Subestaciones transformadoras

Según la construcción, las S/E pueden ser:

• Tipo intemperie

• Tipo interior

• Tipo blindada

Tipos de refrigeración transformadores

Tipos de refrigeración transformadores

Tipos de refrigeración transformadores

Transformador en resina

Transformador con estanque de expansión

Transformador hermético, sin estanque

Conexiones de los transformadores

• Estrella - estrella

• Estrella - estrella - delta

• Delta - delta

• Delta - estrella

• Estrella - delta

• Otras conexiones

Estrella - estrella

• Aislación y cobre mínimos

• Adecuado para corrientes de carga bajas y voltaje alto

• Neutros inestables si están flotantes

• Esfuerzos dieléctricos internos mínimos debido a la alta capacitancia entre espiras (Se traduce en aislación mínima)

Estrella - estrella - delta( ó estrella - delta - estrella )

• El terciario en delta proporciona un camino cerrado para terceros armónicos de corriente magnetizante

• El terciario puede utilizarse para alimentar servicios auxiliares pero, en caso de cortocircuito, las corrientes son elevadas

• El tamaño y costo del transformador, aumentan.

Delta - delta

• No es muy usada

• Permite delta abierta

• No hay neutros naturales, requiriéndose un banco de tierra, lo cual encarece el sistema

Delta -Estrella

• Se utiliza en conexiones elevadoras ó reductoras

• Al aterrizar el neutro secundario, se aíslan corrientes de tierra de secuencia cero

• Se eliminan voltajes de tercer armónico, pues la corriente magnetizante de tercer armónico se queda circulando dentro de la delta

Ejemplo

Se tiene tres transformadores monofásicos, de las siguientes características:

T1: 30 kVA, 2300/127 V, 50 Hz

T2: 50 kVA, 23000/127 V, 50 Hz

T3: 20 kVA, 23000/127 V, 50 Hz

se conectan en delta - estrella

a) ¿Cuál es la potencia del banco?

b) ¿Cuál es la relación de transformación del banco?

c) ¿Cuáles son las tensiones primaria y secundaria?

Estrella - delta

• Se utiliza en conexiones reductoras o elevadoras

• El secundario no se puede conectar a tierra

• Se eliminan voltajes de tercer armónico porque en el secundario se “cortocircuitan”

Zig - zag

• Suele utilizarse como estrella zig-zag

• Permite anular tensiones de tercer armónico entre fase y neutro del secundario

• Se utiliza para disponer de un punto a tierra en conjunto con transformadores en delta, permitiendo energizar protecciones de tierra

Grupos de conexión según VDE

Grupos de conexión más comunes

Tensiones en transformadores de distribución (Normas alemanas)

Índices de protección (IP)

Capacidad de sobrecarga en S/E

Inrush

• Para especificar protecciones, es importante conocer el “punto Inrush”, que está determinado por la corriente de Inrush, o de conexión, del transformador.

• Este punto es variable dependiendo del fenómeno del Inrush.

Múltiplos corriente de magnetización

Caídas de tensión internas, en S/E

Selección de S/E de distribuciónSe requiere, al menos, los siguientes datos

característicos:

• Potencia nominal

• Relación de transformación nominal y tensiones de entrada y salida

• Tensión nominal de cortocircuito

• Pérdidas internas (vacío y cortocircuito)

• Rendimiento

Ejemplo

Calcular el rendimiento de un transformador a plena carga, con los siguientes datos:

SN = 500 kVA, P0 = 1.1 kW, PCu = 5.5 kW

cos = 0.8, fc = 1.0

( Solución: 98.36% )

Dimensiones máximas de las S/E de distribución (DIN)

S/E refrigerada por aceite, para uso en interior

Transformador autorefrigerado

Transformador de resina en gaveta

Circulación aire, transformador resina colada. Ejemplo instalación interior

Dimensionamiento entrada de aire

Ejemplo

Determinar,para los datos siguientes, el tamaño de las aberturas de entrada y salida de aire, cubiertas con rejilla sencilla.

Datos:

Altura desde el suelo de la estación, hasta el centro de la abertura de salida del aire, 3100 mm

Transformador de 400 kVA

Altura desde el piso del transformador hasta el centro de éste, 600 mm

Ensayos de interés en los transformadores (En fábrica, con presencia del cliente si es necesario. Para transformadores de distribución algunas

pueden ser optativas) )

1) Inspección visual

2) Verificar rigidez dieléctrica y acidez del aceite aislante

**3) Resistencia de aislamiento

4) Inspección de circuitos de control y protección (Transf. de potencia)

5) Relación de transformación

6) Polaridad

**7) Potencial aplicado (Transf. potencia)

**8) Potencial inducido (Transf. de potencia)

9) % de corriente de excitación, y pérdidas magnéticas

10) Pérdidas del cobre y % de impedancia

11) Temperatura

12) Impulso (Transf. de potencia)

13) Ruido (opcional)

14) Descargas parciales (opcional)

15) Inspección previa al embarque (Si corresponde)

Protección de transformadores(Instalaciones de mas de 600 Volt)

Las S/E industriales, en general, ocupan protección de sobrecorriente:

Aspecto reconectador (o restaurador)

Cuchilla desconectadora

Corrientes de cortocircuito

Límites de protección NEC

Curva ANSI (ó “de daño” )

• Representa la máxima capacidad que puede soportar un transformador sin dañarse, cuando es sometido a esfuerzos mecánicos y térmicos causados por un cortocircuito

• Para calcular esta curva, se requiere clasificar a los transformadores en categorías

Categorías de transformadores

Formas de curvas ANSI

Puntos de curvas ANSI

Ejemplo

Tabla de sobrecargas admisibles en S/E (DIN)

Gráficas de sobrecarga para transformadores secos (DIN)

Rigidez dieléctrica

Es el máximo gradiente de potencial que puede resistir un aislante sin producirse una descarga disruptiva

Prácticamente, se obtiene dividiendo la tensión disruptiva por el espesor del material aislante

Construcción bobinas AT en transformador de resina

Ventiladores en transformadores de resina

Intensidad de corrientes de rayos, en líneas de transmisión

Tipos de onda de impulso

Nivel de aislamiento

Fija la resistencia del aislamiento que debe tener un equipo eléctrico, para soportar sobretensiones.

Las sobretensiones pueden ser:

1) Externas (descargas atmosféricas)

2) Internas (maniobras de interruptores)

Impulsos de tensión en los transformadores

Cuando los transformadores convencionales reciben un impacto de tensión entre sus bornes, ésta no se reparte uniformemente entre sus devanados y espiras.

Nivel básico de impulso (BIL)• El nivel de aislamiento de una S/E se fija en

función del voltaje nominal de operación, de las normas que correspondan, y de los niveles de sobretensiones existentes en el sistema.

• A esto se conoce como nivel básico de impulso (NBI, o BIL), y se expresa en kV

Los autotransformadores...

• Se utilizan como medio de empalme entre dos líneas, normalmente, cuando la razón de transformación es inferior a dos

• Su costo es inferior al de un transformador

• Su tamaño es inferior también

El cálculo en tanto por unidad

Un ejemplo de °/1:

Se tiene una S/E de 500 kVA cuyas pérdidas en cortocircuito son de 5.5 kW.

La tensión nominal de cortocircuito es 4%.

La carga es de 400 kVA.

Se solicita calcular la caída de tensión óhmica, la tensión de dispersión y la tensión de cortocircuito correspondientes a la carga actual

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD(Es muy semejante a hablar en %)

• Ventajas:• Las magnitudes tienen un valor mas general

• La razón de transformación de los transformadores, no se involucra en los cálculos

• Bajo condiciones nominales, un solo valor en °/1 puede representar potencia, impedancia, o voltaje

• Los cálculos suelen simplificarse

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

• Se expresan en °/1:• Potencias complejas, aparentes, activas y reactivas• Voltajes• Corrientes• Impedancias• Admitancias

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

• Para expresar en °/1, se requiere magnitudes que se toman como referencia, llamadas valores “base”

• Un conjunto de magnitudes de referencia puede obtenerse a partir de una potencia aparente base, y un voltaje base: Sb y Vb

• En un sistema completo, suele tomarse como valores base a la potencia aparente nominal y el voltaje nominal (ambos, por fase), del componente de mayor potencia del sistema

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

Sb y Vb pueden ser cualquier par de valores que deben mantenerse.

• Cuando Sb y Vb corresponden con los valores nominales de algún componente del sistema, se dice que son la base propia del componente

• Las magnitudes que se expresan en °/1, son adimensionales

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

Sean S (VA), P(Watt), Q(Var), V(Volt), I(A), Z(Ώ ), Y(S) magnitudes de cualquier componente del sistema, a expresar en °/1. Sus respectivos valores en °/1 serán:

• S°/1 = S (VA) / Sb,

• P°/1 = P(Watt) / Sb,

• Q°/1 = Q(Var) / Sb

• V°/1 = V(Volt ) / Vb , I°/1 = I(A) / Ib

• I °/1 = I(A) / Ib(A)

• Z°/1 = Z( Ω) / Zb

• Y°/1 = Y(S) / Yb

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

Por ejemplo, si en un sistema la base de voltaje escogida es de 15 kV, entonces otros voltajes del sistema tales como 14.8 kV, 15 kV y 15.6 kV, expresados en °/1 se transforman según muestra la tabla siguiente:

Voltaje (kV) Valor en °/1

14.8 0.99

15 1.00

15.6 1.04

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

En sistemas trifásicos, o monofásicos, la potencia aparente base, es por fase, la corriente base, es la de línea, y el voltaje base es de fase a neutro. Las siguientes fórmulas se aplican:

CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD

• Siendo Sb(VA) y Vb(Volt), los valores de referencia escogidos, o valores base, entonces, los otros valores base ( o de referencia ) se obtienen así:

• Ib = Sb /Vb (A)

• Zb = Vb/Ib = (Vb)2 / Sb (Ώ)

• Yb = 1/ Zb (S)

Se han definido en total, cinco valores base

¿Es lo mismo trabajar en °/1 que en %?

• Hay una pequeña diferencia….: uno de ellos requiere un cálculo extra, que alarga la operatoria…, es el %.

Ejemplo:

Sean:

kVA base trifásicos = 30 000 kVA

kV base entre líneas = 120 kV

Calcular las magnitudes, en °/1, de los siguientes valores en un sistema balanceado:

- 108 kV entre líneas

- 18 000 kW trifásicos

Cambio de base de cantidades en °/1

En algunos casos, la impedancia en °/1 de un componente del sistema, se expresa sobre una base diferente de la seleccionada en el lugar donde se localiza tal componente. Por esto, es necesario poder disponer de un sistema para el cambio de bases

Ejemplo:

La reactancia subtransitoria de un generador de 18 kV, 500MVA tiene el valor 0.25°/1 sobre la base propia.

Hallar el valor en °/1 de esta reactancia, sobre la base de 20 kV y 100 MVA.