ANSI-IEC C57.12.01-C57.12.91 Pruebas Trafos Secos

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  p   p   a   a   n   n   y   y   n   n   a   a   m   m   e   e   -   1    1  -   -   1    1    3    3

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Normas ANSI/IEEE

Normas ANSI/IEEE

C57.12.01-1998 y

C57.12.01-1998 y

C57.12.91-1995

C57.12.91-1995

PRUEBAS DE

PRUEBAS DE

TRANSFORMADORES

TRANSFORMADORES

SECOS

SECOS

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(3)

  a   a   n   n   y   y   n   n   a   a   m   m   e   e   -   2    2  -

  -PRUEB

PRUEB

AS DE TRANSFOR

AS DE TRANSFOR

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DORES SECOS

DORES SECOS

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(4)

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  -PRUEB

PRUEB

AS DE TRANSFOR

AS DE TRANSFOR

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DORES SECOS

DORES SECOS

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Tabl

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E C57.

57.12.

12.01-

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madores secos.

Grupos

Grupos

500kVA y menores

500kVA y menores

501kVA y mayores

501kVA y mayores

Pruebas

Pruebas

Prue

Pruebas de rut

bas de rutina

ina

Prue

Pruebas de di

bas de diseño

seño

(5)

  a   n   y   n   a   m   e   -   4

  -PRUEBAS DE RUTINA

Transfor madores 500kVA y menores

 Relación de transformación  Polaridad y relación de fase

 Pérdid as sin carga y corr iente de excitación al 100% y 110% del voltaje nominal y frecuencia nominal.

 Prueba dieléctrica

 Tensión aplicada  Tensión inducida  Descargas parciales

 Prueba mecánica de fugas para transfor madores sellados

Transfor madores de 501kVA y mayores

 Las anteriores mas,

 Medida de resistencia de todos lo s devanados

(6)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   5

  -PRUEBAS DE DISEÑO

Transformadores 500kVA y menores

 Medida de resistencia de todos lo s devanados

 Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales   Aumento de temperatur a

 Impulso

 Descargas Parciales  Nivel de ruido audible

 Mecánica de presión , para tanques sellados

Transformadores de 501kVA y mayores

  Aumento de temperatur a  Impulso

 Nivel de ruido audible

(7)

  a   n   y   n   a   m   e   -   6

  -OTRAS PRUEBAS

Transfor madores 500kVA y menores

 Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales  Impulso

  Aislamiento Factor de potencia  Resistencia de aislamiento  Descargas parciales

 Capacidad de c orto circuito

Transfor madores de 501kVA y mayores

 Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales  Impulso

  Aislamiento Factor de potencia  Resistencia de aislamiento  Descargas parciales

 Nivel de ruido

(8)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   7

  -Notas importantes de la tabla 15

a.

Puede aplicarse muestreo en la prueba de corriente de excitación

y perdidas en vacio, el los transformadores de 500kVA o menores

b.

Cuando la prueba de impulso sea requerida esta debe preceder a

las pruebas de tension aplicada y tension inducida

c.

La prueba de descargas parciales puede ser hecha en los

devanados de todos los transformadores secos, pero son

consideradas pruebas de rutina en los transformadores por

encima de 1.2kV con aislamiento sólido y/o encapsulados en

resina como parte del sistema de aislamiento.

(9)

  a   n   y   n   a   m   e   -   8

  -RUTINA - MEDIDA DE RESISTENCIA

Para qué se usa la medida de resistencia

Cálculo de I

2

R de las pérdidas de los arrollamientos.

Cálculo de la temperatura de los arrollamientos durante la prueba de

calentamiento.

Determinación de la temperatura fria

No se debe asumir que los devanados están a temperatura ambiente

Todas las temperaturas internas medidas por sensores no deben diferir en

mas de 2 ºC de la temperatura ambiente.

La temperatura ambiente no d ebe cambiar en mas de 3 ºC por tres horas.

El transformador debe permanecer en la misma area mínimo 24 horas y no

aplicarse ni voltaje ni cor riente 24 – 72 horas, dependiendo del tamaño.

Métodos

Puentes o Intrumentos dig itales de alta precisión,

Se usan con valores de resistencia hasta 10000 Ohmios y cu ando la

corriente nominal del transfor mador a medir es menor de 1 Amp.

 de Wheatstone, R >1 Ohm ,  Kelvin R < 1 Ohm

(10)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   9

  -RUTINA - MEDIDA DE RESISTENCIA

Métodos ( cont.)

Batería, Voltímetro-Amperímetro, ley de ohm

Se usa cuando la corri ente del devanado es superior a 1 A

 Minimizar el error con instrumentos análogos de alta deflexión

 Matener la misma polaridad del nucleo du rante todas las medidas de resistencia.  Los cables de los ins trumento s de medida deben ser independientes y

conectados lo mas cerca al a los terminales del devanado medido.

 Las lecturas no deben ser tomadas hasta que el voltaje y la co rriente sean estables.

 La corriente usada no d ebe exceder el 15% de la nominal del devanado.

Valor corregido de la Resistencia

La medida es corregida a 75ºC u 85 ºC, segun aumento de temperatura

establecido de 55 ºC o 65 ºC.

Rs = Rm { (Ts + Tk) / (Tm + Tk) }

Rm = resistencia medida a temperatura Tm

Ts = temperatura a corregir.

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  a   n   y   n   a   m   e   -   1    0

  -RUTINA – POLARIDAD

Métodos

 Deflexión por in ducción

 Batería, + en H1

 Voltímetro análogo en el secundario

= + en X1

 Deflexión po sitiva = polaridad

aditiva

  Aplican do voltaje AC

 Para relación de vueltas menor de

30:1

 Corto H1 – X1

 Voltímetro en H2 – X2  Voltaje entre H1-H2

 Lectura mayor a V aplicado

polaridad aditiva

 Arrollamientos

Polaridad

Polaridad

Sustractiva

Aditiva

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  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   1    1

  -RUTINA – POLARIDAD

 Por comparación

 Con un transformador de polaridad

conocida

 Paralelo en el lado d e alto voltaje  Conexión de X2 de los d os trf x.  Voltímetro entre los X1

  Apli car voltaje reducido en el

primario

 Lectura cero o d espreciable ind ica

polaridad igual en los dos transformadores.

 Por puente de relación.

Fuente

Transformador en Prueba

Transformador con la relación conocida

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  a   n   y   n   a   m   e   -   1    2

  -RUTINA – POLARIDAD

NORMA

200kVA y menores con 8660V o menos en el primario, polaridad ADITIVA,

Los demás sustr activa.

Se debe mostrar en la placa

Importancia de la Polaridad

Cuando se van a conectar transformadores en paralelo o en bancos de

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  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   1    3

  -RUTINA –RELACION DE FASE

La función del transformador es transfor mar potencia de un nivel de tesion a

otro. La prueba asegura que el transformador tenga las vueltas adecuadas

para producir las tensiones requeridas.

Norma

 V1/R1 = V2/R2 , R = número de vueltas

 En condici ón de vacio , a tensión y frecuencia nomin al.

Métodos

 Voltímetro

  Apli cando un voltaje en el p rimario  Leyendo el voltaje en el secundario

 Voltaje primario aplicado / Voltaje secundario leido

 Comparación con uno cono cido

 Conexión en paralelo en el pr imario  Lectura de voltajes en el secundario

 Puente de relación TTR 

Desviación Permitida

 0.5% Transformador en Prueba Transformador en Prueba Fuente Fuente Transformador con la relación conocida Transformador con la relación conocida

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  a   n   y   n   a   m   e   -   1    4

  -RUTINA –RELACION DE FASE

La función del transformador es transfor mar potencia de un nivel de tesion a

otro. La prueba asegura que el transformador tenga las vueltas adecuadas

para producir las tensiones requeridas.

Norma

 V1/R1 = V2/R2 , R = número de vueltas

 En condici ón de vacio , a tensión y frecuencia nomin al.

Métodos

 Voltímetro

  Apli cando un voltaje en el p rimario  Leyendo el voltaje en el secundario

 Voltaje primario aplicado / Voltaje secundario leido

 Comparación con uno cono cido

 Conexión en paralelo en el pr imario  Lectura de voltajes en el secundario

 Puente de relación TTR = R/R1 

Desviación Permitida

 0.5% Fuente Transformador en Prueba

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  -DIAGRAMA FASORIAL

Conexión H1 con X1

 Aplica tensión con

fuente trifásica en los

terminales H1,H2,H3

Se hacen las

comparaciones de

tensión .

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  a   n   y   n   a   m   e   -   1    6

  -RUTINA – PERDIDAS SIN CARGA

Ensayo de vacio

 Voltaje nominal primario

 Circuito abierto en el secund ario  I excitación en func ión de la I

nominal

 V = voltímetro de lectura promedio (calibrado rms)

  AV = voltímetro de lectura rms verdadera.

Tolerancia

 10% del valor especificado.

Fuente

Fuente Fuente

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  -RUTINA – PERDIDAS SIN CARGA – I excitación

Pérdidas sin Carga (Excitación)

 Pérdid as del hierro d el núcleo

 Pérdid as dieléctricas en el aislamiento,

 Pérdid as en los arrollamientos por la circu lación de la Corriente de excitación, 

Importancia

 Sirve para verificar el diseño del nucleo.  Costo d e la energia.

 Calidad del acero  Punto de operación

Norma

 Sera capaz de operar sin exc eder su aumento de temperatura

 5% de sobretensión con k VA nomin ales con pf=0.8 o mayor  10% sobretensión nom inal sin carga en el secundario.

(19)

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  -RUTINA – PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA

Secundario en corto

Corriente nominal en el primario

I

2

R, debido a la carga

Pérdidas por corrientes

parásitas(Eddy)

 Inducidas por el flujo ligado en los devanados.

 Grapas del núcleo

 Pantallas, paredes del tanque

Z como % de la Un

%Z= [%X

2

 + %R

2

]

1/2 

%R = per. Dev /10xkVA

Tolerancias: 7,5% , 2 dev.

10% , 3 dev , autos, zigzag

Fuente

Fuente

(20)

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  -RUTINA – PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA

Corrección por temperatura

 I2R aumentan con la temperatura

 Por dispersión o parásitas disminuyen con la temperatura  P(T) = Pr(T) + Ps(T)

 Pr(T) = Pr(Tm) [(Tk + T)/(Tk + Tm)]  Ps(T) = Ps(Tm)[ (Tk + Tm)/(Tk +T)]

 Pr(T) = pérdidas I2R en vatios a la temperatura T en ºC  Ps(T) = pérdidas por dispersión en vatios a la T en ºC  P(T) = pérdidas con carga corregidas a la temp T en ºC  Tk = 234.5 ºC para cobre, 225 ºC para aluminio.

Importancia

Pérdidas, Para la evaluación económica del transformador

Impedancia, Para la operación en paralelo.

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  a   n   y   n   a   m   e   -   2    0

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  -IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO

Depende de la conexión de los devanados

Depende de la construcción del nucleo

 Aplica solo para transformadores con neutro fisico para conexión

externa.

Vex < 30% V

L-N

 ,

Iex < In (si no hay delta), si hay delta la corriente no debe llegar a

In.

Zo(%) = 300[E.Ir/Er.I]

E = Voltaje de exitacion medido

Er = Vn fase neutro del devanado exitado

Ir = In por fase del devanado exitado

(23)

  a   n   y   n   a   m   e   -   2    2

  -IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO

Pruebas para determinar el circuito equivalente de secuencia cero

 Prueba 1 , medida de Z1No

  Aplica voltaje al devanado 1 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Los otros

bobinados en cricuito abierto.

 Prueba 2, medida de Z2No

  Aplica voltaje al devanado 2 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. El

bobinado 1 en cricuito abierto.

 Prueba 3, medida de Z1Ns

  Aplica voltaje al devanado 1 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Los

terminales del devanado 2 en corto, los otros devanados abiertos o en corto.

 Prueba 4, medida de Z2Ns (redundante)

  Aplica voltaje al devanado 2 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Los

terminales del devanado 1 en corto, los otros devanados abiertos o en corto

Z3=[ Z2No(Z1No-Z1Ns)]1/2 = [Z1

No(Z2No – Z2Ns)]1/2 Z2 = Z2No – Z3 , Z1 = Z1No – Z3

(24)

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  -PRUEBAS DIELECTRICAS

Lo más importante del transformador es el aislamiento.

Se mide el aislamiento por la resistencia dielectrica

Niveles

Potencial aplicado

Potencial inducido

Prueba de Impulso (debe preceder las pruebas de baja frecuencia)

 Aislamiento Principal

Aislamiento Secundario

Fase a tierra

Capa a Capa

Fase a fase

Vuelta a Vuelta

(25)

  a   n   y   n   a   m   e   -   2    4

  -PRUEBAS DIELECTRICAS

Potencial aplicado

60Hz

1 minuto

Primario a fuente –

secundario en corto y a tierra

Primario en corto y a tierra –

secundario a fuente.

Tabla II C.57.12.00

Proposito:

 Aislamiento principal a tierra y a

los otros arrollamientos

(26)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   2    5

  -PRUEBAS DIELECTRICAS

Potencial Inducido

 Voltaje = 2Vn en potencia, 1.65Vn reducido en distribución  Frecuencia > 2 Frecuencia nominal

 Duración segun frecuencia:

 120Hz – 60 segundos  400Hz – 18 segundos

 Conexión

 Primario a la fuente, secundario

abierto.

Proposito

(27)

  a   n   y   n   a   m   e   -   2    6

  -PRUEBAS DIELECTRICAS

Onda Completa (BIL)

 Representa la perturbacion a cierta distancia del transformador que vi aja a lo largo de la linea hacia el transformador.

 1.2x50us ,

 1.2us para alcanzar el pico,

 50us para decrecer a la mitad del valor cresta.

Onda Recortada

 Representa la onda viajera que flamea cerca del transformador  115% del impulso de onda completa

 Tiempo minimo de flameo de 1 a 3us de acuerdo al BIL

Frente de Onda

 Representa un impacto directo o muy cercano de una descarga atmosferica en los terminales del transformador.

 No aplica a transformadores de Distribucion.  Potencia transformadores > 95kV BIL

(28)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   2    7

  -PRUEBAS DIELECTRICAS

Impulso

Capacidad del aislamiento de soportar frentes de onda por descargas

(29)

  a   n   y   n   a   m   e   -   2    8

  -PRUEBA DE IMPULSO

Secuencia de prueba de Impulso

Onda Completa reducida (usada como comparacion)

Dos frentes de onda

Dos ondas recortadas

Una onda completa

Prueba de rutina de impulso para transformadores de distribición

Solo para los terminales de alto voltaje, no secundarios ni neutros.

Metodo 1

Una onda reducida entre el 50% y el 70% del BIL

Una onda completa al 100% del BIL

Detección de falla por comparación de la onda reducida y al 100%,

usando la forma de la onda de corriente de tierra o la forma de onda

del voltaje en la impedancia del neutro.

(30)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   2    9

  -PRUEBA DE RUIDO

Mide el nivel promedio de ruido generado por el

transformador energizado a voltaje nominal, frecuencia

nominal en condición de vacio.

Las vibraciones del hierro tienen una frecuencia

fundamental de 120 Hz mas armónicos.

Es una prueba opcional

NEMA tabla IV estable los niveles máximos aceptables

en función de la potencia nominal. (48db a 56db para

distribución)

(31)

  a   n   y   n   a   m   e   -   3    0

  -PRUEBA DE TEMPERATURA

Objetivo: Verificar que se cumplan los limites de

temperatura a una potencia dada.

65ºC sobre 30 ºC promedio ambiental

Punto más caliente < 110 ºC, no se mide durante la prueba se

toma de pruebas de prototipo.

Se hace simulando la carga nominal

Método más usado, corto en el secundario

Criterio de tres lecturas sin variación de temperatura (<1 ºC) con

intervalos de 1 hora.

(32)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   3    1

  -DESCARGAS PARCIALES

Qué las produce:

Secado inapropiado del aislamiento

 Aislamiento sobreesforzado

Concentración de esfuerzos, en bordes del conductor o partes del

plano de tierra.

Efecto doble

Daño del aislamiento

Interferencia en las comunicaciones

Niveles admisibles

Tabla VII para transformadores de potencia de 1550kV BIL y menores,

distribucion 150kV de BIL y mayores

Distribucion 500kVA y menores con 26kV o menos. NO DEBE

(33)

  a   n   y   n   a   m   e   -   3    2

  -PRUEBA DE RESISTENCIA DEL AISLAMIENTO

Conocida tambien como Megger, sirve como orientacion.

Varia con la humedad , limpieza y temperatura del aislamiento.

Tablas VIII y IX

 El valor de resistencia de aislamiento es inverso con la

temperatura.

Procedimiento:

Tanque y nucleo a tierra

Cortocircuito en cada arrollamiento en los terminales

La medida se hace entre c/arrollamiento y los otros a tierra

No se debe dejar flotando un arrollamiento durante la medicion

Se deben separar las conexiones de tierra

(34)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   3    3

  -Tablas VIII y IX

(35)

  a   n   y   n   a   m   e   -   3    4

  -FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO

Es la relación de la potencia disipada en un arrollamiento en vatios,

al producto del voltaje y la corriente eficaz.

Se hace con un puente de capacitancia

Mide la capacitancia entre los arrollamientos y tierra, junto con el factor

de potencia o ángulo de pérdida de estas capacidades.

No hay valores límites establecidos,

Las lecturas deben ser con referencia a medidas anteriores para

comparar los cambios y determinar si son severos.

Voltaje aplicado 10kV o 0.5Tension de prueba a baja frecuencia, el

menor

Corrección por temperatura: Fp a 20 ºC = Fpt/K,

(36)

  m   p   a   n   y   n   a   m   e   -   3    5

  -PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

Los transformadores deberán ser diseñados y construidos para

soportar los esfuerzos eléctricos y mecánicos producidos por un

corto circuito de acuerdo con las siguientes condiciones:

Duración:

t = 1250 / I

2

 para categoria I ,

2 seg para las demás.

La corriente de corto circuito simétrica sera calculada usando la

impedancia del transformador solamente, para clase I y II, para

clase III y IV la Impedancia del Transformador, mas la Impedancia

del Sistema.

La corriente asimétrica será igual a la simétrica afectada por el

factor de asimetría que es función de la relación R/X.

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