manual de pruebas electricas aplicable a transformadores

1TRANSFORMADORES Y SUBESTACIONES ELCTRICAS

Universidad veracruzanaManual de pruebas elctricas aplicables atransformadoresGonzlez Garca Eliazer

En este documento se dan a conocer las pruebas realizadas los transformadores as como tambin suclasificacin y el procedimiento mediante el cual se lleva a cabo. As como tambin las distintas normasmediante las cuales se rigen como son la NMX, IEC, IEEE.

Facilitador: Villagrn Villegas Luz Yazmin

Universidad veracruzana

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Tema. pg.Introduccin 9CAPITULO 1 GENERALIDADES. 101.1 Generalidades de los sistemas de potencia. 111.2 Generacin de energa elctrica. 121.2.1 Centrales geotrmicas. 131.2.1.1 Descripcin del proceso de una planta geotrmica. 131.3 Centrales termoelctricas 151.4 Centrales hidroelctricas 161.5 Centrales nucleares. 171.6 Centrales elicas. 181.6.1 Aerogeneradores. 191.7 Centrales solares. 201.8 Transmisin y distribucin de la energa elctrica. 211.8.1 Transmisin. 211.8.2Distribucin. 22CAPITULO 2 SUBESTACIONES ELCTRICAS. 232.1 Subestaciones elctricas. 242.1.1 Smbolos ms usados en los diagramas de subestaciones elctricas. 242.1.2 Subestaciones en las plantas generadoras o centrales elctricas. 252.2 Subestaciones receptoras primarias. 252.3 Subestaciones receptoras secundarias. 25

2.4 Clasificacin de las subestaciones elctricas. 25


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2.4.1 Subestaciones tipo intemperie 252.4.2 Subestaciones tipo interior. 252.4.3 Subestaciones tipo blindado. 252.5 Principales elementos de una subestacin elctrica. 262.5.1 Interruptores. 262.5.2 Cuchillas desconectadoras. 27

2.5.2.1 Cuchillas unipolares. 272.5.2.2 Cuchillas tripolares. 272.5.2.3 Cuchillas unipolares de rotacin. 282.5.2.4 Cuchilla desconectadora tripolar giratoria. 282.5.2.5 Cuchilla desconectadora de apertura vertical. 282.5.2.6 Cuchilla desconectadora tipo pantgrafo. 282.5.3 Fusibles. 292.5.4 Tableros elctricos. 302.5.4.1 Clasificacin de los tableros. 302.5.4.1.1Tableros de mando directo. 30

2.5.4.1.2Tableros de mando a distancia. 302.5.5 Tablillas de conexin. 322.5.6 Aisladores. 332.5.6.1 Tipos. 332.5.6.1.1 Soporte. 332.5.6.1.2 Simple sujecin. 332.5.6.2 Material de fabricacin: 33


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CAPITULO 3 EL TRANSFORMADOR. 343.1 El transformador. 353.2 Clasificacin de los transformadores. 353.2.1 Por su operacin. 353.2.2 Por su nmero de fases. 363.2.3 Por su utilizacin. 363.2.4 Por su ncleo. 373.2.5 Por el tipo de enfriamiento. 37

3.2.6 En funcin de su lugar de instalacin. 383.3 Componentes de un transformador. 383.4 Sistema de aislamiento. 393.5 Tanque y accesorios. 393.6 Principio de operacin del transformador monofsico. 403.7 Instalacin de los trasformadores. 413.8 Conexiones tpicas de los transformadores. 43

3.8.1 Conexin delta-delta. 433.8.2 Conexin delta-estrella. 443.8.3Conexin estrella-estrella. 453.8.4 Conexin estrella-delta. 463.9 Polaridad de un transformador. 473.9.1 Polaridad aditiva. 473.9.2 Polaridad sustractiva. 473.10 Perdidas en el transformador. 48


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3.10.1Perdidas en el ncleo. 483.10.2Perdidas en el cobre. 49

CAPITULO 4 PRUEBAS A TRASFORMADORES. 504.1 Recomendaciones generales para reducir las prdidas en los transformadores. 514.2 Pruebas de fbrica. 514.3 Recomendaciones generales para efectuar pruebas elctricas a un equipo primario. 524.4 Pruebas preliminares. 534.5 Pruebas de rutina y especiales. 534.6 Prueba de la resistencia de aislamiento. 544.6.1 Diagrama de conexiones. 554.6.2 Criterios de aceptacin o rechazo. 564.6.3 Medicin de factor de potencia. 574.6.4 Condiciones de prueba. 574.6.5 Tensin que debe aplicarse. 574.6.6 Procedimiento. 584.6.7 Factor de correccin por temperatura. 584.8 Prueba de factor de potencia en transformadores de dos devanados. 594.9 Medicin de rigidez dielctrica del aceite. 614.9.1Procedimiento de la prueba. 614.9.2 Criterios de aceptacin y recomendaciones. 624.10 IEEE std. C57.12.90.-1993 634.11 Gua para Pruebas de Campo. 634.12 Pruebas de relacin de trasformacin. 64


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4.12.1 Objetivo de la prueba. 644.12.2 Procedimiento de prueba. 644.12.3 Las fallas frecuentes detectadas al realizar esta prueba. 664.12.4 El TTR 684.12.4.1 Aplicacin del TTR. 694.12.4.2 El TTR es un equipo auxiliar en los siguientes casos. 694.13 Pruebas de polaridad. Y desplazamiento angular. 704.13.1 Objetivo. 704.13.2 Importancia del conocimiento de la polaridad. 704.13.3 Equipo de prueba. 714.14 Prueba de resistencia hmica en los devanados. 724.14.1 Mtodos comnmente usados para realizar esta prueba. 724.14.2 Caractersticas del equipo usado. 734.14.3 Comentarios a considerar. 744.15 Pruebas de tensin de impulso por rayo. 754.15.1 Deteccin de fallas durante la prueba de impulso. 754.16 Pruebas por impulso. 774.17 prueba de potencial aplicado. 784.17.1 Forma de realiza la prueba. 794.17.2 Objetivo. 794.18 Prueba de potencial inducido. 804.18.1 Forma de realizar la prueba. 804.18.2 Diagrama para la prueba de potencial inducido. 804.19 Prueba de descargas parciales. 81


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4.19.1 Objetivo. 814.19.2 Procedimiento. 814.19.3 Acondicionamiento. 814.19.4 Desarrollo de la prueba. 834.19.5 Procedimiento de calibracin: (precaucin: sin tensin de AT). 834.19.6 Equipo a utilizar para la prueba. 844.19.7 ICM compact. 844.19.7.1 Aplicaciones. 854.19.7.2Calibracin del ICM compact. 854.19.8 Precauciones. 854.20 Prueba de impedancia en secuencia cero. 864.20.1 Prueba de impedancia en secuencia cero a transformadores trifsicos. 864.21 Prueba de temperatura. 884.22 Prueba de nivel de ruido audible. 894.22.1 Objetivo. 894.22.2 Instrumentacin. 894.22.3 Condiciones de prueba. 894.22.4 Mediciones. 904.23 Prueba de hermeticidad. 91

4.23.1 Objetivo. 914.23.2 Materiales. 914.23.3Aparatos. 914.23.4 Preparacin y procedimiento. 92


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4.23.5 Evaluacin de resultados. 92

4.24 Anlisis de Respuesta en Frecuencia. 934.24.1 Objetivo. 934.24.2 Alcance. 934.24.3 Mtodos de prueba. 934.24.3.1 Sweep FRA. (SFRA). 934.24.3.2 Impulse FRA. (IFRA). 934.24.4 Procedimiento. 944.24.5 Equipo de medicin. 954.24.5.1 Uso del equipo de medicin. 954.25 Pruebas que determina la calidad de servicio. 954.26 Pruebas de circuito abierto. 964.26.1 Objetivo. 964.27 Prueba de cortocircuito. 97Definiciones. 98Conclusiones. 101Bibliografa. 103


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Introduccin.

Hoyen da la demanda de energa elctrica en al pas a incrementado esto como resultado delincremento de la poblacin, tanto en la industria como domsticamente lo que tiene comoconsecuencia el incremento de las centrales generados en su capacidad o en su caso la puesta enservicio de una nueva central generadora de energa elctrica o aumentar el nmero de subestacioneselctricas disponibles para el suministro de la energa. Esto con el fin de satisfacer las exigencias de lapoblacin y por consiguiente la demanda requerida.Dentro las subestaciones se cuenta con distintos tipos de elementos elctricos como son lostrasformadores de distribucin y de potencia; transformadores de instrumentos (trasformadores decorriente y de potencial); Elementos de proteccin (relevadores, interruptores, fusibles etc.);apartarrayos entre otros. Cabe mencionar que en las subestaciones elctricas los equipos msimportantes son los transformadores y especialmente los de distribucin ya que estos constituyen laltima fase en la utilizacin de la energa elctrica tanto en baja como en alta tensin. Se cuenta condistintos tipos de transformadores como son: de distribucin., tipo subestacin, tipo pedestal, tipoposte, este ultimo mencionado es el ms utilizada aunque su construccin es en esencia la misma ysolo difieren entre si por su presentacin y sus accesorios adicionales. Por otra parte sin importar cualsea al tipo de trasformador, estos se encuentran comnmente en operacin continua y propensa afallas.Por estas razones son el objeto de estudios de trasformadores de distribucin, ya que antes de que untransformador sea puesto en operacin, debe cumplir con una serie de pruebas de rutina( resistenciade aislamiento, resistencia hmica, tensin aplicada, tensin inducida entre otra); regidas por lanorma NMX-J-169-ANCE-2004 trasformadores y autotransformadores de distribucin y potencia-mtodos de pruebas, y recomendaciones hechas por el instituto de ingenieros en electricidad y enelectrnica (IEEE). Esta pruebas proporcionan caractersticas sobre los parmetros elctricos de lostrasformadores los cueles deben de ser cumplidos estrictamente de acuerdo a las normas, con elobjetivo de conocer el comportamiento de los trasformadores ante cualquier eventualidad durante suoperacin.


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CAPITULO 1GENERALIDADES


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Generalidades de los sistemas de potencia.

El capitulo presentado se tomara en cuenta el anlisis de los aspectos bsicos que integran los sistemaselctricos de potencia, como son las fuentes generadoras su transmisin, distribucin de la misma. Porlo cual se acudir al requerimiento de distintas definiciones como son los cada una de las fuentes degeneracin de energa elctrica, los trasformadores y su clasificacin y la descripcin de sus elementosas como tambin el principio de su operacin. Para finalizar con este captulo se expondr laclasificacin de las pruebas que deben aprobar previas a su puesta en operacin, as como lanormatividad por las cuales se rigen.


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Generacin de energa elctrica.

La generacin de energa en los sistemas elctricos de potencia, consiste en transformar alguna clasede energa, sea esta qumica, mecnica, trmica, luminosa en energa elctrica. Para la generacin deenerga elctrica industrial se recurre a instalaciones denominas centrales elctricas, las que ejecutanalgunas de Las transformaciones citadas y constituyen la primera etapa del sistema del suministroelctrico

Dependiendo de la fuente primaria de energa las centrales generadoras se clasifican en: Geotrmicas Hidroelctricas Nucleoelctricas Termoelctricas Solares Elicas

Independientemente de la clasificacin de las centrales generadoras la mayor parte de la energaproviene de las centrales hidroelctricas, termoelctricas y de las geotrmicas. Tambin, cabemencionar que de las centrales anteriores tienen en comn que todas con excepcin, tiene en comnel elemento generador movido mediante una turbina que ser distinta dependiendo del tipo deenerga primaria utilizada. En las centrales solares la corriente obtenida es continua y para suutilizacin es necesaria su conversin en alterna, mediante el empleo de dispositivos denominadosinversores.


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Centrales geotrmicas.La energa geotrmicas aquella que s puede obtener mediante el aprovechamiento del calor interno dela tierra de los cuales podemos mencionar los tipos de yacimientos geotrmicos segn la temperaturadel agua.

Descripcin del proceso de una planta geotrmica.Por medio de pozos especficamente perforados, .las aguas subterrneas, que poseen una grancantidad de energa trmica almacenada, se extraen a la superficie transformndose en vapor, que seutiliza para generar energa elctrica.Este tipo de planta opera con los mismos principios que los de una planta termoelctrica como vapor,con excepcin de la produccin de vapor, que en este caso se extrae del subsueloEl vapor de agua obtenido de la mezcla se enva a un separador; el secado de vapor va a una turbina deenerga cintica que se transforma en energa mecnica y esta a su vez en electricidad en el generador.Energa geotrmica d alta temperatura: la energa esta temperatura est comprendida entre los 150y400C se produce vapor en la superficie y mediante una turbina genera electricidadEnerga geotrmica de temperaturas medias: es aquella en la que los fluidos de los acuferos estn atemperaturas menos elevadas normalmente entre 70 y 150C.Energa geotrmica de baja temperatura: en esta los fluidos estn a temperatura de 50 a 70CEnerga geotrmica de muy baja temperatura: en esta los fluidos de calientan a temperaturascomprendidas entre 20 y CLas principales zonas geotrmicas geolgicas se sitan en el anillo de fuego, all donde colisionan lasplacas tectnicas terrestres y Oceana, que comprenden los andes, centro Amrica de Mxico, lascordilleras de EEUU y Canad, la cordillera de aleutiana (Alaska), la pennsula de Kamchatka (Rusia),Japn, indonesia y nueva Zelanda. A ellos se aaden las reas donde las placas fragmentan comoIslandia, el atlntico medio o los valles de frica.La TOSCANA Italiana, en 1904, fue la primera en utilizar energa geotrmica para producir electricidad,en 1913 se construyo la primera central en landarello, La segunda se levanto en nueva Zelanda


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Ventajas Autorrenovable. Aprovecha al agua que surge naturalmente a temperatura de evaporacin. Poco contaminante.

Desventajas Costo relacionado con la profundidad. Temperaturas poco elevadas excepto en casos muy favorables. Localizacion precisa.


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Centrales termoelctricas.Una central termoelctrica es una instalacin industrial empleada para la generacin de energaelctrica a partir de la energa liberada en forma de calor, normalmente mediante la quema de algncombustible fsil como petrleo, gas natural o carbn. Este calor es empleado por un ciclotermodinmico convencional para mover un alternador y producir un alternador y producirelectricidad. Este tipo de instalacin recibe el nombre de central nuclear.Las centrales termoelctricas clsicas emplean la combustin del carbn, petrleo o gas natural paragenerar la energa elctrica, siendo sus componentes principales: caldera de combustin turbina devapor, generador, torres de enfriamiento e instalaciones de control como se observa en la figurasiguiente, en la actualidad se estn construyendo numerosas c centrales termoelctricas denominadasde ciclo combinado que son un tipo de central que utiliza gas natural, gasleo o incluso carbnpreparado como combustible para alimentar una turbina de gas.

Como los gases tienen todava una temperatura alta, se utilizan para producir vapor que mueve unasegunda turbina, esta vez vapor. Cada una de estas turbinas esta acoplada a su correspondientegenerador para generarla electricidad como en una central termoelctrica clsica. Como la diferenciade temperatura que se produce en la combustin y los gases de escape es ms alta que en el caso deuna turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos del orden de 55%


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Centrales hidroelctricas.Una central hidroelctrica se utiliza para la generacin de energa elctrica mediante elaprovechamiento de la energa potencial del agua embalsada en una presa que se encuentra ms altoque la central generadora. El agua es conducida mediante una tubera de descarga de la sala demaquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidrulicas se produce la generacin deenerga elctrica en generadores. La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW(megawatts) hasta 30 MW se consideran mini centrales. La central hidroelctrica mayor del pas, hastala fecha (2007), tiene una potencia instalada de 750MWLas centrales hidroelctricas se clasifican segn su desplazamiento y existen dos modelos bsicos:

Consistes bsicamente en desviar el agua del rio mediante una pequea presa hacia un canalcon mnima pendiente hasta un deposito (cmara de carga) del cual cae por una tubera hacia lasala de maquinas donde los grupos turbina-generador aprovechan la energa de cada del aguay la transforman en energa elctrica tal como se observa en la siguiente figura seguidamente elagua se incorpora al rio mediante un canal

Consiste en construir una presa para almacenar agua a un cierto nivel. A media altura de lapresa se encuentra la toma de agua, y en la parte inferior la sala de maquinas que aprovecha laenerga del agua para producir la electricidad.


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Centrales nucleares.Una central nuclear es una instalacin industrial empleada para la generacin de energa elctrica apartir de energa nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediantereacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinmicoconvencional, para mover un generador y producir energa elctrica.Las centrales nucleares constan de uno o varios reactores, que son contenedores llamadoshabitualmente vasijas en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geomtricas deminerales con algn elemento fisil es decir, puede fisionarse o frtil que puede convertirse en fisil porreacciones nucleares, usualmente uranio, en algunos combustibles tambin plutonio, generado a partirde la activacin del uranio como se muestra en la siguiente figura. En el proceso de fisin radiactiva, seestablece una reaccin que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliaresdependientes del tipo de tecnologa empleada

La energa nuclear se caracteriza por producir, adems de una gran cantidad de energa, residuosnucleares que hay que albergar en depsitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, seproduce contaminacin atmosfrica de gases derivados de la combustin que produce el efectoinvernadero, ni precisan el empleo de combustibles fsiles para su operacin. Sin embargo, lasemisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construccin, de la fabricacin delcombustible y de la gestin (todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido sualmacenamiento); posterior de los residuos radioactivos no son despreciables.


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Centrales elicas.La energa elica es la que se obtiene por medio del viento, es decir, mediante la utilizacin de laenerga cintica generada por efecto de las corrientes de aire como se observa en la siguiente figura. Laenerga elica ha sido aprovechada desde la antigedad para mover los barcos impulsados por velas ohacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.

Aerogeneradores:Los aerogeneradores tienen aspas o hlices que hacen girar un eje central conectado, mediante unaserie de engranajes (la transmisin) al generador elctrico.Un sistema eoloelectrico convencional se compone de las siguientes partes principales:Aspas.- parte de la turbina que recibe directamente la energa del viento. Un rotor est compuestogeneralmente, por dos o tres aspas cuyo tamao comercial oscila entre los 25 y 50 metros y puedenpesar ms de 900 kg cada una.Rotor.- compuestas por las aspas y el eje al que estn unidas.Transmisin.- aumenta la baja velocidad de rotacin de las aspas, del orden de las 60 rpm, a unavelocidad de entre 1500 y 2000 rpm.Generador.- produce electricidad a partir del movimiento como en los tradicionales sistemas de vaporTorre.- existen dos tipos de torres: de mono tubo o de tubo solido de acero y de armadura. Las alturasvaran con el tamao del rotor entre los 25 y 50m


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En la actualidad se utiliza, sobre todo para mover aerogeneradores. En aerogeneradores la energaelica mueve una hlice y mediante un sistema mecnico se hace girar el rotor de un generador,normalmente un alternador que produce energa elctrica. Para que su instalacin resulte rentable,suelen agruparse en concentraciones denominadas parques elicos.


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Centrales solares.Una central solar es una instalacin industrial en la que a partir del calentamiento de un fluidomediante radiacin solar, y su uso en un ciclo termodinmico convencional se produce la potencianecesaria para mover un alternador para generar energa elctrica como una central trmica clsica.Constructivamente, es necesario concentrar la radiacin solar parta que se puedan alcanzartemperaturas elevadas, de 300 C hasta 1000 C, y obtener as un rendimiento aceptable en el ciclotermodinmico, que se podra obtener con temperaturas bajas. La captacin y concentracin de losrayos solares se hacen por medio de espejos con orientacin automtica que apuntan a una torrecentral donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de geometra parablica. Elconjunto de la superficie reflectante y sus dispositivos de orientacin se denominan heliostato.Se denomina energa solar fotovoltaica a una forma de obtencin de energa elctrica a travs depaneles fotovoltaicos estn formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que al recibirradiacin de varios de estos fotodiodos permiten la obtencin de voltajes mayores en configuracionesmuy sencillas y aptas para alimentar pequeos dispositivos electrnicos.

A mayor escala. La corriente continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puedentransformar en corriente alterna y pueden ser suministrados a la red, operacin que es muy rentableeconmicamente pero que precisa todava de la energa solar para una mayor viabilidad. En entornosaislados, donde se requiere poca potencia elctrica y el acceso a la red es difcil, como estacionesmeteorolgicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativaeconmicamente.


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Transmisin y distribucin de la energa elctrica.Debido a que la energa elctrica no se produce en los lugares donde se consume salvo con algunasexcepciones es necesario transportarla a grandes distancias desde las plantas generadoras deelectricidad hasta los centros de distribucin (subestaciones) y consumos; esto mediante lneas detransmisin en alta tensin (A.T) las cuales tienen que recorrer esas distancias para cumplir sucometido. Posteriormente se distribuye mediante lneas de distribucin en alta tensin o en bajatensin (B.T) esto de acuerdo con las caractersticas y necesidades de los consumidores.Los sistemas elctricos de potencia tienen tres elementos principales que son:

La central elctrica. Los trasformadores elevadores. Lneas de trasmisin.

Para conducir la electricidad desde las plantas de generacin hasta los consumidores finales, comisinfederal de electricidad (CFE) cuenta con las redes de transmisin y distribucin, integradas por lneasde conduccin de alta tensin, media y baja tensin.

Transmisin.La red de transmisin considera los niveles de tensin de 400, 230 y 161 kilovoltios (KV). Al finalizadiciembre del ao 2006, esta red nacional alcanzo una longitud de 47,485km como se muestra en latabla siguiente.


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La transformacin es el proceso que permite, utilizando subestaciones elctricas, cambiar lascaractersticas de la electricidad (tensin y corriente) para facilitar su transmisin y distribucin. Latabla siguiente muestra la capacidad en subestaciones con la que actualmente se cuenta en el pas,observando un creciente aumento en los ltimos 10 aos.

Distribucin.La red de distribucin est integrada por lneas de subtransmisin con niveles de tensin de 138, 115,85 y 69 (KV); as como, las de distribucin en niveles de 34.5, 23, 13.8,6.6, 4.16 y 2.4 KV y baja tensincomo se presenta en la tabla siguiente.


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CAPITULO 2SUBESTACIONES ELCTRICAS


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Subestaciones elctricas.Una subestacin elctrica es un conjunto de maquinas, aparatos y circuitos que tiene la funcin demodificar los parmetros de la potencia elctrica (tensin y corriente) y de proveer un medio deinterconexin y despacho entre las diferentes lneas del sistemaDesde el punto de vista de la funcin que desempean las subestaciones se pueden clasificar de lasiguiente manera:

Algunos de los smbolos ms usados en los diagramas de subestacioneselctricas:

Transformador de potencia de tres devanados

interruptor

Cuchilla desconectadoraInterruptor y cuchilla desconectadoraCuchilla desconectadora operada con motor elctrico

Cuchilla de puesta a tierra

Transformador de corrienteTransformador de potencial con fusible de proteccin

Apartarrayos

Voltmetro, ampermetro, wattmetro, watthorimetro

Generador

Auto transformador


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Subestaciones en las plantas generadoras o centrales elctricas.Estas se encuentran adyacentes a las centrales elctricas o plantas generadoras de electricidad paramodificar los parmetros de potencia suministrados por los generadores para transmitir la tensin enalta tensin en las lneas de transmisin. Los generadores trasmiten la potencia entre 5 y 25 KV y latrasmisin dependiendo del volumen de la energa y la distancia pueden efectuar a 69, 85, 115, 138,230 o 400 KV, en algunos pases se emplean tensiones de transmisin de 765, 800,y hasta 1200 KV enC.A

Subestaciones receptoras primarias.Estas son alimentadas directamente de las lneas de transmisin y reducen la tensin a valoresmenores para la alimentacin de los sistemas de subtransmisin o las redes de distribucin, de maneraque dependiendo de la tensin de transmisin puede tener en su secundaria tensin del orden de 15,69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9, o 4.6.

Subestaciones receptoras secundaria.Estas son por lo general alimentadas de las redes de subtransmisin y suministran la energa elctrica alas redes de distribucin a tensiones comprendidas entre 34.5 y 6.9

Clasificacin de las subestaciones elctricas.Subestaciones tipo intemperie.- estas subestaciones se construyen en terrenos expuestos a laintemperie y requieren de un diseo, aparatos y maquinaria capaces de soportar el funcionamientobajo condiciones atmosfricas adversas (lluvia, viento, nieve, inclemencias atmosfricas diversas) porlo general se adoptan en los sistemas de alta tensin.Subestaciones tipo interior.- en estas subestaciones los aparatos y maquinas que se usan estndiseadas para operar en interiores, esta solucin se usaba hace algunos aos en la prctica europea,actualmente son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en lasindustrias incluyendo la variante de las subestaciones del tipo blindado.Subestaciones tipo blindado.- en estas subestaciones los aparatos y las maquinas se encuentran muyprotegidos y el espacio necesario es muy reducido en comparacin con la construcciones desubestaciones convencionales, por lo general se usan en el interior de fabricas, hospitales, auditorios,edificios y centros comerciales que requieren de poco espacio para estas instalaciones por lo que seusan por lo general en tensiones de distribucin y utilizacin.


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Principales elementos de una subestacin elctrica.Interruptores.Los interruptores son los elementos cuya funcin es desconectar los circuitos bajo condiciones decorriente nominal, vacio o corto circuito, es decir con condiciones normales o anormales. Su operacino ciclo de trabajo puede consistir de lo siguiente

Desconexin normal. Interrupcin de corrientes de falla. Interrupcin de corrientes capacitivas. Interrupcin de pequeas corrientes inductivas. Falla de lnea corta (falla hilometrica). Oposicin de fase durante las salidas del sistema. Recierres automticos rpidos. Cambios de corriente durante las operaciones de maniobra.

Los interruptores no solo deben interrumpir sino tambin cerrar circuitos, esto produce algunosproblemas especialmente cuando el interruptor se encuentra cercano al cortocircuito debido a que lacorriente a travs del arco producido por la ruptura dielctrica puede daar los contactos.La interrupcin puede ser la siguiente manera:

1. En aire2. En aire comprimido3. En hexafloruro de azufre (SF6)4. En vacio5. En aceite: en este la interrupcin puede ser de gran volumen de aceite o de pequeo volumen

de aceite.

Interruptor de granvolumen de aceite

Cmaras de interruptores de pequeo volumen de aceitecon extincin longitudinal axial.


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Cuchillas desconectadoras.Son dispositivos de maniobra capaces de interrumpir en forma visible la continuidad de un circuito,pueden ser maniobrables bajo tensin pero en general sin corriente ya que poseen una capacidadinterruptiva casi nula.Su empleo es necesario en los sistemas ya que debe existir seguridad en el aislamiento fsico de loscircuitos antes de realizar cualquier trabajo y para los cuales la presencia de un interruptor no essuficiente para garantizar un aislamiento elctrico.Las cuchillas desconectadoras en particular deben cumplir con los siguientes requisitos:Garantizar un aislamiento a tierra y sobre todo la apertura, por lo general se requiere entre puntos deapertura de la cuchilla de 15 a 20% de exceso en el nivel de aislamiento con relacin al nivel deaislamiento a tierra.Conducir en forma continua la corriente nominal sin que exista una elevacin de de temperatura en lasdiferentes partes de la cuchilla y en particular de los contactosSoportar por un tiempo especificado (generalmente 1segundo) los efectos trmicos y dinmicos de lascorrientes de corto circuito.Las maniobras de cierre y apertura se deben realizar con toda seguridad es decir sin posibilidad de quese presenten falsos contactos o posiciones falsas aun en condiciones atmosfricas desfavorables.Las cuchillas desconectadoras pueden ser:Cuchillas unipolares.Por lo general se emplean en baja tensin y tensiones medias con corrientes hasta de 1000 o 1500amperes.Cuchillas tripolares.Es el mismo tipo que las cuchillas unipolares pero en el mando es tal que secciona las tres fasessimultneamente.


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Cuchillas unipolares de rotacin.Pueden tener un perno control o bien con interrupcin doble o simple con columna centralgravitatoria, son utilizadas por lo general en sistemas de alta tensin con corrientes hasta de 2000amperes.

Cuchilla desconectadora tripolar giratoria.- son prcticamente iguales a las unipolares, pero empleanmando tripolar para accionamiento simultaneo de los tres polos, por lo general se usan en 69 y 115 KV.Cuchilla desconectadora de apertura vertical.- en estas cuchillas se tiene un giro de 110 de lacolumna central del aislador, la apertura se realiza en dos tiempos por medio de un giro de 60 de lacuchilla (navaja) que gira sobre su propio eje y un movimiento vertical de la otra navaja en formapropia. Los puntos de contacto son anti-hielo y a prueba de contaminacin. Se usan en sistemas de 85a 230 KV.

Cuchilla desconectadora tipo pantgrafo.- se construyen por lo general del tipo monopolar siendo suelemento de conexin del tipo pantgrafo de donde viene su nombre.

Para la mayora de los tipos de cuchillas mencionados antes se tiene bsicamente las siguientes formasde accionamiento

Manual directo o con prtiga. Manual con mando por varilla y placa o manivela. A control remoto accionadas por motor elctrico o bien en forma neumtica.


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Fusibles.

El fusible est reservado para la interrupcin automtica del circuito que protege cuando severifican condiciones anormales de funcionamiento que estn normalmente asociadas a lassobrecorrientes, esta interrupcin se obtiene de la fusin del elemento fusible que en sirepresenta la parte fundamental y que determina sus caractersticas.

La funcin del fusible es diferente a la que desempean los interruptores automticos ya queun fusible no est desempeado para desarrollar operaciones de maniobra de apertura y cierrede un circuito ya que cada vez que este opera se requiere la sustitucin de su elemento fusible.

La principal funcin de un elemento fusible la desarrolla el elemento fusible propiamente dichoal cual se deja la funcin de soportar sin calentamiento excesivo la corriente nominal y defundirse durante un tiempo determinado cuando la corriente supera el lmite mximo de fusinprevisto

Por lo general son de los siguientes tipos.

De expulsin. De acido brico.

Fusible de expulsin para sistemas de media tensin en posicin cerrada y abierta.


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Tableros elctricos.En el complejo de una subestacin elctrica donde intervienen los instrumentos de maniobra, demedicin, de control y algunos otros, la conexin elctrica entre estos que constituyen la instalacin sedividen en generalmente en dos categoras: los tableros y los circuitos principales de la subestacin.En las instalaciones de pequea potencia y baja tensin es comn que el equipo principal de losaparatos de maniobra y control se monte junto a los aparatos que deben accionar o sea en los propiostableros de distribucin.En las instalaciones grandes los aparatos de control, maniobra y medicin normalmente no se puedeninstalar juntos en los mismos tableros por lo que todo lo que corresponda a los aparatos de corte seinstalan por separado y es frecuente tener un puesto de mando central lo que hace necesario efectuarun alambrado de interconexin controlado por diagramas de interconexin que faciliten la accin a losoperadores.Por otra parte los relevadores de proteccin que accionan interruptores o dispositivos de proteccinque se encuentran a la intemperie es normal que se localicen en tableros denominados de proteccin ylocalizados a una cierta distancia de los objetos que accionan dentro del rea de la subestacin en uncuarto denominado cuarto de control o caseta de mando).

Clasificacin de los tableros.Los tableros de medicin, control y proteccin se pueden clasificar como:Tableros de mando directo.Instalados por lo general en sistemas elctricos de poca importancia en donde es importante el bajocosto y se requieren pocos paneles.Pueden ser de tres tipos.

1. Tableros con el frente de baja tensin.2. Tableros con el frente muerto (sin tensin).3. Tableros modulares.

Tableros de mando a distancia, por control remoto con medios elctricos.Estos tableros se emplean por lo general en las grandes instalaciones en donde las disposiciones de lospuestos de mando y vigilancia deben permitir en todo momento una visibilidad amplia del estado deservicio de toda la instalacin y facilitar la maniobra rpida de los elementos de corte y los elementosde regulacin si existen.


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En sistemas de distribucin con alta tensin resulta peligroso el uso de tableros con mando directo porlo que resulta adecuado el uso de esto tableros. Es comn en estos tableros sealizar a los elementosque intervienen dentro del control y proteccin mediante representaciones basadas en los diagramasunifilares del sistema denominado bus mmico. Es comn tambin que los cuadros de alarma yelementos complicados se sealicen por medio de cuadros luminosos.Existen tambin tableros de mando a distancia por medio de elementos mecnicos que sustituyen a lostableros de mando directo en aquellos casos en que resulte peligroso el uso de estos ya que por lastensiones elevadas que se usen o por el riesgo que impliquen para el personal el uso de elementos dedesconexin grandes no robustos.

Tablero tpico de baja tensin

Tablero de frente muerto para alta tensin

Tableros en subestaciones para baja potencia


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Tablillas de conexin.Las tablillas de conexin se emplean en los tableros elctricos como medio de referencia en elalambrado y estn constituidas bsicamente por medio de bornes intercambiables a base de baquelita,pasta o algn otro material aislante solido con propiedades mecnicas para la sujecin de longitudvariable y ajustable con forma de regletas.Estn basadas fundamentalmente en un borne de apriete a base de tornillo y otro aislante, tiene deventaja rapidez, en la identificacin de terminales para rpidas comprobaciones en los circuitosindividuales.

Detalle del alambrado en un tablero sencillo.En la siguiente imagen se muestra una tablilla de conexin.


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Aisladores.Los aisladores en las subestaciones elctricas se emplean como elementos de montaje y sujecin debarras y conductores.

Tipos.Existen bsicamente dos tipos:De soporte a base de montaje en alfiler de acero con rosca recubierta de plomo.De simple sujecin a base de tornillo segn sea la tensin de operacin semejante a los usados en laslneas de transmisin con las mismas dimensiones y montaje.El empleo de cada uno de estos tipos est sujeto al elemento conductor usado en el sistema de barrasde la instalacin, as por ejemplo si se emplea barra solida el aislamiento ser de soporte, pero si seemplea entonces es comn el empleo de aisladores tipo suspensin formado por cadenas montadasgeneralmente en posicin horizontal.

Material de fabricacin:Se fabrican para uso interior o intemperie por lo general de:

Vidrio. Porcelana. Resinas fundidas


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CAPITULO 3EL TRANSFORMADOR


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El transformador.El transformador es un equipo elctrico que por induccin electromagntica transfiere energa

elctrica, usualmente aumentando o disminuyendo los valores de tensin y de corrienteelctricamente a la misma frecuencia del sistema. Un transformador que al recibir energa y aldevolverla lo hace a una tensin ms elevada, se le denomina transformador elevador, o puededevolverla a tensin ms baja, a este tipo de transformador se le denomina transformador reductor,en el caso de que el transformador no eleve o reduzca los niveles de tensin, se tiene entonces, unarelacin de transformacin igual a la unidad.

Los transformadores al no tener partes giratorias requieren poca vigilancia y escasos gastos ensu mantenimiento. El rendimiento que tiene este, comparado con otras maquinas elctricas 95% a99%. Al no tener partes giratorias, dientes, ranuras y sus enrollamientos pueden estar sumergidos enaceite u otro material como hexafloruro de azufre (SF6), no es difcil lograr un buen aislamiento paratrabajar en altas tensiones.

Clasificacin de los transformadores.Segn el empleo que se asigne, recibe el nombre de los transformadores de potencia o de

distribucin, encontrando elevadores, reductores o de enlace (relacin de transformacin 1/1). Siendolos de distribucin los mas empleados por su pequea capacidad y por ser el ltimo punto entre ladistribucin y la carga.

Los transformadores se clasifican de la siguiente manera.

Por su operacin. estos en base a la energa o potencia que maneje:Transformador de distribucin:Capacidades de 5 a 500 KVA.Transformadores de potencia:Capacidades mayores a 500KVA.


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Por su nmero de fases.De acuerdo con las caractersticas del sistema en el cual opera:Monofsicos (1). Estos son conectados a una lnea o fase y el neutro o tierra. Cuentan con un solodevanado de alta tensin y uno de baja tensin como se muestra en la siguiente figura

Trifsico (3). Se conectan a tres lneas o fases y pueden estar conectados a un neutro o tierra. Tienentres devanados de alta tensin y tres de baja tensin como se observa en la figura siguiente.

Por su utilizacin.

Transformador para generador. Se conecta despus del generador y proporcionan energa a la lneade transmisin.Transformadores de subestacin. Se conectan en el extremo de la lnea de transmisin y se encarganse reducir la tensin para sub-transmitirla.Transformador de instrumento. Aqu se tiene de potencial (TP) y de corriente (TC), los cuales seencargan de suministrar tensin y corriente a los equipos de medicin, proteccin y control.


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Por su ncleo.Acorazado. El ncleo cubre a los devanados de baja tensin y alta tensinColumna. Las bobinas abarcan parte considerable del circuito magntico.

Por el tipo de enfriamiento.

Existen dos que son: Sumergidos en aceite tipo seco.

Delos sumergidos en aceite se encuentran los siguientes:Tipo OA (Ol/Air). Es el ms usado pues consiste en un transformador sumergido en aceite conenfriamiento natural. Ya que el aceite circula en forma natural dentro del tanque, o puede tenerenfriadores tubulares o radiadores.Tipo OA/FA (Ol/Air)/ (Forced/Air). Son sumergidos en aceite enfriados por aire forzadoTipo OA/FA/FOA (Oil/Air)/ (Forced/Air)/(Forced/Oil/Air). Sumergidos en aceite con enfriamientopropio, con aire forzado y aceite forzado. Construidos con radiadores, s adicionan ventiladores sobreestos y adems bombas conectadas a los cabezales de los mismos.Tipo (Forced/Ol/Air). Sumergidos en aceite, el enfriamiento es una base de aceite forzado conenfriadores de aire forzado. Al circular el aceite por los radiadores de aire y aceite, este es enfriado.Tipo OW (Ol/Water). El enfriamiento es con agua que circula por tubos colocados fuera del taque.Tipo FOW (Forced/Oil/Water). El enfriamiento es de aceite forzado con enfriado por agua forzadaDel tipo seco existen:Tipo AA (Air/Air). Son del tipo seco, con enfriamiento propio el aire es el encargado de aislar el ncleo ylas bobinas.Tipo AFA (Air/Forced/Air). El enfriamiento es con aire forzado producido por un ventilador que hacecircular aire por un ducto que se localiza en la parte inferior del transformador.Tipo AA/FA (Air/Air)/(Forced/Air). Con enfriamiento propio y por aire forzado con ayuda deventiladores.


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En funcin de su lugar de instalacin. Tipo poste Tipo pedestal Tipo subestacin Tipo sumergible

Componentes de un transformador.Bsicamente se agrupa en:

Circuito magntico:Lo conforma el ncleo, el cual est hecho de laminaciones de acero al silicio de grano orientado; laslaminas de aslan por ambos lados con la finalidad de reducir las prdidas por corrientes parasitas y asconducir el flujo magntico generado.

Circuito elctrico.Compuesto por los devanados primarios y secundarios. Se fabrican de cobre o aluminio; forrndose depapel o barnizndose dependiendo si es seco o sumergido en aceite, de la tensin de operacin y lapotencia.La funcin que deben cumplir los devanados, es la de crear un flujo magntico en el primario y porinduccin electromagntica, dar origen a una fuerza electromotriz (f.e.m), en el secundario. Esteproceso, causa perdidas muy pequeas de energa debido a efecto joule. La seccin del material conque se construirn los devanados depende de las propiedades de cada material. En la siguiente tabla semuestran algunas de las propiedades del cobre y el aluminio.


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Sistema de aislamiento.Todos los transformadores poseen materiales aislantes que forman el sistema de aislamiento. Dichosaislamientos aumentan a medida de que aumenta a capacidad del transformador. a continuacin seenlistan algunos materiales aislantes.

1. Cartn prensado o pressboard.2. Papel kraft.3. Papel manila y corrugado.4. Cartn prensado de alta densidad.5. Cartn prensado laminado.6. Esmaltes y barnices.7. Porcelanas.8. Polvo epxido.9. Algodn.10. Lquidos dielctricos como el aceite mineral o de silicona.

Tanque y accesorios.El tanque tiene la funcin de contener y preservar el aceite dielctrico y el conjunto ncleo-bobinas.Adems de los anteriores, esa constituido por los siguientes elementos

1. Boquillas de porcelana de A.T2. Cambiador de derivaciones (taps)3. Terminales de cobre para A.T y B.T4. Vlvula de muestreo de aceite.


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Para los transformadores de potencia se agregan los siguientes elementos: Termmetros. Medidor de nivel de aceite. Relevador buchollz. Ventilador.

Por otra parte, se deben adjuntar el bastidor y los herrajes segn la norma Oficial Mexicana (NMX-j-116-ANCE).

Principio de operacin del transformador monofsico.En transformador basa su funcionamiento en la accin mutua entre fenmenos elctricos ymagnticos, y no contienen partes mviles. La transferencia de energa elctrica por induccinelectromagntica, de un enrollamiento a otro, dispuesta en el mismo circuito magntico, se realiza conun excelente rendimiento.Las fuerzas electromotrices (f.e.m) se inducen por la variacin del flujo magntico. Los devanados y elcircuito magntico estn en reposo uno con respecto al otro, y las f.e.m se inducen por la variacin dela magnitud del flujo con el tiempo. Este concepto puede explicarse con la siguiente imagen.


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Instalacin de los trasformadores.Po lo que respecta a la instalacin de los transformadores de los transformadores se puede mencionarque las variantes dependen del tipo de instalacin, es decir, las subestaciones de gran potencia son porlo general del tipo intemperie y tienen una disposicin diferente a las de menor potencia tipo interior oa las compactas. En general para estos ltimos casos no existen consideraciones especiales respecto ala instalacin de los transformadores mientras que en las subestaciones tipo intemperie existenmuchas variantes dependiendo de la posicin de la subestacin.Como norma general se puede mencionar que los transformadores se debern instalar sobre bases deconcreto diseados para soportar su peso, en lo posible, se debern representar las distancias deseguridad mnimas recomendadas o en el caso contrario aislarlos del posible contacto por medio debarandales o malla, la base deber ser de tal forma que tenga la posibilidad de contener el aceite deltransformador en caso de fuga y un sistema de drenaje conectado al sistema de drenajes para fugas deaceite en la subestacin que puede conectarse a un recipiente que contenga el aceite extrado deltransformador o los interruptores.

1. Transformador2. Poza de captacin3. Sifn4. Caja de recuperacin5. Tubo de descarga6. Gua sobre lo que se apoya la base del transformador7. Recuperador del aceite8. Tapa de proteccin del pozo

Los trasformadores en interior debentener una ventilacin adecuada.


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Instalacin anti-incendio de un trasformador en interior

1. Cilindros de de CO2.2. Dispositivo manual de apertura.3. Conducto de gas.4. Terminal de emisin.5. Ganchos de cierre para puertas y ventanas.

Instalacin de un transformador en interior con mueropara separar el transformador del resto de los aparatos


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Conexiones tpicas de los transformadores.

Conexin delta-delta.Esta conexin representa en la siguiente figura se distingue porque los enrollamientos estnconectados directamente a dos hilos de la lnea en ambos lados, lo cual determina de manera precisala tensin aplicada y desarrollada en cada enrollamiento. Adems, los tres enrollamientos de cada ladoforman un circuito cerrado por lo cual puede fluir una corriente ficticia que tenga igual sentido en lastres fases al mismo tiempo, como lo es la tercera armnica.

Ventajas: Poder conductores de menor dimetro al operar a tensin ms alta. Anular las terceras armnicas.

Desventajas: Al no permitir conductor neutro, no permite la distribucin con dos tensiones alternativas.


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Conexin delta-estrella.La conexin delta-estrella, de las ms empleadas, se utilizan en los sistemas de potencia para elevarvoltajes de generacin o de transmisin, en los sistemas de distribucin para alimentacin yalumbrado.Esta conexin se emplea en aquellos sistemas de transmisin en que es necesario elevar voltajes degeneracin. En sistemas de distribucin es conveniente su uso debido a que se puede tener dosvoltajes diferentes (entre fase y neutro) como se mostrara en la figura siguiente.

Ventajas: No le afecta las armnicas. Acepta bastante bien las cargas desequilibradas por el neutro secundario.

Desventajas: Debido a la conexin estrella en su lado secundario presenta una falta de simetra respecto a

las corrientes y tensiones.


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Conexin estrella-estrella.

Esta conexiones la preferida en los sistemas de alta tensin, debido a que la tensin encada bobina essolo 173 veces menor que la tensin de lnea. Y debido a que implica corrientes ms elevadas, obliga aluso de conductores de mayor dimetro, lo que hace al transformador ms apto para tolerar eventualescorto circuito.

Ventajas: Al permitir el conductor, logra que todo el sistema tenga respecto a tierra una tensin

prefijada.

Desventajas: La afectan mucho las armnicas. En caso de faltar uno se los transformadores el resto es incapaz de alimentar carga trifsica.


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Conexin estrella-delta.

Se utiliza esta conexin en los sistemas de transmisin de las subestaciones receptoras cuya funcin esreducir voltajes. En sistemas de distribucin es poco usual; se emplea en algunas ocasiones paradistribucin rural a 20KV.Una razn de ello es que se tiene un neutro para aterrizar el lado de alto voltaje lo cual es convenientey tiene grandes ventajas.

Ventajas: La delta anula el efecto de las armnicas.

Desventajas: Debido a la conexin estrella en su lado primario presenta una falta de simetra respecto a las

corrientes y tensiones.


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Polaridad de un transformador.

Existen dos tipos de polaridades que son:1. Polaridad aditiva2. Polaridad sustractiva

Polaridad aditiva:La polaridad se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en el mismosentido que el bobinado primario.Esto hace que los flujos de los bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. Las terminales H1 y X1estn cruzadas.

Polaridad sustractiva:La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado ensentido opuesto al bobinado primario.Esto haces que los flujos de los bobinados giren en sentidos opuestos y se resten. Las terminales H1 y

X1 estn en lnea.


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Perdidas en el transformador.Cuando el problema existe en seleccionar un transformador de distribucin de varios posibles, dedistintos fabricantes, es conveniente evaluar los costos totales anuales en base a las prdidas quepueden tener los transformadores, estas pueden ser usados tambin para establecer lineamientospara su instalacin y tamaos para reemplazar transformadores de distribucin.Las prdidas de los transformadores son de porcentaje bajo de la energa que transforman, pero aunas deben tenerse en cuenta. Estas que estas prdidas pueden ser de lo siguientes tipos.

Perdidas del hierro Perdidas del cobre

Perdidas en el ncleo.Las prdidas en el ncleo de un transformador son indispensables de la carga y tanto los costos de lademanda y la energa estn asociados con las perdidas y es necesario considerarlas en un caso parahacer los cargos adecuados, y en otro para saber cunto aumenta el costo de operacin.Estas prdidas producen en cuanto se realiza la conexin, y son prcticamente las mismas, estando eltransformador en vacio, con carga o cualquiera que esta sea, al ser estas prdidas iguales tanto envacio como con carga, se mide en vacio, ya que en tales condiciones son las nicas importantes queproduce el transformador, por ser prcticamente despreciables las perdidas en el cobre del devanadoprimarioEs conveniente destacar, que en todo transformador se producen comnmente perdidas en el hierromientras eta conectado a la red, aunque su carga sea nula o muy pequea. Por consiguiente convieneestudiar la posibilidad de desconectarlo, cuando no hay carga conectada o transferir su carga a otrotransformador menos y con menos prdidas si la carga es muy reducida.Son iguales a la suma de perdidas en el ncleo de hierro. Estas prdidas constan de las perdidas porcorrientes parasitas o de Foucault y de las perdidas por histresis.Las perdidas por corriente parasitas son debidas a las corrientes inducidas en cada chapa del ncleopor el flujo alterno que circula por su interior, y se hacen mnimas usando chapas delgadas yaislndolas entre s con barniz aislante.Las perdidas por histresis son debidas a la potencia necesaria para invertir el magnetismo del ncleode hierro en cada alternancia y depende de la cantidad y calidad de hierro usado en las chapas delncleo


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Perdidas en el cobre.Tambin llamadas (perdidas con carga o de circuito corto). Al conectar carga al transformador, seproducen en los devanados perdidas por el efecto joule (I2R), las cuales se miden separadamente de lasperdidas en el hierro en una prueba se circuito corto, ya que as se anula el flujo magntico por granparte del ncleo, y las perdidas en el hierro resultan despreciables frente a las del cobre.Las prdidas en el cobre son debidas a la resistencia hmica presentada por el alambre estas prdidasque se incrementa cuanto mayor es la corriente que los atraviesa.Estas prdidas se determinan por la resistencia de los arrollamientos de alta y de baja tensin y de lasconexiones. Tambin las prdidas en el cobre en los bobinados del transformador, se deben a ladisipacin de calor que se producen en los devanados. Estas prdidas son proporcionales a lasresistencias de cada bobinado, y a travs de la corriente que circula en ellos.Las perdidas en el transformador (en el ncleo y en el cobre) se pueden ilustrar mejor en la siguientetabla.


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CAPITULO 4PRUEBAS A TRANSFORMADORES


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Recomendaciones generales para reducir las prdidas en los transformadores. Desconectar los transformadores. Atendiendo la demanda con transformadores auxiliares

nuevos de menos potencia. Sustituir transformadores antiguos, de bajo rendimiento, por otros de rendimiento o eficiencia

ms elevada. Recuperar el calor de las perdidas en transformadores, emplendolo para precalentamiento de

circuitos de agua y aire acondicionado Fraccionar la potencia de los transformadores para atender distintos niveles de carga con

unidades de potencia proporcionadas a los mismos. Sustituir los devanados cuando las prdidas en el cobre sean muy elevadas. Instalar sistemas automticos para desconectar equipos de refrigeracin, si la carga es lo

suficientemente baja como para hacerlos necesarios.

Pruebas de fbrica.Las pruebas de fbrica son realizadas a los transformadores para confirmar que han sido diseados yfabricados para soportar las condiciones a las cuales se vern sometidos durante su operacin ensistemas elctricos de potencia.En base a las normas nacionales, internacionales y las prcticas de industrias, estas pruebas se puedenclasificar en tres categoras:

1. pruebas preliminares.- Son las aplicables a nuevos diseos, establece la aceptacin deltransformador en la etapa de manufactura a la siguiente categora.

2. pruebas de rutina.-Son pruebas que debe efectuar el fabricante en todos los transformadoresde acuerdo con los mtodos indicados en esta norma, para verificar si la calidad del producto semantiene dentro de lo especificado por la norma o por el usuario

3. pruebas especiales.-Son las establecidas entre fabricante y usuario, con el objeto de verificarcaractersticas especiales del producto.

4. Pruebas de aceptacin.- Son aquellas pruebas establecidas en un contrato que demuestra alusuario que el producto cumple con las normas y especificaciones correspondientes.


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Recomendaciones generales para efectuar pruebas elctricas a un equipoprimario.

Para equipo es en operacin y basndose en los programas de mantenimiento tramitar laslibranzas correspondientes o respectivas.

Tener la seguridad de que el equipo a probar no est energizado. Verificar la apertura fsica delos interruptores y las cuchillas seccionadoras

El tanque o estructura del equipo a probar debe estar aterrizado Verificar que las condiciones climatolgicas sean adecuadas y no afecten los resultados de las

pruebas que se van a realizar. Aterrizar el equipo a probar por 10 minutos aproximadamente preliminar cargas capacitivas

que puedan afectar a la prueba y por seguridad personal. Desconectar de la lnea o barra, las terminales del equipo a probar. En todos los casos, ya sea equipo nuevo, reparado o en reparacin, la pruebas que se realicen

siempre deben estar precedidas de las actividades de inspeccin o diagnostico. Preparar los recursos de prueba indispensables como son: equipos, herramientas, mesas de

prueba, etc. Preparar el rea de trabajo a lo estrictamente necesario, delimitar el rea de trabajo para evitar

el paso de personas ajenas a la prueba; procurando se tengan fuentes accesibles y apropiadasde energa.

Colocar el o los equipos de prueba sobre bases firmes y niveladas. Comprobar que las terminales de prueba estn en buenas condiciones y que sean las

apropiadas. Verificar y en su caso eliminar cualquier interferencia que pudiera afectar los valores de prueba,

humedad, polvo, induccin electromagntica, etc. No aplicar tensiones de prueba, superiores a la tensin nominal del equipo a probar. Anotar o capturar las lecturas de prueba con todos aquellos datos que requiere el formato

correspondiente (multiplicadores, condiciones climatolgicas, etc.) Al terminar la prueba poner fuera de servicio el equipo de prueba y aterrizar nuevamente el

equipo aprobado. Verificar antes de devolver la licencia que todas las conexiones y condiciones operativas del

equipo han sido restablecidas.


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Pruebas preliminares.Son las pruebas que se realizan durante el proceso de fabricacin del transformador y son realizadaspara confirmar que est siendo construido correctamenteEn base a estas pruebas se establece la aceptacin del transformador de la etapa de manufactura a lasiguiente categora de pruebas de laboratorio entre ellas tenemos:

Medicin de factor de potencia del aislamiento. Medicin de capacitancia. Medicin de la resistencia del aislamiento. Pruebas preliminares de relacin de polaridad Prueba preliminar de resistencia hmica de los devanados Hermeticidad del taque.

Pruebas de rutina y especiales. Medicin de la resistencia de aislamiento. Medicin de factor de potencia y capacitancia Medicin de la rigidez dielctrica del aceite Relacin de transformacin Polaridad y desplazamiento angular Medicin de la resistencia hmica Prueba de impulso con honda tipo rayo Prueba de impulso por maniobra Prueba de potencial aplicado Prueba de potencial inducido Prueba de medicin de descargas parciales. Prueba de perdidas en el ncleo y corriente de excitacin Medicin de prdidas bajo carga. Medicin de voltaje de impedancia de secuencia positiva Medicin de voltaje de impedancia se secuencia cero. Prueba de temperatura. Prueba de nivel de ruido. Hermeticidad. Anlisis de respuesta de frecuencia.


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Prueba de la resistencia de aislamiento.La prueba de resistencia de aislamiento se realiza en fbrica, despus de que el transformador haterminado su proceso de secado y se encuentra a una temperatura de 0 y 40 oC. Esta prueba sirve,bsicamente, para determinar la cantidad de humedad e impurezas que contienen los aislamientos deltransformador.La prueba se efecta con aparato conocido como medidor de resistencia de aislamiento ycomnmente llamado MEGGER, a una tensin de 1000 volts, durante 10 minutos. El anlisis deresultados se realiza con los valores obtenidos y corregidos a 20 oC; el criterio de aceptacin o rechazoes fijado por el fabricante. As mismo, deber analizarse el incremento de la resistencia entre el primerminuto y el decimo minuto. El cociente de dividir el valor de la resistencia de aislamiento de 10minutos y el valor al minuto 1, Dara un nmero mayor a la unidad, que se conoce como ndice depolarizacin (Ip):= . . .Los resultados de la prueba de resistencia de aislamiento se ven grandemente afectados por latemperatura, por lo que se tienen que ajustar empleando factores de correccin (K), los cuales sepueden tomar de la siguiente tabla.Factores para la correccin de resistencia de aislamiento por temperatura a 20 oC


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Diagrama de conexiones.La prueba de resistencia de aislamiento de un transformador debe involucrar las siguientes maniobrasde conexin:

1. Alta tensin contra baja tensin mas tierra2. Baja tensin contra alta tensin ms tierra3. Alta tensin contra baja tensin

Medidor de alta resistencia(MEGGER)



Alta tensin contra baja tensin mas tierra

Baja tensin contra alta tensin ms tierra

Alta tensin contra baja tensin


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Criterios de aceptacin o rechazo.Existen varios criterios para aceptar o rechazar una prueba de resistencia de aislamiento. Como secomento anteriormente estos estarn establecidos por el fabricante, dependiendo de su experiencia yposibilidad de extraccin de humedad en los transformadores.A continuacin se representa una tabla, donde se indican los valores mnimos de aceptacin deresistencia para cada clase de aislamiento de acuerdo al criterio de aceptacin de fabricantes detransformadores. Ducho criterio establece que los valores del ndice de absorcin de 1.4 o mayor sonindicativos de buenas condiciones del aislamiento.Valores mnimos de aislamiento recomendados por norma en transformadores sumergibles en aceite

Condiciones de aislamiento basadas en la relacin de ndice de absorcin dielctrica y del ndice depolarizacin

La relacin de absorcin dielctrica se define como la relacin de dos lecturas de resistencia deaislamiento, realizadas a diferentes intervalos de tiempo (60/30 seg.); durante la misma prueba derelacin de 10/1 min., se conoce como ndice de polarizacin.


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Medicin de factor de potencia.La finalidad e esta prueba son de comprobar que los niveles de aislamiento del transformador estn enbuen estado. La prueba se puede realizar por medio de puentes o por el mtodo de volt-ampere yWatts.

Condiciones de prueba.Los transformadores que estn sujetos a esta prueba debern de estar en las siguientes condiciones:

la temperatura del conjunto debe ser de 20 oC, de no ser as los resultados deben corregirse atravs de un factor de correccin como se muestra en la siguiente tabla:

10 0.8015 0.9020 1.0030 1.1235 1.2540 1.4045 1.5550 1.7555 1.9560 2.1865 1.4270 3.00

Todos los devanados estarn sumergidos en lquido refrigerante. Los devanados debern estar en cortocircuito. Las boquillas de alta y baja tensin se deben colocar en sus respectivos lugares.

La tensin de prueba para medir el factor de potencia de aislamiento debe ser de 10 KV como mximo,o de la mitad de la tensin de la prueba de alto potencial aplicado.Tensin que debe aplicarse.

a) Transformadores de distribucinDebe utilizarse un equipo con una precisin de 0.5% como mximo.

b) Transformadores de potencia.La tensin que debe aplicarse a cualquier parte de un devanado para medir el factor de potencia delaislamiento, debe ser de 2.5 KV como mnimo y hasta 10 KV como mximo.


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Procedimiento.Las pruebas de factor de potencia del aislamiento deben hacerse entre los devanados y tierra y entrelos devanados, como se indica en la siguiente tabla parte A y B.

Factor de correccin por temperatura.El factor de correccin por temperatura para modificar el valor de potencia de aislamiento, dependede los materiales aislantes, de su estructura y de su contenido de humedad. Los valores del factor delfactor de correccin K que se indican a continuacin son tpicos y son satisfactorios para fines prcticosal usarse con la ecuacin siguiente. =En donde:

FP------------es al factor de potencia corregida a 20 oC.FPT----------es el factor de potencia a temperatura t en grados Celsius.K-------------es el factor de correccin segn la tabla 2.


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Puede considerarse que la temperatura de aislamiento es la temperatura promedio del lquidoaislante.Cuando se mide el factor de potencia de aislamiento a temperatura relativamente alta, los valorescorregidos son normalmente altos, debe dejarse enfriar el transformador y repetir las mediciones auna temperatura cercana a 20 oC

El valor de aceptacin para esta prueba es de 2 hasta el 20%

Un MEGGER se puede usar para probar cortos entre bobinas.


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Prueba de factor de potencia en transformadores de dos devanados.Transformador con devanados de alta tensin de conexin en delta.

El tanque debe estar aterrizado

Pruebas para detectar fallas atierra con un MEGGER

Se puede usar un hmetro para comprobar lacontinuidad


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Medicin de rigidez dielctrica del aceite.Esta prueba revela cualitativamente la resistencia momentnea de la muestra del aceite al paso de lacorriente ertrica y el grado de humedad, suciedad y slidos conductores en suspensin.

Procedimiento de la prueba.La prueba se efecta en el equipo llamado probador de aceite, que consiste de un transformador depotencial elevado, un regulador de tensin, un Voltmetro indicador, un interruptor y la copa estndarpatrn para la prueba. La copa patrn, consiste de de un recipiente de bakelita o de vidrio refractario,dentro del cual se alojan dos electrodos en forma de discos de 25.4 mm de dimetro, separados unadistancia entre s de 2.54mm, y con las caras perfectamente paralelas.La prueba se lleva a cabo llenando la copa con aceite hasta que los discos o electrodos quedencubiertos completamente y al nivel marcado en la copa; posteriormente se cierra en interruptor delaparato, el cual precisamente se habr conectado a una fuente de 127 volts. Luego se vaincrementando gradualmente la tensin en el aparato con el regulador, aproximadamente a unavelocidad de 3 KV por cada segundo, hasta que el aceite contenido entre los electrodos falle,consistiendo esta falla en el brinco del arco elctrico, entre los electrodos con el cual se cortocircuitanabrindose el interruptor de alimentacin de la fuente de energa elctrica.Mientras se va incrementando el potencial, el operador ira registrando mentalmente las lecturas en KValcanzadas hasta que ocurra la ruptura de aislamiento; en este momento la prueba concluye y eloperador anotara en su registro el valor de los KV ms altos alcanzados.Al vaciar la muestra de aceite en la ropa de prueba, esta deber dejarse reposar durante unos tresminutos antes de probarlo, con el objeto de que se escapen las burbujas de aire que puedan estarcontenidas en el aceite.A cada muestra se le efectuaran tres pruebas de ruptura, agitando y dejando reposar la muestra unmnimo de un minuto, despus de cada prueba. Los valores obtenidos se promediaran y el valorobtenido del promedio ser representativo de la muestra. Este promedio es vlido siempre queninguna prueba sea diferente en ms de 5 KV, si existe una varios mayor debern efectuarse mspruebas con nuevas muestras.Cuando se prueba aceite muy sucio, deber lavarse la copa con un buen solvente y secarlaperfectamente; posteriormente, tener a precaucin al obtener una muestra, ya que, se debe enjuagarla copa dos o tres veces con el mismo aceite por muestrear.Normalmente una rigidez dielctrica de 18 KV es considerada como baja, 25 KV o mayor como buena.Un aceite seco, limpio y nuevo soporta normalmente 35 KV


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Criterios de aceptacin y recomendaciones.

Cuando un aceite rompe a menos de 22 KV, se debe proceder a su acondicionamiento por medio de unfiltro prensa y una bomba centrifuga para aceite, o una unidad regeneradora de aceite al vacio.Al filtrar aceite, este debe subir su poder dielctrico a un valor mnimo de 22 KV para transformadoresde distribucin no nuevos. Algunas veces, puede suceder que en aparatos que han estado fuera deservicio por mucho tiempo, se encuentren hmedos tanto los devanados como el aceite. Si al filtrar elaceite no se elimina la humedad de los devanados, en este caso, hay que someter las bobinas a unproceso de secado para evitar una falla de aislamiento. Aunque el filtro prensa se elimine la humedad,as como partculas finas de sedimentos y carbn, puede ocurrir que despus de pasar varias veces elaceite por el filtro no suba su poder dielctrico al valor deseado, entonces, se recomienda sustituirlopor aceite nuevo.

Esquema de los principales componentes de un probador de rigidez dielctrica.


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IEEE std C57.12.90.-1993Se describen los mtodos para llevar a cabo ensayos especificados enIEEEStdC57.12.00-1993, IEEEStandard Requisitos generales para la distribucin sumergidos en lquido, alimentacin ytransformadores regulables, y otras normas aplicables a la distribucin sumergidos en lquido, el poder,y la regulacin de transformadores. Los transformadores, reguladores de voltaje de induccin de pasode tensin y transformadores de horno de arco, rectificadores, transformadores especiales,transformadores depuesta a tierra y transformadores estn excluidos. Esta norma se aplica alamedicin de resistencia, la polaridad y las pruebas de fase de relaciones, pruebas de razn, sin carga deprdida de excitacin y medicin de corriente, impedancia y mediciones, al aislamiento, pruebas detemperatura, pruebas de cortocircuito, y mediciones de niveles de sonido audible.

Gua para Pruebas de CampoEsta es una la determinacin de las pruebas aplicables y tcnicas de inspeccin de varios tipos degrandes mquinas elctricas rotativas. Proporciona discusiones breves relacionadas con lascapacidades y limitaciones de cada prueba, procedimientos de pruebas tpicos y en algunos casos, laforma de interpretar el rango esperado de los resultados. Este es un documento que acompaaaP62Parte1-1995


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Pruebas de relacin de trasformacin

Esta prueba se realiza atreves de un trasformador patrn llamado TTR y sirve para analizar lascondiciones de trasformadores en los siguientes casos:

a) Medicin de la relacin de equipos nuevos, reparados o reembobinados.b) Identificacin y comprobacin de terminales, derivaciones y sus conexiones internasc) Determinacin y verificacin de polaridad contina.d) Pruebas de rutina de deteccin de fallas incipientes.e) Identificacin de espiras en corto circuito.

Objetivo de la prueba.

La prueba de relacin de trasformacin tiene como principal objetivo la determinacin de larelacin entre el nmero de vueltas del devanado primario y el secundario, o sea, nosdetermina si la tensin suministrada puede ser transformada fielmente a la tensin deseada.

Procedimiento de prueba

El trasformador a probar deber estar completamente des energizado. Si el trasformador bajo prueba se encuentra cerca de equipo energizado con alta tensin se

debe de aterrizar una terminal de cada uno de los devanados, as como tambin TTR utilizandosu terminal de pues a tierra.

Las terminales de excitacin X1y X2 de TTR se conectan al devanado de menor tensin y lasterminales secundarias H1 y H2 a las terminales de mayor voltaje. Posteriormente se colocanlos selectores en ceros y6 se gira la manivela del generador de vuelta.

Si la aguja del galvanmetro se deflexiona hacia la izquierda, la polaridad del trasformador essustractiva y si el galvanmetro se deflexiona hacia la derecha, entonces la polaridad es aditivay ser necesario intercambiar las terminales para conectar correctamente el TTR en cada caso.

Con el TTR conectado se colocan los selectores en una lectura de 1 y se gira lentamente lamanivela del generador. Poco a poco comenzara a comerse a plena escala y en la aguja delVoltmetro no se aprecia deflexin alguna, entonces quiere decir que el trasformador esttomando demasiada corriente de excitacin. Un indicio ms de esto es cuando la manivela delgenerador resulta ms difcil de girar y por lo tanto hay razn para sospechar de un cortocircuito.


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Si el trasformador ha sido conectado como indica la aguja del galvanmetro se deflexiona a laizquierda, se gira el primer selector del TTR un paso en el sentido de las manecillas del reloj.Posteriormente se gira la manivela de vuelta, si aun se deflexiona el galvanmetro hacia la izquierda,se continua girando el selector en sentido de las manecillas del reloj hasta que el galvanmetro sedeflexione hacia la derecha. Se contina el mismo procedimiento en el segundo y tercer selector.Despus se procede con el cuarto selector, hasta que las deflexiones del galvanmetro sean pequeas,mientras se contina girando lentamente la manivela del generador

La medicin de la relacin de espiras de un trasformador de n fases, consiste de n medicionesmonofsicas para determinar la relacin entre espiras primarias y espiras secundarias de cada fase. Acontinuacin se muestran las conexiones del TTR para los trasformadores tpicos.


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El nmero de pruebas aumente cuando se tienen ms de dos devanados en la misma fase, com

manual de pruebas electricas aplicable a transformadores

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