Ejemplo de calculo para obtener el Modelo del transformador

A continuación se presenta un ejemplo de calculo para obtener el Modelo del transformador desde las pruebas de resistencia ohmica en devanados, prueba de vacio, y prueba de cortocircuitos del transformador.

Ejemplo de calculo para obtener el Modelo del transformador

A continuación se presenta un ejemplo de calculo para obtener el Modelo del transformador desde las pruebas de resistencia ohmica en devanados, prueba de vacio, y prueba de cortocircuitos del transformador.

Ejemplo de Regulación en Transformador

Se tiene un transformador reductor de 4000kVA , 440/220V y 50 Hz, cuando este transformador esta en vacio se mide 464,762V.
Entonces para el calculo de la regulación del transformador se tiene:
               (Tension vacio - Tension a plena carga)             (464,762 - 440)
RV% = ---------------------------------------------------------- = ----------------------- x 100 = 5,63%
                          Tension a plena carga                                   440

Ejemplo de Eficiencia en transformadores

Se tiene un transformador con una potencia suministrada a la carga Pout de 14938,94W y la potencia de entrada Pin es de 15645,35W, por lo tanto la eficiencia es la relación entre la potencia entregada a la carga y la potencia de alimentación o entrada al transformador.
          Pout                14938,94
η = ---------------- = ----------------- = 0,955    o       η = 95,5%
           Pin                 15645,35

Dispositivo de proteccion contra sobrecorriente tipo limitador de corriente

Según la NTC 2050 en su sección 240-11, se define al dispositivo protector contra sobrecorriente por limitación de corriente como aquel dispositivo que cuando interrumpe corriente dentro de su rango de funcionamiento, reduce la corriente que pasa por el circuito eléctrico en falla hasta una cantidad sustancialmente menor a la que se conseguiría en el mismo circuito si el limitador fuese sustituido por un conductor macizo de impedancia comparable.

Transformador Real - Modelo del Transformador

Después de haber analizado la información disponible en este blog de estudio, puede descargar el documento mostrado con arreglos en la notación de dicha página. Descargar
Esta informacion es tomada de : Link
No olvide los documentos Tecnicos presentes en este blog del curso.

Cálculo y Selección de Protección para Transformador de Distribución

Al tener encuenta la norma Técnica Colombiana NTC2050 en la seccion 450-3, se encuentra la siguiente tabla que permite dimensionar las protecciones eléctrica para un transformador de distribucion teniendo encuentra que su valorres de tensión primaria y secundaria.

 

Para el caso de un transformador trifásico de distribución 13.2kV/208-120V 300kVA, se muestra el cálculo y selección de Protección. Tomado del siguiente documento, en su pagina 113-114.

Se tiene encuenta que el primario del transformador se encuentra alimentado a una tensión de mas de 600V y el lado secundario se encuentra a una tension inferior de 600V, por lo tanto la corrinete nominal del fusible es del 300% de la corriente nominal del transformador por el lado de Alta y el ajuste del interruptor automatico se calcula como el 125% de la corriente nominal del transformador por el lado de BT, como se muestra en el cálculo siguiente.

De lo anterior se observa que la protección por el lado de Alta Tensión del Transformador es de un Fusible Tipo HH de 40A, 17kV, el cual se encuentra alimentado a 13200V.

La protección Secundaria, por el lado de Baja Tensión del Transformador, es un interruptor automatico Tipo Ajustable de 800 a 1000A, el cual se deja ajustada su corriente en 1000A.

Es indispensable que Usted estimado lector verifique la coordinación de protecciones entre este fusible Tipo HH y el interruptor automático seleccionado, para garantizar que los fusibles HH situados en Media sean respaldo de la protección automatica de BT.

Megohmetro es el AEMC 1050

Confirmo el manual de Bolsillo para operación y buen uso del Megohmetro es el AEMC 1050.
Usted es autonomo en el diseño del manual. Considere que este manual lo elabora para los técnicos eléctricistas que estan a su cargo dentro de la empresa que labora.

PRUEBA DEL FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO

Esta prueba es:
- Una forma de valorar la condición de aislamiento de los devanados de transformadores, autotransformadores y reactores.
- Una característica propia del aislamiento al ser sometido a campos eléctricos.
- Recomendado para detectar humedad y suciedad en dichas maquinas eléctricas

El principio fundamental de la pruebas es la detección de cambios en las características de del aislamiento.

Los cambios en las características del aislamiento se deben a diferentes aspectos, entre los que se encuentran:
- Envejecimiento del aislamiento
- Contaminación del aislamiento
- Resultado del Tiempo
- Condiciones de operación del equipo
- Producidos por efecto corona

A continuación se muestra el diagrama fasorial para el factor de potencia en el aislamiento, el cual le invito a analizar.

CURVA DE ABSORCIÓN DIELÉCTRICA

Al realizar la gráfica de la resistencia de aislamiento contra el tiempo se obtiene la curva de Absorción Dieléctrica, indicando su pendiente el grado relativo de secado y limpieza o suciedad del aislamiento.Si el aislamiento esta húmedo o sucio, se alcanzara un valor estable, en uno o dos minutos después de haber iniciado la prueba ofreciendo como resultado una curva de baja pendiente.

Tomado de  Pruebas eléctricas de Diagnostico a los transformadores de potencia. Arturo Jose Lon pág 42.

Para evaluar el estado de aislamiento de los devanados de transformadores de potencia y generadores, se encuentra de utilidad el índice de absorción y el índice de polarización. Teniendo en cuenta que la pendiente de la curva se puede expresar mediante la relación de dos lecturas de resistencia de aislamiento tomadas a diferentes intervalos de tiempo durante la misma prueba, se han definido dos puntos de tiempo correspondiente a los dos indices que se muestran a continuación.

Indice de Absorción: Relación de 60 a 30 segundos

Indice de Polarización: Relación de 10 a 1 minuto

Es de observarse que una pendiente decreciente en el tiempo indica que el aislamiento se encuentra sucio o húmedo.

CICLO DE VIDA DE TRANSFORMADOR DE POTENCIA

En siguiente esquema puede entenderse el ciclo de vida considerado para un transformador de potencia.

Tomado de Pruebas eléctricas de Diagnostico a los transformadores de potencia. Arturo Jose Lon pág 25.

MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Lo invito a profundizar sobre el mantenimiento de Subestaciones.

REGULACIÓN DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO

Un transformador soporta la corriente de vacio o de excitación Io sin calentarse u ocasionar sobrecargas en sus arrollamientos. Al aplicarle carga al secundario, el primario debe hacer un esfuerzo para entregar la potencia que exige la carga, la cual manifestaría cualquier anomalía que tenga el transformador.

En el momento de aplicarle carga, aparece una I1 y una I2, que corresponden a los arrollamientos primario y secundario respectivamente.

Cuando el transformador trabaja en vacio, la E1 y la E2 deben tener unos valores muy aproximados a los valores nominales o de placa. Al aplicarle carga, el valor de la E2 va disminuyendo a medida que el valor de dicha carga aumenta. A este efecto se le conoce como regulación del transformador o regulación de voltaje o regulación de tensión del transformador. Cada transformador tiene su propia regulación. (Nota: esto no quiere decir que el transformador regule tensión)

La carga en un transformador varia, desde valores muy pequeños hasta alcanzar alcanzar valores muy elevados. El valor del voltaje en su secundario depende no solamente de la variación de la carga, sino tambien del factor de potencia de la misma, por lo tanto se debe conocer el comportamiento del transformador cuando se le aplica carga resistiva, inductiva o capacitiva.

Si el transformador fuera ideal, sus devanados no tendrian ninguna resistencia eléctrica, es mas, no requeriria de ninguna potencia reactiva (VAr) para establecer su campo magnético en la parte activa. Este tipo de transformador tendria una relación perfecta con todas las condiciones de carga y el voltaje secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen una determinada resistencia en sus devanados y estos requieren de una potencia reactiva para producir sus campos magneticos. En consecuencia, los devandos primario y secundario poseen una resistencia real Reactancia general X. Es evidente que si el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variará con la cargan debido a los efectos de R, XL y Xc.

Por lo tanto, la regulación de un transformador es el cambio de voltaje que sucede en el secundario cuando trabaja el transformador en vacio hasta cuando trabaja a plena carga.

La tensión de regulación se expresa en %.

La regulación de un transformador monofásico E regulacion se calcula mediante la ecuación:

                        E2 en vacio - E2 a plena carga
Eregulacion = ------------------------------------------------ * 100    (%)
                             E2 a  plena carga

La tensión de regulación debe tener un valor máximo del 10%, es decir la tensión secundaria solo puede variar máximo un 10% con relación a la tensión nominal o de vacío.

Al hablar de Tensión E2 a plena carga es igual que hablar de Tensión a carga nominal o tensión a potencia nominal en el secundario.

Al hablar de E2 en vacio es igual a la a la tensión sin conexión de carga alguna al secundario del transformador, es decir los terminales del secundario se encuentra abierto a cualquier carga.

RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

Las maquina eléctricas reales dan un rendimiento o eficiencia dependiendo de las condiciones de trabajo en que se encuentren. Entre mejores condiciones de funcionamiento se encuentre la maquina, mayor va a ser su rendimiento y por consiguiente puede entregar la potencia nominal al consumidor y mayor será su tiempo de vida útil en horas.

Por lo anterior, se debe tener en cuenta el porcentaje de rendimiento que tiene un transformador y de acuerdo al resultado obtenido, tomar la acción correctiva para mejorarlo. Estas condiciones pueden ser un mantenimiento adecuado o aplicarle la carga de acuerdo a sus características de placa.

Los transformadores tienen un rendimiento muy elevado. El rendimiento de un transformador debe estar entre el 94% y el 99%. El rendimiento de un transformador es mayor entre mas alta es su potencia.

El rendimiento de una maquina se representa por la letra minúscula "eta" del alfabeto griego: η

El valor de la eficiencia o rendimiento se representa en %, en diferentes oportunidades se puede representar en por unidad: pu.

El rendimiento de una maquina eléctrica estática o transformador se calcula relacionando la potencia que entrega su secundario y la potencia que absorbe de la red el devanado primario. En decir:
                                                                 P2
                                                        η = ---------- *¨100     (%)
                                                                 P1
Debido a que la capacidad de un transformador esta basado en la potencia de salida, la ecuación anterior puede modificarse de la siguiente manera, en función de las pérdidas en el hierro y las pérdidas en el cobre.

               P2                                                                                                    P2
η = -------------------------- *¨100     (%)          , es decir,   η = --------------------------- * 100     (%)
         P2 + Pérdidas                                                                              P2 + Pfe +  Pcu

Si no se multiplica la relación por 100, entonces se obtiene el valor en pu y es adimensional.

Por tal razon mediante los valores medidos de potencia en la prueba de vacio Pfe y en la prueba de cortocircuito Pcu se puede obtener la eficiencia nominal o rendimiento nominal del transformador, siendo P2 la potencia nominal de salida del Transformador.

PÉRDIDAS EN EL COBRE - PRUEBA EN CORTOCIRCUITO

Si en un conductor eléctrico circula una corriente eléctrica, este se calienta y en consecuencia en los arrollamientos de una maquina eléctrica, en nuestro caso, transformador, se desarrolla un calor debido al paso de dicha corriente. Este calor se disipa ocasionando pérdidas en las bobinas del transformador, llamadas también pérdidas en el cobre y representadas por Pcu.

La ecuación que representa estas pérdidas en: P_cu = I² * R

En nuestro caso trabajan dos arrollamientos, las pérdidas totales serian:

P_cu = I₁² * R₁ + I₂² * R₂

R_{1 también se puede denotar como} R_p y R_2 como R_{s, es decir} R₁ resistencia ohmica del devanado primario y R₂ Resistencia ohmica del devanado secundario.

Para cuantificar los valores de la pérdidas en el cobre, el devanado secundario (de bajo voltaje) se pone en corto circuito con un conductor eléctrico que soporte la corriente del secundario del transformador garantizando una buena conexión eléctrica.

Por el primario se hace circular una intensidad de corriente eléctrica cuyo valor no debe ser mayor al valor de la corriente primaria nominal I1.

El valor de esta corriente se obtiene energizando el primario desde una fuente de tensión alterna variable. e instalando los instrumentos de medida en el primario: Vatímetro, amperímetro y voltímetro, y el secundario con una pinza amperimétrica para medir la intensidad de corriente del secundario. Antes de conectar el transformador a la fuente se verifica que la fuente variable tiene un valor de 0V.

Se inicia con un valor de 0V, conectado al lado de Alta Tensión del Transformador, y muy lentamente se va subiendo la tensión alterna hasta que llegue al valor de I1 según su valor nominal especificado por placa de características o calculado.

El valor de esta tensión registrado por el voltímetro indicara la caída de tensión que se presenta en el arrollamiento primario, cuando el secundario esta en corto. A este voltaje se le llama voltaje de cortocircuito o de impedancia y se denota o representa por Ucc o Uz, cuyo valor no puede exceder el 3% del voltaje nominal primario. El valor de este voltaje, en %, se encuentra consignado en la placa de características de cada transformador, o esta normalizado por ICONTEC o por normailizadas para su recibo o utilización por las empresas comercializadoras de energía eléctrica: CODENSA, EPM, etre otras. Ver tabla 5 y tabla 6 para transformadores monofasicos nuevos o reparados respectivamente, y tablas 7 y 8 para el caso de transformadores trifasicos, para el caso de transformadores Serie AT menor o igual a 15kV y BT menor o igual a 1200V.

Bajo las condiciones descritas anteriormente, el valor medido por el voltimetro determina la tensión de cortocircuito Ucc o Uz. El valor medido por el vatimetro determina las pérdidas en el cobre Pcu que se presentan en el transformador en prueba. El valor de estas pérdidas están normalizados para cada transformador.

Los valores de I1, Uz y Pcu, registran para obtener el modelo eléctrico del transformador en prueba asi como la corriente I2.

NOTA: Por las bobinas del secundario en cortocircuito, circulara una corriente cuyo valor debe ser igual a la corriente nominal del secundario. No se debe colocar ningún instrumento o equipo de medida en serie con el devanado en corto ya que cualquier aparato de medida, en estas condiciones, introducirá grande errores de impedancia debido a las pérdidas y/o caída de tensión que se presentaría en dicho equipo. El valor de esta corriente se puede medir con una pinza voltiamperimétrica.

Para Profundizar

PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES NTC 1358

Con relación al protocolo de pruebas para transformadores puede profundizar en NTC 1358.
A continuación muestro un ejemplo sencillo de informe que incluye protocolo de pruebas.

PÉRDIDAS EN EL HIERRO - PRUEBA EN CIRCUITO ABIERTO

En una maquina eléctrica estática o transformador las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas (circulantes, vagabundas, de Eddy o de Foucault), consideradas en conjunto, constituyen lo que se denomina las pérdidas en el hierro, en el núcleo o también llamadas pérdidas en vacío. Estas generalmente se representan por Pfe o P0.

Para determinar el valor de estas pérdidas, el transformador se trabaja en vacío, es decir el devanado secundario abierto, y debe ser energizado por la bobina de baja tensión (para un transformador de distribución que no se dispone de la tensión nominal de alimentación para el primario), para transformador de BT a BT se puede alimentar y hacer la prueba por el lado de Alta Tensión del Transformador..

El valor del voltaje de alimentación aplicado debe ser el valor nominal o el de placa.

Al trabajar el trabajar el transformador en vacío, por la bobina energizada circula una corriente de excitación (I0) la cual magnetiza el núcleo y hace que se desarrolle una potencia en sus laminas. Esta potencia que se manifiesta en forma de calor, es registrada por el vatimetro el cual da el valor de las pérdidas en el hierro (potencia disipada en el núcleo) que se presenta en el transformador de prueba.

Los valores de E1, I0 y Pfe se cuantifican por medio de los aparatos de medida conectados al circuito en el lado primario: vatimetro, voltimetro, amperimetro, en el lado secundario: Voltimetro.

Durante la realización de esta práctica, en los aparatos de medida también se desarrolla una potencia de un valor tan bajo, que se desprecian y no se tienen en cuenta para los resultados de potencia en el transformador.

Para obtener resultados confiables al realizar esta practica, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

1. El transformador de distribucion se energiza por el lado de BT, debido a las siguientes razones:

a. Se tiene mayor facilidad para la obtención del voltaje de alimentación, debido a que su valor de tension es mas bajo que el requerido al lado de Alta Tensión.

b. La I0 corriente en vacío es de un valor mas significativo por el lado de BT que en las bobinas de AT, siendo mas fácil su medición.

c. Se puede utilizar aparatos o instrumento de medida de baja escala.

2. Se utilizan instrumentos de medida digitales o aparatos de medida analogos cuya constante de precisión sea por lo menos 0.5.

3. Los resultados obtenidos en esta prueba se deben comparar con los valores consignados en la tablas normativas, determinando de esta manera, si las perdidas en el hierro obtenidas, se encuentran muy aproximadas a las consignadas en la tabla. Si esto se cumple, se determina que el núcleo tiene pérdidas que se encuentran dentro de lo normal. En caso de que el valor de las perdidas sobrepasen los valores estipulados , se considera que el núcleo no se encuentra en buen estado y al poner el transformador en funcionamiento , este presentara efectos de calor o potencia disipada mayores a las normalmente esperadas, es decir pérdidas en el hierro elevadas que no le permitirán al transformador entregar su potencia nominal.
Una fuente de consulta para esta tablas es la RA7-060 según la normatividad de Empresas Publicas de Medellín, a cuya fuente debe revisar, fuera de la tabla 5 que allí se en cuenta también encuentra otras aplicadas.

P0 :   Perdidas de vacío, perdidas en el núcleo o perdidas en el hierro, tambien denotada como Pfe.
I0:     Corriente de vacío o de excitación del transformador
Pc:    Perdidas en el cobre del transformador o perdidas con carga, también denotada como Pcu o Pcc
Uz::   Tensión de Corto Circuito o % de E1

Respetado lector, le invito a profundizar revisando la norma NTC 1031

PÉRDIDAS EN EL TRANSFORMADOR

Hay que tener en cuenta que al hablar de pérdidas se hace referencia a la potencia activa en vatios, que una maquina eléctrica: Transformador, motor, o equipo utiliza para su funcionamiento pero que realmente no es aprovechada en el uso eléctrico.

Cuando un transformador se encuentra en funcionamiento, circulan corrientes alternas por sus devanados, estableciéndose un campo magnético también alterno en el núcleo de hierro.

Como resultado de este efecto, se producen perdidas en el hierro y en el cobre que representan una potencia real disipada en vatios y que hacen que el transformador se caliente. Estos efectos son los que hacen que la potencia total entregada al devanado primario es ligeramente mayor que la potencia entregada por el devanado secundario.

Por tal motivo, las perdidas definidas en el transformador son:

1- Las perdidas en el hierro las cuales se pueden cuantificar mediante la prueba en vacío.

2- Las perdidas en el cobre las cuales se pueden cuantificar mediante la prueba de cortocircuito.

VALORES NOMINALES DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

La potencia eléctrica de un transformador se refiere a la potencia máxima que puede proporcionar cuando el factor de potencia de la carga es igual a la unidad, este decir esta carga tiene un comportamiento resistivo.

La potencia nominal se refiere siempre a las tensiones e intensidades nominales para los cuales se diseño el transformador, es decir los datos que se encuentran en su placa de características. Bajo estas condiciones el transformador podrá trabajar permanentemente y en condiciones normales de potencia, tensión, corriente y frecuencia, sin peligro de deterioro por sobrecalentamiento no de envejecimiento de su parte activa.

El valor de la potencia de un transformador se expresa en términos de la potencia aparente, la cual seria la base para el diseño del mismo. Las unidades de esta potencia aparente S son:

VA: Voltamperio
kVA:  Kilovoltamperio
MVA: Megavoltamperio

Las potencias mas comunes y estándar de fabricación de para los transformadores monofásicos de distribución son:
5, 10, 15, 25, 37.5 , 50, 75, 100 kVA

Consulte que otros valores de potencia se construyen para transformadores de distribución en aceite monofásico, y cuales son todas las potencias de fabricacion de transformadores de aceite trifasicos.

CONEXIÓN EN PARALELO

Un transformador trifásico NO se puede conectar en paralelo si:
- Tienen Conexiones diferentes en primario y/o secundario. Por ejemplo, no puede conectar un transformador Yy con uno Dd. Tampoco se podrá conectar un transformador Yy con un Yd, entre otros casos.
- NO se pueden conectar en paralelo transformadores de diferentes Indices Horarios. Por ejemplo: Si el indice horario de dos transformadores son Dyn5 para el primero y Dyn11 para el segundo, no se pueden conectar en paralelo. (En este caso si tienen la misma tensión en primario y secundario, para el Dyn5, la tensiones del secundario se encuentran desfasadas 150 grados eléctricos de las tensiones primarias, y para el caso del Transformador Dyn11, las tensiones secundarias están desfasadas 330 grados eléctricos con respecto a las tensiones del devanado primario.
- Las bobinas primarias y secundarios no son idénticas.
- Las tensiones en primario y secundarios son diferentes.

Para profundizar:
Conexión en paralelo de transformadores trifásicos

Para para conectar en paralelo los transformadores Monofásicos deben:
- Tener las mismas tensiones nominales primarios y secundarios
- Tener bobinas en devanado primario y secundario idénticas
- Tener las mismas polaridades

Para profundizar:
Conexión en paralelo

Tenga en cuenta que los transformadores monofásicos se pueden conectar para conformar transformadores trifásicos, a estos no se les denomina transformadores trifásicos sino Bancos Trifásicos.

ÍNDICE HORARIO EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Si se consideran todas las conexiones posibles para un transformador trifásico: como se conectan los bobinados (estrella o triángulo), donde están los “puntos” y como nombro los bornes se concluye que la tensión secundaria desfasa a su correspondiente primaria EN UN MÚLTIPLO DE 30º.

En consecuencia tengo 12 casos posibles (12*30=360)

Para indicar esta característica en los transformadores trifásicos configurados por los fabricantes se define el INDICE HORARIO del transformador. INDICE HORARIO: Diferencia de ángulo entre una tensión primaria (de fase o de línea) y su correspondiente tensión secundaria. Se expresa según la posición de las agujas del reloj (en el cual “las horas están a cada 30º") y donde por convención la tensión primaria tomada como referencia se pone en la hora 0 (o 12) y la secundaria en el múltiplo de 30º que corresponda, así las 3 corresponde a 90º. La hora que resulta indica el índice horario es decir el desfasaje entre las tensiones primarias y secundarias.

Nota: El índice horario solo se habla en los transformadores trifásicos.

La forma de indicar totalmente al grupo de conexión debe incluir el índice horario expresándose de la forma: (conexión bobinados primarios)(conexión bobinados secundarios)(neutro)(índice) Para el caso del ejemplo en el que el neutro no sea accesible será: dy11 Si el neutro fuera accesible se indica: dyn11. En consecuencia: Si se arma un transformador trifásico (Banco Trifásico) partir de tres monofásicos la forma de la conexión determina su grupo de conexión conjuntamente con el índice. Si se tiene un transformador trifásico el fábricante siempre indica el índice de conexión y resulta por su importancia un “dato de placa de características”.

Una información sintética de los transformadores trifásicos se localiza en este link, que lo invito a revisar.

En el siguiente link se encuentra un ejemplo de Indice Horario para un transformador Trifásico.

Le invito a revisar los siguientes videos y obtener sus conclusiones:
Video 1, Video 2, Video 3.

Adicionalmente, le invito a revisar esta excelente pagina y simular los indices horarios de transformadores.
Aqui también puede analizar con respecto a los indices horarios.

Materiales usados en las redes de distribución

ALGUNAS OPCIONES QUE AFECTAN LA VIDA ÚTIL DEL TRANSFORMADOR

Diferentes factores afectan la vida útil del transformador, la cual se espera que sea mínimo de 20 años. Entre otros factores los más relevantes son los siguientes:

Condiciones de alimentación: Para una misma carga, si se alimenta sobreexcitado ó sea con tensión primaria mayor a la nominal en la posición del conmutador, el núcleo además de saturarse arrojará más pérdidas y en consecuencia se presentarán temperaturas en aceite y devanados mayores a las normales.

Si el transformador es alimentado a una frecuencia 5%, o más, por debajo de la nominal 60 ciclos, de igual manera se presentará calentamiento en el núcleo al incrementarse las

pérdidas.

Las situaciones transitorias en la red tales como sobretensiones por maniobra, descargas atmosféricas, entre otras.

CONDICIONES AMBIENTALES:

Los transformadores están diseñados para operar bajo determinadas condiciones de temperatura y altura sobre el nivel del mar. Si no se tienen en cuenta estos puntos, el transformador puede sufrir sobrecalentamiento que le restará vida útil.

CONDICIONES DE CARGA:

Si al sobrecargar el transformador no se tiene en cuenta la temperatura ambiente, la carga precedente y el tiempo durante el cual se aplica la sobrecarga requerida, pueden presentarse sobrecalentamientos en esta máquina eléctrica estática y por ende se le ocasiona disminución de la vida útil al transformador.

PRUEBAS DESTRUCTIVAS Y NO DESTRUCTIVAS

Es conveniente tener en cuenta que no todas las pruebas se aplican a todos los transformadores, ya que existen pruebas de tipo destructivo y no destructivo pero que se evalúan respecto a valores de normas preestablecidos.

Dentro de las pruebas de tipo destructivo se encuentran:

-  Pruebas de tensión inducida.
- Prueba de tensión aplicada.
- Prueba de impulso.

Una falla en una de éstas pruebas, ocasiona el rechazo del transformador y del diseño.

Respecto a las pruebas de tipo destructivo, y excluyendo las pruebas anteriormente mencionadas (de tipo destructivo), la evaluación está basada en las diferentes normas NTC., tales como la NTC 818 y NTC 819 que se refiere a los niveles de pérdidas en núcleo y devanados, corriente magnetizante y tensión de cortocircuito; las NTC 801, NTC 1058 y NTC2482 que tratan de los límites de calentamiento y capacidad de sobrecarga.

PRUEBAS EN TRANSFORMADORES

Previo a la entrega de transformadores electricos a los clientes se deben realizar diferentes pruebas o ensayos.

Hay que diferenciar tres tipos de pruebas:

Pruebas de rutina: Las que se realizan a todos los transformadores que salen “Sin excepción”.

Pruebas Tipo

Pruebas especiales: Estas pruebas se realizan a solicitud del cliente.

Las pruebas de rutina son:

a) Medida del valor de la resistencia óhmica de los devanados en la posición de trabajo del conmutador de derivaciones.

b) Medidas de la Relación de transformación, verificación y comprobación de la polaridad y grupo de conexión.

c) Medidas de las pérdidas y tensión de cortocircuito.

d) Medidas de las pérdidas y corrientes de vacío.

e) Prueba de tensión inducida: Se trata de verificar la calidad del aislamiento entre espiras y entre capas. Para el efecto se aplica una tensión por el devanado de baja tensión, equivalente al doble de la tensión en vacío y para evitar la saturación del núcleo se aplica una frecuencia equivalente como mínimo al doble de la nominal y durante un lapso de tiempo que depende de la frecuencia aplicada

f) Prueba de tensión aplicada: Con éste ensayo se verifica el estado de los aislamientos entre los devanados primario y secundario y entre éstos a tierra.

Las pruebas tipo son:

a) Prueba del conmutador de derivaciones. (No se realiza para transformadores de distribución).

b) Pruebas de impulso y de frentes de onda: Simulan las descargas atmosféricas y los rayos para demostrar que el transformador tiene un aislamiento suficientemente grande como para resistirlos.

c) Prueba de calentamiento: Verifica que las temperaturas de trabajo normal del transformador no se pasen de las apropiadas ya que este factor es primordial en la vida del transformador. Es una prueba que puede durar 10 horas en la cual se simula el transformador con toda su carga para medir el calentamiento.

d) Prueba de rigidez dieléctrica del aceite: Se realiza para verificar el posible contenido de humedad en el aceite, Con éste ensayo y otros como el de acidez, tensión interfacial, viscosidad y color, puede determinarse el estado del aceite.

Las pruebas especiales son:

a) Medición de la impedancia de secuencia cero.

b) Medición de tangente delta o factor de potencia de los aislamientos.

Transferencia de calor

En la práctica se encuentran tres formas básicas de transmisión de calor, las cuales son: Radiación, conducción y convección.

Conducción: Es la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

Convección: En este sistema de transferencia de calor se presenta la intervención de un fluido (liquido o gas) en movimiento que transporta energía térmica entre dos zonas. Esta puede ser Forzada o Natural. Forzada cuando a través de una bomba de agua o un ventilador de aire, se mueve el fluido a través de una zona caliente y este transporta el calor hacia la zona fría. En la Natural, el propio fluido extrae calor caliente y cambia su densidad haciendo que se desplace hacia la zona más fría donde cede su calor.

Radiación: es el calor emitido por un cuerpo como consecuencia de su temperatura, no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transportan el calor. Por lo tanto, por existir un cuerpo X (solido o liquido) a una temperatura mayor que un cuerpo Y, existirá una transferencia de calor por radiación de X a Y.

Con el fin de hacer perceptible este fenómeno, se hace necesario un cuerpo a una temperatura bastante elevada ya que la transferencia térmica en este caso depende de la diferencia de temperaturas a la cuarta potencia: Ta⁴-Tb⁴

TRANSFORMADOR DE POTENCIA

TRANSFORMADOR DE POTENCIA

El transformador es la parte más importante de una subestación eléctrica, la parte principal de un transformador de potencia es el circuito electromagnético el cual se encuentra constituido por un núcleo de láminas de hierro al silicio y dos bobinas o grupos de bobinas, las cuales son:  1. Bobinas del devanado primario 2. Bobinas del devanado secundario.

Estos elementos están relacionados con otros elementos destinados a las conexiones mecánicas y eléctricas entre las distintas partes al sistema de enfriamiento, al medio de transporte y a la protección de la máquina en general. 

BOBINAS DEL DEVANADO PRIMARIO.

El devanado primario de un trasformador es aquel que se encuentra conectado a la fuente de alimentación. 

BOBINAS DEL DEVANADO SECUNDARIO.

El devanado secundario se encuentra conectado a la carga, independientemente de la tensión de operación o voltaje. 

NÚCLEO.

El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tiene pequeños porcentajes de silicio y que se denominan “laminaciones magnéticas”, estas laminaciones permiten la reducción de las pérdidas en el núcleo, siendo relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes vagabundas o circulantes.

NÚCLEO DE HIERRO MAGNÉTICO

Las laminaciones se disponen o colocan en la dirección del flujo magnético de manera que los núcleos para transformadores están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y dimensiones requeridas.

La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas eléctricas es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas y en consecuencia las pérdidas por este concepto.

En el transformador puede definirse como una máquina que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro sin cambio de frecuencia debido a que es una máquina estática. Esta transferencia de energía la realiza bajo el principio de inducción electromagnética teniendo circuitos eléctricos aislados entre si, que son eslabonados por un circuito magnético común.

Por ser una máquina estática el transformador requiere relativamente poca atención, por lo que su mantenimiento es espaciado desde su puesta en servicio.

CLASIFICACIÓN:

POR LA FORMA DE SU NÚCLEO.

• Tipo columna
• Tipo acorazado
• Tipo radial
• Tipo envolvente
• Tipo arrollado o WESCOR (Utilizado en la fabricación de los transformadores de distribución)

POR EL NUMERO DE FASES

• monofásicos
• trifásicos

POR EL NUMERO DE DEVANADOS

• un devanado
• dos devanados
• tres devanados

POR EL MEDIO REFRIGERANTE

• aire
• aceite
• liquido inerte

POR EL TIPO DE ENFRIAMIENTO

• enfriamiento OA
• enfriamiento OW
• enfriamiento OW/A
• enfriamiento OA/AF
• enfriamiento OA/FA/FA
• enfriamiento FOA
• enfriamiento OA/FA/FOA
• enfriamiento FOW
• enfriamiento A/A
• enfriamiento AA/FA

DESIGNACIÓN DE LOS NÚMEROS DE ENFRIAMIENTO.

Los transformadores están por lo general enfriados por aire o aceite y cualquier método de enfriamiento empleado debe ser capaz de mantener una temperatura de operación suficientemente baja y prevenir puntos calientes en cualquier parte del transformador. El aceite se considera uno de los mejores medios de refrigeración que tiene además buenas propiedades dieléctricas y que cumple con las siguientes funciones:

Actúa como aislante eléctrico, actúa como refrigerante y protege a los aislamientos sólidos contra la humedad y el aire.

Con referencia a la transferencia de calor específicamente, las formas en que se puede transferir por un transformador son las siguientes:

• CONVECCIÓN
• CONDUCCIÓN
• RADIACIÓN.

La elección del método de enfriamiento de un transformador es muy importante, ya que la disipación del calor, influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga, así como en el área de instalación y costo. De acuerdo con las normas americanas (ASA C57-1948) se han normalizado o definido algunos métodos básicos de enfriamiento, mismos que se usan en la misma designación en México y son las siguientes:

TIPO AA

Transformadores tipo seco con enfriamiento propio. Estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea al núcleo y a las bobinas.

TIPO AFA

Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para aumentar la potencia disponible de los tipos AA y su capacidad se basa en la posibilidad de disipación de calos por medio de ventiladores.

TIPO AA/FA

Transformador tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento con aire forzado, es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor.

TIPO OA

Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, en estos transformadores el aceite aislante circula por convección natural dentro de un tanque que tiene pared lisa o corrugada o bien provistos con tubos radiadores.

TIPO OA/FA

Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento con aire forzado, es básicamente un transformador OA con la adición de ventiladores.

TIPO OA/FOA/FOA

Transformador sumergido en liquido aislante con enfriamiento propio / con aceite forzado-aire forzado / con aceite forzado / aire forzado. Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el régimen de operación (carga) de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores.

TIPO FOA.

Sumergido en liquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y aire forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo.

TIPO OW

Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua. En estos transformadores, el agua de enfriamiento es conducido por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente. El aceite circula alrededor de los serpentines por convección natura.

TIPO FOW

Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es básicamente igual que FOA, solo que el cambiador de calor es del tipo agua-aceite y se hace enfriamiento por agua sin tener ventiladores. Ver

TRANSFORMADOR TIPO COLUMNAS

Estos transformadores están construidos por bobinas dispuestas concéntricamente, alojadas en las columnas del núcleo, es decir, las bobinas envuelven al núcleo, siendo el caso contrario al tipo acorazado. Los transformadores de este tipo son generalmente más voluminosos. Los transformadores en alta tensión y para potencia son generalmente de este tipo.

TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO

Están construidos en forma compacta, de tal modo, que los embobínanos están envueltos por laminación; las bobinas son en forma de paquetes planos con el fin de reducir tanto dimensiones como peso. El tanque es ajustado a la estructura soporte de laminación y devanado para lograr que estos transformadores puedan soportar esfuerzos mecánicos ocasionados por cortos circuitos externos.

TRANSFORMADOR TIPO RADIAL.

Los transformadores de este tipo emplean bobinas de sección circular las cuales son fáciles de aislar y tiene gran resistencia mecánica.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO.

Este tipo de transformadores pueden ser utilizados tanto en la transmisión como en la distribución de energía eléctrica.

TRANSFORMADORES DE DOS DEVANADOS.

Son generalmente usados cuando solo se necesita alimentar un tipo de carga a una sola tensión.

TRANSFORMADORES DE TRES DEVANADOS.

Son utilizados para alimentar diferentes circuitos con su respectiva diferencia de tensiones de alimentación.