forzado, con enfriamiento aceite forzado-aire forzado.

El rgimen del transformador tipo OA, sumergido en aceite puede ser aumentado

por el empleo combinado de bombas y ventiladores. En la construccin se usan

los radiadores desprendibles normales con la adicin de ventiladores montados

sobre dichos radiadores y bombas de aceite conectados a los cabezales de los

radiadores.

El aumento de capacidad se hace en dos pasos: en el primero se usan la mitad de

los radiadores y la mitad de las bombas para lograr un aumento de 1.333 veces

sobre diseo OA; en el segundo se hace trabajar a la totalidad de los radiadores y

bombas con lo que se consigue un aumento de 1.667 veces el rgimen OA.

TIPO FOA

Sumergidos en aceite, con enfriamiento por aceite forzado con enfriadores de aire

forzado.

El aceite de estos transformadores es enfriado al hacerlo pasar por cambiadores

de calor o radiadores de aire y aceite colocados fuera del tanque. Su diseo est

destinado a usarse nicamente con los ventiladores y las bombas de aceite

trabajando continuamente.

TIPO OW

Sumergidos en aceite, con enfriamiento por agua. Este tipo de transformador est

equipado con un cambiador de calor tubular colocado fuera del tanque, el agua de

enfriamiento circula en el interior de los tubos y se drena por gravedad o por medio

de una bomba independiente. El aceite fluye, estando en contacto con la superficie

exterior de los tubos.

TIPO FOW

Sumergido en aceite, con enfriamiento de aceite forzado con enfriadores de agua

forzada.

El transformador es prcticamente igual que el FOA, excepto que el cambiador de

calor es del modelo agua-aceite y por lo tanto el enfriamiento del aceite se hace

por medio de agua sin tener ventiladores.

TIPO AA

Tipo seco, con enfriamiento propio. La caracterstica primordial es que no

contienen aceite u otro lquido para efectuar las funciones de aislamiento y

enfriamiento, y es el aire el nico medio aislante que rodea el ncleo y las bobinas

menos de 15KV y hasta 2 000 KVA.

TIPO AFA

Tipo seco, con enfriamiento por aire forzado. Para aumentar la potencia del

transformador AA, se usa el enfriamiento con aire forzado. El diseo comprende

un ventilador que empuja el aire en un ducto colocado en la parte inferior del

transformador.

TIPO AA/AFA

Tipo sedo, con enfriamiento natural con enfriamiento por aire forzado.

La denominacin de estos transformadores indica que tienen dos rgimen, uno por

enfriamiento natural y el otro contando con la circulacin forzada por medio de

ventiladores, cuyo control es automtico y opera mediante un relevador trmico.

ONAN

ONAN / ONAF

ONAN / ONAF / ODAF

ODAF

Aceite natural / Aire natural (ONAN)

Aceite natural / Aire forzado (ONAN/ONAF)

Aceite forzado/ Aire forzado (ODAF)

Aceite forzado/ Agua (ODWF)

OA/FA

5.- Conclusiones:

El sistema de enfriamiento de los transformador debe tener la capacidad

de mantener una temperatura de operacin suficientemente adecuada para

que garantice su correcta operacin y funcionamiento en condiciones en

que transformador este a su capacidad nominal de potencia.

La funcin principal del sistema de refrigeracin es aumenta la capacidad

de carga de un transformador sin llegar a la temperatura crtica conocida

como punto caliente generado por la corriente elctrica y que este pueda

provocar que el transformador tenga un falla prematuro de envejecimiento.

Para cada tipo de transformador de potencia existe varios mtodos o tipos

de refrigeracin natural, forzada, aceite, agua, por aire, lo ms importante

debe ser capaz de mantener una temperatura de operacin transformador y

su funcionamiento correcto, para esto se debe elegir correctamente el tipo

de sistema de enfriamiento.

6. - Bibliografa

[1] Kostenko, M. P., Piotrovski L. M. Maquinas Elctricas. Tomo I. Editorial MIR

http://site.ebrary.com/lib/cotopaxisp/docDetail.action?docID=10504921&adv.x=1&p00=TRANSFORMADORES&f00=all&p01=%22Electric+Transformers%22&f01=subject

[2] Fraile Mora, Jess. Maquinas elctricas (6. Ed.) : McGraw-Hill Espaa, P 202

Disponible en: http://site.ebrary.com/id/10504921?ppg=202

[3] A. E. FITZGERALD, CHARLES KINGSLEY, JR. STEPHEN D, UMANS.

MQUINAS

http: //www.dimie.uniovi.es/instalaciones/ensayosinstalaciones html [MAQUINAS

ELECTRICAS, Tercera Edicin, STEPHEN J. CHAPMAN]

[4] Ernesto Gallo Martnez, Diagnostico y mantenimiento de transformadores en

campo, Transequipos (Colombia), 1996

[5] VICENTE RIPOLL, MARA ASUNCIN, 150 problemas de teora de

transformadores,Recuperado.de:http://site.ebrary.com/lib/cotopaxisp/docDetail.acti

on ?docID= 10378322&p00=%20enfriamiento%20transformadores%20potencia