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CAPITULO 2. TEORIA DEL FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR.
DEFINICION
El transformador es una maquina elctrica que basada en el
principio de induccin
electromagntica, transfiere potencia elctrica de un devanado a
otro, estando ambos
aislados elctricamente entre si, pero unidos por medio del campo
magntico.
1. LEYES FUNDAMENTALES.
El principio de operacin de los transformadores se puede
comprender muy
fcilmente si se consideran las siguientes leyes
fundamentales:
1.1 LEY DE FARADAY
Cuando se mueve un conductor cortando las lneas de campo
magntico
(movimiento relativo entre campo y conductor), se genera una
F.E.M en las
terminales del conductor cuya magnitud depende de la intensidad
del campo, de
la velocidad con el que el conductor corta las lneas de flujo y
por supuesto es
funcin directa del nmero de conductores.
Fig. 5 corte de lnea de campo magntico.
1.2 LEY DE LENZ
La corriente inducida tiene siempre una direccin tal, que se
opone a la causa
que la produce.
1.3 LEYES DE NIRCHOFF
a) Voltajes: la suma vectorial de las cadas de voltaje en un
circuito es igual
a la suma de las fuentes que se encuentran en el.
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b) Corrientes: la suma vectorial de las corrientes que entran en
el nodo de un
circuito es igual a la suma de las corrientes que salen.
Fig. 6 Ejemplo de leyes de Kirchhoff.
2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO.
2.1 TEORIA DEL TRANSFORMADOR MONOFASICO.
El principio del transformador se basa en la transferencia de la
energa elctrica
por induccin de un arrollamiento a otro, lo cual se puede
comprender si
tomamos en cuenta las siguientes consideraciones:
a) Cuando un conductor en forma de espiras se hace circular una
corriente
se produce un flujo magntico.
fig. 7 Flujos que se origina en un arrollamiento con ncleo de
aire.
b) Si el mismo arrollamiento se desarrolla sobre un ncleo de
material ferro
magntico, se produce un campo concentrado cuyo camino principal
est
determinado por el circuito del material magntico.
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fig. 8 campo concentrado por el material magntico.
c) De acuerdo con la ley de Faraday ya mencionado, si arrollamos
un
segundo conductor en el ncleo del material ferromagnetico, se
obtendr,
una F.E.M. inducidas en las terminales de dicho conductor.
fig. 9. Ilustracin de la ley de Faraday.
2.1.1 PERDIDAS EN EL TRANSFORMADOR.
Sabemos que los equipos que integran una red elctrica, el
transformador
es de los ms eficientes ya que actualmente se han construido
unidades
de gran capacidad y extra alta tensin con eficiencias que
fluctan entre el
98 y 99 %. Por lo contrario sus prdidas son muy bajas y entre
ellas se
consideran las siguientes:
2.1.1. A PERDIDAS POR EFECTO JOULE O EN EL COBRE ( ).
Se presentan debido a la resistencia del conductor que forma
los
embobinados del transformador cuando por estos circulan las
corrientes primaria y secundaria.
Dichas prdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente y
a la
resistencia, se manifiestan por la potencia disipada en forma de
calor.
Una manera de reducirlas al mnimo es devanado primario y
secundario del transformador utilizando conductor que tenga
rea
transversal amplia; pero esto aumenta el tamao, peso y por
consecuencia el costo del transformador.
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Fig. 10 perdidas por efecto joule o perdidas en el cobre.
2.1.1. B PRDIDAS POR HISTERISIS.
Las prdidas por histresis dependen principalmente del tipo
de
material de que se componga el ncleo. Los materiales que
mantienen gran parte
de su magnetizacin despus de que se ha retirado la fuerza
magnetizante tienen
grandes prdidas por histresis y se dice que tienen altas
permeancias.
En un ncleo de determinado material, las perdidas por histresis
son
directamente proporcionales a la frecuencia de la corriente en
el transformador.
Mientas ms alta sea la frecuencia, las molculas del ncleo debern
invertir su
alineamiento ms veces por segundo; de manera que sea mayor la
energa
necesaria para este fin.
2.1.1 C PERDIDAS POR CORRIENTES PARASITAS.
Puesto que el ncleo de hierro de un transformador es un
material
conductor, el campo magntico del transformado induce una tensin
en el ncleo.
Entonces esta hace que circulen pequeas corrientes en el ncleo.
A estas
corrientes se les llama corrientes parasitas o corrientes
remolino.
Las corrientes parasitas se pueden considerar como corrientes de
cortocircuito, ya
que la nica resistencia que encuentran es la pequea resistencia
del material del ncleo.
Las corrientes parasitas en el ncleo de transformador se reducen
dividiendo el ncleo en
muchas secciones planas o laminaciones y aislando estas
laminaciones entre s por medio
de un revestimiento aislante aplicado en ambos lados de la
laminacin. Entonces las
corrientes parasitas solo pueden circular en las laminaciones
individuales.
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Fig. 11 corrientes parasitas
2.1.1 D PERDIDAS POR FLUJO DE DISPERSION.
Ncleo de hierro es el hecho de que no todas las lneas de
flujo
producidas por los devanados primario y secundario pasan a travs
del ncleo de
hierro. Algunas de las lneas se fugan de los devanados hacia el
tanque y al espacio
mismo que rodea estos y por lo tanto no enlazan al primario con
el secundario. Esta
fuga de lneas representa una cantidad de energa no
utilizada.
Fig. 12. Perdidas por dispersin de flujo.
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2.2 EL AUTO TRANSFORMADOR
Existe un tipo especial de transformador con ncleo de hierro,
que fsicamente
solo tiene un devanado. Funcionalmente, sin embargo, este
devanado sirve
como primario as como secundario. Este tipo de transformador
recibe el nombre
de autotransformador.
Cuando se usan un autotransformador para elevar la tensin, parte
del
devanado nico acta como primario y todo el devanado como
secundario, as
mismo cuando se usan para reducir tensin, todo el devanado acta
como
primario y parte de l cmo secundario.
La accin del transformador es bsicamente la misma que la del
transformador
comn de dos devanados. La potencia se transfiere del primario al
secundario
por medio del campo magntico cambiante y la accin necesaria de
potencias
iguales en el primario y secundario.
Fig. 12 circuitos para elevar o disminuir voltaje de un
autotransformador.
Una desventaja del autotransformador es la falta de aislamiento
entre los
circuitos primario y secundario. Esto resulta del hecho de que
el primario y
secundario usan mancomunadamente algunas de las espiras.
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3. CLASIFICACION DE LOS TRANSFORMADORES.
Considerando la versatilidad de los transformadores, podemos
clasificar estos,
tomando en cuenta diversos factores que se describen a
continuacin:
3.1 OPERACIN
Se refiere a la energa que manejan dentro del sistema elctrico y
se
clasifica en:
Transformadores de distribucin
Transformadores de potencia.
3.2 UTILIZACION
De acuerdo con la ubicacin que ocupan dentro del sistema
elctrico, tenemos lo siguiente:
Transformador para generador:
Son transformadores de potencia que van conectados a la
salida del generador elevando el voltaje producido por este
para
enviar la energa a travs de las lneas de transmisin.
Transformador de subestacin:
son transformadores de potencia que se conectan en
diferentes
puntos de las lneas de transmisin para reducir el voltaje a
niveles requeridos por la red elctrica.
Transformador de distribucin:
estos reducen el voltaje de subtransmision a valores
utilizables
en zonas de consumo comercial y domstico.
3.3 NUMERO DE FASES.
Monofsicos:
transformadores de potencia o de distribucin que son
conectados a una lnea o fase y aun neutro o tierra. Tienen
un
solo devanado de alta tensin y uno de baja tensin. Se
representan por el smbolo 1.
Trifsicos:
transformadores de potencia o de distribucin que son
conectados a tres lneas o fases y pueden estar o no
conectados a un neutro o tierra comn. Tienen tres devanados
de alta tensin y tres devanados de baja tensin. Se
representan por el smbolo 3.
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4. CONEXIONES.
4.1 Conexin estrella estrella.
Ventajas:
1) Mayor utilizacin del cobre (vueltas mnimas).
2) Aislamiento mnimo.
3) Conexin ms econmica para pequeas cargas de alto
voltaje.
4) Ambos neutros accesibles para aterrizamiento, o para
formar
un sistema balanceado de cuatro hilos.
5) La capacidad entre vueltas es relativamente alta, por lo
tanto, la severidad del esfuerzo dielctrico debido a
transitorios de voltaje es atenuada.
6) Si una fase resulta fallada, es posible utilizar las dos
restantes.
Desventajas:
1) Los neutros son inestables a menos que se aterricen
slidamente.
2) Unidades trifsicas de polaridad opuesta no pueden operar
en paralelo.
3) La falla de una fase en un sistema trifsico, lo har
inoperante hasta ser reparado.
Aplicaciones:
1) Alimentacin de cargas trifsicas balanceadas relativamente
pequeas.
2) Para distribucin, si es del tipo columnas, ya que el tipo
acorazado introduce distorsin debido al contenido de
armnicas.
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fig. 13 conexin estrella estrella.
4.2 CONEXIN ESTRELLA ESTRELLA CON TERCIARIO.
El devanado terciario es un devanado adicional, auxiliar en
ciertas condiciones y es separado y distinto de los
devanados
primario y secundario.
Ventajas:
1) El devanado terciario proporciona un camino cerrado para
los componentes de terceras armnicas de la corriente
magnetizante, lo cual elimina el voltaje de terceras
armnicas en los devanados principales, logrando tener
estabilidad en los neutros, y pueden ser aterrizados sin
ninguna consecuencia.
2) Puede utilizarse el devanado terciario para alimentar
pequeas cargas, tales como alumbrado, motores, servicio
en general.
Desventajas:
1) Incremento del tamao y costo del transformador.
2) El terciario puede alcanzar valores peligrosos de
voltajes
debido a la induccin electrostticos de los otros devanados,
por lo que se recomienda aterrizar el neutro.
Aplicaciones:
Cuando se requiere proporcionar un devanado estabilizador
para circulacin de corrientes de terceras armnicas.
(Pendiente foto
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4.3 CONEXIN DELTA DELTA.
Ventajas:
1) Con una fase daada, se puede operar en conexin V para
suministrar 1 / 3 de la potencia total 3.
2) Es la conexin mas econmica para transformadores de alta
corriente y bajo voltaje.
3) Los voltajes de terceras armnicas, se eliminan por la
circulacin de corrientes armnicas a travs de la delta.
Desventajas:
1) No se dispone de puntos, a menos que se utilicen aparatos
auxiliares.
2) No se puede alimentar un sistema de 4 hilos a menos que
se
utilicen aparatos auxiliares.
3) El numero de vueltas y la cantidad de aislamiento por
fases
es mximo.
Aplicaciones:
Esta conexin es raramente usada en los sistemas.
Fig. 15. Conexin delta - delta.
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4.4 CONEXIN DELTA ESTRELLA.
VENTAJAS:
1) voltajes de terceras armnicas se eliminan por la circulacin
de corriente
armnicas en delta del primario.
2) El neutro del secundario puede ser aterrizado o aislado para
alimentar un
sistema de 4 hilos.
3) Es posible alimentar un sistema desbalanceado de 4 hilos y
los
desbalances en voltaje son relativamente pequeos, siendo
proporcional
solo a la impedancia interna de los devanados.
Desventajas:
1) La falla de una fase excluye de servicio al
transformador.
Aplicaciones:
Es comnmente usada para transformadores reductores para
alimentar
sistema de 4 hilos. Es tambin ampliamente usada en
transformadores
elevadores.
Al aterrizar el neutro secundario, esta conexin proporciona
aislamiento para
la corriente de tierra de secuencia cero, lo cual permite
controlar el circuito de
secuencia cero desde el secundario, siendo totalmente
independiente del
primario.
Fig. 16. Conexin delta estrella.
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4.5 CONEXIN ESTRELLA DELTA.
Ventajas:
1) Voltajes de terceras armnicas se eliminan por la circulacin
de corrientes de
terceras armnicas en la delta del secundario.
2) El neutro del primario se mantiene estable por la delta puede
ser aterrizado.
3) Es la conexin ms deseable para grandes transformadores
reductores, ya
que tiene las ventajas del devanado estrella para altos voltajes
y delta para
bajos voltajes.
Desventajas:
1) No se dispone de neutro en el secundario, a menos que se
utilice un aparato
auxiliar.
2) La falla de una fase excluye de servicio al
transformador.
Aplicaciones:
Grandes transformadores reductores de un sistema de alto
voltaje.
Fig. 16 Conexin estrella delta.
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4.6 AUTO-TRANSFORMADOR.
Ventajas:
1) Menos costo inicial.
2) Menor tamao y peso para iguales KVA transformados.
Desventajas:
1) Siendo la reactancia entre primario y secundario pequea,
un
transformador est ms expuesto a fallar ante un corto circuito
externo
que un transformador de dos devanados independientes.
2) Debido a la continuidad elctrica entre primario y secundario,
el devanado
de bajo voltaje debe disearse para soportar sobretensiones que
pueda
recibir el devanado de alta tensin.
3) La conexin entre primario y secundario forzosamente debe ser
la misma,
esto es estrella estrella, o delta delta.
Aplicaciones:
El auto transformador tiene ventajas cuando la relacin de
transformacin es
menor o igual a 2, teniendo en cuenta que debe ser protegido por
reactores
externos.
Fig. 17 Aplicaciones de conexin del auto-transformador.
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5. TIPOS DE NUCLEO.
De acuerdo con la relacin que guardan los devanados respecto al
ncleo en la
construccin del transformador, se tiene dos tipos:
5.1 TIPO COLUMNA:
Conocido tambin como tipo core. En esta construccin, el ncleo
proporciona
un solo circuito magntico formado por un yugo superior y 2 o 3
columnas
verticales o piernas para 1 o 3 fases, respectivamente. Los
devanados son
ensamblados concntricamente en cada una de las columnas o
piernas del
ncleo. De esta manera, el circuito elctrico envuelve al circuito
magntico.
Fig. 18 Ncleo tipo columnas.
5.2 TIPO ACORAZADO.
Conocido como tipo SHELL. En esta construccin los devanados
forman 1 o 3
hilos, para 1 o 3 fases respectivamente, y el ncleo se ensambla
alrededor de
ellos, formando 2 o ms circuitos magnticos que envuelven al
circuito elctrico.
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Fig. 19 Ncleo tipo acorazado.
CAPITULO 3. TIPOS, CARACTERISTICAS DE NUCLEOS Y TIPOS DE
AISLAMIENTOS.
INTRODUCCION.
El ncleo es la parte del transformador en el cual oscila el
campo magntico. El
material denominado acero de ncleo est constituido de un alto
porcentaje de hierro al
que se le ha agregado un pequeo porcentaje de silicio,
recientemente se ha utilizado
acero orientado o acero con granos orientados.
Estos acetos tienen caractersticas notables ya que las prdidas
resultantes en calor son
ms bajas cuando dichos aceros se usan en un circuito magntico de
tal modo que el
magnetismo fluya en la direccin rolada.
Por lo anterior el ncleo est diseado para aprovechar las
ventajas de estas
caractersticas.
1. TIPOS DE NUCLEOS.
Se tienen disponibles tres tipos bsicos de ncleo.
1.1 NUCLEO A TOPE Y TRASLAPE.
Se usan comnmente con acero de ncleo rolado en caliente.
1.2 NUCLEO ENROLLADO.
Usado solamente con acero rolado en frio o con acero
orientado.
1.3 NUCLEO A INGLETE.
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Se construye utilizando lamina con corte angular y es usado
comnmente con
acero rolado en frio.
Fig. 20 Ncleo inglete.
1.3.1 NUCLEO A INGLETE.
Este ncleo es utilizado para transformadores de potencia. En
realidad, es
un ncleo a tope traslape con uniones hechas a 45. Se usa
solamente
con acero de ncleo rolado en frio.
Ntese el pequeo traslape comparado con el ncleo a tope y
traslape.
Esto significa una gran ventaja en cuanto a las propiedades
direccionales
del flujo magntico.
Magnetismo del acero rolado en frio. En este tipo de ncleo, es
muy
importante que las uniones a tope entre las lminas sean
hechas
cuidadosamente y as eliminar los espacios (gaps) entre dichas
uniones.
Existen 4 gaps a tope en el ncleo.
Fig. 21 secciones de ncleo 7 y 14 pasos.
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Fig. 22 ncleo enrollado.
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2. NUCLEOS TIPO COLUMNA (INGLETE) MAS COMUNES.
Los ncleos tipo inglete se fabrican bsicamente en cinco arreglos
diferentes. Estos
arreglos se muestran en las ilustraciones 1, 2, 3, 4, y 5.
Fig. 23 ncleos ms comunes tipo inglete.
Se considera que todos estos arreglos tienen ngulos de 45, 0.3
mm de espesor y
son de acero rolado en frio, los fabricantes utilizan con mayor
frecuencia los arreglos
1, 3 y 5.
3. FORMAS DE LAMINACIONES.
La partida para los tipos de laminaciones incorpora la letra de
la forma bsica. El
prefijo en la partida designa la posicin como se muestra en el
apartado 7 de esta
seccin. Todos los ngulos son de 45 respecto a la horizontal.
Las dimensiones mostradas son aquellas que sern dadas en las
especificaciones
de corte de acero para el paso en particular.
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Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 19
4. TOLERANCIAS EN NUCLEOS.
Durante la fabricacin de los ncleos las tolerancias que debern
tomarse en cuenta
son las siguientes:
a. Peso del ncleo.
b. Longitud de la lamina
c. Cuadratura del ncleo.
d. Angulo de corte a 45.
e. Ancho.
f. Altura de apilamiento durante la fabricacin.
g. Dimetro del ncleo.
h. Espacios (gaps).
5. NUCLEOS TIPO ACORAZADO.
En forma similar al ncleo tipo columnas, el tipo acorazado es
construido utilizando
lamina con corte angular a 45 fabricada con acero al silicio
(4%) rolado en frio.
En la siguiente figura se muestran los diferentes tipos de
ncleos aplicables a
transformadores tipo acorazado.
Fig. 25 Tipos de ncleo aplicables a transformadores tipo
acorazado.
Para los transformadores tipo acorazado lo ms comn son 3 piernas
para unidades
monofsicas y 4 piernas para unidades trifsicas. Aunque ahora se
tiene disponible
el ncleo de 7 piernas en el diseo tipo acorazado para unidades
trifsicas, esta
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Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 20
alternativa se recomienda en unidades de gran capacidad cuando
se requiere el
menor peso posible y bajas perdidas en vaco.
El ensamble de los transformadores de potencia tiene algunas
diferencias
especficas dependiendo del tipo de construccin, por lo que se
trataran las ms
importantes para nuestro caso.
a) Para los transformadores de potencia tipo acorazado, la etapa
de ensamble
ncleo-bobinas se inicia con el traslado del tanque inferior al
rea de
ensamble final. Despus de colocar sobre dicho tanque el
ensamble
completo de las fases provenientes del proceso de secado, se
inicia la
laminacin del ncleo alrededor de cada una de las piernas de las
bobinas,
colocndose sobre el tanque inferior y sobre una viga T de
soporte
mecnico. La laminacin externa se mantiene en su posicin por
medio de
refuerzos que se encuentran colocados en la parte inferior del
tanque
superior.
Fig. 26 ensamble de un transformador tipo acorazado.
Las lminas del ncleo rodean completamente a todo el ensamble de
las
fases (devanados) y forman una estructura mecnica altamente
resistente.
b) Para el caso del transformador de potencia tipo columna, es
posible iniciar el
ensamble del ncleo una vez terminado el corte de las
laminaciones. Para
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Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 21
ello, los elementos estructurales de soporte se colocan sobre
una plataforma
en posicin horizontal y se procede a formar los diferentes pasos
del ncleo,
agrupando las laminaciones en la cantidad y anchos marcados en
su
especificacin.
Una vez completado el ncleo, se realiza un bandeado de las
piernas
utilizando cintas de fibra de vidrio y mediante el auxilio de
una gra se
procede a colocarlo en posicin vertical.
Fig. 27 ncleos de transformador tipo columnas.
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6. COMPARACION TECNICA ENTRE UN TRANSFORMADOR TIPO COLUMNAS
Y
UN TIPO ACORAZADO.
DISEO TIPO COLUMNA DISEO TIPO ACORAZADO
Menor volts/vuelta Mayor volts/vuelta
Mayor nmero de vueltas Menor nmero de vueltas
Las bobinas estn ms cerca de la pared del tanque, por lo cual se
requiere una distancia muy grande entre las bobinas y tanque
El ncleo est ms cerca de la pared del tanque, por lo cual se
requiere una distancia muy pequea entre ncleo y tanque.
La disposicin de los cambiadores de derivaciones en las tres
fases se montan a un lado de las bobinas, por consiguiente, las
guas de los taps son relativamente cortas.
La disposicin de los cambiadores de las derivaciones en las 3
fases se encuentra en la parte superior de las fases, lo cual
implica guas de taps largas.
Cuando se extrae el tanque de la unidad, las bobinas son
visibles para su inspeccin.
Cuando se desestanca la unidad solo la parte superior de las
bobinas se puede inspeccionar.
El nmero de grupos para alta y baja (espacios H - L) est
limitado.
Diseo bastante flexible para formar varios grupos alta baja.
Las bobinas de alta tensin se devanan continuamente, lo cual
minimiza la soldadura para conectar bobina a bobina.
Cada bobina se devana separadamente por lo cual se requieren ms
soldaduras entre bobinas.
Solo una pequea parte del ncleo soporta el ensamble de las
bobinas
Una gran parte de las bobinas es soportada por la estructura
aislante y el ncleo.
Se requiere de ductos especiales y barreras para dirigir el
flujo de aceite y asegurar un buen enfriamiento.
Las bobinas estn dispuestas verticalmente lo cual permite un
eficiente flujo de aceite en ambas caras de las mismas.
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7. TIPOS DE AISLAMIENTOS.
CONCEPTOS GENERALES.
Los sistemas o estructuras aislantes de la mayora de los
transformadores
consisten casi completamente de la combinacin de cartn
comprimido,
papel o aceite mineral.
La combinacin de aceite y papel es altamente recomendable,
resultando
en propiedades dielctricas superior a cualquiera de las dos
separadas.
En el caso de los transformadores de potencia que es en donde
se
presentan las condiciones de operacin ms crticas, es
necesario
seleccionar un lquido que posea no solo buenas caractersticas
aislantes,
si no tambin sirva como un buen medio de transmisin de calor
para
transportar hacia el exterior, el que se genera en las bobinas
del
transformador.
La energa convertida en calor en el circuito magntico por
histresis,
corrientes de Eddy y en el cobre de los devanados por efecto
joule, deber
ser transmitida a algn medio refrigerante y disipada antes de
permitir que
los aislamientos lleguen a una temperatura excesiva que provoque
su
degradacin acelerada.
7.1 AISLAMIENTOS SOLIDOS (SUS FUNCIONES).
Las funciones que realizan los aislamientos slidos en un
transformador
son las siguientes:
Aislar entre si las espiras de una misma bobina.
Aislar entre s a los devanados.
Aislar contra tierra a los devanados.
Soportar sin dao, los esfuerzos elctricos a que son
sometidos
los devanados.
Soportar sin daos a los esfuerzos mecnicos a que son
sometidos los devanados.
Soportar sin dao los esfuerzos trmicos a que son sometidos
los
devanados.
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7.2 MATERIALES AISLANTES MS UTILIZADOS
Los aislantes slidos que ms se emplean son:
Papel kraft (fibra de madera)
Papel kraft boad (fibra de madera)
Papel crepe
Papel press board (madera y algodn)
Carton comprimido (presspann)
Fibra de vidrio
Porcelana
Aislantes termoplsticos
Cintas de algodn
Las pruebas de laboratorio han demostrado en los ensayos de
impulso
(ondas de choque) que el mayor esfuerzo dielctrico en las
bobinas se
produce en los extremos de la misma. Por esta razn el
aislamiento en las
extremidades del arrollamiento debe ser reforzado.
7.3 CLASIFICACION
Las materias aislantes de uso ms comn en equipo elctrico, han
sido
clasificadas por la IEEE y lo ha establecido con fines de
normalizacin
con los siguientes valores mximos de MANCHA MAS CALIENTE.
AISLAMIENTO TEMPERATURA MAXIMA Clase O 90C Clase A 105C Clase B
130C Clase C No especifica limite
Clase O.- algodn, seda, papel y materiales orgnicos similares,
que no
estn impregnados ni sumergidos en lquido dielctrico.
Clase A.- algodn, seda, papel y materiales orgnicos similares,
que
estn impregnados en lquidos dielctricos. Materiales moldeados
y
laminados con celulosa, resinas fenlicas y otras resinas de
propiedades anlogas.
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Clase B.- mica, amianto, fibra de vidrio y materiales inorgnicos
o
anlogos, reforzados con sustancias orgnicas, aglutaminantes
como
estructura y en pequeas cantidades, puede usarse clase A.
Clase C.- mica, porcelana, vidrio, cuarzo y materiales
inorgnicos
anlogos.
El deterioro de aislantes clase A y B, a temperatura elevadas es
gradual
y sus curvas no tienen pendientes, ni cambios bruscos.
El material se reseca y carboniza, esto lo hace quebradizo
disminuyendo con ello la resistencia mecnica y provocando la
falla por
vibracin.
De aqu es donde proviene la la regla de los 8 ya que el
deterioro es
ms severo si est impregnado de aceite.
Esta regla dice: a temperaturas mayores de 110C, un aumento de
8C,
duplica el envejecimiento, es decir, se reduce la vida til a la
mitad
aproximadamente.
Fig. 28 disposiciones de los devanados de un transformador y su
aislamiento
segn la Brown-boveri, denominada de cilindros con bridas
dobladas y desviadas.
7.4 AISLAMIENTOS LIQUIDOS.
Los lquidos aislantes para usos electrotcnicos son obtenidos
por
destilacin fraccionada del petrleo y, es comnmente conocido
como
aceite dielctrico.
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7.4.1 FUNCIONES DEL ACEITE AISLANTE EN
TRANSFORMADORES.
El aceite aislantes en un transformador tiene las siguientes
funciones:
a) Acta como aislantes elctrico.
b) Acta como refrigerante.
c) Protege los aislamientos slidos contra la humedad
y el aire.
Durante la operacin de transformadores, las prdidas de
energa aparecen en forma de calor, principalmente en los
devanados y el ncleo.
Las fuentes de calor estn localizadas por orden de
importancia en:
a) Los devanados debido a las prdidas .
b) El ncleo, debido a las prdidas de excitacin.
Wfe = Wh + We
Siendo Wh, las prdidas de histresis y We, las
perdidas por corrientes de Eddy.
c) Los herrajes y el tanque, debido a las corrientes
parasitas inducidas por el campo magntico diverso.
Este calor generado debe ser disipado, antes de permitir que
los
devanados lleguen a una temperatura que ocasione degradacin
excesiva del aislamiento; para ello se utiliza el aceite
aislante de baja
viscosidad el cual acta como refrigerante.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 27
7.4.2 PROPIEDADES REFRIGERANTES DEL ACEITE
AISLANTE.
Las formas de transferencia de calor de un transformador por
orden de importancia son las siguientes:
a) Conveccin
b) Radiacin
c) Conduccin
a) Conveccin natural (termosifn)
Termosifn es el fenmeno de circulacin natural que
presentan los fluidos, debido a las diferencias de
densidades que se originan al calentarse. Las fuerzas
debidas a las diferencias en la densidad de los fluidos en
el flujo por conveccin natural son muy pequeas.
La columna de aceite caliente comienza en la parte inferior
de la bobina y se extiende al extremo superior de la
misma, donde permanece a su mximo valor. La columna
de aceite frio comienza en la parte inferior de los
radiadores y se expande hacia el fondo del tanque a travs
de ellos.
Conveccin forzada.
Con el objeto de aumentar la eficiencia de transmisin del
flujo de calor de utilizan bombas para obligar al aceite a
fluir sobre las superficies de las bobinas a velocidades ms
elevadas.
El coeficiente de transferencia de calor del aceite aislante
se determina por sus propiedades fsicas, tales como:
densidad relativa, calor especfico, conductividad trmica y
viscosidad.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 28
La densidad relativa del aceite aislante disminuye al
aumentar la temperatura, tal propiedad se aprovecha para
el enfriamiento por conveccin y radiacin del
transformador.
b) Radiacin.
Esta consiste en la emisin o absorcin de ondas
electromagnticas que se desplazan a la velocidad de la
luz.
Todos los cuerpos continuamente irradian energa en
forma de ondas electromagnticas.
c) Conduccin.
Es un proceso lento por el cual se transmite el calor a
travs de una substancia por actividad molecular. La
capacidad de una substancia para conducir el calor, se
mide por la conductividad trmica.
Esta forma de transferencia se presenta en mayor o menor
grado en un transformador.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 29
Fig. 29 trayectorias del aceite en un transformador.
7.4.3 TIPOS DE ACEITES AISLANTES.
Existen dos tipos de aceites, los derivados del petrleo y
los
aceites artificiales clorados:
a) Aceites artificiales.- comnmente se les llama askareles
y son compuestos sintticos no flamables, los cuales
una vez descompuestos por arque elctrico, solamente
producen mezclas gaseosas no flamables. Por lo
mismo son muy estables y difciles de destruir, son
contaminantes ambientales y txicos.
El problema principal del askarel al estar en operacin
es el agua, ya que solo una pquela porcin (125 ppm)
se disuelve en el aceite y el resto flota sobre la
superficie, la resistencia dielctrica del askarel
disminuye rpidamente conforme la concentracin de
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 30
humedad tiende a la saturacin.
b) Aceites derivados del petrleo.- bsicamente dos, los
de base neftenica, que normalmente son los de
importacin y que tienen un bajo punto de congelacin
ideal para usarlos en lugares donde la temperatura
ambiente es muy baja y los de base parafinica a los que
pertenece el aceite nacional.
7.5 TIPOS DE ARREGLOS AISLAMIENTOS BOBINAS.
En general solo hay dos tipos de arreglo:
a) El tipo columnas en el cual los devanados u aislamientos
estn
dispuestos concntricamente rodeando al circuito magntico
(nucle) del transformador.
b) El tipo acorazado en el cual el circuito magntico (nucle)
forma
una coraza alrededor del arreglo de aislamiento y bobinas,
las
cuales se conocen como bobinas tipo galletas.
Existen muchas versiones y modificaciones en el mundo de estos
dos
tipos de arreglos de bobinas y aislamientos, pero para
cualquiera que sea,
el ingeniero de diseo deber aislar la o las bobinas en funcin de
las
siguientes 3 partes particulares:
a) De la o las bobinas a tierra, comnmente llamado
aislamiento
mayor.
este tipo de aislamiento asla las bobinas del transformador
a
tierra y est formado por lo general de piezas de cartn
comprimido de varios espesores, formas y tamaos.
b) De la o las bobinas de un devanado a otro.
Comnmente llamado aislamiento entre grupos o espacios de
devanados, el cual est formado por barreras de diferente
tamao
y espesor de cartn comprimido.
c) Entre capas, secciones y vueltas del mismo devanado
Este aislamiento se le llama comnmente aislamiento de
bobina,
se forma principalmente de papel de alto esfuerzo dielctrico
o
tiras de cartn comprimido.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 31
CAPITULO 4. CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL TRANSFORMADOR
PRINCIPAL.
1. TRANSFORMADOR MARCA IEM.
1.1 TRANSFORMADOR DE POTENCIA (TIPO
ACORAZADO)
LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA IEM tipo acorazado estn
diseados para aplicaciones en las cuales la confiabilidad y la
larga vida de
servicio son los factores ms importantes.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 32
Fig. 30 Transformador tipo acorazado.
Los transformadores tipo acorazado tienen una construccin bsica
en la cual
los devanados primario y secundario se encuentran rodeados del
circuito
magntico. Estos ensambles de ncleo-bobinas son colocados dentro
de un
tanque ajustado en forma; proporcionando una unidad de gran
resistencia.
Puesto que la principal funcin de los transformadores de altos
voltajes (230 kV
y superiores), es alimentar grandes redes. Los transformadores
IEM
desarrollan una alta calidad en las tres caractersticas ms
importantes del
transformador: resistencia mecnica, capacidad trmica y
capacidad
dielctrica.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 33
FIG 31 VISTA INTERIOR DE UN TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO.
1.2 CARACTERISTICAS DE DISEO TIPO ACORAZADO.
Los diseos tipo acorazado son realizados con devanados
rectangulares los
cuales consisten de bobinas tipo galleta interconectados en
serie. Los
devanados y el paquete de aislamientos son montados
verticalmente en la
seccin inferior del tanque (ver figura 3 y 4).
El nucle es posicionado verticalmente alrededor de los devanados
actuando
como un soporte del mismo. La seccin superior del tanque se
ajusta de tal
forma que la unidad ensamblada tenga un soporte mecnico para
los
devanados.
FIG 32. ENSAMBLE NUCLEO-BOBINAS DE UN
TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 34
El calor generado por el nucle y las bobinas es disipado por la
circulacin de
aceite. El flujo de aceite desde la parte inferior hasta la
superior es mantenido
gracias a la diferencia de gradiente de temperatura. La adiccin
de bombas y
ventiladores para enfriamiento forzado incrementa el flujo de
aceite a travs del
nucle y las bobinas y el flujo de aire a travs de radiadores
externos. En
cualquier paso de enfriamiento el aceite circula por los
radiadores o enfriadores
donde es enfriado antes de volver a entrar por la parte inferior
del tanque. El
ensamble de aislamientos consiste en barreras de cartn
prensado
(pressboard) de alto valor de rigidez dielctrica y ductos de
aceite colocados
estratgicamente y diseados para controlar las concentraciones de
esfuerzos
dielctricos.
FIG 33. CORTE DE UN TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO.
1.3 RESISTENCIA MECANICA.
Las bobinas tipo galleta son ensambladas dentro de un grupo de
bobinas con
sus caras adyacentes cubiertas por roldanas planas, las cuales
tienen bloques
espaciadores en su superficie. Estos espaciadores proporcionan
un soporte
uniforme para las vueltas de las bobinas.
La fuerza total entre los grupos de bobinas vara con el cuadro
de los amperes-
vuelta por grupo; si la corriente durante condiciones de falla
es 10 veces la
corriente normal de operacin, las fuerzas de corto circuito sern
cien veces
ms grandes que las fuerzas en los devanados bajo condiciones
normales de
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 35
operacin. Con forme el transformador sea ms grande, los
Amper-vuelta por
grupo de bobina se reducen, ya sea incrementando el nmero de
grupos de
bobinas o el numero de espacios entre alta-baja tensin, con el
fin de controla
las fuerzas de cortocircuito. El aumento del nmero de espacios
entre alta-baja
no incrementa la longitud promedio de la bobina en devanados
tipo
acorazados; por lo que esta tcnica resulta muy econmica.
Fig. 34 seccin de un devanado tipo acorazado con una
configuracin de
cuatro bobinas alta baja (las flechas indican las fuerzas
mecnicas).
La fuerza entre los grupos consecutivos de bobinas en un
transformador tipo
acorazado son en direcciones contrarias y cuando se presentan en
los devanados
estas tienden a cancelarse. Como resultado la fuerza neta total
de retencin que
debe aplicarse externamente a los devanados es solamente la
fuerza
correspondiente a un simple par de grupos de devanados. En
adicin al control de
la magnitud de la fuerza, los esfuerzos unitarios en las
estructuras aislantes son
mantenidos a niveles bajos. La fuerza principal en el devanado
es perpendicular a
la cara de la bobina tipo galleta y cada una de estas bobinas es
soportada por
espaciadores colocados sobre sus roldanas de cartn aislante
adyacentes.
Los transformadores IEM acorazado ofrecen una combinacin del
control de
esfuerzos mximos, estabilidad inherente y una alta resistencia
mecnica para
soportar las fuerzas de cortocircuito. El uso de tanques
ajustados en forma as
como las estructuras de soporte hacen posible una reduccin de
hasta el 20% en
peso y un 40% en volumen de aceite.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 36
FIG 35. SOPORTE MECANICO DE UN TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO.
1.4 CAPACIDAD TERMICA.
Un transformador es una de las maquinas con mayor eficiencia,
sin embargo,
siempre existen perdidas de energa en el ncleo y bobinas durante
la
operacin normal. Esta energa perdida se manifiesta en forma de
calor, la cual
se incrementa aproximadamente con el cuadrado de la corriente de
carga de
carga y deber ser disipado para prevenir un deterioro en los
aislamientos. El
aceite dentro del transformador sirve como medio para transmitir
esta energa
desde el nucle y las bobinas hacia los intercambiadores de calor
donde ser
disipado a la atmosfera. Las bobinas de alta y de baja tensin
son colocadas
verticalmente en el tanque y las roldanas de cartn aislante con
sus
espaciadores colocados de acuerdo aun patrn prediseado, son
localizados
en ambos lados de cada bobina.
Estos espaciadores proporcionan ductos en ambos lados del
conductor a
travs De los cuales circula aceite desde la parte inferior hasta
la superior del
tanque. El nucle del transformador tipo acorazado es una pila de
laminaciones
de acero magntico. El aceite fluyendo por ambos lados del nucle
enfra
adecuadamente esta rea y por lo mismo no es necesario tener
ductos de
aceite dentro del circuito magntico. El flujo de aceite dentro
del tanque del
transformador durante la operacin de auto enfriamiento (OA) es
soportado por
la diferencia de temperaturas del aceite entre la parte inferior
y superior del
tanque. Este diferencial de temperatura o cabeza trmica, es
aproximadamente
12 C para transformadores tipo acorazado en este tipo de
enfriamiento (OA).
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 37
FIG 36. CORTE DE UN TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO
ILUSTRANDO LA ACCION DE AUTOENFRIAMIENTO (OA).
CAPITULO 5. TIPOS DE ENFRIAMIENTOS
1. INTRODUCCION.
Las prdidas de carga y las de sin carga en transformadores de
potencia
generan calor. La funcin de los sistemas de enfriamiento es la
de disipar
este calor (perdidas) y mantener la elevacin de temperatura
promedio de
las bobinas as como la elevacin de temperatura superior del
aceite de
transformador en un valor menor a 55C o 65C sobre la
temperatura
ambiente del medio enfriante.
1.1 TIPOS DE SISTEMAS DE ENFRIAMIENTOS.
El tipo de sistema de enfriamiento (as como el tipo de
intercambiador
de calor) es especificado por el cliente, el cual generalmente
es uno de
los siguientes tipos:
a) OA (ONAN).- aceite y aire circulando por conveccin
natural.
b) FA (ONAF).- aceite circulando por conveccin natural y
aire
forzado con moto ventiladores.
c) FOA (OFAF).- aceite circulando forzado usando motobombas
y
aire forzado con moto ventiladores.
d) OW (ONWF).- aceite circulando por conveccin natural y
agua
circulando forzado usando motobombas.
e) FOW (OFWF).- aceite y aguan circulando forzados por
motobombas.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 38
Con frecuencia, combinaciones de estos sistemas son requeridos
para
obtener diferentes capacidades en un transformador, por
ejemplo:
OA / FA / FOA transformador para trabajar A:
75 / 100 / 125 MVA respectivamente.
Se puede considerar como regla general que el uso de aire como
medio
enfriante (tipos a, b y c) es comn donde la temperatura ambiente
del
aire es baja y donde el aire no es excesivamente corrosivo.
Se usan agua como medio enfriante (tipos d y e), cuando hay
problemas
para alimentar agua, cuando la temperatura ambiente no baja a
0C,
tambin se recomienda su uso donde la circulacin del aire es
restringida como en el calor de los transformadores para horno o
en
donde el aire es altamente corrosivo.
2. DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO.
2.1 OA (ONAN).
Este sistema se basa por un lado en una circulacin de aire
sin
restriccin y por el otro en una circulacin de aceite tambin
sin
restriccin. El tanque del transformador es por si solo el ms
eficiente
enfriador tipo OA.
Fig. 37 sistemas de enfriamiento OA.
El tanque disipa el calor por conveccin natural y por
radiacin,
desafortunadamente el tanque no tiene el rea suficiente para
disipar
todas las prdidas para unidades mayores de 150 KVA. Para los
transformadores de grandes potencias se necesita aumentar la
superficie de radiacin por lo que se requiere colocar radiadores
los
cuales pueden estar montados directamente al tanque en forma
de
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 39
bancos separados cuando no es posible colocarlos directamente
al
tanque.
Fig. 38 descripciones del montaje de radiadores al tanque.
El aspecto importante de construccin de estos sistemas es el de
obtener la
suficiente circulacin de aceite por los radiadores. El centro de
los radiadores
(llamado el centro de enfriamiento) debe estar arriba del centro
de las bobinas
(llamado centro del calor). Entre mayor sea la distancia, entre
el centro de calor y
el centro de enfriamiento, ms rpida ser la circulacin de aceite,
menor ser la
diferencia de temperatura entre el aceite superior y la
temperatura promedio del
transformador, esto es, se tendrn menos puntos calientes en el
transformador y
una mayor vida de los aislamientos.
Hay dos tipos de bsicos de radiadores en uso que son:
a) Tipo tubo.- este es bsicamente un tubo de paredes delgadas (1
mm o 2
mm espesor) aplanadas. Esto se hace para reducir la cantidad de
aceite
en el radiador. Los tubos son soldados manualmente aun
colector
(cabezal) en ambos extremos.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 40
Fig. 39 Tipos de tubos.
b) Tipo plato.- este tipo es fabricado usando soldadora
automtica para la
unin de dos lminas de acero delgado (1 mm a 1.5 mm espesor)
troqueladas. El ancho de las obleas vara entre 300 mm y 500 mm
y
como tal ms usados los de obleas que los de tipo tubo.
Los colectores (cabezales) son colocados a presin dentro de las
obleas
y luego son soldadas manualmente.
Fig. 39 tipo plato.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 41
Ya que los radiadores tipo tubo son mucho ms angostos que los
de
obleas, el aire puede circular con mayor libertad lo que hace
que estos
sean ms eficientes en la condicin de OA. Para unidades de
enfriamiento OA es una prctica comn espaciar los radiadores
para
favorecer la circulacin del aire.
2.2 FA (ONAF).
Es muy poco comn tener transformadores arriba de 20 MVA
enfriados
nicamente con el sistema OA. En unidades mayores generalmente
son
usados moto ventiladores con lo que se incrementa la eficiencia
del
enfriamiento hasta en 4 veces, esto requiere menos radiadores,
lo cual
hace ms compacta la unidad: las desventajas mayores al usar
ventiladores son:
a) Un incremento en el nivel de ruido.
b) Agregar dispositivos de control y protecciones elctricas.
c) Aumenta el mantenimiento.
d) La necesidad de alimentaciones de auxiliares de energa.
Es muy comn en norte Amrica el uso de pequeos ventiladores
de
alta velocidad generalmente entre 600 mm y 750 mm de dimetro
trabajando a una velocidad de hasta 1725 rpm. La prctica europea
es
usar mucho menos ventiladores ms grandes en dimetro 1200 mm y
a
menor velocidad hasta 850 rpm. Rara vez hay gran diferencia
en
niveles de ruido o eficiencia de enfriamiento por lo que la
seleccin final
est basada en la disponibilidad.
Las consideraciones ms importantes de construccin para el uso
de
ventiladores son:
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 42
a) Montarlos verticalmente soplando de abajo hacia arriba o
soplando horizontalmente.
Fig. 40 esquema de moto ventiladores.
Es muy rara la posibilidad de colocar ventiladores soplando
verticalmente con radiadores tipo tubo. Debido a que el
cabezal
inferior produce un efecto de deflector de aire.
b) Para soplo horizontal, la posicin de los ventiladores es
muy
importante.
La posicin de los grupos de ventiladores debe ser tal que
dichos
grupos soplen solamente aire frio y que no re circulen aire
caliente de otros grupos de ventiladores. El esquema
siguiente
muestra un buen arreglo de ventiladores.
Fig. 41 arreglo de ventiladores en posicin horizontal
El siguiente arreglo es incorrecto ya que un grupo dirige
aire
caliente al otro.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 43
Fig. 42 arreglo incorrecto de ventiladores.
c) Conjugacin de las caractersticas del ventilador para el
arreglo
del radiador.
Una caracterstica tpica presin/volumen por minuto de un
ventilador se muestra con la carga.
Fig. 42 radiadores en serie.
En las curvas de varios nmeros de radiadores montados en
series sper puestos. La relacin del aire real liberado es el
punto
de interseccin de la curva de carga del nmero de radiadores
en
serie con la curva del ventilador. Esto puede parecer que la
baja
resistencia de la trayectoria del aire da la ms alta relacin de
aire
liberado y de esta manera se obtiene la mejor eficiencia.
d) Espacio entre los radiadores.
Para los transformadores enfriados con ventiladores, la
separacin ms pequea entre los radiadores individuales, es la
ms eficiente porque se tienen menos fugas de aire entre los
radiadores. Debido a que los radiadores son lo
suficientemente
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 44
anchos, no permiten tantas fugas de aire y as son ms
eficientes
bajo las condiciones de FA.
Fig. 42 separaciones de radiadores.
Como antes se mencion, el arreglo ideal para OA (ONAN) es
disponiendo los radiadores separados a lo ancho y as
favorecer
la circulacin natural de aire.
2.3 FOA (OFAF).
Para transformadores de gran capacidad, altas prdidas, es
necesario
mejorar la eficiencia del enfriamiento ms all que el sistema FA.
Esto
puede lograrse en dos formas.
Agregando bombas al sistema FA ya descrito o
Mediante el uso de intercambiadores de calor FOA compactos.
a) Para el caso de agregar bombas al arreglo de enfriamiento
radiador-
ventilador, la mejora principal en la eficiencia del
enfriamiento no es
por la relacin de un mayor flujo de aceite a travs de los
radiadores, pero si por una mayor relacin de flujo a travs de
los
devanados as que invariablemente debemos bombear el aceite
directamente al devanado. Esto incrementa la relacin de flujo
entre
los devanados y reduce la diferencia de temperatura entre el
conductor y el aceite, y que de esta manera nos permite operar
el
aceite a una temperatura ms elevada y sobre la ambiental.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 45
Fig. 43 arreglo de enfriamiento radiador ventilador.
b) Los enfriadores FOA compactos son utilizados cuando no se
requiere un rango OA o FA sustancial. Este tipo de ventilador
utiliza
tubos de aleta, y ventiladores con gran volumen de aire; el
aceite es
impulsado a travs de los tubos con aleta mediante bombas de
gran
caudal.
El enfriador FOA compacto es muy pequeo dimensionalmente y
muy fcil de montar directamente al tanque del transformador sin
las
restricciones que tienen los sistemas OA y FA.
Fig. 44 tubos con aleta y enfriador compacto.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 46
CAPITULO 6. ACCESORIOS DEL TRANSFORMADOR E INSTALACION.
1. CAMBIADOR DE DERIVACIONES.
Los cambiadores de derivaciones permiten modificar la relacin
de
transformacin en un transformador. Esta accin de manifiesta en
un
aumento o disminucin del voltaje secundario para una misma
tensin
en el devanado.
Estos equipos estn conectados en el devanado de mas alta tensin,
lo
cual facilita la conexin de derivadores, pudiendo hacerse con la
mnima
dificultad en cuanto al aislamiento del mismo modo, como el
devanado
de alto voltaje tiene un gran nmero de vueltas.
La conexin de cambiadores en el lado de baja tensin no es
muy
recomendable, pues los conductores de los devanados son de
mayor
seccin transversal llevando por ello una corriente
considerable.
Los cambiadores se clasifican en dos grupos:
Cambiadores de derivaciones sin carga, con el transformador
des
energizado: son aquellos diseados para ajustar la relacin de
transformacin desconectando el transformador y agregando
ms o menos vueltas para obtener siempre un voltaje de salida
constante. Esta operacin se hace manual y sobre un volante
colocado en un costado o en la cubierta del tanque del
transformador.
Cambiadores de derivaciones con carga, con el transformador
energizado: estos cambiadores se disean para trabajar bajo
carga, puesto que se debe alimentar continuamente la carga
aun
en el periodo cuando el derivador est cambiando de posicin.
2. RELEVADOR DE FLUJO. (RS1000 O RS2001).
Este equipo es confundido con el relevador de gases (Buchholz)
debido
a su apariencia fsica y al lugar donde se instala, sin embargo,
aunque
los dos son relevadores de flujo la diferencia est en la forma
que
operan ya que el Buchholz opera por flujo de gases o acumulacin
de
los mismo en su interior, en cambio, el relevador de flujo opera
por el
movimiento brusco de un lquido.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 47
El relevador de flujo se coloca entre el cambiador de
derivaciones bajo
carga y su tanque conservador. Dicho cambiador esta contenido
dentro
del transformador en un compartimiento especial y sus aceites no
se
mezclan.
El cambiador de derivaciones al realizar conmutaciones por
medio
del ruptor se producen arqueos pequeos y consecuentemente se
generan gases, lo que ocasionara que en caso de instalar un
relevador Buchholz este operaria en forma errnea.
Fig. 45 Relevador de proteccin tipo RS 2001.
Est formado por una cmara donde se encuentra un interruptor
de
mercurio instalado en una placa, misma que tiene un orificio
al
centro, los pasa muros y los botones de prueba y reposicin.
Para restablecer este relevador es necesario oprimir el botn que
se
encuentra dentro de su caja y que normalmente se identifica
como
operacin o restablecer.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 48
Fig. 45 Esquema de un relevador de flujo.
3. RELEVADOR DE GASES BUCHHOLZ.
Las irregularidades en el funcionamiento de los transformadores
dan
origen a calentamientos. Si dichos calentamiento son del orden
de 150
C o mayores se producirn gases, cuya cantidad y rapidez dependen
de
la magnitud de la falla.
Las fallas que se producen en el interior de los transformadores
siempre
dan origen a la produccin de gases. A continuacin
describiremos
diferentes tipos de fallas que dan lugar a la formacin de
gases.
Ruptura de una conexin: se producir un arco elctrico que se
alarga a medida que los conductores se funden. Aun as cuando
la conexin fallada no produzca un corto circuito adicional,
se
producirn gases en gran cantidad al producirse el arco
elctrico
en presencia de aceite aislante.
Cuando exista falla de aislamiento contra tierra: provocara
quemaduras significativas en el aislamiento slido y adems
originara la formacin de gases en gran cantidad.
Corto circuito entre espiras o entre devanados se producirn
tambin grandes cantidades de gases.
La modificacin de las propiedades fsicas y qumicas del
aceite,
reducen su rigidez dielctrica, de tal formal, que ciertas partes
de los
devanados quedan sujetos a sobretensiones. Esto dar origen a
descargar repetitivas de baja energa que inicialmente
producirn
volmenes pequeos de gas. Sin embargo, la presencia de
pequeos
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 49
volmenes de gas en contacto con los devanados originara efluvios
que
producirn a su vez mayores volmenes de gas.
La disposicin esquemtica del rele se observa en la fig. 46. La
caja
esta normalmente llena de aceite y contiene en su interior a
los
flotadores b1 y b2 los que se mueven alrededor de ejer
fijos.
3. TERMOMETROS.
Los aislantes slidos y lquidos se deterioran con ms rapidez si
su
temperatura se sobrepasa constantemente el lmite admisible. Por
esta
razn es necesario evitar los calentamientos excesivos de los
conductores
que transfieren ese calor a los aislamientos.
La elevacin de la temperatura en un conductor es
aproximadamente
proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente y se
comprende
que una pequea sobre carga puede dar lugar con el tiempo a
la
produccin de fallas.
3.1 IMAGEN TERMICA.
La imagen trmica es un termmetro con elemento de resistencia
de
cuerpo caldeo, el principio de funcionamiento parte del hecho
que la
temperatura del cobre depende de la que tiene el aceite y de la
cantidad
de calor producido por las prdidas, de tal forma que es posible
producir
en imagen las mismas condiciones de temperatura que en el
transformador.
El dispositivo de imagen trmica esta constituido por: el
termmetro de
resistencia (4), la resistencia de caldero (3), un transformador
de
corriente (1) y una resistencia ajustable (2) que en algunos
casos se
sustituye por otro transformador de corriente.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 50
Fig. 46 Dispositivo de imagen trmica.
El instrumento indicador se construye con contactos auxiliares
de tal
forma que envi seales de alarma o desconexin segn las
necesidades de la instalacin y los ajustes prefijados para ello.
En la
mayora de los casos los contactos auxiliares se utilizan tambin
para
arranque de ventiladores.
La temperatura indicada por la imagen trmica nos mostrara la
temperatura del punto mas caliente de un transformador es decir,
la
temperatura de los devanados.
El termmetro indicara la temperatura del aceite, bsicamente es
igual
al imagen trmica, solo que sin bobina o resistencia
calefactora.
Fig. 47 Diagrama de un termmetro de imagen trmica.
1) Transformador.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 51
2) Transformador de corriente.
3) Unidad de acoplamiento.
4) Transmisor temperatura devanado.
5) Elemento resistivo.
6) Elemento calefactor.
7) Fuente de alimentacin.
8) Indicador.
9) Graficador.
10) Resistencias de compensacin y calibracin.
Fig. 48 Indicador de temperatura de aceite.
4. SISTEMA DE PRESERVACION DE ACEITE.
TANQUES CONSERVADORES.
Su funcin es mantener el nivel normal del aceite en el tanque
principal
del transformador y, de acuerdo con su forma, ser diseado
para
contener el 10% o 20% del volumen total del transformador.
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 52
Los tanques conservadores deben soportar la presin manomtrica
de
y el vacio total. Sin embargo existen diferentes tipos de
tanques conservadores y se clasifican por la forma de preservar
el
aceite dielctrico.
4.1 RESPIRACION LIBRE A TRAVES DE SILICA GEL.
Los tanques conservadores con respiracin libre, lo deben hacer
a
travs de silicagel para evitar la entrada de aire hmedo. Este
tipo de
tanques con respiracin libre tienen el inconveniente de que el
aire
(hmedo o seco) est en contacto directo con el aceite por ende en
el
transcurso del tiempo se oxidara.
4.2 SELLO DE GAS NITROGENO.
Los tanques conservadores con sello de gas inerte (nitrgeno)
deben
estar previstos de equipo inertaire para regular la presin del
gas en el
interior del tanque conservador. El regulador est ajustado para
dar una
presin y flujo constante al segundo regulador.
La funcin principal de los tanques conservadores es la de
mantener,
dentro de los limites seguros, las variaciones de nivel por
efecto de las
variaciones de temperatura, es decir, conservar el nivel de
aceite dentro
de los limites seguros para la operacin del propio
transformador.
5. BOQUILLAS.
Su funcin es permitir la conexin entre las terminales de
devanados y el
circuito exterior al transformador, manteniendo el aislamiento
y
hermeticidad.
Los tipos de boquillas ms utilizadas son: solidas, con aceite y
condensador
gas-aceite; su eleccin depender del voltaje de operacin y
capacidad de
corriente, as como de parmetros ms importantes.
6. BOMBAS E INDICADORES DE FLUJO.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 53
Sirven para incrementar el flujo de aceite a travs de los
radiadores, con el
fin de acelerar la disipacin de calor generado en el
transformador.
Cada bomba tiene instalado un indicador de flujo que permite
observar si la
bomba esta en operacin y adems, el sentido del flujo de
aceite.
7. VENTILADORES.
Tienen la funcin de dirigir un flujo de aire sobre la superficie
de los
radiadores con el propsito de incrementar la disipacin de
calor.
8. GABINETE DE CONTROL.
Su finalidad es ubicar en forma fcil y concentrada, todas las
terminales de
los dispositivos, proteccin, control y sealizacin del
transformador de
potencia; estos son: transformadores de corriente, termmetros,
alarmas,
control del sistema de enfriamiento, etc.
CAPITULO 7. TIPOS DE MANTENIMIENTOS.
Actualmente se conocen una gran variedad de tipos de
mantenimiento con su
definicin respectiva para cada uno de ellos, as como su filosofa
muy particular.
La idea bsica del mantenimiento preventivo puede representarse
por medio de
las figuras49 y 50; donde se aprecia en la figura 49, que el
equipo despus de
pasar su periodo 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. El
mantenimiento predictivo tiende a reducir la cantidad de trabajo
por realizar
durante el periodo de vida til.
En la figura 50, podemos ver que mejorando las tcnicas de
mantenimiento y
reduciendo los costos de este, se logra una productividad
mayor.
Los principales objetivos por alcanzar son:
-
[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 54
a) Establecer los requisitos de mantenimiento para todo el
equipo.
b) Adecuada recoleccin y archivo de resultados obtenidos de
inspecciones y
pruebas conjuntamente con los anlisis para la determinacin de
las
condiciones de los equipos.
c) En funcin de lo anterior, determinacin de los programas
ptimos de
mantenimiento.
d) Personal capacitado para realizar las tareas tanto
directamente en el equipo
como para el anlisis y control del mantenimiento.
Fig. 49 Curva de mantenimiento predictivo.
Fig.50
1. POLITICAS DE MANTENIMIENTO.
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Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 55
La poltica de tipo mantenimiento est basada sobre el tipo de
mantenimiento predictivo.
Definido en tres tipos principales:
a) Mantenimiento predictivo.
b) Mantenimiento preventivo.
c) Mantenimiento correctivo.
1.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO.
Este tipo de mantenimiento tiene como finalidad combinar las
ventajas
de los dos tipos de mantenimiento, para lograr el mximo tiempo
de
operacin del equipo y eliminar el trabajo innecesario. Esto
exige
tcnicas de revisin y pruebas ms avanzadas para determinar
con
mejor certeza la condicin del equipo y un control ms riguroso
para
lograr la planeacin correcta y efectuar las revisiones
verdaderamente
necesarias.
Revisin mensual.
a) Cheque y registre la temperatura ambiente.
b) Cheque y registre la temperatura del aceite del transformador
y
anote el valor mximo ledo desde la ltima lectura.
c) Cheque y registre el valor de la temperatura en el devanado
y
anote el valor mximo ledo desde la ltima lectura.
d) Cheque y registre la corriente de carga del transformador
y
observe el mximo valor ledo desde la lectura previa.
e) Cheque y registre el voltaje de lnea y anote cualquier
variacin
con respecto al valor obtenido en la lectura previa.
El mantenimiento predictivo al transformador principal se
realizara cada
3 meses. (Estos no requieren libranza.)
a) Realizar toma de termografa a las boquillas de alta tensin,
y
boquillas de neutro, a los componentes del gabinete de
control
de sistema de enfriamiento y al tanque principal, registrar
dichas
temperatura. Si se registrar alguna temperatura 10 C arriba
del promedio entre componentes, notificar al supervisor
elctrico.
(REF. SOER 90-01 RECOM.1)
b) Inspeccione visualmente la porcelana buscando grietas o
astilla
duras en la boquilla de alta y neutro.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 56
c) verificar visualmente el nivel de aceite en las boquillas de
alta, la
indicacin debe estar dentro del rango normal de la mirilla.
d) Verificar que los motores de los ventiladores y bombas de
aceite
trabajen sin ruido, calentamiento o vibraciones anormales.
(REF. SOER 90-01 RECOM.1)
e) Inspeccione visualmente la conexin a tierra y asegrese de
que
no tenga corrosin, asi mismo todas las partes metlicas del
transformador.
(REF. SOER 90-01 RECOM.1)
f) Verifique y registre las lecturas de todos los
instrumentos
indicadores locales tales como el indicador de nivel de aceite
del
tanque principal, indicador de temperatura mxima del aceite
e
indicador de temperatura en el devanado. La mayor lectura,
as
como la lectura actual debern ser observadas en los
indicadores de temperatura.
1.1.1 CROMATOGRAFIA DE GASES.
Tcnica aplicada para la deteccin de fallas en los
transformadores por anlisis de gases disueltos en aceite.
La operacin con falla del transformador puede daarlo
significativamente y es valioso poder detectar est en una
etapa
inicial de desarrollo.
En caso de falla, se puede deducir su tipo y severidad, de
acuerdo a la composicin de los gases y la velocidad a la que
se
estn formando.
ORIGEN DE LOS GASES COMBUSTIBLES
Los principales materiales que constituyen el sistema de
aislamiento de transformadores, son esencialmente, aceite,
papel
y cartn; la funcin de estos materiales es aislar los
componentes del equipo que llevan corriente, del ncleo, el
tanque y las estructuras de soporte, as como servir de
refrigerante en el caso del aceite. Cuando stos componentes
del
aislamiento en pequeas cantidades, reaccionan qumicamente
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 57
como consecuencia del calentamiento u otras condiciones
dentro
del transformador como es la presencia de agua, oxgeno,
etc.,
originan otros productos algunos de los cuales son gases y
debido a su menor densidad que el aceite tienden a
desplazarse
al nivel superior del mismo.
La composicin qumica de la celulosa, la cual constituye el
cartn es (C12H20010)n en donde n vara de 300 a 750
aproximadamente, la frmula qumica de los compuestos
parannficos del aceite aislante es CnH2n+2 en donde n vara
de
20 a 40. As mismo los compuestos aromticos y naftnicos del
aceite estn formados tambin por tomos de carbono e
hidrgeno, por lo tanto, la mayora de los gases generados
estarn constituidos solo por tres elementos qumicos que son:
CARBONO, OXIGENO E HIDROGENO.
MUESTREO DE ACEITE PARA ANALISIS POR
CROMATOGRAFIA DE GASES
El muestreo del aceite para anlisis por cromatografa de
gases
de efecta de manera diferente al que se realiza para anlisis
fsico-qumicos y elctricos. La tcnica es sencilla y la muestra
se
toma en un recipiente totalmente hermtico a la atmsfera,
tanto
en su llenado como en el transporte al laboratorio; estos
recipientes pueden ser una jeringa de vidrio o un cilindro
de
acero inoxidable.
Al tomar las muestras de aceite es necesario tomar ciertas
consideraciones. Las conexiones entre el equipo a muestrear
y
el recipiente de muestreo deben ser hermticas para evitar
contaminacin con la atmsfera. Si se contaminan las muestras
con agua o aire se puede llegar a conclusiones errneas. Es
importante tomar muestras cuando el equipo est operando en
condiciones normales para evaluar la velocidad de produccin
de
gas. El oxgeno presente disuelto en la muestra puede
consumirse por oxidacin por lo que se deben cubrir de la luz
los
recipientes de muestreo transparentes utilizando papel
aluminio.
En el laboratorio de la Planta Regeneradora de Aceite
Aislante,
se usan dos tipos de recipientes de muestreo que son:
a) Jeringa de vidrio de 100 ml con vlvula de tres vas de acero
inoxidable.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 58
MUESTREO CON JERINGA
La jeringa debe ser de vidrio de aproximadamente 100 ml.,
con
una vlvula de tres vas adaptada en el pivote.
El mbolo debe sellar perfectamente con el barril de la
jeringa
para evitar contaminacin del aceite al muestrear.
Primeramente, y despus de conectar la manguera flexible a la
vlvula de muestreo del transformador se tiran
aproximadamente
dos litros de aceite, antes de conectar el otro extremo de
la
manguera a la vlvula de tres vas. Una vez hecho esto ltimo
se
realizan los siguientes pasos. Ver figura 7.1.3:
Fig. 51 MUESTREO CON JERINGAS
a) Lavar las conexiones b) Llenar e impregnar la jeringa con
aceite c) Vaciar la jeringa d) Tomar la muestra e) Desconectar la
jeringa
Los pasos b) y c), deben efectuarse dos o ms veces hasta que
no existan burbujas dentro de la jeringa al realizar el paso
d).
La jeringa se coloca en un recipiente adecuado para su
proteccin durante el transporte al laboratorio.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 59
TOMA DE MUESTRA DE ACEITE MEDIANTE EL TRANFIX AL
LABORATORIO EXTERNO.
a) Toma una muestra de aceite del transformador por el
transfix
siguiendo las instrucciones que se mencionan a continuacin:
1) Apretar el botn (manual sample), enseguida se iniciara
un conteo regresivo y terminando el conteo de la maquina
se pondr en modo purga.
2) Oprima nuevamente el botn (manual sample) y en este
momento ya se puede tomar la muestra de aceite.
3) Debajo del gabinete del transfix se encuentra el conector
rpido, quite el tapn del conector de muestreo e inserte la
maniobra para muestrear.
4) Ya insertada la maniobra proceda a conectar la jeringa y
abra la vlvula de la jeringa en la posicin de extraccin
de aceite.
5) Abra la vlvula de la maniobra y se empezara a llenar la
jeringa, llnela con 50 ml y deseche este aceite, llnela
nuevamente con la misma cantidad y deschela. La
siguiente toma ser la correcta para la muestra que se
necesita.
6) Cierre la vlvula de la maniobra y oprima dos veces el
botn (manual sample) y as ya podr restablecer
nuevamente a condiciones iniciales.
DIAGNOSTICO E INFORME
Para la interpretacin del anlisis de gases y la traduccin de
los resultados a trminos del estado del transformador, se
aplican a diferentes mtodos que son similares entre si,
estos
son.
a. Mtodo de dornenburg.
b. Mtodo de nomograma
c. Mtodo de Rogers
d. Mtodo de duval
e. Mtodo de la csus
f. Mtodo de gases clave
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 60
FIG. 52
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 61
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 62
METODOS DE INTERPRETACION DEL ANALISIS DE GASES
FIG 52. METODOS DE INTERPRETACION DEL ANALISIS DE GASES
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 63
CUANDO SE DEBE HACER UN ANALISIS
CROMATOGRAFICO?
El muestreo inicial para anlisis cromatogrfico, se debe
efectuar cuando aparezca la primera sospecha de operacin
incorrecta del equipo.
De acuerdo al resultado del anlisis se indicar la frecuencia
con la cual debe ser analizado el aceite del transformador
en
cuestin.
Una velocidad de aumento en la generacin de gases
combustibles de aproximadamente 100 p.p.m. o ms durante
un perodo de 24 Hrs. en base continua de carga
relativamente constante, indica una condicin de deterioro y
debe decidirse respecto si continua o no en operacin el
transformador.
Cuando el resultado inicial indique operacin defectuosa, es
necesario el segundo muestreo para un diagnstico correcto.
Para equipos de 240 KV, o ms es conveniente el muestreo
una vez por ao en condiciones de operacin normales; y las
veces que sea necesario cuando se presenten
anormalidades.
El muestreo posterior ser tomando en cuenta la cantidad de
gases combustibles en ppm de acuerdo con lo siguiente:
a) 600 ppm analizar dentro de un ao
b) 600 - 1500 ppm analizar dentro de los seis meses siguientes
para establecer la tendencia de aumento.
c) 1501-2500 ppm analizar dentro de los dos meses
siguientes.
d) 2501 ppm cuando menos cada semana.
Los Ingenieros que tienen a su cargo la operacin y
mantenimiento de los transformadores de potencia,
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 64
interpretan como operacin incorrecta cualquiera de los
siguientes eventos:
a) Operacin del rel Buchholz.
b) Operacin de cualquiera de las protecciones elctricas
primarias o de respaldo.
c) Alta temperatura.
1.1.2 TERMOGRAFIA INFRARROJA.
La termografa est basada en que todos los cuerpos radian
energa, cuya longitud de onda est ubicada en el espectro
infrarrojo y el equipo de termovisin es capaz de transformar
las radiaciones emitidas por los cuerpos, en imgenes
semejantes al de una televisin. Adems es posible cuantificar
su contenido con precisin hasta dcimas de grados en escala
de temperatura.
En el equipo de termografa, se ajustan las radiaciones que
se
reflejan de otros equipos que estn alrededor del objeto bajo
estudio, tambin la radiacin que pudiera ser absorbida por la
atmsfera o medio ambiente; considerando que entre ms
cerca del visor infrarrojo este el objeto, la radiacin
emitida
ser aproximadamente igual a la de otros objetos cercanos.
Este equipo est integrado por una cmara o scanner,
computadora, monitor, unidad de control, impresora de video
a
color, impresora de grficas a color y una videocasetera.
En la figura 7.1.9 se muestran los componentes de un equipo
de termografa moderno.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 65
Fig. 53 componentes de un equipo de termografa
1.1.3 DESCARGAR PARCIALES.
En la generalidad de los casos la falla severa de un
dispositivo
elctrico va asociada a una falla de sus aislamientos; aun
cuando la tecnologa actual de materiales, los procesos de
fabricacin y las pruebas a nivel laboratorio han mejorado
los
mrgenes de seguridad en los productos.
La necesidad permanente de mejorar la calidad y continuidad
del servicio en los sistemas elctricos han propiciado el
desarrollo de la metodologa que permita detectar
oportunamente la posible existencia de fallas incipientes en
los
elementos que integran los equipos elctricos o, en el mejor
de
los casos, sin mayor efecto en su operacin.
Una de las tcnicas utilizadas, que se expone a continuacin
de manera general, es la deteccin de descargas parciales en
campo.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 66
DEFINICION Y CLASIFICACION DE LAS DESCARGAS
PARCIALES.
El trmino descarga parcial (PD) hace referencia a una ruptura
dielctrica localizada en una pequea regin de un sistema slido o
lquido de aislamiento elctrico sometido a condiciones de estrs de
alta tensin que no puentea el espacio entre dos conductores.
Una descarga de tipo PD puede daar el material de aislamiento
circundante por la erosin del aislamiento. Adems, los gases
corrosivos emitidos por una fuente de descargas de tipo PD pueden
producir daos adicionales al aislamiento circundante y a las piezas
metlicas, estableciendo zonas adicionales sujetas a descargas de
tipo PD. A la larga, el medio aislante puede fallar produciendo
llama, y esta, a su vez, daos en los aparatos elctricos,
interrupciones del suministro elctrico, incendios y
explosiones.
TIPOS DE DESCARGAR PARCIALES.
La norma IEC 60270 define las descargas parciales como descargas
localizadas de electricidad que slo puentean parcialmente el
aislante entre conductores. Esta amplia definicin incluye desde
descargas de tipo PD relativamente inofensivas hasta otras que son
difciles de detectar en campo y pueden ser muy destructivas. Es
til, por tanto, dividir las descargas parciales en tres
categoras.
A) La descarga en corona es la descarga que se produce en el
aire o el gas que rodea un conductor. Tiene lugar cuando el campo
elctrico localizado excede la tensin de ruptura del aire o el gas
circundante. Esto ocurre tpicamente en las puntas o en los bordes
afilados de los conductores. En particular, es muy comn en equipos
de exteriores.
La descarga en corona puede considerarse relativamente
inofensiva en equipos de exteriores, ya que los gases corrosivos
son eliminados o transportados lejos por los efectos meteorolgicos.
Sin embargo, si la descarga en corona tiene lugar en un entorno
cerrado, los gases corrosivos no tienen salida y pueden producir
daos adicionales. La descarga en corona en equipos de
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 67
exteriores es, a menudo, difcil de eliminar; por otra parte, el
diseo de ciertos equipos favorece intrnsecamente este tipo de
descargas. Se considera una prctica recomendada, no obstante,
eliminar las fuentes de descarga en corona siempre que ello sea
posible, durante el mantenimiento habitual, ya que pueden
enmascarar problemas ms serios.
B) La descarga superficial es la que se produce en la superficie
de un aislador; su resultado ms tpico es la generacin de pistas de
conduccin en la superficie del aislador y la reduccin de su
eficacia. Est estrechamente asociada a la contaminacin y la
humedad, y es una forma de descarga parcial relativamente comn.
La descarga superficial es particularmente daina en aislantes
encapsulados en resina o polimricos. Si no se detectan y reparan,
los puntos de descarga crecen y pueden llegar a arder. Es tambin
posible que se formen grietas en el esmalte de los aisladores de
porcelana y la cermica que contienen resulte daada. Si la causa de
la descarga superficial es la contaminacin y aquella se detecta a
tiempo, a veces es posible limpiar los aisladores de vidrio o
porcelana antes de que se produzcan daos a largo plazo.
C) La descarga interna es un tipo de descarga que se produce en
el interior del material o lquido aislante y est asociada a pequeas
cavidades huecas, a menudo microscpicas en un principio, existentes
en el interior del aislador slido o lquido. Es una forma
relativamente poco frecuente de descarga parcial.
La descarga interna es la ms difcil de diagnosticar en campo, ya
que el problema no presenta sntomas visibles o audibles. Sin
embargo, si no se repara y llega a producirse llama, no existir una
va de escape para la liberacin de la energa calorfica, de rpida
emisin, y el aislador podra explotar.
Hay que tener en cuenta, sin embargo, que algunos libros de
texto y sitios web utilizan diferentes definiciones para la
descarga en corona. En ocasiones se denomina descarga en corona
tanto a la descarga en corona (de acuerdo con la definicin
anterior) como a la descarga superficial. Algunas veces, la
descarga en corona se usa como sinnimo de descarga parcial para
cubrir las tres definiciones anteriores. Con frecuencia, las
descargas internas se omiten.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 68
FIG. 54 tipos de descarga parciales.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 69
1.1.4 PRUEBAS ELECTRICAS EN ACEITE AISLANTE.
a) Prueba de rigidez dielctrica.
Por definicin la tensin de ruptura elctrica de un aceite
aislante es una medida de su habilidad para soportar un
esfuerzo elctrico. Esta prueba es la que ms
frecuentemente se usa y es capaz de revelar dos cosas: la
resistencia momentnea de un aceite al paso de la corriente
y la relativa cantidad de agua libre, polvo, lodos o
cualquier
partcula conductora presente en la muestra.
Suponiendo que el aceite ha perdido alguna de sus
propiedades aislantes, debido al agua, polvo, lodo o
partculas conductoras suspendidas en l, es lgico que el
papel aislante e impregnado y sumergido en el aceite sea
igualmente afectado. En forma general se puede decir que
la tensin de ruptura mide la presencia de agua y slidos en
suspensin. La evaluacin final de un aceite en trminos de
resultados de pruebas dielctricas, en la tensin de ruptura
de un aceite es un ndice de buen manejo y uso del mismo.
Para aparato de prueba con electrodos planos separados
2.5 mm la especificacin para aceite nuevo indica un valor
de 30 KV mnimo.
Para aceite usado se toma un valor de 18 KV como aceite
en malas condiciones y 25 KV o ms como aceite en
buenas condiciones, aunque en la actualidad estos valores
dependen del equipo de que se trate, de acuerdo al voltaje
de separacin del mismo.
El aparato de prueba consiste en un transformador que
proporciona el voltaje, con un regulador de voltaje, un
voltmetro y una copa de prueba. Esta tiene dos electrodos
planos con una separacin de 2.5 mm. La prueba se efecta
llenando la copa con aceite hasta quedar sumergidos los
electrodos; entonces se aplica un voltaje con un incremento
sostenido de 3 KV/seg. hasta que ocurre un arco elctrico.
Se anota la lectura a la cual ocurri ruptura. A cada copa se
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 70
le efectuaran tres pruebas dejando reposar la muestra un
minuto despus de cada prueba. Los valores obtenidos se
promedian y el valor obtenido del promedio ser el
representativo de la muestra. Y ser vlido si entre las
lecturas no hay diferencia mayor de 5 KV.
Si se analiza una muestra muy sucia, la copa debe lavarse
con solvente dielctrico, luego se calienta para eliminar la
humedad del aire condensada debido al enfriamiento por la
evaporacin del solvente. Se puede verificar la condicin de
la copa realizando una prueba con gasolina seca, que debe
dar un valor mayor de 32 KV. Tambin se ha generalizado el
uso de electrodos semiesfricos, sin embargo en este caso
el incremento constante de voltaje es de 0.5 KV/seg. y la
especificacin es de 20 KV mnimo para aceite nuevo.
Aceite Degradados y Contaminados 10 - 28 KV
Aceite Carbonizados no Degradados 28 - 33 KV
Aceite Nuevo sin Desgasificar 33 - 40 KV
Aceite Nuevo Desgasificado 40 - 50 KV
Aceite Regenerado 50 - 60 KV
Fig. 55 equipo para pruebas de aceite de 60 kV y 80 kV.
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[Escriba texto]
Manual de Mantenimiento al Transformador Principal | CNLV 71
b) PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA.
El factor de potencia es una prueba para evaluar la
condicin del aceite desde el punto de vista dielctrico. El
factor de potencia es la medicin del coseno del ngulo de
prdidas. Mide las prdidas dielctricas a travs del aceite,
lo cual ayuda a evaluarlo de acuerdo a su contaminacin o
deterioro