ANSI-IEC C57.12.01-C57.12.91 Pruebas Trafos Secos
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Normas ANSI/IEEEC57.12.01-1998 y
C57.12.91-1995
PRUEBAS DETRANSFORMADORESSECOS
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Co
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PRUEBAS DE TRANSFORMADORES SECOS
Aplica a todos los transformadores secos de distribucion ypotencia
Exceptuando los transformadores:
de instrumentos,
reguladores de voltaje,
para hornos de arco,
rectificadores
transformadores especiales
y de mineria.
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PRUEBAS DE TRANSFORMADORES SECOS
Tabla 15 de la norma IEEE C57.12.01-1998, Pruebas de rut ina , diseo
y otras para transformadores secos.
Grupos
500kVA y menores
501kVA y mayores
Pruebas
Pruebas de rutina
Pruebas de diseo
Otras pruebas
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PRUEBAS DE RUTINA
Transformadores 500kVA y menores
Relacin de transformacin Polaridad y relacin de fase
Prdidas sin carga y corr iente de excitacin al 100% y 110%del voltaje nominal yfrecuencia nominal.
Prueba dielctrica Tensin aplicada
Tensin inducida
Descargas parciales
Prueba mecnica de fugas para transformadores sellados
Transformadores de 501kVA y mayores
Las anteriores mas,
Medida de resistencia de todos los devanados Impedancia, perdidas con carga a valores nominales
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PRUEBAS DE DISEO
Transformadores 500kVA y menores
Medida de resistencia de todos los devanados Impedancia, perdidas con carga a valores nominales
Aumento de temperatura
Impulso
Descargas Parciales
Nivel de ruido audible Mecnica de presin, para tanques sellados
Transformadores de 501kVA y mayores
Aumento de temperatura
Impulso
Nivel de ruido audible
Mecnica de presin, para tanques sellados
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OTRAS PRUEBAS
Transformadores 500kVA y menores
Impedancia, perdidas con carga a valores nominales Impulso
Aislamiento Factor de potencia
Resistencia de aislamiento
Descargas parciales
Capacidad de corto circuito
Transformadores de 501kVA y mayores
Impedancia, perdidas con carga a valores nominales
Impulso
Aislamiento Factor de potencia
Resistencia de aislamiento
Descargas parciales
Nivel de ruido
Capacidad de corto circuito
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Notas importantes de la tabla 15
a. Puede aplicarse muestreo en la prueba de corriente de excitacin
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 slido y/o encapsulados en
resina como parte del sistema de aislamiento.
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RUTINA - MEDIDA DE RESISTENCIA
Para qu se usa la medida de resistencia
Clculo de I 2R de las prdidas de los arrollamientos. Clculo de la temperatura de los arrollamientos durante la prueba de
calentamiento.
Determinacin de la temperatura fria
No se debe asumir que los devanados estn a temperatura ambiente
Todas las temperaturas internas medidas por sensores no deben diferir enmas de 2 C de la temperatura ambiente.
La temperatura ambiente no debe cambiar en mas de 3 C por tres horas.
El transformador debe permanecer en la misma area mnimo 24 horas y noaplicarse ni voltaje ni corriente 24 72 horas, dependiendo del tamao.
Mtodos
Puentes o Intrumentos dig itales de alta precisin,
Se usan con valores de resistencia hasta 10000 Ohmios y cuando lacorr iente nominal del transformador a medir es menor de 1 Amp.
de Wheatstone, R >1 Ohm ,
Kelvin R < 1 Ohm
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RUTINA - MEDIDA DE RESISTENCIA
Mtodos ( cont.)
Batera, Volt metro-Ampermetro, ley de ohmSe usa cuando la corriente del devanado es superior a 1 A
Minimizar el error con inst rumentos anlogos de alta deflexin
Matener la misma polaridad del nucleo durante todas las medidas de resistencia.
Los cables de los instrumentos de medida deben ser independientes yconectados lo mas cerca al a los terminales del devanado medido.
Las lecturas no deben ser tomadas hasta que el voltaje y la corriente seanestables.
La corriente usada no debe exceder el 15% de la nominal del devanado.
Valor corregido de la Resistencia
La medida es corregida a 75C u 85 C, segun aumento de temperaturaestablecido de 55 C o 65 C.
Rs = Rm { (Ts + Tk) / (Tm + Tk) }
Rm = resistencia medida a temperatura Tm
Ts = temperatura a corregir.
Tk = 234.5 C para Cobre, 225 C para Aluminio
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RUTINA POLARIDAD
Mtodos
Deflexin por induccin Batera, + en H1
Voltmetro anlogo en el secundario= + en X1
Deflexin positiva = polaridadaditiva
Aplicando voltaje AC
Para relacin de vueltas menor de30:1
Corto H1 X1
Voltmetro en H2 X2
Voltaje entre H1-H2
Lectura mayor a V aplicadopolaridad aditiva
Arrollamientos
Polaridad PolaridadSustractiva Aditiva
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RUTINA POLARIDAD
Por comparacin
Con un transformador de polaridadconocida
Paralelo en el lado de alto vol taje
Conexin de X2 de los dos trfx.
Voltmetro entre los X1
Apli car voltaje reducido en elprimario
Lectura cero o despreciable ind icapolaridad igual en los dostransformadores.
Por puente de relacin.
Fuente
Transformador en
Prueba
Transformador con la
relacin conocida
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RUTINA POLARIDAD
NORMA
200kVA y menores con 8660V o menos en el primario, polaridad ADITIVA,
Los dems sustractiva.
Se debe mostrar en la placa
Importancia de la Polaridad
Cuando se van a conectar transformadores en paralelo o en bancos dedos o mas.
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RUTINA RELACION DE FASE
La funcin del transformador es transformar potencia de un nivel de tesion aotro. La prueba asegura que el transformador tenga las vueltas adecuadaspara producir las tensiones requeridas.
Norma
V1/R1 = V2/R2 , R = nmero de vueltas
En condicin de vacio , a tensin y frecuencia nominal.
Mtodos
Voltmetro
Apli cando un voltaje en el p rimario
Leyendo el voltaje en el secundario
Voltaje primario aplicado / Voltaje secundario leido
Comparacin con uno conocido
Conexin en paralelo en el pr imario
Lectura de voltajes en el secundario
Puente de relacin
TTR
Desviacin Permitida
0.5%
Transformador en
Prueba
Transformador en
Prueba
Fuente
Fuente
Transformador con la
relacin conocida
Transformador con la
relacin conocida
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RUTINA RELACION DE FASE
La funcin del transformador es transformar potencia de un nivel de tesion aotro. La prueba asegura que el transformador tenga las vueltas adecuadaspara producir las tensiones requeridas.
Norma
V1/R1 = V2/R2 , R = nmero de vueltas
En condicin de vacio , a tensin y frecuencia nominal.
Mtodos
Voltmetro Apli cando un voltaje en el p rimario
Leyendo el voltaje en el secundario
Voltaje primario aplicado / Voltaje secundario leido
Comparacin con uno conocido
Conexin en paralelo en el pr imario
Lectura de voltajes en el secundario
Puente de relacinTTR = R/R1
Desviacin Permitida
0.5%
Fuente
Transformador en
Prueba
Circuito bsico del puente de Relacin
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DIAGRAMA FASORIAL
Conexin H1 con X1
Aplica tensin confuente trifsica en los
terminales H1,H2,H3
Se hacen las
comparaciones de
tensin .
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RUTINA PERDIDAS SIN CARGA
Ensayo de vacio
Voltaje nominal primario
Circuito abierto en el secundario
I excitacin en func in de la Inominal
V = voltmetro de lectura promedio(calibrado rms)
AV = volt metro de lectura rmsverdadera.
Tolerancia
10% del valor especificado.
Fuente
Fuente
Fuente
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RUTINA PERDIDAS SIN CARGA I excitacin
Prdidas sin Carga (Excitacin) Prdidas del hierro del ncleo
Prdidas dielctricas en el aislamiento,
Prdidas en los arrollamientos por la circulacin de la Corriente de excitacin,
Importancia
Sirve para verificar el diseo del nucleo.
Costo de la energia. Calidad del acero
Punto de operacin
Norma
Sera capaz de operar sin exceder su aumento de temperatura
5% de sobretensin con kVA nominales con pf=0.8 o mayor
10% sobretensin nominal sin carga en el secundario.
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RUTINA PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA
Secundario en corto
Corriente nominal en el primario
I2R, debido a la carga
Prdidas por corrientesparsitas(Eddy)
Inducidas por el flujo ligado en los
devanados. Grapas del ncleo
Pantallas, paredes del tanque
Z como % de la Un
%Z= [%X2+ %R2]1/2
%R = per. Dev /10xkVA
Tolerancias: 7,5% , 2 dev.
10% , 3 dev , autos, zigzag
Fuente
Fuente
Corto
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RUTINA PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA
Correccin por temperatura
I2R aumentan con la temperatura
Por dispersin o parsitas 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) = prdidas I2R en vatios a la temperatura T en C
Ps(T) = prdidas por dispersin en vatios a la T en C
P(T) = prdidas con carga corregidas a la temp T en C
Tk = 234.5 C para cobre, 225 C para aluminio.
Importancia
Prdidas, Para la evaluacin econmica del transformador
Impedancia, Para la operacin en paralelo.
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RUTINA PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA
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IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO
Depende de la conexin de los devanados
Depende de la construccin del nucleo
Aplica solo para transformadores con neutro fisico para conexinexterna.
Vex < 30% V L-N,
Iex < In (si no hay delta), si hay delta la corriente no debe llegar aIn.
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
I = flujo de corriente medido en las 3 fases conectadas en paralelo.
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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 otrosbobinados en cricuito abierto.
Prueba 2, medida de Z2No
Aplica voltaje al devanado 2 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Elbobinado 1 en cricuito abierto.
Prueba 3,medida de Z1Ns
Aplica voltaje al devanado 1 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Losterminales 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. Losterminales del devanado 1 en corto, los otros devanados abiertos o en corto
Z3=[ Z2No(Z1No-Z1Ns)]1/2 = [Z1No(Z2No Z2Ns)]
1/2
Z2 = Z2No Z3 , Z1 = Z1No Z3
Si Z1Noy Z2Noson aprox infinito , Z3 sera aprox infinito
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PRUEBAS DIELECTRICAS
Lo ms 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 Primario a secundario seccin a seccin
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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
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PRUEBAS DIELECTRICAS
Potencial Inducido
Voltaje = 2Vn en potencia, 1.65Vnreducido en distribucin
Frecuencia > 2 Frecuencia
nominal
Duracin segun frecuencia:
120Hz 60 segundos 400Hz 18 segundos
Conexin
Primario a la fuente, secundario
abierto.
Proposito
Aislamiento menor, entre capas
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PRUEBAS DIELECTRICAS
Onda Completa (BIL)
Representa la perturbacion a cierta distancia del transformador que viaja alo 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 atmosfericaen los terminales del transformador.
No aplica a transformadores de Distribucion.
Potencia transformadores > 95kV BIL
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PRUEBAS DIELECTRICAS
Impulso
Capacidad del aislamiento de soportar frentes de onda por descargas
atmosfericas y de maniobra
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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 distribicin 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
Deteccin de falla por comparacin de la onda reducida y al 100%,usando la forma de la onda de corriente de tierra o la forma de ondadel voltaje en la impedancia del neutro.
Metodo 2
Dos ondas completas con 100% del BIL.
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PRUEBA DE RUIDO
Mide el nivel promedio de ruido generado por el
transformador energizado a voltaje nominal, frecuencianominal en condicin de vacio.
Las vibraciones del hierro tienen una frecuencia
fundamental de 120 Hz mas armnicos.
Es una prueba opcional
NEMA tabla IV estable los niveles mximos aceptables
en funcin de la potencia nominal. (48db a 56db para
distribucin)
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PRUEBA DE TEMPERATURA
Objetivo: Verificar que se cumplan los limites de
temperatura a una potencia dada.
65C sobre 30 C promedio ambiental
Punto ms caliente < 110 C, no se mide durante la prueba se
toma de pruebas de prototipo.
Se hace simulando la carga nominal
Mtodo ms usado, corto en el secundario
Criterio de tres lecturas sin variacin de temperatura (
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DESCARGAS PARCIALES
Qu las produce:
Secado inapropiado del aislamiento
Aislamiento sobreesforzado
Concentracin de esfuerzos, en bordes del conductor o partes delplano de tierra.
Efecto doble
Dao 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
EXCEDER 100 micro voltios.
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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 latemperatura.
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
AT a BT + tierra, BT a AT + tierra, AT + BT a tierra
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Tablas VIII y IX
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FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO
Es la relacin 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 factorde potencia o ngulo de prdida de estas capacidades.
No hay valores lmites establecidos,
Las lecturas deben ser con referencia a medidas anteriores paracomparar los cambios y determinar si son severos.
Voltaje aplicado 10kV o 0.5Tension de prueba a baja frecuencia, elmenor
Correccin por temperatura: Fp a 20 C = Fpt/K,
K= 0.8 para 10 C , K =1 para 20 C, K = 3 para 70 C
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PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
Los transformadores debern ser diseados y construidos para
soportar los esfuerzos elctricos y mecnicos producidos por uncorto circuito de acuerdo con las siguientes condiciones:
Duracin:
t = 1250 / I2para categoria I ,
2 seg para las dems.
La corriente de corto circuito simtrica sera calculada usando laimpedancia del transformador solamente, para clase I y II, paraclase III y IV la Impedancia del Transformador, mas la Impedanciadel Sistema.
La corriente asimtrica ser igual a la simtrica afectada por el
factor de asimetra que es funcin de la relacin R/X. 1.5
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