Manual de Transformadores Monofasicos

MANTENIMIENTO A MOTORES Y TRANSFORMADORES

ESTUDIO Y SEGUIMIENTO DEL PROCESO

EN MEDIA Y BAJA TENSIÓN.

GIOVANNI NIXON CASTILLO CASTILLO

LYDA MARCELA DAZA MELO

EIS ELÉCTRICOS, INGENIERÍA Y SERVICIOS LTDA.

Agosto de 2003

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD

BOGOTÁ 2003

2

MANTENIMIENTO A MOTORES Y TRANSFORMADORES

ESTUDIO Y SEGUIMIENTO DEL PROCESO EN MEDIA Y BAJA TENSIÓN

GIOVANNI NIXON CASTILLO CASTILLO LYDA MARCELA DAZA MELO

Informe de pasantía para optar al título de Tecnólogo en Electricidad

Directores

HUGO CARDENAS

Ingeniero Eléctrico ARMANDO LUGO

Licenciado

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD

BOGOTÁ

2003

3

Nota de aceptación

_____________________________

_________________________________

_________________________________

_____________________________ Presidente del jurado

_____________________________

Jurado

_____________________________ Jurado

Bogotá 14 Agosto de 2003

4

Dedico este logro:

A Dios, a mi Padre, hermanos, sobrinos, y a mi

Señora, porque cada uno de ellos me brindo apoyo,

colaboración y comprensión, para poder llegar a ser realidad

este sueño.

Y muy especialmente a mi Madre por su confianza y

cariño, y a mi Bebe Alejandra en su primer año de vida.

GIOVANNI

A Gabriela luz de mi vida y quien con su sonrisa,

alegra cada día de mi vida.

A mi madre, hermanas y novio, por su colaboración

y apoyo.

LIDA

5

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestro más sinceros agradecimientos a:

Álvaro Cala, Gerente General, Iván Cala, Subgerente y Director Comercial y Héctor Daniel Bernal, Ingeniero Eléctrico, de Eléctricos Ingeniería y Servicios Ltda, por su valiosa

colaboración, orientación y disposición para permitir la realización de este trabajo, así como a

todas y cada una de las personas que están vinculadas a esta gran empresa.

Hugo Cárdenas, Ingeniero Eléctrico y Armando Lugo, Licenciado, docentes de la Facultad

Tecnológica y tutores de este trabajo, por la lectura atenta del documento, sus orientaciones y

por brindar intercambio de información para enriquecer este trabajo.

Y a todas las personas que intervinieron y colaboraron para la ejecución de este documento.

6

CONTENIDO

pág

INTRODUCCIÓN 17 1. MARCO TEÓRICO 18

1.1 Transformadores 18 1.2 Motores 24

2. METODOLOGÍA 29

2.1 TRANSFORMADORES 29

2.1.1 PRUEBAS A TRANSFORMADORES 29

2.1.1.1 Prueba de la resistencia de los devanados 29

2.1.1.2 Prueba de relación de transformación (TTR) 31

2.1.1.3 Prueba de vacío mecánico o hermeticidad 36

2.1.1.4 Prueba de aislamiento 37 2.1.1.5 Prueba de Tensión aplicada 38

2.1.1.6 Prueba de Tensión inducida 40

2.1.1.7 Prueba sin carga (en vacío) 41 2.1.1.8 Prueba de cortocircuito. 43

2.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO A TRAFO DE 630 KVA 44

2.1.2.1 Cálculos teóricos. 50

2.1.3 REPARACIÓN A TRAFO MONOFÁSICO DE 15 KVA 54 2.1.3.1 Cálculos teóricos 65

2.1.4 REPARACIÓN A TRAFO TRIFÁSICO DE 75 KVA 69

2.1.4.1 Cálculos teóricos 80

2.1.5 INSPECCIÓN A TRAFOS DE LA EMPRESA DE ENERGÍA DE CUNDINAMARCA 83

2.1.6 MANTENIMIENTO A TRAFO TRIFÁSICO DE 15 KVA 87

2.1.7 COMPARACIÓN PARTE TEÓRICA CON LA PARTE PRÁCTICA. 92

7

2.2 MOTORES 100

2.2.1 PRUEBAS A MOTORES 100 2.2.1.1 Prueba de aislamiento 100

2.2.1.2 Prueba sin carga 101

2.2.2 TRABAJOS EN GENERAL QUE SE LE REALIZAN A MOTORES PARA EL

PROCESO DE REPARACIÓN 101

2.2.3 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 50 HP 107 2.2.3.1 Cálculos teóricos 115

2.2.4 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 6.6 HP 119 2.2.4.1 Cálculos teóricos 123

2.2.5 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 40 HP 127

2.2.5.1 Cálculos teóricos 130

2.2.6 COMPARACIÓN PARTE TEÓRICA CON LA PARTE PRACTICA. 132 3. APORTE A LA EMPRESA 138

4. RESULTADOS 141

4.1 Análisis de resultados 142

5. CONCLUSIONES 143 6. GLOSARIO 144

7. BIBLIOGRAFÍA 147

8. ANEXOS 148

8

LISTA DE TABLAS

Pág

Tabla n° 1. Resultados prueba de aislamiento inspección. Trafo de 630 KVA. 45

Tabla n° 2. Resultados prueba de relación de transformación (TTR).

Trafo de 630 KVA. 45

Tabla n° 3. Resultados prueba de hermeticidad de trafo de 630 KVA. 48

Tabla n° 4. Resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 630 KVA. 49

Tabla n° 5. Resultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 630 KVA. 49

Tabla n° 6. T ensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 630 KVA. 49

Tabla n° 7. T ensiones inducidas y tiempo. Trafo de 630 KVA 49

Tabla n° 8. Medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 630 KVA. 49

Tabla n° 9. Medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.

Trafo de 630 KVA. 50

Tabla n° 10. R esultados pruebas O.C y C.C. Trafo de 630 KVA. 51

9

Tabla n° 11. M edida de la relación de transformación.

Trafo monofásico de 15 KVA. 62

Tabla n° 12. R esultados prueba de hermeticidad.

T rafo monofásico de 15 KVA. 63

Tabla n° 13. R esultados prueba de aislamiento, p. Final. T rafo monofásico de 15 KVA. 64

Tabla n° 14. Medida de la resistencia del devanado.

T rafo monofásico de 15 KVA. 64

Tabla n° 15. T ensiones aplicadas y tiempo. T rafo monofásico de 15 KVA 64

Tabla n° 16. T ensiones inducidas y tiempo. T rafo monofásico de 15 KVA 65

Tabla n° 17. M edidas de tensión y corrientes sin carga. T rafo monofásico de 15 KVA 65

Tabla n° 18. M edida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito. 65

Tabla n° 19. R esultados pruebas O.C y C.C. T rafo monofásico de 15 KVA 66

Tabla n° 20. Datos arrojados por medio de la prueba de TTR. T rafo trifásico de 75 KVA 77

Tabla n° 21. R esultados prueba de hermeticidad. T rafo trifásico de 75 KVA 78

Tabla n° 22. R esultados prueba de aislamiento, p. Final. T rafo trifásico de 75 KVA 79

Tabla n° 23. T ensiones aplicadas y tiempo. T rafo trifásico de 75 KVA 79

10

Tabla n° 24. T ensiones inducidas y tiempo. T rafo trifásico de 75 KVA 79

Tabla n° 25 tensiones inducidas y tiempo 79

Tabla n° 26. M edidas de tensión y corrientes de cada fase sin carga.

T rafo trifásico de 75 KVA 80

Tabla n° 27. M edida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.

T rafo trifásico de 75 KVA 80

Tabla n° 28. R esultados pruebas O.C y C.C. T rafo trifásico de 75 KVA 80

Tabla n° 29. R esultados prueba relación de transformación. Trafo de trifásico de 15 KVA. 88

Tabla n° 30. R esultados prueba de aislamiento, inspección.

Trafo trifásico de 15 KVA 88

Tabla n° 31. R esultados prueba de hermeticidad. Trafo trifásico de 15 KVA. 90

Tabla n° 32. R esultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 15 KVA. 90

Tabla n° 33. R esultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 15 KVA. 91

Tabla n° 34. T ensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 15 KVA. 91

Tabla n° 35. T ensiones inducidas y tiempo. Trafo de 15 KVA 91

Tabla n° 36. Medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 15 KVA. 91

11

Tabla n° 37. Medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.

Trafo de 15 KVA 91

Tabla n° 38. Resultado primer prueba de asilamiento. Motor de 50HP 112

Tabla n° 39. Resultado segunda prueba de asilamiento. Motor de 50HP 113

Tabla n° 40. Resultado prueba sin carga. Motor de 50HP 113

Tabla n° 41. Resultado primer prueba de asilamiento. Motor de 6.6HP 122

Tabla n° 42. Resultado segunda prueba de asilamiento. Motor de 6.6HP 122

Tabla n° 43. Resultado prueba sin carga. Motor de 6.6 HP. 123

Tabla n° 44. Resultado primer prueba de asilamiento. Motor de 40HP 129

Tabla n° 45. Resultado segunda prueba de asilamiento. Motor de 40HP 129

Tabla n° 46. Resultado prueba sin carga. Motor de 40 HP. 130

12

LISTA DE FIGURAS

Pág

Figura n° 1. D iagrama de conexiones para la prueba de circuito abierto. 22

Figura n° 2. D iagrama de conexiones para la prueba de cortocircuito. 23

Figura n° 3. Esquema de conexiones para prueba de resistencia de devanados. 30

Trafo trifásico

Figura n° 4. Esquema de conexiones para prueba de resistencia de devanados. 30

Trafo monofásico.

Figura n° 5. Instrumento para medir relación de transformación (TTR). 32

Figura n° 6. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación. Primera medición. 32

Figura n° 7. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación.

Segunda medición 33

Figura n° 8. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación.

Tercera medición 33

Figura n° 9. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación

para trafos con conexión DY5. Primera medición 34

13


Para trafos con conexión DY11. Primera medición 34


para trafos monofásico con conexión Ii0. 35

Figura n° 12. Esquema de conexiones para prueba de relación de transformación para trafos monofásico con conexión Ii6. 35

Figura n° 13. Prueba de vacío mecánico o hermeticidad 36

Figura n° 14. Esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada BT contra T. 39

Figura n° 15. Esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada

AT contra BT y T. 40

Figura n° 16. Esquema de conexiones para prueba de tensión inducida por BT. 41

Figura n° 17. Esquema de conexiones para prueba sin carga. 42

Figura n° 18. Esquema de conexiones para prueba corto circuito 43

Figura n° 19. El conmutador y sus partes. 46

Figura n° 20. Circuito equivalente del trafo de 630[KVA], 11400 / 210

referido al lado de alta tensión primario 53

Figura n° 21. Desarme de la bobina 56

Figura n° 22. Derivaciones de la bobina 59

14

Figura n° 23. Montaje del conmutador 61

Figura n° 24. Circuito equivalente del trafo de 15[KVA], 13200 / 240

referido al lado de AT tensión. 69

Figura n° 25. Esquema de derivaciones del bobinado de Alta tensión 74

Figura n° 26. Circuito equivalente del trafo de 75[KVA], 13200 / 212 referido al lado de AT tensión 83

Figura n° 27. Conexión de los grupos con sus respectivos paralelos para obtener

los 12 terminales de salida. 111

Figura n° 28. Diagrama de conexión de grupos con sus 12 terminales de salida , obtenidos mediante seis paralelos para motor de 50HP. 117

Figura n° 29. Diagrama del bobinado con paso 10-12, con 12 terminales de salida,

motor de 50HP. 118

Figura n° 30. Conexión de grupos con sus paralelos para obtener

las 9 terminales de salida. 121

Figura n° 31. Diagrama de conexión de grupos con sus 9 terminales de salida,

motor de 6.6HP. 126

Figura n° 32. Diagrama del bobinado con paso 1-1 excéntrico ó imbricado,

con nueve terminales de salida, motor de 6.6HP 126

15

ANEXOS

Pág

Anexo 1. Ficha de entrada 148

Anexo 2. Formato IIT -100 149

Anexo 3. Formato IEP-150 150

Anexo 4. Formato PP-100 151


Anexo 6. Formato TDB-100 153

Anexo 7. Formato MB-110 154




16

RESUMEN

Ya que la Universidad no cuenta en el momento con un texto que sirva de consulta y

orientación en el proceso de mantenimiento y reparación de transformadores y motores, contribuiremos dejando este documento el cual trata el tema en mención y así poderle

mostrar a los estudiantes, uno de los campos en donde se puede vincular en un futuro. En nuestro trabajo se realizo el estudio y seguimiento del proceso de mantenimiento y

reparación de transformadores y motores de baja y media tensión, donde el objetivo general

que se debía cumplir, era estudiar y seguir el servicio de mantenimiento y reparación de

transformadores y motores, permitiendo poner en práctica conocimientos adquiridos durante la carrera, tanto teóricos como prácticos, aplicándolos directamente en actividades

relacionadas con el área eléc trica, aportando aspectos significativos en nuestro crecimiento

tanto personal como profesional.

La metodología contempla los procedimientos detallados en los procesos de mantenimiento y

reparación de motores y transformadores, desde el momento en que dichos equipos llegan a

la empresa, hasta la entrega final al cliente, realizando una comparación entre la parte teórica y la parte práctica adquirida durante la pasantia, para así determinar si lo teórico va de la

mano con lo practico.

A partir de lo anterior nos damos cuenta de que los procedimientos teóricos y prácticos que se adquieren en la universidad, no son muy diferentes a los que se llevan cabo en la

empresa.

Aunque en la universidad no se cuenta con equipos tan costosos para realizar algunas

pruebas como la de relación de transformación (TTR), y la prueba de tensión inducida, estas se realizan de otras maneras, las cuales pueden ser aplicadas en cualquier empresa.

17

INTRODUCCIÓN

Los alumnos vemos como necesidad desarrollar los conocimientos teóricos adquiridos

durante la carrera, aplicándolos directamente en actividades desarrolladas en el sector eléctrico; por esta razón nos vinculamos a la empresa EIS Eléctricos, Ingeniería y Servicios

LTDA, ubicada en la CLL 35 Sur N° 61ª - 63 Barrio Carvajal, la cual realiza labores de mantenimiento y reparación de transformadores y motores.

Es fundamental que la universidad cuente con un documento en el área de electricidad que

sirva de consulta y orientación en cuanto al proceso de mantenimiento y reparación de

transformadores y motores, el cual aporte aspectos significativos para el crecimiento profesional de los estudiantes.

En esta pasantía el objetivo general es hacer un estudio y seguimiento del proceso de

mantenimiento y reparación de motores y transformadores, el cual se lleva a cabo realizando

las respectivas pruebas iniciales, como relación de transformación y prueba de aislamiento, las cuales nos determinan las actividades a realizar, y conociendo las fallas por las cuales

estos equipos ingresan a la empresa. Para llevar a cabo este objetivo es necesaria la

interacción desde la primera parte del proceso que es la inspección al equipo, hasta la entrega final al cliente.

Una de las limitaciones que tuvimos durante esta pasantía con respecto a transformadores

fue que a todos a los que se les realizo seguimiento venían aislados en aceite es decir, no se

tuvo la oportunidad de realizar un seguimiento a transformadores con otro tipo de aislamiento. En la parte de pruebas, no se contaba con el equipo necesario para realizar la medición de la

resistencia del devanado de BT puesto que el equipo es muy costoso y la empresa no cuenta

con el dinero para realizar dicha inversión.

Otra limitación fue en la parte de motores ya que no se pudo trabajar con motores monofásicos, puesto que solo llegaron a la empresa motores trifásicos durante nuestra

pasantía.

18

1. MARCO TEÓRICO

Comenzaremos tratando todo lo concerniente con transformadores, para luego realizar lo mismo con motores.

1.1 TRANSFORMADORES.

[....] Características nominales: antes de comenzar el desarrollo de cada prueba, es útil tener una visión

completa de los datos nominales de la máquina a probar. Estos datos están escritos sobre una chapilla

normalizada, para que las personas que la utilicen puedan distinguir las características de funcionamiento más

importantes.

Estos valores nominales son el resultado de pruebas que el constructor realizó sobre algunos prototipos al inicio

de la producción de la serie; ahora bien que en la máquina se podrán encontrar pequeñas desviaciones respecto

a los valores nominales estándar, por efecto de efecto de inevitables tolerancias constructivas previstas.

Realizar la verificación de una máquina de serie, significa controlar que las prestaciones estándar reportadas

sobre la placa de características de la máquina son realmente respetadas y determinar aquellas características

en funcionamiento particular, que aunque no estén reportadas sobre la placa de características, sean de interés

para la utilización práctica.

Medición de la resistencia de los devanados: esta prueba determina las pérdidas en el cobre, la caída de tensión y la sobreelevación de la temperatura.

La medición se realiza con corriente continua, generalmente con el método del voltamperímetro.

Para la medición de esta resistencia de un devanado se utiliza el método del voltaamperímetro, el cual consiste

en colocar el voltímetro después del amperímetro, ya que tal conexión, dado el bajo valor de la resistencia incógnita, es preferible y se hace innecesaria la corrección por el consumo de los instrumentos. Se aconseja

colocar el voltímetro solamente una vez alimentado el circuito y desconectarlo primero antes de la interrupción

del circuito mismo. El devanado de baja tensión presenta en efecto un discreto valor de la inductancia y las

bruscas variaciones de corriente pueden provocar una autoinducción de la f.e.m mucho más elevada de la

tensión de medida a la cual es comparada la medición del voltímetro.

Antes de realizar la prueba es necesario precalcular el valor de la resistencia de modo que permita elegir los

instrumentos y las alimentaciones más oportunas.

Medición de la relación de transformación: la relación de transformación de un transformador, es la relación

19

existente en el funcionamiento en vacío, entre la tensión del devanado de alta tensión y la tensión del devanado

de baja tensión.

Los métodos para la medición de la relación de transformación son principalmente dos:

1. Método potenciométrico: este método recure a la utilización de un potenciómetro para corriente alterna

que realiza la medición por oposición entre la tensión de BT y una fracción de una tensión de AT.

2. Método directo: se basa sobre la definición misma de la relación de transformación. Esto consiste en

medir con voltímet ros, las dos tensiones (primaria y secundaria) del transformador funcionando a vacío

El lado de alimentación para realizar esta prueba puede ser elegido a gusto, ya que no tiene ninguna influencia

sobre los resultados de la medición. El resultado de la medición es prácticamente independiente del valor de la

tensión de alimentación. Es conveniente alimentar el transformador con valores de tensión próximos a los

nominales de los devanados elegido como primario de la prueba y repetir la medición sobre cada fas e para tres

valores diferentes de tensión, para reducir la incidencia de los eventuales errores de lectura.

Prueba en vacío: consiste en medir las potencias absorbidas del transformador, funcionando sin carga, estas

determinan el valor de la potencia de pérdida en el hierro por efecto de histéresis magnética y de corrientes

parásitas. Así mismo los valores de la corriente en vacío y el factor de potencia, son útiles de conocer para el

grado de saturación del núcleo. La pérdida en el hierro en el transformador prácticamente coincide con toda la

potencia absorbida en vacío. La corriente en vacío es en efecto, un porcentaje muy pequeño de aquella nominal

y circula solamente en el devanado primario; esta determina así, que las perdidas en el cobre son perfectamente

despreciables con respecto al valor de las pérdidas en el hierro. Dada la directa influencia sobre el valor de flujo

en el núcleo, y por lo tanto sobre la corriente y la potencia, es necesario hacer con atención la medición y

controlar el valor de la frecuencia.

Prueba de corto circuito: Consiste en medir la cantidad de corriente absorbida por el transformador cuando el

secundario esta en corto circuito y el primario esta alimentado por una tensión oportunamente reducida, de

modo que las corrientes de los dos devanados resulten iguales a las nominales. Esta prueba determina el valor

de la potencia perdida por efecto Joule en los devanados, cuyo valor es indispensable para el cálculo del

rendimiento convencional. También determina el valor de la tensión Vcc de corto circuito y el factor de potencia.

Dichos valores son indispensables para el calculo de la caída de tensión bajo cualquier condiciones de carga.

La potencia absorbida por el transformador en el funcionamiento de corto circuito, coincide con el valor de las

pérdidas en el cobre del transformador. La tensión de alimentación es en efecto totalmente utilizada para vencer

la caída de tensión óhmica y reactiva de los devanados y el único flujo que viene generado es aquel disperso,

cuyo recorrido se realiza exclusivamente en el aire.

Para dimensionar el circuito de prueba se puede partir de:

Los valores de potencia continua y de voltaje continuo corresponden a una corriente absorbida que por los

general es igual al valor de la nominal. La prueba se puede realizar eligiendo a voluntad el devanado de

alimentación, que no cambie el valor de potencia continua ni de voltaje continuo. Normalmente conviene

20

alimentar el lado de alta tensión, con el objetivo de no tener en el circuito de medición corrientes demasiado

elevadas. (Manual De Lorenzo DL 1080, p 3 – 18, 39 - 63)

[....] IMPORTANCIA DEL TRANSFORMADORES

Un transformador es un dispositivo que cambia potencia eléctrica de un nivel de voltaje mediante la acción de un

campo magnético. Consta de dos o más bobinas de alambre conductor enrolladas alrededor de un núcleo

ferromagnético común. Estas bobinas no esta usualmente conectadas en forma directa. La única conexión

entre bobinas es el flujo magnético común que se encuentra dentro del núcleo.

Uno de los devanados del transformador se conecta a una fuente de energía eléctrica alterna y el segundo

suministra energía eléctrica a las cargas. El devanado del transformador que se conecta a la fuente de

potencia se llama devanado primario o devanado de entrada y el devanado que se conecta a la carga se llama

devanado secundario o devanado de salida.

TIPOS Y CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES

El propósito principal de un transformador es convertir la potencia alterna de un nivel de voltaje en potencia

alterna de la misma frecuencia pero a otro nivel de voltaje. Los transformadores también se utilizan para otros

propósitos ( para mostrar voltajes, mostrar corrientes y transformar impedancias).

Los transformadores de potencia se construyen de dos maneras. Un tipo de transformador consta de una pieza

de acero rectangular, laminada, con el devanador enrollados sobre dos de los lados del rectángulo, este tipo de

construcción conocido como transformador tipo núcleo. El otro consta de un núcleo laminado de tres columnas,

cuyas bobinas están enrolladas en la columna central, este tipo de transformador se conoce como transformador

tipo acorazado. En todo caso el núcleo se construye con delgadas láminas aisladas eléctricamente una de

otras para minimizar las corrientes parásitas.

En un transformador, las bobinas del primario y del secundario están físicamente enrolladas una sobre la otra; la

bobina de menor voltaje esta situada en la parte interna (mas cerca del núcleo). Esta disposición cumple dos

objetivos:

1. Simplifica el problema del aislamiento del devanado de alta tensión desde el núcleo.

2. Resulta menor flujo disperso que en caso de disponer los dos devanados en el núcleo, separados.

Los transformadores de potencia reciben seriedad de nombres, dependiendo de su utilización en los sistemas

de potencia. Un transformador conectado a la salida de un generador utilizado para elevar el voltaje hasta

niveles de transmisión (110KV y mayores) a veces de denomina transformador de unidad. El transformador

situado en el otro extremo de la línea de transmisión que reduce el voltaje de los niveles de transmisión a los

niveles de distribución ( desde 2.3 a 34.5KV) se denomina transformador de subestación. Por último el

transformador que reduce el voltaje de distribución al voltaje final a que se utiliza la potencia (110,208,220V,

etc.) es llamado transformador de distribución.

Además de los varios tipos de transformadores de potencia, existen dos tipos de transformadores para

21

propósitos especiales utilizados con máquinas eléctricas y sistemas de potencia. El primero de estos

transformadores especiales es un dispositivo diseñado para mostrar un voltaje alto y producir un voltaje

secundario bajo, directamente proporcional a aquel. Tal transformador se llama transformador de potencial.

Un transformador de potencia también produce un voltaje secundario directamente proporcional a su voltaje

primario. La diferencia entre el transformador de potencial y el transformador de potencia es que el primero

esta diseñado para manejar únicamente una corriente muy pequeña, el segundo es un dispositivo diseñado

para proveer una corriente secundaria mucho menor pero directamente proporcional a su corriente primaria.

Este dispositivo de denomina transformador de corriente.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR

Las perdidas que ocurren en los transformadores reales deben tenerse en cuenta en cualquier modelo

aproximado del transformador. Los principales ítems que deben tenerse en cuenta para la construcción de tal

modelo son:

a. Pérdidas en el cobre (I2R). Son pérdidas por calentamiento resistivo en los devanados primario y

secundario del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los devanados.

b. Pérdidas por corrientes parásitas. Son pérdidas por calentamiento resistivo en el núcleo del transformador.

Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.

c. Pérdidas por histéresis. Están relacionadas con los reordenamientos de los dominios magnéticos en el

núcleo durante cada semiciclo. Son una función compleja no lineal del voltaje aplicado al transformador.

d. Flujo disperso. Los flujos φ Lp y φ Ls que escapan del núcleo y pasan únicamente a través de uno de los

devanados del transformador son flujos dispersos. Esta fuga de flujos produce una auto inductancia en las

bobinas primaria y secundaria y sus efectos deben tenerse en cuenta.

DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE LAS COMPONENTES EN EL MODELO DEL TRANSFORMADOR

Es posible determinar experimentalmente los valores de las resistencias e inductancias del modelo del

transformador. Una aproximación adecuada para estos valores se puede lograr con sólo dos ensayos. La

prueba de circuito abierto y la prueba de corto circuito.

En la prueba de circuito abierto, se deja abierto el devanado secundario del transformador y el devanado

primario se conecta al voltaje pleno nominal. Toda la corriente de entrada debe fluir a través de la rama de

excitación del transformador. Las componentes en serie Rp y Xp son tan pequeñas, comparadas con RC y XM

para ocasionar una caída significativa del voltaje que, esencialmente, todo el voltaje de entrada cae a través de

22

la rama de excitación. La figura 1 muestra las conexiones para la prueba de circuito abierto. Se aplica el

voltaje pleno al primario del transformador y se miden el voltaje, la corriente y la potencia de entrada al

transformador. Con esta información es posible determinar el factor de potencia, la magnitud y el ángulo de la

impedancia de excitación.

Figura n° 1 diagrama de conexiones para la prueba de circuito abierto.

La forma más fácil para calcular los valores de RC y XM consiste en estimar primero la admitancia de la rama de

excitación. La conductancia de la resistencia de pérdidas en el núcleo esta dada por:

CC R

G1=

Y la susceptancia de la inductancia de magnetización es: M

M XB

1=

Puesto que estos dos elementos están en paralelo, sus admitancias se suman y la admitancia total de la

excitación es:

McE

MCE

Xj

RY

jBGY

11−=

−=

La magnitud de la impedancia de excitación referida al circuito primario puede calcularse con base en los

valores de voltaje y corriente de la prueba de circuito abierto.

Voc

IocYE =

El ángulo de la admitancia puede encontrarse a partir del factor de potencia. El factor de potencia del circuito

abierto (PF) esta dado por:

VocIoc

PocPF == θcos

A

V

23

y el ángulo θ del factor de potencia es: VocIoc

Poc1cos −=θ

El factor de potencia esta siempre en atraso para un transformador real, de modo que el ángulo de la corriente

siempre atrasa al voltaje en θ grados. Por tanto la admitancia YE es:

PFVoc

IocY

Voc

IocY

E

E

1cos−−∠=

−∠= θ

En la prueba de cortocircuito los terminales del secundario del transformador se cortocircuitan y los del primario

se conectan una fuente adecuada de voltaje, como se muestra en la figura 2. El voltaje de entrada se ajusta

hasta que la corriente de los devanados cortocircuitados sea igual a su valor nominal. De nuevo se miden el

voltaje, la corriente y la potencia de entrada.

Figura n° 2 diagrama de conexiones para la prueba de cortocircuito.

Puesto que el voltaje de entrada es tan pequeño durante la prueba, la corriente que fluye por la rama de

excitación es despreciable. Si la corriente de excitación es ignora, toda la caída de voltaje en el transformador

puede ser atribuida a los elementos del circuito en serie. La magnitud de las impedancias en serie, referidas al

lado primario del transformador es:

El factor de potencia es: VscIsc

PscPF == θcos y esta en atraso. El ángulo de la corriente es negativo

y el ángulo θ de la impedancia total es positivo:

VscIsc

Psc1cos−=θ entonces,

IscVsc

Z SE =

A

V

24

°∠=°∠°∠

= θθ Isc

Vsc

Isc

VscZ

ISE

0

La impedancia en serie según el libro de Máquinas eléctricas de Stephen Chapman es:

)()(

Re22 XsaXpjRsaRpZ

jXeqqZ

SE

SE

+++=

+=

Es posible encontrar la impedancia total referida al lado primario utilizando esta técnica, pero no hay un camino

fácil para dividir las impedancias serie en sus componentes primario y secundario. Por fortuna esta separación

no es necesaria para la solución de los problemas normales.

Estas pruebas también pueden ser realizadas en el lado secundario del transformador, si conviene hacerlo así

debido a los niveles de voltaje u otras razones. Si las pruebas se hacen en el lado secundario, los resultados

darán las impedancias del circuito equivalente, referidas al secundario del transformador no al primario.

TOMAS (TAPS) Y REGULACIÓN DE VOLTAJE EN EL TRANSFORMADOR

Los transformadores de distribución tienen una serie de tomas (TAPS) en los devanados para permitir pequeños

cambios en la relación de vueltas del transformador después de haber salido de fabrica. Una instalación típica

podría tener cuatro tomas además del valor nominal, con intervalos entre estas de 2.5% del voltaje a plena

carga. Tal distribución permite ajustes hasta del 5% por encima o por debajo del voltaje nominal del

transformador. (Máquinas Eléctricas, Stephen Chapman, pág 61-73, 82-91 )

1.2 MOTORES. [....]Características nominales: antes de comenzar a realizar las pruebas, es conveniente conocer el conjunto de

características nominales de la máquina que se va probar. Estos datos indicados en la placa, constituyen la

carta de identidad, que todos los constructores ponen en las máquina, esto con la finalidad de que el usuario

sepa cuales son las características principales de funcionamiento.

Estos valores nominales son el resultado de pruebas que el constructor realizó sobre algunos prototipos al inicio

de la producción de la serie; cada máquina fabricada variará ligeramente de estas prestaciones de tipo estándar,

esto es debido a las tolerancias de construcción.

Pruebas:

Medida de la resistencia en el devanado del estator: esta prueba es útil para determinar el rendimiento

convencional de la máquina, los pares y el desplazamiento con carga. Para el motor asíncrono de tipo trifásico,

con devanado estatórico, constituido por tres circuitos diferentes (fases U, V, W), las tres fases podrán estar

conectadas en estrella o triangulo. Las tres fases estatóricas que están previstas para las corrientes nominales,

25

tienen una resistencia de valor pequeño (sus valores disminuyen cuando la potencia nominal de la máquina

aumenta).

La medida se deberá efectuar con corriente continua y la máquina detenida. En cada caso, se debe proceder

cuando el motor este frió, es decir inactivo por varias horas para que se pueda estar seguro que todas las piezas

están a temperatura ambiente.

Prueba al vacío: La prueba al vacío es de gran importancia, puesto que esta pone en evidencia las condiciones

de trabajo del circuito magnético del motor. Esta prueba consiste en alimentar el motor a su tensión nominal,

dejando que el rotor gire libremente sin ningún par resistivo. En estas condiciones, las corrientes consumidas

están representadas por la suma vectorial de la corriente magnetización y de la pequeña componente aditiva

debida a las perdidas en el hierro (del estator) y mecánica (fricción y ventilación).

La potencia corresponde a la suma de todas las pérdidas en vacío que comprenden:

• Pérdidas en el cobre del estator

• Pérdidas en el hierro del estator

• Pérdidas mecánicas por fricción y ventilación

Se realiza con el fin de calcular el rendimiento convencional, es decir las perdidas mecánicas y las perdidas en

el hierro.

Prueba en corto circuito: esta prueba determina la intensidad de la corriente absorbida y el factor de potencia

cuando el motor esta alimentado con el rotor bloqueado. Esta prueba permite calcular los parámetros

equivalentes en serie del motor, es decir, (Xe – Re - Ze) y si se dispone de un dinamómetro, proceder a medir el

par de arranque. Funcionando con rotor bloqueado, el motor asíncrono se considera en corto circuito, esto por

que los devanados del estator y del rotor se encuentran en perfecta similitud eléctrica con el primario y el

secundario de un transformador estatórico que funciona en corto circuito. Cuando el motor funciona con el rotor

bloqueado limita la corriente absorbida por la impedancia equivalente de sus devanados (resistencia y

reactancia de dispersión.

Como consecuencia, si en esta condición se alimenta el motor con la tensión plena indicada en la placa, se

tendrían intensidades bastantes elevadas (de tres a seis veces de la intensidad nominal) que puede dañar los

devanados por efecto del calor. . (Manual De Lorenzo DL 1021, p 3 – 17, 51 - 60)

[....] FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA

Las máquinas de corriente alterna ac son generadores que convierten la energía mecánica en energiza eléctrica

ac y los motores que convierten energía eléctrica ac en energía mecánica. Aunque los principios fundamentales

de las máquinas de corriente alterna son muy simples, parecen un tanto difíciles por la construcción complicada

de las máquinas reales. Existen dos clases de principios de máquinas de corriente alterna: las máquinas

sincrónicas y las máquinas de inducción. Las máquinas sincrónicas son motores y generadores cuya corriente

de campo magnético es suministrada por un fuente dc separada, mientras que las máquinas de inducción son

motores y generadores cuya corriente de campo magnético es suministrada por inducción magnética (acción

26

transformadora) en sus devanados de campo. Los circuitos de campo de la mayoría de las máquinas

sincrónicas y de inducción están localizados en sus rotores.

MOTORES DE INDUCCIÓN

Es una máquina que solo tiene los devanados de amortiguación porque el voltaje del rotor (que produce la

corriente y el campo magnético del rotor) es inducido en los devanados del rotor en lugar de estar físicamente

conectado a través de alambres. La característica distintiva de un motor de inducción es que no requiere

corriente de campo dc para operar la máquina.

Aunque se puede utilizar una máquina de inducción como motor o generador, tiene muchas desventajas como

generador y, por lo tanto, pocas veces se utiliza como tal. Por esta razón, las máquinas de inducción se refieren

a los motores de inducción.

CONSTRUCCIÓN DE MOTORES DE INDUCCIÓN

Un motor de inducción tiene físicamente el mismo estator que una máquina sincrónica, pero la construcción del

rotor es diferente. Hay dos tipos diferentes de rotores que pueden disponerse dentro del estator del motor de

inducción. Uno de ellos se llama rotor Jaula de Ardilla o simplemente rotor de Jaula, mientras el otro es llamado

rotor devanado.

Un rotor Jaula de Ardilla consiste en una serie de barras conductoras dispuestas entre ranuras labradas en la

cara del rotor y cortocircuitadas en cada extremo por anillos de cortocircuitado. El diseño hace referencia a un

motor jaula de Ardilla debido a que los conductores examinados en sí mismos se parecían a los de las ruedas

de ejercicio de las ardillas o los hamsters.

El otro tipo es el devanado , el cual tiene un grupo de devanados trifásicos que son las imágenes especulares de

los devanados del estator. Las fases de los devanados del rotor están conectadas usualmente en Y, y los

extremos de los tres alambres del rotor están unidos a anillos rozantes dispuestos sobre el eje del rotor. Los

devanados del rotor están cortocircuitados a través de escobillas montadas en los anillos rozantes. En los

motores de inducción de rotor devanado, sus corrientes rotóricas son accesibles en las escobillas del estator,

donde pueden ser examinadas y donde se puede insertar resistencia extra al circuito del rotor. Los mototes de

inducción de rotor devanado son más costosos que los motores jaula de ardilla y requieren mucho más

mantenimiento debido al desgaste asociado a sus escobillas y a sus anillos rozantes. Como resultado de ello,

los motores de inducción de rotor devanado son poco utilizados.

TENDENCIAS EN EL DISEÑO DE MOTORES DE INDUCCIÓN

Las ideas fundamentales sobre los motores de inducción fueron desarrolladas hacia el final de la época de 1880

por Incola Tesla, quien recibió la patente de sus ideas en 1888. En esa época presento un articulo ante el

American Institute of Electrical Enginneers (AIEE), predecesor del hoy Institute of Electrical and Electronics

Engineers (IEEE) en el cual escribió los principios básicos del motor de inducción de rotor devanado, junto con

ideas para desarrollar otros importantes motores de corriente alterna: el motor sincrónico y el motor de

reluctancia.

27

Aunque la idea básica del motor de inducción fue descrita en 1888, el motor en sí no estaba aún completo. Hubo

un periodo inicial de rápido desarrollo seguido de una serie de lentos mejoramientos que continuaron

evolucionando hasta hoy.

El motor de inducción moderno se construyó entre 1888 y 1895. Durante ese periodo se desarrollaron fuentes

de potencia de dos y tres fases para producir campos magnéticos rotacionales dentro del motor, devanados

estatóricos distribuidos y se introdujo el rotor de jaula de ardilla. Hacia 1896 estuvieron disponibles en el

comercio motores de inducción trifásicos plenamente reconocidos y funcionales.

Entre aquella época y comienzos de 1970 hubo progresos continuos en la calidad de los aceros, las técnicas de

fundición, los aislamientos y otros elementos utilizados en los motores de inducción. Estas tendencias dieron

como resultado el diseño más pequeño con una potencia de salida determinada, que proporcionó ahorro

considerable en los costos de construcción. En efecto, un motor moderno de 100HP es igual en tamaño físico a

uno de 7.5HP de 1897.

Sin embargo, estos progresos en el diseño del motor de inducción no necesariamente lleva a mejorar la

eficiencia de operación del motor. El mayor esfuerzo del diseño se dirigió a reducir el costo inicial de los

materiales de las máquinas, no a aumentar su eficiencia. Esta orientación del diseño se debió a que la

electricidad no era tan costosa; en consecuencia, el costo directo del motor era el criterio principal utilizado por

los compradores para elegir.

Como el precio de los combustibles tuvo un espectacular ascenso en 1973, el costo de operación durante la vida

útil de la máquina ha llegado a ser cada vez más importante, mientras que el costo de instalación inicial ha

dejado de tener importancia relativamente. Resultado de estas tendencias, ha sido el nuevo énfasis puesto en la

eficiencia del motor tanto por los diseñadores como por los usuarios de las máquinas.

En la actualidad los mayores fabricantes están produciendo nuevas líneas de motores de inducción de alta

eficiencia, y están logrando una participación creciente en el mercado de los motores de inducción. Para

aumentar la eficiencia de estos motores, se utilizan varias técnicas, a diferencia de los diseños de eficiencia

tradicional. Entre estas técnicas están:

1. Se utiliza más cobre en los devanados del estator, para reducir las perdidas en el cobre.

2. Las longitudes de los núcleos del rotor y del estator se incrementan para reducir la densidad de flujo

magnético entre el entrehierro de la máquina. Esto reduce la saturación de la máquina y disminuye las

perdidas en el núcleo.

3. Se utiliza más acero en el estator de la máquina, lo cual permite transferir mayor cantidad de calor

hacia fuera del motor y reducir su temperatura de operación. El ventilador del motor se rediseña para

reducir las perdidas por rozamiento en el aire.

4. En el estator se utiliza acero especial de alto grado eléctrico y bajas perdidas por histéresis.

5. El acero, de muy alta resistividad interna, se lamina en calibres especialmente delgados (esto es, las

láminas se ubican juntas unas de otras). Ambos efectos tienden a reducir las corrientes parásitas en el

motor.

6. El rotor es maquinado cuidadosamente para producir un entrehierro uniforme que reduce las pérdidas

28

dispersas en le motor.

AISLAMIENTO DEL DEVANADO DE UNA MÁQUINA DE CORRIENTE ALTERNA.

Una de las etapas más importantes en el diseño de una máquina ac es el aislamiento de sus devanados. Si

falla el aislamiento de un motor o generador, la máquina se cortocircuita. La reparación de una máquina con su

aislamiento cortocircuitado si es posible, es muy costosa. Para prevenir la falla de aislamiento de los devanados

por efecto de sobrecalentamiento, es necesario limitar la temperatura de aquellos. Esto puede lograrse de modo

parcial implementando la circulación de aire sobre los devanados, pero en últimas, la máxima temperatura del

devanado limita la potencia máxima que puede suministrar la máquina continuamente.

El aislamiento falla raras veces como consecuencia inmediata de una temperatura crítica. En cambio, el

incremento de la temperatura produce un deterioro gradual del aislamiento haciéndolo susceptible de fallar por

causas como golpes, vibraciones o esfuerzos dieléctricos. Una regla práctica decía que la expectativa de vida de

un motor con un tipo dado de aislamiento se reduce a la mitad por cada 10 % de elevación de la temperatura por

sobre la temperatura nominal del devanado. Esta regla se aplica aún hoy hasta cierto punto.

Para estandarizar los limites de temperatura del aislamiento de máquinas, la National Eléctric Manufacturers

Association (NEMA) de los Estados Unidos, ha definido una serie de clases de sistemas de aislamiento. Cada

clase de sistema de aislamiento especifica la máxima elevación de temperatura admisible para cada clase de

aislamiento. Existen tres clases de comunes de aislamiento, según NEMA, para los motores ac de caballaje

entero: B, F y H. Cada clase presenta una temperatura en el devanado, mayor que la anterior. Por ejemplo, la

elevación de la temperatura en el devanado de la armadura por sobre la temperutaura ambiente en un tipo un

tipo de motor de inducción ac de operación continua debe ser limitada a 80°C para clase B, 105°C para clase F

y 125°C para clase H.

Las especificaciones sobre la temperaturas particulares para cada tipo de motor y de generador se encuentran

detalladas en la norma NEMA MG1-1993, Motores y Generadores . Normas similares han sido definidas por la

international Electrotechnical Commissión (IEC) y por varios organismos de normalización nacional, en algunos

países. (Máquinas Eléctricas, Stephen Chapman, pág 265, 387 – 391, 436, 475, 476).

Bibliografía:

DE LORENZO. Manual DL 1080, Transformador Trifásico. Italia. 1995. pág 3 –18, 39-63.

DE LORENZO. Manual DL 1021, Motor asincrónico Trifásico. Italia. 1995. pág 3 –17, 51-60.

STEPHEN J. CHAPMAN. Máquinas Eléctricas pág 61-73, 82-91, 265, 387 – 391, 436, 475, 476).

29

2. METODOLOGÍA

Inicialmente se hará una descripción de las pruebas a las que son sometidos los

transformadores, junto con su respectivo seguimiento, para luego realizar de esta misma

manera lo concerniente a motores.

Durante el tiempo de pasantia se logró realizar seguimiento a cuatro transformadores, de los cuales dos eran trifásicos y dos monofásicos. Los trifásicos eran de 630 KVA y de 15 KVA, y

los monofásicos eran ambos de 15 KVA.

En la segunda parte se realizó seguimiento a tres motores trifásicos, es decir no se tuvo la

oportunidad de trabajar con motores monofásicos. Los motores eran de 50, 40, y 6.6 HP cada uno, los cuales trabajaban a frecuencia de 60 Hz.

2.1 TRANSFORMADORES

2.1.1 PRUEBAS A TRANSFORMADORES.

2.1.1.1 PRUEBA DE RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS (entre fases). INSTRUMENTO: MULTIMETRO DIGITAL.

PROCEDIMIENTO.

CHEQUEO EN AT Esta prueba se realiza con un multímetro digital, el cual se coloca en la escala de 200, esta

escala esta dada por el previo cálculo del valor de la resistencia. Se verifica que las puntas del multímetro hagan buen contacto con los bornes del transformador y se espera que se

estabilice la lectura del multímetro durante 30 segundos para luego ser tomada. Esta lectura medida es el valor de resistencia existente en cada fase.

El esquema de conexiones para realizar esta medición es el mismo tanto para

30

transformadores monofásicos como trifásicos.

Diagrama de conexiones para transformador trifásico.

AT U V W

BT x y z Pn

Figura n° 3 esquema de conexiones para prueba de

resistencia de devanados, trafo trifásico.

Primero se toma la medida entre las fases U y V, luego V y W, y para terminar U y W.

Diagrama de conexiones para transformador monofásico.

AT U V

BT x Pn z

Figura n° 4 esquema de conexiones para prueba de

resistencia de devanados, trafo monofásico.

31

En este caso solo existe el valor de resistencia de una fase, puesto que el trafo es

monofásico es decir que solo tiene un devanado.

CHEQUEO EN BT

La prueba de medición de resistencia en los devanados de BT no se realiza, debido a que no se cuenta con el instrumento apropiado, puesto que se sabe que la lectura debe marcar en el

orden de los mili ohmios [m]. El costo de este equipo es muy alto ($10.000.000). En este momento se estudia la posibilidad de realizar esta prueba por el método de voltaje contra

corriente, y así poder determinar esta lectura.

RIV *=

entonces

[ ] [ ][ ]AI

mVVmR =Ω

El equipo en mención tiene como nombre miliohmetro.

Para esta medición es necesario tener un multímetro el cual nos mida voltaje en el orden de

mV y sea de una resolución exacta, de clase 0.2.

2.1.1.2 PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN.

REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS

INSTRUMENTO: TTR “(TRANSFORMER TURN-RATIO TEST SET)”

PROCEDIMIENTO:

La prueba de relación de transformación se realiza con un instrumento llamado TTR

“(Transformer turn – ratio test set)” tipo manivela o portátil, puesto que no necesita fuente de energía externa para su funcionamiento. Este instrumento nos indica si el devanado se

encuentra en corto, abierto o continuo, es decir, si cada bobina del transformador se encuentra en buen estado.

32

Para identificar si el devanado está abierto, la aguja que indica el “null detector”, no presenta

ninguna deflexión; cuando está en corto, la aguja de excitación de corriente se desplaza completamente hacia la derecha y si se encuentra en buen estado, el instrumento marca la

relación de transformación, la cual la hallamos girando una palanca (manivela) que se

encuentra al lado derecho de éste y variando unas perillas que se encuentran en la parte

superior de éste.

0 8

BAJA

Manivela

Indicadores

ALTA

Perillas

Figura n° 5 instrumento para medir relación de transformación (TTR).

Diagrama de conexiones para transformadores trifásicos.

Primera medición:

AT U V W

BT x y z Pn

Figura n° 6 esquema de conexiones para prueba de relación

de transformación. Primera medición.

EXCITING CURRENT

EXCITING

VOLTS

NULL

DETECTO

0 0 0

TTR

33

Diagrama de conexiones para realizar la segunda medición:

AT U V W

BT x y z Pn


de transformación. Segunda medición.

Diagrama de conexiones para realizar la tercera medición:

AT U V W

BT x y z Pn


de transformación. Tercera medición.

Estos esquemas de conexiones son utilizados para realizar la prueba en transformadores trifásicos que presentan una conexión DY5; para cuando el transformador presenta una

conexión DY11, ésta varia sólo en AT; por ejemplo en el caso de la primer medición, los terminales de AT de TTR se conectan así: borne U = terminal negro de AT del TTR y

TTR

TTR

34

borne V = terminal rojo de AT del TTR, esto por ser conexión DY5, cuando es conexión DY11

se cruzan estos terminales, es decir en el borne U va el terminal rojo de AT del TTR y en el borne V va el terminal negro de AT del TTR. Los terminales de BT se conectan de igual

manera para realizar la medición ambas conexiones, ver figuras 9 y 10.

TRAFO TRIFÁSICO CON CONEXIÓN DY5

AT U V W

BT x y z Pn


de transformación en trafos con conexión DY5. Primera medición.

TRAFO TRIFÁSICO CON CONEXIÓN DY11.

AT U V W

BT x y z Pn


de transformación en trafos con conexión DY11. Primera medición.

TTR

TTR

35

Esquema de conexiones para transformadores monofásicos con conexión Ii0. AT U V BT x Pn z


de transformación en trafo monofásico con conexión Ii0.

Esquema de conexiones para transformadores monofásicos con conexión Ii6.

AT U V BT x Pn z


de transformación en trafo monofásico con conexión Ii6.

TTR

TTR

36

2.1.1.3 PRUEBA DE VACIO MECÁNICO O HERMETICIDAD

INSTRUMENTO: BOMBA DE VACIO PROCEDIMIENTO:

La prueba de vacío se realiza para garantizar la hermeticidad del trafo, la cual consiste en

introducirle al transformador una presión de 10 libras con ayuda de una bomba de vació a

través de la válvula de sobrepresión del tanque, ubicada en la parte superior trasera de éste. Esta presión se aplica durante un tiempo de 30 minutos, si ésta no baja a menos de 7 libras

durante éste tiempo, el transformador es pasado al campo de pruebas para realizar las otras pruebas.

Diagrama:

Válvula de sobrepresión

Cuña de madera

utilizada para ladear el trafo para evitar que la presión absorba el aceite.

Figura n° 13 prueba de vacío mecánico o hermeticidad.

Esta prueba se realiza de igual manera para transformadores trifásicos, como para trafos monofásicos.

Bomba de vacío

37

2.1.1.4 PRUEBA DE AISLAMIENTO

REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS INSTRUMENTO: MEGGER 2500V/100000M

PROCEDIMIENTO:

Esta prueba se realiza para medir el aislamiento que existe entre BT contra T, AT contra T y

AT contra BT, para esto también es necesario aterrizar el transformador a la tierra del banco de pruebas. En esta prueba se aplica voltaje durante 60 segundos, a los bornes en prueba,

transcurrido este tiempo se toma la lectura.

CHEQUEO BT CONTRA T

Para realizar esta medición el terminal “LINE” del “megger”, se conecta a un borne de BT del transformador a probar y el terminal “EARTH” se conecta a la tierra de éste mismo, se aplica

tensión (2500V).

CHEQUEO AT CONTRA T

Luego se mide AT contra tierra; para esto el terminal “LINE” se conecta en un borne de AT y

el terminal “EARTH” a la tierra del transformador, se aplica la tensión durante 60 segundos y se toma la lectura.

CHEQUEO AT CONTRA BT

La última medición es AT contra BT, para esto el terminal “EARTH” se coloca en cualquier

borne de BT y el terminal “LINE” en cualquier borne de AT, al igual que en los dos mediciones

anteriores se aplica tensión durante 60 segundos y se toma la lectura.

No se realiza la prueba de BT contra AT, puesto que el resultado de esta seria la misma de

AT contra BT, por esta razón solo se realiza una de las dos.

38

Cuando se finaliza cada prueba de Aislamiento con “Megger”, es necesario aterrizar los

bornes en los que se realizaron para las medidas, puesto que quedan cargados, para esto se deja un caimán, una pata se deja a tierra y la otra se deja libre para aterrizar.

El esquema de conexiones para realizar esta prueba es el mismo tanto para transformadores

monofásicos como trifásicos.

2.1.1.5 PRUEBA DE TENSION APLICADA.

REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS INSTRUMENTO: TRANSFORMADOR DE POTENCIAL 40000[KVA] (TP).

PROCEDIMIENTO:

Esta prueba se realiza con un transformador de potencial de 40000 KVA, para probar los aislamientos entre AT y tierra y BT y tierra y verificar las distancias mínimas. Antes de

comenzar la prueba se enciende una lámpara de señalización roja (giratoria), la cual

anuncia que se va a comenzar a trabajar con niveles de alta tensión.

Se debe aplicar tanto para AT como para BT aproximadamente el 75% de más del valor nominal.

CHEQUEO BT CONTRA T.

Cortocircuitamos los bornes de BT incluyendo el punto neutro, con un alambre calibre 17

AWG desnudo, se conecta la salida del transformador de potencial a cualquier borne de BT y se le aplica 7.5 KV por 60 segundos, esto se maniobra con ayuda del banco de pruebas. Los

devanados de AT también se deben dejan cortocircuitados con un alambre 17 AWG desnudo,

éste puede ser conectado a tierra o no, puesto que la tensión que se aplica en BT la puede

soportar dicho devanado. Con el caimán libre se aterrizan los bornes de BT para evitar

posibles accidentes.

Esta prueba no nos arroja ningún valor, sólo se verifica que el aislamiento no tenga ninguna

falla.

39

Diagrama de conexiones:

1*17 AWG desnudo

AT

U V W

BT x y z Pn

TP TT

1* 17 AWG desnudo

(Aplicación de tensión TP)

7.5KV * 60seg Figura n° 14 esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada BT contra T.

TT : tierra del transformador. TP : transformador de potencial. CHEQUEO AT CONTRA BT Y TIERRA Cortocircuitamos los bornes de AT con un alambre calibre 17 AWG, se conecta la salida del transformador de potencial a cualquier borne de AT y se le aplican 25 KV durante 60 segundos, los bornes de BT no son desconectados, por el contrario siguen cortocircuitados y se aterrizan.

TP

40

Diagrama de conexiones: (Aplicación de tensión TP)

25KV * 60seg

1*17 AWG desnudo AT U V W

BT x y z Pn

TT

1*17 AWG desnudo

Figura n° 15 esquema de conexiones para prueba de tensión aplicada

AT contra BT y T.

Si el transformador presentara alguna falla de aislamiento, se dispararían las protecciones del

banco y los lectores de corriente se elevarían.

2.1.1.6 PRUEBA DE TENSION INDUCIDA REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS

INSTRUMENTO: BANCO DE PRUEBAS (BP)

PROCEDIMIENTO.

Esta prueba se realiza para descartar que existan fallas en el bobinado, como corto entre

espiras, que el devanado se encuentre abierto, es decir que no tenga continuidad.

El transformador debe estar aterrizado al banco de prueba. Con ayuda del banco de pruebas activamos un generador el cual nos proporciona una frecuencia de 415 Hz, la cual se le

aplica al transformador durante 18 segundos y el valor de la tensión debe ser el 75% más de

TP

41

la nominal del devanado de BT. Al finalizar esta prueba el transformador debe ser aterrizado

para evitar posibles accidentes, puesto que como es aproximadamente el doble de tensión existe mayor riesgo.


AT U V W

BT x y z Pn

TT

(Aplicación de tensión por BT) 75% más de Voltaje nominal = 324 [V]

a 415 Hz * 18seg Figura n° 16 esquema de conexiones para prueba de tensión inducida

por BT.

BP = banco de pruebas.

2.1.1.7 PRUEBA SIN CARGA (En vacío) REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS

INSTRUMENTO: BANCO DE PRUEBAS (BP)

PROCEDIMIENTO.

Esta prueba se realiza con el fin de deducir el grado de saturación de núcleo, a la vez que

permite caracterizar la rama magnética del circuito equivalente del trafo.

BP

42

Se aterriza el transformador a banco de pruebas. Se puede conectar a cualquiera de los

devanados (AT o BT)del transformador a su tensión nominal y a 60 Hz, pero por seguridad se realiza por baja tensión. Se toman las medidas de corriente de cada fase por medio de

amperímetros, el valor de potencia por medio de un vatímetro trifásico y tensión por medio de

un voltímetro.


AT U V W

BT x y z Pn

TT

(Aplicación de tensión Vn BT )

Figura n° 17 esquema de conexiones para prueba sin carga.

Vn = voltaje nominal

BT = baja tensión

BP = banco de pruebas

V V

BP

A A A

43

2.1.1.8 PRUEBA EN CORTO CIRCUITO

REALIZADA EN: CAMPO DE PRUEBAS INSTRUMENTO: BANCO DE PRUEBAS (BP)

PROCEDIMIENTO.

Esta prueba se realiza para determinar las perdidas en el cobre, permitiendo completar los

parámetros para el circuito equivalente del trafo. Como esta prueba se realiza a su tensión nominal hay que verificar que el conmutador este

puesto en la posición correspondiente. Se aterriza el transformador al banco de pruebas y se alimenta por el lado de AT (U V W)

con las salidas del banco de pruebas y el devanado de BT se cortocircuita incluyendo el

punto neutro (x y z, y Pn). Cuando la corriente en el devanado de BT alcance su valor

nominal medida con una pinza electromagnética, la tensión de corto circuito será la leída en el voltímetro en ese instante.


(Aplicación de tensión)

AT U V W

BT x y z Pn

Figura n° 18 esquema de conexiones para prueba corto circuito.

A

V V

BP

44

2.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO A TRANSFORMADOR

DE 630 KVA.

Al llegar el transformador se llena una ficha de entrada, la cual contiene la siguiente

información: 1

No. Recibo: 2163

Cliente: Universidad Militar Nueva Granada Fecha: 24 / 03 / 03

Marca: siemens

Numero: 58679

KVA: 630 No fases: 3

Tensiones: 11400 / 210

Conexión: DYN5

Tipo: Año de fabricación: 82 Referencia:

Inspección: Reparación: Mantenimiento:

Nota: primer mantenimiento desde su fabricación.

Algunos de estos datos se obtienen a través de la placa característica de cada transformador,

siempre y cuando el transformador la traiga.

Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia su respectivo formato IER-100. 2

Se observa que el nivel de aceite, la válvula de salida, tierra, el tanque, los pasatapas, los

herrajes se encuentran en buen estado, además se determina que trae su bobinado original y

sus prensas perfil L. También se observa que la placa característica hace falta. El núcleo de este transformador es de tipo columnas, y esta en buen estado su presentación

1 Ver anexo 1 (Ficha de entrada) 2 Ver anexo 2 (Formato IIT-100, inspección inicial).

X

45

(pintura) exterior, pero la interior esta defectuosa.

Después se le realizaron las pruebas de aislamiento y relación de transformación; ya

descritas en la parte de pruebas a transformadores, dichas pruebas arrojaron los siguientes

datos:

Prueba de aislamiento (“Megger”).

BT/T AT/T BT/AT

10000M 14000M 17000M Tabla n° 1 resultados prueba de aislamiento inspección

de trafo de 630 KVA.

Prueba de Relación de transformación (TTR)

POSICION U V W

1

2

3 91.399 91.399 91.398

4 89.098 89.098 89.097

5 86.795 86.799 86.798 Tabla n° 2 resultados prueba de relación de transformación. TTR

de trafo de 630 KVA

Esta medición solo se realizó en las posiciones 3,4, y 5 del conmutador, y se observa que

coinciden , es decir el trafo está bien en estas, pero se debe realizar la medición en todas las

posiciones puesto que se pueden observar fallas en los taps, en el bobinado o en el

conmutador.

Luego se procede a quitar la tapa del transformador y se extrae totalmente el aceite para

realizar un cambio de éste ya que la empresa no realiza tratamiento para recuperación de aceites. Este aceite es retirado por medio de un registro (tapón), ubicado en la parte inferior

del transformador; éste registro se abre con una llave expansiva o alemana, se saca el aceite

y se almacena en unas canecas debidamente marcadas (aceite quemado), para luego ser

46

vendido a empresas que se dedican a la fundición de metales. A continuación se

desconectan las salidas de BT y se retiran los herrajes de esta misma, con ayuda de una llave para tubo.

Luego se retira la perilla del conmutador, la tuerca que sostiene el eje de este mismo y se

quita el conmutador (regulador de voltajes).

ESQUEMA

Perilla P F 4 3 Eje 5

6 2 1

Figura n° 19 el conmutador y sus partes.

El conmutador cuenta con ocho salidas: un principio y un final, y seis derivaciones.

NOTA: la posición del conmutador solo es cambiada para realizar las pruebas pertinentes, al ser entregado al cliente éste debe llevar la posición con la que llegó a la empresa.

Después se retira el anclaje que sostiene la parte activa (núcleo, bobinas) del transformador

dentro del tanque o cuba, se coloca una guaya para desencubarlo con ayuda de una

diferencial eléctrica la cual soporta (2 Ton) dos toneladas, y se colocan sobre el tanque unas

de bases de madera o metal para poder descargarla; se descarga la parte activa sobre éstas

para que escurra todo el aceite posible, luego de que esto ocurra se hala la parte activa con la diferencial y se lleva al horno, mientras el tanque es llevado a la sección de lavado, en

donde el interior de éste se lava con gasolina y el exterior con agua y jabón; también aquí

lijan las partes oxidadas para luego pasar a la sección de pintura en donde se le aplican de

80 a 100 micras: el tanque viene de fabrica con 60 micras de corrosivo (base) y 60 micras de pintura, de ELÉCTRICOS INGENIERÍA Y SERVICIOS LTDA sale con 200 a 220 micras en

total. La pintura que se aplica es Terinsa Laca Super 2062. Esto es aplicado para todos los transformadores que se les presta el servicio, ya sea mantenimiento o reparación.

47

La prueba de medición de micras se realiza con un Elcómetro, el cual se coloca sobre la

superficie pintada y nos indica el espesor de la pintura en micras. Esta prueba no se le realiza a la totalidad de los tanques, sino que se escoge aproximadamente uno en un

promedio de diez. En esta sección también se demarcan las fases de AT (U V W) y de BT (x

y z y punto neutro), así como su potencia en KVA (630), marca del transformador, voltaje de

AT (11400 [V]) y voltaje de BT (216 [V]). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS),

en el cual se especifica si el servicio que se ha prestado es de mantenimiento o reparación, que para el caso descrito se trata de mantenimiento.

Como la parte activa se encuentra dentro del horno para su secamiento total, es decir que el

aceite salga totalmente del núcleo y bobinas; este es encendido a 75° C por un tiempo de 6

horas, luego se regula con el termostato a 100° C por un tiempo de 12 a 16 horas según la

carga de horno, dependiendo número de transformadores que estén dentro de éste.

Al transcurrir el tiempo indicado, el horno es apagado y su puerta se abre durante 15 minutos

para que salga el vapor. La parte activa es sacada con ayuda de la diferencial para su

encubamiento; para esto se trae el tanque terminado a la sección de encube y se introduce la parte activa dentro de éste. Para este procedimiento la parte activa debe estar mínimo a una

temperatura de 80° C, para evitar que ésta reciba humedad del medio ambiente.

Luego se ancla la parte activa al tanque para evitar que éste quede en movimiento; el

transformador tiene dos anclajes, uno a cada lado; después de terminado este procedimiento

se coloca el conmutador, se ajusta la tuerca que sostienen el eje de éste, y por último se

coloca la perilla. Después se llena de aceite el tanque hasta tapar la parte activa; este aceite debe estar con una temperatura de 60 a 70° C para evitar que la parte activa se enfrié y así

que le entre humedad. El calentamiento del aceite se realiza con ayuda de la filtro prensa la

cual se utiliza en este momento solo para este procedimiento; el cual consiste en introducir el

aceite nuevo, en el tanque de la filtro prensa, para luego ser calentado por medio de unas resistencias durante 3 horas aproximadamente, posteriormente es introducido en el tanque

del trafo. La empresa esta realizando investigaciones para utilizar la filtro prensa en

tratamiento de aceites, es decir poder recuperar los aceites con los que llegan los

48

transformadores.

Después se col ocan los herrajes de BT y punto neutro; a estos herrajes se le han cambiado

los empaques previamente. Para este trafo se utilizaron los siguientes empaques: TH

0019,TH 0030, TH 0031, TH 0052, TH 0086. Para la parte de AT solo se utilizaron dos

empaques: TH 0043 y TH 0125.

Después de este procedimiento se completa el nivel de aceite, el cual viene especificado en

el tanque, luego se coloca el empaque de la tapa ( de 13mm cambiado previamente); éste

empaque va pegado al tanque con una solución instantánea de nombre “Loctín”, y para que

se adhiera mejor se quita la capa de pintura en las partes en donde se va aplicar. Luego se coloca la tapa con toda su tortillería y se ajustan los aisladores y herrajes de AT.

Luego de esto se realiza la prueba de vacío mecánico para garantizar la hermeticidad, ésta

descrita en pruebas a trafos. Se diligencia el formato IEP 150 el cual trae la siguiente información: 3

Prueba presión inicial Tiempo (min.) Presión final

De vacío 10 30 8 Tabla n° 3 resultados prueba de hermeticidad de trafo de 630 KVA.

Posteriormente de realizar esta prueba el transformador es llevado al campo de pruebas.

Antes de comenzar a realizar las respectivas pruebas respectivas de esta sección, se delimita

el área en donde se llevaran a cabo dichas pruebas, esta delimitación se hace por medio de

una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de

tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta

de entrada.

En este campo de pruebas se llevan a cabo las siguientes pruebas:

Prueba de aislamiento. Prueba de resistencia de los devanados (entre fases).

3 Ver anexo 3 (formato IEP-150)

49

Prueba de relación de transformación.

Prueba de tensión aplicada. Prueba de tensión inducida.

Prueba sin carga (en vacío).

Prueba en corto circuito.

Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, Ver

numeral 13.1; se obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-100.(protocolo de pruebas). 4

PRUEBA AT-T BT-T AT-BT

Aislamiento 14000M 10000M 17000M Tabla n° 4 resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 630 KVA.

U – V U – W V – W

82.1 [] 80.5 [] 83.3 [] Tabla n° 5 resultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 630 KVA.

BT -AT y T AT – BT y T Tiempo

7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 6 tensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 630 KVA.

Tensión Frecuencia Tiempo

324 415 Hz 18 seg Tabla n° 7 tensiones inducidas y tiempo. Trafo de 630 KVA.

Tensión [V] Iu [A] Iv [A] Iw [A]

216 18 15 19 Tabla n° 8 medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 630 KVA.

4 Ver anexo 4 (Formato PP-100)

50

I = 31.19 [A] V = 518 [V] Perdidas = 7980[W] Tabla n° 9 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito. Trafo de 630 KVA.

Después de realizar estas pruebas, el transformador queda totalmente terminado, éste es llevado a la sección de almacenamiento, la cual se encuentra dentro de la empresa; listo

para su entrega al cliente con un documento en donde se encuentran las pruebas que se le realizaron y los datos que arrojaron.

2.1.2.1 CÄLCULOS TEÓRICOS TRAFO DE 630 KVA

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRAFO

PARTIENDO DE LAS PRUEBAS DE CORTO CIRCUITO

Y PRUEBA EN VACIO.

Es posible llegar a determinar experimentalmente los valores de las resistencias e

inductancias del modelo del transformador, esto gracias a las pruebas de corto circuito y circuito abierto, con las cuales lograremos una aproximación adecuada para estos valores.

Estos cálculos representan un valor agregado, como aporte de los pasantes a la Empresa, lo

cual es un elemento útil para algún tipo de análisis del sistema eléctrico del cual haga parte el

transformador. Es posible elaborar un circuito equivalente que tenga en cuenta las principales

imperfecciones de los transformadores reales. Se considera cada una de estas

imperfecciones y sus defectos se incluyen en el modelo del transformador.

El efecto más sencillo de modelar son las perdidas en el cobre, estas son las perdidas

resistivas en los devanados primario y secundario del transformador. Se modelan disponiendo un resistor Rp y un resistor Rs en el circuito secundario del transformador. [2]

51

][26.55

][11400

][630

216

11400

630

AInAT

V

KVAInAT

VnAT

SnInAT

VnBT

VnAT

KVAordeTansformad

=

=

=

==

ALIMENTACIÓN PRUEBA FRECUENCIA[Hz] TENSIÓN[V] CORRIENTE[A] POTENCIA[W]

Lado BT O.C 60 216 17.3 1220

Lado AT C.C 60 518 31.9 7980 Tabla n° 10 resultados pruebas o.c y c.c. Trafo de 630 KVA.

o.c = open circuit = circuito abierto

c.c = short circuit = corto circuito

- Prueba de circuito abierto : Perdidas en el hierro = 1220[W]

De la prueba de circuito abierto hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas

en el hierro del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama magnética.

El factor de potencia durante la prueba fue:

][3.17*][216][1220

*

AV

WCosPF

IoVoc

PocCosPF

==

==

ϕ

ϕ

PF= 0.3264 en atraso

52

La admitancia de excitación esta dada por:

MCE

E

E

E

Xj

RjY

Y

CosV

AY

PFCosVoc

IocY

11570.7614.2

][944.700092.8

3264.0][216

][3.17

22

2

1

1

−=−=

Ω°−∠=

−∠=

−∠=

−−

−

−

−

Por tanto

][255.3802641.0

1Ω==CR

BT

][210.130757.0

1Ω==MX

- Prueba de corto circuito: Perdidas en el Cobre = 7980[W]

De la prueba de corto circuito hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas en

el cobre del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama equivalente.

El factor de potencia durante la prueba de corto circuito es:

][9.31*][518

][7980

*

AV

WCosPF

IccVcc

PccCosPF

==

=

ϕ

ϕ

PF = 0.4829 en atraso La impedancia serie está dada por:

53

][219.14841.7

][125.61238.16

4829.0][9.31][518 1

1

Ω+=

Ω°∠=

−∠=

−∠=

−

−

jZ

Z

CosA

VZ

PFCosIcc

VccZ

SE

SE

SE

SE

Entonces, l a resistencia y la reactancia son: AT

][841.7Re Ω=q ][219.14 Ω=Xeq Refiriendo los valores obtenidos en BT, al lado de AT, se emplean las siguientes expresiones, Según el libro ELECTRIC MACHINERY AND TRANSFORMERS, Guru et al, Editorial Oxford, Segunda edición, 1995.

][9.3821.13*3.54*

][7.112255.38*3.54*

3.54210

11400

22

22

Ω===

Ω===

===

KXaX

KRaR

N

Na

MBTMAT

cBTcAT

BT

AT

Figura N° 20 Circuito equivalente del trafo de 630[KVA], 11400 / 210

referido al lado de alta tensión primario.

54

Basado en:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Stephen J. Chapman, tercera edición, Mayo de 2000. Pag 82 – 90.

2.1.3 REPARACION A TRANSFORMADOR MONOFASICO DE 15 KVA

SEGUIMIENTO AL SEGUNDO TRANSFORMADOR.

Al, igual que el transformador anterior, se llena una ficha de entrada la cual contiene la

siguiente información. Ver anexo 1.

No. Recibo: 2173 Cliente: ALCALDIA DE ICONONZO

Fecha: 01 / 04 / 03

Marca: TPL

Numero: 98039

KVA: 15

No fases: 1

Tensiones: 13200 / 240 - 120 Conexión: Ii0

Tipo: T T D

Año de fabricación: 90 Referencia:


Nota: segunda reparación desde su fabricación.

Algunos de estos datos se obtienen a través de la placa característica de cada transformador. Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia su respectivo formato (IER-100). Ver anexo 2.

X

55

Se determina que el transformador esta quemado por su olor y presentación. Se destapa la parte superior para revisar el aceite, pero este venia sin aceite y su bobina completamente quemada, por lo tanto es necesario realizar procedimientos diferentes a los que se realizan en mantenimiento, estos son: Cambio de aceite totalmente nuevo y construcción de la bobina. Se procede a desconectar las salidas de BT con sus respectivos herrajes con ayuda de una

llave para tubo.

Luego se retira la perilla del conmutador, se retira la tuerca que sostiene el eje de este mismo

y se quita el conmutador. Ver figura n° 19.

NOTA: la posición del conmutador solo es cambiada para realizar las pruebas pertinentes, al ser entregado al cliente este debe llevar la posición con la que llega a la empresa.

Después se retira el anclaje que sostiene la parte activa (núcleo, bobina) del transformador

dentro del tanque o cuba, se desencuba con ayuda de una diferencial eléctrica, luego de esto

la parte activa es llevada al horno, y el tanque es llevado a la sección de lavado. En donde el

interior y el exterior de éste es lavado de igual manera que el trafo anterior . Durante esta etapa se lijan las partes oxidadas y luego se pinta.

De igual manera que en el trafo anterior se demarcan las fases de AT (U V) y de BT (x y, y punto neutro), así como su potencia en KVA (15), marca del transformador, voltaje de AT

(13200) y voltaje de BT (240-120). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS) en el cual se especifica que fue reparado.

En la parte de desarme, el núcleo es retirado de manera que al volverlo a armar éste quede

de igual forma a como estaba construido; para esto se llena un formato (IEP 110) en el cual

se especifica la marca del transformador, la potencia en KVA, número de fases, diseño, número de transformador. 5

También se especifican los siguientes datos:

Tipo de núcleo: Encintado Calibre:

Ancho de la lámina: 153 mm Paquete de lámina: 45mm

Ancho de la ventana: 50 mm Altura de la ventana: 115mm

5 Ver anexo 5 (formato IEP-110)

56

Altura total de la bobina: 283mm. Ancho total de la bobina: 120mm

Peso total: Estado: Sucio: Parcial _X_ Total___

ESQUEMA b a

Figura n° 21 Desarme de la bobina.

Luego es llevado a la sección de limpieza, allí es sumergido en Xilol, para que todas las

partículas de aceite, carbón y otras se desprendan de las láminas, luego de 30 minutos se saca y se sopla con aire para que quede totalmente seco.

La bobina es llevada a la sección de bobinado para que sean tomados también sus

respectivos datos, los cuales son diligenciados en un formato (TDB-100). Algunos de los

datos que le son tomados son: 6

Marca del transformador: TPL

N° de serie: 98039

N° de diseño:

N° de fases 1

Potencia: 15 KVA

Tensiones: 13200/240-120

Tipo de bobinado: BT/AT AT/BT BT/AT/BT Cilíndrico BT/AT

Dimensiones del Taco: ancho: 95mm largo: 160mm alto: 110mm

Dimensiones de la bobina: aB: 190mm bB: 295mm Espesor:45mm

Numero de salidas: 8 6 Ver anexo 6 (Formato TDB -100)

X

57

En Alta Tensión se toman los siguientes datos:

Calibre del alambre: 23AWG Peso del bobinado: 6 Kg.

Aislamiento entre capas: 1 de 0.25mm

Espiras por capa: 133.5

Medida de collar: 15 mm

Numero de capas: 18 Canales de refrigeración: Mitad

N° de espiras totales: 2368 Aislamiento AT/BT: 3mm (12 capas de 0.25mm)

Salidas para el conmutador: P 6 5 4 3 2 1 F

Para Baja Tensión se toman los siguientes datos:

Tipo de alambre: Fleje Rectangular AWG Dimensiones: 3*8.2mm

N° de espiras/N° de capas: 10 ½ espiras x 4 capas

Aislamiento Cap/esp: 1 de 0.25mm

Sentido/salida: Derecha Refrigeración: Cuña de madera alrededor terminando la BT de 4mm

Finalmente se deja una parte de observaciones:

Luego de esta toma de datos se empieza a limpiar el alambre o fleje para ver si se puede recuperar es decir si se puede volver a utilizar, y se realiza el corte de los materiales que se

van a utilizar (papeles, collares, y cilindros).

Ya para cuando se va a iniciar a devanar la bobina se alista el taco (cilindro) con su

respectiva formaleta, y se cuadra de la misma manera en que venia y se empieza el proceso.

Cilindro o taco: hecho de papel Prespan de 2mm y se recubre con papel “Shela” de 0.25mm (dos vueltas aproximadamente).

Para reforzar el cilindro se le colocan tres vueltas más de papel aislante (“Shela”) de

X

58

0.13mm, éstas son pegadas con una solución que se llama Reometol. Este papel también se

puede pegar con Colbon, pero el colbon es una solución que posee demasiada humedad a comparación con el reometol.

Se coloca el taco en eje de la máquina de bobinado de BT teniendo en cuenta el sentido de la

bobinas, este transformador presenta un tipo de bobinado BT/AT.

BOBINADO DE BT.

Este bobinado esta compuesto de 10 21 espiras por capa, son 4 capas de alambre

rectangular con dimensiones de 3*8.2mm para un total de 42 espiras para BT, cada una aislada con una vuelta de papel aislante (“Shela” 0.25mm).

Se comienza el proceso de bobinado para BT; para esto se saca un terminal

aproximadamente de 30cm y se empieza a devanar la primer capa, esta de 10 21 espiras y

se aíslan cada una con papel “Shela” de 0.25. Luego se empieza a devanar la segunda capa

y así sucesivamente hasta completar las 4 capas, de esta última capa se saca el final de la

bobina de BT y se le coloca una cuña de madera de 4 mm, alrededor de la bobina.

BOBINADO DE AT.

Después de esto se empieza a bobinar AT con ayuda de la máquina bobinadora de AT, se

inicia aislando BT de AT con papel aislante de calibre 0.25mm (12 vueltas, ya que el aislamiento entre bobinas debe ser de 3mm).

Luego se coloca un collar de 15mm de ancho (papel “Shela” 0.25mm), el cual se utiliza para evitar que las espiras se salgan de la bobina y para aislar el devanado del núcleo. Se deja

una salida de 30cm la cual va ser el principio de la bobina de AT; se devanan 1068 espiras

para el segundo terminal (Tap 6).

Se hicieron 8 capas (aislada una de otra con papel aislante de 0.25mm), cada una de 133.5

espiras para lograr este TAP. Para sacar el tercer terminal (TAP 5) se devanan 58 espiras y se aísla con una capa de papel

aislante de 0.25mm, luego se dan otras 58 y se saca el Tap 4 se aísla con una vuelta de papel “Shela” de 0.25mm y se dan otras 58 vueltas para sacar el TAP 3, se aísla con papel

“Shela” de 0.25mm y se dan otras 58 vueltas para el TAP 2 se aísla y se dan 1068 de la

59

misma manera que al principio y se saca el TAP 1 y al final quedan 8 salidas incluyendo

principio y final de la bobina.

ESQUEMA P 6 5 4 3 2 1 F

1068 58 58 58 58 58 1068

Figura n° 22 Derivaciones de la bobina.

Al terminar de construir la bobina esta sale con un “sticker” el cual es el formato (MB 110), en

el cual se especifica la marca del transformador, la capacidad, voltaje AT y voltaje BT, bobinador de AT, bobinador de BT y fecha. 7

Después de que se le coloca el “sticker” a la bobina, ésta pasa a la sección de curado.

CURADO El objetivo de este proceso es darle una resistencia mecánica por medio de la compactación

a la bobina para que ésta pueda soportar mayores descargas eléctricas y esfuerzos

mecánicos.

Después de que la bobina ha sido aprobada, pasa a la sección de ensamble para ser prensada; el proceso se realiza colocando un taco de madera en el cilindro de la bobina el

cual debe tener las mismas medidas de éste, de lo contrario la bobina puede quedar grande o

pequeña. Luego se realiza el prensado de la bobina con unas planchas metálicas las cuales

7 Ver anexo 7 (Formato MB 110)

60

ajustan al máximo, separadas de la bobina con un papel llamado “Mailan”, el cual evita que la

bobina se adhiera a la lámina; dichas láminas son ajustadas hasta tener las dimensiones dadas en el formato IEP 110 (Ver anexo 6), antes de introducir al horno, después de esto se

introduce la bobina al horno a una temperatura aproximadamente de 110°C, la cual permite

dar una mejor forma a la bobina y que el papel epóxico “(Shela)” se adhiera entre capas para

dar una resistencia mecánica al bobinado, este proceso dura aproximadamente 2 horas y 30

minutos (2.5h), enseguida de lo cual se aumenta la temperatura del horno a 120°C durante 30minutos (0.5h) más; transcurrido este tiempo se saca la bobina del horno y se deja enfriar,

sin retirar el taco ya que la bobina se puede ampliar. Para este procedimiento existe un formato IEP 120 en el cual se diligencia la siguiente información: 8

Inspección visual: Bueno: Malo:

Colocación de la bobina: Bueno: Malo:

Ajuste Taco: Bueno: Malo:

Dimensiones de la bobina: ab 185mm bB 300mm EB 40mm

Temperatura (°C): Inicial 110 Final 120 Tiempo: 3 Hrs

Fecha: 7 / 04 / 03 Elaboro: Firma:

MONTAJE PARTE ACTIVA Luego del curado, se pasa a la sección de ensamble, para realizar el montaje de la parte

activa. Como el núcleo ya esta limpio, se trae la bobina a la banda de montaje, como éste es de tipo

encintado, se comienza a meter por paquetes, se arma de adentro hacia fuera, de tal manera

que coincidan sus láminas, o sea su cierre y se aprieta con un suncho (abrazadera) para que ayude a compactar el núcleo, se golpea con un mazo de caucho para que no quede abierto el

cierre, luego se le coloca cinta alrededor para que no se abra y se le quita la abrazadera; después se sigue armando por paquetes y compactando de la misma forma hasta terminar el

armado de este lado. Después se procede a armar el otro extremo de la bobina de la misma manera que el anterior.

8 Ver anexo 8 (Formato IEP-120)

X

X

X

61

Luego se colocan aislamientos con papel Prespan de 1 mm, entre la bobina y el núcleo, este

aislamiento se coloca porque la bobina es BT/AT, lo que quiere decir, que la AT queda más cerca del núcleo y se puede producir un arco eléctrico, debido al nivel de tensión que existe

en AT; si fuera al contrario no seria necesario, es decir BT-AT, colocar los aislamientos.

Como este transformador trae su bobina entre una caja metálica, es necesario aislarla con

papel “Shela” de 0.25mm; se coloca en los bordes que quedan contra el núcleo, luego se introduce en ésta la parte activa (núcleo y bobina) y se le colocan sus respectivos tornillos, los

cuales se aprietan con una llave de ½ o 9/16 estrella o 9/16 fija. Luego se realizan las conexiones, se conecta el neutro de BT, se sueldan las terminales y se aíslan, después se

conecta AT y se aísla con papel “Prespan”, al que se hacen un hueco en cada esquina para

amarrar las terminales y se conectan los 6 Taps al conmutador.

ESQUEMA DE CONMUTADOR P F Figura n° 23 montaje del conmutador.

Luego se termina este procedimiento, probando la relación de transformación, un chequeo de aislamiento con “Megger” y resistencia del devanado de AT; el transformador se deja en la

P 6 5 4 3 2 1 F

6

62

posición que traía el conmutador, estos datos son registrados en el formato IEP-130 el cual

trae la siguiente información: 9

Inspección visual: Conexiones: Pantallas: Distancias: Presentación:

Prueba de relación de Transformación:

Posición Fase Tensión

1 56.085

2 55.065 13200

3 53.680

4 52.290

5 50.805 Tabla n° 11 medida de la relación de transformación de trafo monofásico de 15 KVA.

Sólo existe una medida puesto que el trafo solo tiene dos fases U y V, y esta prueba se debe

realizar entre fases, es decir que si se mide entre V y U nos va arrojar el mismo valor, y se

realiza en las 5 posiciones que trae el conmutador.

Resistencia del devanado AT: 116.5 Posición del conmutador: 2

Aislamiento con Megger [M]: BT/AT: 200 BT/T: 100 AT/T: 300 Tensión: 500V Tiempo: 60 segundos

SECAMIENTO DE LA PARTE ACTIVA Luego se mete la parte activa al horno para que el papel “Shela” se adhiera entre las

diferentes capas del bobinado y eliminar toda la humedad que pueda tener ésta, una vez cerrado el horno se justa el termostato a 75 °C; ésta temperatura se alcanzara dentro de 5

horas aproximadamente, y cuando se estabiliza en esta temperatura, se ajusta nuevamente el termostato a 90°C por un tiempo de 16 horas para su secamiento total. Para este proceso

se llena el formato IEP 140 el cual contiene la siguiente información: 10

9 Ver anexo 9 (Formato IEP-130) 10 Ver anexo 10 (Formato IEP-140)

X X X

63

Inspección visual:

Conexiones: Pantallas: Distancias: Presentación:

Horno: Temp. Inicial (°C): 75 Tiempo: 16Hrs Temp. Final (°C): 90

ENCUBE.

Después de esto, se saca la parte activa del horno, con la ayuda de la diferencial y se

introduce dentro del tanque. La parte activa se ancla dentro del tanque para evitar que quede

en movimiento, estos anclajes (2) se encuentran a cada lado del tanque. La parte activa se debe introducir a no menos de 80°C, para evitar que ésta pueda recibir humedad del medio

ambiente, después de terminado este procedimiento se coloca el conmutador, se ajusta la

tuerca que sostienen el eje de éste y por último se coloca la perilla.

Después se colocan los herrajes de BT con sus respectivos empaques, para evitar fugas de

aceite. Luego se llena de aceite el tanque hasta llegar su nivel; este aceite debe estar con

una temperatura de 60 a 70° C para evitar que la parte activa se enfríe y así que le entre

humedad.

El siguiente paso es colocar la tapa con su respectivo empaque que se debe pegar con

pegante instantáneo, dicha tapa ya viene con los herrajes de AT puestos y se asegura con un tornillo el cual llega a un pasante, esto solo se hace en transformadores TPL. Luego se

procede a realizar la prueba de vacío mecánica o hermeticidad, para la cual arrojo los

siguientes datos los cuales se diligencian en el formato número IEP 150: Ver anexo 3.


De vacío: 10 30 8 Tabla n° 12 resultados prueba de hermeticidad de trafo monofásico de 15 KVA.



X X X X

64


una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección

del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta

de entrada.

En este campo de pruebas se llevan a cabo las siguientes pruebas: Prueba de aislamiento.

Prueba de resistencia de los devanados (entre fases). prueba de relación de transformación.

Prueba de tensión aplicada.

Prueba de tensión inducida.

Prueba sin carga (en vacío). Prueba en corto circuito.

Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben

tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, se obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-

100.(protocolo de pruebas). Ver anexo 4.

Prueba AT-T BT -T AT-BT

Aislamiento 16000M 17000M 18000M Tabla n° 13 resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo monofásico.

U – V

119.9 [] Tabla n° 14 Medida de la resistencia de los devanado.


7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 15 tensiones aplicadas y tiempo.

65


324 415 Hz 18 seg Tabla n° 16 tensiones inducidas y tiempo.

Tensión [V] Iu [A]

240 1.15 Tabla n° 17 medidas de tensión y corrientes sin carga.

I = 1.13 [A] V = 400 [V] Perdidas = 230[W] Tabla n° 18 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.

Después de realizar estas pruebas, el transformador queda totalmente terminado, éste es

llevado a la sección de almacenamiento, la cual se encuentra dentro de la empresa; listo para su entrega al cliente con un documento en donde se encuentran las pruebas que se le

realizaron y los datos que arrojaron.

2.1.3.1 CÁLCULOS TEÓRICOS

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRAFO PARTIENDO DE LAS PRUEBAS DE CORTO CIRCUITO

Y PRUEBA EN VACIO.

Es posible llegar a determinar experimentalmente los valores de las resistencias e

inductancias del modelo del transformador, esto gracias a las pruebas de corto circuito y

circuito abierto, con las cuales lograremos una aproximación adecuada para estos valores.

Estos cálculos representan un valor agregado, como aporte de los pasantes a la Empresa, lo

cual es un elemento útil para algún tipo de análisis del sistema eléctrico del cual haga parte el

transformador.

66

Es posible elaborar un circuito equivalente que tenga en cuenta las principales

imperfecciones de los transformadores reales. Se considera cada una de estas imperfecciones y sus defectos se incluyen en el modelo del transformador.

El efecto más sencillo de modelar son las perdidas en el cobre, estas son las perdidas

resistivas en los devanados primario y secundario del transformador. Se modelan

disponiendo un resistor Rp y un resistor Rs en el circuito secundario del transformador. [2]

][13.1

][13200

][15

][240

][13200

15

AInAT

V

KVAInAT

VnAT

SnInAT

VVnBT

VVnAT

KVAordeTansformad

=

=

=

==


Lado BT O.C 60 240 1.15 80

Lado AT C.C 60 400 1.13 230 Tabla n° 19 resultados pruebas o.c y c.c.




De la prueba de circuito abierto hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas en el hierro del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama magnética.

El factor de potencia durante la prueba fue:

67

][15.1*][240

][80

*

AV

WCosPF

IoVoc

PocCosPF

==

==

ϕ

ϕ

PF= 0.289 en atraso

La admitancia de excitación esta dada por:

MCE

E

E

E

Xj

RjY

Y

CosV

AY

PFCosVoc

IocY

11587.43848.1

][201.737916.4

289.0][240][15.1

33

3

1

1

−=−=

Ω°−∠=

−∠=

−∠=

−−

−

−

−

Por tanto

][125.7223848.1

13 Ω== −CR

BT

][007.218587.41

3 Ω== −MX

- Prueba de corto circuito: Perdidas en el Cobre = 230[W]

De la prueba de corto circuito hallamos una potencia activa, la cual simboliza las perdidas en

el cobre del transformador, y gracias a esta prueba podemos hallar la rama equivalente. El factor de potencia durante la prueba de corto circuito es:

68

][13.1*][400

][230

*

AV

WCosPF

IccVcc

PccCosPF

==

=

ϕ

ϕ


][71.30413.180

][41.5998.353

5088.0][13.1][400 1

1

Ω+=

Ω°∠=

−∠=

−∠=

−

−

jZ

Z

CosA

VZ

PFCosIcc

VccZ

SE

SE

SE

SE

Entonces, l a resistencia y la reactancia son:

AT ][13.180Re Ω=q ][71.304 Ω=Xeq

Refiriendo los valores obtenidos en BT, al lado de AT, se emplean las siguientes expresiones:

][66.0][5.659007.218*55*

][18.2125.722*55*

55240

13200

22

22

Ω≈Ω===

Ω===

===

MKXaX

MRaR

N

Na

MBTMAT

cBTcAT

BT

AT

69


referido al lado de AT tensión.

Basado en:

MÄQUINAS ELÉCTRICAS, Stephen J. Chapman, tercera edición, Mayo de 2000. Pag 82 –

90. 2.1.4 REPARACION A TRANSFORMADOR TRIFASICO DE 75 KVA.

Al igual que a los transformadores anteriores, se llena una ficha de entrada la cual contiene la siguiente información. Ver anexo 1.

No. Recibo: Cliente: NELSON POVEDA

Fecha: 26 / 03 / 03

Marca: SIEMENS

Numero: 35184

KVA: 75 N° fases: 3

Tensiones: 13200 / 212 Conexión: DYN5

Tipo:

70

Año de fabricación: 79 Referencia:


Algunos de estos datos se obtienen a través de la placa característica de cada transformador, siempre y cuando el trafo la traiga.

Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia

su respectivo formato (IER-100). Ver anexo 2.

Se determina que es necesario realizar la reparación total por que tienen los aislamientos

deteriorados.

Se destapó la parte superior para revisar el aceite, el cual presentaba un color negro lo que indicaba que estaba quemado, se retira el aceite por medio de una bomba manual y se lleva

a unas canecas para luego ser vendido a empresas que se dedican a la fundición de

metales.

Luego se desconectan las salidas de BT con sus respectivos herrajes con ayuda de una llave para tubo.

A continuación se retira el conmutador, el cual venia en la posición numero 3.


dentro del tanque o cuba, se hala con ayuda de una diferencial eléctrica, y se colocan sobre el tanque unas de bases de madera o metal, se descarga la parte activa sobre éstas y se

espera a que escurra el aceite que queda para luego llevarlo a la parte de desarme de la parte activa, mientras el tanque es llevado a la sección de lavado, en donde es lavado su

interior y exterior. Durante esta etapa se lijan las partes oxidadas y posteriormente pasa a la

sección de pintura. En esta sección también se demarcan las fases de AT (U V W) y de BT (x, y, z y punto

neutro), así como su potencia en KVA (75), marca del transformador, voltaje de AT (13200) y voltaje de BT (212). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS) en el cual se

especifica el servicio que se a prestado , en este caso fue de reparación.

En la parte de desarme, el núcleo es retirado de manera que al volverlo a armar éste quede

de igual forma en la que se construyó; para esto se llena un formato (IEP 110) en el cual se

X

71

especifica la marca del transformador, la potencia en KVA, número de fases, diseño, número

de transformador. También se especifican los siguientes datos. Ver anexo 5.

Tipo de núcleo: columnas Calibre: Ancho de la lámina: 100 mm Paquete de lámina: 160mm

Ancho de la ventana: 115 mm Altura de la ventana: 190mm

Altura total de la bobina: 400mm. Ancho total de la bobina: 530mm

Peso total: Estado: Sucio Parcial X Total___

Luego es llevado a la sección de limpieza, allí es sumergido en Xilol, para que todas las partículas de aceite, carbón y otras se desprendan de las láminas, luego de 30 minutos se

saca y se sopla con aire para que quede totalmente seco.

Las bobinas son llevadas a la sección de bobinado, para que sean tomados también sus

respectivos datos, los cuales son diligenciados en un formato (TDB 100). Algunos de los

datos que le son tomados son. Ver anexo 6.

Marca del transformador: SIEMENS

N° de serie: 35184 N° de diseño: 1745

N° de fases 3 Potencia: 75 KVA

Tensiones: 13200/212V

Tipo de bobinado: BT/AT AT/BT BT/AT/BT Cilíndrico BT/AT

Dimensiones del Taco: ancho 102mm largo 165mm alto 184mm Dimensiones de la bobina: aB 215mm lB 315mm Espesor 55mm

Numero de salidas: 9

X

72

En AT se toman los siguientes datos:

Calibre del alambre: 19AWG Peso del bobinado: 10Kg.

Aislamiento entre capas: 2 de 0.15mm

Espiras por capa: 147

Medida de collar: 20mm

N° de capas: Canales de refrigeración: 3 PARTES

Numero de espiras totales: 2151 Aislamiento AT/BT: 3mm (12 capas de 0.25mm)

Salidas para el conmutador: F 6 5 4 3 2 1 P

Collarín: ésta hecho de papel “Shela” 0.25mm, con un ancho de 20mm; éste se utiliza para evitar que las espiras se salgan de la bobina y para aislar el devanado del núcleo.

Para BT se toman los siguientes datos:

Tipo de alambre: Fleje Rectangular AWG

Dimensiones: 55 x 0.35mm N° de espiras / N° de capas: 19

Aislamiento Cap / esp: 2 de 0.15mm Primeras 3 espi ras Sentido / salida: Derecha

Finalmente se deja una parte de observaciones:

En esta parte se va a limpiar el alambre o fleje para ver si se puede recuperar es decir si se puede volver a utilizar, y se realiza el corte de los materiales que se van a utilizar (papeles,

collares, y cilindros).

Ya para cuando se va a iniciar a devanar la bobina se alista el taco (cilindro) con su respectiva formaleta, y se cuadra de la misma manera en que venía y se empieza el proceso.

X

73

Se coloca el taco en el eje de la máquina de bobinado de BT teniendo en cuenta el sentido

de la bobinas, este transformador presenta un tipo de bobinado BT/AT/BT.

BOBINADO DE BT.

Se comienza a devanar por la parte de los terminales y se dan 19 vueltas, aisladas una de

otra con dos vueltas de papel aislante (“Shela” 0.15mm), las primeras 5 vueltas se refuerzan

con pegante reometol para que agarren mejor.

BOBINADO DE AT.

Después de esto se empieza a bobinar AT con ayuda de la máquina bobinadora de AT, se inicia aislando BT de AT con papel aislante de calibre 0.25mm (12 vueltas, ya que el

aislamiento entre bobinas debe ser de 3mm). Se dan dos vueltas largas para doblar el cono

de AT y las otras 10 vueltas son normales.

Luego se coloca un collar de 20mm de ancho (papel “Shela” 0.25mm), este se utiliza para evitar que las espiras se salgan de la bobina y para aislar el devanado del núcleo. Se deja

una salida de 30cm la cual va a ser el final de la bobina de AT, se devanan 148 21 espiras

por capa, aisladas entre sí con papel “Shela” de 0.25mm, hasta completar 1040, en total son

7 capas. El registro de estas espiras es realizado con ayuda de un contador. Las salidas son aisladas con tubos hechos de papel crepe, luego se aísla y se comienza a devanar

nuevamente para sacar las salidas del conmutador, y se saca el segundo terminal (TAP 6) al finalizar las 1040, se devanan 51 espiras y se aíslan con 20cm de papel “Shela” de 0.25 para

sacar el tercer terminal (TAP 5), se devanan 51 espiras y se aísla con 20cm de papel “Shela”

de 0.25mm y se saca de TAP 4, luego se dan otras 51 y se saca el TAP 3 se aísla de la

misma manera y se dan otras 51 vueltas para sacar el TAP 2, el final de estas 51 vueltas se saca el TAP 1, luego se devanan 907 espiras mas las repartidas en 6 capas cada una de 151

espiras, al finalizar se saca el principio.

74

ESQUEMA

F 6 5 4 3 2 1 P 1040 51 51 51 51 51 907

Figura n° 25 esquema de derivaciones del bobinado de Alta tensión.

El bobinado de AT lleva tres corrugados para la refrigeración, el primer corrugado en la tercer capa, es decir en las 444 espiras, el segundo corrugado en la sexta capa, es decir en las 888

espiras y el tercer corrugado en la séptima capa, es decir en las 1040 espiras.

BOBINADO DE BT Se aísla de la AT con 3mm de papel “Shela” de 0.25mm es decir 12 vueltas, y se empieza a

devanar de la misma manera que la primera bobina de BT. Cuando se termina de hacer la bobina ésta se aísla con 3 vueltas de papel “Shela” de

0.25mm. Este mismo proceso se repite para la construcción de las otras dos bobinas.

Al terminar la construcción de cada bobina, ésta sale con un “sticker” el cual es el formato

(MB 110), Ver anexo 7, en el cual se especifica la marca del transformador, la capac idad, voltaje AT y voltaje BT, bobinador de AT, bobinador de BT y fecha. Después de que se le

coloca el “sticker” a la bobina, ésta pasa a la sección de curado.

CURADO

El objetivo de este proceso es darle una resistencia mecánica por medio de la compactación a la bobina para que esta pueda soportar mayores descargas eléctricas y esfuerzos

mecánicos. Después de que las bobinas han sido aprobadas, pasan a la sección de ensamble para ser

BOBINA AT

75

prensadas, el proceso se realiza colocando un taco de madera en el cilindro de las bobinas

el cual debe tener las mismas medidas de este, de lo contrario las bobinas pueden quedar grandes o pequeñas. Luego se realiza el prensado de las bobinas con unas planchas

metálicas las cuales ajustan al máximo, separadas de las bobinas con un papel llamado

“Mailan”, el cual evita que las bobinas se adhieran a las láminas; dichas láminas son

ajustadas hasta tener las dimensiones dadas en el formato IEP 110 antes de introducirlas al

horno, Ver anexo 5; después de esto se introducen las bobinas al horno a una temperatura aproximadamente de 110°C, la cual permite dar una mejor forma a las bobinas y que el papel

epóxico (“Shela”) se adhiera entre capas para dar una resistencia mecánica al bobinado; éste proceso dura aproximadamente 2 horas y 30 minutos, enseguida de esto se aumenta la

temperatura del horno a 120°C durante 30 minutos más; transcurrido este tiempo se sacan

las bobinas del horno y se dejan enfriar, sin retirar el taco ya que las bobinas se pueden

ampliar. Para este procedimiento existe un formato IEP 120 en el cual se diligencia la siguiente información. Ver anexo 8.

Inspección visual: Bueno: Malo:

Colocación de la bobina: Bueno: Malo:

Ajuste Taco: Bueno: Malo:

Dimensiones: ab 193mm bB 320mm EB 45mm Temperatura (°C): Inicial 110 Final 120 Tiempo: 3 Hrs

Fecha: Elaboro: Firma

MONTAJE PARTE ACTIVA

Luego del curado, se pasa a la sección de ensamble, para realizar el montaje de la parte

activa. Como el núcleo ya esta limpio, se traen las bobinas a la banda de montaje, como este

es de tipo columna, a cada una (de las 3 columnas) se le introduce su respectiva bobina, y

se comienza a colocar el cierre según la forma de armado con la que llega el transformador.

Las láminas son de calibre 0.27mm de espesor cuando se cierra, se ajustan las láminas

golpeándolas con un mazo de caucho. Luego se cuñan las bobinas contra el núcleo con

X

X

X

76

palos de madera, puesto que el transformador venía así; esto se hace para la refrigeración y

para que el núcleo y la bobina queden ajustados.

Después se colocan las prensas y se ajustan con sus respectivos tornillos; como el núcleo es

troquelado, el tornillo pasa por dentro de la prensa y del núcleo y éste es ajustado de tal

manera que queda prensado. Este tornillo es forrado con papel “Shela” puesto que tiene que

quedar totalmente aislado del núcleo y la prensa; las arandelas son hechas en papel “Prespan”. Luego se le hace una prueba de aislamiento para verificar si los tornillos quedaron

aislados totalmente, con el “Megger” de 500V / 1000M: Se realiza la medida entre la prensa y el tornillo y nos damos cuenta que existe un corto por que la aguja se deflecta hacia cero,

como en este caso se presento contacto, fue necesario destornillar y volver a hacer los tubos

para volver a aislar los tornillos.

Ya realizados los tubos para los tornillos estos se vuelven a meter entre la prensa y el núcleo

y se vuelve a realizar la prueba, como no se presento contacto entre la prensa y el tornillo, se

procede a conectar el neutro al lado de BT (los principio de cada bobina), y los finales de

cada bobina son las fases (x y z).

Después de esto, se procede a conectar AT; se conecta el principio de la bobina U y el final

de la V, principio de la V y final de la W y principio de la W y final de la U, y así se obtienen las salidas U V W para formar la delta del primario.

Cada bobina tienen 9 terminales, un principio, un final, seis Taps que van al conmutador y un

terminal de 11400 que fue anulado, es decir aislado totalmente, ya que no era necesario. Ver figura n° 23

Luego se procede a conectar las salidas del conmutador. Dichas salidas se conectan de acuerdo a la marca que trae el conmutador, luego se aíslan con papel crepe y finalmente se

conectan las salidas de AT , las cuales se sueldan con autógena y se asilan con tubos de papel crepe previamente cortados.

Luego se termina el proceso, probando la relación de transformación y un chequeo de

77

aislamiento con “Megger” a BT y resistencia del devanado de AT. El transformador se deja

en la posición que traía el conmutador. Estos datos son registrados en el formato IEP 130 el cual trae la siguiente información. Ver anexo 9.

Inspección visual:


Prueba de relación de Transformación:

Posición U V W Tensión

1 113.245 113.290 113.285

2 110.660 110.505 110.595

3 108.030 107.935 107.898 13200

4 105.375 105.240 105.115

5 102.605 102.145 102.135

Tabla n° 20 Datos arrojados por medio de la prueba de TTR; se obtienen cinco valores de relación en cada

fase, puesto que el conmutador tiene cinco derivaciones.

Resistencia del devanado AT: _ 26.7 Posición del conmutador: 3

Aislamiento con Megger [M]: BT/AT: 200 BT/T: 150 AT/T: 250

Tensión: 500V Tiempo: 60 segundos

SECAMIENTO DE LA PARTE ACTIVA

Luego se mete al horno para que el papel “Shela” se adhiera y para eliminar toda la humedad

que pueda tener la parte activa y colocarla en su punto adecuado para la terminación del transformador. Una vez cerrado el horno se justa el termostato a 75 °C, temperatura que se

alcanzara después de 5 horas aproximadamente; ya cuando se estabiliza en esta

temperatura, se ajusta nuevamente el termostato a 90°C por un tiempo de 16 horas para su secamiento total. Para este proceso se llena el formato IEP 140 el cual contiene la siguiente

información. Ver anexo 10.

X X X X

78

Inspección visual:


Horno: Temp. Inicial (°C): 75 Tiempo: 18Hrs Temp. Final (°C): 110

ENCUBE

Después de esto, se saca la parte activa del horno, con la ayuda de la diferencial y se introduce dentro del tanque. El núcleo se debe introducir a no menos de 80°C, para evitar

que este reciba humedad del medio ambiente, después de terminado este procedimiento se coloca el conmutador.

A continuación se colocan los herrajes de BT con sus respectivos empaques, para evita r

fugas de aceite. Luego se llena de aceite el tanque hasta llegar su nivel; éste aceite debe estar con una temperatura de 60 a 70° C para evitar que la parte activa se enfríe y así que le

entre humedad.

El siguiente paso es colocar la tapa con su respectivo empaque y se debe pegar con pegante instantáneo, la cual ya viene con los herrajes de AT puestos y luego se procede a realizar la

prueba de vacío mecánico o hermeticidad. Ver anexo 3.


Hermeticidad 10 30 8 Tabla n° 21 resultados prueba de hermeticidad.




una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de

tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección

del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta de entrada.

X X X X

79



prueba de relación de transformación.


Prueba de tensión inducida.

Prueba sin carga (en vacío). Prueba en corto circuito.

Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben

tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, se

obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-

100.(protocolo de pruebas). Ver anexo 4.

Prueba AT-T BT -T AT-BT

Megger 11000M 13000M 16200M Tabla n° 22 resultados prueba de aislamiento, p. Final.

U – V U – W V – W

26.4 [] 26.4 [] 26.5 [] Tabla n° 23 Medida de la resistencia de los devanado.


7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 24 tensiones aplicadas y tiempo.


318 415 Hz 18 seg Tabla n° 25 tensiones inducidas y tiempo

80


212 6 6.4 6.3 Tabla n° 26 medidas de tensión y corrientes de cada fase sin carga.

I = 3.28 [A] V = 200 [V] Perdidas = 850[W] Tabla n° 27 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito.



2.1.4.1 CÄLCULOS TEÓRICOS

][681.5

][13200][75

][212

][13200

75

AInAT

V

KVAInAT

VnAT

SnInAT

VVnBT

VVnAT

KVAordeTansformad

=

=

=

==


Lado BT O.C 60 212 6.23 420

Lado AT C.C 60 400 3.28 850 Tabla n° 28 resultados pruebas o.c y c.c.

81




][23.6*][212

][420

*

AV

WCosPF

IocVoc

PocCosPF

==

==

ϕ

ϕ

PF= 0.317 en atraso La admitancia de excitación esta dada por:

MCE

E

E

E

Xj

RjY

Y

CosV

AY

PFCosVoc

IocY

11786.2313.9

][518.71938.2

317.0][212][23.6

23

2

1

1

−=−=

Ω°−∠=

−∠=

−∠=

−−

−

−

−

Por tanto

][376.107313.91

3 Ω== −CR

BT

][893.35786.21

2 Ω== −MX

- Prueba de corto circuito: Perdidas en el Cobre = 230[W] El factor de potencia durante la prueba de corto circuito es:

82

][28.3*][400

][850

*

AV

WCosPF

IccVcc

PccCosPF

==

=

ϕ

ϕ


][97.929.78

][68.4995.121

647.0][28.3][400 1

1

Ω+=

Ω°∠=

−∠=

−∠=

−

−

jZ

Z

CosA

VZ

PFCosIcc

VccZ

SE

SE

SE

SE

Entonces, la resistencia y la reactancia son: AT

][9.78Re Ω=q ][97.92 Ω=Xeq Refiriendo los valores obtenidos en BT, al lado de AT, se emplean las siguientes expresiones:

][15.139893.35*264.62*

][275.416376.107*264.62*

264.62212

13200

22

22

Ω===

Ω===

===

KXaX

KRaR

N

Na

MBTMAT

cBTcAT

BT

AT

83


referido al lado de AT tensión.

Basado en:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Stephen J. Chapman, tercera edición, Mayo de 2000. Pag 82 – 90.

2.1.5 INSPECCION A TRANSFORMADORES DE LA EMPRESA DE ENERGIA DE CUNDINAMARCA

La empresa gano una licitación en el año 2002, para realizarle mantenimiento y reparación a

los transformadores de la Empresa de Energía de Cundinamarca, llegaron 4 transformadores a los cuales era necesario realizarles una inspección, para observar si la

garantía cubría los daños; dicha inspección debía ser hecha en presencia de la Ingeniera Eléctrica Rocío Galvis de la Empresa de Energía de Cundinamarca.

En esta inspección también fueron llenados los formatos (IER 100) por parte de la empresa

en presencia de la Ingeniera; son cuatro transformadores (3 monofásicos y 1 trifásico) de las

siguientes potencias:

3 Monofásicos de 15 KVA

1 Trifásico de 75 KVA

84

Se comienza a diligenciar el formato, con las especificaciones de cada transformador y se

analiza cada uno de ellos para detectar la posible falla y así determinar si tiene o no garantía. Se determina en cada uno de los formatos de estoa trafos que el trabajo a realizar en una

inspección , y dependiendo de ésta si hay que cubrir garantía o no.

Primer transformador:

Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca

No Fabricación: 23402 Año de fabricación: 88

Marca: ANDINA

Tipo: T T D

Fases: 1 Tensiones: 13.200/240 V

Potencia: 15 KVA

Frecuencia: 60 Hz.

Grupo de Conexión: Ii0 Refrigeración: ONAM

Fecha: 10 / 03 / 03

Se comienza a revisar el estado de la placa, nivel de aceite, válvulas de seguridad, tierra y se

especifica si traen o no traen y en que estado vienen. Para este caso la placa y la tierra

venían en buen estado y el nivel de aceite y las válvulas de seguridad venían defectuosos.

Luego se procede a revisar el tanque y los radiadores los cuales vienen en buen estado.

Después se observan los pasa tapas de AT y BT, que junto con sus herrajes presentan un

buen estado.

Después de realizar la inspección externa, se procede a quitar la tapa y se descarta la

posibilidad de que la falla haya sido por una sobrecarga, puesto que el aceite está en buen

estado, por esta razón se le hace una prueba de relación de transformación (TTR), ya

85

descrita en pruebas a transformadores. Al realizar esta prueba nos indica que el bobinado

esta abierto, ya que la aguja del “null detector” no se deflecta.

Luego se le extrae el aceite que traía, se le quitan los herrajes de BT y se concluye que es

necesario medir la resistencia de los devanados con ayuda del multímetro, primero se

prueba continuidad en la bobina de AT, la cual no presenta, lo que indica que hay un pequeño

corto entre espiras. Para este transformador la empresa si cubre la garantía, puesto que el daño fue causado en el bobinado. Para el segundo transformador:

Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca

No Fabricación: 14682

Año de fabricación: 74 Marca: SIEMENS

Tipo: ckom26155

Fases: 3

Tensiones: 13.200/212 V Potencia: 75 KVA

Frecuencia: 60 Hz.

Grupo de Conexión: DYN5 Refrigeración: ONAM

Fecha: 10 / 03 / 03

Al realizar la inspección externa nos damos cuenta de que el estado de la placa, el nivel de aceite, las válvulas de seguridad, los herrajes, los pasa tapas de AT y BT, el tanque,

presentan un buen estado, lo único que se encuentra en mal estado, es la pintura.

Se procede a quitar la tapa y se le extrae el aceite, el cual presenta un color negro, luego se quitan los herrajes de BT, se le quita el anclaje y se saca la parte activa con ayuda de una

diferencial para determinar cual fue la posible falla y así saber si la garantía se aplica en este

caso o no. Se determina que una bobina esta en corto por el lado de AT y que el transformador sufrió una sobrecarga por el lado de BT, lo que produjo que el transformador

86

se calentara puesto que la corriente aumento demasiado. En este caso la empresa no cubre

la garantía puesto que la falla fue producida por una sobrecarga.

Tercer transformador: Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca

No Fabricación: 101062

Año de fabricación: 82

Marca: SIEMENS

Tipo: CWOUM 1935/15

Fases: 1

Tensiones: 13.200/240 V Potencia: 15 KVA

Frecuencia: 60 Hz.

Grupo de Conexión: Ii0

Refrigeración: ONAM Fecha: 10 / 03 / 03

Se realiza la inspección externa y se observa que la placa y la tierra se encuentran en buen

estado, no trae aceite y las válvulas de seguridad le faltaban. Los pasa tapas y los herrajes se encuentran en buen estado, la pintura esta defectuosa.

El transformador viene con su bobina y su conmutador completamente quemados y sin aceite, por lo cual se concluye que la posible falla fue una sobrecarga. Para este

transformador la empresa no cubre la garantía.

Cuarto transformador: Cliente: Empresa de Energía de Cundinamarca

No Fabricación: 60772 Año de fabricación: 83

Marca: SIEMENS Tipo: CWOUM 1925/15

Fases: 1

87

Tensiones: 13.200/240 V

Potencia: 15 KVA Frecuencia: 60 Hz.

Grupo de Conexión: Ii0

Refrigeración: ONAM

Fecha: 10 / 03 / 03

Al igual que el anterior transformador este presenta las mismas condiciones, excepto que

este trae aceite pero este esta completamente quemado, se concluye que la falla fue causada

por una sobrecarga. En este caso tampoco se aplica garantía.

2.1.6 MANTENIMIENTO A TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE 15 KVA

Al llegar el transformador se llena la ficha de entrada. Ver anexo 1 No. Recibo:

Cliente: Héctor Pineda Fecha: 20 / 03 / 03

Marca: SIEMENS Numero: 187731

KVA: 15 No fases: 3

Tensiones: 11400 / 214

Conexión: DYN5 Tipo: CWOUM 1635/15

Año de fabricación: 97 Referencia: Inspección: Reparación: Mantenimiento:

Luego de llenar esta ficha se procede a realizar una inspección visual e inicial, y se diligencia

su respectivo formato (IER-100). Ver anexo 2.

X

88

Se observa que la placa, el nivel de aceite, la válvula de salida, el tanque, los pasa tapas, los

herrajes se encuentran en buen estado, además se determina que trae su bobinado original y sus prensas son de tipo caja.

El núcleo de este transformador es de tipo encintado, y está en buen estado su presentación

(pintura) exterior como interior.

Se realiza la prueba de relación de transformación (TTR), la cual arrojo los siguientes datos:.

POSICION U V W

1 94.655 94.665 94.660

2 92.290 92.295 92.220

3 90.045 90.055 90.035

4 87.735 87.747 87.740

5 85.430 85.435 85.432 Tabla n° 29 resultados prueba relación de transformación a trafo de trifásico de 15 KVA.

Se deduce que el bobinado de AT y BT se encuentran en buen estado puesto que esta

relación es similar entre fases. Luego se le hace una prueba de aislamiento con el “Megger” la cual nos arroja los siguientes

datos:

BT/T AT/T BT/AT

20000M 20000M 25000M Tabla n° 30 resultados prueba de aislamiento, inspección. Trafo trifásico de 15 KVA

Luego se procede a quitar la tapa del transformador para extraer el aceite totalmente por

medio de una bomba eléctrica, y se almacena en canecas debidamente marcadas. A

continuación se desconectan las salidas de baja tensión y se retiran los herrajes de esta misma, con ayuda de una llave para tubo.

Luego se retira el conmutador, el cual viene roto por lo tanto es necesario cambiarlo, éste viene en la posición 2.

89


dentro del tanque, se desencuba y se coloca sobre el tanque unas de bases de madera o metal, se descarga la parte activa sobre éstas para que escurra todo el aceite posible, luego

se lleva la parte activa al horno, mientras el tanque es llevado a la sección de lavado.

Después de ser lavado tanto su exterior como su interior se lleva a la sección de pintura.

En esta sección también se demarcan las fases de AT (U V W) y de BT (x y z y punto neutro), así como su potencia en KVA (15), marca del transformador, voltaje de AT (11400) y

voltaje de BT (214). También se coloca el logotipo de la empresa (EIS) en el cual se especifica que es mantenimiento.

Como la parte activa se encuentra dentro del horno para su secamiento total, es decir que el

aceite salga totalmente de los devanados y del núcleo, este es encendido a 75° C por un

tiempo de 6 horas, luego se sube el termostato a 100° C por un tiempo de 12 a 16 horas

según la carga de horno (numero de transformadores que estén dentro de este).

ENCUBE Al transcurrir el tiempo indicado, el horno es apagado y su puerta se abre durante 15 minutos

para que salga el vapor. La parte activa es sacada con ayuda de la diferencial para su encubamiento, para esto se trae el tanque terminado a la sección de encube y se introduce la

parte activa dentro de Éste. Para este procedimiento la parte activa debe estar mínimo a una temperatura de 80° C, para evitar que esta reciba humedad del medio ambiente.

Luego se ancla la parte activa al tanque para evitar que éste quede en movimiento; después

de terminado este procedimiento se coloca el conmutador nuevo y después se le introduce

aceite al tanque hasta tapar la parte activa; este aceite debe estar con una temperatura de 60°C a 70° C para evitar que la parte activa se enfríe y así que le entre humedad.

Después se colocan los herrajes de BT y punto neutro para posteriormente, completar el nivel

de aceite, el cual viene especificado en el tanque, luego se le coloca la tapa con toda su tortillería y se ajustan los aisladores y herrajes de AT.

90

Luego de esto se realiza la prueba de vacío mecánica, para garantizar la hermeticidad, ésta

descrita en pruebas a trafos. Se diligencia el formato IEP 150 el cual trae la siguiente información: Ver anexo 3.


Hermeticidad 10 30 8 Tabla n° 31 resultados prueba de hermeticidad . Trafo trifásico de 15 KVA.




una cinta de color amarillo y negro, la cual indica que existe peligro debido a los niveles de tensión que se manejan. Luego se busca en la carpeta de pruebas el formato de inspección

del transformador al que se le va a realizar las pruebas y se verifica con su respectiva tarjeta

de entrada.



prueba de relación de transformación.

Prueba de tensión aplicada. Prueba de tensión inducida.

Prueba sin carga (en vacío).


Ya especificados los esquemas de conexiones, los cuidados y protecciones que se deben tener para realizar para cada prueba, descritos en la parte de pruebas a transformadores, se

obtuvieron los siguientes resultados los cuales son diligenciados en el formato PP-100.(protocolo de pruebas). Ver anexo 4.

PRUEBA AT-T BT-T AT-BT

Aislamiento 18000M 20000M 20000M Tabla n° 32 resultados prueba de aislamiento, p. Final. Trafo de 15 KVA.

91

U – V U – W V – W

83.3 [] 80.05 [] 82.1 [] Tabla n° 33 resultados prueba resistencia de los devanados. Trafo de 15 KVA.


7.5 KV 25 KV 60 seg Tabla n° 34 tensiones aplicadas y tiempo. Trafo de 15 KVA.


314 415 Hz 18 seg Tabla n° 35 tensiones inducidas y tiempo. Trafo de 15 KVA.


214 0.2 0.2 0.2 Tabla n° 36 medidas de tensión y corrientes sin carga. Trafo de 15 KVA.

I = V = 256 [V] Perdidas = Tabla n° 37 medida de tensión, corriente y Pp en prueba de corto circuito. Trafo de 15 KVA..



Nota: A este transformador no se le pudo hallaron los parámetros del circuito equivalente,

dado a que no se le tomaron datos de corriente ni potencia en la prueba de cortocircuito.

92

2.1.7 COMPARACIÓN DE LA PARTE TEÖRICA

CON LA PARTE PRÁCTICA..

Puesto que en la Universidad no existe ningún texto que trate sobre el proceso de

mantenimiento o reparación a transformadores, sólo se puede realizar una comparación de

la parte de pruebas que se le realizan ha dichas máquinas.

Para desarrollar la parte teórica se utilizaron los libros, [1]Manual de Lorenzo,DL 1080, Transformador trifásico, [2] Máquinas Eléctricas, Stephen J. Chapman, y [3] Siemens,

Transformadores de distribución, Dagoberto Ortiz.

PARTE TEORICA PARTE PRACTICA

Antes de comenzar el desarrollo de cada prueba es útil

tener una visión de los datos nominales de la máquina a

probar, estos datos están escritos sobre una chapilla

normalizada, para que las personas que las utilizan

puedan distinguir las características de funcionamiento

más importantes. [1]

La placa de características incluye el voltaje nominal, los

KVA nominales, la frecuencia nominal y la impedancia

serie por unidad, también muestra los voltajes nominales

por cada derivación (taps), y el esquema del cableado del

transformador. Igualmente la designación del tipo del

transformador y las referencias para su operación. [2]

En esta se graban los principales datos para la identificar

el transformador y sus características más importantes.

[3]

En Eléctricos Ingeniería y Servicios, se utiliza esta placa para llenar los datos de la ficha de entrada, para poder identificar el transformador

en cualquier parte del proceso, en esta ficha se especifica la marca, potencia en KVA, número

de fases, tensiones, frecuencia, conexión, año de fabricación, entre otros. Estos datos son

útiles en el momento de realizar las pruebas,

para evitar alguna falla por parte del Ingeniero que las realiza.

CARACTERÍSTICAS NOMINALES

93

Para la medición de esta resistencia de un devanado se

utiliza el método del voltaamperímetro, el cual consiste

en colocar el voltímetro después del amperímetro, ya

que tal conexión, dado el bajo valor de la resistencia incógnita, es preferible y se hace innecesaria la

corrección por el consumo de los instrumentos. Se

aconseja colocar el voltímetro solamente una vez alimentado el circuito y desconectarlo primero antes de

la interrupción del circuito mismo. El devanado de baja

tensión presenta en efecto un discreto valor de la

inductancia y las bruscas variaciones de corriente

pueden provocar una autoinducción de la f.e.m mucho

más elevada de la tensión de medida a la cual es

comparada la medición del voltímetro.

Antes de realizar la prueba es necesario precalcular el

valor de la resistencia de modo que permita elegir los

instrumentos y las alimentaciones más oportunas. [1]

CHEQUEO EN AT

Esta prueba se realiza con un multímetro digital, el cual se coloca en la escala de 200,

se verifica que las puntas del multímetro hagan

buen contacto con los bornes del transformador y se espera que se estabilice la

lectura del multímetro durante 30 segundos

para luego ser tomada. Esta lectura medida es el valor de resistencia existente en cada fase.

CHEQUEO EN BT La prueba de medición de resistencia en los

devanados de BT no se realiza, debido a que no se cuenta con el instrumento apropiado,

puesto que se sabe que la lectura debe marcar en el orden de los mili ohmios [m].

La relación de transformación de un transformador, es la

relación existente en el funcionamiento en vacío, entre la

tensión del devanado de alta tensión y la tensión del

devanado de baja tensión.

Los métodos para la medición de la relación de

transformación son principalmente dos:

3. Método potenciométrico: este método recure a

la utilización de un potenciómetro para corriente

alterna que realiza la medición por oposición

entre la tensión de BT y una fracción de una

tensión de AT.

4. Método directo: se basa sobre la definición

misma de la relación de transformación. Esto

consiste en medir con voltímetros, las dos

tensiones (primaria y secundaria) del

La prueba de relación de transformación se

realiza con un instrumento llamado TTR “(Transformer turn – ratio test set)” tipo

manivela o portátil, puesto que no necesita

fuente de energía externa para su

funcionamiento. Este instrumento nos indica si el devanado se encuentra en corto, abierto o continuo, es decir, si cada bobina del

transformador se encuentra en buen estado.

Para identificar si el devanado está abierto, la aguja que indica el “null detector”, no presenta

ninguna deflexión; cuando está en corto, la

aguja de excitación de corriente se desplaza

MEDICION DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS

MEDICION DE LA RELACIÓN DE TRANSFORMACION

94

tensiones (primaria y secundaria) del

transformador funcionando a vacío

El lado de alimentación para realizar esta prueba puede

ser elegido a gusto, ya que no tiene ninguna influencia

sobre los resultados de la medición. El resultado de la

medición es prácticamente independiente del valor de la

tensión de alimentación. Es conveniente alimentar el

transformador con valores de tensión próximos a los

nominales de los devanados elegido como primario de la

prueba y repetir la medición sobre cada fase para tres

valores diferentes de tensión, para reducir la incidencia

de los eventuales errores de lectura. [1]

aguja de excitación de corriente se desplaza

completamente hacia la derecha y si se encuentra en buen estado, el instrumento

marca la relación de transformación, la cual la hallamos girando una palanca (manivela) que

se encuentra al lado derecho de éste y

variando unas perillas que se encuentran en la parte superior de éste.

Consiste en medir las potencias absorbidas del

transformador, funcionando sin carga, estas determinan

el valor de la potencia de pérdida en el hierro por efecto de histéresis magnética y de corrientes parásitas. Así

mismo los valores de la corriente en vacío y el factor de

potencia, son útiles de conocer para el grado de

saturación del núcleo. La pérdida en el hierro en el

transformador prácticamente coincide con toda la

potencia absorbida en vacío. La corriente en vacío es en

efecto, un porcentaje muy pequeño de aquella nominal y

circula solamente en el devanado primario; esta

determina así, que las perdidas en el cobre son

perfectamente despreciables con respecto al valor de las

pérdidas en el hierro. Dada la directa influencia sobre el

valor de flujo en el núcleo, y por lo tanto sobre la

corriente y la potencia, es necesario hacer con atención

la medición y controlar el valor de la frecuencia5 para

realizar esta prueba es conveniente no exceder mas de

un 10 o 15% del voltaje nominal, para no provocar un

crecimiento acelerado de la corriente.

Normalmente conviene alimentar el lado de baja tensión,

por razones de seguridad. Para realizar esta prueba se

requieren los siguientes instrumentos: tres

amperímetros, un voltímetro, dos vatímetros y una fuente

Esta prueba se realiza con el fin de deducir el

grado de saturación de núcleo, a la vez que permite caracterizar la rama magnética del circuito equivalente del trafo.

Se aterriza el transformador a banco de

pruebas. Se puede conectar a cualquiera de

los devanados (AT o BT)del transformador a su tensión nominal y a 60 Hz, pero por seguridad

se realiza por baja tensión. Se toman las

medidas de corriente de cada fase por medio de amperímetros, el valor de potencia por

medio de un vatímetro trifásico y tensión por medio de un voltímetro.

PRUEBA EN VACIO

95

amperímetros, un voltímetro, dos vatímetros y una fuente

de alimentación. Si los instrumentos presentan un

elevado absorbimiento de potencia es necesario tener en

cuenta el consumo de estos. [1]

Se deja abierto el devanado secundario del

transformador y el devanado primario se conecta al

voltaje pleno nominal. Para realizar esta prueba se utiliza

un amperímetro, un voltímetro, un vatímetro y una fuente

que nos alimente el transformador a su voltaje nominal.

[2]

Prueba de corto circuito: Consiste en medir la cantidad

de corriente absorbida por el transformador cuando el

secundario esta en corto circuito y el primario esta

alimentado por una tensión oportunamente reducida, de

modo que las corrientes de los dos devanados resulten iguales a las nominales. Esta prueba determina el valor

de la potencia perdida por efecto Joule en los

devanados, cuyo valor es indispensable para el cálculo

del rendimiento convencional. También determina el

valor de la tensión Vcc de corto circuito y el factor de

potencia. Dichos valores son indispensables para el

calculo de la caída de tensión bajo cualquier condiciones

de carga.

La potencia absorbida por el transformador en el

funcionamiento de corto circuito, coincide con el valor de

las pérdidas en el cobre del transformador. La tensión de

alimentación es en efecto totalmente utilizada para

vencer la caída de tensión óhmica y reactiva de los

devanados y el único flujo que viene generado es aquel

disperso, cuyo recorrido se realiza exclusivamente en el

aire.

Para dimensionar el circuito de prueba se puede partir

de:

Los valores de potencia continua y de voltaje continuo

corresponden a una corriente absorbida que por los

general es igual al valor de la nominal. La prueba se

Esta prueba se realiza para determinar las

perdidas en el cobre, permitiendo completar los parámetros para el circuito equivalente del

transformador. Como esta prueba se realiza a su tensión

nominal hay que verificar que el conmutador este puesto en la posición correspondiente.

Se aterriza el transformador al banco de pruebas y se alimenta por el lado de AT con

las salidas del banco de pruebas y el

devanado de BT se cortocircuita incluyendo el punto neutro. Cuando la corriente en el

devanado de BT alcance su valor nominal medida con una pinza electromagnética, la

tensión de corto circuito será la leída en el voltímetro en ese instante.

PRUEBA CORTO CIRCUITO

96

general es igual al valor de la nominal. La prueba se

puede realizar eligiendo a voluntad el devanado de

alimentación, que no cambie el valor de potencia

continua ni de voltaje continuo. Normalmente conviene

alimentar el lado de alta tensión, con el objetivo de no

tener en el circuito de medición corrientes demasiado

elevadas. [1]

En la prueba de corto circuito los terminales del

secundario del transformador, se cortocircuitan y los del

primario se conectan a una fuente adecuada de voltaje.

El voltaje de entrada se ajusta hasta que la corriente de

los devanados cortocircuitados sea igual a su valor

nominal (asegurese de mantener el voltaje primario en un

nivel seguro). No es buena idea quemar lkos devanados

del transformador mientras se intenta probarlo. Los

instruemento utilizados para esta medición son un

amperímetro, un voltímetro, un vatímetro y una fuente

que nos alimente el transformador a su voltaje nominal.

[2]

No conocimos información alguna con respecto a la

realización de esta prueba en los textos tratados, ni

se realizó en las clases de laboratorio en la universidad.

Esta prueba se realiza con un transformador

de potencial de 40000 KVA, para probar los aislamientos entre AT y tierra y BT y tierra y

verificar las distancias mínimas.

Se debe aplicar tanto para AT como para BT aproximadamente el 75% de más del valor

nominal.

CHEQUEO BT CONTRA T. Cortocircuitamos los bornes de BT incluyendo el punto neutro, con un alambre calibre 17

AWG desnudo, se conecta la salida del

transformador de potencial a cualquier borne

de BT y se le aplica 7.5 KV por 60 segundos, esto se maniobra con ayuda del banco de

PRUEBA DE TENSIÓN APLICADA

97

pruebas. Los devanados de AT también se

deben dejan cortocircuitados con un alambre 17 AWG desnudo, éste puede ser conectado a

tierra o no, puesto que la tensión que se aplica en BT la puede soportar dicho devanado. Con

el caimán libre se aterrizan los bornes de BT

para evitar posibles accidentes. Esta prueba no nos arroja ningún valor, solo se verifica que

el aislamiento no tenga ninguna falla.

CHEQUEO AT CONTRA BT Y TIERRA

Cortocircuitamos los bornes de AT con un alambre calibre 17 AWG, se conecta la salida

del transformador de potencial a cualquier borne de AT y se le aplican 25 KV durante 60

segundos, los bornes de BT no son desconectados, por el contrario siguen cortocircuitados y se aterrizan. Si el

transformador presentará alguna falla de aislamiento, se dispararían las protecciones

del banco y los lectores de corriente se elevarían.

No conocimos información alguna con respecto a la realización de esta prueba en los textos tratados, ni

se realizó en las clases de laboratorio en la

universidad.

Esta prueba se realiza para descartar que existan fallas en el bobinado, como corto entre

espiras, que el devanado se encuentre abierto,

es decir que no tenga continuidad.

El transformador debe estar aterrizado al banco de prueba. Con ayuda del banco de pruebas activamos un generador el cual nos

proporciona una frecuencia de 415 Hz, la cual se le aplica al transformador durante 18

segundos y el valor de la tensión debe ser el 75% más de la nominal del devanado de BT.

PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA

98

75% más de la nominal del devanado de BT.

Al finalizar esta prueba el transformador debe ser aterrizado para evitar posibles accidentes,

puesto que como es aproximadamente el doble de tensión existe mayor riesgo.

No conocimos información alguna con respecto a la

realización de esta prueba en los textos tratados, ni se realizó en las clases de laboratorio en la

universidad.

Esta prueba se realiza para medir el

aislamiento que existe entre BT contra T, AT contra T, y AT contra BT, para esto también es

necesario aterrizar el transformador a la tierra

del banco de pruebas.

CHEQUEO BT CONTRA T Para realizar esta medición el terminal “LINE”

del megger, se conecta a un borne de BT del

transformador a probar y el terminal “EARTH”

se conecta a la tierra de éste mismo, se aplica tensión (2500V) durante 60 segundos para luego tomar la lectura.

CHEQUEO AT CONTRA T Luego se mide AT contra tierra; para esto el

terminal “LINE” se conecta en un borne de AT y el terminal “EARTH” a la tierra del

transformador, se aplica la tensión durante 60

segundos y se toma la lectura. CHEQUEO AT CONTRA BT

La última medición es AT contra BT, para esto

el terminal “EARTH” se coloca en cualquier

borne de BT y el terminal “LINE” en cualquier borne de AT, al igual que en los dos mediciones anteriores se aplica tensión

durante 60 segundos y se toma la lectura.

PRUEBA DE AISLAMIENTO

99

No se realiza la prueba de BT contra AT,

puesto que el resultado de esta seria la misma de AT contra BT, por esta razón solo se realiza

una de las dos.

Cuando se finaliza cada prueba de Aislamiento

con Megger, es necesario aterrizar los bornes en los que se realizaron para las medidas,

puesto que quedan cargados, para esto se

deja un caimán, una pata se deja a tierra y la otra se deja libre para aterrizar.

El esquema de conexiones para realizar esta

prueba es el mismo tanto para transformadores monofásicos como trifásicos.

100

2.2 MOTORES

2.2.1. PRUEBAS A MOTORES

2.2.1.1 PRUEBA DE AISLAMIENTO

INSTRUMENTO: “MEGGER “ 500V / 10000[MΩ ]

PROCEDIMIENTO:

En motores se debe realizar esta prueba dos veces, la primera se hace para verificar que el bobinado no se encuentre aterrizado, es decir que no este pegando con la carcaza; esta se

debe realizar cuando el estator esta recién bobinado. Para realizarla el terminal “LINE” del

“megger” debe ser conectado al bobinado y el terminal “EARTH” a la carcaza del motor.

La segunda se realiza cuando el motor esta completamente armado; en ésta se realiza la medida de cada fase con referencia a los platillos. Para llevar a cabo esta medición, el

terminal “LINE” debe ser conectado a la fase que se va a medir y el terminal “EARTH” a los

platillos; comparada la primer fase se procede a medir de la misma manera la segunda, para

luego ser medida la tercera. Estas mediciones se realizan para verificar que el motor no se

encuentre aterrizado.

Nota: Al realizar estas pruebas se debe esperar 1 minuto mientras el equipo estabiliza la

lectura, y para que el motor apruebe estas pruebas debe arrojar un resultado mayor a

1800[M Ω ], en cada una de ellas.

101

2.2.1.2 PRUEBA EN SIN CARGA .

INSTRUMENTO: TENSIÓN BANCO DE PRUEBAS PROCEDIMIENTO:

Consiste en alimentar el motor a su tensión nominal, dejando que el eje rotor gire libremente,

es decir sin ninguna carga.

Luego se intercambia una fase, esto para verificar si el motor puede girar en ambos sentidos. En esta prueba también se verifican las revoluciones por minuto del motor con ayuda de un

tacómetro análogo.

2.2.2 TRABAJOS EN GENERAL, QUE SE REALIZAN A MOTORES PARA

REPARACIÓN.

A continuación se describirán de forma detallada los trabajos más generales que se realizan en el proceso de reparación de motores; esto para no causar que el documento se torne

monótono, puesto que para todos los motores se realizan los mismos procedimientos.

1. Ficha de entrada :

Se diligencia la ficha de entrada, con ayuda de la placa característica, siempre y cuando

el motor la traiga. Esta ficha sirve para identificar el motor en cualquier parte del proceso.

Los datos llenados en esta ficha son útiles en el momento de realizar las pruebas, para evitar fallas como sobretensiones.

2. Inspección visual: verificar que al motor no le falte ninguna parte y en que estado se

encuentran.

3. Puntos guías:

Antes de desarmar el motor, primero se hace una marca en los platillos (centrepuntear), esta marca se realiza para tener una guía en el momento de volver a armarlo. Esta marca

102

se hace golpeando los platillos con un cincel; se realiza una marca en el platillo y la otra

en la carcaza del motor; se debe realizar en ambos extremos del motor; en un extremo se coloca un punto y en el otro dos puntos.

4. Desarme:

Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, ya

que al ser entregado al cliente éste debe tener esta misma conexión. Algunas veces el cliente pide que le sea cambiada esta conexión, por razones como que el motor esta

consumiendo mucha corriente, el voltaje de alimentación para utilizar el motor con esa conexión no lo tiene, etc.

Al desarmar, hay que dejar las partes en un sólo lugar, para que no se confundan con las

de otro motor o se puedan extraviar.

Posteriormente se quita la caperuza, la cual se encuentra al lado del ventilador como

protección para éste. Luego se procede a quitar el ventilador con una, para luego quitar el

platillo.

Después se retira el platillo del lado posterior con la misma llave que se utilizó para el

platillo anterior, éste platillo es golpeado con un martillo para que pueda salir totalmente. Se extrae el rotor de la carcaza, para poder observar la conexión interna del motor.

A continuación se rompen todas las coronas con un cincel, para después extraer el

alambre de las ranuras, para esto se utiliza un botador, el cual debe ser igual o más pequeño del mismo tamaño de la ranura. El botador se coloca sobre la ranura y luego se

empieza a golpear éste para que el alambre vaya saliendo por el otro extremo de la

ranura.

Algunas veces es necesario calentar el estator para sacar el alambre; puesto que éste se

queda pegado al estator; esto puede ser causado por un corto, el cual hace que el

material se funda en el núcleo, o por la laca que trae el cobre para su aislamiento.

103

5. Toma de datos:

Se procede a tomar los datos números de ranuras, espiras por ranura, calibre de las espiras, tipo de devanado, números de polos, número de grupos, etc.

6. Medida de la bobina:

Luego se procede a tomar la forma y medida de la bobina, para esto se utiliza un pedazo

de alambre sin importar si no es del mismo calibre del alambre que va llevar la bobina. Esta medida nos sirve para cuadrar la formaleta que se va utilizar para realizar la bobina.

Al realizar esta medida se debe tener en cuenta que la corona de la bobina no quede pegando con los platillos; puesto que esto ocasionaría que el motor de fugas a tierra.

7. Realización de las bobinas:

Las bobinas se realizan en una máquina bobinadora manual, en la cual se cuadran las respectivas formaletas, la distancia que debe haber entre éstas equivale al paso de

ranura.

Ya para devanar se toma una palanca, la cual hace que gire la parte donde se encuentran las formaletas y así se realiza una vuelta, la cual va a ser registrada por un

contador que posee la máquina.

Cuando se esta bobinando y el alambre no alcanza para realizar toda la bobina, se realiza una unión con ayuda del equipo de autógena añadiendo las puntas con soldadura

de fósforo y se continua con el proceso.

8. Limpieza de núcleo: Mientras se realizan las bobinas, otra persona va limpiando las ranuras del núcleo con

una cuchilla para retirar la laca pegada, para luego pasarle una lija para su limpieza

definitiva.

Algunas veces es necesario calentar el estator, para poder extraer completamente el alambre, puesto que este se adhiere completamente a la ranuras por la laca que se utiliza

como aislante.

104

Después que esta limpio el núcleo, se comienza a aislar las ranuras con papel “nomex”

de 0.18mm, el cual debe tener la misma medida de la ranura, tanto lo ancho como lo largo. Este proceso se debe realizar para cada ranura.

Ya colocado el papel en el núcleo y realizadas las bobinas se empieza a bobinar el

estator.

9. Devanado:

Para aislar las espiras del núcleo (estator), se coloca papel “Mailan”, el cual evita que la espira se salga de la ranura, el espesor de este papel es de 0.15mm, de largo según la

medida de la ranura.

Al introducir cada bobina los principios y los finales de ésta deben quedar largos, por los

menos 15cm, puesto que éstos van a ser los terminales del motor.

Ya colocadas todas las bobinas dentro de las ranuras con su respectivo paso, se

empiezan a aislar las coronas con papel entrefases de 0.30mm, esto para evitar que

halla corto entre fases, éste proceso se debe realizar en ambos lados del motor.

Una vez terminado el aislamiento en las coronas, se toma un hiladillo, el cual ajusta o amarra el papel entrefases; este ajuste se debe hacer en sentido contrario en que están

las bobinas y realiza seguido, es decir en cada bobina.

Este ajuste se hace para darle mayor resistencia al bobinado, es decir que no se expanda cuando el motor este en funcionamiento. Luego de ser ajustadas las coronas por ambos

lados, se golpea el bobinado con un mazo de caucho, para darle forma y evitar que

pegue con el rotor.

10. Conexiones internas:

Son conexiones que se realizan entre los grupos de bobinas, para con estos obtener los terminales de salida.

11. Empalmes:

Luego que se obtienen los terminales de salida, se procede a empalmarlos y luego

105

unirlos con soldadura de fósforo, con ayuda del equipo de autógena. Se protegen los

extremos del empalme con Asbesto, para evitar que estos se quemen la alta temperatura, se calienta el empalme hasta que éste se torne de un color rojo cereza,

aproximadamente 300°C, para que al aplicarle la soldadura ésta se adhiera mejor y

pueda penetrar en el empalme. Luego se retira el asbesto, se deja enfriar y para luego

colocar un aislante fibra de vidrio de nombre “Espagueti” de 1cm, éste sobre el empalme. Este procedimiento se debe realizar para todas las uniones.

A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado.

12. Primer prueba de aislamiento:

Luego que los terminales son sacados por la bornera, se procede a realizar la primer prueba de aislamiento con ayuda del “Megger”.

13. Secado:

Si el resultado de la prueba de aislamiento arroja un valor bueno, se pasa el núcleo al horno para darle secamiento, por un espacio de 6 horas a 100°C.

Transcurrido este tiempo el núcleo es sacado del horno y es llevado a la sección de

lacado.

14. Lacado o impregnado:

Por medio de un sistema de goteo, es decir regando laca alrededor de todo el devanado;

se aplica laca Royalac 521, hasta impregnarlo completamente,

Ya lacado el bobinado por ambos lados se deja escurrir el sobrante de laca por 30 minutos y luego se introduce al horno a 120°C por un espacio de 12 horas.

15. Limpieza de partes:

Mientras el bobinado esta en el horno, las otras partes como las platillos, caperuzas y tornillos se limpian en un recipiente con gasolina, restregándolos con una brocha para

quitar residuos de grasa y lijándolas en caso en estar oxidadas, luego de esto son

106

secadas con aire a presión.

Por otra parte el rotor jaula de ardilla se lija, para después limpiarlo con estopa húmeda y gasolina, esto se realiza para evitar que quede pegando contra el núcleo o contra el

bobinado. También se lija el eje por ambos lados, para que sus rodamientos entren

suavemente.

16. Introducción de rodamiento: A continuación se procede a introducir el rodamiento nuevo en el eje, éste debe ser de la

misma referencia que el rodamiento que traía. Para introducirlo se calienta la parte interna del rodamiento con ayuda del equipo de autógena, como la parte interna del

rodamiento se calienta, ésta se expande y así puede entrar con mayor facilidad, sin

necesidad de golpearlo; este proceso se realiza para introducir el rodamiento de cada

lado. Ya colocados los rodamientos se dejan enfriar 10 minutos para que ajusten.

Transcurrido el tiempo de secamiento el núcleo (estator) es sacado del horno, y se

empieza a limpia, es decir se le retira la laca que queda adherida a éste, para que al introducir el rotor, no vaya a quedar pegando con el estator.

17. Armado: Luego de esto se coloca el rotor dentro del núcleo, verificando los puntos guías, para

evitar que el motor sea armado al revés, se atornilla el platillo, después se coloca el del

otro lado, es decir el del lado del ventilador.

18. Segunda prueba de aislamiento:

Esta prueba se encuentra especificada en el numeral 7.1, el cual corresponde a pruebas

a motores.

19. Prueba sin carga:

Esta prueba se encuentra especificada en el numeral 7.2, el cual corresponde a pruebas a motores.

107

20. Terminado:

Luego de esto se procede a forrar los cables de los terminales de salida con un material de fibra de vidrio llamado “Espagueti”, y se ponen los herrajes de cobre, con ayuda de

una remachadora o ponchadora.

Después se procede a acoplar el ventilador con ayuda de un mazo y se ajusta con sus

tornillos, para posteriormente colocar la caperuza.

Luego se coloca la caja bornera y se ajusta con sus respectivos tornillos a la carcaza del motor; dejando que por ella salgan los terminales de salida. Terminado este proceso, el

motor es llevado a la sección de pintura, con ayuda de una montacarga, en caso de ser necesario.

21. Pintura:

Ya estando el motor en la sección de pintura, se cubre la placa característica con cinta de enmascarar para evitar que esta sea pintada, y el eje es forrado con papel periódico. Con

una pistola de alta presión se procede aplicar Laca Terinsa Super 2062 a la carcaza, en

este proceso sólo se le aplica una capa al motor (carcaza).

Ya pintado el motor se deja secar por 45 minutos, para luego pasarlo a la sección de

almacenamiento o entrega al cliente.

22. Almacenamiento:

Realizados todos los trabajos al motor es llevado a la sección de almacenamiento, para

allí ser entregado al cliente.

2.2.3 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 50HP.

1. Al igual que en los transformadores, lo primero que se hace es llenar una ficha de entrada

la cual nos va servir para identificar el motor en cualquier parte del proceso; esta ficha contiene la siguiente información:

108

Fecha:

Cliente: Recibo N°:

Marca:

Tipo:

Número de serie:

Potencia: Fases:

Tensiones [V]: Corriente [A]:

RPM:

Reparación: Mantenimiento:

Algunos de estos datos son obtenidos de la placa característica de motor, siempre y cuando

éste la traiga.

PLACA CARACTERISTICA: 3 – Phase induction motor.

Hp: 50 Model n°.BO504FL3US

Polos: 4 Type: TTKK VOLTS: 230 / 460 Ins Clas: F Form: FBKI Hz: 60 SF: 1.15

Nema Des: B FR: 326T RPM: 1760

Code: C Duty: cont AMP: 122 / 61

MAX AMB: 40°c SERIE N°: 92ZO6142

Este motor es de inducción con rotor jaula de ardilla.

2. Inspección visual: Al motor no le hace falta ninguna parte y se encuentra en buen estado, la parte exterior.

Este motor cuenta con un orificio por el cual, se le puede inyectar grasa al rodamiento, es

decir que no es necesario desarmar para realizarle el mantenimiento de aplicación de

X

109

grasa como en otros motores.

3. Realización de puntos guias.

4. Desarme:

Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, ya

que al ser entregado al cliente éste debe tener esta misma conexión.

Se destapa la bornera y nos damos cuenta que trae los terminales sueltos, es decir no se

puede identificar que conexión trae.

Llaves que se utilizaron en el desarme: Caperuza = llave fija de 13mm.

Ventilador = llave fija de 13mm.

Platillos = copa de 21

Al sacar el platillo se determina que el motor se ha quemado por causa de sobrecarga,

puesto que el aspecto del bobinado es de recalentamiento total (color negro). Se extrae el rotor de la carcaza, para poder observar la conexión interna del motor. Con

ayuda de un destornillador se levantan los terminales de salida y se determina que la conexión que trae es 2 paralelos, 6 terminales.

A continuación se rompen todas las coronas.

5. Toma de datos:

Se procede a tomar los datos del devanado:

Este motor presenta un devanado concéntrico de paso 10 – 12, semicorona, posee 12

grupos de 2 bobinas cada uno, el estator tiene 48 ranuras, 56 espiras por ranura de

calibre 18 AWG y tiene 4 polos.

Devanado semicorona = media bobina = media ranura: Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.

110

El motor es de 48 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del

número de ranuras. Como es semicorona y tiene 56 espiras por ranura, quiere decir que 23 son de una bobina y

23 de otra, estas aisladas con papel “nomex” de 0.18mm para evitar posibles cortos.

De fabrica viene devanado con paso 8-10,12-14, pero en la reparación anterior se cambio a

10 - 12, este cambio se hace por no tener todas las formaletas que se utilizan para realizar el devanado 8-10,12-14.

El bobinado que se le va realizar al motor es de paso 10-12.

6. Medida de la bobina.

7. Realización de las bobinas.

Las bobinas se realizan en una máquina bobinadora manual, en la cual se cuadran las

respectivas formaletas, la distancia que debe haber entre éstas equivale al paso de ranura, para luego empezar a bobinar 23 vueltas, es decir 23 espiras de alambre 18

AWG.

8. Limpieza de núcleo.

9. Devanado:

El espesor del papel “Mailan” es de 0.15mm y la ranura tiene 25.5 cm de largo.

111

10. Conexiones:

Posteriormente se sacan los 12 terminales los cuales son marcados con un número en pasta,

este número va indicado según la salida que sea.

1 4 7 10 I IV X VII 3 6 9 12 II V XI VIII 5 8 11 2 III VI XII IX

figura n° 27 conexión de los grupos con sus respectivos paralelos para obtener

las 12 terminales de salida. Números en arábigo = grupos de bobinas.

Números en romano = terminales de salida.

Líneas en rojo = paralelos para obtener los doce terminales de salida.

Líneas en negro = conexión de grupos

El motor venia con 6 terminales de salida, pero se le va a entregar al cliente con 12 terminales de salida, es decir sin ninguna conexión, esto por que así esta en la placa

característica del motor.

112

Alimentación a 440 [V]:

I – XII L1 II – X L2

III – XI L3

Por medio de 6 paralelos se sacan los 12 terminales, cada uno de estos va unido o

empalmado con un alambre 8 AWG flexible.

11. Empalmes: Se utilizó “Espagueti” de 1cm para cubrir los empalmes.

A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal

manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado. El motor venia con 6 terminales de salida, pero se le va a entregar al cliente con 12 terminales de salida

como lo dice la placa característica del éste.

12.Primer prueba de aislamiento: Luego que los 12 terminales son sacados por la bornera, se procede a realizar la primer

prueba de aislamiento con ayuda del “Megger”.

PRUEBA Bobinado contra carcaza

Aislamiento 2000[MΩ ]

Tabla n° 38 resultado primer prueba de asilamiento, motor de 50HP

El resultado de esta prueba fue de 2000 [M Ω ], lo cual nos indica que el bobinado no esta

aterrizado, y tiene un valor de aislamiento bueno.

13.Secado:

14.Lacado: Ya lacado el bobinado por ambos lados se deja escurrir el sobrante de laca por 30

minutos y luego se introduce al horno a 120°C por un espacio de 12 horas.

113


Limpieza de platillos, caperuzas, ventilador, rotor, etc.

16. Introducción del rodamiento.

17. Armado.


Posteriormente se procede a realizar una segunda prueba de aislamiento con ayuda del “megger”.

PRUEBA Fases contra platillos


Tabla n° 39 resultado segunda prueba de asilamiento, motor de 50HP

Como el motor arrojo un valor de aislamiento bueno se procede realizar la prueba de vacío ya especificada en el numeral 7.2 de pruebas a motores.

19. Prueba sin carga

PRUEBA TENSIÓN[V] VELOCIDAD[RPM]

Sin carga 220 1800 Tabla n° 40 resultado prueba sin carga, motor de 50HP

El motor fue alimentado a 220[V] en su conexión de 440[V], éste revoluciono a su velocidad

nominal, pero se demora en desbocar, es decir en estabilizar esta velocidad, este retardo dura aproximadamente de 5 a 10 segundos. El motor alimentado a 220[V] no adquiere la

fuerza suficiente para realizar el trabajo en que lo utilizan, por esta razón es utilizado a 440[V].

20. Terminado:

Luego de esto se procede a forrar los cables de los terminales de salida con un material

114

de fibra de vidrio llamado “Espagueti” de 10mm, éste aislamiento se hace ya que el cable

se averió por la alta temperatura del horno en el proceso de secado. Para evitar que esto suceda se debe realizar este proceso a 80°C, de temperatura; pero como el bobinado

debe ser secado de 100 a 120°C se debe utilizar un conductor (cable) aislado con

silicona. Se aíslan todas las terminales con este “Espagueti” y se le ponen los herrajes de

cobre de 50[A], con ayuda de una remachadora o ponchadora.

Se unen los terminales I - XII

II - X III - XI

estos para la alimentación respectiva del motor.

Después se procede a acoplar el ventilador con ayuda de un mazo y se ajusta con sus tornillos, para posteriormente colocar la caperuza.

Luego se coloca la caja bornera y se ajusta con sus respectivos tornillos a la carcaza del

motor; dejando que por ella salgan los terminales. Terminado este proceso, el motor es

llevado a la sección de pintura con ayuda de una montacarga manual.

21. Pintura:

Ya estando el motor en la sección de pintura, éste es halado con ayuda de una diferencial manual la cual soporta 1.5 Ton; se cubre la placa característica con cinta de enmascarar

para evitar que esta sea pintada, y el eje es forrado con papel periódico. Con una pistola

de alta presión se procede aplicar Laca Terinsa Super 2062 a la carcaza, en este

proceso sólo se le aplica una capa al motor (carcaza). La pintura que se aplica es de laca y esta debe ser del mismo color que el motor presentaba al llegar al empresa. Al aplicarla

la laca, ésta se salto, esto ocurrió por que la pintura que traía el motor no era del mismo

tipo; por esto hay que esperar a que se seque y lijar las partes para volverlas a pintar.

22. Almacenamiento:

Ya pintado el motor se deja secar por 45 minutos, para luego pasarlo a la sección de

almacenamiento o entrega al cliente.

115

2.2.3.1 CÁLCULOS TEÓRICOS MOTOR DE 50 HP

rpmnm 1760=

ηϕ ***3

][

CosV

WPI

LL =

El valor del producto de ϕCos y η fue estimado a 0.8

==8.0*460*3

][746*50 WHPIL

][588.5864.636

][37300A

WIL ==

=Z Número total de ranuras.

48=Z ranuras

=P número de polos de la máquina 4=P

=m número de fases 3=m

==Pm

Zq

*

44*3

48==q ranuras / fase / polo ó por grupo / fase

116

=α ángulo de separación de la ranura (ángulo de ranura)

=°=Z

P*180α

°=°

= 1548

4*180α

=Y Paso polar ó paso de bobina.

P

ZY =

124

48==Y ranuras

=GeY número de ranuras que divide el principio de una fase con el principio de la otra.

==P

ZYGe

*32

84

48*32

==GeY

PmGrupos *=

124*3 ==Grupos

fasegruposm

grupos/4

12=

Devanado semicorona = media bobina = media ranura:

Encuentro de dos bobinas en una misma ranura.


número de ranuras.

fasebobinasm

bobinas/8

24=

117

grupobobinasgrupos

bobinas/2

1224 =

=sn velocidad sincrónica del campo magnético dentro del estator de la máquina.

==P

fns

120

==4

60*120sn

rpmns 1800=

=s velocidad de deslizamiento

=−= %100*s

ms

n

nns

%2%100*1800

17601800 =−=s ó 02.0

POLOS ALTERNADOS.

IV XII V X VI XI III I II VII VIII IX

Figura n° 28 diagrama de conexión de grupos con sus 12 terminales de salida, obtuvidos mediante seis

paralelos para motor de 50HP.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

118

Números en arábigo = grupos de bobinas.

Números en romano = terminales de salida. Líneas en rojo = paralelos para obtener los doce terminales de salida.


12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 VIII III XI II X XII I IX VII V IV VI

P1 F11 P2 F12 P3 F1 P4 F2 P5 F3 P6 F4 P7 F5 P8 F6 P9 F7 P10 F8 P11 F9 P12 F10

Figura n° 29 Diagrama del bobinado con paso 10-12,

con 12 terminales de salida, motor de 50HP.

Estos paralelos son conectados de esta manera, puesto que por pruebas realizadas

previamente el motor entrega el mejor rendimiento.

119

2.2.4 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 6.6HP.

1. Se procede a llenar la ficha de entrada, tomando algunos datos de la placa característica:

PLACA CARACTERÍSTICA. MOTOR SIEMENS

3 FASES MOT 1LA3 113-2 VB60 Form Cons B3 IP44-C1 Rotor 16

6.6 HP Clase aislamiento B 220 YY / 440 Y V 17.5 / 8.75 [A]

Cos ϕ = 0.88 60c/s

3480 RPM VDEO 530 / 72

Cliente: Hacienda Santa Bárbara.

2. Se empieza por realizar una inspección visual, en la cual se verifica que al motor le falta

ninguna de sus partes

3. Puntos guías.

4. Desarme: Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, éste

presenta una conexión en Y a 440[V].

Llaves que se utilizaron en el desarme:

Caperuza = llave de bristol.

Ventilador = llave de bristol. Platillos = copa

Al sacar los platillos se determina que el motor ha sufrido un corto entre espiras a causa de

que la entro agua.

120

5. Toma de datos:

Se procede a tomar los datos del devanado: Este motor presenta un devanado concéntrico de paso 1-11 semicorona; tiene 24 ranuras cada una de 66 espiras de

alambre 19 AWG. Son 6 grupos de 2 bobinas cada uno. Tiene 9 terminales de salida.



El motor es de 24 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del número de ranuras.

Como es semicorona y tiene 66 espiras por ranura, quiere decir que 33 son de una bobina y

33 de otra, éstas aisladas con papel “nomex” de 0.18mm para evitar posibles cortos.


7. Realización de las bobinas:

Luego de tener los datos y medida de la bobina se procede a realizarlas en la máquina bobinadora, en la cual se cuadran las respectivas formaletas, la distancia que debe haber

entre éstas, la cual equivale al paso de ranura, para luego empezar a bobinar 33 vueltas,

es decir 33 espiras de alambre 19 AWG.

8. Limpieza del núcleo.

9. Devanado: El espesor del papel “Mailan” es de 0.15mm.

121

10. Conexiones:

Se sacan los 9 terminales de salida, los cuales son marcados con un número en pasta, este número va indicado según la salida que sea.

1 4 IV I VII 3 6 V II VIII 5 2 VI III IX

Figura n° 30 conexión de grupos con sus paralelos para obtener

las 9 terminales de salida.

Números en arábigo = grupos de bobinas. Números en romano = terminales de salida.


Salen 9 terminales, para dejar el motor con las características de la placa 220[V] – 440[V].

Las salidas se aíslan con “espagueti” de algodón de 2mm, luego se unen con cable calibre 19

AWG y esta unión se aísla con “espagueti “ de algodón de 4mm. Este procedimiento se debe

realizar para todas las uniones.

A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal

manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado.

122

11. Empalmes:

Se utilizó “Espagueti” de 2mm para cubrir los empalmes. A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de

tal manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado. El motor se

va dejar con nueve terminales de salida como lo indica la placa característica.

12. Primer prueba de aislamiento.


Aislamiento 2000[MΩ]

Tabla n° 41 resultado primer prueba de asilamiento, motor de 6.6HP El resultado de esta prueba fue de 2000 [M Ω ], lo cual nos indica que el bobinado no esta

aterrizado, y tiene un valor de aislamiento bueno.

13. Secado:

Seis horas en el horno a 100°C

14 Lacado:


15. Limpieza de partes: Limpieza de platillos, caperuzas, ventilador, rotor, etc.


17. Armado.




Tabla n° 42 resultado segunda prueba de asilamiento, motor de 6.6HP

123



Sin carga 220 3500 Tabla n° 43 resultado prueba sin carga, motor de 6.6 HP.

20. Terminado: Se aíslan todas las terminales con “Espagueti” y se le ponen los herrajes de cobre de

20[A], con ayuda de una remachadora o ponchadora.

21. Pintura.

22. Almacenamiento.

2.2.4.1 CÁLCULOS TEÓRICOS MOTOR DE 6.6 HP

rpmnm 3480=

ηϕ ***3

][

CosV

WPI

L

L =


==8.0*440*3

][746*6.6 WHPIL

][052.896.608

][6.4923A

WIL ==

=Z Número total de ranuras. 24=Z ranuras

124



==Pm

Zq

*

42*3



=°=Z

P*180α

°=°

= 1524

2*180α


p

ZY =

122

24==Y


==P

ZYGe

*32

82

24*32

==GeY

125

PmGrupos *=

62*3 ==Grupos

fasegruposm

grupos/2

6=



número de ranuras.

fasebobinasm

bobinas/4

12 =

grupobobinasgrupos

bobinas/2

612 =


==P

fns

120

==2

60*120sn

rpmns 3600=


=−

= %100*s

ms

n

nns

%33.3%100*3600

34803600=

−=s ó 033.0

126

POLOS ALTERNADOS.

VII IV

III IX I II V VIII VI

Figura n° 31 diagrama de conexión de grupos con sus 9 terminales de salida,

motor de 6.6HP.

Números en arábigo = grupos de bobinas.

Números en romano = terminales de salida.

1 2 3 4 5 6

I VI VIII II IV IX III V VII

Y P1 F5 P2 F6 P3 F1 P4 F2 P5 F3 P6 F4

Figura n° 32 Diagrama del bobinado con paso 1-1 excéntrico ó imbricado,

con nueve terminales de salida, motor de 6.6HP

1 2 3 4 5 6

127

2.2.5 REPARACIÓN A MOTOR TRIFÁSICO DE 40HP.

1. Se procede a llenar la ficha de entrada.

PLACA CARACTERÍSTICA:

BRUCE PEEBLES & CO LTDA.

ENGIEERS EDINBURGH N° 474627

BHP VOLTS AMPS RPM

40 440 50 650 PHASES CICLES 220 / 440

3 60

Este motor pertenece a una petrolera, y allí lo utilizan para revolver crudo, por lo cual se

requiere que sea de poca velocidad pero con mucha fuerza, puesto que la sustancia no es

muy líquida.

2. Se empieza por realizar una inspección visual, en la cual se verifica que al motor le falta

ninguna de sus partes

3. Puntos guías.

4. Desarme:

Luego se procede a destapar la bornera, para observar que conexión trae el motor, éste presenta una conexión en Y a 440[V].

Llaves que se utilizaron en el desarme:

Caperuza = llave fija de 13mm.

Ventilador = llave fija de 13mm.

Platillos = copa 21

128

Al retirar los platillos observamos que el motor ha sufrido un corto entre espiras, esto

ocasionó que el alambre se fundiera en unas partes y quedara en forma de bolas.

5. Toma de datos:

Se procede a tomar los datos del devanado: Este motor presenta un devanado

concéntrico de paso 1-8 semicorona; tiene 90 ranuras cada una de 14 espiras de alambre

15 AWG. Tiene 30 grupos de 3 bobinas cada uno. Tiene 10 polos y 12 terminales de salida.



El motor es de 90 ranuras, pero por ser semicorona el número de bobinas es la mitad del número de ranuras.

Como es semicorona y tiene 14 espiras por ranura, quiere decir que 7 son de una bobina y 7

de otra, éstas aisladas con papel “nomex” de 0.18mm para evitar posibles cortos.


7. Realización de las bobinas: Luego de tener los datos y medida de la bobina se procede a realizarlas en la máquina

bobinadora, en la cual se cuadran las respectivas formaletas, la distancia que debe haber

entre éstas, la cual equivale al paso de ranura, para luego empezar a bobinar 7 vueltas,

es decir 7 espiras de alambre 15 AWG.

8. Limpieza del núcleo:

Para este motor fue necesario calentar el estator, con ayuda del equipo de autógena,

puesto que el alambre se quedo pegado, esto pudo ser causado por el corto, el cual hizo que se fundiera el alambre y se derritiera la laca que se utiliza como aislante. Esta

proceso fue demorado, aproximadamente duro día y medio.

129

9. Devanado.

10. Conexiones:

11. Empalmes:

Se utilizó “Espagueti” de 1cm para cubrir los empalmes.

A continuación se introducen los terminales en la bornera y se ubican internamente de tal manera que no queden pegando con el rotor ni con el platillo de ese lado.

12. Primer prueba de aislamiento.



Tabla n° 44 resultado primer prueba de asilamiento, motor de 40HP

14. Secado:

Seis horas en el horno a 100°C

14 Lacado:



Limpieza de platillos, caperuzas, ventilador, rotor, etc.


17. Armado.




Tabla n° 45 resultado segunda prueba de asilamiento, motor de 40HP

130



Sin carga 220 650 Tabla n° 46 resultado prueba sin carga, motor de 40 HP.

22. Terminado: Se aíslan todas las terminales con “Espagueti” y se le ponen los herrajes de cobre de

50[A], con ayuda de una remachadora o ponchadora.

21. Pintura.

23. Almacenamiento.

2.2.5.1 CÁLCULOS TEÓRICOS MOTOR DE 40 HP

rpmnm 650=

ηϕ ***3

][

CosV

WPI

LL =


==8.0*440*3

][746*40 WHPIL

][4996.608

][29840A

WIL ==

=Z Número total de ranuras. 90=Z ranuras

131



==Pm

Zq

*

310*3



=°=Z

P*180α

°=°

= 2090

10*180α


P

ZY =

910

90==Y


==P

ZYGe

*32

610

90*32

==GeY

132

PmGrupos *=

3010*3 ==Grupos

fasegruposm

grupos/10

30=



número de ranuras.

fasebobinasm

bobinas/15

45 =

grupobobinasgrupos

bobinas/5.1

3045 =


==P

fns

120

==10

60*120sn

rpmns 720=


=−= %100*s

ms

n

nns

%72.9%100*720

650720 =−=s ó 097.0

133

2.2.6 COMPARACIÓN PARTE TEÓRICA CON LA PRÁCTICA.

Puesto que en la Universidad no existe ningún texto que trate sobre el proceso de

mantenimiento o reparación a motores, sólo se puede realizar una comparación de la parte

de pruebas que se le realizan ha dichas máquinas.

Para realizar la parte teórica se utilizaron los libros, [1] Manual de Lorenzo DL1021, Motor

asincrónico trifásico, y [2] Máquinas Eléctricas. Stephen J. Chapman.

PARTE TEÓRICA PARTE PRÁCTICA

Antes de comenzar a realizar las pruebas, es

conveniente conocer el conjunto de características

nominales de la máquina que se va probar. Estos

datos indicados en la placa, constituyen la carta de identidad, que todos los constructores ponen en las

máquina, esto con la finalidad de que el usuario sepa

cuales son las características principales de

funcionamiento.

Estos valores nominales son el resultado de pruebas

que el constructor realizó sobre algunos prototipos al

inicio de la producción de la serie; cada máquina

fabricada variará ligeramente de estas prestaciones de

tipo estándar, esto es debido a las tolerancias de

construcción. [i]

La placa característica debe indicar la potencia de

salida, el voltaje de alimentación, la corriente, el factor

de potencia, la velocidad, eficiencia nominal y clase

nema de diseño. [2]

Al igual que en los transformadores, lo primero que se hace es llenar una ficha de entrada la cual nos va servir para identificar el motor en cualquier

parte del proceso. Los datos de la ficha de entrada son obtenidos mediante la placa

característica del motor; en esta se especifica la marca del motor, el tipo, la potencia, número de

fases, tensiones, corriente, velocidad y se nombra la actividad a realizar la cual puede ser mantenimiento o reparación.

Estos datos son útiles en el momento de realizar

las pruebas, para evitar alguna falla por parte del

Ingeniero que las realiza. Estas fallas pueden ser como sobretensión, sobrecarga, etc.

CARACTERÍSTICAS NOMINALES

134

Medida de la resistencia en el devanado del estator:

esta prueba es útil para determinar el rendimiento

convencional de la máquina, los pares y el

desplazamiento con carga. Para el motor asíncrono de

tipo trifásico, con devanado estatórico, constituido por

tres circuitos diferentes (fases U, V, W), las tres fases

podrán estar conectadas en estrella o triangulo. Las

tres fases estatóricas que están previstas para las

corrientes nominales, tienen una resistencia de valor pequeño (sus valores disminuyen cuando la potencia

nominal de la máquina aumenta).

La medida se deberá efectuar con corriente cont inua y

la máquina detenida. En cada caso, se debe proceder

cuando el motor este frió, es decir inactivo por varias

horas para que se pueda estar seguro que todas las

piezas están a temperatura ambiente. [1]

Se aplica un voltaje dc a los devanados del estator del

motor. Puesto que la corriente es dc, no hay voltaje

inducido en el circuito del rotor y en este caso no fluye

corrienteresultante. Así mismo, la reactancia a

corriente directa del motor es cero. Entonces, la unica

cantidad que limita el flujo de corriente en el motor es

la reactancia del estator, y por lo tanto, esta puede ser

determinad. Se conecta una fuente dc a los tres

terminales del motor conectado en Y. Para realizar la

prueba se ajusta la corriente del estator al valor

nominal y se mide el voltaje en los terminales. La

corriente en los devanados del estator se ajusta al valor nominal para que los devanados se calienten a la

misma temperatura que tendría durante la operación

normal(recuerde que la resistencia de los devanados

es en función de la temperatura). [2]

Esta prueba no se le realizó a ninguno de los que les hizo seguimiento.

MEDIDA DE LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL ESTATOR

135

La prueba al vacío o sin carga, es de gran importancia,

puesto que esta pone en evidencia las condiciones de

trabajo del circuito magnético del motor. Esta prueba

consiste en alimentar el motor a su tensión nominal,

dejando que el rotor gire libremente sin ningún par

resistivo. En estas condiciones, las corrientes

consumidas están representadas por la suma vectorial

de la corriente magnetización y de la pequeña

componente aditiva debida a las perdidas en el hierro (del estator) y mecánica (fricción y ventilación).

La potencia corresponde a la suma de todas las

pérdidas en vacío que comprenden:

• Pérdidas en el cobre del estator

• Pérdidas en el hierro del estator

• Pérdidas mecánicas por fricción y

ventilación

Se realiza con el fin de calcular el rendimiento

convencional, es decir las perdidas mecánicas y las

perdidas en el hierro. [1]

La prueba de vacío mide las perdidas rotacionales del

motor y suministra información sobre su corriente de

magnetización. La única carga puesta sobre el motor

es su propio rozamiento con el aire. Los instrumento utilizados para realizar esta prueba son: dos

vatímetros, un voltímetro y tres amperímetros. [2]

Consiste en alimentar el motor a su voltaje nominal, y se deja que el eje rotor gire

libremente , es decir sin ninguna carga.

Luego se intercambia una fase, esto para verificar si el motor puede girar en ambos

sentidos.

En esta prueba también se verifican las

revoluciones por minuto del motor con ayuda de un tacómetro análogo.

Prueba en corto circuito: esta prueba determina la

intensidad de la corriente absorbida y el factor de

potencia cuando el motor esta alimentado con el rotor

bloqueado. Esta prueba permite calcular los

parámetros equivalentes en serie del motor, es decir,

(Xe – Re - Ze) y si se dispone de un dinamómetro,

proceder a medir el par de arranque. Funcionando con

rotor bloqueado, el motor asíncrono se considera en

corto circuito, esto por que los devanados del estator y

Esta prueba no se le realizó a ninguno de los que

les hizo seguimiento.

PRUEBA SIN CARGA

PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

136

corto circuito, esto por que los devanados del estator y

del rotor se encuentran en perfecta similitud eléctrica

con el primario y el secundario de un transformador

estatórico que funciona en corto circuito. Cuando el

motor funciona con el rotor bloqueado limita la

corriente absorbida por la impedancia equivalente de

sus devanados (resistencia y reactancia de dispersión.

Como consecuencia, si en esta condición se alimenta

el motor con la tensión plena indicada en la placa, se

tendrían intensidades bastantes elevadas (de tres a

seis veces de la intensidad nominal) que puede dañar

los devanados por efecto del calor. [1]

Para realizar esta prueba, se bloquea o enclava el rotor

de tal forma que no se pueda mover, se aplica voltaje

ac al estator y se ajusta el flujo de corriente a valor

aproximado a plena carga. Cuando la corriente esta en

su valor a plena carga, se toma la lectura del voltaje,

corriente y potencia resultante que fluye hacia el motor.

Los instrumento utilizados para realizar esta prueba

son: dos vatímetros, un voltímetro y tres amperímetros.

[2]

No se encuentra información alguna con respecto a la realización de esta prueba en los textos tratados, ni se realizó en las clases de laboratorio en la universidad.

Esta prueba es realizada con ayuda de un instrumento de nombre “MEGGER” 500V / 10000[MΩ ]. En motores se debe realizar esta prueba dos veces, la primera se hace para verificar que el bobinado no se encuentre aterrizado, es decir que no este pegando con la carcaza; esta se debe realizar cuando el estator esta recién bobinado. Para realizarla el terminal “LINE” del “megger” debe ser conectado al bobinado y el terminal “EARTH” a la carcaza del motor. La segunda se realiza cuando el motor esta completamente armado; en ésta se realiza la medida de cada fase con referencia a los platillos. Para llevar a cabo esta medición, el terminal “LINE” debe ser conectado a la fase que se va a medir y el terminal “EARTH” a los platillos; comparada la primer fase se procede a medir de la misma manera la segunda, para luego ser

PRUEBA DE AISLAMIENTO

137

la misma manera la segunda, para luego ser medida la tercera. Estas mediciones se realizan para verificar que el motor no se encuentre aterrizado. Al realizar estas pruebas se debe esperar 1 minuto mientras el equipo estabiliza la lectura.

138

3. APORTE A LA EMPRESA

En la visita realizada por parte de los tutores a la empresa ELÉCTRICOS INGENIERÍA Y

SERVICIOS LTDA, se entrevistaron con el coordinador de la pasantía el Dr. Iván Cala, el cual

les mostró la empresa, les dio a conocer el trabajo que se hace allí, y les comento que habían tenido problemas con la filtroprensa; el cual consistió en que al momento de utilizarla por

primera vez, ésta recalentó los cables de alimentación del circuito de fuerza. Los tutores nos colocaron en la tarea de investigar por que razón ocurrió esto.

Al empezar la investigación observamos que ésta tenia 3 motores los cuales trabajaban a 440

[V], y cuatro grupos de resistencias conectadas en triangulo las cuales consumían 18.5KW en total, estos elementos utilizados al mismo tiempo para su funcionamiento.

Los tres motores, el primer de HP, el segundo de 3HP y el tercero de 1HP.

Utilizando la ley de OHM obtuvimos la corriente que cada uno de estos consumía.

Resistencias, 18 [KW] en total:

IVPT *= Despejando la corriente

][04.42440

5.18

AIV

KWI

V

PI

T

T

TT

=

=

=

Como en los motores tenemos la potencia pero en caballos de fuerza , hay que convertirlos a potencia en Vatios.

139

1 [HP] equivale a 746 [W] entonces:

Motor 1: 5HP * 746W = 3730[W]

Motor 2: 3HP * 746W = 2238[W]

Motor 3: 1HP * 746W = 746[W]

Motor 1.

][0805.6064.548

3730

9.0*8.0*440*3

746*5

***3

746*5

AI

WHPI

CosV

WHPI

L

L

L

L

==

=

=ηφ

Motor 2:

][08.4

064.5482238

AI

WI

L

L

=

=

Motor 3:

][36.1

064.548746

AI

WI

L

L

=

=

140

Los valores de eficiencia y Cos φ para realizar este calculo son estimados.

Sumatoria total de la corriente consumida:

=motoresIT 12.248 [A]

=asresistenciIT 42.04[A]

Para un total de 54.288 [A]

Utilizando la tabla de FACOMEC S.A. La cual nos describe las capacidades de corriente que

puede soportar cada conductor observamos que se pueden utilizar los siguientes

conductores:

Calibre 8 AWG con aislamiento para una temperatura nominal de 90°C en cobre.

ó Calibre 6 AWG con aislamiento para

una temperatura nom inal de 60°C en cobre.

Los conductores utilizados anteriormente para la alimentación eléctrica de la filtroprensa eran

calibre 12 AWG en cobre, los cuales pueden soportar una corriente máxima de 25 [A] con aislamiento para temperatura de 60°C y 30 [A] con aislamiento para temperatura de 90°C,

esta fue la causa del daño. Posteriormente se realizó el cambio de los conductores quemados y se colocaron otros

nuevos calibre 8 AWG a 90°C. Luego de este cambio la filtroprensa a trabajado, sin presentar ninguna molestia.

141

4. RESULTADOS

Los resultados obtenidos durante esta pasantía son analizados mediante una comparación

de la parte teórica y la parte practica. Para desarrollar dicha comparación es necesario

remitirnos a textos que se encuentran en la universidad, principalmente los Manuales de Lorenzo DL 1080, DL 1021 y el libro de Maquinas Eléctricas de Stephen Chapman, éstos

para desarrollar la parte teórica, y para la parte practica es necesario recurrir a lo que obtuvimos durante la interacción en el proceso de mantenimiento y reparación de

transformadores y motores.

La comparación que se realizará a continuación es específicamente de las pruebas que se realizan a los transformadores y motores en la empresa . ya que teóricamente los textos solo

indican las pruebas que se le realizan a dichos equipos, mas no las otras partes del proceso,

puesto que estas se realizan de diferentes manera en cada empresa.

En la parte de transformadores las pruebas que se realizan son:

Prueba de resistencia de los devanados (entre fases).

Prueba de relación de transformación. Prueba de vacío o hermeticidad.

Prueba de aislamiento.


Prueba de tensión inducida. Prueba sin carga (en vacío).


Para la parte de motores solo se realizan dos pruebas: Prueba de aislamiento.

Prueba en vacío.

142

4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la prueba de medición de resistencia de los devanados, sólo se realiza en el devanado de

AT tensión, puesto que el instrumento para realizar la de baja tensión no se encuentra. La

lectura de AT se realiza utilizando un multimetro digita, con el cual es necesario esperar 30 segundos mientras la lectura de este se estabiliza, este tiempo esta dado a criterio y

experiencia del Ingeniero, y que teóricamente se utiliza es el método del voltíamperimetro para realizar ambas lecturas, es decir la de AT y BT. .

Para realizar la prueba de relación de transformación es mas practico utilizar el TTR,

instrumento con el cual cuenta la empresa, esta prueba se realiza con mucha rapidez puesto que el personal se encuentra capacitado para la manipulación de este instrumento.

La empresa sigue los procedimientos que se conocen teóricamente, para realizar la prueba

en vacío y la prueba de corto circuito, con ayuda de un banco de pruebas el cual contiene dentro de si todos los instrumentos necesarios para llevar a cabo dichas pruebas. Estas

pruebas se realizan de igual forma, tanto en la parte practica, como en la parte teórica

En algunas pruebas como la de tensión aplicada, la cual se realiza para descartar fallas de

aislamiento, la prueba de tensión inducida que se hace para descartar fallas en el bobinado y

la prueba de aislamiento que se realiza para medir aislamiento, no se cuenta con información

en los textos con los que cuenta la universidad, ni se conocieron en las clases de laboratorio Adquiridas en la universidad, ya que se realiza con equipos muy costosos, como un

transformador de 40000 KVA, un generador de 415Hz y un Megger.

A partir de lo anterior nos damos cuenta de que los procedimientos teóricos y prácticos que se adquieren en la universidad, no son muy diferentes a los que se llevan cabo en la

empresa, aunque en la universidad no se cuenta con equipos tan costosos para realizar

algunas pruebas, estas se realizan de otras maneras que en caso de que falle algún instrumento en la empresa se pueden llevar a cabo sin ningún problema.

143

5. CONCLUSIONES

1. El estudio desarrollado en la pasantia, contribuyó a la comprensión de los principios de

reparación y mantenimiento de transformadores y motores, dejando claro los conceptos

que abarcan sus análisis.

2. Se logro poner en práctica el análisis teóricos para encontrar el circuito equivalente del transformador, partiendo de las pruebas de circuito abierto y cortocircuito realizadas en el

campo de pruebas de la empresa, los cuales son un elemento útil para algún tipo de

análisis del sistema eléctrico del cual haga parte el transformador.

Estos cálculos representan un valor agregado, como aporte de los pasantes a la empresa, ya que en ésta no se estaban realizando.

3. Al interactuar en los procesos de reparación y mantenimiento de transformadores y

motores, se logro aplicar los conocimientos adquiridos durante la carrera, tanto teóricos como prácticos.

4. Mediante esta práctica se pudo conocer los diferentes instrumentos y herramientas que se utilizan para llevar a cabo los procesos, ya sea mantenimiento o reparación de

transformadores y motores.

5. Mediante las pruebas realizadas a los transformadores durante la inspección inicial, se logro determinar si el trafo era para mantenimiento o reparación y las diferentes tareas a

seguir para cada caso.

6. Al intervenir en esta empresa, se pudo adquirir experiencia en la parte técnica con referencia a transfo rmadores y motores la cual es una de las tantas ramas en la que nos

podemos desempeñar en un futuro.

144

6. GLOSARIO

ANCLAJE: Soportes que el tanque trae en su interior para asegurar que la parte activa no

quede en movimiento.

AT: Alta tensión.

ASBESTO: Solución que se utiliza para proteger los conductores durante el proceso de

empalme.

BT: Baja tensión.

CONMUTADOR. Regulador de voltajes del transformador.

COLLARIN: hecho de papel “shela”, utilizado para evitar que las espiras se salgan de la

bobina y para aislar el devanado del núcleo. CREPE: Papel que se utiliza para hacer los tubos de los taps.

ENTREFASES: Papel que se utiliza para aislar las coronas en el proceso de bobinado de motores.

ESPAGUETTI: aislante en fibra de vidrio utilizado para recubrir los empalmes de los

terminales de salida y conexiones internas del motor.

FLEJE: Lamina de cobre utilizada para realizar el devanado de BT.

145

HILADILLO. Cordón que se utiliza para reforzar las coronas en el proceso de bobinado de

motores.

LOCTIN: Solución instantánea que se utiliza para pegar el empaque a la tapa del

transformador.

MAILAN: En transformadores: papel que se utiliza para aislar las bobinas de las planchas metalizas antes de entrar al horno, para evitar que se adhieran. En motores: se utiliza para

aislar las espiras del núcleo.

MEGGER: Instrumento utilizado para realizar la prueba de aislamiento.

MICROMETRO: Instrumento que utiliza para medir el espesor del papel y alambres que se utilizan en el proceso de bobinado.

NOMEX: Papel que se utiliza para aislar una bobinas de otra, en caso de que el devanado

del motor sea semicorona.

O.C: Open circuit, circuito abierto

O:C: Short circuit, cortocircuito

PARTE ACTIVA: Conjunto de bobinas y núcleo del transformador.

PRESPAN: Papel que se utiliza para hacer el taco o cilindro de la bobina.

REOMETOL: Solución que se utiliza para reforzar el taco o cilindro.

SHELA: Papel que se utiliza como aislamiento tanto para el bobinado de AT como para él

bobinado de BT en los transformadores.

146

SOLDADURA DE FÓSFORO: material que se utiliza para realizar las uniones

y empalmes tanto en el proceso de bobinado de transformadores y motores.

TAPS: Derivaciones del bobinado de AT que van al conmutador.

TRAFO: Transformador

TTR: Instrumento utilizado para realizar la prueba de relación de transformación. XILOL: Liquido que se utiliza para limpiar el núcleo.

147

7 BIBLIOGRAFÍA

• DAGOBERTO ORTIZ. Transformadores de Distribución. Siemens. 1996

• DE LORENZO. Manual DL 1021, Motor asincrónico trifásico a jaula. Italia. 1995

• DE LORENZO. Manual DL 1080, Transformador Trifásico. Italia. 1995.

• ENRÍQUEZ HAPER, GILBERTO. El ABC de las Máquinas Eléctricas

• GURU ET AL. Electric Machinery and Transformers. Oxford Press. 1995

• INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS DE CERTIFICACIÓN. normas

colombianas de presentación de tesis de grado. Bogotá. ICONTEC. 1998. NTC 1307

• RAS OLIVA, ENRIQUE. Transformadores de potencia, de medida, y protección

• SERRANO IRIBARNEGARAY, LUIS. Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas.

• STEPHEN J. CHAPMAN. Máquinas Eléctricas. Colombia. 2000. Tercera Edición.

• THALER, GEORGE, JULIUS. Manual de Máquinas E léctricas

148

8 ANEXOS

Documents

Manual de Transformadores Monofasicos