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ELCTRICIDAD INDUSTRIAL

TRANSFORMADORES INDUSTRIALES

Un sistema de potencia es el conjunto de plantas de generacin de energa elctrica, subestaciones de transformacin, lneas de transmisin, equipo de control y medicin, dispositivos de proteccin y cargas.

SISTEMA DE POTENCIA

Plantas geotrmicas Plantas hidroelctricas Subestaciones elevadorasreductoras

QU ES UN TRANSFORMADOR ?

Es una mquina que convierte la energa elctrica de un circuito primario con parmetros de voltaje y corriente , a otro circuito secundario de voltaje y corriente de igual diferente valor, manteniendo la frecuencia constante.

Circuitoprimario

Circuitosecundario

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NIVELES DE VOLTAJE

Generacin: (13.2,13.8,20) kv.Transmisin: (115,150,200,400) kv.

Subtransmisin: (34,66,85,115,150,200) kv.

Distribucin: (13.2,13.8,23)kv.

Utilizacin: (220/127) volts. trifsico.(240-120) volts. monofsico.

en la industria (220/127),(440/254),(480/277)volts.

SISTEMA DE POTENCIAUTILIZACIN

PEQUEAINDUSTRIA

L.DIST.

23kv

L.SUBT.L.T.

400kv. 115kv.

13.8kv.

220/127V.

COMPLEJOSINDUSTRIALES

ALUMBRADOPBLICO

SERVICIORESIDENCIALCENTROS

COMERCIALES,INDUSTRIA

G

ES IMPORTANTE EL TRANSFORMADOR ?

Para poder utilizar una potencia generada de un mva se requiere como mnimo cuatro pasos de transformacin, que multiplicado por el nmero de lneas existentes, se traduce en un nmero bastante grande de transformadores instalados en el pas.

GeneracinElevacin

Reduccin ReduccinReduccin

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TIPOS DE TRANSFORMADORES

Subtransmisin y Transmisin en alta y media tensin.Se aplican en subestaciones transformadoras centrales

Transformador de Potencia

transformadoras, centrales de generacin, grandes usuarios.Potencia: 1.25 hasta 20 MVATensiones: 13.2, 33, 66, 133 kVFrecuencia: 50 y 60 Hz.


Potencias iguales inferiores a 500 kVATensiones iguales inferiores a 67,000 VPara alimentacin de granjas,

Transformador de Distribucin

g j ,residencias, edificios almacenes pblicos, talleres y centros comerciales.Intemperie interior en media tensinVariacin de tensin con un conmutado exterior (sin carga)


Para uso en interior en espacios reducidosSe aplican en grandes edificios,hospitales, industrias, minera, grandes

t i l

Transformador secos encapsulados en resina epoxi

centros comerciales.Refrigerados en aire con aislamiento clase F.No requieren mantenimiento.Potencia: 100 hasta 2500 KVATensiones: 13.2, 15, 25, 33 y 35 kVFrecuencia: 50 y 60 Hz

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Intemperie o interior para media tensin en espacios reducidos.Se aplican en zonas urbanas, industrias, minera,

l t i t l

Transformador Hermticos de llenado integral

explotaciones petroleras.Debido a que no llevan tanque de expansin de aceite, no necesitan mantenimiento.No requieren mantenimiento.Potencia: 100 hasta 1000 KVATensiones: 13.2, 15, 25, 33 y 35 kVFrecuencia: 50 y 60 Hz


Para instalacin monoposte en redes suburbanas unifilares, bifilares y trifilares de7 6 13 2 y 15 kV

Transformadores Rurales

7.6, 13.2 y 15 kVEn redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifsicos o como alternativa 3 monofsicos.


Para instalacin en cmaras en cualquier nivel, donde hay posibilidad de inmersinPotencia: 150 hasta

Transformadores Subterrneos

Potencia: 150 hasta 2000 KVATensiones: 15 24.2 KV (alta tensin)216.5/125; 220/127; 380/220; 400/231 V (Baja tensin).

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El transformador incorpora componentes para proteccin del sistema de distribucin contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto poseee fusibles de alta tensin y disyuntor de baja tensin, montados internamente en

Transformadores Auto Protegidos

baja te s , o tados te a e te eel tanque, fusibles de alta tensin y disyuntor de baja tensin. Para proteccin contra sobretensiones eltransformador est provisto de dispositivo para fijacin de pararrayos externos en el tanque.

Potencia: 45 a 150KVAAlta Tensin: 15 o 24,2KV

Baja Tensin: 380/220 o 220/127V


Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisin de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en tringulo. De manera parecida, los autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores de

AUTOTRANSFORMADORES

co o t a s o ado es e e ado es decentrales cuando s desea alimentar dos sistemas de transporte diferentes. En este caso el devanado terciario en tringulo es un devanado de plena capacidad conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan al devanado, autotransformador. El autotransformador no slo presenta menores prdidas que el transformador normal, sino que su menor tamao y peso permiten el transporte de potencias superiores.

LA RELACIN DE TRANSFORMACIN

El valor de la corriente que induce en un transformador el circuito PRIMARIO al SECUNDARIO, se relaciona con el nmero de vueltas de que consta cada uno.

Ejemplo:* C* Circuito primario: 20 vueltas* Circuito secundario: 100 vueltas* Se alimenta por el lado de las 20 vueltas con un voltaje de 10 volts.* En el lado secundario de 100 vueltas tendremos 50 volts.* La relacin de transformacin es 20 a 100; o sea 5.

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LA RELACIN DE TRANSFORMACIN

Es la diferencia que existe en vueltas de undevanado a otro, establecindose por consiguiente,una diferencia de tensin de acuerdo con la misma.

Ejemplo.* Transformador cuyo devanado primario es de 1500 Transformador cuyo devanado primario es de 1500 vueltas* Se halla alimentado por una tensin de 1500 volts* El devanado secundario consta de 100 vueltas* La relacin de transformacin es: 1500/100=15* Si el primario tiene 1500 volts, se divide esta cantidad entre 15 y nos da: 1500/15=100 volts, que es el valor que nos dar el secundario del transformador

PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR

Ncleo magntico. Conjunto delaminaciones de acero al silicio debaja reluctancia, con arreglo detrayectoria cerrada por dondecircula el flujo magntico.Devanado de baja tensin. Es laparte del circuito elctrico,construido con cobre aluminio deconstruido con cobre aluminio, denmero reducido de espiras, de bajaresistencia ohmica y alta corriente,se conoce como secundario.Devanado de alta tensin. Es la otraparte del circuito elctrico,construido de cobre, de nmero altode espiras, de alta resistenciaohmica y baja corriente; se nombraprimario.


PARTES DEL NCLEOEl ncleo magntico en transformadores de distribucin, media potencia y potencia est formado bsicamente por columnas y yugos, cuyo arreglo describe la trayectoria del circuito magntico. Las columnas son las partes verticales; pueden ser de diferente ancho dependiendo del tipo de ncleo, son rodeadas por el devanado de baja tensin y de alta. Los yugos corresponden a las partes horizontales, se denominan yugo inferior y superior.

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TANQUETodos los transformadores de distribucin, media potencia y potencia de un sistema elctrico, estn contenidos en un tanque de lmina de acero, cuyo calibre y forma d di d d d l f b i tde diseo depende del fabricante.

Si est sumergido en aceite debe estar perfectamente sellado para evitar fugas, que contaminen el medio.

Las formas tpicas son: cilndrica, ovalada y rectangular.


OTROS EJEMPLOS DE TANQUE


ACEITE REFRIGERANTEEl transformador disipa calor y se extrae tanto del ncleomagntico como de los devanados, por medio de los(ductos) , por donde circula el medio refrigerante, aire en lostransformadores tipo seco aceite mineral en los sumergidosen l.

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ACEITE REFRIGERANTEOtra funcin del medio refrigerante lquido es proveer rigidezdielctrica. La rigidez dielctrica del aceite mineral nuevo, nodebe ser menor de 30 KV en medidor de copa estndar deelectrodos planos de seccin circular con dimetro de 25,4mm a una separacin de 2.54 mm.

Especificaciones del aceite aislante fsicas, qumicas y elctricas. de acuerdo a NOM-J-123.


MATERIALES AISLANTESLa forma de construccin de un transformador, as como lasmagnitudes de los parmetros voltaje y corriente de losdevanados, obligan a usar aislamientos idneos en cada unade sus partes. Algunos de los ms comunes son:

Material Papel Cinta Madera Cartnmicarta manila fibra de

vidriopino lmina

espagueti pescado amarilla maple tubobarniz kraft algodn

arroz lino


MATERIALES AISLANTES1 Barrera de cartn.2 Conexin con espagueti entre bobina y terminal de alta tensin.

3 Bobinas forradas con cinta amarilla.amarilla.4 Tubo de cartn.

5 Terminal de alta tensin encintada.6 Separadores de madera.

7 Terminal de baja con cinta roja.8 Conexin entre bobinas con spaguetti.

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BOQUILLAS DE ALTA TENSIN EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN

1. Boquilla2. Adaptador3. Codo de frente muerto4. Cable aislado de alta

tensin


CAMBIADOR DE DERIVACIONES (TAP)Accesorio monofsico trifsico que modifica el voltaje de salidadel transformador, opera sin carga en transformadores dedistribucin y baja potencia, el cambio de su posicin es interno externo. En transformadores de gran capacidad su operacin esautomtica.

Posicin Voltaje Voltaje Rel DePosicin Voltaje de A.T.

Voltaje de B.T.

Rel. De transf.

1 24150 127 190.15742 23575 127 185.62993 23000 127 181.10234 22425 127 176.57485 21850 127 172.0472


CAMBIADOR DE DERIVACIONES (TAP)

Palanca de cambiador de derivaciones de cinco posiciones

Cambiador trifsico

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VLVULAS DE LLENADO, DRENAR Y DE MUESTREO

Accesorios para suministro y mantenimiento del lquidorefrigerante del transformador de potencia.

1 Vlvula de llenado1 Vlvula de llenado2 Vlvula de drenar3 Vlvula de muestreo4 Ducto derecho de alta tensin5 Ducto izquierdo de baja tensin


RADIADORES TIPO OBLEA EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Los radiadores sonaccesoriosque complementanel rea necesaria parael rea necesaria paradisipar el calorgenerado en elinterior deltransformador. Losventiladores aceleranel enfriamiento ypermiten aumentar lacapacidad base.


VENTILADORES PARA TRANSFORMADORES CON ENFRIAMIENTO FORZADO

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APARATOS DE CONTROL Y MEDICINIndicador de temperatura con dos

contactos de alarmaSe utiliza en transformadores,para circuitos de alarma y/ en elcontrol de los sistemas decontrol de los sistemas deenfriamiento forzado (OA/FA),funciona con la temperatura delaceite mediante un elementobimetlico.La temperatura mxima alcanzadapor el aceite se registra en laaguja roja y se restablece una veztomada la lectura.


APARATOS DE CONTROL Y MEDICINVlvula de alivio de sobre presiones

con diafragma de cristal

Se emplea en lost f dtransformadores,como medio paradesalojar las presionesanormales que sepresentan en suinterior.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

En un transformadormonofsico cadadevanado tieneasociada un fuerzaelectromotriz inducida,Ep y Es, la cualesestn en fase, porquelas induce el mismoflujo.

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FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAPolaridad. En un transformadores la terminal donde entra lacorriente de la fuente y salehacia la carga.Se marca el punto de polaridad

en alta tensin con la letra H1,t t i l dpunto negro asterisco y el de

no polaridad por H2.Para la baja tensin X1, puntonegro asterisco y no polaridadpor X2.Si se observa por baja tensin,las terminales X1 y H1 si semarcan en el lado izquierdo esde polaridad sustractiva.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

Si H1 esta en el ladoizquierdo y X1 en ellado derecho, visto porbaja tensin elbaja tensin eltransformadorpresenta polaridadaditiva.

DIAGRAMAS DE CONEXIONESTRANSFORMADOR

MONOFSICOUna relacin de

transformacin.

TRANSFORMADOR MONOFSICODos relaciones de transformacin.

a=VH1- H2/VX1- X2

a=VH1- H2/VX1- X2a1 , unin de 3 con 2 a2 , unin

de 1 con 3 y 2 con 4 La conexin se hace removiendo la

tapa registro,en la tablilla localizada en el castillo de

conexiones.

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DIAGRAMAS DE CONEXIONES (TRANSFORMADOR TRIFSICO)

DELTA-DELTA DE UNA RELACIN DE TRANSFORMACIN

Las conexiones trifsicas se obtienen cuando seinterconectan tres transformadores monofsicos.La relacin de transformacin se define con valores porfase.

a=VH1- H2/VX1- X2

ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS

EN PARALELORequisitos para un acoplamiento ptimo:

1.- Que sean de igual polaridad.2 Igual relacin de voltajes2.- Igual relacin de voltajes.

Cuando a1 = a2 no existe diferencia de potencial entre los transformadores.

No hay corriente circulante y V1 = V2 = Vbus

ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS

EN PARALELO

Si a1 es diferente de a2 se tiene una diferencia depotencial entre los ellos que origina una corriente quecircula del que tiene mayor voltaje al de menor.

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PRUEBAS A TRANSFORMADORES

-Bajo estndares internacionales: ANSI,DOBLE, ASTM, ICE, CIGRE, etc.Las pr ebas q e se incl en Color

ANLISIS FSICO-QUMICOS AL ACEITE

-Las pruebas que se incluyen: Color,Rigidez dielctrica, Tensin interfacial, No.De acidez, Gravedad especfica, Aspectovisual, Sedimentos, Factor de potencia,contenido de humedad y determinacin de% de humedad


-Se detecta la descomposicin qumica del aceite- Comparable a una prueba cardiaca de esfuerzo en elser humano

CROMATOGRAFA DE GASES DISUELTOS EN EL ACEITE

-Frecuencias de anlisis recomendadas:Distribucin en M.T. (300 a 3000 KVA): anualPotencia > 3 MVA alta tensin > 34.5 KV: SemestralHornos de arco elctrico: TrimestralExtra alta tensin: Trimestral menorPuesta en marcha: Antes y despus de energizar


-Todo material que contiene Bifelinos Policlorados enconcentracin mayor a 50 PPM es un residuopeligroso (RFNE1.1/04, NOM-052-ECOLAB)- Debe ser descontaminado como medida deproteccin ambiental

ANLISIS DE CONTENIDO DE PCBs

proteccin ambiental-PCB: es un hidrocarburo sinttico, con contenido decloro, alto punto de inflamacin y estabilidad qumica-Se conoce comnmente como ASKAREL-El manejo y disposicin de PCB solamente puedeser realizado por empresas con autorizacin delINSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGA

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-Objetivo: comprobar que el aceite usado comolquido aislante, cumpla con lasespecificaciones elctricas necesarias para serusadoI t t d di i b d di it l

PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA AL ACEITE

- Instrumento de medicin: probador digital oprobador de copa-Norma de referencia: NMX-J-123/1-ANCE-1999,NMX-J-123/2-ANCE-1999-Mtodo de prueba: directo a la muestra conequipo de medicin, bajo la norma ASTM-D 877


-Procedimiento:El aceite de un transformador cumple con 2funciones elementales como lo son el enfriado yaislamiento de los devanados elctricos paramejor su eficiencia y correcto funcionamiento

PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA AL ACEITE

mejor su eficiencia y correcto funcionamiento.Como el aislante estar sometido a grandestensiones de operacin es necesario que cumplacon una prueba de tensin disruptiva mnima quese pudiera presentar y de este modo prevenirpercances que pudieran ser ms costosos.


-Procedimiento:PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA AL ACEITE

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Para un probador de rigidez dielctrica de electrodosplanos con una separacin de 2.54 mm, el promedio de 5muestras de aceite deber soportar favorablemente unatensin de 30 kV como mnimo para que sea consideradocomo bueno para su uso. Adems la relacin de lades iacin estndar de las 5 lect ras entre la media debe

CRITERIOS DE APROBACIN

desviacin estndar de las 5 lecturas entre la media debeser menor a 0.1 para considerar la prueba comosatisfactoria, de lo contrario se debern repetir laspruebas para otras 5 muestras. Para un probador derigidez dielctrica de electrodos semiesfricos conseparacin de 1.02 mm, una muestra de aceite debesoportar favorablemente una tensin de 20 kV comomnimo para que sea considerado como bueno para suuso.

PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RELACIN DE

TRANSFORMACIN-Objetivo: verificar que las relaciones detransformacin para las diferentes posiciones del tapestn dentro de la tolerancia de medicin- Instrumento de medicin: TTR-Norma de referencia: IEEE C57.12.90-1993, NMX-J-116-1996-ANCE- Mtodo de prueba: Mtodo del vltmetro, mtodo decomparacin y mtodo del puente-El ms preciso de los tres es el mtodo del puentedado que no se requiere un segundo transformadorpara la aplicacin de la prueba


TRANSFORMACIN-Procedimiento:La relacin de transformacin es el nmero de vueltasque lleva el devanado de alta tensin contra el nmerode vueltas del devanado de baja tensin. Para lostransformadores que tienen cambiador de derivaciones(taps) para cambiar su relacin de voltaje, la relacinde transformacin se basa en la comparacin entre elvoltaje nominal de referencia del devanado respectivocontra el voltaje de operacin % de voltaje nominal alcual est referido. La relacin de transformacin destos transformadores se deber determinar paratodos los taps y para todo el devanado.

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TRANSFORMACIN-Procedimiento:Para la medicin con el TTR se debe seguir el circuitobsico de la figura 1, cuando el detector DET est enbalance, la relacin de transformacin es igual a R / R1.


La tolerancia para la relacin detransformacin, medida cuando eltransformador est sin carga debe

CRITERIOS DE APROBACIN

gser de 0.5% en todas susderivaciones.

PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO-Objetivo: verificar que los aislamientos deltransformador bajo prueba cumplen con laresistencia mnima soportable bajo operacin, asmismo, comprobar la adecuada conexin entre susdevanados y tierra- Instrumento de medicin: Depende de la exactitudde la lectura que se desee-Norma de referencia:IEEE C57.12.90-1993 , IEEE43-1974- Mtodo de prueba: Medicin directa con elinstrumento de medicin (Megger)

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PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO-Procedimiento:

MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORESREVISIN DE CAMBIADORES DE TAPS-Reparaciones menores: son aquellas comunes yfactibles de realizarse en campo a los componentesde un transformador y equipo afn.- Donde se presentan las fallas:Cambiador de derivacionesCambiador de derivaciones

*Bajo carga* Sin carga (desenergizado)

Transformadores de corriente* Ncleo y bobinas* Boquillas y guas

Tanque principalTanque conservador

MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORESREVISIN DE CAMBIADORES DE TAPS- Donde se presentan las fallas:Indicador de temperatura del devanadoTermmetro de aceiteIndicador de temperatura del puntoTanque conservador (Hot-spot)Rel de imagen trmicaRel BuchholzRel de presin sbitaRadiadores y ventiladoresIndicadores de flujo y gabinetes de controlVlvulas y purgas de aire

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MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORESREVISIN DE CAMBIADORES DE TAPS- Cambiador de derivaciones bajo carga:Revisar mecanismos de mando comprobando susincronismoRevisar el diagrama de alambrado de controlInspeccin limpieza y cambio de aceiteInspeccin, limpieza y cambio de aceite-Cambiador de derivaciones sin carga(desenergizado:Revisar mecanismos de mando sobre todo cuando setrata de operacin en grupoRevisin de contactos y articulaciones internasIndicadores de flujo y gabinetes de control

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