Trafos de Potencia

MDULO III: PROYECTO DE ESTACIONES TRANSFORMADORAS DE 132 KV

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Mario Cebreiro DISTROCUYO S.A.


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NDICE

OBJETO ......................................................................................................................................................... 4

NORMAS ........................................................................................................................................................ 5

Referencias normativas ............................................................................................................................. 5

GUA DE DISEO DE ESTACIONES TRANSFORMADORAS .................................................................... 8

5.7 Transformadores de Potencia ....................................................................................................... 8

5.8 Reactores de Neutro artificial ........................................................................................................ 9

5.7 Transformadores de Potencia ............................................................................................................ 10

DEFINICIONES ............................................................................................................................................ 12

Transformador de Potencia: .................................................................................................................... 12

Autotransformador ................................................................................................................................... 12

Transformador inmerso en aceite ............................................................................................................ 12

Sistema de preservacin del aceite ......................................................................................................... 12

Borne ........................................................................................................................................................ 13

Punto neutro ............................................................................................................................................. 13

Arrollamientos .......................................................................................................................................... 13

Rgimen nominal ..................................................................................................................................... 13

Conmutador bajo carga ........................................................................................................................... 13

Conmutador sin tensin ........................................................................................................................... 13

Conexin estrella (Y)................................................................................................................................ 13

Conexin tringulo (D) ............................................................................................................................. 14

Conexin en tringulo abierto .................................................................................................................. 14

Conexin zigzag (Z) ................................................................................................................................. 14

Impedancia de cortocircuito de un par de arrollamientos ........................................................................ 14

Impedancia homopolar (de un arrollamiento trifsico)............................................................................. 15

CONEXIONES DEL NEUTRO ..................................................................................................................... 16

ESPECIFICACIN DE TRANSFORMADORES DE TRES ARROLLAMIENTOS ....................................... 18

Comportamiento ante cortocircuitos ........................................................................................................ 18

Regulacin de tensin en trafos de tres arrollamientos........................................................................... 19

Prdidas ................................................................................................................................................... 22

Descargas parciales y ruidos ................................................................................................................... 22

Materiales del transformador ................................................................................................................... 22

ACCESORIOS.............................................................................................................................................. 23

Bushings y descargadores de tensiones ................................................................................................. 23

Sistema de enfriamiento. ......................................................................................................................... 23

Sistema de conservacin del aceite. ....................................................................................................... 23

Auxiliares .................................................................................................................................................. 24

GRUPOS DE CONEXIN E IMPEDANCIAS .............................................................................................. 25

SELECCIN DE LA POTENCIA NOMINAL ................................................................................................ 28

La diferencia entre potencia aparente primaria y secundaria .................................................................. 29


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El nivel de tensin .................................................................................................................................... 30

Nivel del mar ............................................................................................................................................ 31

Los arrollamientos de regulacin de la tensin ....................................................................................... 31

La temperatura ......................................................................................................................................... 32

Las corrientes y tensiones armnicas ...................................................................................................... 33

La cuestin de los tres arrollamientos ..................................................................................................... 35

ENSAYOS .................................................................................................................................................... 37

Cumplimiento de las normas de seguridad en los ensayos .................................................................... 37

Clase de ensayos ..................................................................................................................................... 38

Condiciones Generales para los ensayos de rutina, tipo y especiales ................................................... 39

Ensayos de Rutina ................................................................................................................................... 39

Ensayos de tipo ........................................................................................................................................ 39

Ensayos especiales ................................................................................................................................. 39

DESCRIPCIN DE ENSAYOS TRANSFORMADORES ........................................................................ 40

Medicin de las resistencias de los arrollamientos .................................................................................. 40

Medicin de la relacin de transformacin y verificacin del grupo de conexin .................................... 40

Medicin de la impedancia de cortocircuito y de las prdidas debidas a la carga .................................. 40

Medicin de las prdidas y la corriente en vaco ..................................................................................... 41

Medicin de los armnicos de la corriente en vaco ................................................................................ 41

Medicin de la/s impedancia/s homopolar/es de los transformadores trifsicos. ................................... 41

Ensayos sobre conmutadores bajo carga ............................................................................................... 42

Ensayo dielctrico de los circuitos auxiliares ........................................................................................... 42

Ensayo dielctrico de tensin aplicada. ................................................................................................... 42

Ensayo dielctrico de tensin inducida. ................................................................................................... 43

Ensayo de calentamiento. ........................................................................................................................ 43

Medicin de resistencia de aislacin. ...................................................................................................... 44

Medicin del ndice de polarizacin (IP). ................................................................................................. 44

Medicin de la relacin de absorcin dielctrica (RAD). ......................................................................... 44

Ensayos con tensiones de impulso.......................................................................................................... 45

Ensayo de nivel de ruido. ......................................................................................................................... 46

Ensayo del aceite aislante. ...................................................................................................................... 46

Comportamiento del transformador ante cortocircuitos externos ............................................................ 46

Tangente delta ......................................................................................................................................... 46

BIBLIOGRAFA............................................................................................................................................. 47

ANEXO I EJEMPLO DE UN PLIEGO DE ESPECIFICACIONES TCNICAS ......................................... 48


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OBJETO

El presente apunte tiene por objeto presentar exclusivamente los aspectos tcnicos esenciales

de los transformadores de potencia que tienen relacin con el DISEO, PROYECTO Y

CONSTRUCCIN DE SISTEMAS DE TRANSMISIN DE ENERGA ELCTRICA.

Se omiten la teora del funcionamiento de los transformadores y los criterios para la construccin

y el diseo por considerarse un tema de inters del fabricante de transformadores. Aqu se

analiza al transformador como un elemento componente del sistema elctrico y se estudian a

partir de las normas disponibles - aquellos aspectos relacionados con su especificacin tcnica,

ensayos y recepcin y su montaje.

En el apunte se complementar y se ampliar lo establecido y propuesto en la GUA DE

DISEO DE ESTACIONES TRANSFORMADORAS elaborada por ATEERA para el SISTEMA

DE TRANSPORTE DE ENERGIA ELCTRICA POR DISTRIBUCION TRONCAL EN ALTA

TENSIN y para el SISTEMA DE TRANSPORTE DE ENERGIA ELCTRICA EN ALTA

TENSIN


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NORMAS

Las normas son instrumentos elaborados por entidades especializadas, a partir de la

intervencin de especialistas, cientficos, universidades, fabricantes y usuarios. Estas establecen

las caractersticas tcnicas de los equipos, los mtodos de ensayo y de clculo de ciclos de

trabajo que representan lo que el equipamiento deber realizar en servicio. La normalizacin

tiene efecto directo en la reduccin del costo de los equipamientos, hace ms comparables los

diferentes productos aumentando la competencia y reduce muy especialmente los costos del

mantenimiento y reemplazo.

Existen normas para los materiales elctricos que cubren las necesidades de especificacin de

todos los elementos. Quien disea y proyecta instalaciones elctricas debe conocer las normas

disponibles y basarse en ellas para garantizar buenos resultados al mnimo costo. En lo que

sigue, se har un repaso de las normas que deben utilizarse en el caso de los transformadores

de potencia.

Se debe ser muy cuidadoso en la seleccin de las Normas que se utilizarn en la especificacin

del transformador de potencia. En especial, existen importantes divergencias entre las

exigencias de las Normas de origen americano (en especial las IEEE y ANSI) en relacin con las

europeas (en este caso IEC e ISO). Debemos tener en cuenta que el concepto que califica el

proyecto es el econmico. Se debe lograr obtener la mquina que satisfaga los requerimientos

de la especificacin tcnica, y al mismo tiempo ofrezca todas las garantas requeridas y que su

costo sea el mnimo posible. Puede observarse que en algunos casos, se compran mquinas

especificadas segn las normas IEC y luego se las pretende hacer funcionar utilizando los

criterios de la IEEE. Esto lleva - en algunos casos - a que se generen divergencias en dichas

exigencias lo que puede generar o bien sobredimensionamientos innecesarios o zonas de

incertidumbre en donde las garantas pretendidas dejan de existir y el comportamiento del

equipo no cubre las expectativas.

Referencias normativas

Las normas que se citan a continuacin constituyen dispositivos vlidos y de uso en la

especificacin de transformadores de potencia.


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IRAM 2018: 1971 -Transformadores de transporte y distribucin de energa elctrica, Mtodos

de ensayo de calentamiento (Hasta tanto no se complete la revisin de esta norma se aplicar la

IEC 76-2: 1993).

IRAM 2026: 1972 -Aceite aislante

IRAM 2053-1: 1985 -Identificacin de los bornes y terminales elctricos generales para el

marcado con notacin alfanumrica (IEC 445: 1973).

IRAM-CEA F 2104: 1967 -Transformadores para transporte y distribucin de elctrica y

transformadores reguladores. Condiciones generales.

IRAM 2105: 1987 -Transformadores para transporte y distribucin de energa elctrica, niveles

de aislacin y ensayos dielctricos (IEC 76-3: 1980)

IRAM 2112 Transformadores de Potencia Comportamiento ante cortocircuitos externos.

IRAM 2250: Transformadores de distribucin, accesorios,

IRAM 2276: 1990- Transformadores de potencia secos (IEC 726: 1982).

lRAM 2325: 1992 -Aislacin elctrica. Gua para la evaluacin de las mediciones de su

resistencia.

IRAM 2354: 1989- Aisladores pasantes (IEC 137: 1984),

lRAM 2405: 1990 -Gua para la eleccin de aisladores bajo condiciones de contaminacin

ambiental (IEC 815: 1986).

IRAM 2437: 1972 -Transformadores para transmisin y distribucin do energa elctrica. Niveles

de ruido.

IRAM 2444: 1982 -Grados de proteccin mecnica proporcionada por las envolturas de equipos

elctricos.


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IRAM 2446: 1987 -Transformadores de potencia. Distancias de aislacin externa en aire (IEC

76-3-1: 1987),

NORMA IRAM 2099: 1994 Transformadores de Potencia Generalidades.

IRAM 2455-421 (Por estudiarse)- -Vocabulario electrotcnico internacional. Captulo IV:

Transformadores y reactores de potencia.

IRAM 2464: 1992 -Gua de carga para 106 transformadores de potencia secos (IEC 905: 1987)

IRAM 2471: 1991 Transformadores de potencia Gua de aplicacin (IEC 606: 1978) .

lRAM 6677: 1988 -Siliconas liquidas aislantes para uso elctrico .

lRAM-IACC-ISO E-9001: 1991 -Sistemas de la calidad. Modelo para el aseguramiento de la

calidad en el diseo/produccin, la produccin, la instalacin y el servicio postventa (ISO

9001:2000).

IEC 68-3-3; 1991 - Ensayos ambientales. Parte 3: Informacin adicional. Seccin 3: Gua -

Mtodos de ensayo ssmico para el equipamiento.

IEC .76-2: 1993 -Transformadores de potencia. Ensayos de calentamiento.

IEC 354: 1991 -Gua de carga para transformadores de potencia en bao de aceite.


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GUA DE DISEO DE ESTACIONES TRANSFORMADORAS

Se transcribe a continuacin lo que la Gua elaborado por ATEERA para distribucin troncal

establece:

5.7 Transformadores de Potencia

Los transformadores de potencia sern unidades trifsicas de tres arrollamientos. En 220/132 kV

se analizar la instalacin de Autotransformadores trifsicos.

Debern poseer regulador bajo carga con regulacin automtica de tensin. Sern aislados en

aceite y con refrigeracin natural / forzada, ONAN / ONAF.

Debern responder bsicamente a las ltimas versiones de las siguientes normas y/o

recomendaciones:

IRAM DE APLICACIN VIGENTES, en especial las de Aseguramiento de la Calidad.

IEC 60076.- Transformador de Potencia

IEC 60137.- Aisladores pasantes para tensiones superiores a 1000 V.

IEC 60214.- Conmutadores de tomas bajo carga

IEC 60354.- Gua para carga de transformadores en bao de aceite.

IEC 60606.- Gua de aplicacin para Transformador de Potencia.

IEC 60185.- Transformadores de corriente.

IRAM y/o IEC asociadas a las anteriores y que sean de aplicacin.

De acuerdo a la tensin y al tipo de instalacin las caractersticas y funciones ms usuales de

los transformadores son:

Tensiones (kV) Conexin Funcin terciario

220/132/33 Estr./Estr./triang Compensacin /Serv.Aux.

132/66/13,2 Estr./Estr./triang Distribucin y Serv. Aux. c/ neutro artificial

132/33/13,2 Estr./Estr./triang Distribucin y Serv. Aux. c/ neutro artificial

132/13,8 /13,2 Estr./Estr./triang Compensacin

132/6,6/6,6 Estr./Estr./triang Compensacin


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Poseern protecciones propias y de red de acuerdo a la Gua de Diseo de Sistemas de

Protecciones.

Los transformadores se equiparn con transformadores de corriente en los pasatapas, aptos

para la conexin de las imgenes trmicas en los distintos bobinados.

El rea que circunda a los transformadores y los equipos all ubicados deber estar protegida

contra eventuales accidentes tales como la explosin del transformador (muros parallamas) o el

derrame del aceite aislante (cuba de contencin). Las caractersticas de estas construcciones

respondern a las recomendaciones de la Gua de Diseo de Obras Civiles debindose cumplir

y respetar las exigencias vigentes sobre la proteccin del medio ambiente.

Estas instalaciones de proteccin deben mantener distancias mnimas de montaje y permitir un

fcil mantenimiento de los equipos. Los accesos a vlvulas, cajas, sensores, etc. deben quedar

despejados.

5.8 Reactores de Neutro artificial

En instalaciones donde se prevea que el terciario (conexin tringulo) de un transformador

alimente la Distribucin en Media Tensin y los Servicios Auxiliares es necesario considerar la

incorporacin de un generador de un neutro artificial para el sistema.

Los reactores debern ser unidades trifsicas aisladas en aceite en conexin zigzag con neutro

accesible. La refrigeracin ser natural, ONAN.

Los reactores debern conectarse a las barras de Media Tensin mediante equipamiento de

medicin, proteccin e interrupcin propios, debiendo disponerse de un reactor por cada barra o

seccin de barras. En estaciones nuevas que cuenten con slo un transformador, podrn

emplearse esquemas transitorios ms sencillos.

Debern responder bsicamente a las ltimas versiones de las siguientes normas y/o

recomendaciones:

IRAM DE APLICACIN VIGENTES, en especial las de Aseguramiento de la Calidad.


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IEC 60076.- Transformador de Potencia

IEC 60137.- Aisladores pasantes para tensiones superiores a 1000 V.

IEC 60354.- Gua para carga de transformadores en bao de aceite.

IEC 60185.- Transformadores de corriente.

IRAM y/o IEC asociadas a las anteriores y que sean de aplicacin.

Las protecciones sern las propias de la mquina ms las que se recomiendan en la Gua de

Diseo del Sistemas de Protecciones.

El rea que circunda a los reactores y los equipos all ubicados deber estar protegida contra un

eventual derrame del aceite aislante (cuba de retencin). Las caractersticas de esta

construccin respondern a las recomendaciones de la Gua de Diseo de Obras Civiles

debindose cumplir y respetar las exigencias vigentes sobre la proteccin del medio ambiente

en el rea ecolgica.

Estas instalaciones de proteccin deben mantener distancias mnimas de montaje y permitir un

fcil mantenimiento de los equipos. Los accesos a vlvulas, cajas, sensores, etc. deben quedar

despejados.

Por su parte la GUIA GENERAL DE DISEO Y NORMAS PARA ESTACIONES

TRANSFORMADORAS del SISTEMA DE TRANSPORTE DE ENERGIA ELECTRICA EN ALTA

TENSION establece:

5.7 Transformadores de Potencia

Los transformadores de potencia debern ser bancos de unidades monofsicas, en Estaciones

Transformadoras que abastezcan la demanda mediante un nico transformador, y sin vas

alternativas de suministro en caso de indisponibilidad del mismo. En estos casos deber

preverse un polo de reserva listo para servir de recambio ante una falla de una de las unidades.

En los dems casos la configuracin se determinar sobre la base de aspectos como el nivel de

reserva de transformacin remanente existente en la estacin, la disponibilidad de vas

alternativas de suministro, o los criterios para expansin del SADI que eventualmente la


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regulacin establezca en el futuro, priorizando como meta reducir al mnimo el corte de

demanda ante la contingencia simple. Los transformadores debern ser de tres arrollamientos.

El terciario deber ser de 33 kV, para ser utilizado como compensacin o para alimentacin de

servicios auxiliares.

Sern aislados en aceite y con refrigeracin natural forzada, ONAN / ONAF/OFAF.

Debern poseer regulador bajo carga con regulador automtico de tensin.

Los transformadores de potencia debern responder a la norma IEC 60076 y particularmente los

bushings a la norma IEC 137.

Los reguladores bajo carga debern cumplir con la norma IEC 214.

Sus protecciones a sern las propias de la mquina ms las que se fijan en la Gua de Diseo y

Normas de Sistemas de Protecciones. El rea que circunda a los transformadores y los equipos

all ubicados deber estar protegida contra eventuales accidentes tales como la explosin del

transformador (muros parallamas) o el derrame del aceite aislante (cuba de retencin). Estas

instalaciones de proteccin deben mantener distancias mnimas de montaje y permitir un fcil

mantenimiento de los equipos. Los accesos a vlvulas, cajas, sensores, etc. deben quedar

despejados.

A fin de asegurar la combinacin tcnicamente ms adecuada, los descargadores de

sobretensin debern ser provistos por el fabricante del transformador, quien adems deber

indicar la distancia mxima entre ellos.


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DEFINICIONES

El transformador de potencia es un dispositivo elctrico utilizado para transferir una determinada

potencia elctrica alterna de un nivel de tensin elctrica a otro, por medio de la induccin

electromagntica. Es el equipamiento ms caro del sistema elctrico y el corazn de la estacin

transformadora.

En lo que sigue, se presentan las definiciones que establece la norma IRAM 2099: 1994 (IEC

60076-1:2000).

Transformador de Potencia:

Equipo esttico de dos o ms arrollamientos que por induccin electromagntica transforma un

sistema de tensin y corrientes alternas en otro sistema de tensiones y corrientes de valores

generalmente diferentes, a la misma frecuencia con el objeto de transmitir la potencia elctrica.

Autotransformador

Transformador en el cual al menos dos arrollamientos tienen una parte comn.

Transformador inmerso en aceite

Transformador en el cual el circuito magntico y los bobinados estn sumergidos en el aceite

aislante.

NOTA En el marco de la presente norma, todo lquido aislante, aceite mineral u otro producto

asimilable al aceite.

Sistema de preservacin del aceite

En un transformador inmerso en aceite, el sistema que absorbe la dilatacin trmica del aceite.

Se puede algunas veces impedir o disminuir el contacto entre el aceite y el aire ambiente.


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Borne

Pieza conductora destinada a conectar un arrollamiento con los conductores externos.

Punto neutro

Punto en un sistema simtrico de tensiones que est convencionalmente a un potencial nulo en

condiciones normales de servicio.

Arrollamientos

Conjunto de espiras que forman un circuito elctrico asociado a una de las tensiones para las

cuales ha sido definido el transformador.

Rgimen nominal

Conjunto de los valores numricos atribuidos a las magnitudes que definen el funcionamiento

del transformador, en las condiciones especificadas en esta norma, y que sirven de base a las

garantas del fabricante y a los ensayos.

Conmutador bajo carga

Aparato que permite cambiar de toma cuando el transformador est energizado o en carga.

Conmutador sin tensin

Aparato que permite cambiar de toma cuando el transformador est totalmente desconectado

de la red.

Conexin estrella (Y)

Conexin de los arrollamientos en la cual un extremo de cada arrollamiento de fase de un

transformador trifsico, o de cada arrollamiento de la misma tensin nominal para los

transformadores monofsicos que constituyen un banco trifsico, est conectado a un punto

comn (punto neutro), estando el otro extremo conectado al borne correspondiente de la lnea.


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Conexin tringulo (D)

Conexin en serie de los arrollamientos en la cual un extremo de cada arrollamiento de fase de

un transformador trifsico, o de cada arrollamiento de la misma tensin nominal para los

transformadores monofsicos, efectuada de modo de de realizar un circuito cerrado.

Conexin en tringulo abierto

Conexin en serie de los arrollamientos en la cual un extremo de cada arrollamiento de fase de

un transformador trifsico, o de cada arrollamiento de la misma tensin nominal para los

transformadores monofsicos, se conectan en tringulo sin cerrarlo en uno de sus vrtices.

.

Conexin zigzag (Z)

Conexin de los arrollamientos de modo que un extremo de cada arrollamiento de fase de un

transformador trifsico est conectado a un punto comn (punto neutro), y en que cada

arrollamiento de fase consta de dos partes en las cuales se inducen tensiones desfasadas.

Nota: estas dos partes poseen normalmente el mismo nmero de espiras.

Impedancia de cortocircuito de un par de arrollamientos

Impedancia serie equivalente Z = R + jX, expresada en ohms, a la frecuencia nominal y a la

temperatura de referencia, medida en los bornes de uno de los dos arrollamientos, mientras los

bornes del otro arrollamiento estn cortocircuitados. Los dems arrollamientos, en caso de

existir, estn a circuito abierto.

Para un transformador trifsico, la impedancia se expresa como una impedancia de fase (es

decir, que se considera una conexin equivalente en estrella).

Para un transformador que posee un arrollamiento con tomas, la impedancia de cortocircuito se

refiere a una toma particular. Salvo especificacin contraria, dicha toma es la principal.

NOTA: Dicha impedancia puede expresarse bajo una forma adimensional, en valor relativo,

como una fraccin z de la impedancia de referencia Zref del mismo arrollamiento del par. La

expresin porcentual es:


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Siendo:

(Frmula vlida para los transformadores trifsicos y monofsicos).

Donde U es la tensin (tensin nominal o tensin de toma) del arrollamiento al que se refieren Z,

Zref, y Sr es el valor de referencia de la potencia nominal.

El valor relativo es tambin igual al cociente entre la tensin a aplicar en el ensayo de

cortocircuito para hacer circular la corriente nominal (o corriente de toma), y la tensin nominal

(o tensin de toma). Esa tensin corresponde a la tensin de cortocircuito del par de

arrollamientos. Generalmente, ella se expresa en por ciento.

Impedancia homopolar (de un arrollamiento trifsico)

Impedancia expresada en ohms por fase a la frecuencia nominal, medida entre les bornes de de

lnea de un arrollamiento trifsico en estrella o zigzag, conectados entre s y su borne de neutro.

NOTA 1 La impedancia homopolar puede tener varios valores, ya que depende de la manera en

que estn conectados y cargados los bornes del otro o de los otros arrollamientos.

NOTA 2 La impedancia homopolar puede depender del valor de la corriente y de la temperatura,

en particular para los transformadores sin algn arrollamiento en tringulo.

NOTA 3 La impedancia homopolar puede tambin expresarse en valor relativo de la misma

manera que la impedancia de cortocircuito.


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CONEXIONES DEL NEUTRO

Las conexiones de los arrollamientos de los transformadores distinguen casos con neutro (Z, Y)

y sin neutro (D), y en caso de haber neutro, conectado a un conductor o aislado.

En los niveles de tensiones superiores a 52 KV, los niveles de aislacin normalizados exigen

optar por la conexin del neutro rgido a tierra, lo que reduce sensiblemente las sobretensiones y

por ende los niveles de aislacin. Adems, en el nivel de 33 KV, la Gua de Diseo de las

Transportistas Troncales estableci el neutro rgido a tierra. Esto significa que el factor de falla a

tierra debe ser inferior a 1,4. Dicho factor ser menor que 1,4, siempre que, para todas las

configuraciones de explotacin, la reactancia homopolar sea menor al triple de la reactancia de

secuencia positiva y la resistencia homopolar sea menor o igual que la reactancia directa. Estos

valores se obtienen nicamente con la conexin del neutro de la estrella rgida a tierra.

En el caso de 13,2 KV, cuando el sistema es alimentado desde el tringulo de un transformador,

la red se considera con neutro aislado. El sistema con neutro aislado admite la puesta a tierra de

una de las fases, sin que esto origine otras corrientes por tierra diferentes de aquellas que

surgen por las modificaciones de las capacidades entre fases, producto de dicha puesta a tierra.

Sin embargo, esto genera, por un lado, sobretensiones importantes en las aislaciones entre las

fases sanas y tierra y por otro lado un gran riesgo para personas, animales y bienes que

pudiesen entrar en contacto con esa puesta a tierra de la fase. Se debe entonces, colocar por

razones de seguridad, un neutro artificial que sea capaz de desconectar la lnea en dichas

situaciones. De esta forma, si bien se reduce parcialmente el nivel de sobretensin de la red, se

reducen su duracin y los riesgos para las personas.

Se pueden utilizar diferentes dispositivos para generar corrientes controladas de tierra o reducir

los potenciales de tierra, para neutro aislado. Estos pueden ser:

transformadores de tierra;

neutralizadores de falla a tierra (bobina de Petersen);

resistores;

reactores;

capacitores;


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combinacin de alguno de esos elementos

En el caso particular de las transportistas troncales, la eleccin ha recado sobre un reactor con

conexin zigzag, con capacidad de carga limitada, algunas veces con la adicin de resistencias

limitadoras de corriente de cortocircuito.

Reactor zigzag

Podemos analizar el reactor como un transformador estrella-zigzag en que el arrollamiento Z es

un transformador con columna con dos medios arrollamientos que estn en oposicin, con

impedancia relativamente baja, con el primario en estrella desconectado.

Esto es anlogo a observar el transformador Yd en el cual lo corriente homopolar que circula por

la estrella es compensada por la que circula por el tringulo.

En el punto sobre grupos de conexin e impedancia se contina con el anlisis de este tema.


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ESPECIFICACIN DE TRANSFORMADORES DE TRES ARROLLAMIENTOS

Tericamente, un transformador trifsico de tres arrollamientos podra tener potencias

independientes unas de otras siempre que estas permitiesen realizar las transformaciones de

potencia entre niveles de tensiones que son de inters. Sin embargo, debido a que el tercer

arrollamiento muchas veces se construye a los efectos de dar un camino a las corrientes de

secuencia cero (homopolares) en un transformador trifsico de tres columnas, se han impuesto

condiciones practicas. En general, un par de arrollamientos permiten la transferencia de la

mxima potencia de la maquina y el tercer arrollamiento es de potencia reducida entre el 30 y el

60 %. El 30% es el mnimo para soportar las corrientes de secuencia cero, aunque en la prctica

se escogen valores superiores para que el arrollamiento resulte suficientemente slido como

para soportar los esfuerzos electrodinmicos de los cortocircuitos ms probables.

Comportamiento ante cortocircuitos

Se debe exigir que los transformadores sean diseados y construidos para resistir sin dao los

efectos trmicos y mecnicos de cortocircuitos exteriores, de acuerdo con las corrientes de

cortocircuito que se indican, tomando en cuenta el caso ms severo de cortocircuito. Ser

aplicable la norma IRAM 2112, Transformadores de Potencia, Comportamiento ante

cortocircuitos externos, en relacin con la resistencia del transformador a cortocircuitos. El

fabricante debe presentar datos garantizados sobre la aptitud de sus transformadores para

resistir cortocircuitos, a base de los clculos y de las pruebas de cortocircuito realizados sobre

los transformadores de caractersticas similares a los de la propuesta.

Un dato de inters para el proyectista es que la verificacin terica al cortocircuito se hace para

cada par de arrollamientos. En algunos casos, cuando se cuenta con transformadores en

paralelo, si se conectan los transformadores en paralelo en primario y secundario, pero se

alimenta con uno solo o en barras separadas en el tercer arrollamiento, una falla en este nivel,

har que ese bobinado sea alimentado simultneamente desde el primario, de la red de alta

tensin y desde el segundo bobinado a travs del paralelo entre los transformadores. De esta

forma, el tercer bobinado podra encontrarse sometido a un esfuerzo electrodinmico superior al

de diseo, y de ser as, con muchas posibilidades de averiarse.


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En la figura siguiente se muestra lo antes expresado. As, una falla en la barra a la que se

conecta un solo transformador (circuito verde), hace que el bobinado reciba potencia a travs

del primario (azul) y del otro paralelo con el otro transformador en la tensin secundaria (circuito

rojo). Si tanto los secundarios como los terciarios se encuentran conectados en paralelo, este

efecto se compensa. Y si bien la corriente en la falla ser superior, la corriente en cada uno de

los bobinados resulta inferior a la del caso graficado.

Si el transformador ser utilizado de la manera antes indicada, se debe aclarar correctamente en

la especificacin, lo que requerira de un diseo especfico. En ese caso deberan realizarse

ensayos sobre el diseo (tipo). Cabe aclarar que para transformadores de potencia no se cuenta

en el pas con un laboratorio con la potencia de cortocircuito necesaria para llevar ensayos de

cortocircuito, razn por la cual, la verificacin es terica. Deben establecerse en la

especificacin correctamente los alcances de la garanta para estos casos.

Si existe la posibilidad de que el transformador sea trasladado o que se modifique el esquema

operativo o que la potencia de cortocircuito se incremente, el transformador debe especificarse

para la condicin ms desfavorable.

Regulacin de tensin en trafos de tres arrollamientos


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Con el objeto de atender con la mayor calidad de producto posible las demandas de energa,

hoy da, los transformadores de potencia disponen de un bobinado de regulacin de tensin y de

un conmutador bajo carga que les permiten mantener un nivel de tensin estable ante valores

diferentes en la tensin de alimentacin y diferentes estados de carga. La impedancia del

transformador, est sometida a dos intereses contrapuestos. Por un lado, las cadas de tensin

deben ser moderadas y para resolver este criterio la impedancia debe ser baja y por el otro, las

corrientes de cortocircuito deben ser limitadas y para este criterio, la impedancia debe ser

elevada. Finalmente debe llegarse a una situacin de compromiso. Sin embargo, en las grandes

unidades prima la necesidad de limitar las corrientes de cortocircuito, siendo sus impedancias

elevadas. El bobinado regulador de tensin y el conmutador de tensin bajo carga permiten

variar la relacin de transformacin sin sacar de servicio la mquina. Este sistema admite

tambin la regulacin automtica de tensin, utilizando para ello el regulador automtico de

tensin.

En general, el bobinado de regulacin se construye como una bobina adicional. Si bien existen

diferentes posibilidades de conexin, en la mayor parte de los casos se conecta sobre el

bobinado de alta tensin, del lado del neutro. Esto permite un bajo nivel de aislacin (por

encontrarse cerca del neutro) y a su vez una menor corriente de carga (lado alta tensin). En

transformadores trifsicos de tres arrollamientos, esta regulacin tendr efectos sobre ambos

secundarios. Para equilibrar esta situacin ante diferentes estados del sistema, normalmente el

bobinado secundario est dotado tambin de un bobinado de regulacin de tensin con dos o

tres puntos posibles de conexin. Este bobinado de compensacin no opera bajo carga.

Esquemticamente, el bobinado de regulacin bajo carga se puede conectar segn los tres

principios siguientes:

- regulacin de tipo lineal

- regulacin por sustitucin

- regulacin por inversin

Sin embargo, atendiendo lo anteriormente expresado, salvo condiciones especiales de diseo,

los bobinados reguladores se conectan segn el principio de inversin sobre el neutro, en el

arrollamiento de alta tensin. En este caso, para las transportistas troncales, siempre en estrella

y rgido a tierra. La figura muestra una representacin esquemtica monofsica de la disposicin


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del arrollamiento de regulacin respecto al arrollamiento base. En general, este arrollamiento -

de tamao exagerado en el dibujo por tienen un nmero de vueltas del orden del 10 % al 15 %

del arrollamiento principal.

El principio de regulacin por inversin requiere un solo bobinado de regulacin, que se conecta

en fase (aumento de la tensin) o en oposicin (reduccin de la tensin) respecto del

arrollamiento principal.

En general, la regulacin bajo carga cubre niveles que van del 10% al 15% de la tensin

nominal en el bobinado primario y de 5% en la regulacin sin tensin del bobinado secundario.

Los saltos de tensin se sitan entre el 1 y el 2%, contando normalmente el bobinado de

regulacin bajo carga con 11 saltos (que con la inversin permiten 21 puntos de regulacin) y de

2,5% en la regulacin de tensin no bajo carga del bobinado secundario, con tres puntos de

conexin. Saltos de tensin bajo carga inferiores al 1% requieren muchos puntos y un bobinado

muy complejo, mientras que mayores producen problemas en la conmutacin bajo carga. En

general no es necesaria una regulacin de tensin tan fina que no admita saltos del orden del

1% al 2%.

La especificacin de la impedancia de cortocircuito y de los saltos de tensin del conmutador

bajo carga puede realizarse de diferentes formas. Es aconsejable, - si el transformador no ser

conectado en paralelo con una mquina preexistente, circunstancia que obliga a predefinir

impedancias y valores del salto de tensin dejar al fabricante del transformador una cierta


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libertad de accin, predefiniendo fundamentalmente los niveles mximos de potencia de

cortocircuito tolerable y las necesidades previstas de regulacin de tensin en el sistema. El

fabricante, por su parte, al momento de la oferta debe elegir y garantizar los valores de

impedancias de la toma principal y de las tomas extremas, pudiendo diferir con respecto a los

valores garantizados en las tolerancias especificadas por la norma correspondiente.

Prdidas

Las prdidas de vaco corresponden al valor de potencia activa que la mquina toma, cuando

recibe la tensin nominal en el primario, encontrndose los dos secundarios abiertos. Las

prdidas debidas a la carga es la potencia activa correspondiente a la temperatura de referencia

cuando por uno de los secundarios cortocircuitados se hace circular la corriente nominal. Las

prdidas totales resultan de la suma de ambas. Es interesante destacar que en un mundo en el

cual la energa comienza a transformarse en un bien escaso, corresponde realizar una

evaluacin econmica de costos de inversin versus energa perdida con transformadores con

diferentes niveles de prdidas. Es siempre aconsejable anticipar en la especificacin tcnica

luego hacerlo- que en la evaluacin econmica se tendrn en cuenta las prdidas elctricas

producidas durante toda la vida til del transformador, para incentivar al fabricante a reducirlas.

El rendimiento mximo debe estar lo ms prximo posible a la mxima potencia.

Descargas parciales y ruidos

En ningn caso pueden exceder los valores normalizados.

Materiales del transformador

Se recomienda dejar en manos del fabricante y de las normas el establecimiento de los mejores

materiales. Existe una importante evolucin en la calidad de los mismos y son ellos quienes

estn en mejores condiciones para seleccionarlos. Solamente deben especificarse los aspectos

que tengan relacin con las instalaciones propias del usuario, como trochas, tipos de cncamos

de izaje, anclajes, etc.


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ACCESORIOS

Bushings y descargadores de tensiones

Es aconsejable que sean respetando las normas que les cabe - seleccionados, provistos y

montados por el fabricante, para evitar todo tipo de controversias en caso de presentarse

problemas durante el funcionamiento de los equipos. Debe darse informacin sobre las

condiciones ambientales y del sistema en el sitio donde se ubicar el transformador para una

correcta eleccin de las distancias de fuga de los aisladores y de las caractersticas de los

transformadores. En el caso de 13,2 KV, es fundamental establecer la conexin del neutro para

seleccionar el nivel de aislacin del bobinado y la coordinacin de la aislacin con bushings y

descargadores de sobretensiones.

Sistema de enfriamiento.

Tambin puede ser conveniente no establecerlo de antemano. En determinadas circunstancias,

cuando se solicita un transformador gemelo a uno preexistente puede ser conveniente tambin

fijar el sistema de refrigeracin. Sin embargo, deben anticiparse conceptos en relacin al

mantenimiento y vida til, previendo los diferentes tipos de equipos que podran componerlos.

As, se especifican caractersticas y normas para radiadores, vlvulas, caeras, ventiladores y

bombas. La experiencia muestra que suelen ser los elementos que cuando no han sido

correctamente especificados y seleccionados luego dan mayor nivel de mantenimiento.

Es importante prever rels de imagen trmica para el control del sistema de enfriamiento y del

rgimen de carga de la unidad en servicio.

Sistema de conservacin del aceite.

La norma distinguen los siguientes tipos:

- Con libre comunicacin entre aire y atmsfera. Generalmente se utiliza un deshidratador en

la conexin a la atmsfera.


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- A diafragma, en el cual el aceite y el aire que permite la expansin del aceite en un tanque,

estn separados por un diafragma o una membrana.

- De gas inerte bajo presin. El volumen de expansin est lleno de gas inerte seco a presin.

- Sellado con colchn gaseoso. El volumen de gas que absorbe la dilatacin del aceite est

sellado.

- Sistema estanco. La expansin del aceite se absorbe por un movimiento elstico de la cuba,

generalmente ondulada al efecto.

Se pueden aceptar diferentes sistemas atendiendo las particularidades de cada caso.

Actualmente se prefieren los sistemas en los que el aceite no est en contacto directo con el

aire. Se debe especificar de todas formas la provisin de forma que asegure un mnimo

mantenimiento y de la mayor seguridad al transformador.

Auxiliares

Se deben especificar los auxiliares, entre los que se destacan:

Rels Buhcholz y Buhcholz Hansen,

Indicadores de nivel de aceite,

Termmetros,

Detectores de imagen trmica,

Rels de temperatura,

Vlvulas de descarga de sobrepresin,

Vlvulas y grifos,

Cajas terminales, tableros y armarios,

Herrajes,

Ruedas,

Instrumentos indicadores,

Equipos de control,

Placa de identificacin,

Manmetros,

Equipos de control de aceite y registro en lnea,

Etc.,


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GRUPOS DE CONEXIN E IMPEDANCIAS

En sus clculos, el proyectista del sistema elctrico, considera al transformador de potencia

como una impedancia serie a travs de su circuito equivalente que produce cadas de tensin,

que limita las corrientes de cortocircuito, que debe soportar diferentes estados de carga, que

debe poder resistir sobretensiones. Estas consideraciones integran la especificacin tcnica

para su adquisicin.

De la Gua de Diseo se desprende que los transformadores sern en todos los casos de tres

arrollamientos y el nico modo de conexin de sus arrollamientos trifsicos es el de estrella-

estrella-tringulo. En el caso de los reactores de neutro, la conexin es estrella-zigzag.

Estos modos de conexin forman grupos de conexin que deben ser especialmente analizados

por su comportamiento ante fallas y regmenes de carga desbalanceados. En regmenes

balanceados, para la secuencia positiva y negativa, las conexiones de los arrollamientos no

tienen ninguna influencia.

Conexin Yyd

Esta conexin se analiza como la combinacin de tres transformadores de dos arrollamientos,

uno para cada par de tensiones. Se obtienen entonces tres valores de impedancias llamadas

binarias, y se pueden determinar los valores de una estrella equivalente.

Z1 = (Z12 + Z13 Z23)/2;

Z2 = (Z12 + Z23 Z13)/2; y

Z3 = (Z23 + Z13 Z12)/2

Debido a que la secuencia positiva y negativa no imponen restricciones especiales al

funcionamiento del transformador, analizaremos brevemente el comportamiento de la secuencia

cero.


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Si los neutros estn aislados, la impedancia de secuencia cero entre las estrellas alcanza un

valor muy grande, en la prctica el circuito se cierra a travs de la capacitancia entre

arrollamientos. Si una estrella tiene el neutro rgido a tierra, mientras que la otra no, la

impedancia de secuencia cero adquiere un valor del orden de la impedancia propia del

transformador. Cuando ambos neutros estn efectivamente conectados a tierra, la corriente de

secuencia cero puede circular libremente entre los sistemas, resultando para trafos de tres

columnas - en una impedancia de valor bajo, del orden del 90% al 95% de la de la secuencia

positiva.

Aunque no ha sido precisado en la Gua de Diseo de Estaciones Transformadoras las

conexiones de los neutros de las estrellas, estamos hablando que las mismas estarn en el nivel

de 220 y 132 KV del lado alta tensin y en 132, 66, 33 y 13,2 KV. A excepcin del nivel de 13,2

KV en el que se pueden utilizar conexiones de neutro diferentes del rgido a tierra, en el sistema

argentino, en todas las otras tensiones el neutro es rgido a tierra, en virtud de los niveles de

aislacin normalizados. De todas formas, debido a los costos, se utilizan en todos los casos

transformadores con ncleos de tres columnas, los que para un correcto funcionamiento

requieren la conexin de los neutros de las estrellas rgida a tierra. Analizamos entonces

solamente el caso de la conexin conocida como YnynD, donde ambos neutros de las dos

estrellas de tensiones se encuentran slidamente vinculados a tierra.

Con esta conexin la impedancia de secuencia cero (homopolar) equivale a la de un

transformador con dos arrollamientos con conexin estrella-tringulo. El tercer arrollamiento en y

no influye en la secuencia cero, resultando una impedancia de cortocircuito a la secuencia cero

con un valor aproximadamente igual a la impedancia de cortocircuito existente entre los

arrollamientos 2 y 3, o 1 y 3 segn que el arrollamiento de alimentacin sea el 2 o el 1.

El arrollamiento en tringulo es un cortocircuito a la secuencia cero. Las corrientes de secuencia

cero no pueden intercambiarse entre los tres terminales de un devanado conectado en tringulo

y el sistema externo. Pero la corriente de cortocircuito circulando inducir en el otro devanado

(Yn) conectado en estrella con neutro accesible tambin conectado.

Conexin zigzag (z)


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En un reactor conectado en zigzag, cada columna tiene devanados de dos fases que tienen

conexin con direcciones opuestas como se aprecia en la figura siguiente.

Las fuerzas magnetomotrices - en oposicin en la secuencia cero - se cancelan en cada una de

las columnas, no habiendo magnetizacin resultante. La corriente encuentra as una baja

impedancia de cortocircuito a la secuencia cero.

Esta es la razn por la cual un reactor zigzag con el neutro rgido a tierra se utiliza para

proporcionar un punto neutro cuando el sistema, en ese nivel de tensin, es alimentado desde

un transformador con conexin en tringulo. Al reactor (transformador) conectado en Z se lo

considera como un transformador de tierra o acoplamiento de neutro (neutro artificial).


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SELECCIN DE LA POTENCIA NOMINAL

Cada transformador debe ser capaz de suministrar la potencia garantizada en forma

permanente, con una tensin aplicada al devanado primario segn los niveles de tensin

particulares del suministro, sin exceder los lmites de temperatura establecidos en las normas.

En la mayor parte del mundo, los transformadores se cargan muy por debajo de su potencia

nominal. Existe - siempre - redundancia suficiente como para compensar la prdida de una

unidad, lo que da margen para que, salvo durante los perodos de emergencia, las cargas no

alcancen nunca los valores nominales de placa. Esto da vidas tiles medias en los parques de

transformadores superiores a los 50 aos. Si las condiciones reales de uso de los

transformadores resultan diferentes de las especificadas en la norma, podemos encontrarnos en

que los transformadores de potencia concebidos para una vida til de aproximadamente 25

aos a carga nominal reduzcan dicha vida til a unos pocos aos. Este rpido envejecimiento

se debe a que las condiciones de uso son mucho ms exigentes que las previstas en las

condiciones nominales de las normas. Las tensiones fuera de banda, el uso del bobinado de

regulacin en forma intensa, las temperaturas ambientes superiores a las de norma y la altitud

(en muchos casos superiores a los lmites establecidos por las normas), el sobrecalentamiento

producido por las corrientes armnicas superiores (fuertemente amplificados por los capacitores

recientemente montados en todo el pas) y el efecto de sobrecarga que las cargas capacitivas

generan en los terciaros de los transformadores, elevan fuertemente su temperatura en el punto

ms caliente. Los transformadores entonces, an por debajo de su potencia de chapa, se

exponen a fuertes sobrecargas trmicas que reducen sustancialmente su vida til. A modo de

ejemplo, la expectativa de vida del parque de Distrocuyo, para unidades nuevas, no supera (en

la mayor parte de las estaciones transformadoras), los cinco aos. Esto genera, inconvenientes

en la calidad de servicio y costos inaceptables. El aprovechamiento mximo de los

transformadores en el corto plazo lleva a agotar en pocos aos el parque de transformacin con

consecuencias econmicas desastrosas para los usuarios de un servicio esencial e

imprescindible como es el servicio elctrico. Dada la relacin exponencial que relaciona la vida

til con la temperatura, se observa que aumentando la temperatura un 34% - de 86 C a 116 C

lo que equivale a incrementar la carga en el transformador solamente en un 16%, la

expectativa de vida se reduce de 100 aos a 3 aos!!!! Una poltica de sobrecarga como esa

multiplica los costos varias veces!!!! Las imposiciones ambientales, el incremento de los costos


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de las materias primas, las necesidades incrementales de calidad de servicio y el fuerte

incremento de los costos de disposicin de los equipos fuera de uso hacen que se busquen los

medios para alargar la vida til de estas mquinas (en realidad de todo el equipamiento

elctrico). Es dable observar que lo que normalmente se envejece es solamente el papel

aislante, lo que representa un bajo porcentaje del costo total de la unidad.

Se recomienda entonces que:

Se prevea que los transformadores se carguen atendiendo la temperatura del punto ms

caliente que es el que en definitiva regula su vida til. Para ello, en algunos casos, y segn

las condiciones del sistema, la potencia erogada puede resultar inferior a la de placa. Este

valor de temperatura del punto caliente se determina a partir del salto trmico que aparece

entre la temperatura media del bobinado - imagen trmica - y la temperatura del aceite en la

parte superior de la cuba - termmetro de cuadrante - dependiendo de la estructura y diseo

de cada mquina y del rgimen de carga.

La temperatura del punto caliente no debe exceder los 110 C.

Se analice la forma que evoluciona el parque transformador de forma tal de evitar

desoptimizar la inversin considerando cada estacin como la unidad a analizar. Esto traer

otros subptimos que la regulacin debe tomar en cuenta y facilitar su implementacin.

La diferencia entre potencia aparente primaria y secundaria

Es muy claro que la norma IEC establece como potencia nominal la potencia primaria. Sin

embargo, normalmente, se desprecia esta diferencia como si el transformador no tuviese

prdidas ni activas ni reactivas. En las grandes unidades de potencia, la diferencia que existe

entre la potencia nominal aparente primaria y la secundaria es muy pequea. El rendimiento es

muy bueno. La diferencia entre ambos arrollamientos se explica matemticamente a travs de la

suma vectorial de los consumos de potencia activa y reactiva del transformador. El consumo de

reactivo es relativamente constante, dependiendo fundamentalmente de la tensin de entrada y

en menor medida de la carga y del factor de potencia de esta ltima. Las prdidas activas se

corresponden con el rendimiento a travs de la expresin:


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:

Donde:

P2 = Potencia secundaria

Pcu = Prdidas en el cobre

Pfe = Prdidas en el hierro

Se puede demostrar1 que el mximo rendimiento se encuentra para relaciones porcentajes de

carga segn la siguiente expresin:

Los grandes transformadores de potencia tienen a plena carga niveles de prdidas en el cobre

de cuatro a seis veces superiores que las que encontramos en el hierro, lo que nos lleva a tener

el mximo rendimiento entre 0,4 y 0,5 de la carga nominal.

A regmenes de cargas del orden del 85% de la potencia nominal, con factores de potencia

inductivos del 80%, la potencia nominal aparente del secundario se encuentra en valores que

oscilan entre el 97% y el 98,5% de la del primario.

El nivel de tensin

La potencia nominal se alcanza con la corriente nominal cuando en el primario se aplica la

tensin nominal. Una reduccin de la tensin no puede equilibrarse con un aumento de la

corriente, sin producir una sobre elevacin de la temperatura. Cuando la tensin disminuye, la

potencia que puede entregar el transformador tambin se reduce. Si la tensin aumenta, la

potencia de salida se incrementa. En las condiciones actuales de funcionamiento del SADI2, en

1 Se ha desestimado su presentacin en este artculo por considerarlo fuera de su objeto. 2 Sistema Argentino de Interconexin


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general, en los horarios de mximas demandas, en las llegadas de las lneas3, las tensiones de

entrada son inferiores a las nominales. Salvo algunas pocas excepciones, los valores de tensin

del sistema de 132 KV se encuentran entre el 92% y el 98% del valor nominal. Por lo tanto, en

dichos casos, la potencia nominal que son capaces de entregar esos transformadores se reduce

en el mismo porcentual en que disminuye la tensin.

Nivel del mar

Para aquellas unidades que funcionan por encima de los 1000 metros de altitud sobre el nivel

del mar, se deber reducir la carga de tal forma que se baje la temperatura en un grado kelvin,

cada 400 metros en el caso de transformadores refrigerados naturalmente y cada 250 metros

para aquellos que tienen refrigeracin forzada.

Los arrollamientos de regulacin de la tensin

Es claro que el ensayo de calentamiento, que se realiza como parte de los ensayos de

recepcin de una nueva unidad transformadora de potencia, para verificar que con todos los

parmetros en condiciones nominales la elevacin de temperatura se encuentra dentro de los

rangos aceptables ms adelante volveremos sobre esta cuestin en detalle se realiza con el

bobinado regulador de tensin en su punto neutro. Esto quiere decir que ninguna vuelta de su

devanado se incluye en el circuito de ensayo4. En la figura siguiente, se observa una disposicin

tpica y actual de un conmutador bajo carga. En la condicin de ensayo el conector que en la

figura se encuentra entre los puntos 9 y 10 - sealado con el crculo rojo - se encuentra entre los

puntos 10 y 1, llegndose desde el arrollamiento principal directamente al centro estrella del

transformador sin pasar por el bobinado regulador.

3 Es dable comentar que en la salida de las lneas, las tensiones son normalmente superiores a las nominales para

permitir funcionar al sistema.

4 En la realidad, inicialmente se inserta el bobinado regulador en su totalidad con el fin de llegar ms rpidamente a la

temperatura de trabajo del transformador. Lo que demuestra claramente que este bobinado produce un calentamiento

adicional al del rgimen nominal.


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Ahora bien, en el funcionamiento normal, y muy particularmente en las actuales condiciones del

SADI, los transformadores - para compensar las cadas de tensin excesivas tanto aguas arriba

como las que habr aguas abajo - deben intercalar gran parte del bobinado regulador. Esta

situacin tambin colabora en las prdidas en el cobre y en el hierro debido al incremento de los

flujos de dispersin y de las prdidas en el cobre por el efecto joule asociado debido a la porcin

de bobinas insertadas. Se debe sealar que la mayora de los transformadores del SADI tienen

tres arrollamientos, y regulacin de carga en dos de ellos. En la alta tensin, normalmente bajo

carga, con pasos del orden del 1% y un alcance de regulacin de aproximadamente 10%,

mientras que en el bobinado de media tensin, la conmutacin es manual, habitualmente sin

carga y sin tensin, con pasos de 2,5% y alcance de 5%.

Estas bobinas tienen efectos trmicos variables y deben evaluarse en cada caso particular. Sin

embargo, podemos estimar que el aumento de las prdidas alcanza en algunos casos niveles

del orden del 5% al 6 % cuando los bobinados reguladores se encuentran en sus puntos

extremos. La potencia nominal del transformador debe reducirse efectivamente para considerar

esta condicin diferente de la prevista.

La temperatura


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Para transformadores inmersos en aceite la norma IEC 76-1 en el punto 1.2 establece que la

temperatura del aire ambiente no debe ser inferior a -25 C ni superior a 40 C. Este es el rango

normal. Es de destacar que en muchas instalaciones de nuestro pas las temperaturas en las

estaciones transformadoras exceden largamente el mximo superior.

Para este mismo tipo de unidades, a norma IEC 76-2 en el prrafo 4.3.1, fija otras limitaciones

referentes a las condiciones de temperatura en el lugar de instalacin del transformador, no

debindose exceder los siguientes valores:

- temperatura promedio mensual del mes ms caluroso 30 C

- temperatura promedio anual 20 C

En el punto 4.2, establece los siguientes lmites de sobreelevacin de temperatura para servicio

continuo con potencia nominal:

Sobreelevacin del aceite en la parte superior 60 K Sobreelevacin media del devanado

(medido por variacin de resistencia)

para transformadores ON u OF

para transformadores OD

65 K

70 K

Las corrientes y tensiones armnicas

Debemos coincidir que existe en nuestro pas un doble efecto que ha llevado las corrientes

armnicas a valores impensados hace apenas algunos aos. En primer lugar, porque nuestro

pas no es ajeno a la tendencia mundial de incremento de los armnicos. Ello se origina

principalmente en el aumento cada vez mayor de equipos rectificadores. La mayora de los usos

ms ricos y nuevos de la energa elctrica se realizan en corriente contnua. Tanto la

informtica, como los nuevos equipos de iluminacin, el control y los motores con regulacin de

velocidad funcionan en corriente contnua. El consumo de los rectificadores dista bastante de

ser lineal, lo que comporta en suma niveles importantsimos de armnicos. Una caracterstica

propia de nuestro pas es la difusin de la compensacin y an la sobre compensacin de la

energa reactiva con el propsito de aumentar los niveles de transferencia y transporte de


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energa. Esto contribuye a reducir las reactancias del sistema, encontrndose en algunos casos

muy prximas de las de resonancia con estas frecuencias armnicas superiores. Esto

naturalmente las amplifica. En muchos casos resulta necesario realizar el filtrado de tales

frecuencias. Sin embargo, la regulacin Argentina no exige niveles de filtrado similares a los que

se ven en Europa o USA. Aqu se ha tomado la decisin de filtrar solamente en el caso que el

nivel de armnicos puede afectar a los mismos capacitores, ignorando lo que pasa en el resto

del sistema. As se permiten armnicos que aumenten hasta en un 30% el valor total de la

corriente eficaz en dichos capacitores. Se llega a estos niveles de corriente eficaz con quintos y

sptimos armnicos mayores an que la corriente fundamental5 !!

Los armnicos superiores aumentan de manera importante las prdidas. Por un lado

aumentando las prdidas parsitas en virtud de las elevadas frecuencias. Por otro lado

incrementan las prdidas por efecto joule debido al efecto piel o pelicular, que lleva a la corriente

a circular hacia la periferia del conductor a medida que aumenta la frecuencia. Estos efectos de

los armnicos sobre el equipo elctrico son ampliamente conocidos. Existe una abundante

bibliografa para aquellos que quieran profundizar sobre el particular. La siguiente frmula,

extrada de la norma UTE C15-112, que utiliza EDF para desclasificar sus transformadores que

enfrentan fuertes armnicos - la IEEE es mucho ms exigente sobre este particular - establece

el factor de reduccin que debe aplicarse a un transformador para considerar el efecto de

elevacin de temperatura que producen los armnicos superiores:

Donde:

K = factor de disminucin de la potencia nominal del transformador de potencia

h = armnico

Ih = corriente del armnico h

5 En Europa o USA se compensa atendiendo a la relacin entre la potencia de cortocircuito en el punto de insercin de

los capacitores y la potencia de compensacin. Siguiendo esta norma, en todos los casos de compensacin segn la

Resolucin 01/03 de la Secretara de Energa se debera compensar.


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I1 = corriente fundamental (50 ciclos)

Con los valores normales de tensiones armnicos y corrientes quintas y sptimas armnicas

normalmente las ms elevadas dentro de los valores habituales, la reduccin porcentual de la

potencia nominal es de algunos puntos porcentuales. Sin embargo, con las corrientes que se

registran actualmente, algunos bobinados debern desclasificarse en valores inferiores al 70%

de su valor de placa6!!!!

La cuestin de los tres arrollamientos

El hecho de trabajar con los transformadores tan al lmite, hace que se deba rever algunas

condiciones de funcionamiento y que como en los casos anteriores puede llevar a una

importante reduccin de la potencia nominal. Las diferencias en el factor de potencia entre el

primario y secundario puede generar sobrecargas que no resultan visibles desde el primario.

Trataremos de verlo en un simple ejemplo extrado de la bibliografa. Consideremos un

transformador 132/34,5/13,8 KV 30/30/10 MVA como los que existen en muchas de nuestras

estaciones. Veamos algunos datos del comportamiento cuando cargamos el secundario segn

las condiciones ideales de la norma, del transformador con la potencia aparente nominal,

mientras el terciario se encuentra en vaco. La siguiente tabla nos muestra los niveles de carga y

las prdidas en el cobre en los arrollamientos primarios y secundarios.

6 Es el caso de los transformadores de Distrocuyo en Anchoris, por ejemplo.

Datos transformador AT MT BT

Potencia (MVA) 30 30 10

Tension (kV) 132 34,5 13,8

P (MW) 24,000 24,000 0,000

Q (MVAr) 18,000 18,000 0,000

cosfi 0,800 0,800 0,000

S (MVA) 30,000 30,000 0,000

30 1,000 1,000 0,000

i^2 (pu) 1,000 1,000 0,000

r (%) 0,378 0,422 0,272

perdidas (%) 0,378 0,422 0,000 0,800


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Vemos que las prdidas en el cobre alcanzan a 0,8% de la potencia nominal.

Si, ahora, como estamos haciendo en muchas estaciones transformadoras, conectamos sobre el

terciario de 13,2 KV un banco de capacitores de 10 MVAr, veremos ms o menos lo siguiente:

Las primeras conclusiones nos permiten advertir que en primer lugar la potencia en el primario

se redujo de 30 MVA a 25 MVA, mientras que las prdidas en el cobre aumentaron un 20% (de

0,8% al 0.96%)!!!. Adems, para un observador no advertido, el banco de capacitores ha

contribuido con una reduccin de la potencia demandada al transformador (lo que resulta cierto

cuando se maneja el transformador a partir de la potencia nominal primaria), creyendo posible

an poder aumentarla. Sin embargo, lo que ocurre es un poco lo contrario, el transformador se

sobrecalentar un 20% ms y en un porcentaje cercano al 10% debera reducirse la potencia de

entrada para mantener el transformador a la temperatura nominal en su punto ms caliente.

P (MW) 24,000 24,000 0,000

Q (MVAr) 8,000 18,000 -10,000

cosfi 0,949 0,800 0,000

S (MVA) 25,298 30,000 10,000

30 0,843 1,000 0,333

i^2 (pu) 0,711 1,000 1,000

r (%) 0,378 0,422 0,272

perdidas (%) 0,269 0,422 0,272 0,963


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ENSAYOS

Es conveniente que el comprador se reserve el derecho de inspeccionar y ensayar los

materiales, partes fabricadas, accesorios, mecanismos, etctera, para los transformadores. En

general se especifica que el costo para efectuar los ensayos debe estar incluido en el precio de

cada transformador.

Cada transformador debe ser ensamblado en su totalidad en fbrica para los ensayos a menos

que se acuerde lo contrario, Todos los ensayos deben realizarse de acuerdo a las normas.

Las pruebas a que se somete el transformador comprende ensayos que se realizarn durante el

proceso de fabricacin, en fbrica una vez que la unidad ha sido terminada y en el sitio, luego de

trasladada y una vez montada, antes de ser liberada al servicio. En todos los casos la presencia

del fabricante debe considerarse en la especificacin.

Tambin la experiencia recomienda que el traslado de la unidad desde fbrica hasta el

emplazamiento sea provisto y supervisado por el fabricante del transformador.

Debe aclararse expresamente que la supresin de cualquier ensayo o el testimonio dado por el

inspector, no libera al fabricante del transformador de su responsabilidad para cumplir

totalmente los requerimientos de las Especificaciones. De ninguna manera, el resultado de los

ensayos debe interponerse con la garanta del fabricante. Nuestros inspectores, muchas veces

no especialistas en la materia, pueden conocer superficialmente las diferentes normas de

ensayos y las particularidades de tales ensayos, mientras que el fabricante es un verdadero

especialista. Es probable que el responsable de ensayos de la fbrica no haga otra cosa que

ensayos. En una situacin de desconfianza, los ensayos pueden llegar a dar lo que el

especialista les haga dar!!!!

Los resultados de los ensayos deben solicitarse de tal manera que proporcionen evidencias de

cumplimiento con las normas aplicadas, para el material ensayado.

Cumplimiento de las normas de seguridad en los ensayos


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Las condiciones de seguridad a fijarse para la realizacin de los ensayos elctricos deben

contemplar la seguridad del personal y del equipamiento elctrico involucrado en el ensayo.

Estas condiciones deben respetar las reglas de seguridad y procedimientos vigentes en la

empresa y muy especialmente la legislacin vigente en la materia. Se deber cuidar, entre otras

cosas:

- durante los ensayos debern delimitarse las reas que quedarn bajo tensin;

- deber contarse con rutinas de emergencia en caso de accidentes (seccionadores de

emergencia, circuitos de puesta a tierra de los equipos bajo ensayos que drenen las cargas

elctricas almacenadas, elementos para combatir incendios, etc.);

- cuando se deban realizar inspecciones oculares en cubas y tanques, se verificarn que las

condiciones de la atmsfera interior no sea perjudicial a la vida humana;

- como algunos - ensayos destructivos o no - pueden provocar fallas que generen

explosiones, roturas o incendios de elementos, siempre deber contarse con un lugar seguro

y fcilmente accesible desde donde presenciar los ensayos y contar con elementos no

contaminantes para combatir el fuego;

- como durante los ensayos pueden aparecer accidentalmente sobretensiones que exceden

los valores mximos de ensayos deseados, ya sea por autoinduccin de los generadores de

alimentacin, transitorios no previstos, ferrorresonancia, etc., se deber contar en los

circuitos de alta tensin con espintermetros (u algn otro dispositivo de seguridad) que

recorten estas sobretensiones y protejan los elementos bajo tensin;

- si se prev que algn ensayo exceder los niveles de tensin operativa de los

descargadores montados sobre el transformador, stos debern desconectarse para evitar

daos sobre stos y recortes de las tensiones de ensayos.

Clase de ensayos

Los ensayos se clasifican en:

- rutina efectuados sobre una unidad tomada individualmente;

- tipo, sobre un trafo que representa un conjunto con las mismas caractersticas,

- especiales, definido por acuerdo previo entre fabricante y comprador.


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Condiciones Generales para los ensayos de rutina, tipo y especiales

- Los ensayos deben efectuarse a una temperatura ambiente ente 10 C y 40 C, y con agua

de enfriamiento (si corresponde) a temperatura de 25 C.

- De no existir acuerdo previo los ensayos se realizarn en las instalaciones del fabricante.

- Todos los elementos constitutivos y accesorios exteriores que pueden influir en el

funcionamiento del transformador durante el ensayo deben estar instalados.

- Los arrollamientos con tomas deben estar conectados a su toma principal a menos que se

indique lo contrario.

- Para todas las caractersticas que no sea la aislacin, los ensayos se realizaran basados en

las condiciones nominales a menos que se indique lo contrario.

- Todos los aparatos de medicin utilizados para los ensayos deben ser garantizados, de

exactitud conocida y recalibrados regularmente.

- Cuando los resultados de los ensayos deben ser referidos a una temperatura de referencia,

se tomar 75C para transformadores en aceite.

Ensayos de Rutina

a.- Medicin de la resistencia de los arrollamientos

b.- Medicin de la relacin de transformacin y verificacin del grupo de conexin (IRAM 2104)

c.- Medicin de la impedancia de cortocircuito y de las prdidas debidas a la carga (IRAM 2106)

d.- Medicin de las prdidas y la corriente en vaco (IRAM 2106)

e.- Ensayos dielctricos pertinentes (IRAM 2105)

f.- Ensayos sobre conmutadores bajo carga (si corresponde)

Ensayos de tipo

a.- Ensayos de calentamiento (IRAM 2018 e IEC 76-2)

b.- Ensayos dielctricos pertinentes (IRAM 2105)

Ensayos especiales

a.- Ensayos dielctricos pertinentes (IRAM 2105)

b.- Determinacin de las capacidades entre arrollamiento y tierra, y entre dos arrollamientos

c.- Determinacin de las caractersticas de transmisin de tensin transitoria

d.- Medicin de la/s impedancia/s homopolar/es de los transformadores trifsicos.


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e.- Ensayo de resistencia al cortocircuito (IRAM 2112)

f.- Medicin del nivel de ruido

g.- Medicin de los armnicos de la corriente en vaco

h.- Medicin de la potencia absorbida por los motores de las bombas de aceite y de los

ventiladores

i.- Medicin de la resistencia de aislacin de los arrollamientos a la tierra, y/o del factor de

disipacin (tangente delta) de las capacidades de la aislacin del sistema.

DESCRIPCIN DE ENSAYOS TRANSFORMADORES

Medicin de las resistencias de los arrollamientos

Se miden, con un puente de precisin adecuada, y se registran los valores de la resistencia de

cada arrollamiento, los bornes entre los cuales sta se mide y la temperatura de los

arrollamientos. La medicin debe efectuarse con corriente continua. Se deben tomar los

recaudos que especifica la norma para evitar distorsiones en la medicin. Es una medicin de

referencia que se utiliza como control de calidad a lo largo de toda la vida til de la unidad.

Medicin de la relacin de transformacin y verificacin del grupo de conexin

Se mide la relacin de transformacin sobre cada toma. Se comprueba la polaridad de los

transformadores monofsicos y el grupo de transformacin de los transformadores trifsicos. Es

tambin una medicin de referencia que se utiliza como control de calidad a lo largo de toda la

vida til de la unidad.

Medicin de la impedancia de cortocircuito y de las prdidas debidas a la carga

La impedancia de cortocircuito y las prdidas debidas a la carga para un par de arrollamientos

deben medirse a la frecuencia nominal, con una tensin prcticamente sinusoidal aplicada a uno

de los bornes de uno de los arrollamientos, y con los bornes del otro arrollamiento en

cortocircuito, estando en circuito abierto los bornes de los dems arrollamientos, en caso de

existir. La corriente de alimentacin debe ser por lo menos del 50% de la corriente nominal.


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Los valores medidos deben respetar los valores, dentro de las tolerancias establecidas,

garantizadas por el fabricante.

Medicin de las prdidas y la corriente en vaco

Las prdidas en vaco y la corriente en vaco deben medirse sobre uno de los arrollamientos a la

frecuencia nominal y bajo una tensin igual a la nominal. El o los otros arrollamientos deben

dejarse en circuito abierto y el o los arrollamientos, que pueden conectarse en tringulo abierto,

deben tener su tringulo cerrado.

Cuando se ensaya un transformador trifsico, las tensiones deben ser medidas entre los bornes

de fase cuando se excita un arrollamiento en tringulo, y entre los bornes de fase y neutro

cuando, cuando se excita un arrollamiento en estrella o en zigzag. La forma de onda de ensayo

es satisfactoria si U y U son iguales dentro de un 3%. Si la diferencia es mayor, la validez del

ensayo se somete a un acuerdo.

Medicin de los armnicos de la corriente en vaco

Cuando se miden los armnicos de la corriente de vaco, esto se realiza en las tres fases, y la

amplitud de los armnicos se expresa en por ciento de la fundamental. No deben superar los

mximos normalizados.

Medicin de la/s impedancia/s homopolar/es de los transformadores trifsicos.

La impedancia homopolar se mide a la frecuencia nominal entre los bornes de lnea reunidos en

conjunto y el neutro de un arrollamiento conectado en estrella o en zigzag. Esta impedancia se

expresa en ohm por fase y est dada por 3U/I, donde U es la tensin de ensayo e I la corriente

de ensayo.

En el caso de transformadores que tienen ms de un arrollamiento estrella con un terminal

neutro, la impedancia homopolar depende de las conexiones y los ensayos a efectuar deben ser

objeto de un acuerdo entre el fabricante y el comprador.


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Los autotransformadores que posean un borne neutro destinado a estar puesto

permanentemente a tierra, deben ser tratados como transformadores con dos arrollamientos

conectados en estrella. De esa manera, el arrollamiento en serie y el arrollamiento comn

forman en conjunto un circuito de medicin, y el arrollamiento comn slo, el otro. Las

mediciones son efectuadas con una corriente que no exceda la diferencia entre las corrientes

nominales de los dos lados de baja tensin y de alta tensin.

Los valores medidos deben respetar los valores, dentro de las tolerancias establecidas,

garantizadas por el fabricante.

Ensayos sobre conmutadores bajo carga

Una vez que el conmutador est montado en el transformador, debe llevarse a cabo, sin que se

observe falla alguna, los ensayos de funcionamiento segn la siguiente secuencia de

operaciones:

a) 8 ciclos de funcionamiento, sin que el transformador est alimentado (un ciclo de

funcionamiento barre toda la gama de regulacin en un sentido y luego en el otro)

b) 1 ciclo de funcionamiento completo, sin que el transformador est alimentado,

reduciendo la tensin de alimentacin de los auxiliares al 85% de su valor nominal.

c) 1 ciclo de completo de funcionamiento con el transformador en vaco, a tensin y

frecuencia nominal.

d) 10 operaciones de conmutacin con una amplitud de dos escalones de cada lado del

punto de funcionamiento del selector de regulacin gruesa o del inversor, si existe, o bien

de la toma media, estando un arrollamiento en cortocircuito, y con la con la corriente

nominal circulando por el arrollamiento con tomas.

Ensayo dielctrico de los circuitos auxiliares

Una vez montado el conmutador sobre el transformador, se debe realizar un ensayo a

frecuencia industrial de los circuitos auxiliares.

Ensayo dielctrico de tensin aplicada.


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Se verifica que la unidad resista la tensin mxima a la frecuencia industrial establecida por las

normas. La plena tensin de ensayo debe ser aplicada entre el arrollamiento bajo ensayo y

tierra. El ensayo se considera satisfactorio si no se produce ninguna descarga disruptiva en el

transformador bajo ensayo.

Ensayo dielctrico de tensin inducida.

Para ensayar el transformador a una tensin mayor sin saturar el ncleo, se utiliza una

frecuencia superior. Se debe realizar con alimentacin monofsica o bien trifsica, durante un

tiempo de 60 s para una frecuencia de hasta 100 Hz; con un tiempo mnimo de 15 s para

frecuencias superiores. La frecuencia de ensayo, superior a la nominal, la elige el constructor a

los efectos de no saturar el ncleo magntico durante la prueba. Para el ensayo con tensin

inducida, de frecuencia industrial, se dispone de una fuente de corriente alterna polifsica y de

frecuencia igual al doble de la de lnea. La tensin que entrega es muy prxima a la sinusoidal

pura. Se debe medir el valor pico de la tensin de ensayo inducida. Este valor dividido por 2

debe ser igual al valor de la tensin de ensayo, siendo esta ltima funcin del nivel de aislacin

a la tensin de impulso adoptado. El tiempo de aplicacin es de 60seg. Los valores de mxima

tensin utilizados son los prescritos por la norma IRAM 2211. El ensayo se considera

satisfactorio si no se produce ninguna descarga disruptiva en el transformador bajo ensayo.

Ensayo de calentamiento.

El ensayo de calentamiento consiste en la verificacin de las elevaciones de temperatura que

alcanzan los arrollamientos de un transformador y el lquido aislante. El mtodo de carga

empleado es el de cortocircuito. Para determinar calentamiento del lquido aislante se pone en

cortocircuito uno de los arrollamientos del transformador y se alimenta el otro arrollamiento con

una tensin tal, que las prdidas disipadas en los arrollamientos en ensayo sean iguales a la

suma de las prdidas de vaco y las debidas a la carga referidas a 75C. Alcanzado el equilibrio

trmico se determina el calentamiento del lquido aislante en su parte superior y en su

calentamiento medio. Las temperaturas medidas y estimadas segn norma, no deben

sobrepasar los valores mximos preestablecidos.


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Medicin de resistencia de aislacin.

Se realiza con un meghmetro de 5000 V. Se determina la resistencia de aislacin entre los

arrollamientos de alta y baja tensin, entre alta y masa y entre baja y masa, no debiendo ser en

ningn caso inferior a 1000 megohm.

Medicin del ndice de polarizacin (IP).

Comenzaremos diciendo que, actualmente, la aplicacin segn la tabla ms abajo consignada

puede presentar controversias en el caso de transformadores de potencia. No as en motores

elctricos. El ndice de Polarizacin es un mtodo que consiste en la medicin de la resistencia

de aislacin al minuto y a los diez minutos de conectado del meghmetro con el cual se realiza

el ensayo. Su valor est dado por el siguiente cociente:

IP = R10 / R1

E indicara el nivel de humedad contenido en el aislante. La tabla siguiente muestra una

clasificacin del estado de la aislacin en funcin de los valores del IP obtenidos.

Debe considerarse que el mtodo es consistente solo en aquello casos en que la extensin de la

aislacin slida es grande y su capacitancia elevada. En cualquier caso, un IP < 1 exige que

deben tomarse acciones de forma inmediata. Los valores siguientes de la tabla deben

interpretarse ms cuidadosamente.

Medicin de la relacin de absorcin dielctrica (RAD).


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Este valor tambin debe tomarse con cierto cuidado en el caso de transformadores de

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Trafos de Potencia