manual de transformadores monofasicos
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MANTENIMIENTO A MOTORES Y TRANSFORMADORES
ESTUDIO Y SEGUIMIENTO DEL PROCESO
EN MEDIA Y BAJA TENSIÓN.
GIOVANNI NIXON CASTILLO CASTILLO
LYDA MARCELA DAZA MELO
EIS ELÉCTRICOS, INGENIERÍA Y SERVICIOS LTDA.
Agosto de 2003
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ 2003
2
MANTENIMIENTO A MOTORES Y TRANSFORMADORES
ESTUDIO Y SEGUIMIENTO DEL PROCESO EN MEDIA Y BAJA TENSIÓN
GIOVANNI NIXON CASTILLO CASTILLO LYDA MARCELA DAZA MELO
Informe de pasantía para optar al título de Tecnólogo en Electricidad
Directores
HUGO CARDENAS
Ingeniero Eléctrico ARMANDO LUGO
Licenciado
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ
2003
3
Nota de aceptación
_____________________________
_________________________________
_________________________________
_____________________________ Presidente del jurado
_____________________________
Jurado
_____________________________ Jurado
Bogotá 14 Agosto de 2003
4
Dedico este logro:
A Dios, a mi Padre, hermanos, sobrinos, y a mi
Señora, porque cada uno de ellos me brindo apoyo,
colaboración y comprensión, para poder llegar a ser realidad
este sueño.
Y muy especialmente a mi Madre por su confianza y
cariño, y a mi Bebe Alejandra en su primer año de vida.
GIOVANNI
A Gabriela luz de mi vida y quien con su sonrisa,
alegra cada día de mi vida.
A mi madre, hermanas y novio, por su colaboración
y apoyo.
LIDA
5
AGRADECIMIENTOS
Expresamos nuestro más sinceros agradecimientos a:
Álvaro Cala, Gerente General, Iván Cala, Subgerente y Director Comercial y Héctor Daniel Bernal, Ingeniero Eléctrico, de Eléctricos Ingeniería y Servicios Ltda, por su valiosa
colaboración, orientación y disposición para permitir la realización de este trabajo, así como a
todas y cada una de las personas que están vinculadas a esta gran empresa.
Hugo Cárdenas, Ingeniero Eléctrico y Armando Lugo, Licenciado, docentes de la Facultad
Tecnológica y tutores de este trabajo, por la lectura atenta del documento, sus orientaciones y
por brindar intercambio de información para enriquecer este trabajo.
Y a todas las personas que intervinieron y colaboraron para la ejecución de este documento.
6
CONTENIDO
pág
INTRODUCCIÓN 17 1. MARCO TEÓRICO 18
1.1 Transformadores 18 1.2 Motores 24
2. METODOLOGÍA 29
2.1 TRANSFORMADORES 29
2.1.1 PRUEBAS A TRANSFORMADORES 29
2.1.1.1 Prueba de la resistencia de los devanados 29
2.1.1.2 Prueba de relación de transformación (TTR) 31
2.1.1.3 Prueba de vacío mecánico o hermeticidad 36
2.1.1.4 Prueba de aislamiento 37 2.1.1.5 Prueba de Tensión aplicada 38
2.1.1.6 Prueba de Tensión inducida 40
2.1.1.7 Prueba sin carga (en vacío) 41 2.1.1.8 Prueba de cortocircuito. 43
2.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO A TRAFO DE 630 KVA 44
2.1.2.1 Cálculos teóricos. 50
2.1.3 REPARACIÓN A TRAFO MONOFÁSICO DE 15 KVA 54 2.1.3.1 Cálculos teóricos 65
2.1.4 REPARACIÓN A TRAFO TRIFÁSICO DE 75 KVA 69
2.1.4.1 Cálculos teóricos 80
2.1.5 INSPECCIÓN A TRAFOS DE LA EMPRESA DE ENERGÍA DE CUNDINAMARCA 83
2.1.6 MANTENIMIENTO A TRAFO TRIFÁSICO DE 15 KVA 87
2.1.7 COMPARACIÓN PARTE TEÓRICA CON LA PARTE PRÁCTICA. 92
7
2.2 MOTORES 100
2.2.1 PRUEBAS A MOTORES 100 2.2.1.1 Prueba de aislamiento 100
2.2.1.2 Prueba sin carga 101
2.2.2 TRABAJOS EN GENERAL QUE SE LE REALIZAN A MOTORES PARA EL
PROCESO DE REPARACIÓN 101
2.2.3 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 50 HP 107 2.2.3.1 Cálculos teóricos 115
2.2.4 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 6.6 HP 119 2.2.4.1 Cálculos teóricos 123
2.2.5 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 40 HP 127
2.2.5.1 Cálculos teóricos 130
2.2.6 COMPARACIÓN PARTE TEÓRICA CON LA PARTE PRACTICA. 132 3. APORTE A LA EMPRESA 138
4. RESULTADOS 141
4.1 Análisis de resultados 142
5. CONCLUSIONES 143 6. GLOSARIO 144
7. BIBLIOGRAFÍA 147
8. ANEXOS 148
8
LISTA DE TABLAS
Pág
Tabla n° 1. Resultados prueba de aislamiento inspección. Trafo de 630 KVA. 45
Tabla n° 2. Resultados prueba de relación de transformación (TTR).
Trafo de 630 KVA. 45
Tabla n° 3. Resultados prueba de hermeticidad de trafo de 630 KVA. 48
Tabla n° 4. Resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 630 KVA. 49
Tabla n° 5. Resultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 630 KVA. 49
Tabla n° 6. T ensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 630 KVA. 49
Tabla n° 7. T ensiones inducidas y tiempo. Trafo de 630 KVA 49
Tabla n° 8. Medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 630 KVA. 49
Tabla n° 9. Medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.
Trafo de 630 KVA. 50
Tabla n° 10. R esultados pruebas O.C y C.C. Trafo de 630 KVA. 51
9
Tabla n° 11. M edida de la relación de transformación.
Trafo monofásico de 15 KVA. 62
Tabla n° 12. R esultados prueba de hermeticidad.
T rafo monofásico de 15 KVA. 63
Tabla n° 13. R esultados prueba de aislamiento, p. Final. T rafo monofásico de 15 KVA. 64
Tabla n° 14. Medida de la resistencia del devanado.
T rafo monofásico de 15 KVA. 64
Tabla n° 15. T ensiones aplicadas y tiempo. T rafo monofásico de 15 KVA 64
Tabla n° 16. T ensiones inducidas y tiempo. T rafo monofásico de 15 KVA 65
Tabla n° 17. M edidas de tensión y corrientes sin carga. T rafo monofásico de 15 KVA 65
Tabla n° 18. M edida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito. 65
Tabla n° 19. R esultados pruebas O.C y C.C. T rafo monofásico de 15 KVA 66
Tabla n° 20. Datos arrojados por medio de la prueba de TTR. T rafo trifásico de 75 KVA 77
Tabla n° 21. R esultados prueba de hermeticidad. T rafo trifásico de 75 KVA 78
Tabla n° 22. R esultados prueba de aislamiento, p. Final. T rafo trifásico de 75 KVA 79
Tabla n° 23. T ensiones aplicadas y tiempo. T rafo trifásico de 75 KVA 79
10
Tabla n° 24. T ensiones inducidas y tiempo. T rafo trifásico de 75 KVA 79
Tabla n° 25 tensiones inducidas y tiempo 79
Tabla n° 26. M edidas de tensión y corrientes de cada fase sin carga.
T rafo trifásico de 75 KVA 80
Tabla n° 27. M edida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.
T rafo trifásico de 75 KVA 80
Tabla n° 28. R esultados pruebas O.C y C.C. T rafo trifásico de 75 KVA 80
Tabla n° 29. R esultados prueba relación de transformación. Trafo de trifásico de 15 KVA. 88
Tabla n° 30. R esultados prueba de aislamiento, inspección.
Trafo trifásico de 15 KVA 88
Tabla n° 31. R esultados prueba de hermeticidad. Trafo trifásico de 15 KVA. 90
Tabla n° 32. R esultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 15 KVA. 90
Tabla n° 33. R esultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 15 KVA. 91
Tabla n° 34. T ensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 15 KVA. 91
Tabla n° 35. T ensiones inducidas y tiempo. Trafo de 15 KVA 91
Tabla n° 36. Medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 15 KVA. 91
11
Tabla n° 37. Medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.
Trafo de 15 KVA 91
Tabla n° 38. Resultado primer prueba de asilamiento. Motor de 50HP 112
Tabla n° 39. Resultado segunda prueba de asilamiento. Motor de 50HP 113
Tabla n° 40. Resultado prueba sin carga. Motor de 50HP 113
Tabla n° 41. Resultado primer prueba de asilamiento. Motor de 6.6HP 122
Tabla n° 42. Resultado segunda prueba de asilamiento. Motor de 6.6HP 122
Tabla n° 43. Resultado prueba sin carga. Motor de 6.6 HP. 123
Tabla n° 44. Resultado primer prueba de asilamiento. Motor de 40HP 129
Tabla n° 45. Resultado segunda prueba de asilamiento. Motor de 40HP 129
Tabla n° 46. Resultado prueba sin carga. Motor de 40 HP. 130
12
LISTA DE FIGURAS
Pág
Figura n° 1. D iagrama de conexiones para la prueba de circuito abierto. 22
Figura n° 2. D iagrama de conexiones para la prueba de cortocircuito. 23
Figura n° 3. Esquema de conexiones para prueba de resistencia de devanados. 30
Trafo trifásico
Figura n° 4. Esquema de conexiones para prueba de resistencia de devanados. 30
Trafo monofásico.
Figura n° 5. Instrumento para medir relación de transformación (TTR). 32
Figura n° 6. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación. Primera medición. 32
Figura n° 7. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación.
Segunda medición 33
Figura n° 8. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación.
Tercera medición 33
Figura n° 9. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación
para trafos con conexión DY5. Primera medición 34
13
Figura n° 10. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación
Para trafos con conexión DY11. Primera medición 34
Figura n° 11. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación
para trafos monofásico con conexión Ii0. 35
Figura n° 12. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación para trafos monofásico con conexión Ii6. 35
Figura n° 13. Prueba de vacío mecánico o hermeticidad 36
Figura n° 14. Esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada BT contra T. 39
Figura n° 15. Esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada
AT contra BT y T. 40
Figura n° 16. Esquema de conexiones para prueba de tensión inducida por BT. 41
Figura n° 17. Esquema de conexiones para prueba sin carga. 42
Figura n° 18. Esquema de conexiones para prueba corto circuito 43
Figura n° 19. El conmutador y sus partes. 46
Figura n° 20. Circuito equivalente del trafo de 630[KVA], 11400 / 210
referido al lado de alta tensión primario 53
Figura n° 21. Desarme de la bobina 56
Figura n° 22. Derivaciones de la bobina 59
14
Figura n° 23. Montaje del conmutador 61
Figura n° 24. Circuito equivalente del trafo de 15[KVA], 13200 / 240
referido al lado de AT tensión. 69
Figura n° 25. Esquema de derivaciones del bobinado de Alta tensión 74
Figura n° 26. Circuito equivalente del trafo de 75[KVA], 13200 / 212 referido al lado de AT tensión 83
Figura n° 27. Conexión de los grupos con sus respectivos paralelos para obtener
los 12 terminales de salida. 111
Figura n° 28. Diagrama de conexión de grupos con sus 12 terminales de salida , obtenidos mediante seis paralelos para motor de 50HP. 117
Figura n° 29. Diagrama del bobinado con paso 10-12, con 12 terminales de salida,
motor de 50HP. 118
Figura n° 30. Conexión de grupos con sus paralelos para obtener
las 9 terminales de salida. 121
Figura n° 31. Diagrama de conexión de grupos con sus 9 terminales de salida,
motor de 6.6HP. 126
Figura n° 32. Diagrama del bobinado con paso 1-1 excéntrico ó imbricado,
con nueve terminales de salida, motor de 6.6HP 126
15
ANEXOS
Pág
Anexo 1. Ficha de entrada 148
Anexo 2. Formato IIT -100 149
Anexo 3. Formato IEP-150 150
Anexo 4. Formato PP-100 151
Anexo 5. Formato IEP-110 152
Anexo 6. Formato TDB-100 153
Anexo 7. Formato MB-110 154
Anexo 8. Formato IEP-120 155
Anexo 9. Formato IEP-130 156
Anexo 10. Formato IEP-140 157
16
RESUMEN
Ya que la Universidad no cuenta en el momento con un texto que sirva de consulta y
orientación en el proceso de mantenimiento y reparación de transformadores y motores, contribuiremos dejando este documento el cual trata el tema en mención y así poderle
mostrar a los estudiantes, uno de los campos en donde se puede vincular en un futuro. En nuestro trabajo se realizo el estudio y seguimiento del proceso de mantenimiento y
reparación de transformadores y motores de baja y media tensión, donde el objetivo general
que se debía cumplir, era estudiar y seguir el servicio de mantenimiento y reparación de
transformadores y motores, permitiendo poner en práctica conocimientos adquiridos durante la carrera, tanto teóricos como prácticos, aplicándolos directamente en actividades
relacionadas con el área eléc trica, aportando aspectos significativos en nuestro crecimiento
tanto personal como profesional.
La metodología contempla los procedimientos detallados en los procesos de mantenimiento y
reparación de motores y transformadores, desde el momento en que dichos equipos llegan a
la empresa, hasta la entrega final al cliente, realizando una comparación entre la parte teórica y la parte práctica adquirida durante la pasantia, para así determinar si lo teórico va de la
mano con lo practico.
A partir de lo anterior nos damos cuenta de que los procedimientos teóricos y prácticos que se adquieren en la universidad, no son muy diferentes a los que se llevan cabo en la
empresa.
Aunque en la universidad no se cuenta con equipos tan costosos para realizar algunas
pruebas como la de relación de transformación (TTR), y la prueba de tensión inducida, estas se realizan de otras maneras, las cuales pueden ser aplicadas en cualquier empresa.
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INTRODUCCIÓN
Los alumnos vemos como necesidad desarrollar los conocimientos teóricos adquiridos
durante la carrera, aplicándolos directamente en actividades desarrolladas en el sector eléctrico; por esta razón nos vinculamos a la empresa EIS Eléctricos, Ingeniería y Servicios
LTDA, ubicada en la CLL 35 Sur N° 61ª - 63 Barrio Carvajal, la cual realiza labores de mantenimiento y reparación de transformadores y motores.
Es fundamental que la universidad cuente con un documento en el área de electricidad que
sirva de consulta y orientación en cuanto al proceso de mantenimiento y reparación de
transformadores y motores, el cual aporte aspectos significativos para el crecimiento profesional de los estudiantes.
En esta pasantía el objetivo general es hacer un estudio y seguimiento del proceso de
mantenimiento y reparación de motores y transformadores, el cual se lleva a cabo realizando
las respectivas pruebas iniciales, como relación de transformación y prueba de aislamiento, las cuales nos determinan las actividades a realizar, y conociendo las fallas por las cuales
estos equipos ingresan a la empresa. Para llevar a cabo este objetivo es necesaria la
interacción desde la primera parte del proceso que es la inspección al equipo, hasta la entrega final al cliente.
Una de las limitaciones que tuvimos durante esta pasantía con respecto a transformadores
fue que a todos a los que se les realizo seguimiento venían aislados en aceite es decir, no se
tuvo la oportunidad de realizar un seguimiento a transformadores con otro tipo de aislamiento. En la parte de pruebas, no se contaba con el equipo necesario para realizar la medición de la
resistencia del devanado de BT puesto que el equipo es muy costoso y la empresa no cuenta
con el dinero para realizar dicha inversión.
Otra limitación fue en la parte de motores ya que no se pudo trabajar con motores monofásicos, puesto que solo llegaron a la empresa motores trifásicos durante nuestra
pasantía.
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1. MARCO TEÓRICO
Comenzaremos tratando todo lo concerniente con transformadores, para luego realizar lo mismo con motores.
1.1 TRANSFORMADORES.
[....] Características nominales: antes de comenzar el desarrollo de cada prueba, es útil tener una visión
completa de los datos nominales de la máquina a probar. Estos datos están escritos sobre una chapilla
normalizada, para que las personas que la utilicen puedan distinguir las características de funcionamiento más
importantes.
Estos valores nominales son el resultado de pruebas que el constructor realizó sobre algunos prototipos al inicio
de la producción de la serie; ahora bien que en la máquina se podrán encontrar pequeñas desviaciones respecto
a los valores nominales estándar, por efecto de efecto de inevitables tolerancias constructivas previstas.
Realizar la verificación de una máquina de serie, significa controlar que las prestaciones estándar reportadas
sobre la placa de características de la máquina son realmente respetadas y determinar aquellas características
en funcionamiento particular, que aunque no estén reportadas sobre la placa de características, sean de interés
para la utilización práctica.
Medición de la resistencia de los devanados: esta prueba determina las pérdidas en el cobre, la caída de tensión y la sobreelevación de la temperatura.
La medición se realiza con corriente continua, generalmente con el método del voltamperímetro.
Para la medición de esta resistencia de un devanado se utiliza el método del voltaamperímetro, el cual consiste
en colocar el voltímetro después del amperímetro, ya que tal conexión, dado el bajo valor de la resistencia incógnita, es preferible y se hace innecesaria la corrección por el consumo de los instrumentos. Se aconseja
colocar el voltímetro solamente una vez alimentado el circuito y desconectarlo primero antes de la interrupción
del circuito mismo. El devanado de baja tensión presenta en efecto un discreto valor de la inductancia y las
bruscas variaciones de corriente pueden provocar una autoinducción de la f.e.m mucho más elevada de la
tensión de medida a la cual es comparada la medición del voltímetro.
Antes de realizar la prueba es necesario precalcular el valor de la resistencia de modo que permita elegir los
instrumentos y las alimentaciones más oportunas.
Medición de la relación de transformación: la relación de transformación de un transformador, es la relación
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existente en el funcionamiento en vacío, entre la tensión del devanado de alta tensión y la tensión del devanado
de baja tensión.
Los métodos para la medición de la relación de transformación son principalmente dos:
1. Método potenciométrico: este método recure a la utilización de un potenciómetro para corriente alterna
que realiza la medición por oposición entre la tensión de BT y una fracción de una tensión de AT.
2. Método directo: se basa sobre la definición misma de la relación de transformación. Esto consiste en
medir con voltímet ros, las dos tensiones (primaria y secundaria) del transformador funcionando a vacío
El lado de alimentación para realizar esta prueba puede ser elegido a gusto, ya que no tiene ninguna influencia
sobre los resultados de la medición. El resultado de la medición es prácticamente independiente del valor de la
tensión de alimentación. Es conveniente alimentar el transformador con valores de tensión próximos a los
nominales de los devanados elegido como primario de la prueba y repetir la medición sobre cada fas e para tres
valores diferentes de tensión, para reducir la incidencia de los eventuales errores de lectura.
Prueba en vacío: consiste en medir las potencias absorbidas del transformador, funcionando sin carga, estas
determinan el valor de la potencia de pérdida en el hierro por efecto de histéresis magnética y de corrientes
parásitas. Así mismo los valores de la corriente en vacío y el factor de potencia, son útiles de conocer para el
grado de saturación del núcleo. La pérdida en el hierro en el transformador prácticamente coincide con toda la
potencia absorbida en vacío. La corriente en vacío es en efecto, un porcentaje muy pequeño de aquella nominal
y circula solamente en el devanado primario; esta determina así, que las perdidas en el cobre son perfectamente
despreciables con respecto al valor de las pérdidas en el hierro. Dada la directa influencia sobre el valor de flujo
en el núcleo, y por lo tanto sobre la corriente y la potencia, es necesario hacer con atención la medición y
controlar el valor de la frecuencia.
Prueba de corto circuito: Consiste en medir la cantidad de corriente absorbida por el transformador cuando el
secundario esta en corto circuito y el primario esta alimentado por una tensión oportunamente reducida, de
modo que las corrientes de los dos devanados resulten iguales a las nominales. Esta prueba determina el valor
de la potencia perdida por efecto Joule en los devanados, cuyo valor es indispensable para el cálculo del
rendimiento convencional. También determina el valor de la tensión Vcc de corto circuito y el factor de potencia.
Dichos valores son indispensables para el calculo de la caída de tensión bajo cualquier condiciones de carga.
La potencia absorbida por el transformador en el funcionamiento de corto circuito, coincide con el valor de las
pérdidas en el cobre del transformador. La tensión de alimentación es en efecto totalmente utilizada para vencer
la caída de tensión óhmica y reactiva de los devanados y el único flujo que viene generado es aquel disperso,
cuyo recorrido se realiza exclusivamente en el aire.
Para dimensionar el circuito de prueba se puede partir de:
Los valores de potencia continua y de voltaje continuo corresponden a una corriente absorbida que por los
general es igual al valor de la nominal. La prueba se puede realizar eligiendo a voluntad el devanado de
alimentación, que no cambie el valor de potencia continua ni de voltaje continuo. Normalmente conviene
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alimentar el lado de alta tensión, con el objetivo de no tener en el circuito de medición corrientes demasiado
elevadas. (Manual De Lorenzo DL 1080, p 3 – 18, 39 - 63)
[....] IMPORTANCIA DEL TRANSFORMADORES
Un transformador es un dispositivo que cambia potencia eléctrica de un nivel de voltaje mediante la acción de un
campo magnético. Consta de dos o más bobinas de alambre conductor enrolladas alrededor de un núcleo
ferromagnético común. Estas bobinas no esta usualmente conectadas en forma directa. La única conexión
entre bobinas es el flujo magnético común que se encuentra dentro del núcleo.
Uno de los devanados del transformador se conecta a una fuente de energía eléctrica alterna y el segundo
suministra energía eléctrica a las cargas. El devanado del transformador que se conecta a la fuente de
potencia se llama devanado primario o devanado de entrada y el devanado que se conecta a la carga se llama
devanado secundario o devanado de salida.
TIPOS Y CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES
El propósito principal de un transformador es convertir la potencia alterna de un nivel de voltaje en potencia
alterna de la misma frecuencia pero a otro nivel de voltaje. Los transformadores también se utilizan para otros
propósitos ( para mostrar voltajes, mostrar corrientes y transformar impedancias).
Los transformadores de potencia se construyen de dos maneras. Un tipo de transformador consta de una pieza
de acero rectangular, laminada, con el devanador enrollados sobre dos de los lados del rectángulo, este tipo de
construcción conocido como transformador tipo núcleo. El otro consta de un núcleo laminado de tres columnas,
cuyas bobinas están enrolladas en la columna central, este tipo de transformador se conoce como transformador
tipo acorazado. En todo caso el núcleo se construye con delgadas láminas aisladas eléctricamente una de
otras para minimizar las corrientes parásitas.
En un transformador, las bobinas del primario y del secundario están físicamente enrolladas una sobre la otra; la
bobina de menor voltaje esta situada en la parte interna (mas cerca del núcleo). Esta disposición cumple dos
objetivos:
1. Simplifica el problema del aislamiento del devanado de alta tensión desde el núcleo.
2. Resulta menor flujo disperso que en caso de disponer los dos devanados en el núcleo, separados.
Los transformadores de potencia reciben seriedad de nombres, dependiendo de su utilización en los sistemas
de potencia. Un transformador conectado a la salida de un generador utilizado para elevar el voltaje hasta
niveles de transmisión (110KV y mayores) a veces de denomina transformador de unidad. El transformador
situado en el otro extremo de la línea de transmisión que reduce el voltaje de los niveles de transmisión a los
niveles de distribución ( desde 2.3 a 34.5KV) se denomina transformador de subestación. Por último el
transformador que reduce el voltaje de distribución al voltaje final a que se utiliza la potencia (110,208,220V,
etc.) es llamado transformador de distribución.
Además de los varios tipos de transformadores de potencia, existen dos tipos de transformadores para
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propósitos especiales utilizados con máquinas eléctricas y sistemas de potencia. El primero de estos
transformadores especiales es un dispositivo diseñado para mostrar un voltaje alto y producir un voltaje
secundario bajo, directamente proporcional a aquel. Tal transformador se llama transformador de potencial.
Un transformador de potencia también produce un voltaje secundario directamente proporcional a su voltaje
primario. La diferencia entre el transformador de potencial y el transformador de potencia es que el primero
esta diseñado para manejar únicamente una corriente muy pequeña, el segundo es un dispositivo diseñado
para proveer una corriente secundaria mucho menor pero directamente proporcional a su corriente primaria.
Este dispositivo de denomina transformador de corriente.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR
Las perdidas que ocurren en los transformadores reales deben tenerse en cuenta en cualquier modelo
aproximado del transformador. Los principales ítems que deben tenerse en cuenta para la construcción de tal
modelo son:
a. Pérdidas en el cobre (I2R). Son pérdidas por calentamiento resistivo en los devanados primario y
secundario del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los devanados.
b. Pérdidas por corrientes parásitas. Son pérdidas por calentamiento resistivo en el núcleo del transformador.
Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.
c. Pérdidas por histéresis. Están relacionadas con los reordenamientos de los dominios magnéticos en el
núcleo durante cada semiciclo. Son una función compleja no lineal del voltaje aplicado al transformador.
d. Flujo disperso. Los flujos φ Lp y φ Ls que escapan del núcleo y pasan únicamente a través de uno de los
devanados del transformador son flujos dispersos. Esta fuga de flujos produce una auto inductancia en las
bobinas primaria y secundaria y sus efectos deben tenerse en cuenta.
DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE LAS COMPONENTES EN EL MODELO DEL TRANSFORMADOR
Es posible determinar experimentalmente los valores de las resistencias e inductancias del modelo del
transformador. Una aproximación adecuada para estos valores se puede lograr con sólo dos ensayos. La
prueba de circuito abierto y la prueba de corto circuito.
En la prueba de circuito abierto, se deja abierto el devanado secundario del transformador y el devanado
primario se conecta al voltaje pleno nominal. Toda la corriente de entrada debe fluir a través de la rama de
excitación del transformador. Las componentes en serie Rp y Xp son tan pequeñas, comparadas con RC y XM
para ocasionar una caída significativa del voltaje que, esencialmente, todo el voltaje de entrada cae a través de
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la rama de excitación. La figura 1 muestra las conexiones para la prueba de circuito abierto. Se aplica el
voltaje pleno al primario del transformador y se miden el voltaje, la corriente y la potencia de entrada al
transformador. Con esta información es posible determinar el factor de potencia, la magnitud y el ángulo de la
impedancia de excitación.
Figura n° 1 diagrama de conexiones para la prueba de circuito abierto.
La forma más fácil para calcular los valores de RC y XM consiste en estimar primero la admitancia de la rama de
excitación. La conductancia de la resistencia de pérdidas en el núcleo esta dada por:
CC R
G1=
Y la susceptancia de la inductancia de magnetización es: M
M XB
1=
Puesto que estos dos elementos están en paralelo, sus admitancias se suman y la admitancia total de la
excitación es:
McE
MCE
Xj
RY
jBGY
11−=
−=
La magnitud de la impedancia de excitación referida al circuito primario puede calcularse con base en los
valores de voltaje y corriente de la prueba de circuito abierto.
Voc
IocYE =
El ángulo de la admitancia puede encontrarse a partir del factor de potencia. El factor de potencia del circuito
abierto (PF) esta dado por:
VocIoc
PocPF == θcos
A
V
23
y el ángulo θ del factor de potencia es: VocIoc
Poc1cos −=θ
El factor de potencia esta siempre en atraso para un transformador real, de modo que el ángulo de la corriente
siempre atrasa al voltaje en θ grados. Por tanto la admitancia YE es:
PFVoc
IocY
Voc
IocY
E
E
1cos−−∠=
−∠= θ
En la prueba de cortocircuito los terminales del secundario del transformador se cortocircuitan y los del primario
se conectan una fuente adecuada de voltaje, como se muestra en la figura 2. El voltaje de entrada se ajusta
hasta que la corriente de los devanados cortocircuitados sea igual a su valor nominal. De nuevo se miden el
voltaje, la corriente y la potencia de entrada.
Figura n° 2 diagrama de conexiones para la prueba de cortocircuito.
Puesto que el voltaje de entrada es tan pequeño durante la prueba, la corriente que fluye por la rama de
excitación es despreciable. Si la corriente de excitación es ignora, toda la caída de voltaje en el transformador
puede ser atribuida a los elementos del circuito en serie. La magnitud de las impedancias en serie, referidas al
lado primario del transformador es:
El factor de potencia es: VscIsc
PscPF == θcos y esta en atraso. El ángulo de la corriente es negativo
y el ángulo θ de la impedancia total es positivo:
VscIsc
Psc1cos−=θ entonces,
IscVsc
Z SE =
A
V
24
°∠=°∠°∠
= θθ Isc
Vsc
Isc
VscZ
ISE
0
La impedancia en serie según el libro de Máquinas eléctricas de Stephen Chapman es:
)()(
Re22 XsaXpjRsaRpZ
jXeqqZ
SE
SE
+++=
+=
Es posible encontrar la impedancia total referida al lado primario utilizando esta técnica, pero no hay un camino
fácil para dividir las impedancias serie en sus componentes primario y secundario. Por fortuna esta separación
no es necesaria para la solución de los problemas normales.
Estas pruebas también pueden ser realizadas en el lado secundario del transformador, si conviene hacerlo así
debido a los niveles de voltaje u otras razones. Si las pruebas se hacen en el lado secundario, los resultados
darán las impedancias del circuito equivalente, referidas al secundario del transformador no al primario.
TOMAS (TAPS) Y REGULACIÓN DE VOLTAJE EN EL TRANSFORMADOR
Los transformadores de distribución tienen una serie de tomas (TAPS) en los devanados para permitir pequeños
cambios en la relación de vueltas del transformador después de haber salido de fabrica. Una instalación típica
podría tener cuatro tomas además del valor nominal, con intervalos entre estas de 2.5% del voltaje a plena
carga. Tal distribución permite ajustes hasta del 5% por encima o por debajo del voltaje nominal del
transformador. (Máquinas Eléctricas, Stephen Chapman, pág 61-73, 82-91 )
1.2 MOTORES. [....]Características nominales: antes de comenzar a realizar las pruebas, es conveniente conocer el conjunto de
características nominales de la máquina que se va probar. Estos datos indicados en la placa, constituyen la
carta de identidad, que todos los constructores ponen en las máquina, esto con la finalidad de que el usuario
sepa cuales son las características principales de funcionamiento.
Estos valores nominales son el resultado de pruebas que el constructor realizó sobre algunos prototipos al inicio
de la producción de la serie; cada máquina fabricada variará ligeramente de estas prestaciones de tipo estándar,
esto es debido a las tolerancias de construcción.
Pruebas:
Medida de la resistencia en el devanado del estator: esta prueba es útil para determinar el rendimiento
convencional de la máquina, los pares y el desplazamiento con carga. Para el motor asíncrono de tipo trifásico,
con devanado estatórico, constituido por tres circuitos diferentes (fases U, V, W), las tres fases podrán estar
conectadas en estrella o triangulo. Las tres fases estatóricas que están previstas para las corrientes nominales,
25
tienen una resistencia de valor pequeño (sus valores disminuyen cuando la potencia nominal de la máquina
aumenta).
La medida se deberá efectuar con corriente continua y la máquina detenida. En cada caso, se debe proceder
cuando el motor este frió, es decir inactivo por varias horas para que se pueda estar seguro que todas las piezas
están a temperatura ambiente.
Prueba al vacío: La prueba al vacío es de gran importancia, puesto que esta pone en evidencia las condiciones
de trabajo del circuito magnético del motor. Esta prueba consiste en alimentar el motor a su tensión nominal,
dejando que el rotor gire libremente sin ningún par resistivo. En estas condiciones, las corrientes consumidas
están representadas por la suma vectorial de la corriente magnetización y de la pequeña componente aditiva
debida a las perdidas en el hierro (del estator) y mecánica (fricción y ventilación).
La potencia corresponde a la suma de todas las pérdidas en vacío que comprenden:
• Pérdidas en el cobre del estator
• Pérdidas en el hierro del estator
• Pérdidas mecánicas por fricción y ventilación
Se realiza con el fin de calcular el rendimiento convencional, es decir las perdidas mecánicas y las perdidas en
el hierro.
Prueba en corto circuito: esta prueba determina la intensidad de la corriente absorbida y el factor de potencia
cuando el motor esta alimentado con el rotor bloqueado. Esta prueba permite calcular los parámetros
equivalentes en serie del motor, es decir, (Xe – Re - Ze) y si se dispone de un dinamómetro, proceder a medir el
par de arranque. Funcionando con rotor bloqueado, el motor asíncrono se considera en corto circuito, esto por
que los devanados del estator y del rotor se encuentran en perfecta similitud eléctrica con el primario y el
secundario de un transformador estatórico que funciona en corto circuito. Cuando el motor funciona con el rotor
bloqueado limita la corriente absorbida por la impedancia equivalente de sus devanados (resistencia y
reactancia de dispersión.
Como consecuencia, si en esta condición se alimenta el motor con la tensión plena indicada en la placa, se
tendrían intensidades bastantes elevadas (de tres a seis veces de la intensidad nominal) que puede dañar los
devanados por efecto del calor. . (Manual De Lorenzo DL 1021, p 3 – 17, 51 - 60)
[....] FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA
Las máquinas de corriente alterna ac son generadores que convierten la energía mecánica en energiza eléctrica
ac y los motores que convierten energía eléctrica ac en energía mecánica. Aunque los principios fundamentales
de las máquinas de corriente alterna son muy simples, parecen un tanto difíciles por la construcción complicada
de las máquinas reales. Existen dos clases de principios de máquinas de corriente alterna: las máquinas
sincrónicas y las máquinas de inducción. Las máquinas sincrónicas son motores y generadores cuya corriente
de campo magnético es suministrada por un fuente dc separada, mientras que las máquinas de inducción son
motores y generadores cuya corriente de campo magnético es suministrada por inducción magnética (acción
26
transformadora) en sus devanados de campo. Los circuitos de campo de la mayoría de las máquinas
sincrónicas y de inducción están localizados en sus rotores.
MOTORES DE INDUCCIÓN
Es una máquina que solo tiene los devanados de amortiguación porque el voltaje del rotor (que produce la
corriente y el campo magnético del rotor) es inducido en los devanados del rotor en lugar de estar físicamente
conectado a través de alambres. La característica distintiva de un motor de inducción es que no requiere
corriente de campo dc para operar la máquina.
Aunque se puede utilizar una máquina de inducción como motor o generador, tiene muchas desventajas como
generador y, por lo tanto, pocas veces se utiliza como tal. Por esta razón, las máquinas de inducción se refieren
a los motores de inducción.
CONSTRUCCIÓN DE MOTORES DE INDUCCIÓN
Un motor de inducción tiene físicamente el mismo estator que una máquina sincrónica, pero la construcción del
rotor es diferente. Hay dos tipos diferentes de rotores que pueden disponerse dentro del estator del motor de
inducción. Uno de ellos se llama rotor Jaula de Ardilla o simplemente rotor de Jaula, mientras el otro es llamado
rotor devanado.
Un rotor Jaula de Ardilla consiste en una serie de barras conductoras dispuestas entre ranuras labradas en la
cara del rotor y cortocircuitadas en cada extremo por anillos de cortocircuitado. El diseño hace referencia a un
motor jaula de Ardilla debido a que los conductores examinados en sí mismos se parecían a los de las ruedas
de ejercicio de las ardillas o los hamsters.
El otro tipo es el devanado , el cual tiene un grupo de devanados trifásicos que son las imágenes especulares de
los devanados del estator. Las fases de los devanados del rotor están conectadas usualmente en Y, y los
extremos de los tres alambres del rotor están unidos a anillos rozantes dispuestos sobre el eje del rotor. Los
devanados del rotor están cortocircuitados a través de escobillas montadas en los anillos rozantes. En los
motores de inducción de rotor devanado, sus corrientes rotóricas son accesibles en las escobillas del estator,
donde pueden ser examinadas y donde se puede insertar resistencia extra al circuito del rotor. Los mototes de
inducción de rotor devanado son más costosos que los motores jaula de ardilla y requieren mucho más
mantenimiento debido al desgaste asociado a sus escobillas y a sus anillos rozantes. Como resultado de ello,
los motores de inducción de rotor devanado son poco utilizados.
TENDENCIAS EN EL DISEÑO DE MOTORES DE INDUCCIÓN
Las ideas fundamentales sobre los motores de inducción fueron desarrolladas hacia el final de la época de 1880
por Incola Tesla, quien recibió la patente de sus ideas en 1888. En esa época presento un articulo ante el
American Institute of Electrical Enginneers (AIEE), predecesor del hoy Institute of Electrical and Electronics
Engineers (IEEE) en el cual escribió los principios básicos del motor de inducción de rotor devanado, junto con
ideas para desarrollar otros importantes motores de corriente alterna: el motor sincrónico y el motor de
reluctancia.
27
Aunque la idea básica del motor de inducción fue descrita en 1888, el motor en sí no estaba aún completo. Hubo
un periodo inicial de rápido desarrollo seguido de una serie de lentos mejoramientos que continuaron
evolucionando hasta hoy.
El motor de inducción moderno se construyó entre 1888 y 1895. Durante ese periodo se desarrollaron fuentes
de potencia de dos y tres fases para producir campos magnéticos rotacionales dentro del motor, devanados
estatóricos distribuidos y se introdujo el rotor de jaula de ardilla. Hacia 1896 estuvieron disponibles en el
comercio motores de inducción trifásicos plenamente reconocidos y funcionales.
Entre aquella época y comienzos de 1970 hubo progresos continuos en la calidad de los aceros, las técnicas de
fundición, los aislamientos y otros elementos utilizados en los motores de inducción. Estas tendencias dieron
como resultado el diseño más pequeño con una potencia de salida determinada, que proporcionó ahorro
considerable en los costos de construcción. En efecto, un motor moderno de 100HP es igual en tamaño físico a
uno de 7.5HP de 1897.
Sin embargo, estos progresos en el diseño del motor de inducción no necesariamente lleva a mejorar la
eficiencia de operación del motor. El mayor esfuerzo del diseño se dirigió a reducir el costo inicial de los
materiales de las máquinas, no a aumentar su eficiencia. Esta orientación del diseño se debió a que la
electricidad no era tan costosa; en consecuencia, el costo directo del motor era el criterio principal utilizado por
los compradores para elegir.
Como el precio de los combustibles tuvo un espectacular ascenso en 1973, el costo de operación durante la vida
útil de la máquina ha llegado a ser cada vez más importante, mientras que el costo de instalación inicial ha
dejado de tener importancia relativamente. Resultado de estas tendencias, ha sido el nuevo énfasis puesto en la
eficiencia del motor tanto por los diseñadores como por los usuarios de las máquinas.
En la actualidad los mayores fabricantes están produciendo nuevas líneas de motores de inducción de alta
eficiencia, y están logrando una participación creciente en el mercado de los motores de inducción. Para
aumentar la eficiencia de estos motores, se utilizan varias técnicas, a diferencia de los diseños de eficiencia
tradicional. Entre estas técnicas están:
1. Se utiliza más cobre en los devanados del estator, para reducir las perdidas en el cobre.
2. Las longitudes de los núcleos del rotor y del estator se incrementan para reducir la densidad de flujo
magnético entre el entrehierro de la máquina. Esto reduce la saturación de la máquina y disminuye las
perdidas en el núcleo.
3. Se utiliza más acero en el estator de la máquina, lo cual permite transferir mayor cantidad de calor
hacia fuera del motor y reducir su temperatura de operación. El ventilador del motor se rediseña para
reducir las perdidas por rozamiento en el aire.
4. En el estator se utiliza acero especial de alto grado eléctrico y bajas perdidas por histéresis.
5. El acero, de muy alta resistividad interna, se lamina en calibres especialmente delgados (esto es, las
láminas se ubican juntas unas de otras). Ambos efectos tienden a reducir las corrientes parásitas en el
motor.
6. El rotor es maquinado cuidadosamente para producir un entrehierro uniforme que reduce las pérdidas
28
dispersas en le motor.
AISLAMIENTO DEL DEVANADO DE UNA MÁQUINA DE CORRIENTE ALTERNA.
Una de las etapas más importantes en el diseño de una máquina ac es el aislamiento de sus devanados. Si
falla el aislamiento de un motor o generador, la máquina se cortocircuita. La reparación de una máquina con su
aislamiento cortocircuitado si es posible, es muy costosa. Para prevenir la falla de aislamiento de los devanados
por efecto de sobrecalentamiento, es necesario limitar la temperatura de aquellos. Esto puede lograrse de modo
parcial implementando la circulación de aire sobre los devanados, pero en últimas, la máxima temperatura del
devanado limita la potencia máxima que puede suministrar la máquina continuamente.
El aislamiento falla raras veces como consecuencia inmediata de una temperatura crítica. En cambio, el
incremento de la temperatura produce un deterioro gradual del aislamiento haciéndolo susceptible de fallar por
causas como golpes, vibraciones o esfuerzos dieléctricos. Una regla práctica decía que la expectativa de vida de
un motor con un tipo dado de aislamiento se reduce a la mitad por cada 10 % de elevación de la temperatura por
sobre la temperatura nominal del devanado. Esta regla se aplica aún hoy hasta cierto punto.
Para estandarizar los limites de temperatura del aislamiento de máquinas, la National Eléctric Manufacturers
Association (NEMA) de los Estados Unidos, ha definido una serie de clases de sistemas de aislamiento. Cada
clase de sistema de aislamiento especifica la máxima elevación de temperatura admisible para cada clase de
aislamiento. Existen tres clases de comunes de aislamiento, según NEMA, para los motores ac de caballaje
entero: B, F y H. Cada clase presenta una temperatura en el devanado, mayor que la anterior. Por ejemplo, la
elevación de la temperatura en el devanado de la armadura por sobre la temperutaura ambiente en un tipo un
tipo de motor de inducción ac de operación continua debe ser limitada a 80°C para clase B, 105°C para clase F
y 125°C para clase H.
Las especificaciones sobre la temperaturas particulares para cada tipo de motor y de generador se encuentran
detalladas en la norma NEMA MG1-1993, Motores y Generadores . Normas similares han sido definidas por la
international Electrotechnical Commissión (IEC) y por varios organismos de normalización nacional, en algunos
países. (Máquinas Eléctricas, Stephen Chapman, pág 265, 387 – 391, 436, 475, 476).
Bibliografía:
DE LORENZO. Manual DL 1080, Transformador Trifásico. Italia. 1995. pág 3 –18, 39-63.
DE LORENZO. Manual DL 1021, Motor asincrónico Trifásico. Italia. 1995. pág 3 –17, 51-60.
STEPHEN J. CHAPMAN. Máquinas Eléctricas pág 61-73, 82-91, 265, 387 – 391, 436, 475, 476).
29
2. METODOLOGÍA
Inicialmente se hará una descripción de las pruebas a las que son sometidos los
transformadores, junto con su respectivo seguimiento, para luego realizar de esta misma
manera lo concerniente a motores.
Durante el tiempo de pasantia se logró realizar seguimiento a cuatro transformadores, de los cuales dos eran trifásicos y dos monofásicos. Los trifásicos eran de 630 KVA y de 15 KVA, y
los monofásicos eran ambos de 15 KVA.
En la segunda parte se realizó seguimiento a tres motores trifásicos, es decir no se tuvo la
oportunidad de trabajar con motores monofásicos. Los motores eran de 50, 40, y 6.6 HP cada uno, los cuales trabajaban a frecuencia de 60 Hz.
2.1 TRANSFORMADORES
2.1.1 PRUEBAS A TRANSFORMADORES.
2.1.1.1 PRUEBA DE RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS (entre fases). INSTRUMENTO: MULTIMETRO DIGITAL.
PROCEDIMIENTO.
CHEQUEO EN AT Esta prueba se realiza con un multímetro digital, el cual se coloca en la escala de 200, esta
escala esta dada por el previo cálculo del valor de la resistencia. Se verifica que las puntas del multímetro hagan buen contacto con los bornes del transformador y se espera que se
estabilice la lectura del multímetro durante 30 segundos para luego ser tomada. Esta lectura medida es el valor de resistencia existente en cada fase.
El esquema de conexiones para realizar esta medición es el mismo tanto para
30
transformadores monofásicos como trifásicos.
Diagrama de conexiones para transformador trifásico.
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 3 esquema de conexiones para prueba de
resistencia de devanados, trafo trifásico.
Primero se toma la medida entre las fases U y V, luego V y W, y para terminar U y W.
Diagrama de conexiones para transformador monofásico.
AT U V
BT x Pn z
Figura n° 4 esquema de conexiones para prueba de
resistencia de devanados, trafo monofásico.
31
En este caso solo existe el valor de resistencia de una fase, puesto que el trafo es
monofásico es decir que solo tiene un devanado.
CHEQUEO EN BT
La prueba de medición de resistencia en los devanados de BT no se realiza, debido a que no se cuenta con el instrumento apropiado, puesto que se sabe que la lectura debe marcar en el
orden de los mili ohmios [m]. El costo de este equipo es muy alto ($10.000.000). En este momento se estudia la posibilidad de realizar esta prueba por el método de voltaje contra
corriente, y así poder determinar esta lectura.
RIV *=
entonces
[ ] [ ][ ]AI
mVVmR =Ω
El equipo en mención tiene como nombre miliohmetro.
Para esta medición es necesario tener un multímetro el cual nos mida voltaje en el orden de
mV y sea de una resolución exacta, de clase 0.2.
2.1.1.2 PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN.
REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS
INSTRUMENTO: TTR “(TRANSFORMER TURN-RATIO TEST SET)”
PROCEDIMIENTO:
La prueba de relación de transformación se realiza con un instrumento llamado TTR
“(Transformer turn – ratio test set)” tipo manivela o portátil, puesto que no necesita fuente de energía externa para su funcionamiento. Este instrumento nos indica si el devanado se
encuentra en corto, abierto o continuo, es decir, si cada bobina del transformador se encuentra en buen estado.
32
Para identificar si el devanado está abierto, la aguja que indica el “null detector”, no presenta
ninguna deflexión; cuando está en corto, la aguja de excitación de corriente se desplaza completamente hacia la derecha y si se encuentra en buen estado, el instrumento marca la
relación de transformación, la cual la hallamos girando una palanca (manivela) que se
encuentra al lado derecho de éste y variando unas perillas que se encuentran en la parte
superior de éste.
0 8
BAJA
Manivela
Indicadores
ALTA
Perillas
Figura n° 5 instrumento para medir relación de transformación (TTR).
Diagrama de conexiones para transformadores trifásicos.
Primera medición:
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 6 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación. Primera medición.
EXCITING CURRENT
EXCITING
VOLTS
NULL
DETECTO
0 0 0
TTR
33
Diagrama de conexiones para realizar la segunda medición:
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 7 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación. Segunda medición.
Diagrama de conexiones para realizar la tercera medición:
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 8 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación. Tercera medición.
Estos esquemas de conexiones son utilizados para realizar la prueba en transformadores trifásicos que presentan una conexión DY5; para cuando el transformador presenta una
conexión DY11, ésta varia sólo en AT; por ejemplo en el caso de la primer medición, los terminales de AT de TTR se conectan así: borne U = terminal negro de AT del TTR y
TTR
TTR
34
borne V = terminal rojo de AT del TTR, esto por ser conexión DY5, cuando es conexión DY11
se cruzan estos terminales, es decir en el borne U va el terminal rojo de AT del TTR y en el borne V va el terminal negro de AT del TTR. Los terminales de BT se conectan de igual
manera para realizar la medición ambas conexiones, ver figuras 9 y 10.
TRAFO TRIFÁSICO CON CONEXIÓN DY5
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 9 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación en trafos con conexión DY5. Primera medición.
TRAFO TRIFÁSICO CON CONEXIÓN DY11.
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 10 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación en trafos con conexión DY11. Primera medición.
TTR
TTR
35
Esquema de conexiones para transformadores monofásicos con conexión Ii0. AT U V BT x Pn z
Figura n° 11 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación en trafo monofásico con conexión Ii0.
Esquema de conexiones para transformadores monofásicos con conexión Ii6.
AT U V BT x Pn z
Figura n° 12 esquema de conexiones para prueba de relación
de transformación en trafo monofásico con conexión Ii6.
TTR
TTR
36
2.1.1.3 PRUEBA DE VACIO MECÁNICO O HERMETICIDAD
INSTRUMENTO: BOMBA DE VACIO PROCEDIMIENTO:
La prueba de vacío se realiza para garantizar la hermeticidad del trafo, la cual consiste en
introducirle al transformador una presión de 10 libras con ayuda de una bomba de vació a
través de la válvula de sobrepresión del tanque, ubicada en la parte superior trasera de éste. Esta presión se aplica durante un tiempo de 30 minutos, si ésta no baja a menos de 7 libras
durante éste tiempo, el transformador es pasado al campo de pruebas para realizar las otras pruebas.
Diagrama:
Válvula de sobrepresión
Cuña de madera
utilizada para ladear el trafo para evitar que la presión absorba el aceite.
Figura n° 13 prueba de vacío mecánico o hermeticidad.
Esta prueba se realiza de igual manera para transformadores trifásicos, como para trafos monofásicos.
Bomba de vacío
37
2.1.1.4 PRUEBA DE AISLAMIENTO
REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS INSTRUMENTO: MEGGER 2500V/100000M
PROCEDIMIENTO:
Esta prueba se realiza para medir el aislamiento que existe entre BT contra T, AT contra T y
AT contra BT, para esto también es necesario aterrizar el transformador a la tierra del banco de pruebas. En esta prueba se aplica voltaje durante 60 segundos, a los bornes en prueba,
transcurrido este tiempo se toma la lectura.
CHEQUEO BT CONTRA T
Para realizar esta medición el terminal “LINE” del “megger”, se conecta a un borne de BT del transformador a probar y el terminal “EARTH” se conecta a la tierra de éste mismo, se aplica
tensión (2500V).
CHEQUEO AT CONTRA T
Luego se mide AT contra tierra; para esto el terminal “LINE” se conecta en un borne de AT y
el terminal “EARTH” a la tierra del transformador, se aplica la tensión durante 60 segundos y se toma la lectura.
CHEQUEO AT CONTRA BT
La última medición es AT contra BT, para esto el terminal “EARTH” se coloca en cualquier
borne de BT y el terminal “LINE” en cualquier borne de AT, al igual que en los dos mediciones
anteriores se aplica tensión durante 60 segundos y se toma la lectura.
No se realiza la prueba de BT contra AT, puesto que el resultado de esta seria la misma de
AT contra BT, por esta razón solo se realiza una de las dos.
38
Cuando se finaliza cada prueba de Aislamiento con “Megger”, es necesario aterrizar los
bornes en los que se realizaron para las medidas, puesto que quedan cargados, para esto se deja un caimán, una pata se deja a tierra y la otra se deja libre para aterrizar.
El esquema de conexiones para realizar esta prueba es el mismo tanto para transformadores
monofásicos como trifásicos.
2.1.1.5 PRUEBA DE TENSION APLICADA.
REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS INSTRUMENTO: TRANSFORMADOR DE POTENCIAL 40000[KVA] (TP).
PROCEDIMIENTO:
Esta prueba se realiza con un transformador de potencial de 40000 KVA, para probar los aislamientos entre AT y tierra y BT y tierra y verificar las distancias mínimas. Antes de
comenzar la prueba se enciende una lámpara de señalización roja (giratoria), la cual
anuncia que se va a comenzar a trabajar con niveles de alta tensión.
Se debe aplicar tanto para AT como para BT aproximadamente el 75% de más del valor nominal.
CHEQUEO BT CONTRA T.
Cortocircuitamos los bornes de BT incluyendo el punto neutro, con un alambre calibre 17
AWG desnudo, se conecta la salida del transformador de potencial a cualquier borne de BT y se le aplica 7.5 KV por 60 segundos, esto se maniobra con ayuda del banco de pruebas. Los
devanados de AT también se deben dejan cortocircuitados con un alambre 17 AWG desnudo,
éste puede ser conectado a tierra o no, puesto que la tensión que se aplica en BT la puede
soportar dicho devanado. Con el caimán libre se aterrizan los bornes de BT para evitar
posibles accidentes.
Esta prueba no nos arroja ningún valor, sólo se verifica que el aislamiento no tenga ninguna
falla.
39
Diagrama de conexiones:
1*17 AWG desnudo
AT
U V W
BT x y z Pn
TP TT
1* 17 AWG desnudo
(Aplicación de tensión TP)
7.5KV * 60seg Figura n° 14 esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada BT contra T.
TT : tierra del transformador. TP : transformador de potencial. CHEQUEO AT CONTRA BT Y TIERRA Cortocircuitamos los bornes de AT con un alambre calibre 17 AWG, se conecta la salida del transformador de potencial a cualquier borne de AT y se le aplican 25 KV durante 60 segundos, los bornes de BT no son desconectados, por el contrario siguen cortocircuitados y se aterrizan.
TP
40
Diagrama de conexiones: (Aplicación de tensión TP)
25KV * 60seg
1*17 AWG desnudo AT U V W
BT x y z Pn
TT
1*17 AWG desnudo
Figura n° 15 esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada
AT contra BT y T.
Si el transformador presentara alguna falla de aislamiento, se dispararían las protecciones del
banco y los lectores de corriente se elevarían.
2.1.1.6 PRUEBA DE TENSION INDUCIDA REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS
INSTRUMENTO: BANCO DE PRUEBAS (BP)
PROCEDIMIENTO.
Esta prueba se realiza para descartar que existan fallas en el bobinado, como corto entre
espiras, que el devanado se encuentre abierto, es decir que no tenga continuidad.
El transformador debe estar aterrizado al banco de prueba. Con ayuda del banco de pruebas activamos un generador el cual nos proporciona una frecuencia de 415 Hz, la cual se le
aplica al transformador durante 18 segundos y el valor de la tensión debe ser el 75% más de
TP
41
la nominal del devanado de BT. Al finalizar esta prueba el transformador debe ser aterrizado
para evitar posibles accidentes, puesto que como es aproximadamente el doble de tensión existe mayor riesgo.
Diagrama de conexiones:
AT U V W
BT x y z Pn
TT
(Aplicación de tensión por BT) 75% más de Voltaje nominal = 324 [V]
a 415 Hz * 18seg Figura n° 16 esquema de conexiones para prueba de tensión inducida
por BT.
BP = banco de pruebas.
2.1.1.7 PRUEBA SIN CARGA (En vacío) REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS
INSTRUMENTO: BANCO DE PRUEBAS (BP)
PROCEDIMIENTO.
Esta prueba se realiza con el fin de deducir el grado de saturación de núcleo, a la vez que
permite caracterizar la rama magnética del circuito equivalente del trafo.
BP
42
Se aterriza el transformador a banco de pruebas. Se puede conectar a cualquiera de los
devanados (AT o BT)del transformador a su tensión nominal y a 60 Hz, pero por seguridad se realiza por baja tensión. Se toman las medidas de corriente de cada fase por medio de
amperímetros, el valor de potencia por medio de un vatímetro trifásico y tensión por medio de
un voltímetro.
Diagrama de conexiones:
AT U V W
BT x y z Pn
TT
(Aplicación de tensión Vn BT )
Figura n° 17 esquema de conexiones para prueba sin carga.
Vn = voltaje nominal
BT = baja tensión
BP = banco de pruebas
V V
BP
A A A
43
2.1.1.8 PRUEBA EN CORTO CIRCUITO
REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS INSTRUMENTO: BANCO DE PRUEBAS (BP)
PROCEDIMIENTO.
Esta prueba se realiza para determinar las perdidas en el cobre, permitiendo completar los
parámetros para el circuito equivalente del trafo. Como esta prueba se realiza a su tensión nominal hay que verificar que el conmutador este
puesto en la posición correspondiente. Se aterriza el transformador al banco de pruebas y se alimenta por el lado de AT (U V W)
con las salidas del banco de pruebas y el devanado de BT se cortocircuita incluyendo el
punto neutro (x y z, y Pn). Cuando la corriente en el devanado de BT alcance su valor
nominal medida con una pinza electromagnética, la tensión de corto circuito será la leída en el voltímetro en ese instante.
Diagrama de conexiones:
(Aplicación de tensión)
AT U V W
BT x y z Pn
Figura n° 18 esquema de conexiones para prueba corto circuito.
A
V V
BP
44
2.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO A TRANSFORMADOR
DE 630 KVA.
Al llegar el transformador se llena una ficha de entrada, la cual contiene la siguiente
información: 1
No. Recibo: 2163
Cliente: Universidad Militar Nueva Granada Fecha: 24 / 03 / 03
Marca: siemens
Numero: 58679
KVA: 630 No fases: 3
Tensiones: 11400 / 210
Conexión: DYN5
Tipo: Año de fabricación: 82 Referencia:
Inspección: Reparación: Mantenimiento:
Nota: primer mantenimiento desde su fabricación.
Algunos de estos datos se obtienen a través de la placa característica de cada transformador,
siempre y cuando el transformador la traiga.
Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia su respectivo formato IER-100. 2
Se observa que el nivel de aceite, la válvula de salida, tierra, el tanque, los pasatapas, los
herrajes se encuentran en buen estado, además se determina que trae su bobinado original y
sus prensas perfil L. También se observa que la placa característica hace falta. El núcleo de este transformador es de tipo columnas, y esta en buen estado su presentación
1 Ver anexo 1 (Ficha de entrada) 2 Ver anexo 2 (Formato IIT-100, inspección inicial).
X
45
(pintura) exterior, pero la interior esta defectuosa.
Después se le realizaron las pruebas de aislamiento y relación de transformación; ya
descritas en la parte de pruebas a transformadores, dichas pruebas arrojaron los siguientes
datos:
Prueba de aislamiento (“Megger”).
BT/T AT/T BT/AT
10000M 14000M 17000M Tabla n° 1 resultados prueba de aislamiento inspección
de trafo de 630 KVA.
Prueba de Relación de transformación (TTR)
POSICION U V W
1
2
3 91.399 91.399 91.398
4 89.098 89.098 89.097
5 86.795 86.799 86.798 Tabla n° 2 resultados prueba de relación de transformación. TTR
de trafo de 630 KVA
Esta medición solo se realizó en las posiciones 3,4, y 5 del conmutador, y se observa que
coinciden , es decir el trafo está bien en estas, pero se debe realizar la medición en todas las
posiciones puesto que se pueden observar fallas en los taps, en el bobinado o en el
conmutador.
Luego se procede a quitar la tapa del transformador y se extrae totalmente el aceite para
realizar un cambio de éste ya que la empresa no realiza tratamiento para recuperación de aceites. Este aceite es retirado por medio de un registro (tapón), ubicado en la parte inferior
del transformador; éste registro se abre con una llave expansiva o alemana, se saca el aceite
y se almacena en unas canecas debidamente marcadas (aceite quemado), para luego ser
46
vendido a empresas que se dedican a la fundición de metales. A continuación se
desconectan las salidas de BT y se retiran los herrajes de esta misma, con ayuda de una llave para tubo.
Luego se retira la perilla del conmutador, la tuerca que sostiene el eje de este mismo y se
quita el conmutador (regulador de voltajes).
ESQUEMA
Perilla P F 4 3 Eje 5
6 2 1
Figura n° 19 el conmutador y sus partes.
El conmutador cuenta con ocho salidas: un principio y un final, y seis derivaciones.
NOTA: la posición del conmutador solo es cambiada para realizar las pruebas pertinentes, al ser entregado al cliente éste debe llevar la posición con la que llegó a la empresa.
Después se retira el anclaje que sostiene la parte activa (núcleo, bobinas) del transformador
dentro del tanque o cuba, se coloca una guaya para desencubarlo con ayuda de una
diferencial eléctrica la cual soporta (2 Ton) dos toneladas, y se colocan sobre el tanque unas
de bases de madera o metal para poder descargarla; se descarga la parte activa sobre éstas
para que escurra todo el aceite posible, luego de que esto ocurra se hala la parte activa con la diferencial y se lleva al horno, mientras el tanque es llevado a la sección de lavado, en
donde el interior de éste se lava con gasolina y el exterior con agua y jabón; también aquí
lijan las partes oxidadas para luego pasar a la sección de pintura en donde se le aplican de
80 a 100 micras: el tanque viene de fabrica con 60 micras de corrosivo (base) y 60 micras de pintura, de ELÉCTRICOS INGENIERÍA Y SERVICIOS LTDA sale con 200 a 220 micras en
total. La pintura que se aplica es Terinsa Laca Super 2062. Esto es aplicado para todos los transformadores que se les presta el servicio, ya sea mantenimiento o reparación.
47
La prueba de medición de micras se realiza con un Elcómetro, el cual se coloca sobre la
superficie pintada y nos indica el espesor de la pintura en micras. Esta prueba no se le realiza a la totalidad de los tanques, sino que se escoge aproximadamente uno en un
promedio de diez. En esta sección también se demarcan las fases de AT (U V W) y de BT (x
y z y punto neutro), así como su potencia en KVA (630), marca del transformador, voltaje de
AT (11400 [V]) y voltaje de BT (216 [V]). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS),
en el cual se especifica si el servicio que se ha prestado es de mantenimiento o reparación, que para el caso descrito se trata de mantenimiento.
Como la parte activa se encuentra dentro del horno para su secamiento total, es decir que el
aceite salga totalmente del núcleo y bobinas; este es encendido a 75° C por un tiempo de 6
horas, luego se regula con el termostato a 100° C por un tiempo de 12 a 16 horas según la
carga de horno, dependiendo número de transformadores que estén dentro de éste.
Al transcurrir el tiempo indicado, el horno es apagado y su puerta se abre durante 15 minutos
para que salga el vapor. La parte activa es sacada con ayuda de la diferencial para su
encubamiento; para esto se trae el tanque terminado a la sección de encube y se introduce la parte activa dentro de éste. Para este procedimiento la parte activa debe estar mínimo a una
temperatura de 80° C, para evitar que ésta reciba humedad del medio ambiente.
Luego se ancla la parte activa al tanque para evitar que éste quede en movimiento; el
transformador tiene dos anclajes, uno a cada lado; después de terminado este procedimiento
se coloca el conmutador, se ajusta la tuerca que sostienen el eje de éste, y por último se
coloca la perilla. Después se llena de aceite el tanque hasta tapar la parte activa; este aceite debe estar con una temperatura de 60 a 70° C para evitar que la parte activa se enfrié y así
que le entre humedad. El calentamiento del aceite se realiza con ayuda de la filtro prensa la
cual se utiliza en este momento solo para este procedimiento; el cual consiste en introducir el
aceite nuevo, en el tanque de la filtro prensa, para luego ser calentado por medio de unas resistencias durante 3 horas aproximadamente, posteriormente es introducido en el tanque
del trafo. La empresa esta realizando investigaciones para utilizar la filtro prensa en
tratamiento de aceites, es decir poder recuperar los aceites con los que llegan los
48
transformadores.
Después se col ocan los herrajes de BT y punto neutro; a estos herrajes se le han cambiado
los empaques previamente. Para este trafo se utilizaron los siguientes empaques: TH
0019,TH 0030, TH 0031, TH 0052, TH 0086. Para la parte de AT solo se utilizaron dos
empaques: TH 0043 y TH 0125.
Después de este procedimiento se completa el nivel de aceite, el cual viene especificado en
el tanque, luego se coloca el empaque de la tapa ( de 13mm cambiado previamente); éste
empaque va pegado al tanque con una solución instantánea de nombre “Loctín”, y para que
se adhiera mejor se quita la capa de pintura en las partes en donde se va aplicar. Luego se coloca la tapa con toda su tortillería y se ajustan los aisladores y herrajes de AT.
Luego de esto se realiza la prueba de vacío mecánico para garantizar la hermeticidad, ésta
descrita en pruebas a trafos. Se diligencia el formato IEP 150 el cual trae la siguiente información: 3
Prueba presión inicial Tiempo (min.) Presión final
De vacío 10 30 8 Tabla n° 3 resultados prueba de hermeticidad de trafo de 630 KVA.
Posteriormente de realizar esta prueba el transformador es llevado al campo de pruebas.
Antes de comenzar a realizar las respectivas pruebas respectivas de esta sección, se delimita
el área en donde se llevaran a cabo dichas pruebas, esta delimitación se hace por medio de
una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de
tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta
de entrada.
En este campo de pruebas se llevan a cabo las siguientes pruebas:
Prueba de aislamiento. Prueba de resistencia de los devanados (entre fases).
3 Ver anexo 3 (formato IEP-150)
49
Prueba de relación de transformación.
Prueba de tensión aplicada. Prueba de tensión inducida.
Prueba sin carga (en vacío).
Prueba en corto circuito.
Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, Ver
numeral 13.1; se obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-100.(protocolo de pruebas). 4
PRUEBA AT-T BT-T AT-BT
Aislamiento 14000M 10000M 17000M Tabla n° 4 resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 630 KVA.
U – V U – W V – W
82.1 [] 80.5 [] 83.3 [] Tabla n° 5 resultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 630 KVA.
BT -AT y T AT – BT y T Tiempo
7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 6 tensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 630 KVA.
Tensión Frecuencia Tiempo
324 415 Hz 18 seg Tabla n° 7 tensiones inducidas y tiempo. Trafo de 630 KVA.
Tensión [V] Iu [A] Iv [A] Iw [A]
216 18 15 19 Tabla n° 8 medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 630 KVA.
4 Ver anexo 4 (Formato PP-100)
50
I = 31.19 [A] V = 518 [V] Perdidas = 7980[W] Tabla n° 9 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito. Trafo de 630 KVA.
Después de realizar estas pruebas, el transformador queda totalmente terminado, éste es llevado a la sección de almacenamiento, la cual se encuentra dentro de la empresa; listo
para su entrega al cliente con un documento en donde se encuentran las pruebas que se le realizaron y los datos que arrojaron.
2.1.2.1 CÄLCULOS TEÓRICOS TRAFO DE 630 KVA
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRAFO
PARTIENDO DE LAS PRUEBAS DE CORTO CIRCUITO
Y PRUEBA EN VACIO.
Es posible llegar a determinar experimentalmente los valores de las resistencias e
inductancias del modelo del transformador, esto gracias a las pruebas de corto circuito y circuito abierto, con las cuales lograremos una aproximación adecuada para estos valores.
Estos cálculos representan un valor agregado, como aporte de los pasantes a la Empresa, lo
cual es un elemento útil para algún tipo de análisis del sistema eléctrico del cual haga parte el
transformador. Es posible elaborar un circuito equivalente que tenga en cuenta las principales
imperfecciones de los transformadores reales. Se considera cada una de estas
imperfecciones y sus defectos se incluyen en el modelo del transformador.
El efecto más sencillo de modelar son las perdidas en el cobre, estas son las perdidas
resistivas en los devanados primario y secundario del transformador. Se modelan disponiendo un resistor Rp y un resistor Rs en el circuito secundario del transformador. [2]
51
][26.55
][11400
][630
216
11400
630
AInAT
V
KVAInAT
VnAT
SnInAT
VnBT
VnAT
KVAordeTansformad
=
=
=
==
ALIMENTACIÓN PRUEBA FRECUENCIA[Hz] TENSIÓN[V] CORRIENTE[A] POTENCIA[W]
Lado BT O.C 60 216 17.3 1220
Lado AT C.C 60 518 31.9 7980 Tabla n° 10 resultados pruebas o.c y c.c. Trafo de 630 KVA.
o.c = open circuit = circuito abierto
c.c = short circuit = corto circuito
- Prueba de circuito abierto : Perdidas en el hierro = 1220[W]
De la prueba de circuito abierto hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas
en el hierro del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama magnética.
El factor de potencia durante la prueba fue:
][3.17*][216][1220
*
AV
WCosPF
IoVoc
PocCosPF
==
==
ϕ
ϕ
PF= 0.3264 en atraso
52
La admitancia de excitación esta dada por:
MCE
E
E
E
Xj
RjY
Y
CosV
AY
PFCosVoc
IocY
11570.7614.2
][944.700092.8
3264.0][216
][3.17
22
2
1
1
−=−=
Ω°−∠=
−∠=
−∠=
−−
−
−
−
Por tanto
][255.3802641.0
1Ω==CR
BT
][210.130757.0
1Ω==MX
- Prueba de corto circuito: Perdidas en el Cobre = 7980[W]
De la prueba de corto circuito hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas en
el cobre del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama equivalente.
El factor de potencia durante la prueba de corto circuito es:
][9.31*][518
][7980
*
AV
WCosPF
IccVcc
PccCosPF
==
=
ϕ
ϕ
PF = 0.4829 en atraso La impedancia serie está dada por:
53
][219.14841.7
][125.61238.16
4829.0][9.31][518 1
1
Ω+=
Ω°∠=
−∠=
−∠=
−
−
jZ
Z
CosA
VZ
PFCosIcc
VccZ
SE
SE
SE
SE
Entonces, l a resistencia y la reactancia son: AT
][841.7Re Ω=q ][219.14 Ω=Xeq Refiriendo los valores obtenidos en BT, al lado de AT, se emplean las siguientes expresiones, Según el libro ELECTRIC MACHINERY AND TRANSFORMERS, Guru et al, Editorial Oxford, Segunda edición, 1995.
][9.3821.13*3.54*
][7.112255.38*3.54*
3.54210
11400
22
22
Ω===
Ω===
===
KXaX
KRaR
N
Na
MBTMAT
cBTcAT
BT
AT
Figura N° 20 Circuito equivalente del trafo de 630[KVA], 11400 / 210
referido al lado de alta tensión primario.
54
Basado en:
MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Stephen J. Chapman, tercera edición, Mayo de 2000. Pag 82 – 90.
2.1.3 REPARACION A TRANSFORMADOR MONOFASICO DE 15 KVA
SEGUIMIENTO AL SEGUNDO TRANSFORMADOR.
Al, igual que el transformador anterior, se llena una ficha de entrada la cual contiene la
siguiente información. Ver anexo 1.
No. Recibo: 2173 Cliente: ALCALDIA DE ICONONZO
Fecha: 01 / 04 / 03
Marca: TPL
Numero: 98039
KVA: 15
No fases: 1
Tensiones: 13200 / 240 - 120 Conexión: Ii0
Tipo: T T D
Año de fabricación: 90 Referencia:
Inspección: Reparación: Mantenimiento:
Nota: segunda reparación desde su fabricación.
Algunos de estos datos se obtienen a través de la placa característica de cada transformador. Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia su respectivo formato (IER-100). Ver anexo 2.
X
55
Se determina que el transformador esta quemado por su olor y presentación. Se destapa la parte superior para revisar el aceite, pero este venia sin aceite y su bobina completamente quemada, por lo tanto es necesario realizar procedimientos diferentes a los que se realizan en mantenimiento, estos son: Cambio de aceite totalmente nuevo y construcción de la bobina. Se procede a desconectar las salidas de BT con sus respectivos herrajes con ayuda de una
llave para tubo.
Luego se retira la perilla del conmutador, se retira la tuerca que sostiene el eje de este mismo
y se quita el conmutador. Ver figura n° 19.
NOTA: la posición del conmutador solo es cambiada para realizar las pruebas pertinentes, al ser entregado al cliente este debe llevar la posición con la que llega a la empresa.
Después se retira el anclaje que sostiene la parte activa (núcleo, bobina) del transformador
dentro del tanque o cuba, se desencuba con ayuda de una diferencial eléctrica, luego de esto
la parte activa es llevada al horno, y el tanque es llevado a la sección de lavado. En donde el
interior y el exterior de éste es lavado de igual manera que el trafo anterior . Durante esta etapa se lijan las partes oxidadas y luego se pinta.
De igual manera que en el trafo anterior se demarcan las fases de AT (U V) y de BT (x y, y punto neutro), así como su potencia en KVA (15), marca del transformador, voltaje de AT
(13200) y voltaje de BT (240-120). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS) en el cual se especifica que fue reparado.
En la parte de desarme, el núcleo es retirado de manera que al volverlo a armar éste quede
de igual forma a como estaba construido; para esto se llena un formato (IEP 110) en el cual
se especifica la marca del transformador, la potencia en KVA, número de fases, diseño, número de transformador. 5
También se especifican los siguientes datos:
Tipo de núcleo: Encintado Calibre:
Ancho de la lámina: 153 mm Paquete de lámina: 45mm
Ancho de la ventana: 50 mm Altura de la ventana: 115mm
5 Ver anexo 5 (formato IEP-110)
56
Altura total de la bobina: 283mm. Ancho total de la bobina: 120mm
Peso total: Estado: Sucio: Parcial _X_ Total___
ESQUEMA b a
Figura n° 21 Desarme de la bobina.
Luego es llevado a la sección de limpieza, allí es sumergido en Xilol, para que todas las
partículas de aceite, carbón y otras se desprendan de las láminas, luego de 30 minutos se saca y se sopla con aire para que quede totalmente seco.
La bobina es llevada a la sección de bobinado para que sean tomados también sus
respectivos datos, los cuales son diligenciados en un formato (TDB-100). Algunos de los
datos que le son tomados son: 6
Marca del transformador: TPL
N° de serie: 98039
N° de diseño:
N° de fases 1
Potencia: 15 KVA
Tensiones: 13200/240-120
Tipo de bobinado: BT/AT AT/BT BT/AT/BT Cilíndrico BT/AT
Dimensiones del Taco: ancho: 95mm largo: 160mm alto: 110mm
Dimensiones de la bobina: aB: 190mm bB: 295mm Espesor:45mm
Numero de salidas: 8 6 Ver anexo 6 (Formato TDB -100)
X
57
En Alta Tensión se toman los siguientes datos:
Calibre del alambre: 23AWG Peso del bobinado: 6 Kg.
Aislamiento entre capas: 1 de 0.25mm
Espiras por capa: 133.5
Medida de collar: 15 mm
Numero de capas: 18 Canales de refrigeración: Mitad
N° de espiras totales: 2368 Aislamiento AT/BT: 3mm (12 capas de 0.25mm)
Salidas para el conmutador: P 6 5 4 3 2 1 F
Para Baja Tensión se toman los siguientes datos:
Tipo de alambre: Fleje Rectangular AWG Dimensiones: 3*8.2mm
N° de espiras/N° de capas: 10 ½ espiras x 4 capas
Aislamiento Cap/esp: 1 de 0.25mm
Sentido/salida: Derecha Refrigeración: Cuña de madera alrededor terminando la BT de 4mm
Finalmente se deja una parte de observaciones:
Luego de esta toma de datos se empieza a limpiar el alambre o fleje para ver si se puede recuperar es decir si se puede volver a utilizar, y se realiza el corte de los materiales que se
van a utilizar (papeles, collares, y cilindros).
Ya para cuando se va a iniciar a devanar la bobina se alista el taco (cilindro) con su
respectiva formaleta, y se cuadra de la misma manera en que venia y se empieza el proceso.
Cilindro o taco: hecho de papel Prespan de 2mm y se recubre con papel “Shela” de 0.25mm (dos vueltas aproximadamente).
Para reforzar el cilindro se le colocan tres vueltas más de papel aislante (“Shela”) de
X
58
0.13mm, éstas son pegadas con una solución que se llama Reometol. Este papel también se
puede pegar con Colbon, pero el colbon es una solución que posee demasiada humedad a comparación con el reometol.
Se coloca el taco en eje de la máquina de bobinado de BT teniendo en cuenta el sentido de la
bobinas, este transformador presenta un tipo de bobinado BT/AT.
BOBINADO DE BT.
Este bobinado esta compuesto de 10 21 espiras por capa, son 4 capas de alambre
rectangular con dimensiones de 3*8.2mm para un total de 42 espiras para BT, cada una aislada con una vuelta de papel aislante (“Shela” 0.25mm).
Se comienza el proceso de bobinado para BT; para esto se saca un terminal
aproximadamente de 30cm y se empieza a devanar la primer capa, esta de 10 21 espiras y
se aíslan cada una con papel “Shela” de 0.25. Luego se empieza a devanar la segunda capa
y así sucesivamente hasta completar las 4 capas, de esta última capa se saca el final de la
bobina de BT y se le coloca una cuña de madera de 4 mm, alrededor de la bobina.
BOBINADO DE AT.
Después de esto se empieza a bobinar AT con ayuda de la máquina bobinadora de AT, se
inicia aislando BT de AT con papel aislante de calibre 0.25mm (12 vueltas, ya que el aislamiento entre bobinas debe ser de 3mm).
Luego se coloca un collar de 15mm de ancho (papel “Shela” 0.25mm), el cual se utiliza para evitar que las espiras se salgan de la bobina y para aislar el devanado del núcleo. Se deja
una salida de 30cm la cual va ser el principio de la bobina de AT; se devanan 1068 espiras
para el segundo terminal (Tap 6).
Se hicieron 8 capas (aislada una de otra con papel aislante de 0.25mm), cada una de 133.5
espiras para lograr este TAP. Para sacar el tercer terminal (TAP 5) se devanan 58 espiras y se aísla con una capa de papel
aislante de 0.25mm, luego se dan otras 58 y se saca el Tap 4 se aísla con una vuelta de papel “Shela” de 0.25mm y se dan otras 58 vueltas para sacar el TAP 3, se aísla con papel
“Shela” de 0.25mm y se dan otras 58 vueltas para el TAP 2 se aísla y se dan 1068 de la
59
misma manera que al principio y se saca el TAP 1 y al final quedan 8 salidas incluyendo
principio y final de la bobina.
ESQUEMA P 6 5 4 3 2 1 F
1068 58 58 58 58 58 1068
Figura n° 22 Derivaciones de la bobina.
Al terminar de construir la bobina esta sale con un “sticker” el cual es el formato (MB 110), en
el cual se especifica la marca del transformador, la capacidad, voltaje AT y voltaje BT, bobinador de AT, bobinador de BT y fecha. 7
Después de que se le coloca el “sticker” a la bobina, ésta pasa a la sección de curado.
CURADO El objetivo de este proceso es darle una resistencia mecánica por medio de la compactación
a la bobina para que ésta pueda soportar mayores descargas eléctricas y esfuerzos
mecánicos.
Después de que la bobina ha sido aprobada, pasa a la sección de ensamble para ser prensada; el proceso se realiza colocando un taco de madera en el cilindro de la bobina el
cual debe tener las mismas medidas de éste, de lo contrario la bobina puede quedar grande o
pequeña. Luego se realiza el prensado de la bobina con unas planchas metálicas las cuales
7 Ver anexo 7 (Formato MB 110)
60
ajustan al máximo, separadas de la bobina con un papel llamado “Mailan”, el cual evita que la
bobina se adhiera a la lámina; dichas láminas son ajustadas hasta tener las dimensiones dadas en el formato IEP 110 (Ver anexo 6), antes de introducir al horno, después de esto se
introduce la bobina al horno a una temperatura aproximadamente de 110°C, la cual permite
dar una mejor forma a la bobina y que el papel epóxico “(Shela)” se adhiera entre capas para
dar una resistencia mecánica al bobinado, este proceso dura aproximadamente 2 horas y 30
minutos (2.5h), enseguida de lo cual se aumenta la temperatura del horno a 120°C durante 30minutos (0.5h) más; transcurrido este tiempo se saca la bobina del horno y se deja enfriar,
sin retirar el taco ya que la bobina se puede ampliar. Para este procedimiento existe un formato IEP 120 en el cual se diligencia la siguiente información: 8
Inspección visual: Bueno: Malo:
Colocación de la bobina: Bueno: Malo:
Ajuste Taco: Bueno: Malo:
Dimensiones de la bobina: ab 185mm bB 300mm EB 40mm
Temperatura (°C): Inicial 110 Final 120 Tiempo: 3 Hrs
Fecha: 7 / 04 / 03 Elaboro: Firma:
MONTAJE PARTE ACTIVA Luego del curado, se pasa a la sección de ensamble, para realizar el montaje de la parte
activa. Como el núcleo ya esta limpio, se trae la bobina a la banda de montaje, como éste es de tipo
encintado, se comienza a meter por paquetes, se arma de adentro hacia fuera, de tal manera
que coincidan sus láminas, o sea su cierre y se aprieta con un suncho (abrazadera) para que ayude a compactar el núcleo, se golpea con un mazo de caucho para que no quede abierto el
cierre, luego se le coloca cinta alrededor para que no se abra y se le quita la abrazadera; después se sigue armando por paquetes y compactando de la misma forma hasta terminar el
armado de este lado. Después se procede a armar el otro extremo de la bobina de la misma manera que el anterior.
8 Ver anexo 8 (Formato IEP-120)
X
X
X
61
Luego se colocan aislamientos con papel Prespan de 1 mm, entre la bobina y el núcleo, este
aislamiento se coloca porque la bobina es BT/AT, lo que quiere decir, que la AT queda más cerca del núcleo y se puede producir un arco eléctrico, debido al nivel de tensión que existe
en AT; si fuera al contrario no seria necesario, es decir BT-AT, colocar los aislamientos.
Como este transformador trae su bobina entre una caja metálica, es necesario aislarla con
papel “Shela” de 0.25mm; se coloca en los bordes que quedan contra el núcleo, luego se introduce en ésta la parte activa (núcleo y bobina) y se le colocan sus respectivos tornillos, los
cuales se aprietan con una llave de ½ o 9/16 estrella o 9/16 fija. Luego se realizan las conexiones, se conecta el neutro de BT, se sueldan las terminales y se aíslan, después se
conecta AT y se aísla con papel “Prespan”, al que se hacen un hueco en cada esquina para
amarrar las terminales y se conectan los 6 Taps al conmutador.
ESQUEMA DE CONMUTADOR P F Figura n° 23 montaje del conmutador.
Luego se termina este procedimiento, probando la relación de transformación, un chequeo de aislamiento con “Megger” y resistencia del devanado de AT; el transformador se deja en la
P 6 5 4 3 2 1 F
6
62
posición que traía el conmutador, estos datos son registrados en el formato IEP-130 el cual
trae la siguiente información: 9
Inspección visual: Conexiones: Pantallas: Distancias: Presentación:
Prueba de relación de Transformación:
Posición Fase Tensión
1 56.085
2 55.065 13200
3 53.680
4 52.290
5 50.805 Tabla n° 11 medida de la relación de transformación de trafo monofásico de 15 KVA.
Sólo existe una medida puesto que el trafo solo tiene dos fases U y V, y esta prueba se debe
realizar entre fases, es decir que si se mide entre V y U nos va arrojar el mismo valor, y se
realiza en las 5 posiciones que trae el conmutador.
Resistencia del devanado AT: 116.5 Posición del conmutador: 2
Aislamiento con Megger [M]: BT/AT: 200 BT/T: 100 AT/T: 300 Tensión: 500V Tiempo: 60 segundos
SECAMIENTO DE LA PARTE ACTIVA Luego se mete la parte activa al horno para que el papel “Shela” se adhiera entre las
diferentes capas del bobinado y eliminar toda la humedad que pueda tener ésta, una vez cerrado el horno se justa el termostato a 75 °C; ésta temperatura se alcanzara dentro de 5
horas aproximadamente, y cuando se estabiliza en esta temperatura, se ajusta nuevamente el termostato a 90°C por un tiempo de 16 horas para su secamiento total. Para este proceso
se llena el formato IEP 140 el cual contiene la siguiente información: 10
9 Ver anexo 9 (Formato IEP-130) 10 Ver anexo 10 (Formato IEP-140)
X X X
63
Inspección visual:
Conexiones: Pantallas: Distancias: Presentación:
Horno: Temp. Inicial (°C): 75 Tiempo: 16Hrs Temp. Final (°C): 90
ENCUBE.
Después de esto, se saca la parte activa del horno, con la ayuda de la diferencial y se
introduce dentro del tanque. La parte activa se ancla dentro del tanque para evitar que quede
en movimiento, estos anclajes (2) se encuentran a cada lado del tanque. La parte activa se debe introducir a no menos de 80°C, para evitar que ésta pueda recibir humedad del medio
ambiente, después de terminado este procedimiento se coloca el conmutador, se ajusta la
tuerca que sostienen el eje de éste y por último se coloca la perilla.
Después se colocan los herrajes de BT con sus respectivos empaques, para evitar fugas de
aceite. Luego se llena de aceite el tanque hasta llegar su nivel; este aceite debe estar con
una temperatura de 60 a 70° C para evitar que la parte activa se enfríe y así que le entre
humedad.
El siguiente paso es colocar la tapa con su respectivo empaque que se debe pegar con
pegante instantáneo, dicha tapa ya viene con los herrajes de AT puestos y se asegura con un tornillo el cual llega a un pasante, esto solo se hace en transformadores TPL. Luego se
procede a realizar la prueba de vacío mecánica o hermeticidad, para la cual arrojo los
siguientes datos los cuales se diligencian en el formato número IEP 150: Ver anexo 3.
Prueba presión inicial Tiempo (min.) Presión final
De vacío: 10 30 8 Tabla n° 12 resultados prueba de hermeticidad de trafo monofásico de 15 KVA.
Posteriormente de realizar esta prueba el transformador es llevado al campo de pruebas.
Antes de comenzar a realizar las respectivas pruebas respectivas de esta sección, se delimita
X X X X
64
el área en donde se llevaran a cabo dichas pruebas, esta delimitación se hace por medio de
una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección
del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta
de entrada.
En este campo de pruebas se llevan a cabo las siguientes pruebas: Prueba de aislamiento.
Prueba de resistencia de los devanados (entre fases). prueba de relación de transformación.
Prueba de tensión aplicada.
Prueba de tensión inducida.
Prueba sin carga (en vacío). Prueba en corto circuito.
Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben
tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, se obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-
100.(protocolo de pruebas). Ver anexo 4.
Prueba AT-T BT -T AT-BT
Aislamiento 16000M 17000M 18000M Tabla n° 13 resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo monofásico.
U – V
119.9 [] Tabla n° 14 Medida de la resistencia de los devanado.
BT -AT y T AT – BT y T Tiempo
7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 15 tensiones aplicadas y tiempo.
65
Tensión Frecuencia Tiempo
324 415 Hz 18 seg Tabla n° 16 tensiones inducidas y tiempo.
Tensión [V] Iu [A]
240 1.15 Tabla n° 17 medidas de tensión y corrientes sin carga.
I = 1.13 [A] V = 400 [V] Perdidas = 230[W] Tabla n° 18 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.
Después de realizar estas pruebas, el transformador queda totalmente terminado, éste es
llevado a la sección de almacenamiento, la cual se encuentra dentro de la empresa; listo para su entrega al cliente con un documento en donde se encuentran las pruebas que se le
realizaron y los datos que arrojaron.
2.1.3.1 CÁLCULOS TEÓRICOS
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRAFO PARTIENDO DE LAS PRUEBAS DE CORTO CIRCUITO
Y PRUEBA EN VACIO.
Es posible llegar a determinar experimentalmente los valores de las resistencias e
inductancias del modelo del transformador, esto gracias a las pruebas de corto circuito y
circuito abierto, con las cuales lograremos una aproximación adecuada para estos valores.
Estos cálculos representan un valor agregado, como aporte de los pasantes a la Empresa, lo
cual es un elemento útil para algún tipo de análisis del sistema eléctrico del cual haga parte el
transformador.
66
Es posible elaborar un circuito equivalente que tenga en cuenta las principales
imperfecciones de los transformadores reales. Se considera cada una de estas imperfecciones y sus defectos se incluyen en el modelo del transformador.
El efecto más sencillo de modelar son las perdidas en el cobre, estas son las perdidas
resistivas en los devanados primario y secundario del transformador. Se modelan
disponiendo un resistor Rp y un resistor Rs en el circuito secundario del transformador. [2]
][13.1
][13200
][15
][240
][13200
15
AInAT
V
KVAInAT
VnAT
SnInAT
VVnBT
VVnAT
KVAordeTansformad
=
=
=
==
ALIMENTACIÓN PRUEBA FRECUENCIA[Hz] TENSIÓN[V] CORRIENTE[A] POTENCIA[W]
Lado BT O.C 60 240 1.15 80
Lado AT C.C 60 400 1.13 230 Tabla n° 19 resultados pruebas o.c y c.c.
o.c = open circuit = circuito abierto
c.c = short circuit = corto circuito
- Prueba de circuito abierto : Perdidas en el hierro = 80[W]
De la prueba de circuito abierto hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas en el hierro del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama magnética.
El factor de potencia durante la prueba fue:
67
][15.1*][240
][80
*
AV
WCosPF
IoVoc
PocCosPF
==
==
ϕ
ϕ
PF= 0.289 en atraso
La admitancia de excitación esta dada por:
MCE
E
E
E
Xj
RjY
Y
CosV
AY
PFCosVoc
IocY
11587.43848.1
][201.737916.4
289.0][240][15.1
33
3
1
1
−=−=
Ω°−∠=
−∠=
−∠=
−−
−
−
−
Por tanto
][125.7223848.1
13 Ω== −CR
BT
][007.218587.41
3 Ω== −MX
- Prueba de corto circuito: Perdidas en el Cobre = 230[W]
De la prueba de corto circuito hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas en
el cobre del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama equivalente. El factor de potencia durante la prueba de corto circuito es:
68
][13.1*][400
][230
*
AV
WCosPF
IccVcc
PccCosPF
==
=
ϕ
ϕ
PF = 0.5088 en atraso La impedancia serie está dada por:
][71.30413.180
][41.5998.353
5088.0][13.1][400 1
1
Ω+=
Ω°∠=
−∠=
−∠=
−
−
jZ
Z
CosA
VZ
PFCosIcc
VccZ
SE
SE
SE
SE
Entonces, l a resistencia y la reactancia son:
AT ][13.180Re Ω=q ][71.304 Ω=Xeq
Refiriendo los valores obtenidos en BT, al lado de AT, se emplean las siguientes expresiones:
][66.0][5.659007.218*55*
][18.2125.722*55*
55240
13200
22
22
Ω≈Ω===
Ω===
===
MKXaX
MRaR
N
Na
MBTMAT
cBTcAT
BT
AT
69
Figura N° 24 Circuito equivalente del trafo de 15[KVA], 13200 / 240
referido al lado de AT tensión.
Basado en:
MÄQUINAS ELÉCTRICAS, Stephen J. Chapman, tercera edición, Mayo de 2000. Pag 82 –
90. 2.1.4 REPARACION A TRANSFORMADOR TRIFASICO DE 75 KVA.
Al igual que a los transformadores anteriores, se llena una ficha de entrada la cual contiene la siguiente información. Ver anexo 1.
No. Recibo: Cliente: NELSON POVEDA
Fecha: 26 / 03 / 03
Marca: SIEMENS
Numero: 35184
KVA: 75 N° fases: 3
Tensiones: 13200 / 212 Conexión: DYN5
Tipo:
70
Año de fabricación: 79 Referencia:
Inspección: Reparación: Mantenimiento:
Algunos de estos datos se obtienen a través de la placa característica de cada transformador, siempre y cuando el trafo la traiga.
Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia
su respectivo formato (IER-100). Ver anexo 2.
Se determina que es necesario realizar la reparación total por que tienen los aislamientos
deteriorados.
Se destapó la parte superior para revisar el aceite, el cual presentaba un color negro lo que indicaba que estaba quemado, se retira el aceite por medio de una bomba manual y se lleva
a unas canecas para luego ser vendido a empresas que se dedican a la fundición de
metales.
Luego se desconectan las salidas de BT con sus respectivos herrajes con ayuda de una llave para tubo.
A continuación se retira el conmutador, el cual venia en la posición numero 3.
Después se retira el anclaje que sostiene la parte activa (núcleo, bobinas) del transformador
dentro del tanque o cuba, se hala con ayuda de una diferencial eléctrica, y se colocan sobre el tanque unas de bases de madera o metal, se descarga la parte activa sobre éstas y se
espera a que escurra el aceite que queda para luego llevarlo a la parte de desarme de la parte activa, mientras el tanque es llevado a la sección de lavado, en donde es lavado su
interior y exterior. Durante esta etapa se lijan las partes oxidadas y posteriormente pasa a la
sección de pintura. En esta sección también se demarcan las fases de AT (U V W) y de BT (x, y, z y punto
neutro), así como su potencia en KVA (75), marca del transformador, voltaje de AT (13200) y voltaje de BT (212). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS) en el cual se
especifica el servicio que se a prestado , en este caso fue de reparación.
En la parte de desarme, el núcleo es retirado de manera que al volverlo a armar éste quede
de igual forma en la que se construyó; para esto se llena un formato (IEP 110) en el cual se
X
71
especifica la marca del transformador, la potencia en KVA, número de fases, diseño, número
de transformador. También se especifican los siguientes datos. Ver anexo 5.
Tipo de núcleo: columnas Calibre: Ancho de la lámina: 100 mm Paquete de lámina: 160mm
Ancho de la ventana: 115 mm Altura de la ventana: 190mm
Altura total de la bobina: 400mm. Ancho total de la bobina: 530mm
Peso total: Estado: Sucio Parcial X Total___
Luego es llevado a la sección de limpieza, allí es sumergido en Xilol, para que todas las partículas de aceite, carbón y otras se desprendan de las láminas, luego de 30 minutos se
saca y se sopla con aire para que quede totalmente seco.
Las bobinas son llevadas a la sección de bobinado, para que sean tomados también sus
respectivos datos, los cuales son diligenciados en un formato (TDB 100). Algunos de los
datos que le son tomados son. Ver anexo 6.
Marca del transformador: SIEMENS
N° de serie: 35184 N° de diseño: 1745
N° de fases 3 Potencia: 75 KVA
Tensiones: 13200/212V
Tipo de bobinado: BT/AT AT/BT BT/AT/BT Cilíndrico BT/AT
Dimensiones del Taco: ancho 102mm largo 165mm alto 184mm Dimensiones de la bobina: aB 215mm lB 315mm Espesor 55mm
Numero de salidas: 9
X
72
En AT se toman los siguientes datos:
Calibre del alambre: 19AWG Peso del bobinado: 10Kg.
Aislamiento entre capas: 2 de 0.15mm
Espiras por capa: 147
Medida de collar: 20mm
N° de capas: Canales de refrigeración: 3 PARTES
Numero de espiras totales: 2151 Aislamiento AT/BT: 3mm (12 capas de 0.25mm)
Salidas para el conmutador: F 6 5 4 3 2 1 P
Collarín: ésta hecho de papel “Shela” 0.25mm, con un ancho de 20mm; éste se utiliza para evitar que las espiras se salgan de la bobina y para aislar el devanado del núcleo.
Para BT se toman los siguientes datos:
Tipo de alambre: Fleje Rectangular AWG
Dimensiones: 55 x 0.35mm N° de espiras / N° de capas: 19
Aislamiento Cap / esp: 2 de 0.15mm Primeras 3 espi ras Sentido / salida: Derecha
Finalmente se deja una parte de observaciones:
En esta parte se va a limpiar el alambre o fleje para ver si se puede recuperar es decir si se puede volver a utilizar, y se realiza el corte de los materiales que se van a utilizar (papeles,
collares, y cilindros).
Ya para cuando se va a iniciar a devanar la bobina se alista el taco (cilindro) con su respectiva formaleta, y se cuadra de la misma manera en que venía y se empieza el proceso.
X
73
Se coloca el taco en el eje de la máquina de bobinado de BT teniendo en cuenta el sentido
de la bobinas, este transformador presenta un tipo de bobinado BT/AT/BT.
BOBINADO DE BT.
Se comienza a devanar por la parte de los terminales y se dan 19 vueltas, aisladas una de
otra con dos vueltas de papel aislante (“Shela” 0.15mm), las primeras 5 vueltas se refuerzan
con pegante reometol para que agarren mejor.
BOBINADO DE AT.
Después de esto se empieza a bobinar AT con ayuda de la máquina bobinadora de AT, se inicia aislando BT de AT con papel aislante de calibre 0.25mm (12 vueltas, ya que el
aislamiento entre bobinas debe ser de 3mm). Se dan dos vueltas largas para doblar el cono
de AT y las otras 10 vueltas son normales.
Luego se coloca un collar de 20mm de ancho (papel “Shela” 0.25mm), este se utiliza para evitar que las espiras se salgan de la bobina y para aislar el devanado del núcleo. Se deja
una salida de 30cm la cual va a ser el final de la bobina de AT, se devanan 148 21 espiras
por capa, aisladas entre sí con papel “Shela” de 0.25mm, hasta completar 1040, en total son
7 capas. El registro de estas espiras es realizado con ayuda de un contador. Las salidas son aisladas con tubos hechos de papel crepe, luego se aísla y se comienza a devanar
nuevamente para sacar las salidas del conmutador, y se saca el segundo terminal (TAP 6) al finalizar las 1040, se devanan 51 espiras y se aíslan con 20cm de papel “Shela” de 0.25 para
sacar el tercer terminal (TAP 5), se devanan 51 espiras y se aísla con 20cm de papel “Shela”
de 0.25mm y se saca de TAP 4, luego se dan otras 51 y se saca el TAP 3 se aísla de la
misma manera y se dan otras 51 vueltas para sacar el TAP 2, el final de estas 51 vueltas se saca el TAP 1, luego se devanan 907 espiras mas las repartidas en 6 capas cada una de 151
espiras, al finalizar se saca el principio.
74
ESQUEMA
F 6 5 4 3 2 1 P 1040 51 51 51 51 51 907
Figura n° 25 esquema de derivaciones del bobinado de Alta tensión.
El bobinado de AT lleva tres corrugados para la refrigeración, el primer corrugado en la tercer capa, es decir en las 444 espiras, el segundo corrugado en la sexta capa, es decir en las 888
espiras y el tercer corrugado en la séptima capa, es decir en las 1040 espiras.
BOBINADO DE BT Se aísla de la AT con 3mm de papel “Shela” de 0.25mm es decir 12 vueltas, y se empieza a
devanar de la misma manera que la primera bobina de BT. Cuando se termina de hacer la bobina ésta se aísla con 3 vueltas de papel “Shela” de
0.25mm. Este mismo proceso se repite para la construcción de las otras dos bobinas.
Al terminar la construcción de cada bobina, ésta sale con un “sticker” el cual es el formato
(MB 110), Ver anexo 7, en el cual se especifica la marca del transformador, la capac idad, voltaje AT y voltaje BT, bobinador de AT, bobinador de BT y fecha. Después de que se le
coloca el “sticker” a la bobina, ésta pasa a la sección de curado.
CURADO
El objetivo de este proceso es darle una resistencia mecánica por medio de la compactación a la bobina para que esta pueda soportar mayores descargas eléctricas y esfuerzos
mecánicos. Después de que las bobinas han sido aprobadas, pasan a la sección de ensamble para ser
BOBINA AT
75
prensadas, el proceso se realiza colocando un taco de madera en el cilindro de las bobinas
el cual debe tener las mismas medidas de este, de lo contrario las bobinas pueden quedar grandes o pequeñas. Luego se realiza el prensado de las bobinas con unas planchas
metálicas las cuales ajustan al máximo, separadas de las bobinas con un papel llamado
“Mailan”, el cual evita que las bobinas se adhieran a las láminas; dichas láminas son
ajustadas hasta tener las dimensiones dadas en el formato IEP 110 antes de introducirlas al
horno, Ver anexo 5; después de esto se introducen las bobinas al horno a una temperatura aproximadamente de 110°C, la cual permite dar una mejor forma a las bobinas y que el papel
epóxico (“Shela”) se adhiera entre capas para dar una resistencia mecánica al bobinado; éste proceso dura aproximadamente 2 horas y 30 minutos, enseguida de esto se aumenta la
temperatura del horno a 120°C durante 30 minutos más; transcurrido este tiempo se sacan
las bobinas del horno y se dejan enfriar, sin retirar el taco ya que las bobinas se pueden
ampliar. Para este procedimiento existe un formato IEP 120 en el cual se diligencia la siguiente información. Ver anexo 8.
Inspección visual: Bueno: Malo:
Colocación de la bobina: Bueno: Malo:
Ajuste Taco: Bueno: Malo:
Dimensiones: ab 193mm bB 320mm EB 45mm Temperatura (°C): Inicial 110 Final 120 Tiempo: 3 Hrs
Fecha: Elaboro: Firma
MONTAJE PARTE ACTIVA
Luego del curado, se pasa a la sección de ensamble, para realizar el montaje de la parte
activa. Como el núcleo ya esta limpio, se traen las bobinas a la banda de montaje, como este
es de tipo columna, a cada una (de las 3 columnas) se le introduce su respectiva bobina, y
se comienza a colocar el cierre según la forma de armado con la que llega el transformador.
Las láminas son de calibre 0.27mm de espesor cuando se cierra, se ajustan las láminas
golpeándolas con un mazo de caucho. Luego se cuñan las bobinas contra el núcleo con
X
X
X
76
palos de madera, puesto que el transformador venía así; esto se hace para la refrigeración y
para que el núcleo y la bobina queden ajustados.
Después se colocan las prensas y se ajustan con sus respectivos tornillos; como el núcleo es
troquelado, el tornillo pasa por dentro de la prensa y del núcleo y éste es ajustado de tal
manera que queda prensado. Este tornillo es forrado con papel “Shela” puesto que tiene que
quedar totalmente aislado del núcleo y la prensa; las arandelas son hechas en papel “Prespan”. Luego se le hace una prueba de aislamiento para verificar si los tornillos quedaron
aislados totalmente, con el “Megger” de 500V / 1000M: Se realiza la medida entre la prensa y el tornillo y nos damos cuenta que existe un corto por que la aguja se deflecta hacia cero,
como en este caso se presento contacto, fue necesario destornillar y volver a hacer los tubos
para volver a aislar los tornillos.
Ya realizados los tubos para los tornillos estos se vuelven a meter entre la prensa y el núcleo
y se vuelve a realizar la prueba, como no se presento contacto entre la prensa y el tornillo, se
procede a conectar el neutro al lado de BT (los principio de cada bobina), y los finales de
cada bobina son las fases (x y z).
Después de esto, se procede a conectar AT; se conecta el principio de la bobina U y el final
de la V, principio de la V y final de la W y principio de la W y final de la U, y así se obtienen las salidas U V W para formar la delta del primario.
Cada bobina tienen 9 terminales, un principio, un final, seis Taps que van al conmutador y un
terminal de 11400 que fue anulado, es decir aislado totalmente, ya que no era necesario. Ver figura n° 23
Luego se procede a conectar las salidas del conmutador. Dichas salidas se conectan de acuerdo a la marca que trae el conmutador, luego se aíslan con papel crepe y finalmente se
conectan las salidas de AT , las cuales se sueldan con autógena y se asilan con tubos de papel crepe previamente cortados.
Luego se termina el proceso, probando la relación de transformación y un chequeo de
77
aislamiento con “Megger” a BT y resistencia del devanado de AT. El transformador se deja
en la posición que traía el conmutador. Estos datos son registrados en el formato IEP 130 el cual trae la siguiente información. Ver anexo 9.
Inspección visual:
Conexiones: Pantallas: Distancias: Presentación:
Prueba de relación de Transformación:
Posición U V W Tensión
1 113.245 113.290 113.285
2 110.660 110.505 110.595
3 108.030 107.935 107.898 13200
4 105.375 105.240 105.115
5 102.605 102.145 102.135
Tabla n° 20 Datos arrojados por medio de la prueba de TTR; se obtienen cinco valores de relación en cada
fase, puesto que el conmutador tiene cinco derivaciones.
Resistencia del devanado AT: _ 26.7 Posición del conmutador: 3
Aislamiento con Megger [M]: BT/AT: 200 BT/T: 150 AT/T: 250
Tensión: 500V Tiempo: 60 segundos
SECAMIENTO DE LA PARTE ACTIVA
Luego se mete al horno para que el papel “Shela” se adhiera y para eliminar toda la humedad
que pueda tener la parte activa y colocarla en su punto adecuado para la terminación del transformador. Una vez cerrado el horno se justa el termostato a 75 °C, temperatura que se
alcanzara después de 5 horas aproximadamente; ya cuando se estabiliza en esta
temperatura, se ajusta nuevamente el termostato a 90°C por un tiempo de 16 horas para su secamiento total. Para este proceso se llena el formato IEP 140 el cual contiene la siguiente
información. Ver anexo 10.
X X X X
78
Inspección visual:
Conexiones: Pantallas: Distancias: Presentación:
Horno: Temp. Inicial (°C): 75 Tiempo: 18Hrs Temp. Final (°C): 110
ENCUBE
Después de esto, se saca la parte activa del horno, con la ayuda de la diferencial y se introduce dentro del tanque. El núcleo se debe introducir a no menos de 80°C, para evitar
que este reciba humedad del medio ambiente, después de terminado este procedimiento se coloca el conmutador.
A continuación se colocan los herrajes de BT con sus respectivos empaques, para evita r
fugas de aceite. Luego se llena de aceite el tanque hasta llegar su nivel; éste aceite debe estar con una temperatura de 60 a 70° C para evitar que la parte activa se enfríe y así que le
entre humedad.
El siguiente paso es colocar la tapa con su respectivo empaque y se debe pegar con pegante instantáneo, la cual ya viene con los herrajes de AT puestos y luego se procede a realizar la
prueba de vacío mecánico o hermeticidad. Ver anexo 3.
Prueba presión inicial Tiempo (min.) Presión final
Hermeticidad 10 30 8 Tabla n° 21 resultados prueba de hermeticidad.
Posteriormente de realizar esta prueba el transformador es llevado al campo de pruebas.
Antes de comenzar a realizar las respectivas pruebas respectivas de esta sección, se delimita
el área en donde se llevaran a cabo dichas pruebas, esta delimitación se hace por medio de
una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de
tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección
del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta de entrada.
X X X X
79
En este campo de pruebas se llevan a cabo las siguientes pruebas:
Prueba de aislamiento. Prueba de resistencia de los devanados (entre fases).
prueba de relación de transformación.
Prueba de tensión aplicada.
Prueba de tensión inducida.
Prueba sin carga (en vacío). Prueba en corto circuito.
Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben
tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, se
obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-
100.(protocolo de pruebas). Ver anexo 4.
Prueba AT-T BT -T AT-BT
Megger 11000M 13000M 16200M Tabla n° 22 resultados prueba de aislamiento, p. Final.
U – V U – W V – W
26.4 [] 26.4 [] 26.5 [] Tabla n° 23 Medida de la resistencia de los devanado.
BT -AT y T AT – BT y T Tiempo
7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 24 tensiones aplicadas y tiempo.
Tensión Frecuencia Tiempo
318 415 Hz 18 seg Tabla n° 25 tensiones inducidas y tiempo
80
Tensión [V] Iu [A] Iv [A] Iw [A]
212 6 6.4 6.3 Tabla n° 26 medidas de tensión y corrientes de cada fase sin carga.
I = 3.28 [A] V = 200 [V] Perdidas = 850[W] Tabla n° 27 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.
Después de realizar estas pruebas, el transformador queda totalmente terminado, éste es llevado a la sección de almacenamiento, la cual se encuentra dentro de la empresa; listo
para su entrega al cliente con un documento en donde se encuentran las pruebas que se le realizaron y los datos que arrojaron.
2.1.4.1 CÄLCULOS TEÓRICOS
][681.5
][13200][75
][212
][13200
75
AInAT
V
KVAInAT
VnAT
SnInAT
VVnBT
VVnAT
KVAordeTansformad
=
=
=
==
ALIMENTACIÓN PRUEBA FRECUENCIA[Hz] TENSIÓN[V] CORRIENTE[A] POTENCIA[W]
Lado BT O.C 60 212 6.23 420
Lado AT C.C 60 400 3.28 850 Tabla n° 28 resultados pruebas o.c y c.c.
81
o.c = open circuit = circuito abierto
c.c = short circuit = corto circuito
- Prueba de circuito abierto : Perdidas en el hierro = 80[W]
][23.6*][212
][420
*
AV
WCosPF
IocVoc
PocCosPF
==
==
ϕ
ϕ
PF= 0.317 en atraso La admitancia de excitación esta dada por:
MCE
E
E
E
Xj
RjY
Y
CosV
AY
PFCosVoc
IocY
11786.2313.9
][518.71938.2
317.0][212][23.6
23
2
1
1
−=−=
Ω°−∠=
−∠=
−∠=
−−
−
−
−
Por tanto
][376.107313.91
3 Ω== −CR
BT
][893.35786.21
2 Ω== −MX
- Prueba de corto circuito: Perdidas en el Cobre = 230[W] El factor de potencia durante la prueba de corto circuito es:
82
][28.3*][400
][850
*
AV
WCosPF
IccVcc
PccCosPF
==
=
ϕ
ϕ
PF = 0.647 en atraso La impedancia serie está dada por:
][97.929.78
][68.4995.121
647.0][28.3][400 1
1
Ω+=
Ω°∠=
−∠=
−∠=
−
−
jZ
Z
CosA
VZ
PFCosIcc
VccZ
SE
SE
SE
SE
Entonces, la resistencia y la reactancia son: AT
][9.78Re Ω=q ][97.92 Ω=Xeq Refiriendo los valores obtenidos en BT, al lado de AT, se emplean las siguientes expresiones:
][15.139893.35*264.62*
][275.416376.107*264.62*
264.62212
13200
22
22
Ω===
Ω===
===
KXaX
KRaR
N
Na
MBTMAT
cBTcAT
BT
AT
83
Figura N° 26 Circuito equivalente del trafo de 75[KVA], 13200 / 212
referido al lado de AT tensión.
Basado en:
MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Stephen J. Chapman, tercera edición, Mayo de 2000. Pag 82 – 90.
2.1.5 INSPECCION A TRANSFORMADORES DE LA EMPRESA DE ENERGIA DE CUNDINAMARCA
La empresa gano una licitación en el año 2002, para realizarle mantenimiento y reparación a
los transformadores de la Empresa de Energía de Cundinamarca, llegaron 4 transformadores a los cuales era necesario realizarles una inspección, para observar si la
garantía cubría los daños; dicha inspección debía ser hecha en presencia de la Ingeniera Eléctrica Rocío Galvis de la Empresa de Energía de Cundinamarca.
En esta inspección también fueron llenados los formatos (IER 100) por parte de la empresa
en presencia de la Ingeniera; son cuatro transformadores (3 monofásicos y 1 trifásico) de las
siguientes potencias:
3 Monofásicos de 15 KVA
1 Trifásico de 75 KVA
84
Se comienza a diligenciar el formato, con las especificaciones de cada transformador y se
analiza cada uno de ellos para detectar la posible falla y así determinar si tiene o no garantía. Se determina en cada uno de los formatos de estoa trafos que el trabajo a realizar en una
inspección , y dependiendo de ésta si hay que cubrir garantía o no.
Primer transformador:
Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca
No Fabricación: 23402 Año de fabricación: 88
Marca: ANDINA
Tipo: T T D
Fases: 1 Tensiones: 13.200/240 V
Potencia: 15 KVA
Frecuencia: 60 Hz.
Grupo de Conexión: Ii0 Refrigeración: ONAM
Fecha: 10 / 03 / 03
Se comienza a revisar el estado de la placa, nivel de aceite, válvulas de seguridad, tierra y se
especifica si traen o no traen y en que estado vienen. Para este caso la placa y la tierra
venían en buen estado y el nivel de aceite y las válvulas de seguridad venían defectuosos.
Luego se procede a revisar el tanque y los radiadores los cuales vienen en buen estado.
Después se observan los pasa tapas de AT y BT, que junto con sus herrajes presentan un
buen estado.
Después de realizar la inspección externa, se procede a quitar la tapa y se descarta la
posibilidad de que la falla haya sido por una sobrecarga, puesto que el aceite está en buen
estado, por esta razón se le hace una prueba de relación de transformación (TTR), ya
85
descrita en pruebas a transformadores. Al realizar esta prueba nos indica que el bobinado
esta abierto, ya que la aguja del “null detector” no se deflecta.
Luego se le extrae el aceite que traía, se le quitan los herrajes de BT y se concluye que es
necesario medir la resistencia de los devanados con ayuda del multímetro, primero se
prueba continuidad en la bobina de AT, la cual no presenta, lo que indica que hay un pequeño
corto entre espiras. Para este transformador la empresa si cubre la garantía, puesto que el daño fue causado en el bobinado. Para el segundo transformador:
Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca
No Fabricación: 14682
Año de fabricación: 74 Marca: SIEMENS
Tipo: ckom26155
Fases: 3
Tensiones: 13.200/212 V Potencia: 75 KVA
Frecuencia: 60 Hz.
Grupo de Conexión: DYN5 Refrigeración: ONAM
Fecha: 10 / 03 / 03
Al realizar la inspección externa nos damos cuenta de que el estado de la placa, el nivel de aceite, las válvulas de seguridad, los herrajes, los pasa tapas de AT y BT, el tanque,
presentan un buen estado, lo único que se encuentra en mal estado, es la pintura.
Se procede a quitar la tapa y se le extrae el aceite, el cual presenta un color negro, luego se quitan los herrajes de BT, se le quita el anclaje y se saca la parte activa con ayuda de una
diferencial para determinar cual fue la posible falla y así saber si la garantía se aplica en este
caso o no. Se determina que una bobina esta en corto por el lado de AT y que el transformador sufrió una sobrecarga por el lado de BT, lo que produjo que el transformador
86
se calentara puesto que la corriente aumento demasiado. En este caso la empresa no cubre
la garantía puesto que la falla fue producida por una sobrecarga.
Tercer transformador: Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca
No Fabricación: 101062
Año de fabricación: 82
Marca: SIEMENS
Tipo: CWOUM 1935/15
Fases: 1
Tensiones: 13.200/240 V Potencia: 15 KVA
Frecuencia: 60 Hz.
Grupo de Conexión: Ii0
Refrigeración: ONAM Fecha: 10 / 03 / 03
Se realiza la inspección externa y se observa que la placa y la tierra se encuentran en buen
estado, no trae aceite y las válvulas de seguridad le faltaban. Los pasa tapas y los herrajes se encuentran en buen estado, la pintura esta defectuosa.
El transformador viene con su bobina y su conmutador completamente quemados y sin aceite, por lo cual se concluye que la posible falla fue una sobrecarga. Para este
transformador la empresa no cubre la garantía.
Cuarto transformador: Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca
No Fabricación: 60772 Año de fabricación: 83
Marca: SIEMENS Tipo: CWOUM 1925/15
Fases: 1
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Tensiones: 13.200/240 V
Potencia: 15 KVA Frecuencia: 60 Hz.
Grupo de Conexión: Ii0
Refrigeración: ONAM
Fecha: 10 / 03 / 03
Al igual que el anterior transformador este presenta las mismas condiciones, excepto que
este trae aceite pero este esta completamente quemado, se concluye que la falla fue causada
por una sobrecarga. En este caso tampoco se aplica garantía.
2.1.6 MANTENIMIENTO A TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE 15 KVA
Al llegar el transformador se llena la ficha de entrada. Ver anexo 1 No. Recibo:
Cliente: Héctor Pineda Fecha: 20 / 03 / 03
Marca: SIEMENS Numero: 187731
KVA: 15 No fases: 3
Tensiones: 11400 / 214
Conexión: DYN5 Tipo: CWOUM 1635/15
Año de fabricación: 97 Referencia: Inspección: Reparación: Mantenimiento:
Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia
su respectivo formato (IER-100). Ver anexo 2.
X
88
Se observa que la placa, el nivel de aceite, la válvula de salida, el tanque, los pasa tapas, los
herrajes se encuentran en buen estado, además se determina que trae su bobinado original y sus prensas son de tipo caja.
El núcleo de este transformador es de tipo encintado, y está en buen estado su presentación
(pintura) exterior como interior.
Se realiza la prueba de relación de transformación (TTR), la cual arrojo los siguientes datos:.
POSICION U V W
1 94.655 94.665 94.660
2 92.290 92.295 92.220
3 90.045 90.055 90.035
4 87.735 87.747 87.740
5 85.430 85.435 85.432 Tabla n° 29 resultados prueba relación de transformación a trafo de trifásico de 15 KVA.
Se deduce que el bobinado de AT y BT se encuentran en buen estado puesto que esta
relación es similar entre fases. Luego se le hace una prueba de aislamiento con el “Megger” la cual nos arroja los siguientes
datos:
BT/T AT/T BT/AT
20000M 20000M 25000M Tabla n° 30 resultados prueba de aislamiento, inspección. Trafo trifásico de 15 KVA
Luego se procede a quitar la tapa del transformador para extraer el aceite totalmente por
medio de una bomba eléctrica, y se almacena en canecas debidamente marcadas. A
continuación se desconectan las salidas de baja tensión y se retiran los herrajes de esta misma, con ayuda de una llave para tubo.
Luego se retira el conmutador, el cual viene roto por lo tanto es necesario cambiarlo, éste viene en la posición 2.
89
Después se retira el anclaje que sostiene la parte activa (núcleo, bobinas) del transformador
dentro del tanque, se desencuba y se coloca sobre el tanque unas de bases de madera o metal, se descarga la parte activa sobre éstas para que escurra todo el aceite posible, luego
se lleva la parte activa al horno, mientras el tanque es llevado a la sección de lavado.
Después de ser lavado tanto su exterior como su interior se lleva a la sección de pintura.
En esta sección también se demarcan las fases de AT (U V W) y de BT (x y z y punto neutro), así como su potencia en KVA (15), marca del transformador, voltaje de AT (11400) y
voltaje de BT (214). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS) en el cual se especifica que es mantenimiento.
Como la parte activa se encuentra dentro del horno para su secamiento total, es decir que el
aceite salga totalmente de los devanados y del núcleo, este es encendido a 75° C por un
tiempo de 6 horas, luego se sube el termostato a 100° C por un tiempo de 12 a 16 horas
según la carga de horno (numero de transformadores que estén dentro de este).
ENCUBE Al transcurrir el tiempo indicado, el horno es apagado y su puerta se abre durante 15 minutos
para que salga el vapor. La parte activa es sacada con ayuda de la diferencial para su encubamiento, para esto se trae el tanque terminado a la sección de encube y se introduce la
parte activa dentro de Éste. Para este procedimiento la parte activa debe estar mínimo a una temperatura de 80° C, para evitar que esta reciba humedad del medio ambiente.
Luego se ancla la parte activa al tanque para evitar que éste quede en movimiento; después
de terminado este procedimiento se coloca el conmutador nuevo y después se le introduce
aceite al tanque hasta tapar la parte activa; este aceite debe estar con una temperatura de 60°C a 70° C para evitar que la parte activa se enfríe y así que le entre humedad.
Después se colocan los herrajes de BT y punto neutro para posteriormente, completar el nivel
de aceite, el cual viene especificado en el tanque, luego se le coloca la tapa con toda su tortillería y se ajustan los aisladores y herrajes de AT.
90
Luego de esto se realiza la prueba de vacío mecánica, para garantizar la hermeticidad, ésta
descrita en pruebas a trafos. Se diligencia el formato IEP 150 el cual trae la siguiente información: Ver anexo 3.
Prueba presión inicial Tiempo (min.) Presión final
Hermeticidad 10 30 8 Tabla n° 31 resultados prueba de hermeticidad . Trafo trifásico de 15 KVA.
Posteriormente de realizar esta prueba el transformador es llevado al campo de pruebas.
Antes de comenzar a realizar las respectivas pruebas respectivas de esta sección, se delimita
el área en donde se llevaran a cabo dichas pruebas, esta delimitación se hace por medio de
una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección
del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta
de entrada.
En este campo de pruebas se llevan a cabo las siguientes pruebas:
Prueba de aislamiento. Prueba de resistencia de los devanados (entre fases).
prueba de relación de transformación.
Prueba de tensión aplicada. Prueba de tensión inducida.
Prueba sin carga (en vacío).
Prueba en corto circuito.
Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, se
obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-100.(protocolo de pruebas). Ver anexo 4.
PRUEBA AT-T BT-T AT-BT
Aislamiento 18000M 20000M 20000M Tabla n° 32 resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 15 KVA.
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U – V U – W V – W
83.3 [] 80.05 [] 82.1 [] Tabla n° 33 resultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 15 KVA.
BT -AT y T AT – BT y T Tiempo
7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 34 tensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 15 KVA.
Tensión Frecuencia Tiempo
314 415 Hz 18 seg Tabla n° 35 tensiones inducidas y tiempo. Trafo de 15 KVA.
Tensión [V] Iu [A] Iv [A] Iw [A]
214 0.2 0.2 0.2 Tabla n° 36 medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 15 KVA.
I = V = 256 [V] Perdidas = Tabla n° 37 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito. Trafo de 15 KVA..
Después de realizar estas pruebas, el transformador queda totalmente terminado, éste es llevado a la sección de almacenamiento, la cual se encuentra dentro de la empresa; listo
para su entrega al cliente con un documento en donde se encuentran las pruebas que se le realizaron y los datos que arrojaron.
Nota: A este transformador no se le pudo hallaron los parámetros del circuito equivalente,
dado a que no se le tomaron datos de corriente ni potencia en la prueba de cortocircuito.
92
2.1.7 COMPARACIÓN DE LA PARTE TEÖRICA
CON LA PARTE PRÁCTICA..
Puesto que en la Universidad no existe ningún texto que trate sobre el proceso de
mantenimiento o reparación a transformadores, sólo se puede realizar una comparación de
la parte de pruebas que se le realizan ha dichas máquinas.
Para desarrollar la parte teórica se utilizaron los libros, [1]Manual de Lorenzo,DL 1080, Transformador trifásico, [2] Máquinas Eléctricas, Stephen J. Chapman, y [3] Siemens,
Transformadores de distribución, Dagoberto Ortiz.
PARTE TEORICA PARTE PRACTICA
Antes de comenzar el desarrollo de cada prueba es útil
tener una visión de los datos nominales de la máquina a
probar, estos datos están escritos sobre una chapilla
normalizada, para que las personas que las utilizan
puedan distinguir las características de funcionamiento
más importantes. [1]
La placa de características incluye el voltaje nominal, los
KVA nominales, la frecuencia nominal y la impedancia
serie por unidad, también muestra los voltajes nominales
por cada derivación (taps), y el esquema del cableado del
transformador. Igualmente la designación del tipo del
transformador y las referencias para su operación. [2]
En esta se graban los principales datos para la identificar
el transformador y sus características más importantes.
[3]
En Eléctricos Ingeniería y Servicios, se utiliza esta placa para llenar los datos de la ficha de entrada, para poder identificar el transformador
en cualquier parte del proceso, en esta ficha se especifica la marca, potencia en KVA, número
de fases, tensiones, frecuencia, conexión, año de fabricación, entre otros. Estos datos son
útiles en el momento de realizar las pruebas,
para evitar alguna falla por parte del Ingeniero que las realiza.
CARACTERÍSTICAS NOMINALES
93
Para la medición de esta resistencia de un devanado se
utiliza el método del voltaamperímetro, el cual consiste
en colocar el voltímetro después del amperímetro, ya
que tal conexión, dado el bajo valor de la resistencia incógnita, es preferible y se hace innecesaria la
corrección por el consumo de los instrumentos. Se
aconseja colocar el voltímetro solamente una vez alimentado el circuito y desconectarlo primero antes de
la interrupción del circuito mismo. El devanado de baja
tensión presenta en efecto un discreto valor de la
inductancia y las bruscas variaciones de corriente
pueden provocar una autoinducción de la f.e.m mucho
más elevada de la tensión de medida a la cual es
comparada la medición del voltímetro.
Antes de realizar la prueba es necesario precalcular el
valor de la resistencia de modo que permita elegir los
instrumentos y las alimentaciones más oportunas. [1]
CHEQUEO EN AT
Esta prueba se realiza con un multímetro digital, el cual se coloca en la escala de 200,
se verifica que las puntas del multímetro hagan
buen contacto con los bornes del transformador y se espera que se estabilice la
lectura del multímetro durante 30 segundos
para luego ser tomada. Esta lectura medida es el valor de resistencia existente en cada fase.
CHEQUEO EN BT La prueba de medición de resistencia en los
devanados de BT no se realiza, debido a que no se cuenta con el instrumento apropiado,
puesto que se sabe que la lectura debe marcar en el orden de los mili ohmios [m].
La relación de transformación de un transformador, es la
relación existente en el funcionamiento en vacío, entre la
tensión del devanado de alta tensión y la tensión del
devanado de baja tensión.
Los métodos para la medición de la relación de
transformación son principalmente dos:
3. Método potenciométrico: este método recure a
la utilización de un potenciómetro para corriente
alterna que realiza la medición por oposición
entre la tensión de BT y una fracción de una
tensión de AT.
4. Método directo: se basa sobre la definición
misma de la relación de transformación. Esto
consiste en medir con voltímetros, las dos
tensiones (primaria y secundaria) del
La prueba de relación de transformación se
realiza con un instrumento llamado TTR “(Transformer turn – ratio test set)” tipo
manivela o portátil, puesto que no necesita
fuente de energía externa para su
funcionamiento. Este instrumento nos indica si el devanado se encuentra en corto, abierto o continuo, es decir, si cada bobina del
transformador se encuentra en buen estado.
Para identificar si el devanado está abierto, la aguja que indica el “null detector”, no presenta
ninguna deflexión; cuando está en corto, la
aguja de excitación de corriente se desplaza
MEDICION DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS
MEDICION DE LA RELACIÓN DE TRANSFORMACION
94
tensiones (primaria y secundaria) del
transformador funcionando a vacío
El lado de alimentación para realizar esta prueba puede
ser elegido a gusto, ya que no tiene ninguna influencia
sobre los resultados de la medición. El resultado de la
medición es prácticamente independiente del valor de la
tensión de alimentación. Es conveniente alimentar el
transformador con valores de tensión próximos a los
nominales de los devanados elegido como primario de la
prueba y repetir la medición sobre cada fase para tres
valores diferentes de tensión, para reducir la incidencia
de los eventuales errores de lectura. [1]
aguja de excitación de corriente se desplaza
completamente hacia la derecha y si se encuentra en buen estado, el instrumento
marca la relación de transformación, la cual la hallamos girando una palanca (manivela) que
se encuentra al lado derecho de éste y
variando unas perillas que se encuentran en la parte superior de éste.
Consiste en medir las potencias absorbidas del
transformador, funcionando sin carga, estas determinan
el valor de la potencia de pérdida en el hierro por efecto de histéresis magnética y de corrientes parásitas. Así
mismo los valores de la corriente en vacío y el factor de
potencia, son útiles de conocer para el grado de
saturación del núcleo. La pérdida en el hierro en el
transformador prácticamente coincide con toda la
potencia absorbida en vacío. La corriente en vacío es en
efecto, un porcentaje muy pequeño de aquella nominal y
circula solamente en el devanado primario; esta
determina así, que las perdidas en el cobre son
perfectamente despreciables con respecto al valor de las
pérdidas en el hierro. Dada la directa influencia sobre el
valor de flujo en el núcleo, y por lo tanto sobre la
corriente y la potencia, es necesario hacer con atención
la medición y controlar el valor de la frecuencia5 para
realizar esta prueba es conveniente no exceder mas de
un 10 o 15% del voltaje nominal, para no provocar un
crecimiento acelerado de la corriente.
Normalmente conviene alimentar el lado de baja tensión,
por razones de seguridad. Para realizar esta prueba se
requieren los siguientes instrumentos: tres
amperímetros, un voltímetro, dos vatímetros y una fuente
Esta prueba se realiza con el fin de deducir el
grado de saturación de núcleo, a la vez que permite caracterizar la rama magnética del circuito equivalente del trafo.
Se aterriza el transformador a banco de
pruebas. Se puede conectar a cualquiera de
los devanados (AT o BT)del transformador a su tensión nominal y a 60 Hz, pero por seguridad
se realiza por baja tensión. Se toman las
medidas de corriente de cada fase por medio de amperímetros, el valor de potencia por
medio de un vatímetro trifásico y tensión por medio de un voltímetro.
PRUEBA EN VACIO
95
amperímetros, un voltímetro, dos vatímetros y una fuente
de alimentación. Si los instrumentos presentan un
elevado absorbimiento de potencia es necesario tener en
cuenta el consumo de estos. [1]
Se deja abierto el devanado secundario del
transformador y el devanado primario se conecta al
voltaje pleno nominal. Para realizar esta prueba se utiliza
un amperímetro, un voltímetro, un vatímetro y una fuente
que nos alimente el transformador a su voltaje nominal.
[2]
Prueba de corto circuito: Consiste en medir la cantidad
de corriente absorbida por el transformador cuando el
secundario esta en corto circuito y el primario esta
alimentado por una tensión oportunamente reducida, de
modo que las corrientes de los dos devanados resulten iguales a las nominales. Esta prueba determina el valor
de la potencia perdida por efecto Joule en los
devanados, cuyo valor es indispensable para el cálculo
del rendimiento convencional. También determina el
valor de la tensión Vcc de corto circuito y el factor de
potencia. Dichos valores son indispensables para el
calculo de la caída de tensión bajo cualquier condiciones
de carga.
La potencia absorbida por el transformador en el
funcionamiento de corto circuito, coincide con el valor de
las pérdidas en el cobre del transformador. La tensión de
alimentación es en efecto totalmente utilizada para
vencer la caída de tensión óhmica y reactiva de los
devanados y el único flujo que viene generado es aquel
disperso, cuyo recorrido se realiza exclusivamente en el
aire.
Para dimensionar el circuito de prueba se puede partir
de:
Los valores de potencia continua y de voltaje continuo
corresponden a una corriente absorbida que por los
general es igual al valor de la nominal. La prueba se
Esta prueba se realiza para determinar las
perdidas en el cobre, permitiendo completar los parámetros para el circuito equivalente del
transformador. Como esta prueba se realiza a su tensión
nominal hay que verificar que el conmutador este puesto en la posición correspondiente.
Se aterriza el transformador al banco de pruebas y se alimenta por el lado de AT con
las salidas del banco de pruebas y el
devanado de BT se cortocircuita incluyendo el punto neutro. Cuando la corriente en el
devanado de BT alcance su valor nominal medida con una pinza electromagnética, la
tensión de corto circuito será la leída en el voltímetro en ese instante.
PRUEBA CORTO CIRCUITO
96
general es igual al valor de la nominal. La prueba se
puede realizar eligiendo a voluntad el devanado de
alimentación, que no cambie el valor de potencia
continua ni de voltaje continuo. Normalmente conviene
alimentar el lado de alta tensión, con el objetivo de no
tener en el circuito de medición corrientes demasiado
elevadas. [1]
En la prueba de corto circuito los terminales del
secundario del transformador, se cortocircuitan y los del
primario se conectan a una fuente adecuada de voltaje.
El voltaje de entrada se ajusta hasta que la corriente de
los devanados cortocircuitados sea igual a su valor
nominal (asegurese de mantener el voltaje primario en un
nivel seguro). No es buena idea quemar lkos devanados
del transformador mientras se intenta probarlo. Los
instruemento utilizados para esta medición son un
amperímetro, un voltímetro, un vatímetro y una fuente
que nos alimente el transformador a su voltaje nominal.
[2]
No conocimos información alguna con respecto a la
realización de esta prueba en los textos tratados, ni
se realizó en las clases de laboratorio en la universidad.
Esta prueba se realiza con un transformador
de potencial de 40000 KVA, para probar los aislamientos entre AT y tierra y BT y tierra y
verificar las distancias mínimas.
Se debe aplicar tanto para AT como para BT aproximadamente el 75% de más del valor
nominal.
CHEQUEO BT CONTRA T. Cortocircuitamos los bornes de BT incluyendo el punto neutro, con un alambre calibre 17
AWG desnudo, se conecta la salida del
transformador de potencial a cualquier borne
de BT y se le aplica 7.5 KV por 60 segundos, esto se maniobra con ayuda del banco de
PRUEBA DE TENSIÓN APLICADA
97
pruebas. Los devanados de AT también se
deben dejan cortocircuitados con un alambre 17 AWG desnudo, éste puede ser conectado a
tierra o no, puesto que la tensión que se aplica en BT la puede soportar dicho devanado. Con
el caimán libre se aterrizan los bornes de BT
para evitar posibles accidentes. Esta prueba no nos arroja ningún valor, solo se verifica que
el aislamiento no tenga ninguna falla.
CHEQUEO AT CONTRA BT Y TIERRA
Cortocircuitamos los bornes de AT con un alambre calibre 17 AWG, se conecta la salida
del transformador de potencial a cualquier borne de AT y se le aplican 25 KV durante 60
segundos, los bornes de BT no son desconectados, por el contrario siguen cortocircuitados y se aterrizan. Si el
transformador presentará alguna falla de aislamiento, se dispararían las protecciones
del banco y los lectores de corriente se elevarían.
No conocimos información alguna con respecto a la realización de esta prueba en los textos tratados, ni
se realizó en las clases de laboratorio en la
universidad.
Esta prueba se realiza para descartar que existan fallas en el bobinado, como corto entre
espiras, que el devanado se encuentre abierto,
es decir que no tenga continuidad.
El transformador debe estar aterrizado al banco de prueba. Con ayuda del banco de pruebas activamos un generador el cual nos
proporciona una frecuencia de 415 Hz, la cual se le aplica al transformador durante 18
segundos y el valor de la tensión debe ser el 75% más de la nominal del devanado de BT.
PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA
98
75% más de la nominal del devanado de BT.
Al finalizar esta prueba el transformador debe ser aterrizado para evitar posibles accidentes,
puesto que como es aproximadamente el doble de tensión existe mayor riesgo.
No conocimos información alguna con respecto a la
realización de esta prueba en los textos tratados, ni se realizó en las clases de laboratorio en la
universidad.
Esta prueba se realiza para medir el
aislamiento que existe entre BT contra T, AT contra T, y AT contra BT, para esto también es
necesario aterrizar el transformador a la tierra
del banco de pruebas.
CHEQUEO BT CONTRA T Para realizar esta medición el terminal “LINE”
del megger, se conecta a un borne de BT del
transformador a probar y el terminal “EARTH”
se conecta a la tierra de éste mismo, se aplica tensión (2500V) durante 60 segundos para luego tomar la lectura.
CHEQUEO AT CONTRA T Luego se mide AT contra tierra; para esto el
terminal “LINE” se conecta en un borne de AT y el terminal “EARTH” a la tierra del
transformador, se aplica la tensión durante 60
segundos y se toma la lectura. CHEQUEO AT CONTRA BT
La última medición es AT contra BT, para esto
el terminal “EARTH” se coloca en cualquier
borne de BT y el terminal “LINE” en cualquier borne de AT, al igual que en los dos mediciones anteriores se aplica tensión
durante 60 segundos y se toma la lectura.
PRUEBA DE AISLAMIENTO
99
No se realiza la prueba de BT contra AT,
puesto que el resultado de esta seria la misma de AT contra BT, por esta razón solo se realiza
una de las dos.
Cuando se finaliza cada prueba de Aislamiento
con Megger, es necesario aterrizar los bornes en los que se realizaron para las medidas,
puesto que quedan cargados, para esto se
deja un caimán, una pata se deja a tierra y la otra se deja libre para aterrizar.
El esquema de conexiones para realizar esta
prueba es el mismo tanto para transformadores monofásicos como trifásicos.
100
2.2 MOTORES
2.2.1. PRUEBAS A MOTORES
2.2.1.1 PRUEBA DE AISLAMIENTO
INSTRUMENTO: “MEGGER “ 500V / 10000[MΩ ]
PROCEDIMIENTO:
En motores se debe realizar esta prueba dos veces, la primera se hace para verificar que el bobinado no se encuentre aterrizado, es decir que no este pegando con la carcaza; esta se
debe realizar cuando el estator esta recién bobinado. Para realizarla el terminal “LINE” del
“megger” debe ser conectado al bobinado y el terminal “EARTH” a la carcaza del motor.
La segunda se realiza cuando el motor esta completamente armado; en ésta se realiza la medida de cada fase con referencia a los platillos. Para llevar a cabo esta medición, el
terminal “LINE” debe ser conectado a la fase que se va a medir y el terminal “EARTH” a los
platillos; comparada la primer fase se procede a medir de la misma manera la segunda, para
luego ser medida la tercera. Estas mediciones se realizan para verificar que el motor no se
encuentre aterrizado.
Nota: Al realizar estas pruebas se debe esperar 1 minuto mientras el equipo estabiliza la
lectura, y para que el motor apruebe estas pruebas debe arrojar un resultado mayor a
1800[M Ω ], en cada una de ellas.
101
2.2.1.2 PRUEBA EN SIN CARGA .
INSTRUMENTO: TENSIÓN BANCO DE PRUEBAS PROCEDIMIENTO:
Consiste en alimentar el motor a su tensión nominal, dejando que el eje rotor gire libremente,
es decir sin ninguna carga.
Luego se intercambia una fase, esto para verificar si el motor puede girar en ambos sentidos. En esta prueba también se verifican las revoluciones por minuto del motor con ayuda de un
tacómetro análogo.
2.2.2 TRABAJOS EN GENERAL, QUE SE REALIZAN A MOTORES PARA
REPARACIÓN.
A continuación se describirán de forma detallada los trabajos más generales que se realizan en el proceso de reparación de motores; esto para no causar que el documento se torne
monótono, puesto que para todos los motores se realizan los mismos procedimientos.
1. Ficha de entrada :
Se diligencia la ficha de entrada, con ayuda de la placa característica, siempre y cuando
el motor la traiga. Esta ficha sirve para identificar el motor en cualquier parte del proceso.
Los datos llenados en esta ficha son útiles en el momento de realizar las pruebas, para evitar fallas como sobretensiones.
2. Inspección visual: verificar que al motor no le falte ninguna parte y en que estado se
encuentran.
3. Puntos guías:
Antes de desarmar el motor, primero se hace una marca en los platillos (centrepuntear), esta marca se realiza para tener una guía en el momento de volver a armarlo. Esta marca
102
se hace golpeando los platillos con un cincel; se realiza una marca en el platillo y la otra
en la carcaza del motor; se debe realizar en ambos extremos del motor; en un extremo se coloca un punto y en el otro dos puntos.
4. Desarme:
Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, ya
que al ser entregado al cliente éste debe tener esta misma conexión. Algunas veces el cliente pide que le sea cambiada esta conexión, por razones como que el motor esta
consumiendo mucha corriente, el voltaje de alimentación para utilizar el motor con esa conexión no lo tiene, etc.
Al desarmar, hay que dejar las partes en un sólo lugar, para que no se confundan con las
de otro motor o se puedan extraviar.
Posteriormente se quita la caperuza, la cual se encuentra al lado del ventilador como
protección para éste. Luego se procede a quitar el ventilador con una, para luego quitar el
platillo.
Después se retira el platillo del lado posterior con la misma llave que se utilizó para el
platillo anterior, éste platillo es golpeado con un martillo para que pueda salir totalmente. Se extrae el rotor de la carcaza, para poder observar la conexión interna del motor.
A continuación se rompen todas las coronas con un cincel, para después extraer el
alambre de las ranuras, para esto se utiliza un botador, el cual debe ser igual o más pequeño del mismo tamaño de la ranura. El botador se coloca sobre la ranura y luego se
empieza a golpear éste para que el alambre vaya saliendo por el otro extremo de la
ranura.
Algunas veces es necesario calentar el estator para sacar el alambre; puesto que éste se
queda pegado al estator; esto puede ser causado por un corto, el cual hace que el
material se funda en el núcleo, o por la laca que trae el cobre para su aislamiento.
103
5. Toma de datos:
Se procede a tomar los datos números de ranuras, espiras por ranura, calibre de las espiras, tipo de devanado, números de polos, número de grupos, etc.
6. Medida de la bobina:
Luego se procede a tomar la forma y medida de la bobina, para esto se utiliza un pedazo
de alambre sin importar si no es del mismo calibre del alambre que va llevar la bobina. Esta medida nos sirve para cuadrar la formaleta que se va utilizar para realizar la bobina.
Al realizar esta medida se debe tener en cuenta que la corona de la bobina no quede pegando con los platillos; puesto que esto ocasionaría que el motor de fugas a tierra.
7. Realización de las bobinas:
Las bobinas se realizan en una máquina bobinadora manual, en la cual se cuadran las respectivas formaletas, la distancia que debe haber entre éstas equivale al paso de
ranura.
Ya para devanar se toma una palanca, la cual hace que gire la parte donde se encuentran las formaletas y así se realiza una vuelta, la cual va a ser registrada por un
contador que posee la máquina.
Cuando se esta bobinando y el alambre no alcanza para realizar toda la bobina, se realiza una unión con ayuda del equipo de autógena añadiendo las puntas con soldadura
de fósforo y se continua con el proceso.
8. Limpieza de núcleo: Mientras se realizan las bobinas, otra persona va limpiando las ranuras del núcleo con
una cuchilla para retirar la laca pegada, para luego pasarle una lija para su limpieza
definitiva.
Algunas veces es necesario calentar el estator, para poder extraer completamente el alambre, puesto que este se adhiere completamente a la ranuras por la laca que se utiliza
como aislante.
104
Después que esta limpio el núcleo, se comienza a aislar las ranuras con papel “nomex”
de 0.18mm, el cual debe tener la misma medida de la ranura, tanto lo ancho como lo largo. Este proceso se debe realizar para cada ranura.
Ya colocado el papel en el núcleo y realizadas las bobinas se empieza a bobinar el
estator.
9. Devanado:
Para aislar las espiras del núcleo (estator), se coloca papel “Mailan”, el cual evita que la espira se salga de la ranura, el espesor de este papel es de 0.15mm, de largo según la
medida de la ranura.
Al introducir cada bobina los principios y los finales de ésta deben quedar largos, por los
menos 15cm, puesto que éstos van a ser los terminales del motor.
Ya colocadas todas las bobinas dentro de las ranuras con su respectivo paso, se
empiezan a aislar las coronas con papel entrefases de 0.30mm, esto para evitar que
halla corto entre fases, éste proceso se debe realizar en ambos lados del motor.
Una vez terminado el aislamiento en las coronas, se toma un hiladillo, el cual ajusta o amarra el papel entrefases; este ajuste se debe hacer en sentido contrario en que están
las bobinas y realiza seguido, es decir en cada bobina.
Este ajuste se hace para darle mayor resistencia al bobinado, es decir que no se expanda cuando el motor este en funcionamiento. Luego de ser ajustadas las coronas por ambos
lados, se golpea el bobinado con un mazo de caucho, para darle forma y evitar que
pegue con el rotor.
10. Conexiones internas:
Son conexiones que se realizan entre los grupos de bobinas, para con estos obtener los terminales de salida.
11. Empalmes:
Luego que se obtienen los terminales de salida, se procede a empalmarlos y luego
105
unirlos con soldadura de fósforo, con ayuda del equipo de autógena. Se protegen los
extremos del empalme con Asbesto, para evitar que estos se quemen la alta temperatura, se calienta el empalme hasta que éste se torne de un color rojo cereza,
aproximadamente 300°C, para que al aplicarle la soldadura ésta se adhiera mejor y
pueda penetrar en el empalme. Luego se retira el asbesto, se deja enfriar y para luego
colocar un aislante fibra de vidrio de nombre “Espagueti” de 1cm, éste sobre el empalme. Este procedimiento se debe realizar para todas las uniones.
A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado.
12. Primer prueba de aislamiento:
Luego que los terminales son sacados por la bornera, se procede a realizar la primer prueba de aislamiento con ayuda del “Megger”.
13. Secado:
Si el resultado de la prueba de aislamiento arroja un valor bueno, se pasa el núcleo al horno para darle secamiento, por un espacio de 6 horas a 100°C.
Transcurrido este tiempo el núcleo es sacado del horno y es llevado a la sección de
lacado.
14. Lacado o impregnado:
Por medio de un sistema de goteo, es decir regando laca alrededor de todo el devanado;
se aplica laca Royalac 521, hasta impregnarlo completamente,
Ya lacado el bobinado por ambos lados se deja escurrir el sobrante de laca por 30 minutos y luego se introduce al horno a 120°C por un espacio de 12 horas.
15. Limpieza de partes:
Mientras el bobinado esta en el horno, las otras partes como las platillos, caperuzas y tornillos se limpian en un recipiente con gasolina, restregándolos con una brocha para
quitar residuos de grasa y lijándolas en caso en estar oxidadas, luego de esto son
106
secadas con aire a presión.
Por otra parte el rotor jaula de ardilla se lija, para después limpiarlo con estopa húmeda y gasolina, esto se realiza para evitar que quede pegando contra el núcleo o contra el
bobinado. También se lija el eje por ambos lados, para que sus rodamientos entren
suavemente.
16. Introducción de rodamiento: A continuación se procede a introducir el rodamiento nuevo en el eje, éste debe ser de la
misma referencia que el rodamiento que traía. Para introducirlo se calienta la parte interna del rodamiento con ayuda del equipo de autógena, como la parte interna del
rodamiento se calienta, ésta se expande y así puede entrar con mayor facilidad, sin
necesidad de golpearlo; este proceso se realiza para introducir el rodamiento de cada
lado. Ya colocados los rodamientos se dejan enfriar 10 minutos para que ajusten.
Transcurrido el tiempo de secamiento el núcleo (estator) es sacado del horno, y se
empieza a limpia, es decir se le retira la laca que queda adherida a éste, para que al introducir el rotor, no vaya a quedar pegando con el estator.
17. Armado: Luego de esto se coloca el rotor dentro del núcleo, verificando los puntos guías, para
evitar que el motor sea armado al revés, se atornilla el platillo, después se coloca el del
otro lado, es decir el del lado del ventilador.
18. Segunda prueba de aislamiento:
Esta prueba se encuentra especificada en el numeral 7.1, el cual corresponde a pruebas
a motores.
19. Prueba sin carga:
Esta prueba se encuentra especificada en el numeral 7.2, el cual corresponde a pruebas a motores.
107
20. Terminado:
Luego de esto se procede a forrar los cables de los terminales de salida con un material de fibra de vidrio llamado “Espagueti”, y se ponen los herrajes de cobre, con ayuda de
una remachadora o ponchadora.
Después se procede a acoplar el ventilador con ayuda de un mazo y se ajusta con sus
tornillos, para posteriormente colocar la caperuza.
Luego se coloca la caja bornera y se ajusta con sus respectivos tornillos a la carcaza del motor; dejando que por ella salgan los terminales de salida. Terminado este proceso, el
motor es llevado a la sección de pintura, con ayuda de una montacarga, en caso de ser necesario.
21. Pintura:
Ya estando el motor en la sección de pintura, se cubre la placa característica con cinta de enmascarar para evitar que esta sea pintada, y el eje es forrado con papel periódico. Con
una pistola de alta presión se procede aplicar Laca Terinsa Super 2062 a la carcaza, en
este proceso sólo se le aplica una capa al motor (carcaza).
Ya pintado el motor se deja secar por 45 minutos, para luego pasarlo a la sección de
almacenamiento o entrega al cliente.
22. Almacenamiento:
Realizados todos los trabajos al motor es llevado a la sección de almacenamiento, para
allí ser entregado al cliente.
2.2.3 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 50HP.
1. Al igual que en los transformadores, lo primero que se hace es llenar una ficha de entrada
la cual nos va servir para identificar el motor en cualquier parte del proceso; esta ficha contiene la siguiente información:
108
Fecha:
Cliente: Recibo N°:
Marca:
Tipo:
Número de serie:
Potencia: Fases:
Tensiones [V]: Corriente [A]:
RPM:
Reparación: Mantenimiento:
Algunos de estos datos son obtenidos de la placa característica de motor, siempre y cuando
éste la traiga.
PLACA CARACTERISTICA: 3 – Phase induction motor.
Hp: 50 Model n°.BO504FL3US
Polos: 4 Type: TTKK VOLTS: 230 / 460 Ins Clas: F Form: FBKI Hz: 60 SF: 1.15
Nema Des: B FR: 326T RPM: 1760
Code: C Duty: cont AMP: 122 / 61
MAX AMB: 40°c SERIE N°: 92ZO6142
Este motor es de inducción con rotor jaula de ardilla.
2. Inspección visual: Al motor no le hace falta ninguna parte y se encuentra en buen estado, la parte exterior.
Este motor cuenta con un orificio por el cual, se le puede inyectar grasa al rodamiento, es
decir que no es necesario desarmar para realizarle el mantenimiento de aplicación de
X
109
grasa como en otros motores.
3. Realización de puntos guias.
4. Desarme:
Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, ya
que al ser entregado al cliente éste debe tener esta misma conexión.
Se destapa la bornera y nos damos cuenta que trae los terminales sueltos, es decir no se
puede identificar que conexión trae.
Llaves que se utilizaron en el desarme: Caperuza = llave fija de 13mm.
Ventilador = llave fija de 13mm.
Platillos = copa de 21
Al sacar el platillo se determina que el motor se ha quemado por causa de sobrecarga,
puesto que el aspecto del bobinado es de recalentamiento total (color negro). Se extrae el rotor de la carcaza, para poder observar la conexión interna del motor. Con
ayuda de un destornillador se levantan los terminales de salida y se determina que la conexión que trae es 2 paralelos, 6 terminales.
A continuación se rompen todas las coronas.
5. Toma de datos:
Se procede a tomar los datos del devanado:
Este motor presenta un devanado concéntrico de paso 10 – 12, semicorona, posee 12
grupos de 2 bobinas cada uno, el estator tiene 48 ranuras, 56 espiras por ranura de
calibre 18 AWG y tiene 4 polos.
Devanado semicorona = media bobina = media ranura: Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.
110
El motor es de 48 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del
número de ranuras. Como es semicorona y tiene 56 espiras por ranura, quiere decir que 23 son de una bobina y
23 de otra, estas aisladas con papel “nomex” de 0.18mm para evitar posibles cortos.
De fabrica viene devanado con paso 8-10,12-14, pero en la reparación anterior se cambio a
10 - 12, este cambio se hace por no tener todas las formaletas que se utilizan para realizar el devanado 8-10,12-14.
El bobinado que se le va realizar al motor es de paso 10-12.
6. Medida de la bobina.
7. Realización de las bobinas.
Las bobinas se realizan en una máquina bobinadora manual, en la cual se cuadran las
respectivas formaletas, la distancia que debe haber entre éstas equivale al paso de ranura, para luego empezar a bobinar 23 vueltas, es decir 23 espiras de alambre 18
AWG.
8. Limpieza de núcleo.
9. Devanado:
El espesor del papel “Mailan” es de 0.15mm y la ranura tiene 25.5 cm de largo.
111
10. Conexiones:
Posteriormente se sacan los 12 terminales los cuales son marcados con un número en pasta,
este número va indicado según la salida que sea.
1 4 7 10 I IV X VII 3 6 9 12 II V XI VIII 5 8 11 2 III VI XII IX
figura n° 27 conexión de los grupos con sus respectivos paralelos para obtener
las 12 terminales de salida. Números en arábigo = grupos de bobinas.
Números en romano = terminales de salida.
Líneas en rojo = paralelos para obtener los doce terminales de salida.
Líneas en negro = conexión de grupos
El motor venia con 6 terminales de salida, pero se le va a entregar al cliente con 12 terminales de salida, es decir sin ninguna conexión, esto por que así esta en la placa
característica del motor.
112
Alimentación a 440 [V]:
I – XII L1 II – X L2
III – XI L3
Por medio de 6 paralelos se sacan los 12 terminales, cada uno de estos va unido o
empalmado con un alambre 8 AWG flexible.
11. Empalmes: Se utilizó “Espagueti” de 1cm para cubrir los empalmes.
A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal
manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado. El motor venia con 6 terminales de salida, pero se le va a entregar al cliente con 12 terminales de salida
como lo dice la placa característica del éste.
12.Primer prueba de aislamiento: Luego que los 12 terminales son sacados por la bornera, se procede a realizar la primer
prueba de aislamiento con ayuda del “Megger”.
PRUEBA Bobinado contra carcaza
Aislamiento 2000[MΩ ]
Tabla n° 38 resultado primer prueba de asilamiento, motor de 50HP
El resultado de esta prueba fue de 2000 [M Ω ], lo cual nos indica que el bobinado no esta
aterrizado, y tiene un valor de aislamiento bueno.
13.Secado:
14.Lacado: Ya lacado el bobinado por ambos lados se deja escurrir el sobrante de laca por 30
minutos y luego se introduce al horno a 120°C por un espacio de 12 horas.
113
15. Limpieza de partes:
Limpieza de platillos, caperuzas, ventilador, rotor, etc.
16. Introducción del rodamiento.
17. Armado.
18. Segunda prueba de aislamiento:
Posteriormente se procede a realizar una segunda prueba de aislamiento con ayuda del “megger”.
PRUEBA Fases contra platillos
Aislamiento 2200[MΩ ]
Tabla n° 39 resultado segunda prueba de asilamiento, motor de 50HP
Como el motor arrojo un valor de aislamiento bueno se procede realizar la prueba de vacío ya especificada en el numeral 7.2 de pruebas a motores.
19. Prueba sin carga
PRUEBA TENSIÓN[V] VELOCIDAD[RPM]
Sin carga 220 1800 Tabla n° 40 resultado prueba sin carga, motor de 50HP
El motor fue alimentado a 220[V] en su conexión de 440[V], éste revoluciono a su velocidad
nominal, pero se demora en desbocar, es decir en estabilizar esta velocidad, este retardo dura aproximadamente de 5 a 10 segundos. El motor alimentado a 220[V] no adquiere la
fuerza suficiente para realizar el trabajo en que lo utilizan, por esta razón es utilizado a 440[V].
20. Terminado:
Luego de esto se procede a forrar los cables de los terminales de salida con un material
114
de fibra de vidrio llamado “Espagueti” de 10mm, éste aislamiento se hace ya que el cable
se averió por la alta temperatura del horno en el proceso de secado. Para evitar que esto suceda se debe realizar este proceso a 80°C, de temperatura; pero como el bobinado
debe ser secado de 100 a 120°C se debe utilizar un conductor (cable) aislado con
silicona. Se aíslan todas las terminales con este “Espagueti” y se le ponen los herrajes de
cobre de 50[A], con ayuda de una remachadora o ponchadora.
Se unen los terminales I - XII
II - X III - XI
estos para la alimentación respectiva del motor.
Después se procede a acoplar el ventilador con ayuda de un mazo y se ajusta con sus tornillos, para posteriormente colocar la caperuza.
Luego se coloca la caja bornera y se ajusta con sus respectivos tornillos a la carcaza del
motor; dejando que por ella salgan los terminales. Terminado este proceso, el motor es
llevado a la sección de pintura con ayuda de una montacarga manual.
21. Pintura:
Ya estando el motor en la sección de pintura, éste es halado con ayuda de una diferencial manual la cual soporta 1.5 Ton; se cubre la placa característica con cinta de enmascarar
para evitar que esta sea pintada, y el eje es forrado con papel periódico. Con una pistola
de alta presión se procede aplicar Laca Terinsa Super 2062 a la carcaza, en este
proceso sólo se le aplica una capa al motor (carcaza). La pintura que se aplica es de laca y esta debe ser del mismo color que el motor presentaba al llegar al empresa. Al aplicarla
la laca, ésta se salto, esto ocurrió por que la pintura que traía el motor no era del mismo
tipo; por esto hay que esperar a que se seque y lijar las partes para volverlas a pintar.
22. Almacenamiento:
Ya pintado el motor se deja secar por 45 minutos, para luego pasarlo a la sección de
almacenamiento o entrega al cliente.
115
2.2.3.1 CÁLCULOS TEÓRICOS MOTOR DE 50 HP
rpmnm 1760=
ηϕ ***3
][
CosV
WPI
LL =
El valor del producto de ϕCos y η fue estimado a 0.8
==8.0*460*3
][746*50 WHPIL
][588.5864.636
][37300A
WIL ==
=Z Número total de ranuras.
48=Z ranuras
=P número de polos de la máquina 4=P
=m número de fases 3=m
==Pm
Zq
*
44*3
48==q ranuras / fase / polo ó por grupo / fase
116
=α ángulo de separación de la ranura (ángulo de ranura)
=°=Z
P*180α
°=°
= 1548
4*180α
=Y Paso polar ó paso de bobina.
P
ZY =
124
48==Y ranuras
=GeY número de ranuras que divide el principio de una fase con el principio de la otra.
==P
ZYGe
*32
84
48*32
==GeY
PmGrupos *=
124*3 ==Grupos
fasegruposm
grupos/4
12=
Devanado semicorona = media bobina = media ranura:
Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.
El motor es de 48 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del
número de ranuras.
fasebobinasm
bobinas/8
24=
117
grupobobinasgrupos
bobinas/2
1224 =
=sn velocidad sincrónica del campo magnético dentro del estator de la máquina.
==P
fns
120
==4
60*120sn
rpmns 1800=
=s velocidad de deslizamiento
=−= %100*s
ms
n
nns
%2%100*1800
17601800 =−=s ó 02.0
POLOS ALTERNADOS.
IV XII V X VI XI III I II VII VIII IX
Figura n° 28 diagrama de conexión de grupos con sus 12 terminales de salida, obtuvidos mediante seis
paralelos para motor de 50HP.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
118
Números en arábigo = grupos de bobinas.
Números en romano = terminales de salida. Líneas en rojo = paralelos para obtener los doce terminales de salida.
Líneas en negro = conexión de grupos
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 VIII III XI II X XII I IX VII V IV VI
P1 F11 P2 F12 P3 F1 P4 F2 P5 F3 P6 F4 P7 F5 P8 F6 P9 F7 P10 F8 P11 F9 P12 F10
Figura n° 29 Diagrama del bobinado con paso 10-12,
con 12 terminales de salida, motor de 50HP.
Estos paralelos son conectados de esta manera, puesto que por pruebas realizadas
previamente el motor entrega el mejor rendimiento.
119
2.2.4 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 6.6HP.
1. Se procede a llenar la ficha de entrada, tomando algunos datos de la placa característica:
PLACA CARACTERÍSTICA. MOTOR SIEMENS
3 FASES MOT 1LA3 113-2 VB60 Form Cons B3 IP44-C1 Rotor 16
6.6 HP Clase aislamiento B 220 YY / 440 Y V 17.5 / 8.75 [A]
Cos ϕ = 0.88 60c/s
3480 RPM VDEO 530 / 72
Cliente: Hacienda Santa Bárbara.
2. Se empieza por realizar una inspección visual, en la cual se verifica que al motor le falta
ninguna de sus partes
3. Puntos guías.
4. Desarme: Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, éste
presenta una conexión en Y a 440[V].
Llaves que se utilizaron en el desarme:
Caperuza = llave de bristol.
Ventilador = llave de bristol. Platillos = copa
Al sacar los platillos se determina que el motor ha sufrido un corto entre espiras a causa de
que la entro agua.
120
5. Toma de datos:
Se procede a tomar los datos del devanado: Este motor presenta un devanado concéntrico de paso 1-11 semicorona; tiene 24 ranuras cada una de 66 espiras de
alambre 19 AWG. Son 6 grupos de 2 bobinas cada uno. Tiene 9 terminales de salida.
Devanado semicorona = media bobina = media ranura:
Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.
El motor es de 24 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del número de ranuras.
Como es semicorona y tiene 66 espiras por ranura, quiere decir que 33 son de una bobina y
33 de otra, éstas aisladas con papel “nomex” de 0.18mm para evitar posibles cortos.
6. Medida de la bobina.
7. Realización de las bobinas:
Luego de tener los datos y medida de la bobina se procede a realizarlas en la máquina bobinadora, en la cual se cuadran las respectivas formaletas, la distancia que debe haber
entre éstas, la cual equivale al paso de ranura, para luego empezar a bobinar 33 vueltas,
es decir 33 espiras de alambre 19 AWG.
8. Limpieza del núcleo.
9. Devanado: El espesor del papel “Mailan” es de 0.15mm.
121
10. Conexiones:
Se sacan los 9 terminales de salida, los cuales son marcados con un número en pasta, este número va indicado según la salida que sea.
1 4 IV I VII 3 6 V II VIII 5 2 VI III IX
Figura n° 30 conexión de grupos con sus paralelos para obtener
las 9 terminales de salida.
Números en arábigo = grupos de bobinas. Números en romano = terminales de salida.
Líneas en negro = conexión de grupos
Salen 9 terminales, para dejar el motor con las características de la placa 220[V] – 440[V].
Las salidas se aíslan con “espagueti” de algodón de 2mm, luego se unen con cable calibre 19
AWG y esta unión se aísla con “espagueti “ de algodón de 4mm. Este procedimiento se debe
realizar para todas las uniones.
A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal
manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado.
122
11. Empalmes:
Se utilizó “Espagueti” de 2mm para cubrir los empalmes. A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de
tal manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado. El motor se
va dejar con nueve terminales de salida como lo indica la placa característica.
12. Primer prueba de aislamiento.
PRUEBA Bobinado contra carcaza
Aislamiento 2000[MΩ]
Tabla n° 41 resultado primer prueba de asilamiento, motor de 6.6HP El resultado de esta prueba fue de 2000 [M Ω ], lo cual nos indica que el bobinado no esta
aterrizado, y tiene un valor de aislamiento bueno.
13. Secado:
Seis horas en el horno a 100°C
14 Lacado:
Ya lacado el bobinado por ambos lados se deja escurrir el sobrante de laca por 15 minutos y luego se introduce al horno a 120°C por un espacio de 8 horas.
15. Limpieza de partes: Limpieza de platillos, caperuzas, ventilador, rotor, etc.
16. Introducción del rodamiento.
17. Armado.
18. Segunda prueba de aislamiento:
PRUEBA Fases contra platillos
Aislamiento 2100[MΩ ]
Tabla n° 42 resultado segunda prueba de asilamiento, motor de 6.6HP
123
19. Prueba sin carga
PRUEBA TENSIÓN[V] VELOCIDAD[RPM]
Sin carga 220 3500 Tabla n° 43 resultado prueba sin carga, motor de 6.6 HP.
20. Terminado: Se aíslan todas las terminales con “Espagueti” y se le ponen los herrajes de cobre de
20[A], con ayuda de una remachadora o ponchadora.
21. Pintura.
22. Almacenamiento.
2.2.4.1 CÁLCULOS TEÓRICOS MOTOR DE 6.6 HP
rpmnm 3480=
ηϕ ***3
][
CosV
WPI
L
L =
El valor del producto de ϕCos y η fue estimado a 0.8
==8.0*440*3
][746*6.6 WHPIL
][052.896.608
][6.4923A
WIL ==
=Z Número total de ranuras. 24=Z ranuras
124
=P número de polos de la máquina 2=P
=m número de fases 3=m
==Pm
Zq
*
42*3
24==q ranuras / fase / polo ó por grupo / fase
=α ángulo de separación de la ranura (ángulo de ranura)
=°=Z
P*180α
°=°
= 1524
2*180α
=Y Paso polar ó paso de bobina.
p
ZY =
122
24==Y
=GeY número de ranuras que divide el principio de una fase con el principio de la otra.
==P
ZYGe
*32
82
24*32
==GeY
125
PmGrupos *=
62*3 ==Grupos
fasegruposm
grupos/2
6=
Devanado semicorona = media bobina = media ranura: Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.
El motor es de 24 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del
número de ranuras.
fasebobinasm
bobinas/4
12 =
grupobobinasgrupos
bobinas/2
612 =
=sn velocidad sincrónica del campo magnético dentro del estator de la máquina.
==P
fns
120
==2
60*120sn
rpmns 3600=
=s velocidad de deslizamiento
=−
= %100*s
ms
n
nns
%33.3%100*3600
34803600=
−=s ó 033.0
126
POLOS ALTERNADOS.
VII IV
III IX I II V VIII VI
Figura n° 31 diagrama de conexión de grupos con sus 9 terminales de salida,
motor de 6.6HP.
Números en arábigo = grupos de bobinas.
Números en romano = terminales de salida.
1 2 3 4 5 6
I VI VIII II IV IX III V VII
Y P1 F5 P2 F6 P3 F1 P4 F2 P5 F3 P6 F4
Figura n° 32 Diagrama del bobinado con paso 1-1 excéntrico ó imbricado,
con nueve terminales de salida, motor de 6.6HP
1 2 3 4 5 6
127
2.2.5 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 40HP.
1. Se procede a llenar la ficha de entrada.
PLACA CARACTERÍSTICA:
BRUCE PEEBLES & CO LTDA.
ENGIEERS EDINBURGH N° 474627
BHP VOLTS AMPS RPM
40 440 50 650 PHASES CICLES 220 / 440
3 60
Este motor pertenece a una petrolera, y allí lo utilizan para revolver crudo, por lo cual se
requiere que sea de poca velocidad pero con mucha fuerza, puesto que la sustancia no es
muy líquida.
2. Se empieza por realizar una inspección visual, en la cual se verifica que al motor le falta
ninguna de sus partes
3. Puntos guías.
4. Desarme:
Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, éste presenta una conexión en Y a 440[V].
Llaves que se utilizaron en el desarme:
Caperuza = llave fija de 13mm.
Ventilador = llave fija de 13mm.
Platillos = copa 21
128
Al retirar los platillos observamos que el motor ha sufrido un corto entre espiras, esto
ocasionó que el alambre se fundiera en unas partes y quedara en forma de bolas.
5. Toma de datos:
Se procede a tomar los datos del devanado: Este motor presenta un devanado
concéntrico de paso 1-8 semicorona; tiene 90 ranuras cada una de 14 espiras de alambre
15 AWG. Tiene 30 grupos de 3 bobinas cada uno. Tiene 10 polos y 12 terminales de salida.
Devanado semicorona = media bobina = media ranura:
Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.
El motor es de 90 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del número de ranuras.
Como es semicorona y tiene 14 espiras por ranura, quiere decir que 7 son de una bobina y 7
de otra, éstas aisladas con papel “nomex” de 0.18mm para evitar posibles cortos.
6. Medida de la bobina.
7. Realización de las bobinas: Luego de tener los datos y medida de la bobina se procede a realizarlas en la máquina
bobinadora, en la cual se cuadran las respectivas formaletas, la distancia que debe haber
entre éstas, la cual equivale al paso de ranura, para luego empezar a bobinar 7 vueltas,
es decir 7 espiras de alambre 15 AWG.
8. Limpieza del núcleo:
Para este motor fue necesario calentar el estator, con ayuda del equipo de autógena,
puesto que el alambre se quedo pegado, esto pudo ser causado por el corto, el cual hizo que se fundiera el alambre y se derritiera la laca que se utiliza como aislante. Esta
proceso fue demorado, aproximadamente duro día y medio.
129
9. Devanado.
10. Conexiones:
11. Empalmes:
Se utilizó “Espagueti” de 1cm para cubrir los empalmes.
A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado.
12. Primer prueba de aislamiento.
PRUEBA Bobinado contra carcaza
Aislamiento 2200[MΩ ]
Tabla n° 44 resultado primer prueba de asilamiento, motor de 40HP
14. Secado:
Seis horas en el horno a 100°C
14 Lacado:
Ya lacado el bobinado por ambos lados se deja escurrir el sobrante de laca por 45 minutos y luego se introduce al horno a 120°C por un espacio de 12 horas.
15. Limpieza de partes:
Limpieza de platillos, caperuzas, ventilador, rotor, etc.
16. Introducción del rodamiento.
17. Armado.
18. Segunda prueba de aislamiento:
PRUEBA Fases contra platillos
Aislamiento 2300[MΩ ]
Tabla n° 45 resultado segunda prueba de asilamiento, motor de 40HP
130
21. Prueba sin carga
PRUEBA TENSIÓN[V] VELOCIDAD[RPM]
Sin carga 220 650 Tabla n° 46 resultado prueba sin carga, motor de 40 HP.
22. Terminado: Se aíslan todas las terminales con “Espagueti” y se le ponen los herrajes de cobre de
50[A], con ayuda de una remachadora o ponchadora.
21. Pintura.
23. Almacenamiento.
2.2.5.1 CÁLCULOS TEÓRICOS MOTOR DE 40 HP
rpmnm 650=
ηϕ ***3
][
CosV
WPI
LL =
El valor del producto de ϕCos y η fue estimado a 0.8
==8.0*440*3
][746*40 WHPIL
][4996.608
][29840A
WIL ==
=Z Número total de ranuras. 90=Z ranuras
131
=P número de polos de la máquina 10=P
=m número de fases 3=m
==Pm
Zq
*
310*3
90==q ranuras / fase / polo ó por grupo / fase
=α ángulo de separación de la ranura (ángulo de ranura)
=°=Z
P*180α
°=°
= 2090
10*180α
=Y Paso polar ó paso de bobina.
P
ZY =
910
90==Y
=GeY número de ranuras que divide el principio de una fase con el principio de la otra.
==P
ZYGe
*32
610
90*32
==GeY
132
PmGrupos *=
3010*3 ==Grupos
fasegruposm
grupos/10
30=
Devanado semicorona = media bobina = media ranura: Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.
El motor es de 90 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del
número de ranuras.
fasebobinasm
bobinas/15
45 =
grupobobinasgrupos
bobinas/5.1
3045 =
=sn velocidad sincrónica del campo magnético dentro del estator de la máquina.
==P
fns
120
==10
60*120sn
rpmns 720=
=s velocidad de deslizamiento
=−= %100*s
ms
n
nns
%72.9%100*720
650720 =−=s ó 097.0
133
2.2.6 COMPARACIÓN PARTE TEÓRICA CON LA PRÁCTICA.
Puesto que en la Universidad no existe ningún texto que trate sobre el proceso de
mantenimiento o reparación a motores, sólo se puede realizar una comparación de la parte
de pruebas que se le realizan ha dichas máquinas.
Para realizar la parte teórica se utilizaron los libros, [1] Manual de Lorenzo DL1021, Motor
asincrónico trifásico, y [2] Máquinas Eléctricas. Stephen J. Chapman.
PARTE TEÓRICA PARTE PRÁCTICA
Antes de comenzar a realizar las pruebas, es
conveniente conocer el conjunto de características
nominales de la máquina que se va probar. Estos
datos indicados en la placa, constituyen la carta de identidad, que todos los constructores ponen en las
máquina, esto con la finalidad de que el usuario sepa
cuales son las características principales de
funcionamiento.
Estos valores nominales son el resultado de pruebas
que el constructor realizó sobre algunos prototipos al
inicio de la producción de la serie; cada máquina
fabricada variará ligeramente de estas prestaciones de
tipo estándar, esto es debido a las tolerancias de
construcción. [i]
La placa característica debe indicar la potencia de
salida, el voltaje de alimentación, la corriente, el factor
de potencia, la velocidad, eficiencia nominal y clase
nema de diseño. [2]
Al igual que en los transformadores, lo primero que se hace es llenar una ficha de entrada la cual nos va servir para identificar el motor en cualquier
parte del proceso. Los datos de la ficha de entrada son obtenidos mediante la placa
característica del motor; en esta se especifica la marca del motor, el tipo, la potencia, número de
fases, tensiones, corriente, velocidad y se nombra la actividad a realizar la cual puede ser mantenimiento o reparación.
Estos datos son útiles en el momento de realizar
las pruebas, para evitar alguna falla por parte del
Ingeniero que las realiza. Estas fallas pueden ser como sobretensión, sobrecarga, etc.
CARACTERÍSTICAS NOMINALES
134
Medida de la resistencia en el devanado del estator:
esta prueba es útil para determinar el rendimiento
convencional de la máquina, los pares y el
desplazamiento con carga. Para el motor asíncrono de
tipo trifásico, con devanado estatórico, constituido por
tres circuitos diferentes (fases U, V, W), las tres fases
podrán estar conectadas en estrella o triangulo. Las
tres fases estatóricas que están previstas para las
corrientes nominales, tienen una resistencia de valor pequeño (sus valores disminuyen cuando la potencia
nominal de la máquina aumenta).
La medida se deberá efectuar con corriente cont inua y
la máquina detenida. En cada caso, se debe proceder
cuando el motor este frió, es decir inactivo por varias
horas para que se pueda estar seguro que todas las
piezas están a temperatura ambiente. [1]
Se aplica un voltaje dc a los devanados del estator del
motor. Puesto que la corriente es dc, no hay voltaje
inducido en el circuito del rotor y en este caso no fluye
corrienteresultante. Así mismo, la reactancia a
corriente directa del motor es cero. Entonces, la unica
cantidad que limita el flujo de corriente en el motor es
la reactancia del estator, y por lo tanto, esta puede ser
determinad. Se conecta una fuente dc a los tres
terminales del motor conectado en Y. Para realizar la
prueba se ajusta la corriente del estator al valor
nominal y se mide el voltaje en los terminales. La
corriente en los devanados del estator se ajusta al valor nominal para que los devanados se calienten a la
misma temperatura que tendría durante la operación
normal(recuerde que la resistencia de los devanados
es en función de la temperatura). [2]
Esta prueba no se le realizó a ninguno de los que les hizo seguimiento.
MEDIDA DE LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL ESTATOR
135
La prueba al vacío o sin carga, es de gran importancia,
puesto que esta pone en evidencia las condiciones de
trabajo del circuito magnético del motor. Esta prueba
consiste en alimentar el motor a su tensión nominal,
dejando que el rotor gire libremente sin ningún par
resistivo. En estas condiciones, las corrientes
consumidas están representadas por la suma vectorial
de la corriente magnetización y de la pequeña
componente aditiva debida a las perdidas en el hierro (del estator) y mecánica (fricción y ventilación).
La potencia corresponde a la suma de todas las
pérdidas en vacío que comprenden:
• Pérdidas en el cobre del estator
• Pérdidas en el hierro del estator
• Pérdidas mecánicas por fricción y
ventilación
Se realiza con el fin de calcular el rendimiento
convencional, es decir las perdidas mecánicas y las
perdidas en el hierro. [1]
La prueba de vacío mide las perdidas rotacionales del
motor y suministra información sobre su corriente de
magnetización. La única carga puesta sobre el motor
es su propio rozamiento con el aire. Los instrumento utilizados para realizar esta prueba son: dos
vatímetros, un voltímetro y tres amperímetros. [2]
Consiste en alimentar el motor a su voltaje nominal, y se deja que el eje rotor gire
libremente , es decir sin ninguna carga.
Luego se intercambia una fase, esto para verificar si el motor puede girar en ambos
sentidos.
En esta prueba también se verifican las
revoluciones por minuto del motor con ayuda de un tacómetro análogo.
Prueba en corto circuito: esta prueba determina la
intensidad de la corriente absorbida y el factor de
potencia cuando el motor esta alimentado con el rotor
bloqueado. Esta prueba permite calcular los
parámetros equivalentes en serie del motor, es decir,
(Xe – Re - Ze) y si se dispone de un dinamómetro,
proceder a medir el par de arranque. Funcionando con
rotor bloqueado, el motor asíncrono se considera en
corto circuito, esto por que los devanados del estator y
Esta prueba no se le realizó a ninguno de los que
les hizo seguimiento.
PRUEBA SIN CARGA
PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
136
corto circuito, esto por que los devanados del estator y
del rotor se encuentran en perfecta similitud eléctrica
con el primario y el secundario de un transformador
estatórico que funciona en corto circuito. Cuando el
motor funciona con el rotor bloqueado limita la
corriente absorbida por la impedancia equivalente de
sus devanados (resistencia y reactancia de dispersión.
Como consecuencia, si en esta condición se alimenta
el motor con la tensión plena indicada en la placa, se
tendrían intensidades bastantes elevadas (de tres a
seis veces de la intensidad nominal) que puede dañar
los devanados por efecto del calor. [1]
Para realizar esta prueba, se bloquea o enclava el rotor
de tal forma que no se pueda mover, se aplica voltaje
ac al estator y se ajusta el flujo de corriente a valor
aproximado a plena carga. Cuando la corriente esta en
su valor a plena carga, se toma la lectura del voltaje,
corriente y potencia resultante que fluye hacia el motor.
Los instrumento utilizados para realizar esta prueba
son: dos vatímetros, un voltímetro y tres amperímetros.
[2]
No se encuentra información alguna con respecto a la realización de esta prueba en los textos tratados, ni se realizó en las clases de laboratorio en la universidad.
Esta prueba es realizada con ayuda de un instrumento de nombre “MEGGER” 500V / 10000[MΩ ]. En motores se debe realizar esta prueba dos veces, la primera se hace para verificar que el bobinado no se encuentre aterrizado, es decir que no este pegando con la carcaza; esta se debe realizar cuando el estator esta recién bobinado. Para realizarla el terminal “LINE” del “megger” debe ser conectado al bobinado y el terminal “EARTH” a la carcaza del motor. La segunda se realiza cuando el motor esta completamente armado; en ésta se realiza la medida de cada fase con referencia a los platillos. Para llevar a cabo esta medición, el terminal “LINE” debe ser conectado a la fase que se va a medir y el terminal “EARTH” a los platillos; comparada la primer fase se procede a medir de la misma manera la segunda, para luego ser
PRUEBA DE AISLAMIENTO
137
la misma manera la segunda, para luego ser medida la tercera. Estas mediciones se realizan para verificar que el motor no se encuentre aterrizado. Al realizar estas pruebas se debe esperar 1 minuto mientras el equipo estabiliza la lectura.
138
3. APORTE A LA EMPRESA
En la visita realizada por parte de los tutores a la empresa ELÉCTRICOS INGENIERÍA Y
SERVICIOS LTDA, se entrevistaron con el coordinador de la pasantía el Dr. Iván Cala, el cual
les mostró la empresa, les dio a conocer el trabajo que se hace allí, y les comento que habían tenido problemas con la filtroprensa; el cual consistió en que al momento de utilizarla por
primera vez, ésta recalentó los cables de alimentación del circuito de fuerza. Los tutores nos colocaron en la tarea de investigar por que razón ocurrió esto.
Al empezar la investigación observamos que ésta tenia 3 motores los cuales trabajaban a 440
[V], y cuatro grupos de resistencias conectadas en triangulo las cuales consumían 18.5KW en total, estos elementos utilizados al mismo tiempo para su funcionamiento.
Los tres motores, el primer de HP, el segundo de 3HP y el tercero de 1HP.
Utilizando la ley de OHM obtuvimos la corriente que cada uno de estos consumía.
Resistencias, 18 [KW] en total:
IVPT *= Despejando la corriente
][04.42440
5.18
AIV
KWI
V
PI
T
T
TT
=
=
=
Como en los motores tenemos la potencia pero en caballos de fuerza , hay que convertirlos a potencia en Vatios.
139
1 [HP] equivale a 746 [W] entonces:
Motor 1: 5HP * 746W = 3730[W]
Motor 2: 3HP * 746W = 2238[W]
Motor 3: 1HP * 746W = 746[W]
Motor 1.
][0805.6064.548
3730
9.0*8.0*440*3
746*5
***3
746*5
AI
WHPI
CosV
WHPI
L
L
L
L
==
=
=ηφ
Motor 2:
][08.4
064.5482238
AI
WI
L
L
=
=
Motor 3:
][36.1
064.548746
AI
WI
L
L
=
=
140
Los valores de eficiencia y Cos φ para realizar este calculo son estimados.
Sumatoria total de la corriente consumida:
=motoresIT 12.248 [A]
=asresistenciIT 42.04[A]
Para un total de 54.288 [A]
Utilizando la tabla de FACOMEC S.A. La cual nos describe las capacidades de corriente que
puede soportar cada conductor observamos que se pueden utilizar los siguientes
conductores:
Calibre 8 AWG con aislamiento para una temperatura nominal de 90°C en cobre.
ó Calibre 6 AWG con aislamiento para
una temperatura nom inal de 60°C en cobre.
Los conductores utilizados anteriormente para la alimentación eléctrica de la filtroprensa eran
calibre 12 AWG en cobre, los cuales pueden soportar una corriente máxima de 25 [A] con aislamiento para temperatura de 60°C y 30 [A] con aislamiento para temperatura de 90°C,
esta fue la causa del daño. Posteriormente se realizó el cambio de los conductores quemados y se colocaron otros
nuevos calibre 8 AWG a 90°C. Luego de este cambio la filtroprensa a trabajado, sin presentar ninguna molestia.
141
4. RESULTADOS
Los resultados obtenidos durante esta pasantía son analizados mediante una comparación
de la parte teórica y la parte practica. Para desarrollar dicha comparación es necesario
remitirnos a textos que se encuentran en la universidad, principalmente los Manuales de Lorenzo DL 1080, DL 1021 y el libro de Maquinas Eléctricas de Stephen Chapman, éstos
para desarrollar la parte teórica, y para la parte practica es necesario recurrir a lo que obtuvimos durante la interacción en el proceso de mantenimiento y reparación de
transformadores y motores.
La comparación que se realizará a continuación es específicamente de las pruebas que se realizan a los transformadores y motores en la empresa . ya que teóricamente los textos solo
indican las pruebas que se le realizan a dichos equipos, mas no las otras partes del proceso,
puesto que estas se realizan de diferentes manera en cada empresa.
En la parte de transformadores las pruebas que se realizan son:
Prueba de resistencia de los devanados (entre fases).
Prueba de relación de transformación. Prueba de vacío o hermeticidad.
Prueba de aislamiento.
Prueba de tensión aplicada.
Prueba de tensión inducida. Prueba sin carga (en vacío).
Prueba en corto circuito.
Para la parte de motores solo se realizan dos pruebas: Prueba de aislamiento.
Prueba en vacío.
142
4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS
En la prueba de medición de resistencia de los devanados, sólo se realiza en el devanado de
AT tensión, puesto que el instrumento para realizar la de baja tensión no se encuentra. La
lectura de AT se realiza utilizando un multimetro digita, con el cual es necesario esperar 30 segundos mientras la lectura de este se estabiliza, este tiempo esta dado a criterio y
experiencia del Ingeniero, y que teóricamente se utiliza es el método del voltíamperimetro para realizar ambas lecturas, es decir la de AT y BT. .
Para realizar la prueba de relación de transformación es mas practico utilizar el TTR,
instrumento con el cual cuenta la empresa, esta prueba se realiza con mucha rapidez puesto que el personal se encuentra capacitado para la manipulación de este instrumento.
La empresa sigue los procedimientos que se conocen teóricamente, para realizar la prueba
en vacío y la prueba de corto circuito, con ayuda de un banco de pruebas el cual contiene dentro de si todos los instrumentos necesarios para llevar a cabo dichas pruebas. Estas
pruebas se realizan de igual forma, tanto en la parte practica, como en la parte teórica
En algunas pruebas como la de tensión aplicada, la cual se realiza para descartar fallas de
aislamiento, la prueba de tensión inducida que se hace para descartar fallas en el bobinado y
la prueba de aislamiento que se realiza para medir aislamiento, no se cuenta con información
en los textos con los que cuenta la universidad, ni se conocieron en las clases de laboratorio Adquiridas en la universidad, ya que se realiza con equipos muy costosos, como un
transformador de 40000 KVA, un generador de 415Hz y un Megger.
A partir de lo anterior nos damos cuenta de que los procedimientos teóricos y prácticos que se adquieren en la universidad, no son muy diferentes a los que se llevan cabo en la
empresa, aunque en la universidad no se cuenta con equipos tan costosos para realizar
algunas pruebas, estas se realizan de otras maneras que en caso de que falle algún instrumento en la empresa se pueden llevar a cabo sin ningún problema.
143
5. CONCLUSIONES
1. El estudio desarrollado en la pasantia, contribuyó a la comprensión de los principios de
reparación y mantenimiento de transformadores y motores, dejando claro los conceptos
que abarcan sus análisis.
2. Se logro poner en práctica el análisis teóricos para encontrar el circuito equivalente del transformador, partiendo de las pruebas de circuito abierto y cortocircuito realizadas en el
campo de pruebas de la empresa, los cuales son un elemento útil para algún tipo de
análisis del sistema eléctrico del cual haga parte el transformador.
Estos cálculos representan un valor agregado, como aporte de los pasantes a la empresa, ya que en ésta no se estaban realizando.
3. Al interactuar en los procesos de reparación y mantenimiento de transformadores y
motores, se logro aplicar los conocimientos adquiridos durante la carrera, tanto teóricos como prácticos.
4. Mediante esta práctica se pudo conocer los diferentes instrumentos y herramientas que se utilizan para llevar a cabo los procesos, ya sea mantenimiento o reparación de
transformadores y motores.
5. Mediante las pruebas realizadas a los transformadores durante la inspección inicial, se logro determinar si el trafo era para mantenimiento o reparación y las diferentes tareas a
seguir para cada caso.
6. Al intervenir en esta empresa, se pudo adquirir experiencia en la parte técnica con referencia a transfo rmadores y motores la cual es una de las tantas ramas en la que nos
podemos desempeñar en un futuro.
144
6. GLOSARIO
ANCLAJE: Soportes que el tanque trae en su interior para asegurar que la parte activa no
quede en movimiento.
AT: Alta tensión.
ASBESTO: Solución que se utiliza para proteger los conductores durante el proceso de
empalme.
BT: Baja tensión.
CONMUTADOR. Regulador de voltajes del transformador.
COLLARIN: hecho de papel “shela”, utilizado para evitar que las espiras se salgan de la
bobina y para aislar el devanado del núcleo. CREPE: Papel que se utiliza para hacer los tubos de los taps.
ENTREFASES: Papel que se utiliza para aislar las coronas en el proceso de bobinado de motores.
ESPAGUETTI: aislante en fibra de vidrio utilizado para recubrir los empalmes de los
terminales de salida y conexiones internas del motor.
FLEJE: Lamina de cobre utilizada para realizar el devanado de BT.
145
HILADILLO. Cordón que se utiliza para reforzar las coronas en el proceso de bobinado de
motores.
LOCTIN: Solución instantánea que se utiliza para pegar el empaque a la tapa del
transformador.
MAILAN: En transformadores: papel que se utiliza para aislar las bobinas de las planchas metalizas antes de entrar al horno, para evitar que se adhieran. En motores: se utiliza para
aislar las espiras del núcleo.
MEGGER: Instrumento utilizado para realizar la prueba de aislamiento.
MICROMETRO: Instrumento que utiliza para medir el espesor del papel y alambres que se utilizan en el proceso de bobinado.
NOMEX: Papel que se utiliza para aislar una bobinas de otra, en caso de que el devanado
del motor sea semicorona.
O.C: Open circuit, circuito abierto
O:C: Short circuit, cortocircuito
PARTE ACTIVA: Conjunto de bobinas y núcleo del transformador.
PRESPAN: Papel que se utiliza para hacer el taco o cilindro de la bobina.
REOMETOL: Solución que se utiliza para reforzar el taco o cilindro.
SHELA: Papel que se utiliza como aislamiento tanto para el bobinado de AT como para él
bobinado de BT en los transformadores.
146
SOLDADURA DE FÓSFORO: material que se utiliza para realizar las uniones
y empalmes tanto en el proceso de bobinado de transformadores y motores.
TAPS: Derivaciones del bobinado de AT que van al conmutador.
TRAFO: Transformador
TTR: Instrumento utilizado para realizar la prueba de relación de transformación. XILOL: Liquido que se utiliza para limpiar el núcleo.
147
7 BIBLIOGRAFÍA
• DAGOBERTO ORTIZ. Transformadores de Distribución. Siemens. 1996
• DE LORENZO. Manual DL 1021, Motor asincrónico trifásico a jaula. Italia. 1995
• DE LORENZO. Manual DL 1080, Transformador Trifásico. Italia. 1995.
• ENRÍQUEZ HAPER, GILBERTO. El ABC de las Máquinas Eléctricas
• GURU ET AL. Electric Machinery and Transformers. Oxford Press. 1995
• INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS DE CERTIFICACIÓN. normas
colombianas de presentación de tesis de grado. Bogotá. ICONTEC. 1998. NTC 1307
• RAS OLIVA, ENRIQUE. Transformadores de potencia, de medida, y protección
• SERRANO IRIBARNEGARAY, LUIS. Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas.
• STEPHEN J. CHAPMAN. Máquinas Eléctricas. Colombia. 2000. Tercera Edición.
• THALER, GEORGE, JULIUS. Manual de Máquinas E léctricas
148
8 ANEXOS