norma técnica ecuatoriana nte inen 2113:2013

Quito - Ecuador

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2113:2013 Primera revisión

TRANSFORMADORES. DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS Y

CORRIENTE SIN CARGA. MÉTODOS DE ENSAYO

Primera edición TRANSFORMERS. DETERMINATION OF NO-LOAD LOSSES AND CURRENT. TEST METHOD

First edit ion

DESCRIPTORES: Ingeniería eléctrica, transformadores, determinación de pérdida y corriente sin carga. EL 04.02-302 CDU: 621.314 CIIU: 4101 ICS: 29.180

CDU: 621.314 CIIU: 4101 ICS: 29.180 EL 04.02-302

2013-338 -1-

Norma Técnica

Ecuatoriana Voluntaria

TRANSFORMADORES DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS Y CORRIENTE SIN CARGA

MÉTODOS DE ENSAYO

NTE INEN 2113:2013

Primera revisión 2013-06

1. OBJETO

1.1 Esta norma describe el método para las pruebas a las cuales se deben someter los transformadores de distribución sumergidos en aceite y secos, para determinar sus pérdidas y corriente sin carga.

2. ALCANCE 2.1 Esta norma se aplica a transformadores de distribución sumergidos en aceite y secos.

3. DEFINICIONES 3.1 Para los efectos de esta norma, se adoptan las definiciones contempladas en la NTE INEN 2 110 y la que a continuación se detalla: 3.1.1 Factor de forma: Relación entre el valor eficaz y el valor promedio de una onda.

4. DISPOSICIONES GENERALES 4.1 Pérdidas sin carga 4.1.1 Las perdidas sin carga de un transformador, son las pérdidas que son incidentes en la excitación del transformador. Incluyen las perdidas en el núcleo, perdidas del dieléctrico, perdidas en los conductores, perdidas de los conductores en el bobinado debido a la corriente de excitación, y perdidas del conductor debido a la circulación de corriente en devanados paralelos. Dichas perdidas cambian con el voltaje de excitación. 4.1.2 Las pérdidas sin carga de un transformador, consisten principalmente de las pérdidas en el hierro del núcleo y son una función de la magnitud, frecuencia y forma de onda del voltaje aplicado. 4.1.3 Las pérdidas sin carga también varían con la temperatura y son principalmente sensibles a diferencias en la forma de onda, por lo tanto, las mediciones de pérdida sin carga variarán notablemente con la forma de onda del voltaje de prueba aplicado. 4.1.4 Otros factores que afectan a las pérdidas sin carga y a la corriente de excitación de un transformador, son los factores relacionados con el diseño que incluyen el tipo y espesor del núcleo acero eléctrico, la configuración de núcleo, la geometría de la uniones del núcleo, y la densidad de flujo en el núcleo. 4.1.5 La característica distorsionada de la corriente sin carga de un transformador, puede hacer que el voltaje del generador presente ondas distorsionadas (de factor de forma diferente de 1,11) y pérdidas diferentes de las que corresponden a una onda sinusoidal. 4.1.6 Los factores que causan las diferencias en las pérdidas sin carga de los transformadores del mismo diseño incluyen la variabilidad en las características del núcleo de acero eléctrico, el estrés mecánico inducido en la fabricación, la variación en la estructura de entre las láminas de acero eléctrico, y la unión del núcleo.

(Continúa)

DESCRIPTORES: Ingeniería eléctrica, transformadores, determinación de pérdida y corriente sin carga.

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4.1.7 La determinación de las pérdidas sin carga debe hacerse con base en una onda sinusoidal de voltaje, a menos que sea inherente a la operación del transformador una forma de onda diferente. 4.1.8 El método del voltímetro de valor promedio de voltaje es el método más preciso para la corrección de la medida de las perdidas sin carga a una base de onda sinusoidal. 4.1.9 Las pérdidas sin carga son en gran parte pérdidas por histéresis y éstas son una función de la máxima densidad de flujo en el núcleo. 4.1.10 Las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo, varían con el cuadrado del valor eficaz del voltaje de excitación y son básicamente independientes de la forma de onda del voltaje aplicado. Cuando el voltaje de ensayo se mantiene en el valor nominal con el voltímetro de valor promedio, el valor eficaz y las pérdidas por corrientes parásitas se deben corregir al voltaje nominal por medio de la ecuación establecida en el numeral 5.1.1.17. 4.1.11 Los instrumentos utilizados en la realización de las pruebas, deberán ser de clase 0,5 o mejor. 4.1.12 La disminución observada en las pérdidas sin carga para un aumento en la temperatura resulta de varios mecanismos actuando juntos. Los cambios en la resistividad del núcleo de acero, los cambios en el estrés mecánico en la estructura del núcleo, y las variaciones en las gradientes de temperatura en el núcleo causan que las pérdidas sin carga cambien con la temperatura. Debido a que estos factores varían de diseño a diseño y entre los transformadores del mismo diseño, no es práctico especificar una fórmula exacta para tener en cuenta la variación de temperatura a lo largo del rango de temperatura de operación de los transformadores.

5. MÉTODOS DE ENSAYO 5.1 Determinación de las pérdidas sin carga por el método de voltímetro de valor promedio absoluto, para transformadores monofásicos. 5.1.1 Procedimiento 5.1.1.1 La máxima densidad de flujo corresponde al valor promedio absoluto del voltaje (no al valor eficaz) y por consiguiente, si el valor promedio del voltaje se ajusta para que sea igual al valor promedio de la onda sinusoidal de voltaje deseada y se mantiene la frecuencia apropiada, las pérdidas por histéresis deben ser las correspondientes a la onda sinusoidal deseada. 5.1.1.2 Si la onda de flujo tiene más de un máximo y un mínimo por ciclo, la lectura del voltímetro promedio no es correcta y la onda de voltaje no debe utilizarse. 5.1.1.3 Este método es equivalente a utilizar un voltímetro D'Arsonval con un rectificador de onda completa en serie, el cual permite leer el valor promedio de voltaje. Este instrumento se gradúa generalmente para dar la misma indicación numérica que la de un voltímetro de valor eficaz sobre una onda sinusoidal de voltaje, lo cual significa que está graduado en valores eficaces equivalentes de la onda sinusoidal de voltaje. 5.1.1.4 La figura 1 muestra la conexión y el equipo necesario cuando no se requiere transformadores de medida. 5.1.1.5 Cuando se requiera transformadores de medida, la figura 2 muestra su conexión y el equipo necesario. 5.1.1.6 En la figura 1 el voltímetro debe conectarse cerca de la carga, el amperímetro cerca de la fuente y el vatímetro entre los dos, en el lado de carga de la bobina de corriente.

(Continúa)

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5.1.1.7 Cuando se usan transformadores para medir las pérdidas sin carga, éstos deben ser transformadores de medida de clase 0,5 o de mayor precisión.

FIGURA 1. Conexiones para pruebas de pérdida sin carga de un transformador monofásico sin los transformadores de medida

A = Amperímetro W = Vatímetro V = Voltímetro VP= Voltímetro de valor promedio FIGURA 2. Conexiones para una prueba de pérdidas sin carga de un transformador monofásico

con transformadores de medida

5.1.1.8 Se deben utilizar vatímetros de bajo factor de potencia para que los resultados sean correctos. 5.1.1.9 Aun cuando es factible utilizar cualquiera de los devanados de alto o bajo voltaje del transformador que se ensaya, por seguridad es aconsejable utilizar el devanado de bajo voltaje para esta prueba. Se debe utilizar todo el devanado para este ensayo. Si por alguna razón es posible utilizar una porción del devanado, dicha porción no debe ser inferior al 25% del devanado. 5.1.1.10 Las características de funcionamiento y rendimiento de un transformador están basada en el voltaje nominal y la frecuencia nominal, a menos que se especifique lo contrario. Por lo tanto, la prueba de pérdida sin carga se lleva a cabo con el voltaje nominal aplicado a través de los terminales del transformador, utilizando una fuente de voltaje a una frecuencia igual a la frecuencia nominal del transformador bajo prueba, a menos que se especifique lo contrario. 5.1.1.11 Para determinar las pérdidas sin carga de un transformador monofásico, la frecuencia de la fuente de prueba debe estar dentro del 0,5% de la frecuencia nominal del transformador bajo prueba. 5.1.1.12 El voltaje estará ajustado al valor especificado como lo indica el voltímetro de valor promedio de voltaje.

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5.1.1.13 Los valores simultáneos de voltaje rms, corriente rms, potencia eléctrica, y las lecturas del voltímetro de valor promedio de voltaje deben ser registrados. 5.1.1.14 Si es necesaria, la conexión para pérdidas en los instrumentos de medición conectados puede ser hecha mediante la desconexión del transformador bajo prueba y observando la lectura del vatímetro circuito de voltaje de la prueba especificado. Estas pérdidas representan las pérdidas de los instrumentos conectados (y el transformador de voltaje, si es utilizado). Estos pueden restarse antes de la lectura del vatímetro, para obtener las pérdidas sin carga del transformador bajo prueba. 5.1.1.15 Cuando se corrige a una base de onda sinusoidal utilizando el método de voltímetro de valor promedio de voltaje, se deberá prestar atención a las conexiones voltímetro porque la forma de onda de voltaje de línea a línea puede diferir de la forma de onda de voltaje línea a neutro. Por lo tanto, dependiendo de si los devanados del transformador energizado durante la prueba están conectados en delta o estrella, las conexiones del voltímetro deben ser tales que la forma de onda aplicada a los voltímetros sea la misma que la forma de onda a través de los devanados energizados. 5.1.1.16 Las pérdidas sin carga del transformador, corregidas a una base de onda sinusoidal se determinará a partir del valor medido utilizando la siguiente ecuación:

Pk+P

P=T

21

m

mcP

donde

temperatura del aceite promedio al momento de la prueba en grados centígrados.

mc TP pérdidas sin carga, corregidas para la forma de onda, a temperatura .

Pm pérdidas sin carga medidas en el ensayo a temperatura P1 pérdidas por histéresis, por unidad, referidas a Pm P2 pérdidas por corrientes parásitas, por unidad, referidas a Pm.

KV

V

r

a

2

donde

Vr voltaje de ensayo medido con el voltímetro de valor eficaz Va voltaje sinusoidal eficaz, medido con el voltímetro de un valor promedio

5.1.1.17 Los actuales valores por unidad de las pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault deben usarse si están disponibles. Si los valores actuales no están disponibles, se sugiere que los dos componentes de pérdidas se asuman iguales en valor y que cada uno de ellos se le asigna un valor de 0,5 por unidad. 5.1.1.18 La última ecuación es válida sólo para voltajes de prueba con la distorsión de forma de onda moderada. Si la distorsión de la forma de onda en el voltaje de prueba causa que la magnitud de la corrección sea mayor que la forma de onda del voltaje de prueba, deberá ser mejorada para una determinación adecuada de las pérdidas sin carga y las corrientes. 5.1.1.19 La temperatura de referencia estándar para pérdidas sin carga de transformadores de distribución debe ser 20°C. 5.1.1.20 Las variaciones ordinarias de temperatura encontradas cuando se realiza la prueba de pérdida sin carga no afectará a las pérdidas sin carga materialmente, y ninguna corrección para la temperatura necesita ser hecha, siempre que se cumplan los siguientes requisitos: a) La temperatura promedio del aceite está dentro de ± 10 ° C de la temperatura de referencia . b) La diferencia entre las temperaturas de aceite superior e inferior no exceda de 5°C.

(Continúa)

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5.1.1.21 Si se realiza la prueba con temperaturas fuera de los rangos especificados es necesario, la fórmula empírica en la siguiente ecuación puede ser utilizada para corregir las medidas de pérdidas sin carga a la temperatura de referencia:

( ) ( ){ ( ) } donde

( ) perdidas sin carga, corregidas a la temperatura de referencia estándar

( ) perdidas sin carga, corregidas a la forma de onda, a temperatura temperatura de referencia estándar en grados Celsius. valor por unidad de la derivada empíricamente modificada de pérdidas sin carga por grados Celsius. 5.1.1.22 Si el valor actual de no está disponible, un valor de 0,00065 por unidad cambiado por grados Celsius debe utilizarse. Este valor es típico para los núcleos construidos de acero al silicio grano orientado y es satisfactorio como una corrección de las pérdidas sin carga cuando el transformador se someterán a prueba fuera del rango de temperatura especificado. 5.2 Determinación de las pérdidas sin carga en transformadores trifásicos. 5.2.1 El método descrito anteriormente para transformadores monofásicos es aplicable a transformadores trifásicos, con las siguientes adiciones y modificaciones: 5.2.1.1 Las pruebas para la determinación de las pérdidas sin carga de un transformador trifásico serán llevadas a cabo utilizando el método de tres vatímetro. 5.2.1.2 En la figura 3 se presenta un esquema de los equipos y conexiones necesarias para la realización de mediciones de pérdidas sin carga de un transformador trifásico cuando los transformadores de medida son necesarios.

FIGURA 3. Conexiones del transformador trifásico para pruebas de pérdidas sin carga y corriente de excitación utilizando el método de tres vatímetros

(Continúa)

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A = Amperímetro W = Vatímetro Vp = Voltímetro de voltaje promedio Vr = Voltímetro rms Vp= Voltímetro de valor promedio TP = Transformador de potencial TC = Transformador de corriente (Ver nota 1) 5.2.1.3 Cuando se corrige a una base de onda sinusoidal utilizando el método de voltímetro de valor promedio de voltaje, se deberá prestar atención a las conexiones voltímetro porque la forma de onda de voltaje de línea a línea puede diferir de la forma de onda de voltaje línea a neutro. Por lo tanto, dependiendo de si los devanados del transformador energizado durante la prueba están conectados en delta o estrella, las conexiones del voltímetro deben ser tales que la forma de onda aplicada a los voltímetros sea la misma que la forma de onda a través de los devanados energizados. 5.2.1.4 El voltaje estará ajustado al valor especificado como lo indica el voltímetro de valor promedio de voltaje. Los valores simultáneos de voltaje rms, corriente rms, potencia eléctrica, y las lecturas del voltímetro de valor promedio de voltaje deben ser registrados. Para un transformador trifásico, el promedio de las tres lecturas del voltímetro será el valor nominal deseado. 5.3 Determinación de la corriente sin carga. La corriente de excitación de un transformador es la corriente que mantiene el flujo magnético de excitación en el núcleo del transformador. La corriente de excitación es comúnmente expresada en Pu o en porcentaje del rango de corriente del devanado que es objeto de la medición. 5.3.1 La medición de corriente de excitación se lleva a cabo habitualmente conjuntamente con las pruebas para las pérdidas sin carga. 5.3.2 La Corriente rms se graba simultáneamente durante la prueba de las pérdidas sin carga utilizando el método voltímetro de valor promedio de voltaje. 5.3.3 Este valor es utilizado para calcular el por unidad o porcentaje de la corriente de excitación. Para un transformador trifásico, la corriente de excitación es calculada tomando el promedio de las magnitudes de las tres corrientes de línea.

NOTA 1. a) En la figura 3: El neutro de la fuente debe estar disponible para transformadores conectados en Y-Y cuando el devanado no

delta está presente para proporcionar un camino de retorno al neutro del transformador. b) En la figura 3: Los voltímetros deben estar conectados línea-a-neutro para bobinados conectados en Y, o línea a línea para

bobinados conectados en Δ.

(Continúa)

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APÉNDICE Z

Z.1 DOCUMENTOS NORMATIVOS A CONSULTAR Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2110 Transformadores. Definiciones.

Z.2 BASES DE ESTUDIO

Norma IEEE Std . IEEE Standard Test Code for Liquid-Inmersed Distribution, Power, and Regulating Transformers. IEEE Pow er & Energy Society. New York 2010. Norma IEC 60076-8. Norma Internacional. Transformadores de Potencia Guía de aplicación. Comisión Electrotécnica Internacional. Ginebra, 1997.

INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

Documento:

NTE INEN 2113

Primera revisión

TÍTULO: TRANSFORMADORES. DETERMINACIÓN DE

PÉRDIDAS Y CORRIENTE SIN CARGA. MÉTODOS DE

ENSAYO

Código:

EL 04.02-302

ORIGINAL:

Fecha de iniciación del estudio:

1996-02-06

REVISIÓN:

Fecha de aprobación anterior del Consejo Directivo 1998-02-12

Oficialización con el Carácter de Voluntaria

por Acuerdo Ministerial No. 0189 de 1998-03-18

publicado en el Registro Oficial No. 286 de 1998-03-30

Fecha de iniciación del estudio: 2012-07-23

Fechas de consulta pública: 2012-11-13 a 2012-12-13

Subcomité Técnico:

Fecha de iniciación: Fecha de aprobación:

Integrantes del Subcomité Técnico:

NOMBRES:

Mediante compromiso presidencial N° 16364,

el Instituto Ecuatoriano de Normalización –

INEN, en vista de la necesidad urgente,

resuelve actualizar el acervo normativo en base

al estado del arte y con el objetivo de atender a

los sectores priorizados así como a todos los

sectores productivos del país.

Para la revisión de esta Norma Técnica se ha

considerado el nivel jerárquico de la

normalización, habiendo el INEN realizado un

análisis que ha determinado su conveniente

aplicación en el país.

La Norma en referencia ha sido sometida a

consulta pública por un período de 30 días y

por ser considerada EMERGENTE no ha

ingresado a Subcomité Técnico.

INSTITUCIÓN REPRESENTADA:

Otros trámites: Esta norma NTE INEN 2113:2013 (Primera revisión) reemplaza a la NTE INEN 2113:1998

La Subsecretaría de la Calidad del Ministerio de Industrias y Productividad aprobó este proyecto de norma

Oficializada como: Voluntaria Por Resolución No. 13091 de 2013-04-30

Registro Oficial No. 7 de 2013-06-04

Instituto Ecuatoriano de Normalización, INEN - Baquerizo Moreno E8-29 y Av. 6 de Diciembre

Casilla 17-01-3999 - Telfs: (593 2)2 501885 al 2 501891 - Fax: (593 2) 2 567815 Dirección General: E-Mail:[email protected]

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Área Técnica de Servicios Tecnológicos: E-Mail:[email protected] Regional Guayas: E-Mail:[email protected] Regional Azuay: E-Mail:[email protected]

Regional Chimborazo: E-Mail:[email protected] URL:www.inen.gob.ec