calculo y diseÑo de maquinas electricas

7/17/2019 Calculo y Diseo de Maquinas Electricas

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CALCULO Y DISEO DE MAQUINASELECTRICAS

Por los Ings. Jorge N. L. Sacchi - Alfredo Rifaldi

Presentacin Reconocimientos Autores

VOLUMEN 1

Prefacio

Captulo 1 "El transformador"

Apndice 1 Problemas de aplicacin sobre transformadores

Apndice 2 Materiales magnticos

VOLUMEN 2

Captulo 2 "Muinas rotantes"

Captulo ! "El alternador de polos salientes"

Captulo "El alternador de polos lisos"

Apndice ! Problemas de aplicacin sobre alternadores

VOLUMEN

Captulo # "El motor asincrnico"

Apndice Aislamientos de las muinas elctricas

Apndice # Problemas de aplicacin sobre motores asincrnicos

VOLUMEN !

1
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/tapas.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/recvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/cm-autor.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/intvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/3apend1/cm-a010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/4apend2/cm-a020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/1capit2/cm-020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/2capit3/cm-030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/3capit4/cm-040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/4apend3/cm-a030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/1capit5/cm-050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/2apend4/cm-a040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/3apend5/cm-a050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/tapas.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/recvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/cm-autor.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/intvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/3apend1/cm-a010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/4apend2/cm-a020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/1capit2/cm-020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/2capit3/cm-030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/3capit4/cm-040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/4apend3/cm-a030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/1capit5/cm-050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/2apend4/cm-a040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/3apend5/cm-a050.htm


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Captulo $ "%a muina de corriente continua"

Apndice $ Problemas de aplicacin sobre muinas de corriente continua

Captulo & "Motor monofsico"

Apndice & Problemas de aplicacin sobre motor monofsico

Autoe'alucin( preguntas

)lustraciones de clase * arc+i'os PP,

Eplogo Conclusiones - obser'aciones metodolgicas

VOLUMEN "

)ntroduccin a los temas ue siguen

Captulo . "Potencia nominal - sobrecarga de transformadores"

Captulo / "Calentamiento - solicitaciones ue afectan el aislamiento de lostransformadores"

#a$%&'lo 1( )*en+,enos &r,icos &ransi&orios)

A$ndice )Uso / a$licaci+n de los $rogra,as)

A$ndice 0 )Verificaci+n de la $o&encia no,inal del &ransfor,ador)

Apndice 10 "Corrientes de 'aco - de insercin de transformadores"

VOLUMEN

Captulo 11 ")mpedancia de los transformadores"

Captulo 12 "ransformadores temas especiales"

2
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/1capit6/cm-060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/2apend6/cm-a060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/3capit7/cm-070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/4apend7/cm-a070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/evaluav4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-ppt/indexpps.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/epilogv4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/0intro/intvol5.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/1capit8/cm-080.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/6apend10/cm-a10.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/1cap11/cm-110.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/2cap12/cm-120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/1capit6/cm-060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/2apend6/cm-a060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/3capit7/cm-070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/4apend7/cm-a070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/evaluav4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-ppt/indexpps.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/epilogv4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/0intro/intvol5.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/1capit8/cm-080.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/6apend10/cm-a10.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/1cap11/cm-110.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/2cap12/cm-120.htm


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Apndice 11 "Problemas de aplicacin 3captulos 11 - 124"

Apndice 12 "5tili6acin - mantenimiento de los transformadores"

Apndice 1! "Mantenimiento pre'enti'o de transformadores de +ornos de arco"

VOLUMEN

Captulo 1! "Esfuer6os de cortocircuito en transformadores"

Captulo 1 "7eterminacin del campo magntico"

#a$%&'lo 1" )#a$aci&ancias / ca,$os elc&ricos en &ransfor,adores)

Apndice 1 "5so de los programas de campos"

Apndice 1# "Campos elctricos"

Apndice 1$ "Campos magnticos"

VOLUMEN

#a$%&'lo 1 )*l'3o de calor en ,45'inas ro&an&es)

#a$%&'lo 1 )-------------------)

Apndice 1& ")nterpretacin - deteccin de fallas en motores electricos"

A$ndice 1 )Uso de los $rogra,as / $ro6le,as de a$licaci+n)

VOLUMEN 0

Captulo 1. "%a dinmica de las muinas sincrnicas - asincrnicas"

Apndice 1/ "Clculo de parmetros transitorios de las muinas sincrnicas"

!
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/3ape11/ape-11.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/4ape12/apend120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/5ape13/apend13.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/1cap13/cm-130.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/2cap14/capit14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/4ape14/apend14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/5ape15/cm-a150.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/6ape16/cm-a160.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-08/2ape17/cm-a-170.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/1capit18/cmc-180.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/2apend19/cma-0190.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/3ape11/ape-11.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/4ape12/apend120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/5ape13/apend13.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/1cap13/cm-130.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/2cap14/capit14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/4ape14/apend14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/5ape15/cm-a150.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/6ape16/cm-a160.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-08/2ape17/cm-a-170.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/1capit18/cmc-180.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/2apend19/cma-0190.htm


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Apndice 20 "%as reactancias - otras constantes de las muinas sincrnicas"

VOLUMEN 1(

#a$%&'lo 10 )La sa&'raci+n d'ran&e el $roceso de arran5'e de ,o&ores)

Captulo 20 "Efecto de las armnicas en transformadores - motores"

Construccin de Muinas - Euipos Elctricos 8 5ni'ersidad de Morn
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/3apend20/cma-0200.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-10/2capit20/cap-20.htmhttp://www.unimoron.edu.ar/espa/informacion/academica/facultades/ingenieria/asignaturas/cont-maquinas-equipos/cme.aspxhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/3apend20/cma-0200.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-10/2capit20/cap-20.htmhttp://www.unimoron.edu.ar/espa/informacion/academica/facultades/ingenieria/asignaturas/cont-maquinas-equipos/cme.aspx


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CALCULO Y DISEO DE MAQUINASELECTRICAS

Por los Ings. Jorge N. L. Sacchi - Alfredo Rifaldi

INTRODUCCION AL CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS

En esta obra se encara el clculo de las cuatro muinas clsicas el transformador elgenerador sincrnico de polos salientes - de polos lisos el motor asincrnico - elmotor de corriente continua9

%a di'isin natural - ue nos pareci con'eniente es en cuatro 'ol:menes cada unodedicado a una muina en particular - para lograr tama;os comparables los apndicesfueron distribuidos en una forma arbitraria pero lgica9

o - aprender autili6ar el programa ue en s es rgido frente a problemas fle=ibles - ue generalmenteresultan incontrolables para uien encara su resolucin se +an desarrollado e>emplos deaplicacin - propuesto e>ercicios9

%a me>or sntesis de lo ue significa el pro-ecto de una muina elctrica fue e=presadapor el Prof. 7. M. PES8ARINI ue en su libro titulado "E%ER?MECCA@)CA *

ondamenti di costru6ione comuni a tutte le macc+ine" escribe ue la mquinaelctrica es sede de varios campos superpuestos: el campo elctrico, el campo

#


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magntico, el de corriente, el de fuerzas motrices, el de flujos de calor, el de velocidad

de fluidos refrigerantes y el de fuerzas elsticas de los materiales solicitados por las

fuerzas motrices, siendo el principal objetivo del proyectista obtener los resultados

prefijados en el modo ms simple y econmico9

El constructor de muinas elctricas frecuentemente recurre a clculos relati'amentesimples - a interpolaciones basadas en la e=periencia aduirida en sus construccionesprecedentes9

Adems muc+as 'eces el constructor debe afrontar problemas nue'os - estudiarperfeccionamientos laboriosos para alcan6ar el ob>eti'o deseado9

El clculo de una muina presenta serias dificultades -a ue no puede ser planteadocomo un sistema de ecuaciones 3el n:mero de incgnitas supera ampliamente el n:merode ecuaciones ue se pueden plantear4 en consecuencia esta es una tarea ue seresuel'e mediante sucesi'as apro=imaciones orientadas por la e=periencia ue permite

>u6gar adecuadamente los resultados parciales - me>orar rpidamente la solucin9

%a +erramienta ue utili6a el mundo industrial en la actualidad para resol'er susreali6aciones es la computadora9 En este traba>o se propone su aplicacin para elaprendi6a>e del clculo de muinas elctricas lo ue permite al lector en tiempos

bre'es reunir una e=periencia relati'amente amplia9

En efecto con la a-uda de programas de computadora se logra la reali6acin de unc:mulo de traba>o imposible de obtener de otra manera9 ,e presenta una metodologa enla cual la aplicacin de los algoritmos de clculo est acompa;ada con la resolucin de

problemas concretos - por otra parte con el enfoue de criterios constructi'osutili6ados en las construcciones normales9

El lector notar cierta originalidad en este te=to las frmulas no estn escritas en laforma +abitualB en efecto como primero +icimos los programas - luego se escribi elte=to e=plicati'o las frmulas incluidas en l surgieron del programa9

As los lectores ue conocen lengua>es computacionales identificarn nombres de'ariables de 'arios caracteres +abituales en ortran asic etc9

inalmente al escribir la 'ersin actual utili6ando las facilidades de los editores de

ecuaciones las frmulas fueron escritas en una notacin +brida ue esperamos a-ude allector a iniciar la transicin de lo ue desde el siglo D se utili6 en matemticas - lapropuesta de la programacin actual9

7e los resultados del clculo numrico se debe alcan6ar una solucin ue adems deconstruible satisfaga los reuerimientos de las normas es entonces necesario reali6ar loscrouis constructi'os de las distintas partes ue permitan 'isuali6ar los resultados -anali6ar crticamente si los mismos satisfacen los reuisitos impuestos9

A medida ue el traba>o a'an6a se debe e'aluar el grado de incidencia de cadaparmetro - efectuar las correcciones con'enientes para lograr una me>or solucin9

$


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El uso de programas e'ita el tedioso traba>o de clculo manual pero obliga a dedicartodo el tiempo disponible al anlisis de los resultados rpidamente obtenidos9

Alrededor del tema especfico del clculo de una muina elctrica se desarrollan unaserie de otras acti'idades 3ue tienen entre si ntima 'inculacin4 ue 'an desde

especificar predimensionar presupuestar aduirir pro-ectar construir ensa-ar utili6armantener +asta anali6ar e'entuales fallas - reparar9

odas estas acti'idades reuieren de un adecuado conocimiento de las muinastambin desde el punto de 'ista constructi'o9

En el estudio de la construccin de las muinas elctricas no se debe perder de 'ista elcarcter formati'o ue este tema tiene no se trata slo de calcular sino de establecer elne=o entre las distintas acti'idades citadas9

Al momento de nacer los programas la disponibilidad de computadoras personales era

a:n escasa - resultaba ilusorio pensar en su utili6acin en el aula al mismo tiempo slopocos eran los pri'ilegiados alumnos ue podan acceder a ellas ra6n por la cualintentamos ue el alumno pudiera a-udarse de la computadora sin saber nada decomputacin - en consecuencia el programa genera un informe ue 'olcado a papel

permite al alumno su estudio en cualuier lugar9

El a'ance 'ertiginoso de la informtica actualmente +o- nos orientara a un dise;o deprogramas interacti'os sin embargo creemos ue el alumno puede lograr un me>orapro'ec+amiento del tiempo le-endo los informes generados por el programa situacinue pone en e'idencia ue la propuesta presentada es la me>or9

A partir del enunciado de un problema se pueden preparar los datos completando sloauellos esenciales ue el programa reuiere - e>ecutar una corrida es bueno ue uienense;a tenga preparado un cuestionario ue le e=i>a al alumno buscar resultados dibu>argeometra responder porue proponer me>oras - recin sobre esta base continuar en

busca de la optimi6acin del dise;o9

%a modalidad de traba>o au propuesta e=ige un a'ance gradual en la utili6acin deestos programas9

Con el au=ilio de este medio se pueden reali6ar clculos con +iptesis ms rigurosas ue

permiten apro=imarse me>or a la solucin aspirada9

%os resultados ue se obtienen son correctos desde el punto de 'ista formal pero debenser correctos adems desde el punto de 'ista lgico ue surge del anlisis de losmismos9

El lector no debe ol'idar ue los resultados numricos muc+as 'eces pueden carecer desentido si no se tiene en cuenta los errores ue afectarn a la construccin - ue nadatienen ue 'er con la e=actitud numrica obtenida del clculo9

Esta es la e=periencia ue proponemos reali6ar( a traba>ar F

&


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C!"#$%& '

EL TRANSFORMADOR

191 GE@ERA%)7A7E,

19192 7efinicin

1919! Condiciones normales de ser'icio

192 CARACER),)CA, @?M)@A%E,

19! C?ME@AR)?, REERE@E, A %?, E@,AH?, 7)E%ECR)C?, IaJ19 CR)ER)?, 7E 7)ME@,)?@AM)E@?

19# 7E,ARR?%%? 7E% CA%C5%?

19$ 7EERM)@AC)?@ 7E% %5K? 3PA,? 149

19& 7EERM)@AC)?@ 7E %A C?RR)E@E 7E %A, ?)@A, 3PA,?24

19. AR)AC)?@ 7E %A RE%AC)?@ 7E E@,)?@

19.91 Con flu>o magntico constante 3RC4

19.92 Con flu>o magntico 'ariable 3R4

19.9! Regulacin mi=ta 3RM4

19/ REG5%AC)?@ AK? CARGA

1910 7)ME@,)?@AM)E@? 7E %?, ARR?%%AM)E@?,

1911 ?RMA, 7E %?, ARR?%%AM)E@?,

1912 A),%AC)?@ 7E %?, ARR?%%AM)E@?, C?@CE@R)C?,

191! 7),EL? 7E %?, 7EA@A7?, C?@CE@R)C?,

191 7EA@A7?, A 7),C?,

191# 7EA@A7? E@ E%)CE

191$ 7EA%%E, C?@,R5C)?, 7E %?, 7EA@A7?, 7E REG5%AC)?@IbJ

191& RA@,P?,)C)?@E, I!J

.
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htm


9/690

191&91 ransposicin radial

191&92 ransposicin a=ial

191. 7),EL? 7E %?, 7EA@A7?, A%ER@A7?,

191.91 %a obina del transformador acora6ado

191.92 Grupos de bobinas

191/ %A A,E 7E% AC?RANA7?

1920 7EERM)@AC)?@ 7E% @5MER? 7E E,P)RA, 7E %A, ?)@A, 3PA,? !4

IcJ1921 7)ME@,)?@AM)E@? 7E% @5C%E? 7E %?, ARR?%%AM)E@?, H7),A@C)A, 7)E%ECR)CA, 3PA,? 4

192191 @:cleo de columnas

192192 @:cleo acora6ado

1922 %A C5A 7E% AC?RANA7?

192! 7EERM)@AC)?@ 7E %A, 7),A@C)A, 7E A),%AC)?@ 3PA,? #4

192 7EERM)@AC)?@ 7E %?, ARR?%%AM)E@?, 3PA,? $4

192# 7EERM)@AC)?@ 7E %A REACA@C)A 7E 7),PER,)?@ 3PA,?&4

192$ 7EERM)@AC)?@ 7E %A, PER7)7A, E@ E% @5C%E? 3PA,? .4IdJ

192& A%?RE, REER)7?, A %A, E@,)?@E, @?M)@A%E, 3PA,?/4

192. 7EERM)@AC)?@ 7E %?, ?%5ME@E, H PE,?, C?@E@C)?@A%E,

3PA,? 104192/ 7E,CR)PC)?@ H 7),P?,)C)?@ 7E %?, ACCE,?R)?,

19!0 )%)?GRA)A RA@,?RMA7?RIeJ

/
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htm


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C!"#$%& '

EL TRANSFORMADOR

1.1 GENERALIDADES

1.1.2 Definicin

El transformador es un aparato esttico de induccin electromagntica destinado atransformar un sistema de corrientes alternas en uno o ms sistemas de corrientesalternas de igual frecuencia - de intensidad - tensin generalmente diferentes9

5n transformador en ser'icio en un sistema elctrico tiene ciertas caractersticasnominales ue +an sido en parte fi>adas por el usuario - en parte adoptadas por el

pro-ectista9Estas caractersticas ue son ob>eto de garantas se comprueban en ensa-os9

1.1.3 Condicione no!"#$e de e!%icio

%as normas fi>an condiciones normales de ser'icio a saber(

altitud de la instalacin 3+asta 1000 metros sobre el ni'el del mar4

temperatura del refrigerante por e>emplo para aparatos refrigerados por aire la

temperatura del aire ambiente no debe e=ceder los 0 OC9

Adems en las normas se fi>an temperaturas mnimas del aire - 'alores promediosdiarios - anuales ue si se pre'iese e=cederlos es indispensable indicarlos claramente ani'el de especificacin9

%os transformadores se identifican con una sigla ue define el modo - el medio derefrigeracin utili6ado9

%os transformadores pueden ser sumergidos en aceite mineral sinttico u otro luidorefrigerante o ser de tipo seco9

%os primeros son auellos cu-as partes acti'as estn o no aisladas - e'entualmenteimpregnadas estn inmersas en aceite u otro luido dielctrico9 %a aislacin se reali6acon materiales pertenecientes a la clase A 310# OC49

%os de tipo seco son auellos cu-as partes acti'as estn o no aisladas - e'entualmenteimpregnadas estn en contacto inmediato con un aislante gaseoso 3generalmente aire4 o

bien slido 3generalmente resinas ep=icas o a base de siliconas49 %a aislacin se reali6acon materiales pertenecientes a la clase 31## OC4 o 31.0 OC49

Cada medio de refrigeracin se identifica con una letra de acuerdo a la siguiente tabla(

10


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Aceite mineral o luido aislante sinttico inflamable ?

%uido aislante sinttico no inflamable %

Gas G

Agua

Aire A

,eg:n el modo como circule el medio refrigerante se utili6an los siguientes smbolos(

@atural @

or6ado

7irigido para el caso particular de aceite 7

Ha se +a dic+o ue las normas fi>an las condiciones normales de ser'icio pero en laaplicacin puede ocurrir ue se tengan funcionamientos ue se aparten de las

condiciones normales esta situacin debe ser indicada por el usuario9

sobreele'acin de temperatura es la diferencia entre la temperatura en distintas partesde la muina - la temperatura ambiente9

%a sobreele'acin de temperatura de los arrollamientos n:cleo - aceite de lostransformadores dise;ados para funcionar a altitudes ue no e=cedan las normales nodeben superar los lmites ue se indican en las tablas 191 - 1929

8A9LA 1.1 - L%,i&es de &e,$era&'ra $ara &ransfor,adores secos

Par&e de la ,45'ina Modo derefrigeraci+n

#lase deaisla,ien&o

M4:i,a so6reele;aci+nde &e,$era&'ra


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@:cleo - otras partessituadas(

a4 Pr=imo a los arrolla*

mientos

b4 @o pr=imo a los arro*

llamientos

odos los tipos a4 Como para los arrolla*

mientos

b4 @o puede alcan6ar un

'alor ue da;e el n:cleo

- materiales ad-acentes

8A9LA 1.2 -L%,i&es de &e,$era&'ra $ara &ransfor,adores en acei&e ' o&ro l%5'idodielc&rico


13/690

Para cada modo de refrigeracin por cada #00 m o fraccin de #00 m por encima de los1000 m la reduccin se indica en la tabla siguiente9

8A9LA > Porcen&a3e de red'cci+n del l%,i&e de so6rele;aci+n de &e,$era&'ra

#irc'laci+n de aire na&'ral for?ado

ransformadores en aceite 290Q !90Q

ransformadores secos 29#Q #90Q

En rigor los lmites de sobreele'acin de temperatura ue se fi>an - ue dimensionan lamuina desde el punto de 'ista trmico - se utili6an en la 'erificacin de sus

prestaciones estn fi>ados con un criterio de temperatura m=ima de las 6onas mscalientes de manera de ue los materiales - en particular los aislantes conser'en suspropiedades9

En consecuencia es aceptable utili6ar un transformador controlando ue la temperaturade su 6ona ms caliente uede contenida en un 'alor de seguridad independientementede la condicin ambiental - en esta forma la muina es apro'ec+able en todomomento al m=imo este criterio aunue no contemplado 3a:n4 por las normas permite3de todos modos4 un apro'ec+amiento ms racional del mismo9

%as pruebas de calentamiento ue establecen las normas tienen por finalidad 'erificar

el dimensionamiento trmico de la muina con relacin a la sobreele'acin media dela temperatura9

Para muinas de gran potencia esta prueba se reali6a solamente con el mtodo decortocircuito - consiste en determinar(

la sobreele'acin de temperatura del aceite en la parte superior de la muina 3'ainapara termmetro4 una 'e6 alcan6ado el rgimen trmico con las prdidas totales 3en el+ierro - en los arrollamientos49

el gradiente medio entre el conductor de los distintos arrollamientos - el aceitecirculando por el arrollamiento ensa-ado la corriente nominal pudindose de este modocalcular la sobreele'acin media de los arrollamientos respecto a la temperaturaambiente9

%a 'ariacin de la temperatura ambiente 3'erano*in'ierno4 incide en la repetibilidad delas mediciones9

Con el aumento de la temperatura disminu-e la 'iscosidad del aceite aumentando deeste modo su circulacin - me>orando el intercambio trmico entre el aceite - las

paredes de los rganos de refrigeracin9

1!


14/690

En cambio con el aumento de la temperatura disminu-e la densidad del aire - enconsecuencia se reduce el intercambio trmico entre las paredes de los rganosrefrigerantes - el aire suponiendo un caudal de aire constante9

enindose en cuenta ambos efectos en forma con>unta la refrigeracin tiende a

me>orar con el incremento de temperatura ambiente9

Por e>emplo se puede encontrar e=perimentalmente una reduccin en la temperatura delos de'anados de 2 a ! OC al pasar la temperatura ambiente de 20 a !0 OC9

Adems del control de la sobreele'acin de la temperatura media es de fundamentalimportancia 'erificar la ausencia de puntos calientes peligrosos a fin de obtenermuinas de ele'ado grado de confiabilidad9

forma de onda de la tensin de alimentacin ue caracteri6a el ambiente elctrico en elue operar el transformador 3la norma la supone apro=imadamente senoidal49

Para transformadores polifsicos la tensin de alimentacin debe ser apro=imadamentesimtrica 3la norma no indica el grado de asimetra49

1.2 CARACTERISTICAS NOMINALES.

%as caractersticas nominales son datos ue en base a las condiciones de ser'iciodefinen las prestaciones a efectos de las garantas - condiciones de ensa-oespecificadas9

tensin nominal 3en 'alor efica64 de un arrollamiento es la tensin aplicada u obtenidaen 'aco entre bornes de lnea de un arrollamiento de un transformador polifsico oentre bornes de un arrollamiento monofsico9

relacin de transformacin nominal es la ue e=iste entre las tensiones nominales delos distintos arrollamientos para la toma principal9

%a tolerancia en la relacin 3real del transformador construido4 fi>ada por las normas es 09#Q de la relacin nominalB en el caso de transformadores cu-a tensin decortocircuito es ba>a la tolerancia es 1810 del porcenta>e de impedancia9 Esto no esaplicable a los autotransformadores 3en ra6n de su mu- ba>a impedancia49

Por e>emplo para un transformador con impedancia !Q la tolerancia de la relacin detransformacin ser 09!Q

frecuencia nominal es auella a la cual el transformador est destinado a funcionar3normalmente #0 o $0 649

potencia nominal es el 'alor con'encional de la potencia aparente 3A o MA4 ueestablece las bases para el dise;o la construccin las garantas del fabricante - losensa-os determinando el 'alor de la corriente nominal ue puede circular con la tensin

nominal aplicada de acuerdo con las condiciones especificadas9

1


15/690

%a potencia nominal asignada corresponde a ser'icio continuo sin embargo lostransformadores pueden ser sobrecargados ocasionalmente9 %as normas fi>anindicaciones - criterios a aplicar en algunos casos particulares9

7ebe notarse ue si el transformador tiene diferentes modos de refrigeracin a cada uno

le corresponde una potencia - la potencia nominal es la ma-or9 E>9( ?@A@ 3&0Q4 *?@A 3100Q4

Para transformadores de ms de dos arrollamientos se debe indicar la potencia nominalde cada arrollamiento9

%a mitad de la suma aritmtica de los 'alores de las potencias de los arrollamientos dauna estimacin apro=imada de las dimensiones de un transformador de ms de dosarrollamientos en relacin a uno de dos arrollamientos9

corriente nominal es el 'alor ue se obtiene di'idiendo la potencia nominal de unarrollamiento por la tensin nominal de dic+o arrollamiento - por el factor de faseapropiado 3! en los transformadores trifsicos49

A fin de destacar el significado con'encional de la definicin de potencia nominal debenotarse ue si a un arrollamiento de un transformador de dos arrollamientos se le aplicasu tensin nominal - se lo carga +asta ue por el circule la corriente nominal la

potencia en >uego coincide con la definida como potencia nominal del transformador9

En el otro arrollamiento circula tambin la corriente nominal mientras ue la tensin enbornes de este depende del factor de potencia de la carga - en consecuencia la potencia

ue puede medirse en este punto est afectada por el rendimiento del transformador9

ni'el de aislacin es el con>unto de 'alores ue caracteri6an la aptitud de losarrollamientos a soportar las solicitaciones dielctricas ue se presentan en ser'icio9

Generalmente el ni'el de aislacin se e=presa con el 'alor 3efica64 de tensin de ensa-oa frecuencia industrial 3aplicada durante 1 minuto4 - cuando corresponde el 'alor detensin 3pico4 de ensa-o de impulso 3onda de impulso normali6ada 1928#0microsegundos49

%a aislacin puede ser uniforme cuando +a sido pre'ista en todo punto para soportar la

tensin de ensa-o contra masa ue corresponde al e=tremo lado lnea del arrollamiento9En cambio cuando 'ara desde el 'alor pre'isto para el lado lnea +asta un 'alor menordel lado neutro se denomina aislacin gradual9

5n arrollamiento con aislacin gradual no puede ser sometido a un ensa-o de tensinaplicada de 'alor ma-or al correspondiente al ni'el de aislacin en el e=tremo neutro9

El transformador debe ser apto para instalacin e=puesta 3a sobretensiones de origenatmosfrico4 cuando se instala conectado a lneas areas directamente o mediante

peue;os tramos de cableB o puede no ser apto - en tal caso solamente se lo puedeinstalar en redes de cables subterrneos9

1#


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%as normas indican los reuerimientos bsicos ue permiten definir las e=igenciasrelati'as a los aislamientos - los ensa-os ue se deben reali6ar para 'erificar ue lamuina en e=amen +a sido pro-ectada - construida para soportar todas lassolicitaciones dielctricas a las cuales podr estar sometida en ser'icio9

%os diferentes ensa-os - ni'eles de tensin ue se deben aplicar se establecen deacuerdo con las normas en funcin de la tensin m=ima del sistema al cual elarrollamiento deber ser conectado9

a4 Para arrollamientos con tensin m=ima menor de !00 - aislacin gradual losensa-os reueridos son(

prueba de aislamiento con tensin aplicada a frecuencia industrial correspondiente alni'el de aislacin del neutro ue tiene por finalidad 'erificar el aislamiento contramasa9

prueba de aislamiento con tensin de impulso ue tiene por finalidad 'erificar lacapacidad del aislamiento de soportar sobretensiones de origen atmosfrico9

prueba de aislamiento con tensin inducida ue tiene la finalidad de 'erificar elaislamiento interno entre espiras entre fases - tambin contra masa de losarrollamientos ensa-ados9

b4 Para arrollamientos con tensin m=ima igual o ma-or de !00 - aislacin gradual3ue son auellos de ma-or inters para muinas de gran potencia4 la norma proponedos mtodos alternati'os para los ensa-os9

%a eleccin del mtodo forma parte de las indicaciones ue debe suministrar el usuariode la muina9

,eg:n el mtodo 1 se considera ue el ni'el de tensin de aislacin a impulsoatmosfrico tiene asociado un 'alor de tensin inducida de ensa-o - este :ltimo essuficiente para asegurar ue el transformador resiste sobretensiones de maniobra9

%os ensa-os ue se reali6an son similares a los indicados para transformadores contensin m=ima menor de !00 9

En cambio seg:n el mtodo 2 se adopta para el ni'el de tensin m=imo deltransformador un 'alor de tensin de impulso de maniobra9

A partir del impulso de maniobra se adopta uno de los 'alores de tensin de impulsoatmosfrico ue establece la norma9

%a tabla siguiente muestra para tensiones m=imas del sistema igual o ma-or a !00 los 'alores de las tensiones de ensa-o - las distintas combinaciones ue se puedenadoptar tanto para el mtodo 1 como para el mtodo 29

A los ensa-os -a comentados se agrega entonces el ensa-o con tensin de impulso demaniobra9

1$


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8a6la de &ensiones de $r'e6a en los 6ornes de l%nea.

U, 8ensi+nind'cida

I,$'lso de,anio6ra

I,$'lsoa&,osfrico

c c

!00

!/#

!/#

$0

.#0

.#0

.#0

/#0

/#0

10#0

!$2

$0

$0

#10

.#0

.#0

/#0

/#0

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10#0

10#0

11

20

#&0

$!0

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10#0

10#0

10#0

10#0

11

11

1!00

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#2#

10#0

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10#0

11

11

11

1!00

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12#

1##0

&$#

12#

12#

1##0

1##0

1##0

1.00

1.00

1/#0

1&


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topes de regulacin son determinados puntos de los arrollamientos a los cuales seaccede con conductores de cone=in - elementos destinados a 'ariar el n:mero deespiras elctricamente acti'as o 'ariar los cone=ionados9

tope principal es el tope al cual se refieren las caractersticas nominales9

campo de regulacin es la diferencia entre la m=ima - la mnima tensin en 'acoe=presada en general en 'alor relati'o a una tensin tomada como referencia3generalmente la nominal49

prdidas( son las potencias acti'as absorbidas por el transformador9Con'encionalmente a los efectos de la garanta - de las tolerancias se consideran lassiguientes prdidas caractersticas9

a4 prdidas en 'aco( es la potencia acti'a absorbida por el transformador en las

condiciones nominales de frecuencia - tensin con todos los arrollamientos noe=citados abiertos en sus bornes de lnea 3tolerancia fi>ada por las normas S1#Q con lacondicin de ue las prdidas totales no e=cedan en ms del 10Q el 'alor garanti6ado49

%as cone=iones de todos los arrollamientos deben corresponder con las condiciones parala cual es 'lida la garanta - en particular e'entuales arrollamientos para lacompensacin de armnicos deben ser puestos para la prueba en las condiciones defuncionamiento9

%as tensiones aplicadas para la prueba deben ser prcticamente sinusoidales lo uepuede comprobarse midiendo entre terminales de lnea con 'oltmetros de 'alor medio

tarados en 'alor efica6 para onda sinusoidal9 ,e miden contemporneamente el 'alorefica6 de las mismas tensiones con 'oltmetros normales de 'alor efica6 - si lasmediciones no son iguales las normas indican las correcciones ue se deben reali6ar enel 'alor de las prdidas medidas9

b4 prdidas debidas a la carga( es la potencia acti'a absorbida por el transformador en elensa-o de cortocircuito para cada par de arrollamientos ue corresponde a la carga delarrollamiento de menor potencia del par a la temperatura de referencia 3 OC4 en lascondiciones nominales de frecuencia - corriente con los restantes arrollamientosabiertos en sus bornes de lnea 3tolerancia fi>ada por las normas S1#Q debindosecumplir tambin ue las prdidas totales no e=cedan en ms del 10Q el 'alor de

garanta49

c4 prdidas totales( con'encionalmente se considera como 'alor de las prdidas totalesla suma de las prdidas en 'aco - de las prdidas en carga9 @o se toma enconsideracin la potencia absorbida por los elementos o motores au=iliares 3bombas'entiladores4 ue debe ser indicada por separado 3tolerancia fi>ada por las normasS10Q49

tensin de cortocircuito( la tensin de cortocircuito de un par de arrollamientos es latensin a la frecuencia nominal ue se debe aplicar a uno de ellos para ue en el otro

ue debe estar cortocircuitado en sus bornes se estable6ca la corriente nominal los

1.


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e'entuales arrollamientos no pertenecientes al par ue se est ensa-ando estn abiertosen sus bornes de lnea9

,e e=presa en general en 'alor relati'o respecto a la tensin nominal del arrollamientoalimentado9

El 'alor de la tensin de cortocircuito 'lido a los efectos de la garanta es elcorrespondiente al tope principal de los arrollamientos considerados9

,i la toma principal corresponde a la posicin media de los topes 3o a una de las dosposiciones medias4 se pueden presentar las siguientes condiciones ue definen latolerancia en la tensin de cortocircuito(

ransformadores de dos arrollamientos( tolerancia 10Q

ransformadores de ms de dos arrollamientos( tolerancia 10Q para un par dearrollamientos especificados 3si no se indica lo contrario se entiende el par de ma-or

potencia4B - tolerancia 1#Q para otro par de arrollamientos9

Para cualuier otro tope la tolerancia se aumenta con un porcenta>e igual a la mitad dela 'ariacin del factor de toma 3en Q4 entre la toma principal - la toma considerada9

E>emplo( un transformador en el tope del 100Q de la tensin nominal debe tener unaimpedancia del &Q - la tolerancia en la impedancia es del 10QB en el tope del .#Q laimpedancia debe ser $Q resultando en este caso la tolerancia del 10Q S 3100Q *.#Q482 T 1&9#Q9

Con'encionalmente especialmente en lo referente a los 'alores de garanta las prdidasdebidas a la carga - las tensiones de cortocircuito se deben dar a una determinadatemperatura de referencia 3ue representa la temperatura media del arrollamiento49

Esta temperatura es de OC para los aislamientos de la clase A E - de 11# OC paraauellos de la clase C9

corriente de 'aco( es la corriente 3'alor efica64 ue circula por un arrollamientocuando se aplica a los bornes de lnea la tensin nominal a la frecuencia nominalestando los otros arrollamientos abiertos en sus bornes de lnea9

%a corriente de 'aco no es sinusoidal sino deformada por la caracterstica no lineal del+ierro9

En transformadores polifsicos la corriente de 'aco puede ser distinta en los diferentesbornes de lnea 3en las diferentes fases49 En este caso se adopta como 'alor de corrientede 'aco el 'alor medio aritmtico de las corrientes 3tolerancia S!0Q49

%os 'alores de tolerancias ue se +an indicado son los fi>ados por las normasinternacionales 3)EC4 - en general son adoptados por las normas de los distintos pases9

Estas tolerancias son las ue se deben respetar debiendo el pro-ectista e'aluar losriesgos de superarlas - anali6ar en etapa de pro-ecto los posibles errores constructi'os

1/


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ue pueden lle'ar a su reali6acin fuera de tolerancia - susceptible de una degradacindel 'alor de su producto - ui6s de rec+a6o9

1.3 COMENTARIOS REFERENTES A LOS ENSAYOS DIELECTRICOS

El aislamiento de los transformadores es de fundamental importancia tiene notableincidencia en el dise;o se comprueba mediante ensa-os9

,e >ustifica +acer algunos comentarios relati'os a la modalidad de ensa-os ue debenser tenidos en cuenta por uien dise;a la muina9

1.3.1 En#&o de i"'($o #)"of*!ico

%a secuencia de ensa-o a impulso se aplica a cada uno de los terminales de lnea de losde'anados ensa-ados9 En el caso de un transformador trifsico los otros bornes de lneade los arrollamientos deben ser conectados directamente a tierra o a tra's de una

resistencia ba>a ue no e=ceda 00 o+m9

Para transformadores cu-a tensin m=ima es igual o ma-or de 1!2 la normaestablece para cada ni'el de tensin m=ima dos 'alores de tensin a impulso9

%a eleccin entre estos dos 'alores depende de la se'eridad de las condiciones desobretensiones ue se pre'n en el sistema en el cual el transformador ser utili6ado -ue estn en relacin con el grado de puesta a tierra del neutro del sistema9

1.3.2 Definicin de$ i"'($o

%a forma normali6ada del impulso atmosfrico pleno se muestra en la igura 191dondese indica tambin la definicin del tiempo 'irtual del frente 1 - del tiempo 'irtual del+emi'alor 2 3tiempo de cola49

%as tolerancias admitidas por las normas para estos tiempos son(

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http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-01.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-01.gif


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1 T 192 !0Q s 2 T #0 20Q s

1.3.3 Ci!c(i)o de '!(e+#

%os elementos conectados >untos para la prueba a impulso se pueden subdi'idir

fsicamente en tres circuitos como se indica en la igura 192(

circuito principal ue comprende el generador a impulso - el ob>eto en prueba3transformador reactor etc94

circuito para la medida de las tensiones

circuito de truncamiento 3sin son pre'istas pruebas de onda truncada4

%os smbolos utili6ados en la igura 192tienen el siguiente significado(

G) Generador de impulsos

CG Capacidad del generador

C% Capacidad de carga

C capacidad eui'alente del ob>eto en prueba

% inductancia eui'alente del ob>eto en prueba

R,i resistencia serie interna

R,e resistencia serie e=terna

21
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gif


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Rp resistencia en paralelo

,C s+unt para la medida de la corriente

, Espintermetro de corte

?P ob>eto en prueba

N1 N2 di'isores de tensin

Nc impedancia adicional del circuito de corte

%a forma del impulso depende de los parmetros del circuito - del ob>eto en prueba9 Enparticular el tiempo de frente 1 depende substancialmente de la capacidad del ob>etoen prueba - de la resistencia en serie9

El tiempo para el +emi'alor 2 est determinado por la capacidad del generador - de laresistencia en paralelo9

aciendo C T C S C% S C1 - R, T R,i S R,e para Rp >>R, - CG >>C se tienenlas siguientes e=presiones apro=imadas para 1 - 2(

1 T ! R, C

2 T 09& Rp CG 3% >10 m4

2 T 3090&9909!#4 Rp CG 320


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,iendo la 'elocidad de 'ariacin de las tensiones - de las corrientes impulsi'as mu-ele'ada - teniendo en cuenta - dado el 'alor finito de las impedancias en >uego no se

puede suponer ue durante las pruebas de impulso todo el sistema de tierra est apotencial cero9

Por esto es importante elegir una apropiada "tierra de referencia" adoptndosenormalmente un punto cercano al ob>eto en prueba ue se conecta con el sistema detierra de la sala de pruebas9

%as cone=iones de retorno del ob>eto en prueba - del generador de impulsos con elpunto de referencia deben ser de ba>a impedancia9

ambin el circuito de medida de tensiones debe estar conectado al mismo punto dereferencia9

1.3., En#&o con )enin ind(cid#

,e debe reali6ar con alimentacin monofsica o bien trifsica durante un tiempo de $0 spara una frecuencia de +asta 100 6B con un tiempo mnimo de 1# s para frecuenciassuperiores9

%a frecuencia de ensa-o superior a la nominal la elige el constructor a los efectos de nosaturar el n:cleo magntico durante la prueba9

,e debe medir el 'alor pico de la tensin de ensa-o inducida9 Este 'alor di'idido por 2debe ser igual al 'alor de la tensin de ensa-o siendo este :ltimo funcin del ni'el deaislacin a la tensin de impulso adoptado9

1.3.- En#&o de i"'($o de "#nio+!#

%a forma de la tensin de impulso de maniobra debe respetar 'arias condicionesmostradas en la igura 19!B

debe tener un tiempo 'irtual de frente 3192# 'eces el tiempo entre el instante cuando elimpulso es 10Q - /0Q del 'alor pico4 de por lo menos 20 microsegundos un tiempo

por encima del /0Q 3durante el cual la tensin e=cede el /0Q4 de por lo menos 200

2!


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microsegundos - una duracin total desde el origen +asta el primer paso por cero de porlo menos #00 microsegundos9

%a modalidad de la prueba con tensin inducida difiere de la indicada en el punto a4 suduracin es ma-or la tensin de ensa-o fase*tierra es menor - para la e'aluacin de la

prueba se miden las descargas parciales en el transformador9

%a secuencia de aplicacin de la tensin de prueba se debe reali6ar de acuerdo a lo uese indica en la igura 199

%a duracin de la prueba es independiente de la frecuencia utili6ada9

7urante todo el tiempo de aplicacin de la tensin de prueba se deben medir lasdescargas parciales9

%as tensiones de prueba entre terminales de lnea - neutro referidas al 'alor m=imo detensin del transformador 35ma=4 dependen del ni'el prescripto de descargas - debenser las siguientes(

51 T 5ma=

Con #00 pC( 52 T 19#5ma=8!

Con !00 pC( 52 T 19!5ma=8!

El ni'el de descargas admisible es una eleccin ue debe +acer el usuario9

,e considera superada la prueba si no +a- falla del aislante durante el ensa-o - si el'alor de descargas parciales no presenta una constante tendencia a aumentar - noe=cede el 'alor prescripto9

%os lmites de descargas parciales especificados se +an basado en medidas de descargasparciales reali6adas en transformadores ue +an superado la prueba de tensin inducida

2


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indicada en el mtodo 1 - no +an e=perimentado problemas dielctricos durante losprimeros a;os de ser'icio9

%a igura 19#muestra el circuito tpico utili6ado donde(

C1 C2 capacidad del pasante - toma de medicin

Nm impedancia de medida 3puede ser la del cablecoa=il conectado con el instrumento de medicin

,M sistema de medicin

2#


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1., CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO

El pro-ectista ue encara el clculo de dimensionamiento de un transformador conocelas caractersticas nominales ue debe satisfacer su pro-ecto9

Adems la especificacin del euipo lo conduce a ciertas adopciones - otras debeelegirlas con su me>or criterio uedando definido(

ipo de transformador 3en aceite o seco4

Mtodo de refrigeracin

ipo de n:cleo

orma constructi'a del arrollamiento

ipo de conductor - sus caractersticas

Geometra del n:cleo

Material utili6ado

Con esta base el pro-ectista inicia el clculo tratando de utili6ar en la me>or forma losmateriales conduciendo el clculo para obtener el pro-ecto reuerido9

El concepto ue califica el pro-ecto es el econmico se trata de lograr la muina uesatisfaciendo los reuerimientos de especificacin ofre6ca todas las garantas - su costosea el mnimo9

El concepto de costo es generalmente muc+o ms amplio ue el estricto costo deleuipo9

En particular al comparar transformadores se tienen en cuenta adems el costo de lasprdidas - a 'eces otros costos de operacin mantenimiento etc9

Es necesario adoptar acertadamente ciertos parmetros ue condicionan el dise;o paralograr el mnimo costo aludido9

En rigor se adoptan parmetros bsicos se a'an6a en el pro-ecto se +acen clculos de'erificacin e'entualmente se retorna sobre los parmetros adoptados retocndolos -re+aciendo en consecuencia los clculos 3al menos en parte49

5na sucesin de pasos en los ue se reali6an acciones de pro-ecto conduce al resultadodeseado la muina construible se encontrar pro-ectada9

7istintos autores fi>an criterios - modos de conducir el clculo9

En este traba>o se +a adoptado uno de los posibles9

2$


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,i se plantea el clculo se obser'a ue las incgnitas son muc+as ms ue lasecuaciones ue se pueden escribir - como frecuentemente ocurre con los problemas deingeniera se deben +acer adopciones ue se basan en la e=periencia9

%a e=periencia ue utili6amos en este traba>o se +a e=trado de la bibliografa

disponibleB uien efecti'amente constru-e despus de calcular encuentra otra fuente dee=periencia en sus construcciones9

,e constru-e se ensa-a se controla - se incorpora la e=periencia ue surge de losresultados a los datos de dise;o de ue dispone el pro-ectista9

1.- DESARROLLO DEL CALCULO

Proponemos desarrollar el clculo di'idindolo en una sucesin de pasos independientesue conducen a una solucin 3no necesariamente adecuada49

Cada paso partiendo de los datos - de tablas conduce a obtener resultados intermedios9

A medida ue se a'an6a en el clculo se obser'a la con'eniencia de a>ustar 'alores parame>orar los resultados - +acer ms adecuada la condicin de dise;o9

A los fines del aprendi6a>e de la metodologa de clculo los la6os correcti'os - losa>ustes reiterados no son :tiles9

Con una definicin correcta de los pasos de clculo es inmediato pensar en desarrollarun programa de computadora9

Esto +a sido +ec+o - en la descripcin ue sigue se e=plican los pasos de un programaparticular ue desarrolla el clculo del transformador estos mismos pasos definen lasacciones ue deben e>ecutarse en un e'entual clculo reali6ado con independencia del

programa9

,olamente se encara el clculo - dimensionamiento electromagntico del transformador9

%os resultados deben ser e'aluados - 'erificados teniendo en cuenta otros aspectoscomo el trmico electrodinmico dielctrico etc9

Adems se +acen comentarios oportunos respecto de dise;os alternati'os formasconstructi'as - otras modalidades de clculo posibles9

1. DETERMINACION DEL FLU/O 0ASO 1.

El pro-ectista dispone de los siguientes datos(

Potencia en A

recuencia

Relacin de prdidas cobre8+ierro

2&


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@:mero de fases

ipo de n:cleo

lu>o

En particular cuando no se sabe ue flu>o imponer se puede utili6ar el grfico de laigura 19$ entrando con la potencia - como parmetro la relacin de prdidascobre8+ierro9

7ic+o grfico est dado para una frecuencia base de #0 6 para un transformadortrifsico - un n:cleo de ! columnas9

,eg:n sea el tipo de n:cleo se debe a>ustar el 'alor del flu>o con'eniente9

En los transformadores trifsicos acora6ados los flu>os de cada fase se cierran

libremente estos transformadores tienen caractersticas de funcionamiento idnticas aun banco trifsico de transformadores monofsicos independientes9

,i se cambia el sentido del flu>o en la fase central es decir in'irtiendo las cone=iones delos correspondientes circuitos 3tanto primario como secundario4 se tiene unadistribucin de flu>os ms 'enta>osa ue permite reducir la seccin de los -ugosintermedios ue resultan iguales a los -ugos e=tremos 'er igura 19&9

2.


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Es importante destacar la 'enta>a ue presenta para grandes transformadores trifsicosadoptar un n:cleo de # columnas debido a ue el flu>o en el -ugo resulta un $0Q delflu>o en la columna - por lo tanto el n:cleo resulta de menor altura ue un n:cleo de !columnas9

Anlogamente los grandes transformadores monofsicos pueden tener columnas dos

con de'anados - las otras dos de retorno del flu>o9,i la frecuencia no es #0 6 ue es la del grfico se puede aumentar el flu>o aplicandoun factor C9

El flu>o se debe toda'a a>ustar seg:n el tipo de n:cleo aplicando un factor C ue seobtiene de la abla 199

2/
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El programa inicia con los datos arriba indicados9 Cualuiera de dic+os 'alores puedeser nulo el programa en tal caso adopta un 'alor oportuno9

Para determinar el flu>o el PA,?1 del programa llama a la rutina %5K? ue recibe losdatos del n:mero de fases tipo de n:cleo selecciona dentro del grfico un flu>o uecorresponde a un transformador trifsico a ! columnas - lo multiplica por loscoeficientes C - C correspondientes obtenindose el flu>o ue se utili6a en elclculo9

%a rutina %5K? utili6a a su 'e6 la rutina )@%?G debido a ue el diagrama est dadoen escala logartmica9

1. DETERMINACION DE LA CORRIENTE DE LAS 4O4INAS 0ASO 2.

El clculo contin:a con la definicin de parmetros de la muina - en particular losue corresponden a los arrollamientos9 Para cada arrollamiento se define(

ensin en bornes

ipo de cone=in

Regulacin 3el programa acepta +asta # topes4

,i el transformador es trifsico sus arrollamientos pueden estar conectados en(

Estrella 3H4

ringulo 374

Nig*6ag 3N4

seg:n cual sea la cone=in de los arrollamientos ser la tensin aplicada al mismo - lacorriente ue por el circula9

!0


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Para el dimensionamiento de los arrollamientos se deben referir los datos deltransformador al n:mero de fases modo de cone=in - tipo de n:cleo es decir latensin - potencia del transformador determinan la tensin - potencia de la columna9

,i el transformador es monofsico - de columnas 32 columnas4 el arrollamiento est

di'idido en ambas columnas - ob'iamente la potencia en cada una de las partes es lamitad la tensin - corriente se pueden determinar en consecuencia9

,i el transformador es trifsico la "potencia de la columna" es la tercera parte seg:n seala cone=in ser la tensin aplicada al arrollamiento - se determina la corriente9

Por e>emplo los transformadores de distribucin ue se utili6an para la alimentacin deba>a tensin 3!.08220 4 desde la red de media tensin 1!2 son de relacin 1!280 - cone=in 7- 11B la tensin de columna es respecti'amente 1!92 - 098! paraalta - ba>a tensin9

5n transformador con arrollamiento en 6ig*6ag tiene una tensin ue por el defasa>eentre las semibobinas de una misma fase es !82 'eces menor ue la ue se tendra sise conectaran en serie las dos semibobinas de la misma columna9

En consecuencia la potencia de dimensionamiento de un arrollamiento en 6ig*6ag debeser 28! T 11# 'eces ma-or ue la de c+apa correspondiente al transformador9

El dimensionamiento en tensin del arrollamiento se +ace suponiendo un cambio decone=iones - calculando un arrollamiento en tringulo para una tensin 258! 3o enestrella para 258!4 siendo 5 la tensin de lnea en 349

%as bobinas del tringulo 3o de la estrella4 se di'iden en mitades iguales ue se conectanen 6ig*6ag obtenindose el arrollamiento deseado como se obser'a en la igura 19.9

!1
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En carga la tensin en bornes secundarios 'ara seg:n el estado de carga el factor depotencia - ciertos parmetros del transformador *tensin de cortocircuito - prdidas encortocircuito*9

Para compensar las 'ariaciones de tensin de la instalacin los transformadores

normalmente tienen regulacin adecuadaB 'ol'iendo al e>emplo de los transformadoresde distribucin la regulacin es 22#Q9

1.5 6ARIACION DE LA RELACION DE TENSION.

%os transformadores no estn pro'istos con topes a menos ue la especificacin losolicite9 Cuando se reuieren topes se deber indicar si los cambios de relacin detransformacin se reali6arn a transformador desconectado o ba>o carga9

El comprador deber indicar para ue topes adems del tope principal el constructordeber suministrar los 'alores de prdidas9

%os lmites de temperatura 3garanti6ados - ue se controlan en los ensa-os4 son 'lidospara todos los topes9

%a 'ariacin de la relacin de transformacin - de las tensiones propias de unarrollamiento se puede obtener con uno de los siguientes modos(

1.5.1 Con f$(7o "#8n*)ico con)#n)e 0RFC

%os topes se encuentran en el arrollamiento al cual se le 'ara la tensin9

Con el correcto 'alor de la tensin aplicada la muina funciona con flu>o magnticoconstante9

,e pueden presentar dos 'ariantes(

Varian&e 1( se mantiene la plena potencia para cualuier tope9

E>9( potencia nominal( 0 MA

tensiones nominales( $$ 820

de'anado con topes( $$ 3'ariacin 10Q4

n:mero de topes( 11

Varian&e 2( con topes de potencia reducida se debe indicar cual es el tope de m=imacorriente la tabla ue sigue es un e>emplo(

8OPE


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S.9! &19# !2! 0

S$9$ &09 !2. 0

S#90 $/9! !!! 0

S!9! $.92 !!/ 0

S19$ $&91 ! 0

090 $$90 !#0 0

*29# $9 !#/ 0

*#90 $29& !$. 0

*&9# $191 !$. !/

*1090 #/9 !$. !.

la m=ima corriente se tiene para el tope *#Q9

Esto significa ue en ausencia de indicaciones suplementarias la corriente en elarrollamiento de A se limita a !$. A - desde el tope *#Q +asta el tope e=tremo de*10Q la potencia se reduce de 0 a !. MA9

1.5.2 Con f$(7o "#8n*)ico %#!i#+$e 0RF6

%os topes se encuentran en un arrollamiento distinto al cual se le 'ara la tensin9

Con el correcto 'alor de la tensin aplicada la muina funciona con flu>o magntico

'ariable al cambiar el tope9

,e pueden presentar dos 'ariantes(

Varian&e 1( se mantiene la potencia para cualuier tope9

E>9( potencia nominal( 20 MA

tensiones nominales( $$ 8$

de'anado con topes( $$ 3'ariacin S1#Q *#Q4

n:mero de topes( 11

!!


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'ariacin de la tensin del de'anado de $ ( $!2 8 $ 8 #22 9

Varian&e 2( con topes de potencia reducida se debe indicar cual es el tope de m=imacorriente( por e>emplo S#Q 3 T #&1 49

%a tabla siguiente muestra el e>emplo9

8OPE


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8A9LA 1." - #arac&er%s&ica de 'n &ransfor,ador con reg'laci+n ,i:&a


36/690

%a igura 1910muestra un esuema de regulacin ba>o carga ue consiste en una lla'ein'ersora 3S/*14 ue permite conectar en forma aditi'a o sustracti'a el de'anado deregulacin9

5na lla'e selectora permite agregar o uitar los escalones del de'anado de regulacin -una lla'e conmutadora permite reali6ar el cambio de la relacin de transformacin sininterrumpir el circuito9

%a igura 1910muestra todo el de'anado de regulacin conectado en forma aditi'a9

Cuando se desea uitar la parte 12 del de'anado de regulacin la lla'e conmutadora enprimer lugar conecta en serie con el de'anado la resistencia r1 luego cortocircuita el

tramo 12 agregando en serie la resistencia r2 ue >unto con r1 limitan la corrienteuedando e=cluido en ese instante el tramo 12 del de'anado de regulacin9

inalmente termina su despla6amiento uitando la resistencia r2 ue uedaba conectadaen serie con el de'anado9

El paso de una toma a la siguiente se reali6a en un tiempo mu- bre'e - por consiguientelas resistencias son atra'esadas por la corriente durante un tiempo mu- corto9

1.1; DIMENSIONAMIENTO DE LOS ARROLLAMIENTOS.

!$


37/690

,e debe destacar ue para el dimensionamiento de los de'anados o arrollamientos esnecesario determinar la tensin m=ima correspondiente al arrollamiento teniendo encuenta para ello el tope m=imo de su regulacin9

Con el 'alor m=imo de regulacin se determina la tensin m=ima de cada

arrollamiento9 Con el n:mero de fases tipo de cone=in la potencia tipo de n:cleo -para la tensin nominal se calcula la corriente de cada bobina en amperios9 Para ello elprograma determina la potencia de cada columna - las tensiones correspondientes acada una de las bobinas9 %a rutina C?RR)E determina la corriente del arrollamientoutili6ando los factores de la abla 19$9

8A9LA 1. - 8ensi+n / $o&encia $or col',na

8RI*ASI#O MONO*ASI#O

ringulo 3!4 Estrella 314 Columnas Acora6ado

ensin 5c T 5 5c T 5 8 ! 5c T 5 8 2 5c T 5

Potencia Pc T P 8 ! Pc T P 8 ! Pc T P 8 2 Pc T P

%os arrollamientos de distintas tensiones de un transformador deben estar mu-pr=imos para ue concatenen el m=imo flu>o posible 3flu>o com:n49

1.11 FORMAS DE LOS ARROLLAMIENTOS.

%as formas constructi'as mas simples son(

de'anado alternati'o

de'anado concntrico

seg:n se muestran en la igura 19119

!&


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El arrollamiento concntrico facilita el aislamiento entre primario - secundario9Generalmente el arrollamiento de menor tensin se coloca cerca del n:cleo - el dema-or tensin concntricamente sobre este interpuesta entre ambos la aislacin9

Para casos particulares donde la seccin de los conductores del arrollamiento de ba>atensin es grande 3transformadores de +orno de soldadura especiales para alimentarensa-os con grandes corrientes4 el arrollamiento de ba>a tensin es e=terior parafacilitar su cone=in a la carga9

El arrollamiento concntrico es mu- utili6ado en los dise;os - construcciones actualesde transformadores con n:cleo a columnas peue;os medianos - +asta las grandesmuinas de mu- alta tensin9

El de'anado alternati'o es en cambio raramente utili6ado en n:cleos a columnas - si encambio en transformadores acora6ados9

Este tipo constructi'o presenta dificultades de aislacin -a ue el de'anado de altatensin se encuentra relati'amente cerca del n:cleo e intercalado con el arrollamiento de

ba>a tensin9

1.12 AISLACION DE LOS ARROLLAMIENTOS CONCENTRICOS.

!.


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%os arrollamientos deben ser capaces de soportar los esfuer6os dielctricos debidos a lascondiciones normales de ser'icio - ba>o condiciones ms se'eras como sobretensionesde maniobra - de origen atmosfrico cu-os 'alores se +an fi>ado con el ni'el deaislacin9

Para el dise;o de los aislamientos entre los de'anados - tierra - entre los distintosde'anados se utili6an los criterios mostrados en las igura 1912- igura 191!9

!/
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-12.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-12.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-13.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-12.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-13.jpg


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%a distancia total de aislamiento se di'ide en angostos canales de aceite utili6ando paraello lminas de cartn precomprimido 3transformerboard4 interpuestas9 Estas barrerasaislantes deben adems permitir una cmoda refrigeracin por medio de la circulacin

de aceite9

%a aislacin entre los distintos arrollamientos es obtenida con cilindros de papel ocartn de celulosa pura separados por canales de aceite obtenidos mediante 'arillastambin de cartn adecuadamente intercaladas9

En las e=tremidades la aislacin +acia los -ugos es obtenida mediante collares abridadosde papel o de cartn - por sectores a diafragmas de cartn separados por canales deaceite igura 1919

Para una me>or distribucin del campo elctrico en correspondencia de las cabe6as delos arrollamientos estos estn pro'istos de anillos euipotenciales9

El ancla>e - prensado de los arrollamientos es reali6ado con bloues - anillos de madera- cartn en los transformadores en aceite las muinas secas se reali6an en formasimilar pero con otros materiales aislantes9

1.13 DISEO DE LOS DE6ANADOS CONCENTRICOS.A los efectos de disminuir las prdidas adicionales - reducir al mnimo los esfuer6osmecnicos ue se pueden presentar durante un cortocircuito se reuiere lograr -mantener entre los arrollamientos - a lo largo de toda su altura un euilibrio total de losamperios espiras9

%os arrollamientos se di'iden en arrollamientos principales - de regulacin9

sicamente se utili6an dos alternati'as para los arrollamientos principales ue son elde'anado tipo a discos - el tipo +lice9

0
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%a eleccin entre estos tipos de arrollamientos est condicionada por el n:mero deespiras - por la corriente9

A modo orientati'o se puede afirmar ue los de'anados ue tienen muc+as espiras -ba>as corrientes sern del tipo a disco9

En cambio los arrollamientos con pocas espiras - altas corrientes se eligenpreferiblemente de tipo +lice9

1.1, DE6ANADOS A DISCOS.

%os arrollamientos a discos se constru-en conectando en serie galletas9

%lamamos galleta a un de'anado de tipo concntrico continuo ue puede tener una oms capas - cada capa puede estar constituida por una o ms espiras9

Estas galletas estn separadas entre si en sentido a=ial por canales radiales derefrigeracin9

En el caso particular de tener una galleta una sola espira por capa - 'arias capas lallamamos disco9

El n:mero de espiras por capa por el n:mero de capas constitu-e el n:mero de espirastotales de la galleta9

Cuando cada galleta est formada por 'arias planc+uelas en paralelo se deben reali6artransposiciones9

%as transposiciones se utili6an para lograr ue todas las planc+uelas ocupando lamisma posicin relati'a en el de'anado tengan la misma impedancia - en consecuencialas corrientes se distribu-an uniformementeB se simetri6a as el de'anado - se reducenlas prdidas adicionales9

%os de'anados de alta - mu- alta tensin desde !! en adelante se reali6ancom:nmente de este modo9

En muinas de alta - mu- alta tensin 3E4 se entrecru6an las planc+uelas 3de'anado

denominado "interlea'ed"4 para incrementar la capacidad serie es decir entre espiraslo cual produce una me>or distribucin de la tensin durante la aplicacin de unasobretensin de tipo atmosfrico9

%a igura 191#muestra una bobina de alta tensin a disco reali6ada con 2. espirasinterpuestas en dos secciones9

1


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En la igura 191$se obser'an los resultados obtenidos en los ensa-os reali6ados con la

totalidad de las espiras de un de'anado de estas caractersticas con un generador deimpulsos recurrentes de ba>a tensin estando el transformador seco 3sin impregnar enaceite4 - fuera de la cuba9

%a cur'a 1 representa la distribucin inicial obtenida con una onda plena de frente mu-rpido 3098#0 microsegundos4B la cur'a 2 muestra la en'ol'ente de las tensionesm=imas contra tierra en los distintos puntos del arrollamiento con onda plena de 18#0microsegundos9

,e obser'a como la en'ol'ente coincide sensiblemente con la recta ! ue representa ladistribucin uniforme9

Adems las tensiones medidas entre bobinas a lo largo del arrollamiento resultaronmenores del &Q de la amplitud de la onda 18#0 lo cual e'idencia una reducidasolicitacin entre espiras durante los transitorios9

2


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,e calcul para el transformador seco el coeficiente de sobretensin A%AT!92 3ICd8CsJ siendo Cd- Cslas capacidades a masa - entre espiras del de'anado4 - la cur'a es la caracterstica terica correspondiente a la distribucin inicial9

Con el transformador impregnado el 'alor de A%A aumenta alcan6ando !9# - como

consecuencia de ello se produce un insignificante empeoramiento de la distribucininicial - de la en'ol'ente de las solicitaciones m=imas respecto al transformador seco9

Cuando un de'anado con aislacin gradual 3alta tensin4 se encuentra ubicado en laparte e=terna de una misma columna frecuentemente se lo reali6a con la entrada en laparte media de la bobina igura 191&9

El arrollamiento se constru-e en dos mitades con la direccin de de'anado en oposicin- conectados en paralelo9 7e este modo se logra un me>or apro'ec+amiento del espaciodisponible en la 'entana del n:cleo9

!


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1.1- DE6ANADO EN e del arrollamiento sino inclinadaseg:n sea el paso correspondiente de la +lice9

Para permitir el apo-o con las superficies +ori6ontales de los -ugos - de los elementosde su>ecin indispensables para la fi>acin a=ial de los arrollamientos - para asegurar suresistencia mecnica e indeformabilidad a los esfuer6os electrodinmicos es necesarioutili6ar adecuados elementos ue constitu-en las llamadas "falsas espiras"9

%as falsas espiras como muestra la igura 191/ consisten en cu;as reali6adas a partir deun cilindro de adecuado material aislante - ue ocupan el lugar ue de>a libre el

conductor de la +lice del bobinado9

%os dimetros interno - e=terno de la falsa espira coinciden respecti'amente con losdimetros interno - e=terno del arrollamiento9

%a diferencia 1*2 entre las distancias indicadas en la igura 191/ es igual a la alturaa=ial de una espira9

5n arrollamiento continuo tipo +lice puede estar conformado por una o ms capas9

Generalmente si se trata de un arrollamiento de ba>a tensin el mismo puede tener dos otres capas completas9
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpg


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%as capas deben estar completas para tener una uniforme distribucin de los amperespiras 3condicin importante frente a solicitaciones electrodinmicas49

Entre las capas podrn e'entualmente disponerse canales a=iales si las solicitacionestrmicas as lo reuieren9

1.1 DETALLES CONSTRUCTI6OS DE LOS DE6ANADOS DEREGULACION.

%os arrollamientos de regulacin se dise;an dentro del tipo +lice donde las espiraspara cada tope de regulacin estn distribuidas a lo largo de toda la altura delarrollamiento9

%os de'anados de regulacin se pueden considerar como arrollamientos en +lice loscuales estn reali6ados con un mano>o de conductores9 Cada conductor forma unde'anado en +lice completando una capa - ue corresponde a un escaln del campo de

regulacin igura 191.9

#


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Cada uno de estos de'anados en +lice se conecta en serie9 %as cone=iones a loscontactos del conmutador se reali6an entre de'anados consecuti'os9 Para cualuier

posicin del conmutador la distribucin de los amper 'ueltas a lo largo de la columnaser uniforme logrndose de este modo +acer mnimos los esfuer6os mecnicos en elcaso de un cortocircuito9

1.1 TRANSOSICIONES.

%a gran ma-ora de los arrollamientos de alta tensin de los transformadores dedistribucin se reali6an con conductor redondo aislado con esmalte cu-o dimetro nosupera normalmente los ! mm9 En muinas de gran potencia los arrollamientos sereali6an con planc+uelas - las ms frecuentemente utili6adas tienen normalmente unaseccin ue no supera los !0 a 0 mm29

Ello se debe a ue planc+uelas demasiado gruesas imponen esfuer6os demasiadograndes para construir el arrollamiento dificultando su e>ecucin con riesgo de da;ar el

aislamiento9

Cuando se reuieren secciones ma-ores se recurre al uso de planc+uelas en paralelo uese deben transponer para reducir las prdidas en el conductor9

%a e>ecucin de las transposiciones es la operacin ue reuiere el ma-or empleo detiempo en la construccin de los arrollamientos a +liceB las mismas aumentan lasdimensiones del arrollamiento - constitu-en los puntos delicados desde el punto de 'istadel aislamiento - de la capacidad de soportar esfuer6os electrodinmicosB por estosmoti'os es necesario reducir en cuanto sea posible el n:mero de transposiciones areali6ar9

5na cierta desuniformidad en la reparticin de las corrientes entre las di'ersasplanc+uelas en paralelo es tolerable sin un e=cesi'o agra'io de las prdidas9

Esta e=igencia se contrapone con la resistencia al cortocircuito para muinas de granpotencia - para ello se utili6a el cable transpuesto formado por planc+uelas aisladasentre si con esmalte sobre las cuales se deposita una capa de resina ep=ica en estadode semipolimeri6acin9

A cada una de estas planc+uelas se le +ace ocupar sucesi'amente - repetidamente todas

las posiciones posibles dentro de la seccin total del conductor mediante transposicincontinua reali6ada a muina9

El con>unto de todas las planc+uelas se encinta con papel de celulosa pura9

El n:mero de planc+uelas ue componen el cable adoptado por algunos fabricantessiempre impar por ra6ones constructi'as est comprendido entre # - 2/9

Estas planc+uelas se sobreponen formando dos columnas una al lado de la otra conalturas diferentes separadas entre si con papel9

El n:mero de papeles aislantes aplicados como encintado e=terno permite reali6ardistintos espesores comprendidos entre 0 - ! mm9

$


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En la igura 1920se obser'a un corte con la disposicin de un cable formado por 1&planc+uelas9

%a resina ep=ica ue debe tener estabilidad completa en aceite a 120 OC tiene lafuncin de cementar todas las planc+uelas del cable en un bloue monoltico de modoue el mismo se comporte desde el punto de 'ista mecnico como si fuese constituido

por una barra :nica de cobre9

7urante el tratamiento de secado la resina ue se calienta por efecto de la temperaturase ablanda - flu-e9

Continuando el calentamiento durante un tiempo dependiente del tipo de resina - de latemperatura se inicia - completa la reaccin de polimeri6acin endurecindose la resinade modo irre'ersible9

1.1.1 T!#n'oicin !#di#$.

@ecesita adems de dos conductores sobrepuestos de por lo menos dos conductores

contiguos9

&


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Aumentan las dimensiones en sentido radial es decir el espesor del arrollamientoB estose debe tener en cuenta e'itando ue coincidan las transposiciones con las 'arillas decentrado como muestra la igura 19219

1.1.2 T!#n'oicin #9i#$.

Aumentan las dimensiones del arrollamiento en el sentido a=ial9 %os espacios ueuedan 'acos al reali6ar el cambio de posicin de las planc+uelas en el arrollamientocomo indica la igura 1922

.


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deben ser ocupados con tro6os obtenidos de un cilindro de material aislante *llamadosrellenos* para garanti6ar la indeformabilidad de los arrollamientos - su capacidad desoportar los esfuer6os electrodinmicos igura 19228a9

De)#$$e de (n# )!#n'oicin

1.15 DISEO DE LOS DE6ANADOS ALTERNADOS.

Actualmente este tipo de de'anado se utili6a en los transformadores acora6ados9

5n transformador acora6ado es un transformador en el cual el circuito magnticorecubre los arrollamientos siendo esta caracterstica uno de los aspectos ue lodiferencian notablemente de un transformador de tipo de columnas tanto en lo referenteal dise;o como a su construccin - monta>e9

%a fase de un transformador acora6ado se compone de 'arios grupos de bobinas de altatensin - ba>a tensin ubicadas una al lado de la otra 3alta ba>a - media tensin en elcaso de un transformador de ! arrollamientos49

%a igura 192!muestra la disposicin esuemtica de las bobinas en los grupos - de losgrupos en la fase para un transformador de 2 arrollamientos( el grupo de alta tensinest intercalado entre dos grupos de ba>a tensin de all el nombre de alternados dado aeste tipo de de'anados9

El n:mero de grupos es en general funcin de la potencia del transformadoraumentando con ella adems est determinado por los esfuer6os de cortocircuito a

pre'er ue corresponden a las condiciones ms desfa'orables9

/
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01a22.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-23.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01a22.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-23.gif


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Para ello se determinan las fuer6as ue act:an en los arrollamientos con mtodos declculo ms o menos comple>os ue se basan en la distribucin de la corriente en losarrollamientos - del campo magntico de dispersin9

%a disposicin alternada permite en el caso de transformadores de ms de 2arrollamientos una gran 'ariedad de soluciones para satisfacer las condicionesreueridas de impedancia entre arrollamientos tomados de a dos9

%a igura 192 es un esuema de principio de la disposicin de grupos en untransformador trifsico de tres arrollamientos( 1 grupo de A S 2 grupos de M S 2grupos de 9

#0
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%a igura 192# es un esuema de principio de la disposicin de grupos en untransformador ele'ador trifsico de dos arrollamientos de $$0 MA - 00 compuesto por ! grupos de A 31 grupo en serie con 2 grupos conectados en paralelo4 - grupos de 3conectados en paralelo dos pares de grupos formado cada uno por dosgrupos en serie49

1.15.1 L# 4o+in# de$ )!#nfo!"#do! #co!#=#do.

%a bobina es una gran espiral plana arrollada alrededor del n:cleo rectangular9

El n:mero de espiras es 'ariable seg:n sea el tipo de arrollamiento9 Cada conductor estsubdi'idido en 2 o ! planc+uelas aisladas entre si con papel - tambin se transponen losconductores para reducir las prdidas adicionales por corriente de oucaultigura 192$9

#1
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%as bobinas se reali6an con un torno de e>e 'ertical sobre un mandril rectangular igura192&9

Fi8(!# 1.2

a: ancho especificado

b: largo especificado

c: ancho de ventana especificado

d: largo de ventana especificado

1.15.2 G!('o de +o+in#.

5n cierto n:mero de bobinas de la misma tensin conectadas en serie constitu-en ungrupo9

Cada grupo ue se presenta como una pirmide trunca con una abertura central estformado por bobinas placas aislantes intercaladas - pie6as aislantes en forma de 5 o de% rectas o cur'as todos estos elementos solapados entre siigura 192.9

#2
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%a igura 192/representa un esuema de un grupo de alta tensin de $ bobinas conaislacin gradual con una pantalla esttica9

1: bobina de entrada de lnea

2: pantalla esttica

3: bobina extremo neutro

4: ncleo central

5: pantalla aislante entre el ncleo central del circuito magntico ! los arrollamientos

": Laislantes interiores

#: Uaislantes interiores

$: pantallas aislantes entre bobinas

#!
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/

calculo y diseÑo de maquinas electricas

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