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CENTRAL LAGUNA VERDEMANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIATEXTO DEL CURSO

CENTRAL LAGUNA VERDEMANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES POTENCIACDIGO: ME195 ELABORADO POR: ING. FRANCISCO MOLINA BARRN. TEXTO DEL CURSO

DURACIN: 40 HORAS REVISADO POR: ING. FERMN PALMEROS LUNA. ING. HCTOR VZQUEZ VELA

FECHA: OCTUBRE 2001 APROBADO POR: ING. HOMERO AZAMAR ESPEJEL

REGISTRO DE CAMBIOS A MATERIALAUTOR (INICIALES) SUPERVISOR (INICIALES)

REVISIN

FECHA

DESCRIPCIN DEL CAMBIO

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CENTRAL LAGUNA VERDE

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INDICE 1.0 OBJETIVO GENERAL 2.0 OBJETIVOS ESPECFICOS 3.0 PRERREQUISITOS 4.0 MATERIALES DE ENTRENAMIENTO 5.0 INTRODUCCIN 6.0 DESARROLLO 6.1 Leyes elementales aplicables al principio de operacin de los transformadores y circuitos con resistencia hmica, con autoinduccin y con la combinacin de ambos 6.2 Definicin de transformador y autotransformador 6.3 Teora del funcionamiento del transformador y del autotransformador 6.4 Clasificacin de los transformadores. 6.5 Componentes principales de un transformador. 6.6 Especificaciones y criterios de diseo de un transformador. 6.7 Tipos de mantenimiento que se le aplican a un transformador. 6.8 Pruebas que se realizan a un transformador y equipos utilizados para las pruebas. 4 4 5 5 5 5 9

10 23 35 39 47 50

CONCLUSIONES 7.0 REFERENCIAS 8.0 ANEXOS

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Mantenimiento de Transformadores de Potencia

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LISTA DE FIGURAS Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21 Figura 22 Figura 23 Figura 24 Figura 25 Figura 26 Figura 27 Figura 28a Figura 28b Figura 29 Figura 30 Figura 31 Figura 32 Figura 33 Figura 34 Figura 35 Figura 36 Figura 37 Figura 38 Figura 39 Figura 40 Figura 41ME195

Regla de la mano derecha. Circuito elctrico. Suma de corrientes en un nodo. Circuito con resistencia e inductancia. Diagrama vectorial de un circuito con resistencia e inductancia. Mtodo del triangulo rectngulo. Campo magntico alrededor de un electroimn. Arrollamiento sobre material ferromagntico. Transformador monofsico. Diagrama vectorial de la corriente en vaco. Circuito con resistencia y reactancia. Diagrama vectorial de los componentes del voltaje. Diagrama vectorial de componentes de impedancia. Eslabonamiento de flujo. Diagrama vectorial de un transformador en vaco. Transformador con carga. Diagrama vectorial del transformador con carga y factor de potencia atrasado. Circuito equivalente del primario de un transformador en vaco. Circuito equivalente del secundario de un transformador. Circuito equivalente de un transformador con carga. Autotransformador Reductor. Autotransformador Elevador. Conexin Delta Estrella. Diagrama Vectorial de conexiones Delta Estrella. Diagrama Vectorial de corrientes. Diagrama vectorial de las componentes de las corrientes. Diagrama vectorial del desfasamiento entre las corrientes primarias y secundarias. Conexiones Estrella Estrella. representacin de la conexin Estrella Estrella. Conexin Estrella Estrella aterrizada. Diagrama vectorial de las corrientes en los devanados primarios y secundarios. Diagramas vectoriales aproximados. Dos transformadores monofsicos en conexin Delta abierta. Conexin Delta Delta. Diagrama vectorial de la conexin Delta Delta balanceada. Diagrama vectorial de las corrientes de lnea en el primario y el secundario. Conexin Estrella Delta. Conexiones y diagramas Estrella Delta. Diagrama vectorial de desfasamiento entre voltajes. Diagrama vectorial de corrientes. Diagrama vectorial del desfasamiento entre corrientes del primario y el secundario. Partes principales del transformador.Mantenimiento de Transformadores de Potencia

6 7 7 8 8 9 10 11 11 12 14 14 14 15 16 17 17 20 20 21 22 22 26 26 27 27 27 28 29 29 29 30 31 32 32 33 33 34 34 34 35

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Figura 42 Figura 43 Figura 44 Figura 45 Figura 46 Figura 47 Figura 48 Figura 49 Figura 50 Figura 51 Figura 52 Figura 53 Figura 54 Figura 55 Figura 56 Figura 57 Figura 58 Figura 59 Figura 60 Figura 61 Figura 62 Figura 63 Figura 64 Figura 65 Figura 66 Figura 67 Figura 68 Figura 69 Figura 70 Figura 71 Figura 72 Figura 73 Figura 74 Figura 75 Figura 76 Figura 77 Figura 78 Figura 79 Figura 80 Figura 81 Figura 82ME195

Ncleos tipo columna. Ncleo tipo acorazado. Curva vida - muerte tpica. Cantidad total de mantenimiento. Conexiones de prueba de resistencia de aislamiento. Conexiones de prueba para un transformador con 2 devanados con Megger. Conexiones de prueba para un transformador con 3 devanados con Megger. Diagrama de conexiones de de Megger prueba de los transformadores auxiliar, normal y de Reserva. Conexin de prueba de Megger del transformador principal. Conexin de prueba del autotransformador. Diagrama esquemtico de aislamientos. Conexiones de prueba de factor de potencia al aislamiento de los devanados. Diagrama esquemtico de aislamientos (transformador de tres devanados). Diagrama de conexiones del transformador de respaldo. Conexiones de prueba de factor de potencia al aislamiento del autotransformador. Diagrama de conexiones para la prueba de los transformadores Normal y de reserva. Diagrama de conexiones del transformador de respaldo. Diagrama de conexiones de prueba del transformador principal. Diagrama de conexiones de prueba del autotransformador. Diagrama simplificado del T.T.R. Diagrama de conexiones de prueba del transformador principal. Diagrama de conexiones del transformador auxiliar normal y reserva. Diagrama de conexiones de prueba del transformador de respaldo. Diagrama de conexiones de prueba del autotransformador. Diagrama simplificado del ducter. Diagrama de conexiones de prueba para el transformador principal. Diagrama de conexiones de prueba de los transformadores normal auxiliar y de reserva Diagrama de conexin de prueba del transformador de respaldo. Diagrama de conexiones de prueba del autotransformador. Transformador de columnas con ncleo, devanados y flujos. Conexin de devanados en un transformador trifsico. 1-1 Devanado medido,3-3 Devanado energizado. Ncleo, devanados y flujos correspondientes a la figura anterior. Diagramas de conexiones del transformador principal. Diagrama de conexiones de prueba de los transformadores Normal auxiliar y de reserva. Diagrama de conexiones del transformador de respaldo. Diagrama de conexiones del autotransformador. Conexiones tpicas para pruebas de collar caliente. Variacin de rigidez dielctrica del papel impregnado de aceite , con su contenido de agua. Volumen relativo del gas en funcin de la presin absoluta. Punto de ebullicin del agua en funcin de la presin absoluta.Mantenimiento de Transformadores de Potencia

37 37 48 49 53 55-56 56 57 58 58-59 60 61 62 63 64 65-66 66 67 67 69 69-70 70 71 71 72 73 73-74 74 74-75 76 76 77 77 79 79 80 80 83 85 86 86

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Figura 83 Figura 84 Figura 85 Figura 86 Figura 87 Figura 88 Figura 89 Figura 90

Mtodo continuo de alto vaco. Mtodo continuo con alto vaco y calor aplicado. Mtodo con aire caliente circuito abierto. Mtodo con aire caliente circuito cerrado. Esquema del equipo probador de rigidez dielctrica. Electrodos. Conexiones de prueba de la celda de factor de potencia. Planta de tratamiento de aceite aislante.

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LISTA DE TABLAS Tabla 1 Tabla 2 Clasificacin de los materiales aislantes Gua de flujo de aire necesario. 42 92

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1.0 OBJETIVO GENERAL Al finalizar el curso el participante describir el funcionamiento de los componentes principales de los transformadores de potencia as como las pruebas que se realizan a los mismos durante su mantenimiento.

2.0 OBJETIVOS ESPECIFICOS Al finalizar la leccin, el participante deber: 2.1 Mencionar las leyes elementales aplicables al principio de operacin de los transformadores y circuitos con resistencia hmica, con autoinduccin y la combinacin de ambos. 2.2 Enunciar la definicin de transformador y autotransformador elctricos. 2.3 Describir la teora de funcionamiento del transformador y del autotransformador. 2.4 Enlistar los tipos de clasificacin de los transformadores. 2.5 Describir los componentes principales de un transformador. 2.6 Describir las especificaciones y criterios de diseo de un transformador. 2.7 Describir los tipos de mantenimiento que se le aplican a un transformador. 2.8 Describir las pruebas que se realizan a un transformador y los equipos utilizados para las pruebas. 3.0 PRERREQUISITOS 3.1 Descripcin, operacin y mantenimiento de subestaciones en SF6 3.2 Pruebas elctricas a los aceites aislantes. 3.3 Curso de pruebas en campo a equipo elctrico. 4.0 MATERIALES DE ENTRENAMIENTO 4.1 Texto del curso. 4.2 Diapositiva en ppt. 4.3 Pc. 4.4 Proyector de caon. 4.5 Pintarrn 4.6 Plumones de tinta fugaz.

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5.0 INTRODUCCIN El curso de transformadores de potencia esta diseado para preparar a los trabajadores del rea de mantenimiento elctrico en el desempeo de sus actividades basndose en un entrenamiento efectivo. El xito de cualquier programa de entrenamiento requiere de un fuerte compromiso de parte del instructor y los participantes, el compromiso adquirido por ambas partes relacionado a las metas y contenidos del curso es esencial para asegurar la efectividad del mismo. Con verdadera satisfaccin presentamos el siguiente curso, revisado cuidadosamente con la firme intencin de que sea de gran utilidad para todo el personal involucrado en el mbito del mantenimiento elctrico. En vista de que los transformadores son los eslabones vitales para la operacin de las grandes empresas industriales y comerciales, es necesario que para su funcionamiento continuo y confiable deba proporcionrseles una atencin adecuada. Esto se logra solamente a travs de un programa regular de inspecciones, pruebas y mantenimiento de rutina.

6.0 DESARROLLO 6.1 Leyes elementales aplicables al principio de operacin de los transformadores. 6.1.1 Ley de Oersted. Cuando por un conductor circula una corriente elctrica, se origina un campo magntico alrededor de el y cuyo sentido depende de la direccin de la corriente. La regla de la mano izquierda para un conductor puede usarse para determinar la direccin del campo. Tome el conductor con la mano izquierda, extendiendo el pulgar en la direccin de la circulacin de la corriente. Sus dedos entorno al conductor indicarn la direccin circular del campo magntico. En la figura 1 se ilustra el mtodo ordinario para mostrar un conductor con su campo magntico. El punto en el centro del conductor corresponde a la punta de una flecha, lo cual muestra que la corriente fluye hacia el observador, mientras que las flechas circulares muestran la direccin del campo magntico.

Figura 1 Regla de la mano izquierda.

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6.1.2 Ley de Faraday. Cuando se mueve un conductor cortando las lneas de un campo magntico (movimiento relativo entre campo y conductor) se genera una FEM (fuerza electromotriz) en las terminales del conductor cuya magnitud depende de la intensidad del campo, de la velocidad con que el conductor corta las lneas de flujo y por supuesto en funcin directa del numero de conductores, lo cual matemticamente se expresa como: E=-N

d dt

Donde: E = f.e.m. inducida N= numero de espiras d = Flujo comn que varia en funcin del tiempo. dt 6.1.3 Ley de Lenz. Establece que una corriente inducida tiene siempre una direccin tal que se opone a la causa que la produce. 6.1.4 Leyes de Kirchoff. a) 1. Ley de Kirchoff (circuitos en serie) 1) La suma de las cadas de voltaje en un circuito en serie, ser igual al voltaje de la fuente. 2) La corriente es la misma, al medirse en cualquier punto del circuito en serie b) 2 . Ley de Kirchoff (circuitos en paralelo) 1) La suma vectorial de las cadas de voltaje en un circuito es igual a la suma de las fuentes que se encuentren en el, como se observa en la figura 2.

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Figura 2 Circuito elctrico. 2) La suma vectorial de las corrientes que entran en el nodo de un circuito elctrico es igual a la suma de las corrientes que salen de ese modo figura 3.

Figura 3 Suma de las corrientes en un nodo. 6.1.5 Circuitos resistivo e inductivo. Sabemos que: a) En un circuito puramente resistivo la intensidad se encuentra en fase con la corriente. b) En un circuito puramente inductivo el voltaje se encuentra adelantado 90 con respecto a la intensidad. c) La combinacin de ambos se muestra en la figura 4.

Figura 4 Circuito con resistencia e inductancia. Representa un circuito cuya resistencia es R y cuya reactancia es XL, que esta conectado en serie a un circuito de corriente alterna cuya frecuencia es de f periodos por segundo. La tensin aplicada a la resistencia y a la reactancia en serie es E , y la corriente que circula por ellas es de I amperios. Determinaremos las relaciones entre I, E , R y XL . Es importante recordar que tenemos dos tensiones que se encuentran fuera de fase por lo tanto la suma de las mismas deber hacerse de manera vectorial.

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Figura 5 Diagrama vectorial de un circuito con resistencia e inductancia. La figura 5 es el diagrama vectorial correspondiente a este circuito. Como la corriente es la misma en R que en XL, se ha dibujado horizontalmente a la escala adecuada . La posicin del vector intensidad I es arbitraria. La tensin ER aplicada a la resistencia R esta en fase con la intensidad. Se ha de trazar, por lo tanto sobre el mismo vector intensidad. La tensin EL aplicada a la autoinduccin esta adelantado 90 con respecto a la intensidad IXL. La tensin de la red E debe ser igual a la suma vectorial de ER y EL. Por consiguiente, se completa el paralelogramo, y la diagonal, que es el vector suma de ER eI0, nos da dicha tensin.

Figura 6 Mtodo del triangulo rectngulo. El mtodo comnmente usado es utilizando el tringulo rectngulo figura 6 formado por las 3 tensiones, la hipotenusa vale: E = ( IR) 2 + ( IX L ) 2 = I 2 ( R 2 + X L = I R 2 + X L2 2

y tambinI= E R2 + X L2

=

E R 2 + (2LF ) 2

=

E Z

Las leyes anteriormente vistas, as como el comportamiento de los circuitos resistivos e inductivos tienen su aplicacin en el funcionamiento del transformador ya que es aquME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 9 de 102

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donde se presentan conjuntamente, por las caractersticas de construccin de este. Y que ms adelante haremos referencia. 6.2 Definicin del transformador y autotransformador. 6.2.1 Definicin del transformador. Un transformador es un dispositivo esttico que transfiere energa elctrica de un circuito a otro sin cambio de frecuencia, a travs de un ncleo magntico hacindolo bajo el principio de induccin electromagntica y tiene circuitos elctricos aislados entre si que son eslabonados por un circuito magntico comn. El transformador acopla magnticamente circuitos elctricos distintos permitiendo intercambio de energa a diferentes niveles de voltaje o entre formas distintas de conexin. 6.2.2 Definicin del autotransformador. Se denomina autotransformador aquellos transformadores en los que una parte del arrollamiento es comn al circuito primario y al secundario. Es un aparato que funciona en forma semejante al transformador, slo que la diferencia es que transfiere energa de ciertas caractersticas de un circuito a otro con caractersticas diferentes, lo hace por induccin electromagntica y conduccin elctrica, debido a que los devanados estn unidos elctricamente, esto ocasiona que la corriente que sale del secundario sea la suma algebraica de la corriente que circula en el primario ms la corriente inducida por el flujo magntico. El autotransformador es en trminos generales un transformador qu transforma una parte de la potencia y permite que el resto pase por conductividad a travs de sus arrollamientos. 6.3 Teora de funcionamiento del transformador y del autotransformador. 6.3.1 El transformador. Se fundamenta en que la trasmisin de la energa elctrica por induccin de un arrollamiento a otro, dispuestos en el mismo circuito magntico, puede realizarse con excelente rendimiento. Las fuerzas electromotrices se inducen por la variacin de flujo magntico. Las espiras y el circuito magntico estn en reposo uno con respecto al otro, y las fem se inducen por la variacin de la magnitud del flujo con el tiempo, lo cual se puede comprender si tomamos en cuenta las siguientes consideraciones:

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1) Cuando por un conductor arrollado en espiras se hace circular una corriente se produce un flujo magntico, de acuerdo a la ley de Oersted, como el que se presenta en la figura 7.

Figura 7 Campo magntico alrededor de un electroimn.

2) Si el mismo arrollamiento se desarrolla sobre un ncleo de material ferromagntico, se produce un campo concentrado cuyo camino principal est determinado por el circuito del material magntico, como el que se muestra en la figura 8, dicho campo es alterno y su frecuencia, depende de la frecuencia de la fuente.

Figura 8 Arrollamiento sobre material ferromagntico.

3) De acuerdo a la ley de Faraday, si arrollamos un segundo conductor en el ncleo del material ferromagntico mostrado en la figura 8 obtendremos lo que se conoce como inductancia mutua, es decir dos bobinas que se encuentran dentro del alcance magntico, una de la otra, de tal modo que las lneas de flujo de ellas se enlacen o atraviesen a la otra, obteniendo de esta manera una fem inducida en las terminales de dicho conductor como se muestra en la figura 9.

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Figura 9 Transformador monofsico.

El principio de funcionamiento del transformador se puede explicar por medio del transformador ideal monofsico es decir que se alimenta por medio de una corriente alterna monofsica. a) La corriente en vaco en el transformador. Est compuesta por la corriente de excitacin y otra componente resultante del efecto del ncleo, debido a que no es un ncleo ideal. Es decir siempre se presenta alguna condicin elctrica en el ncleo del transformador, el flujo m causa corrientes de eddy que fluyen en todas las secciones del ncleo (un ncleo bien laminado es altamente resistivo). Las corrientes de eddy circulan dentro de la superficie del ncleo desfasadas 180 respecto al voltaje inducido E1. El efecto combinado de las corrientes de eddy e histresis producen las corrientes Ih+e que se encuentran desfasadas 180 de E1, es decir, en fase con - E1 y es de tal magnitud que al multiplicarse por E1 se obtienen las prdidas por corrientes de eddy y por histresis. Vectorialmente podemos expresar lo anterior:

I 0 = I exc + I h + e

Donde : IO = corriente en vaco. Iexc = corriente de excitacin. Ih+e = corriente combinada por histresis y efecto eddy.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 12 de 102

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El diagrama correspondiente se indica en la figura 10.

Figura 10 Diagrama vectorial de la corriente en vaco.

b) Efecto de la resistencia y la reactancia en el transformador. Al circular corrientes en los devanados primarios y secundario del transformador se originan cadas de voltaje debido a las reactancias y resistencias de dichos devanados. El valor de la resistencia depende del material, la longitud y la seccin de los conductores de las bobinas y el de la reactancia de los eslabonamientos de flujo en los bobinados; estos eslabonamientos de flujo son los que se deben a los flujos propios y cuyo valor est dado por la expresin: d d =N ......................................... ( 1 ) dt dt como la fuerza electromotriz inducida en una bobina est dada por las expresiones: VL = N y VL = L haciendo: 2 = 3 di d =L dt dt di ............................................ ( 3 ) dt d d = ..................................( 2 ) dt dt

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de donde:d d d L = dt = ;L di di dt dt

Y como: XL = L ....................................... ( 4 ) afirmamos de la reactancia XL depende de los eslabonamientos de flujo, ya de esto depende el valor de L cuya relacin con XL esta dada en la expresin (4 ). Consideremos el circuito mostrado en la siguiente figura (figura 11):

Figura 11 Circuito con resistencia y reactancia.

Los componentes del voltaje aplicado V son rI y XI, es decir:

Figura 12 Diagrama vectorial de los componentes del voltaje.

XI se encuentra 90 fuera de fase con respecto a rI. Si rI = Vr y XI=Vx, el diagrama vectorial representativo de estas relaciones es el siguiente:

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Figura 13 Diagrama vectorial de las componentes de impedancia.

c) Eslabonamiento de flujo. Cuando al devanado primario lo excita la corriente Iexc, el flujo magntico m atraviesa el ncleo de hierro, pero no todo el flujo alrededor del ncleo, lo que significa que no todo el flujo que corta las espiras del primario corta las del secundario. Retomando el concepto de flujo de dispersin, como se ha mencionado anteriormente, se ha partido de la suposicin que todo flujo m producido por el devanado primario, eslabonan ambos devanados, esto significa que existe un coeficiente de acoplamiento del 100 %, sin embargo, parte del flujo producido por la corriente I1 en el devanado primario producido por la corriente secundaria I2 eslabona solo a la propia bobina secundaria con 2. Estos flujos m y 2 se conocen como flujos dispersos o flujos de dispersin o eslabonamientos de flujo, es decir son flujos que quedan fuera del ncleo y no eslabonan ambos devanados. El flujo que no pasa completamente a travs del ncleo y eslabona ambos devanados se conoce como flujo mutuo y se designa como m. Desde luego que el flujo disperso y el flujo mutuo varan a la misma frecuencia y por lo tanto inducirn voltajes en ambos devanados, estos voltajes son distintos y menores que los voltajes inducidos, E1 y E2, producidos por el flujo mutuo (m ). Esto se debe al flujo disperso relativo y al nmero de espiras relativamente bajo, que son eslabonadas. Los voltajes producidos por los dos flujos dispersos reaccionan como si fueran inducidos en bobinas separadas que estn en serie por cada uno de los devanados, debido a esto los flujos dispersos se pueden remplazar por reactancias y se conectan como reactancias dispersas X1 y X2. Si se conecta el devanado secundario a una carga, circula una corriente I2, los amperes espiras del secundario producen un eslabonamiento de flujo alrededor de las espiras secundarias, el cual no se eslabona con el devanado primario.

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Entonces existen dos fuerzas magnetomotrices en el transformador. N1I1 del primario y N2I1 del secundario y tres flujos: el flujo mutuo m entre los devanados primario y secundario, el eslabonamiento de flujo en el primario 1 y el eslabonamiento de flujo en el secundario 2 (figura 14).

Figura 14 Eslabonamiento de flujo.

d) Diagrama vectorial del transformador en vaco. Consideramos un transformador que trabaja en vaco, es decir, sin ninguna carga conectada en su devanado secundario. En el diagrama vectorial que nos presenta la condicin anterior figura 15, E1 es el voltaje inducido en el devanado primario en fase se encuentra el voltaje inducido en el devanado secundario E2 (de menor magnitud por considerar que es un transformador reductor) 90 atrs de la corriente de excitacin Iexc y en fase con el flujo mutuo m que induce los voltajes primario y secundario de acuerdo con la Ley de Faraday .

Figura 15 Diagrama vectorial de un transformador en vaco.

- E1 es un voltaje de igual magnitud que E1 pero defasada 180 de acuerdo con la Ley de Lenz, ( ya que al estar abierto el secundario el flujo magntico corta nuevamente el devanado primario induciendo un voltaje defasado 180) y es uno deME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 16 de 102

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los componentes del voltaje terminal en el primario V1, en fase con E1 se encuentra la corriente I h+e que es una componente de la corriente de vaco I0. Debido a la resistencia del cobre del devanado, se tiene una cada de voltaje I0 R1 la cual se encuentra en fase con I0; a 90 adelante con respecto a I0 X1, la cual es originada por el flujo de dispersin 0, que solo afecta a este devanado, como se muestra en la figura 15. e) Diagrama vectorial de un transformador cuando se conecta una carga en el secundario. En esta parte se har una breve revisin de las condiciones de operacin del transformador cuando se encuentra bajo condiciones de carga en las terminales de su devanado secundario.

Figura 16 Transformador con carga.

Al cerrar el secundario por una carga (figura 16) circular una corriente I2 cuyo sentido, de acuerdo con la ley de Lenz, tendr que ser tal que el flujo que genere esta corriente I2 se debe oponer al flujo principal, que origino la corriente I1, a este efecto que origina el sentido de la corriente, se le conoce como polaridad. El flujo producido por I2 provoca una disminucin en el flujo m y por lo tanto una reduccin en las fems E1 y E2, por lo que al aumentar la diferencia entre V1 y E1 entra al transformador una corriente mayor a I1 que se compone de la corriente original y una corriente I1 la cual forma una fmm (fuerza magnetomotriz) I1 N1 que es igual y opuesta I2 N2, llevando el flujo m a su valor original. Esto sucede durante todo el rango de trabajo del transformador. Si I2 disminuye, crece el flujo m y aumenta E1 y E2 al disminuir la diferencia entre V1 y E1 disminuye I1, de tal manera que m se conserva en el mismo valor. Esta regulacin automtica de los amperes vueltas primarios y secundarios, es el mecanismo de la transferencia de energa que permite conservar prcticamente constantes los voltajes inducidos y por lo tanto los voltajes terminales. Se dice que el transformador opera con carga (consideremos plena carga) cuando su circuito secundario se cierra con cierta Z de tal manera que circula una corriente nominal I2. La carga conectada puede tener factor de potencia atrasado, factor deME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 17 de 102

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potencia unitario, factor de potencia adelantado, para cada caso existe un diagrama vectorial del transformador.

Figura 17 Diagrama del transformador con carga y factor de potencia atrasado.

Como se mencion anteriormente cuando se energiza el primario de un transformador y el secundario se encuentra en vaco, aparece una Fem. E2 en las terminales del secundario; en el momento en que se aplica carga al secundario ir variando de acuerdo con las caractersticas de la carga y la impedancia propia del transformador. Las caractersticas de la carga (R X), definirn el ngulo que existe entre el voltaje aplicado a la carga y la corriente que circular por sta (al coseno del ngulo se le conoce como factor de potencia) figura 17, la cada I2 R2 se encuentra en fase con la corriente I2, en donde R2 es la resistencia hmica del devanado secundario, la cada I2 X2 depende del flujo de dispersin a2. f) Regulacin de voltaje. La regulacin de voltaje se define como el cociente de la diferencia entre voltaje primario dividido por la relacin de transformacin a (voltaje secundario en vaco) menos el voltaje secundario V2 a plena carga y cien para expresarse en porcentaje. Tambin se puede definir como la cantidad de incremento con el devanado secundario abierto para mantener constante el voltaje en el secundario, cuando se aplica carga, expresada en porcentaje . % Regulacin =V2vacio V2 plenac arg a x100 V2 plenac arg a

g) Valores equivalentes de resistencia, reactancia e impedancia. Cuando se hacen los clculos de regulacin para transformadores, es conveniente combinar las cadas de voltaje que ocurren en los devanados primario y secundario en un valor nico. De cada de voltaje IR y IX. Desde luego que esto no puede hacerse por una simple adicin numrica para cada componente, porque unas cadas de voltaje ocurren en el lado de alto voltaje y las otras en el lado de bajo voltaje.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 18 de 102

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Para simplificar los clculos partiremos del hecho de que los voltajes en el transformador se refieren a la relacin de transformacin, de tal manera que un transformador de relacin de transformacin a puede convertirse en un transformador equivalente de relacin 1: 1 Hecha esta conversin, las cadas de voltaje primaria y secundaria IR y IX pueden sumarse directamente, es decir: ( I s Rs ) + ( I p Rp a ) para las cadas por resistencia.Ip Is , Is = Ip a

Y como:

a=

( I s Rs ) + (

I p Rp a

) = I s Rs + I s

Rp Rp = I s ( Rs + ) a a

Al valor dentro del parntesis se le conoce como resistencia equivalente en trminos del lado secundario y se denota por: Res = Rs + Rp a2

De manera anloga, para las cadas de voltaje por reactancia tenemos: X es = X s + Xp a2

Y la impedancia equivalente en trminos del secundario Z es = R 2 es + X 2 es En forma semejante encontramos los valores de resistencia y reactancia equivalente en trminos del primarioI p R p + aI s Rs = I p R p + a (aI p Rs ) = I p R p + a 2 I p Rs = I p ( I p (a 2 Rs )

Al termino dentro del parntesis se le denomina resistencia equivalente del transformador en trminos del primario y se denota por:X ep = R p + a 2 Rs

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y haciendo un desarrollo anlogo obtendremos la expresin para la reactancia equivalente en trminos del primario.Rep = X p + a 2 X s

y la impedancia en trminos del primario.} Z ep = R 2 ep + X 2 ep h) Circuito equivalente del primario de un transformador en vaco Se puede elaborar un circuito compuesto por una fuente V1 y la carga I1 y Z0= E1/ I0 al cual se le llama impedancia de excitacin Figura 18.

Figura 18 Circuito equivalente del primario de un transformador en vaco.

i) Circuito equivalente del secundario de un transformador con carga (figura 19). Para fines de calculo se puede establecer el diagrama equivalente que considera a los 2 devanados en un solo circuito elctrico, no obstante que la conexin entre ellos es magntica y no elctrica. Este diagrama es el general y se debe considerar de acuerdo con el estudio que se ste realizando, pues dependiendo de dicho estudio, se pueden despreciar algunos de estos parmetros.

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Figura 19 Circuito equivalente del secundario de un transformador.

j) Circuito equivalente de un transformador con carga (primario y secundario) Para fines de clculo se puede establecer el diagrama equivalente que considera a los 2 devanados en un solo circuito elctrico, no obstante que la conexin entre ellos es magntica y no elctrica. Este diagrama es el general y se debe considerar de acuerdo con el estudio que se ste realizando, pues dependiendo de dicho estudio, se pueden despreciar algunos de estos parmetros (figura 20). 6.3.2 El autotransformador. El autotransformador es un aparato que funciona en forma semejante al transformador, solo que la transferencia de energa se hace por induccin magntica y conduccin elctrica, debido a que los devanados estn unidos elctricamente. A la potencia transferida por induccin magntica se le llama potencia transformadora; y a la potencia transferida por conduccin elctrica se le llama potencia conducida. El uso del transformador est limitado a relaciones de transformacin hasta de 2.5 debido a problemas de aislamiento, dado que los devanados estn conectados elctricamente. Tambin existen autotransformadores pequeos que se usan como arrancadores a voltaje reducido de motores de induccin. Puede haber autotransformadores monofsicos y trifsicos. El diagrama de un transformador monofsico es el siguiente figura 21.

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Figura 20 Circuito equivalente de un transformador con carga.

Figura 21 Autotransformador reductor.

Pot. De entrada primario = VpIp Pot. De salida secundario = VpIp VpIp = VsIs + prdidas si las prdidas son despreciables: VpIp = VsIs Vp Vs = N ac = relacin de transformacin. N bc

Pot. Transformador = VsIs = (Vp-Vs) Ip Pot. Conducida = Pot. total Pot. transformada Pot. Total = Pot. de entrada = Pot. de salida.

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Figura 22 Autotransformador elevador.

Vp Vs

=

N ac = Relacin de transformacin. N bc

Pot. de entrada = VpIp Pot. de salida = VsPs Pot. transformada = (Vs Vp) Is 6.4 Clasificacin de los transformadores. a) Por su capacidad: 1) De potencia: los de ms de 500 KVA o ms de 69 KV. En la central son transformadores de potencia los siguientes: Autotransformador, Transformador principal, Transformador normal auxiliar, Transformador de reserva y Transformador de respaldo. T4, 230 KV/ 34.5 KV, 36,000 KVA. 2) De distribucin: los que no pasan de 500 KVA y de 69 KV. 3) De utilizacin: los de 200 KVA o menos y 15 KV o menos. b) Por la forma de su ncleo: 1) Tipo columna. Existen distintos tipos de ncleos tipo columna, que estn caracterizados por la posicin relativa de las columnas y de los yugos 2) Tipo acorazado. Este tipo de ncleo tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersin magntica, su uso es mas comn en los transformadores monofsicos, en el ncleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central. 3) Tipo de envolvente

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4) Tipo radial c) Por el nmero de fases. 1) Monofsicos 2) Trifsicos d) Por el nmero de devanados. 1) Dos devanados 2) Tres devanados e) Por el medio refrigerante 1) Aire 2) Aceite 3) Liquido inerte f) Por el enfriamiento. 1) Enfriamiento OA sumergido en liquido aislante (enfriamiento natural). En estos transformadores el aceite aislante circula por conveccin natural dentro de un tanque que tiene paredes lisas o corrugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta solucin se adopta para transformadores de ms de 50 kVA con voltajes superiores a 15kV. 2) Enfriamiento OW sumergido en liquido aislante (enfriamiento por agua). En estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales estn en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente. El aceite circula alrededor de los serpentines por conveccin natural. 3) Enfriamiento FOW sumergido en liquido aislante ( enfriamiento de aceite forzado con enfriadores de agua forzada). Este tipo de transformadores es prcticamente igual que el FOA (enfriamiento por aceite y aire forzado), slo que el cambiador de calor es del tipo agua aceite y se hace el enfriamiento por agua sin tener ventiladores. 4) Enfriamiento AFA tipo seco (enfriamiento con aire forzado). Se emplea para aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la posibilidad de disipacin de calor por medio de ventiladores o sopladores. 5) Enfriamiento OA/FA sumergido en liquido aislante (enfriamiento con aire Forzado). Es bsicamente un transformador OA con la adicin de ventiladores para aumentar la capacidad de disipacin de calor en las superficies de enfriamiento.

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6) Enfriamiento OA/FOA/FOA sumergido en liquido aislante(enfriamiento con circulacin de aceite y ventilacin forzada). Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el rgimen de operacin (carga) del transformador tipo OA por medio de empleo combinado de bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos: en el primero se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA, con el segundo paso se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. 7) Enfriamiento FOA sumergido en liquido aislante (enfriamiento por aceite y aire forzado). Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas trabajando al mismo tiempo. 8) Enfriamiento A/A tipo seco (enfriamiento propio). Estos transformadores no contienen aceite ni otros lquidos para enfriamiento, el aire es tambin el medio aislante que rodea las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2000 KVA y voltajes menores de 15kV. 9) Enfriamiento AA/FA tipo seco (enfriamiento natural y enfriamiento por aire forzado) Es bsicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipacin de calor. g) Por la regulacin. 1) Regulacin fija 2) Regulacin variable con carga 3) Regulacin variable sin carga h) Por la operacin. 1) 2) 3) 4) 5) De potencia De distribucin De instrumentos De horno elctrico De ferrocarril ,etc.

i) Por tipo de preservacin del aceite. 1) Con tanque conservador 2) Sin tanque conservador j) Por conexin. 1) Delta / estrellaME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 25 de 102

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La conexin delta estrella, es de las ms empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generacin o de trasmisin, en los sistemas de distribucin (a 4 hilos) para alimentacin de fuerza y alumbrado. En la figura 23 se ilustra el diagrama de conexiones. La relaciones fundamentales para esta conexin se obtiene de los siguientes diagramas vectoriales aproximados figuras 24 y 25.

V AB = V A V BC = V B V CA = V C

V ab = 3Van 30o V bc = 3Vbn 30o V ca = 3Vcn30o

El desfasamiento entre los voltajes primario y secundario se puede observar en el siguiente diagrama vectorial figura 26.

Figura 23 conexin Delta Estrella.

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Figura 24 Diagramas vectorial de conexiones Delta Estrella.

Figura 25 Diagramas vectoriales de corrientes.

Los diagramas vectoriales para corrientes son los siguientes (Figura 26 ):

Figura 26 Diagrama vectorial de las componentes de la corriente.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 27 de 102

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I A = 3I AB 30oI B = 3I BC 30o I C = 3I CA30o

I an = I a I bn = I b I cn = I c

El desfasamiento entre las corrientes primaria y secundaria se puede observar en el siguiente diagrama vectorial. Figura 27

Figura 27 Diagrama vectorial del desfasamiento entre las corrientes primarias y secundarias.

2) Estrella / Estrella. La conexin estrella estrella da un servicio satisfactorio nicamente en las cargas trifsicas balanceadas; cuando la carga se desbalancea, el neutro elctrico estar en el centro exacto de un punto que har desigual los tres voltajes de lnea a neutro. Esta conexin se emplea en sistemas que operan con tensiones relativamente elevadas, y en instalaciones de potencia a 4 hilos; sin embargo, tiene los siguientes inconvenientes:

Las tensiones en las fases dependen de las cargas y de las caractersticas magnticas de los ncleos de los transformadores. La tercera armnica no puede existir en forma de corriente debido a que no hay regreso por ella (solamente cuando se une el neutro del primario con el neutro del generador, en el caso de plantas). En caso de fallar uno de los transformadores o fallar por alguna razn no es posible alimentar carga trifsica.

En la figura 28 se ilustran los diagramas de conexiones. Las relaciones fundamentales para esta conexin son las siguientes de acuerdo con la figura 29. I A = I AN I an = I a I B = I BN I bn = I bME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 28 de 102

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I C = I CN

I cn = I c

es decir, las corrientes de lnea en los devanados primario y secundario son iguales a las de los correspondientes devanados para cada transformador (figura 30).

Figura 28 Conexin Estrella- Estrella.

Figura 29 Conexin Estrella Estrella aterrizada.

Figura 30 Diagrama vectorial de las corrientes en los devanados primarios y secundarios.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 29 de 102

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Los diagramas vectoriales aproximados son los mostrados en la figura 31. V AB = V AN V BN V BC = V BN V CN V CA = V CN V AN V ab = V an V bn V bc = V bn V cn V ca = V cn V an

Figura 31 Diagramas vectoriales aproximados.

el valor de los voltajes entre lneas considerando un orden de fases abc y las conexiones balanceadas, se obtienen en forma semejante que las corrientes para la conexin delta delta. V AB = V 2 AN + V 2 BN 2V AN V BN cos120 o Como el sistema est balanceado V AN = Vbn V AB = 2V 2 AN + 2V 2 AN ( 1 ) 2V AB = 3V AN 30 o

En forma semejante para el secundarioVab = 3Van 30 o

3) Delta abierta Delta abierta. La conexin delta delta representa en cierto modo la ms flexible de las conexiones trifsicas. Una de las ventajas de esta conexin, es que si uno de los transformadores se daa o se retira de servicio, los otros dos pueden continuar operando en la llamada conexin

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delta abierta o V. Con esta conexin se suministra aproximadamente el 58 % de la potencia que entrega un banco en conexin delta delta. La conexin delta abierta se usa normalmente para condiciones de emergencia, cuando en una conexin delta delta uno de los transformadores del banco se desconecta por alguna razn. En forma similar a la conexin delta delta, del punto medio del secundario de uno de los transformadores se puede tomar una derivacin para alimentar pequeas cargas de alumbrado o bien otros tipos de cargas (figura 32).

Figura 32 Dos transformadores monofsicos en conexin Delta abierta.

4) Delta /Delta. La conexin Delta Delta de transformadores monofsicos se usa generalmente en sistemas cuyos voltajes no son muy elevados; especialmente en aquellos casos en que debe mantener la continuidad de un sistema. Esta conexin se emplea tanto para elevar la tensin como para reducirla. En caso de falla la conexin delta delta se puede convertir en una conexin delta abierta delta abierta. En la figura 33 se ilustra el diagrama de conexiones. Las relaciones fundamentales de esta conexin son las siguientes: V AB = V A V BC = V B V CA = V C V ab = V a V bc = V b V ca = V c

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Figura 33 Conexin Delta - Delta

VA y Va son los voltajes primario y secundario del transformador A. VB y Vb son los voltajes primario y secundario del transformador B. VC y Vc son los voltajes primario y secundario del transformador C. En la conexin delta balanceada, los voltajes entre lneas son iguales a los voltajes de fase y el diagrama vectorial correspondiente se muestra en la figura 34. Y el diagrama vectorial aproximado para la conexin delta - delta balanceada es el siguiente: I A = I AB I AC I B = I BC I AB I C = I CA I BC I a = I ab I ac I b = I bc I ab I c = I ca I bc

Figura 34 Diagrama vectorial de la conexin Delta Delta balanceada.

IA, IB e IC representan las corrientes de lnea en el primario Ia, Ib e Ic las corrientes de lnea en el secundario (Figura 35).

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Figura 35 Diagrama vectorial de las corrientes de lnea en el primario y el secundario.

5) Estrella / Delta. La conexin estrella delta es contraria a la conexin delta estrella; por ejemplo, en sistemas de potencia, la conexin, delta estrella se emplea para elevar los voltajes y la conexin estrella- delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados en estrella se conectan al circuito de ms alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribucin esta conexin es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribucin a tres hilos. En la figura 36 se ilustran los diagramas de conexiones.

Figuras 36 Conexin Estrella Delta.

Las relaciones fundamentales para la conexin estrella delta se obtienen de los siguientes diagramas vectoriales aproximados figura 37.

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Figuras 37 Conexiones y diagramas Estrella Delta.V AB = 3V AN 30 o V BC = 3VBN 30 V CA = 3VCN 30o o

V ab = V a V bc = V b V ca = V c

El desfasamiento entre voltajes se puede observar en el siguiente diagrama vectorial. Figura 38.

Figura 38 Diagrama vectorial de desfasamiento entre voltajes.

Las relaciones para corrientes se muestra en la figura 39.

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Figuras 39 Diagrama vectorial de corrientes.

I A = I AN I A I B = I BN I C = I CN

I a = 3I ba 30 o I b = 3I cb 30 o I c = 3I ac 30 o

En el siguiente diagrama vectorial (figura 40) se puede observar el desfasamiento entre las corrientes primaria y secundaria.

Figura 40 Diagrama vectorial del desfasamiento entre corrientes del primario y secundario.

6.5 Componentes principales de un transformador. En la figura siguiente (figura 41) se muestran los componentes principales de un transformador:

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17 16

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Figura 41 Partes principales del transformador.

1.-Tanque. 2.- Radiadores 3.- Ncleo 4.- Bobinas 5.- Rel de proteccin Buchholz 6.- Tanque conservador 7.- Indicadores 8.- Vlvula de alivio 9.- Boquillas de alto voltaje 10.- Boquillas de bajo voltaje

11.- Vlvulas de mariposa 12.- Conexin de los tubos radiadores al tanque 13.- Herrajes o armadura 14.- Base de rolar 15.- Medio Refrigerante 16.- Equipo de Inertizacin 17.- Ventiladores de Radiadores 18.- Silicagel

A continuacin se describen los componentes enlistados en la figura 41. 1) Tanque. El tanque o recipiente es un elemento indispensable en aquellos transformadores cuyo medio de refrigeracin no es el aire; sin embargo, puede prescindirse de el en casosME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 36 de 102

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especiales. Su funcin es la de radiar el calor producido por el transformador y la de albergar el ncleo y las bobinas principalmente. 2) Radiadores. Los Radiadores son intercambiadores de calor que permiten aumentar la disipacin del calor generado dentro del transformador. Existen varios tipos de radiadores, siendo los mas usuales los de tubo y los de aletas 3) Ncleo. Constituye el circuito magntico que transfiere energa de un circuito a otro y su funcin principal es la de conducir el flujo activo. Est sujeto por el herraje o bastidor, se construye de laminaciones de acero al silicio al 4 % denominado comnmente como hipersil, sus gruesos son del orden de 0.014 de pulgada(0.355 mm), con un aislante de 0.001 pulgada (0.254 mm). Estas laminaciones tienen la propiedad de tener prdidas relativamente bajas por efecto de histresis y de corrientes circulantes. 4) Bobinas. Las bobinas o devanados (primario, secundario, terciario, etc.) constituyen los circuitos de alimentacin y carga, pueden ser de una, dos o tres fases y, por la corriente y nmero de espiras pueden ser de alambre delgado, grueso, de barra o aplanado (solera). La funcin de los devanados es crear un campo magntico con una prdida de energa muy pequea y utilizar el flujo para inducir una fuerza electromotriz (secundario). Se clasifican en dos tipos generales, de acuerdo a la forma en que se coloquen alrededor del ncleo laminado. a) Tipo ncleo o de columnas, en el cual las bobinas abarcan una parte considerable del circuito magntico, figura 42. b) Tipo acorazado, en el cual el circuito magntico abarca una parte considerable de los devanados como se ilustra en la figura 43.

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Figura 42 Ncleos tipo columna.

Figura 43 Ncleo tipo acorazado.

5) Relevador Buchholz. Su funcin es proteger al transformador contra los efectos de las fallas internas al ser accionado por los gases que se generan durante la falla. Su operacin puede producir alarma o disparo del transformador segn la gravedad de la falla. 6) Tanque conservador. Es generalmente cilndrico, su finalidad es mantener el nivel de aceite en el tanque principal del transformador, de acuerdo con su forma ser dimensionado, para contener entre 8% y 10%, del volumen total de aceite.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 38 de 102

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Este depsito se enlaza por tubera con el transformador y sta siempre parcialmente lleno de aceite. Absorbe la dilatacin y la contraccin del aceite, de modo que el transformador esta siempre lleno de aceite y la superficie de ste no est expuesta a la accin del oxigeno. El conservador est dotado de un respiradero que contiene un agente desecador, como el cloruro de calcio ( silicagel). 7) Indicador del nivel, de temperatura de aceite y devanados. Aparato que nos seala el estado del transformador. Indicador magntico del nivel de aceite. Generalmente tiene un contacto disponible para alarma por bajo nivel, encontrndose otros tipos como son; el de columna y el prismtico. 8) Vlvula de alivio. Este dispositivo tiene como funcin aliviar cualquier presin excedente dentro del transformador. 9-10) Boquillas o aisladores de potencia (de alto y bajo voltaje) Las Boquillas (Bushings) o aisladores de potencia su finalidad es efectuar la conexin elctrica entre las terminales de devanados y el exterior manteniendo hermeticidad y aislamiento. Existen tres tipos bsicos, slido, en aceite y tipo condensador, su aplicacin depender del voltaje de diseo. 11) Termmetro a) Indicador de temperatura del aceite. Su funcin es detectar la temperatura del aceite y el sensor, se encuentra localizado en la parte superior del tanque principal lugar en que el aceite se encuentra a mayor temperatura. b) Indicador de temperatura de bobina o devanado. Su funcin es medir indirectamente la temperatura media de los devanados. c) Indicador de temperatura del punto mas caliente (hot spot). Su funcin es medir la temperatura mxima de los devanados. d) Indicadores y /o registradores de temperaturas remotos. En transformadores de gran capacidad estos equipos estn provistos de elementos resistivos de cobre de 10 a 25 C y se usan con un instrumento registrador en la sala de control. 12) Conexin de los tubos radiadores al tanque por medio de vlvulas. La finalidad de esta conexin es permitir el paso del aceite del tanque al radiador y viceversa.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 39 de 102

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Para estas conexiones se recomienda utilizar empaques de corcho neopreno, al cambiar algn radiador o destapar algn registro con la finalidad de seguir manteniendo la hermeticidad del equipo. 13) Herrajes o armadura de material antimagnetico Los ncleos de los transformadores tienen partes que cumplen con funciones puramente mecnicas de sujecin de las laminaciones y estructuras, estas partes o elementos se conocen como herrajes o armadura, y se complementan con componentes como fibra de vidrio o madera para la proteccin de la sujecin de los yugos, igualmente para dar rigidez al ncleo se utilizan tornillos opresores para sujetar los juegos de laminaciones y se separa por medio de los tornillos tensores. 14) Base de rolar. Su funcin es facilitar el movimiento del transformador sobre rieles. 15) Medio refrigerante El medio refrigerante debe ser buen conductor del calor; puede ser lquido (como en la mayora de los transformadores de gran potencia), slido o semislido. Los medios refrigerantes ms usuales en transformadores son : aire, aceite dielctrico, el silicn y el gas SF6; el ms comn de ellos es el aceite dielctrico de baja viscosidad, ya que por experiencia, se ha demostrado que es uno de los mejores medios de refrigeracin y tiene buenas propiedades dielctricas. 6.6 Especificaciones y criterios de diseo de un transformador. Nos hemos referido al transformador en forma aislada sin la influencia de carga, en realidad todas las mquinas elctricas operan como partes integrantes de un sistema elctrico. Dentro de los sistemas de potencia y en las redes de distribucin debe ser considerado el factor econmico que se supone ha sido considerado en la trasmisin determinando los voltajes mas econmicos de trasmisin y la seccin mas econmica del conductor en la trasmisin y la distribucin. Las corrientes de carga en un transformador producen esfuerzos magnticos en los devanados y tambin producen calentamiento (perdidas por efecto Joule) R , este calor generado va de los devanados al aceite aislante, al tanque y finalmente al medio que lo rodea. La cantidad total de calor generado y la eficiencia para disiparlo determina la temperatura final del devanado, esta temperatura final conjuntamente con el ciclo de carga del transformador determinan la carga con que puede operar un transformador sin daar excesivamente sus aislamientos.

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6.6.1 Las especificaciones de un transformador consiste en los siguientes datos fundamentales. a) Nmero de fases. Pueden ser monofsicos (dos devanados) o trifsicos (seis devanados). b) Capacidad en KVA. Se puede definir como la carga pico (mxima) que un transformador puede suministrar para un ciclo de carga especifico, sin exceder los limites de diseo del mnimo. c) Frecuencia. En los transformadores no existe variacin en la frecuencia (60 cps), este dato nos indica la frecuencia de funcionamiento. d) Voltaje y nivel de aislamiento de cada circuito. Segn el voltaje a que opere, ser el numero de vueltas de la bobina o devanado y el nivel de aislamiento. A mayor voltaje mayor numero de vueltas. Segn la intensidad de corriente ser el calibre del conductor. A mayor corriente ser mayor el calibre. En corrientes pequeas se usan alambres delgados y en grandes corrientes se puede usar alambre muy grueso o solera. El material de los alambres o barras es cobre aislado con una capa de barniz, cinta de algodn, de papel, de fibra de vidrio o de algn material plstico. Los embobinados de alta tensin son de muchas vueltas y alambre delgado, y los de baja tensin son de pocas vueltas y de alambre grueso o barra. El embobinado de baja tensin va colocado alrededor del ncleo y el de alta tensin va colocado alrededor del de baja tensin. e) Conexin entre fases para alto y bajo voltaje Nos indica la forma de cmo est conectado internamente el transformador . f) Derivaciones (Taps ). Conocidos como conmutadores o cambiadores de derivacin. Son elementos destinados a modificar ligeramente la relacin de transformacin del transformador. Van colocados siempre de lado de alta tensin. Generalmente activan para valores de 2.5 % al del valor del voltaje nominal en cada posicin y son: 5 posiciones dos arriba y dos abajo del valor nominal que corresponde a la posicin central ejemplo: En un transformador de 13200 220 volts. 2.5% de 13200 = 330 volts.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 41 de 102

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Posicin 1 2 3 4 5

13860 volts 13530 volts 13200 volts 12870 volts 12540 volts

Existen dos tipos de conmutadores los que hacen el cambio sin carga y los que hacen el cambio con carga y a control remoto. Los que hacen el cambio sin carga o desconectados hay de dos tipos los que necesitan que se destapen el agujero de mano para hacer el cambio y los de tipo blindado que poseen una palanca en la parte exterior del tanque. g) Elevacin de temperatura. La capacidad continua con una elevacin de temperatura en el cobre de 55C medida por aumento de resistencia sobre una temperatura ambiente de 40 C. h) Altura de operacin. Debe considerarse que la eficiencia en la disipacin producida por el transformador vara con la altura de operacin, ya que se sabe que la disipacin por conveccin en equipos y mquinas elctricas cuando estn diseadas para operar a una cierta altura en metros sobre el nivel del mar (M.S.N.M) por ejemplo al nivel del mar sufre una reduccin de capacidad con la altura que de acuerdo con las normas se da en % de la capacidad normal por cada 100 metros de altura sobre el mximo de 1000 , que fijan las normas para conservar la capacidad del nivel del mar. Esta reduccin esta fijada como sigue: Transformadores en aceite autoenfriados (OA) Transformadores en aceite con aire forzado (OA/FA) Transformadores en aceite con circulacin forzada de aceite y aire(FOA) Transformadores secos autoenfriados (A) Transformadores secos con ventilacin (FA) i) Medio aislante. Los aislamientos en un transformador son necesarios para mantener una separacin adecuada entre dos puntos de diferente potencial, dentro del circuito elctrico del propio transformador; en trminos generales y dependiendo de los puntos que se van aislar, los aislamientos se pueden clasificar en las siguientes categoras: 1) Aislamiento principal o mayor, el cual comprende la separacin entre devanados diferentes de una misma fase, as como la separacin entre devanados y tierra. 2) Aislamiento menor, que comprende la separacin entre espiras ( vueltas ) adyacentes y adems, la separacin entre secciones del mismo devanado. 3) Aislamiento entre fases diferentes, que comprende la separacin entre los devanados de estas fases.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 42 de 102

0.4% 0.5% 0.5% 0.3% 0.5%

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Los materiales que integran los aislamientos en un transformador son bsicamente aceite y papel aislante de altas caractersticas de rigidez dielctrica; adems aunque en menor proporcin se utilizan otros materiales como madera, vidrio, porcelana, etc. De acuerdo a sus caractersticas trmicas tanto el aceite como el papel se clasifican en clase A, los cuales deben operar a temperaturas mximas de 105 C, sin perdida de vida por degradacin trmica. j) Clasificacin de los materiales aislantes para mquinas. La clasificacin de los materiales aislantes para mquinas elctricas con relacin a su estabilidad trmica, cubre bsicamente siete clases de materiales aislantes que se usan por lo general y son las siguientes: CLASE Y A E B F H C TEMPERATURA 90 C 105 C 120 C 130 C 155 C 180 C Mayor a 180

Tabla 1 Clasificacin de los materiales aislantes.

A continuacin describimos brevemente cada uno de los materiales: 1) Clase Y. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales, tales como algodn, seda y papel sin impregnar. 2) Clase A. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales tales como el algodn, seda y papel con alguna impregnacin o recubrimiento o cuando se sumergen en dielctricos lquidos tales como el aceite. 3) Clase E. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales que por pruebas pueden operar a temperaturas hasta de 5 C , sobre la temperatura de los aislamientos clase A. 4) Clase B. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales tales como, la mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. Con algunas sustancias aglutinantes (resinas y silicones) y/o materiales inorgnicos

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5) Clase F. Este aislamiento consiste en materiales o combinacin de materiales tales como, la mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. Con algunas sustancias aglutinables, as como otros materiales o combinacin de materiales no necesariamente inorgnicos. 6) Clase H. Este aislamiento consiste de materiales tales como el silicn, elastmeros y combinaciones de materiales tales como la mica, la fibra de vidrio, asbestos, etc., con sustancias aglutinables como son las resinas y silicones apropiados. 7) Clase C. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales tales como la mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes. k) Mtodo de refrigeracin. La energa convertida en calor en el circuito magntico por las perdidas por Histresis, corrientes de Eddy y en el cobre de los devanados por efecto joule, representa un problema importante en los transformadores. Aunque esta energa sea slo una pequea parte de la energa total, representa una cantidad considerable en los transformadores de gran potencia, cuanto mayor es la potencia del transformador, ms difcil resulta disipar el calor, porque su potencia aumenta mucho ms rpidamente que la superficie de refrigeracin. Es necesario transportar el calor desde los puntos donde se produce, es decir, en el interior de los arrollamientos y del ncleo, a las superficies de radiacin del transformador y luego debe eliminarse el calor de estas superficie. Los transformadores estn por lo general enfriados por aire y aceite y cualquier mtodo de enfriamiento empleado debe ser capaz de mantener una temperatura de operacin suficientemente baja y prevenir puntos calientes en cualquier parte del transformador. El aceite se considera uno de los mejores medios de refrigeracin que tiene adems buenas propiedades dielctricas y que cumple con las siguientes funciones: 1) 2) 3) 4) Acta como aislante elctrico Acta como refrigerante Protege a los aislamientos slidos contra la humedad y el aire. Existen en los transformadores de la central la combinacin de tres mtodos bsicos de enfriamiento: a) Circulacin natural de aceite y aire (OA) por radiadores. b) Circulacin natural de aceite y aire forzado (OFA) por radiadores con ventiladores.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 44 de 102

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c) Circulacin forzada de aceite y aire (FOA) por radiadores con bombas y ventiladores. Cada enfriador con su bomba y ventiladores asociados, constituye una unidad de enfriamiento. Cada transformador cuenta con una o mas unidades de enfriamiento una de las cuales es de reserva. La alimentacin para el equipo auxiliar tiene una fuente normal y una de respaldo que entra en servicio automticamente cuando se le requiere. l) Caractersticas elctricas. Dentro de estas caractersticas las ms importantes son las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Relacin de transformacin, volts alta tensin / volts baja tensin. Diagrama vectorial (trifsicos). Polaridad (monofsico). Factor de potencia. Porcentaje de impedancia. Posicin de los taps y valores correspondientes de voltaje y de corriente. Diagrama de conexiones . Regulacin.

m) Caractersticas mecnicas. Dentro de las caractersticas mecnicas podemos citar las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5) Tipo de ncleo. Tanque. Base de rolar. Tipo de radiador. Herrajes o armadura.

n) Dimensiones y pesos lmites. Se determina en base a la capacidad y nmero de fases y al volumen de aceite que contenga. o) Equipo complementario. 1) 2) 3) 4) Tipo de control manual o automtico. Gabinete de control. Equipo requerido para control. Refacciones.

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6.6.2 Criterios de diseo. La seguridad y efectividad son caractersticas indispensables para el funcionamiento correcto de un transformador, los transformadores por su naturaleza ofrecen una gran variedad de eficiencias para cumplir con los requerimientos del cliente estos requerimientos son las caractersticas de diseo, es decir son los requisitos que el transformador debe cumplir para su operacin. Dentro de las caractersticas indispensables de diseo se consideran: a) El cambiador de derivaciones 1) 2) 3) 4) 5) Tipo No. Total de posiciones Derivacin mxima Derivacin media Derivacin mnima

b) Caractersticas de las boquillas o cmaras de alta tensin, terciarios y neutros. 1) Marca 2) Tipo 3) Clase de aislamiento 4) Nivel bsico de aislamiento al impulso 5) Prueba de frecuencia en nmero de 10 segundos 6) Prueba de bajo baja frecuencia en seco, 1 minuto 7) Distancia de fuga a tierra 8) Corriente nominal 9) Por transitorio de maniobras, en numero 10) Tensin mxima de diseo c) Caractersticas de los conectores de las boquillas 1) Cantidad 2) Tipo 3) Materiales y calibre del conductor que recibe al conector d) Sistema de preservacin de aceite en el tanque conservador 1) Tipo e) Ncleo 1) Tipo f) Temperatura de estabilizacin del aceite 1) Sobre una temperatura ambiente de 40 C.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 46 de 102

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g) Caractersticas de los motores 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Cantidad Capacidades nominales en watts Tensin nominal, en volts Corriente a plena carga en amperes Numero de fases Corriente de rotor frenado por ciento de la plena carga Velocidad nominal (r/min) Elevacin de temperatura, C.

h) Sistema de enfriamiento 1) 2) 3) 4) 5) Numero total de radiadores sistema FA. Numero total de enfriadores sistema FOA Material de los tubos de los enfriadores del sistema FOA Numero total de ventiladores por transformador Numero total de bombas de aceite por transformador

i) Accesorios normales 1) Cantidad y caracterstica de los accesorios (cambiador de derivaciones, indicador del nivel de aceite, termmetro indicador de aceite, vlvula de drenaje y muestreo). j) Accesorios especiales 1) 2) 3) 4) Detectores de temperatura Dispositivos de fijacin Ruedas Accesorios del cambiador de derivaciones bajo carga.

k) Masa y dimensiones 1) 2) 3) 4) Del tanque incluyendo ncleo y devanados sin aceite y sin accesorios De los accesorios Del lote de refacciones Masa del transformador totalmente armado con accesorios y aceite aislante

l) Dimensiones generales del transformador totalmente armado con accesorios y aceite aislante 1) 2) 3) 4)ME195

Altura sin boquillas Altura con boquillas Largo AnchoMantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 47 de 102

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5) Altura para remover el ncleo 6) Altura para remover las boquillas 7) Volumen del aceite aislante de un transformador 6.7 Tipos de mantenimiento que se le aplican a un transformador. Actualmente se reconoce una gran variedad de tipos de mantenimiento, con su definicin respectiva para cada uno de ellos, as como su filosofa muy particular. El transformador por ser una mquina sin partes en movimiento (esttica) requieren de poco mantenimiento sin embargo se deben realizar ciertos tipos de trabajos de mantenimiento, en su instalacin o lugar de operacin y que se conocen como mantenimiento de campo, ya sea de tipo predictivo, preventivo o correctivo. La idea bsica del mantenimiento predictivo puede representarse por medio de las figuras 44 y 45; donde se aprecia en la figura 44, que el equipo despus de pasar un perodo de puesta en servicio reduce sus posibilidades de falla (fallas inmediatas) y entonces pasa a encontrarse dentro de su periodo de vida til posteriormente el equipo envejece y crecen sus posibilidades de falla (periodo de envejecimiento). El mantenimiento predictivo tiende a reducir la cantidad de trabajo por realizar durante el perodo de vida til. En la figura 45 podemos ver que mejorando las tcnicas de mantenimiento y reduciendo los costos de estos se logra una productividad mayor. Los principales objetivos por alcanzar son: 1) Establecer los requisitos de mantenimiento para todo el equipo. 2) Adecuada recoleccin y archivo de resultados obtenidos de inspecciones y pruebas conjuntamente con los anlisis para la determinacin de las condiciones del equipo. 3) En funcin de lo anterior, determinamos los programas ptimos de mantenimiento. 4) Personal competente para realizar las tareas tanto directamente en el equipo como para anlisis y control del mantenimiento. a) Polticas de tipo de mantenimiento. La poltica de tipo de mantenimiento esta basada sobre el tipo de mantenimiento predictivo. Definimos tres tipos principales de mantenimiento: 1) Mantenimiento predictivo. Este tipo de mantenimiento tiene como finalidad combinar las ventajas de los dos tipos de mantenimientos anteriores para lograr el mximo tiempo de operacin delME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 48 de 102

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equipo y eliminar el trabajo innecesario. Esto exige tcnicas de revisin y pruebas ms avanzadas para determinar con mayor certeza la condicin del equipo y control ms riguroso para lograr la planeacin correcta y efectuar las revisiones verdaderamente necesarias. Entre las pruebas de revisin se consideran las siguientes: i) ii) iii) iv) Cromatografa de gases. Termografa infrarroja. Deteccin y medicin de descargas parciales. Pruebas fsicas, qumicas y elctricas en aceites aislantes.

Figura 44 Curva vida - muerte tpica.

Figura 45 Cantidad total de mantenimiento.

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2) Mantenimiento preventivo. Este tipo de mantenimiento tiene como objetivo prevenir las interrupciones y fallas, al mismo tiempo que prolongar los tiempos de operacin por medio de inspecciones programadas y revisiones peridicas del equipo, que tenga como base las recomendaciones de los fabricantes y del personal ms experimentado. Es conveniente tambin llevar un historial para cada equipo que incluya los reportes de prueba de puesta en servicio, a fin de comparar los resultados de las pruebas futuras durante su vida til. Los transformadores requieren en general poco mantenimiento pero su sistema de aislamiento necesita especial atencin ya que si falla requerir reparaciones programadas y costosas. El aislamiento esta constituido por materiales orgnicos (aceite mineral y papel ) que aun durante su operacin normal puede estar expuesto al efecto de agentes tales como: calor, humedad y oxigeno que producen deterioro y tiende a disminuir sus cualidades como aislante elctrico. En general logra su objetivo pero actualmente se considera que los costos de mantenimiento son relativamente elevados. Dentro de las actividades que se realizan se encuentran las siguientes: i) ii) iii) iv) v) vi) vii) Pruebas de resistencia de aislamiento. Mediciones de perdidas dielctricas. Pruebas de corrientes de excitacin. Pruebas de factor de potencia a boquillas. Pruebas de relacin de transformacin y polaridad. Medicin de impedancia de corto circuito. Medicin de capacitancia.

3) Mantenimiento correctivo. Es el tipo de mantenimiento ms antiguo, puesto que permite operar el equipo hasta que la falla ocurra antes de su reparacin o sustitucin, este tipo de mantenimiento requiere poca planeacin y control pero sus desventajas lo hacen inaceptables en grandes instalaciones, ya que todo el trabajo es hecho sobre una base de emergencia la cual resulta en un ineficiente empleo de la mano de obra y en excesivas interrupciones. Generalmente se realizan las siguientes actividades: i) ii) iii) iv) v)ME195

Secado de aislamiento. Medicin de humedad residual en elementos slidos de transformadores de potencia. Equipo para desgasificacin y deshidratacin de aceite aislante. Tratamiento de aceite aislante en planta. Tratamiento de aceite aislante en campo.Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 50 de 102

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vi) Llenado final de aceite en transformadores de potencia. vii) Cambio de componentes daados. viii) Cambio del TR mismo. 6.8 Pruebas que se realizan a un transformador y equipos utilizados para las pruebas. a) Mantenimiento de transformadores. De todos es conocido que el transformador es el equipo o dispositivo ms simple (relativamente). Requiere de poco mantenimiento y es de lo ms confiable en el mbito del equipo elctrico. Un buen mantenimiento de este equipo debe caer en los tipos de mantenimientos que hemos esbozado en prrafos anteriores. El mantenimiento que se debe dar a un transformador, est dirigido directa o indirectamente a la conservacin de sus aislamientos desde el punto de vista elctrico, qumico y mecnico. El mantenimiento empieza realmente desde la puesta en servicio. Las tcnicas y cuidados empleados en esta etapa determinaran la vida del transformador y la periodicidad del mantenimiento. El mantenimiento de los transformadores de la CLV deben efectuarse, de acuerdo a la tendencia de los resultados de las pruebas y a los procedimientos aplicables. b) Trabajos de mantenimiento en campo. En ocasiones se presenta la necesidad de efectuar trabajos en el equipo de transformacin ya sea por mantenimiento predictivo, preventivo o correctivo, muchos de los cuales se ejecutan en el campo. Bajo estas circunstancias, se hace necesario elaborar la planeacin de los trabajos, en la cual debe incluir acopio de recursos humanos y materiales. En forma general los trabajos que se realizan son los siguientes : 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)ME195

Maniobras de desconexin y conexin ( libranzas ). Preparacin de equipos de prueba. Desconexin, limpieza y pruebas a los cables. Pruebas de factor de potencia a devanados. Pruebas de resistencia de aislamiento (megger ). Pruebas de corriente de excitacin. Pruebas de factor de potencia a boquillas. Pruebas de relacin de transformacin ( TTR). Pruebas de medicin o determinacin de impedancia. A prueba de resistencia aislante del ncleo. Revisin y limpieza del gabinete de control (en su caso). Eliminacin de fugas.Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 51 de 102

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13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20)

Pintura. Mantenimiento al cambiador de derivaciones. Pruebas de operacin y control. Cambio cilindro N2 o slicagel. Anlisis de gases disueltos en el aceite aislante. Reemplazo de aceite al cambiador de derivaciones. Reacondicionado del aceite y secado de devanados. Revisin, inspeccin y reapriete de conexiones, cinturones, yugos, gatos, etc. del devanado y ncleo del transformador. 21) Reposicin de niveles de aceite. 22) Prueba al relevador Buchhola.

Las pruebas se ejecutan en los transformadores y sus accesorios por distintas razones durante su fabricacin, para verificar la condicin de sus componentes durante la entrega, durante su operacin como parte del mantenimiento, despus de su reparacin, etc. Algunas de las pruebas que se hacen en los transformadores se consideran como bsicas y algunas otras varan de acuerdo a la condicin individual de los transformadores y pueden cambiar de acuerdo al tipo de transformador, por lo que existen distintas formas de clasificacin de las pruebas a transformadores, por ejemplo algunos las clasifican en pruebas de baja tensin y pruebas de alta tensin. Tambin se pueden agrupar como pruebas preliminares, intermedias y de verificacin (finales).

c) Pruebas preliminares. Las pruebas preliminares se realizan cuando un transformador se ha puesto fuera de servicio para mantenimiento programado o para revisin programada o bien ha tenido alguna falla. Las pruebas se realizan antes de abrir el transformador y tienen el propsito general de encontrar el tipo y naturaleza de la falla. Las llamadas pruebas preliminares incluyen: 1) 2) 3) 4) 5) 6) F.P., rigidez dielctrica. Medicin de la resistencia de aislamiento de los devanados. Medicin de la resistencia hmica de los devanados. Determinacin de las caractersticas del aislamiento. Corriente de excitacin. Corriente de F.P.

d) Pruebas intermedias. Las llamadas pruebas intermedias, como su nombre lo indica se realizan durante el transcurso de una reparacin o bien en las etapas intermedias de la fabricacin, cuando el transformador est en proceso de armado o bien desarmado ( segn sea el caso) y el tipo de pruebas depende del propsito de la reparacin o la etapa de fabricacin, por loME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 52 de 102

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general se hace cuando las bobinas no han sido montadas o desmontadas ( segn sea el caso) y son principalmente las siguientes: 1) Medicin de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes contra el ncleo. 2) Prueba de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes por voltaje aplicado. 3) Prueba de las boquillas por medio de voltaje aplicado. e) Pruebas finales. Las pruebas finales se hacen sobre transformadores terminados de fabricacin o armados totalmente despus de una reparacin que incluyen las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5) 6) Pruebas al aceite del transformador. Medicin de la resistencia de aislamiento. Prueba de relacin de transformacin. Determinacin del desplazamiento de fase de los grupos de bobinas. Determinacin de las caractersticas del aislamiento. Pruebas para la determinacin de las perdidas en vaco y corto circuito (determinacin de impedancia). 7) Prueba del aislamiento entre espiras por voltaje inducido. 8) Medicin de la corriente de vaco y la corriente de excitacin. Un mantenimiento completo para un transformador abarca todos los puntos considerados en la planeacin de los trabajos. f) Pruebas de campo. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) Resistencia de aislamiento. Factor de potencia del aislamiento de los devanados. Relacin de transformacin y polaridad. Resistencia hmica de los devanados. Corriente de excitacin con equipo de factor de potencia. Pruebas de factor de potencia a boquillas. Secado de transformador de potencia. Rigidez dielctrica del aceite. Resistividad del aceite. Tensin interfacial del aceite. Condicin y color del aceite. Factor de potencia del aceite. Mantenimiento al cambiador de derivaciones bajo autotransformadores.

carga

de

los

En cuanto a las conexiones de prueba de los transformadores de la central, que mencionaremos, se tomo como base el manual de pruebas elctricas de la CLV y los reportes de las pruebas debern documentarse en los formatos de este mismo manual (los que aplique).ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 53 de 102

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1) Resistencia de aislamiento (devanados y ncleo) i) Devanados Equipo de prueba: Probador de resistencia de aislamiento (megger). La resistencia de aislamiento se mide por medio de un aparato conocido como megger. Que consiste en una fuente de alimentacin en corriente directa y un sistema de medicin, la fuente es un pequeo generador que se puede accionar de forma manual o elctricamente. El voltaje en terminales de un megger varia de acuerdo al fabricante as se trate de accionamiento manual o elctrico, en general se pueden encontrar en forma comercial megger de 250, 1000, 2500 y 5000 volts. La escala del instrumento est graduada para leer resistencia de aislamiento en el rango de 0 a 10000 Megohms. La capacidad de la fuente de corriente directa generalmente es baja, ya que la finalidad es ver el estado en que se encuentra un aislamiento, es decir, esta es una prueba indicativa no destructiva, de tal forma que si un aislamiento est dbil no lo agrave. La prueba de resistencia de aislamiento en transformadores no solo sirve para verificar la calidad del aislamiento, tambin permite verificar el grado de humedad y en ocasiones defectos severos en el aislamiento, esta prueba deber efectuarse con su medio refrigerante. Las resistencias de aislamiento a determinar en un transformador, son la resistencia que presenta un devanado con respecto a otro y la que presenta un devanado con respecto al ncleo y con respecto al tanque; es decir las lecturas de resistencia de aislamiento que se toman de acuerdo a lo indicado en la figura 46. Transformadores de dos devanados Devanado A.T. Vs Devanado B.T: Devanado A.T. Vs Devanado B.T + tanque a tierra Devanado A.T. + tanque a tierra Vs Devanado B.TFigura 46 conexiones de prueba de resistencia de aislamiento.

Preparacin del transformador para la prueba. 1. Librar las terminales completamente, desconectando todas las terminales de boquillas. En caso de que el transformador tengas salidas con cable subterrneo, se recomienda efectuar la prueba con todo y cables desde el transformador hasta el interruptor, pero tomando las precauciones necesarias. Y slo en caso necesario desconectar para probar cable y transformador por separado.

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2. Asegrese de que el tanque del transformador ste slidamente aterrizado. 3. Drene todas las cargas estticas que puedan estar presentes en los devanados al inicio de cada una de las pruebas. 4. Desconectar los neutros de los devanados. 5. Colocar puentes entre las terminales de las boquillas del devanado primario, del secundario y del terciario, si este es el caso. 6. Limpiar la porcelana de las boquillas quitando el polvo, suciedad, etc. 7. Poner especial cuidado en que no haya cambios bruscos de temperatura mientras dure la prueba. 8. Preferentemente efecte las pruebas si la humedad relativa es de 75%.

ii) Ncleo. Probablemente una de las primeras pruebas que se le hacen a un transformador al recibirse en la instalacin donde se va a utilizar, despus de una inspeccin visual externa, de examinar los registradores de impacto y los manmetros de gas, es la prueba de la resistencia a tierra del ncleo y la no existencia de otras. Los ncleos de los transformadores se aterrizan por dos razones bsicas: Para mantener el diseo de la distribucin del voltaje a travs del transformador, y para asegurarse de que el ncleo no tendr un potencial superior al de tierra, causando carga esttica y descarga de stas entre el ncleo del transformador y del tanque. Un calentamiento ocurrir en un transformador debido a corrientes circulantes si el laminado del ncleo est aterrizado en ms de un punto. Las lminas que forman el ncleo estn aisladas una con otra de la cubierta y de otras partes estructurales. Estas partes estructurales estn conectadas al tanque principal. Las lminas estn aisladas entre ellas por un barniz aislante que forma una delgada capa de aislamiento. El aislamiento interlaminar es solo de unos pocos ohms, que son lo suficientemente altos para prevenir daos por corrientes circulantes dentro del ncleo y al mismo tiempo, es suficientemente bajo para permitir que el ncleo entero est efectivamente aterrizado por una conexin en solamente una de las lminas. Esta conexin, algunas veces se conecta a tierra por medio de una pequea boquilla y en otras se conecta internamente en el tanque, en la parte superior del transformador. En transformadores tipo acorazado no es importante que las laminaciones sean aterrizadas en solamente un punto debido a que la distribucin de flujo en este tipo de transformadores difiere de los de tipo columna. Sin embargo, la prueba de ncleo a tierra puede ser deseable en algunas formas de diseo tipo acorazado. Las conexiones para efectuar pruebas de resistencia de aislamiento al ncleo de los transformadores y las mediciones se muestran a continuacin (figuras 49 y 50) en donde.

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AT BT N TQ

-

estructura de la grampa de alta tensin. estructura de la grampa de baja tensin. ncleo. tanque.

Criterio de aceptacin. Una resistencia de 1000 Megohms, con una tensin de prueba de 1000volts es aceptable para transformadores nuevos; sin embargo una lectura tan baja como 50 Megohms puede ser aceptable si no hay evidencia de movimiento del ncleo o dao mecnico.

Diagrama ilustrativo de conexin de la prueba de resistencia de aislamiento con Megger de un transformador de dos devanados.

1) Devanado de alto voltaje vs. Devanado de bajo voltaje.

2) Alto voltaje vs. Bajo voltaje + tanque a tierra.

3) Alto voltaje vs. Bajo voltaje + tanque a tierra.Figura 47 Conexiones de prueba para un transformador con 2 devanados con Megger.

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Diagrama ilustrativo de conexin para la prueba de resistencia de aislamiento para un transformador de tres devanados.

1) Primera conexin.

2) segunda conexin.

3) Tercera conexin.Figuras 48 Conexiones de prueba para un transformador con 3 devanados con Megger.

T e r m i n a l e s Conexin Guarda 1 2 3 4 Y X ----------------Lnea H H XY HXY Tierra X , tanque Y , tanque H TQ RH RY RXY RHXY Mide

Figura 49 Diagrama de conexiones de prueba de Megger de los transformadores auxiliares normal y de reserva

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Conexiones del transformador principal para la prueba de resistencia de aislamiento al ncleo. PRUEBA DE MEGGER TRANSFORMADOR PRINCIPAL 400/ 22KV 239 MVA Voltaje aplicado 1000 VCD Tiempo 1 minuto

No. de prueba 1 2 3 4 5 6

Conexiones BT VS AT BT VS N BT VS TQ AT VS N AT VS TQ N VS TQ

Lectura en Mega-Ohms

Figura 50 Conexin de prueba del transformador principal.

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Conexiones del autotransformador principal para la prueba de resistencia de aislamiento al ncleo. PRUEBA DE MEGGER TRANSFORMADOR PRINCIPAL 400/ 22KV 239 MVA Voltaje aplicado 1000 VCD Tiempo 1 minuto

No prueba 1 2 3 4 5 6

NCLEO PRINCIPAL Conexiones BT VS AT BT VS N BT VS TQ AT VS N AT VS TQ N VS TQ BOOSTER Conexiones TQ VS N TQ VS BT N VS BT TQ VS AT

LecturaMega-ohms

No prueba 1 2 3 4

LecturaMega-ohms

Figura 51 Conexin de prueba del autotransformador.

2) Pruebas de factor de potencia del aislamiento de los devanados Equipo de prueba : Medidores de factor de potencia. Esta prueba nos ayuda a determinar el estado del aislamiento de los devanados en cuanto al grado de humedad contenida y/o deterioro de los aislamientos por disipacin de energa. El factor de potencia del aislamiento es la relacin de la potencia disipada a travs del aislamiento en Watts sobre el producto del voltaje aplicado y corriente en voltsamperes.ME195 Mantenimiento de Transformadores de Potencia Pgina 59 de 102

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En los materiales aislantes esta relacin debe tener una valor muy bajo y se mide en %. La humedad y el envejecimiento de los materiales aislantes provoca que estos tiendan a perder sus caractersticas dielctricas, con lo cual las corrientes de perdida a travs de ellos se incrementan y por lo tanto el factor de potencia tender a incrementarse tambin como seal indicadora de humedad o deterioro. La temperatura tambin tiene influencia sobre el valor medido de factor de potencia, por lo que, los resultados obtenidos durante las pruebas, debern corregirse a 20C, para poderlos comparar con los resultados de otras pruebas y con los valores de aceptacin, dados por dicha temperatura. La prueba consiste en aplicar un potencial determinado al aislamiento que se desea probar y medir la potencia en mW que se disipa a travs de el. Luego se calcula el factor de potencia dividiendo entre los mVA aplicados. Los equipos utilizados para esta prueba son los medidores de factor de potencia marca DOBLE: MEU 2.5 KV para transformadores con voltaje de trabajo de 4160 V y 22 KV. M2H 10 KV para transformadores con voltaje de trabajo de 34.5 KV

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