39492748 Calculo y Diseno de Maquinas Electric As

8/8/2019 39492748 Calculo y Diseno de Maquinas Electric As

1/670

CALCULO Y DISEO DE MAQUINASELECTRICAS

Por los Ings. Jorge N. L. Sacchi - Alfredo Rifaldi

Presentacin Reconocimientos Autores

VOLUMEN 1

Prefacio

Captulo 1 "El transformador"

Apndice 1 Problemas de aplicacin sobre transformadores

Apndice 2 Materiales magnticos

VOLUMEN 2

Captulo 2 "Mquinas rotantes"

Captulo 3 "El alternador de polos salientes"

Captulo 4 "El alternador de polos lisos"

Apndice 3 Problemas de aplicacin sobre alternadores

VOLUMEN 3

Captulo 5 "El motor asincrnico"

Apndice 4 Aislamientos de las mquinas elctricas

Apndice 5 Problemas de aplicacin sobre motores asincrnicos

VOLUMEN 4

Captulo 6 "La mquina de corriente continua"

Apndice 6 Problemas de aplicacin sobre mquinas de corriente continua

Captulo 7 "Motor monofsico"

Apndice 7 Problemas de aplicacin sobre motor monofsicoAutoevalucin: preguntas

Ilustraciones de clase - archivos PPS

Eplogo Conclusiones y observaciones metodolgicas

VOLUMEN 5

Introduccin a los temas que siguen

Captulo 8 "Potencia nominal y sobrecarga de transformadores"

Captulo 9 "Calentamiento y solicitaciones que afectan el aislamiento de los

1
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/tapas.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/recvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/cm-autor.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/intvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/3apend1/cm-a010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/4apend2/cm-a020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/1capit2/cm-020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/2capit3/cm-030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/3capit4/cm-040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/4apend3/cm-a030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/1capit5/cm-050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/2apend4/cm-a040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/3apend5/cm-a050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/1capit6/cm-060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/2apend6/cm-a060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/3capit7/cm-070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/4apend7/cm-a070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/evaluav4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-ppt/indexpps.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/epilogv4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/0intro/intvol5.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/1capit8/cm-080.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/tapas.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/recvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/cm-autor.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/1intro/intvol1.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/3apend1/cm-a010.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/4apend2/cm-a020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/1capit2/cm-020.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/2capit3/cm-030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/3capit4/cm-040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-02/4apend3/cm-a030.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/1capit5/cm-050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/2apend4/cm-a040.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-03/3apend5/cm-a050.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/1capit6/cm-060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/2apend6/cm-a060.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/3capit7/cm-070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/4apend7/cm-a070.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/evaluav4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-ppt/indexpps.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-04/9epilog/epilogv4.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/0intro/intvol5.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/1capit8/cm-080.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htm


2/670

transformadores"

Captulo 10 "Fenmenos trmicos transitorios"

Apndice 8 "Uso y aplicacin de los programas"

Apndice 9 "Verificacin de la potencia nominal del transformador"

Apndice 10 "Corrientes de vaco y de insercin de transformadores"

VOLUMEN 6

Captulo 11 "Impedancia de los transformadores"

Captulo 12 "Transformadores, temas especiales"

Apndice 11 "Problemas de aplicacin (captulos 11 y 12)"

Apndice 12 "Utilizacin y mantenimiento de los transformadores"

Apndice 13 "Mantenimiento preventivo de transformadores de hornos de arco"

VOLUMEN 7

Captulo 13 "Esfuerzos de cortocircuito en transformadores"

Captulo 14 "Determinacin del campo magntico"

Captulo 15 "Capacitancias y campos elctricos en transformadores"

Apndice 14 "Uso de los programas de campos"

Apndice 15 "Campos elctricos"Apndice 16 "Campos magnticos"

VOLUMEN 8

Captulo 16 "Flujo de calor en mquinas rotantes"

Captulo 17 "-------------------"

Apndice 17 "Interpretacin y deteccin de fallas en motores electricos"

Apndice 18 "Uso de los programas y problemas de aplicacin"

VOLUMEN 9

Captulo 18 "La dinmica de las mquinas sincrnicas y asincrnicas"

Apndice 19 "Clculo de parmetros transitorios de las mquinas sincrnicas"

Apndice 20 "Las reactancias y otras constantes de las mquinas sincrnicas"

VOLUMEN 10

Captulo 19 "La saturacin durante el proceso de arranque de motores"

Captulo 20 "Efecto de las armnicas en transformadores y motores"

2
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/6apend10/cm-a10.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/1cap11/cm-110.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/2cap12/cm-120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/3ape11/ape-11.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/4ape12/apend120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/5ape13/apend13.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/1cap13/cm-130.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/2cap14/capit14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/4ape14/apend14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/4ape14/apend14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/5ape15/cm-a150.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/6ape16/cm-a160.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-08/2ape17/cm-a-170.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/1capit18/cmc-180.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/2apend19/cma-0190.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/3apend20/cma-0200.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-10/2capit20/cap-20.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/2capit9/cm-090.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-05/6apend10/cm-a10.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/1cap11/cm-110.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/2cap12/cm-120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/3ape11/ape-11.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/4ape12/apend120.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-06/5ape13/apend13.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/1cap13/cm-130.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/2cap14/capit14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/4ape14/apend14.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/5ape15/cm-a150.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-07/6ape16/cm-a160.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-08/2ape17/cm-a-170.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/1capit18/cmc-180.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/2apend19/cma-0190.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-09/3apend20/cma-0200.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-10/2capit20/cap-20.htm


3/670

Construccin de Mquinas y Equipos Elctricos / Universidad de Morn

3
http://www.unimoron.edu.ar/espa/informacion/academica/facultades/ingenieria/asignaturas/cont-maquinas-equipos/cme.aspxhttp://www.unimoron.edu.ar/espa/informacion/academica/facultades/ingenieria/asignaturas/cont-maquinas-equipos/cme.aspx


4/670

CALCULO Y DISEO DE MAQUINASELECTRICAS

Por los Ings. Jorge N. L. Sacchi - Alfredo Rifaldi

INTRODUCCION AL CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS

En esta obra se encara el clculo de las cuatro mquinas clsicas, el transformador, elgenerador sincrnico de polos salientes y de polos lisos, el motor asincrnico, y elmotor de corriente continua.

La divisin natural y que nos pareci conveniente es en cuatro volmenes, cada unodedicado a una mquina en particular, y para lograr tamaos comparables los apndicesfueron distribuidos en una forma arbitraria pero lgica.

Quienes utilicen un solo volumen sern sin duda vctimas de la dificultad que implica elno tener los conceptos y referencias tratados en otro, an as creemos que podrnaprovechar el material en sus manos.

La obra naci para ser utilizada con alumnos del ltimo ao de la carrera de ingenieraelctrica, experimentando nuevas formas de mayor rendimiento y velocidad detransmitir el conocimiento tecnolgico, quizs adelantndonos a ciertas ideas, hoy tanen boga, de comunicacin de la innovacin tecnolgica.

Se trata de que los alumnos reciban los conceptos bsicos, poniendo especial atencinen el clculo de los circuitos electromagnticos, es decir, la geometra de la mquina yla determinacin de los parmetros esenciales, sin perder de vista el aspecto delcomportamiento frente a las solicitaciones dielctricas trmicas y electrodinmicas, quea su vez estn ntimamente vinculadas con los criterios de diseo a utilizar.

La consecuencia natural de este modo de ensear y aprender, que significa cierto ahorroen el tiempo de transferencia, implica finalmente disponer de mayor tiempo que puedededicarse para profundizar el anlisis de algunos problemas especficos que se presentancon las mquinas clsicas, como tambin problemas que plantean mquinas especiales.

El objetivo de la obra es que el alumno se familiarice con la resolucin de los distintosproblemas de clculo que aparecen, y haga experiencia encontrando las dificultades queimplica el alcanzar con xito una determinada solucin constructiva.

Para forzar el mximo aprovechamiento de la metodologa de trabajo y aprender autilizar el programa que en s es rgido, frente a problemas flexibles y que generalmenteresultan incontrolables para quien encara su resolucin, se han desarrollado ejemplos deaplicacin y propuesto ejercicios.

La mejor sntesis de lo que significa el proyecto de una mquina elctrica fue expresadapor el Prof. G. M. PESTARINI, que en su libro titulado "ELETROMECCANICA -

Fondamenti di costruzione comuni a tutte le macchine", escribe que la mquinaelctrica es sede de varios campos superpuestos: el campo elctrico, el campo

4


5/670

magntico, el de corriente, el de fuerzas motrices, el de flujos de calor, el de velocidad

de fluidos refrigerantes y el de fuerzas elsticas de los materiales solicitados por lasfuerzas motrices, siendo el principal objetivo del proyectista obtener los resultados

prefijados en el modo ms simple y econmico.

El constructor de mquinas elctricas frecuentemente recurre a clculos relativamentesimples y a interpolaciones basadas en la experiencia adquirida en sus construccionesprecedentes.

Adems muchas veces el constructor debe afrontar problemas nuevos y estudiarperfeccionamientos laboriosos para alcanzar el objetivo deseado.

El clculo de una mquina presenta serias dificultades ya que no puede ser planteadocomo un sistema de ecuaciones (el nmero de incgnitas supera ampliamente el nmerode ecuaciones que se pueden plantear), en consecuencia esta es una tarea que seresuelve mediante sucesivas aproximaciones, orientadas por la experiencia que permite

juzgar adecuadamente los resultados parciales y mejorar rpidamente la solucin.

La herramienta que utiliza el mundo industrial en la actualidad para resolver susrealizaciones, es la computadora. En este trabajo se propone su aplicacin para elaprendizaje del clculo de mquinas elctricas, lo que permite al lector en tiempos

breves reunir una experiencia relativamente amplia.

En efecto con la ayuda de programas de computadora se logra la realizacin de uncmulo de trabajo imposible de obtener de otra manera. Se presenta una metodologa enla cual la aplicacin de los algoritmos de clculo est acompaada con la resolucin de

problemas concretos, y por otra parte con el enfoque de criterios constructivosutilizados en las construcciones normales.

El lector notar cierta originalidad en este texto, las frmulas no estn escritas en laforma habitual; en efecto, como primero hicimos los programas y luego se escribi eltexto explicativo, las frmulas incluidas en l surgieron del programa.

As los lectores que conocen lenguajes computacionales identificarn nombres devariables de varios caracteres habituales en Fortran, Basic etc.

Finalmente al escribir la versin actual utilizando las facilidades de los editores de

ecuaciones, las frmulas fueron escritas en una notacin hbrida que esperamos ayude allector a iniciar la transicin de lo que desde el siglo XV se utiliz en matemticas y lapropuesta de la programacin actual.

De los resultados del clculo numrico se debe alcanzar una solucin que adems deconstruible satisfaga los requerimientos de las normas, es entonces necesario realizar loscroquis constructivos de las distintas partes que permitan visualizar los resultados, yanalizar crticamente si los mismos satisfacen los requisitos impuestos.

A medida que el trabajo avanza se debe evaluar el grado de incidencia de cadaparmetro y efectuar las correcciones convenientes para lograr una mejor solucin.

5


6/670

El uso de programas evita el tedioso trabajo de clculo manual, pero obliga a dedicartodo el tiempo disponible al anlisis de los resultados rpidamente obtenidos.

Alrededor del tema especfico del clculo de una mquina elctrica, se desarrollan unaserie de otras actividades (que tienen entre si ntima vinculacin), que van desde

especificar, predimensionar, presupuestar, adquirir, proyectar, construir, ensayar,utilizar, mantener, hasta analizar eventuales fallas y reparar.

Todas estas actividades requieren de un adecuado conocimiento de las mquinastambin desde el punto de vista constructivo.

En el estudio de la construccin de las mquinas elctricas, no se debe perder de vista elcarcter formativo que este tema tiene, no se trata slo de calcular, sino de establecer elnexo entre las distintas actividades citadas.

Al momento de nacer los programas la disponibilidad de computadoras personales era

an escasa, y resultaba ilusorio pensar en su utilizacin en el aula, al mismo tiempo slopocos eran los privilegiados alumnos que podan acceder a ellas, razn por la cualintentamos que el alumno pudiera ayudarse de la computadora sin saber nada decomputacin y en consecuencia el programa genera un informe que volcado a papel

permite al alumno su estudio en cualquier lugar.

El avance vertiginoso de la informtica actualmente hoy nos orientara a un diseo deprogramas interactivos, sin embargo creemos que el alumno puede lograr un mejoraprovechamiento del tiempo leyendo los informes generados por el programa, situacinque pone en evidencia que la propuesta presentada es la mejor.

A partir del enunciado de un problema se pueden preparar los datos, completando sloaquellos esenciales que el programa requiere y ejecutar una corrida, es bueno que quienensea tenga preparado un cuestionario que le exija al alumno buscar resultados, dibujargeometra, responder porque, proponer mejoras y recin sobre esta base continuar en

busca de la optimizacin del diseo.

La modalidad de trabajo aqu propuesta exige un avance gradual en la utilizacin deestos programas.

Con el auxilio de este medio se pueden realizar clculos con hiptesis ms rigurosas que

permiten aproximarse mejor a la solucin aspirada.

Los resultados que se obtienen son correctos desde el punto de vista formal, pero debenser correctos adems desde el punto de vista lgico que surge del anlisis de losmismos.

El lector no debe olvidar que los resultados numricos muchas veces pueden carecer desentido si no se tiene en cuenta los errores que afectarn a la construccin y que nadatienen que ver con la exactitud numrica obtenida del clculo.

Esta es la experiencia que proponemos realizar: a trabajar !

6


7/670

CAPITULO 1

EL TRANSFORMADOR

1.1 GENERALIDADES

1.1.2 Definicin

1.1.3 Condiciones normales de servicio

1.2 CARACTERISTICAS NOMINALES

1.3 COMENTARIOS REFERENTES A LOS ENSAYOS DIELECTRICOS [a]1.4 CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO

1.5 DESARROLLO DEL CALCULO

1.6 DETERMINACION DEL FLUJO (PASO 1).

1.7 DETERMINACION DE LA CORRIENTE DE LAS BOBINAS (PASO2)

1.8 VARIACION DE LA RELACION DE TENSION

1.8.1 Con flujo magntico constante (RFC)

1.8.2 Con flujo magntico variable (RFV)

1.8.3 Regulacin mixta (RM)

1.9 REGULACION BAJO CARGA

1.10 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ARROLLAMIENTOS

1.11 FORMAS DE LOS ARROLLAMIENTOS

1.12 AISLACION DE LOS ARROLLAMIENTOS CONCENTRICOS

1.13 DISEO DE LOS DEVANADOS CONCENTRICOS

1.14 DEVANADOS A DISCOS

1.15 DEVANADO EN HELICE

1.16 DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LOS DEVANADOS DE REGULACION[b]

1.17 TRANSPOSICIONES [3]

7
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01a.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01b.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htm


8/670

1.17.1 Transposicin radial

1.17.2 Transposicin axial

1.18 DISEO DE LOS DEVANADOS ALTERNADOS

1.18.1 La Bobina del transformador acorazado

1.18.2 Grupos de bobinas

1.19 LA FASE DEL ACORAZADO

1.20 DETERMINACION DEL NUMERO DE ESPIRAS DE LAS BOBINAS (PASO 3)

[c]1.21 DIMENSIONAMIENTO DEL NUCLEO, DE LOS ARROLLAMIENTOS YDISTANCIAS DIELECTRICAS (PASO 4)

1.21.1 Ncleo de columnas

1.21.2 Ncleo acorazado

1.22 LA CUBA DEL ACORAZADO

1.23 DETERMINACION DE LAS DISTANCIAS DE AISLACION (PASO 5)1.24 DETERMINACION DE LOS ARROLLAMIENTOS (PASO 6)

1.25 DETERMINACION DE LA REACTANCIA DE DISPERSION (PASO7)

1.26 DETERMINACION DE LAS PERDIDAS EN EL NUCLEO (PASO 8) [d]

1.27 VALORES REFERIDOS A LAS TENSIONES NOMINALES (PASO9)

1.28 DETERMINACION DE LOS VOLUMENES Y PESOS CONVENCIONALES(PASO 10)

1.29 DESCRIPCION Y DISPOSICION DE LOS ACCESORIOS

1.30 BIBLIOGRAFIA TRANSFORMADOR[e]

8
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01c.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01d.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cm-01e.htm


9/670

CAPITULO 1

EL TRANSFORMADOR

1.1 GENERALIDADES

1.1.2 Definicin

El transformador es un aparato esttico, de induccin electromagntica, destinado atransformar un sistema de corrientes alternas en uno o ms sistemas de corrientesalternas de igual frecuencia y de intensidad y tensin generalmente diferentes.

Un transformador en servicio en un sistema elctrico, tiene ciertas caractersticasnominales que han sido en parte fijadas por el usuario, y en parte adoptadas por el

proyectista.Estas caractersticas que son objeto de garantas se comprueban en ensayos.

1.1.3 Condiciones normales de servicio

Las normas fijan condiciones normales de servicio, a saber:

altitud de la instalacin (hasta 1000 metros sobre el nivel del mar)

temperatura del refrigerante, por ejemplo para aparatos refrigerados por aire, la

temperatura del aire ambiente no debe exceder los 40 C.

Adems en las normas se fijan temperaturas mnimas del aire y valores promediosdiarios y anuales que, si se previese excederlos, es indispensable indicarlos claramente anivel de especificacin.

Los transformadores se identifican con una sigla que define el modo y el medio derefrigeracin utilizado.

Los transformadores pueden ser sumergidos en aceite mineral, sinttico u otro lquidorefrigerante, o ser de tipo seco.

Los primeros son aquellos cuyas partes activas, estn o no aisladas y eventualmenteimpregnadas, estn inmersas en aceite u otro lquido dielctrico. La aislacin se realizacon materiales pertenecientes a la clase A (105 C).

Los de tipo seco son aquellos cuyas partes activas, estn o no aisladas y eventualmenteimpregnadas, estn en contacto inmediato con un aislante gaseoso (generalmente aire) o

bien slido (generalmente resinas epxicas o a base de siliconas). La aislacin se realizacon materiales pertenecientes a la clase F (155 C) o H (180 C).

Cada medio de refrigeracin se identifica con una letra de acuerdo a la siguiente tabla:

9


10/670

Aceite mineral o lquido aislante sinttico inflamable O

Lquido aislante sinttico no inflamable L

Gas G

Agua W

Aire A

Segn el modo como circule el medio refrigerante se utilizan los siguientes smbolos:

Natural N

Forzado F

Dirigido para el caso particular de aceite D

Ya se ha dicho que las normas fijan las condiciones normales de servicio, pero en laaplicacin puede ocurrir que se tengan funcionamientos que se aparten de lascondiciones normales esta situacin debe ser indicada por el usuario.

sobreelevacin de temperatura es la diferencia entre la temperatura en distintas partesde la mquina y la temperatura ambiente.

La sobreelevacin de temperatura de los arrollamientos, ncleo y aceite de lostransformadores diseados para funcionar a altitudes que no excedan las normales nodeben superar los lmites que se indican en las tablas 1.1 y 1.2.

TABLA 1.1 - Lmites de temperatura para transformadores secos

Parte de la mquina Modo derefrigeracin

Clase deaislamiento

Mxima sobreelevacinde temperatura ( C)

Arrollamientos:

(valor medio medido por

variacin de resistencia)

Aire, natural o forzado

A

E

B

F

H

60

75

80

100

125

Ncleo y otras partessituadas:

a) Prximo a los arrolla-

mientos

b) No prximo a los arro-

llamientos

Todos los tipos a) Como para los arrolla-

mientos

b) No puede alcanzar un

valor que dae el ncleo

y materiales adyacentes

10


11/670

TABLA 1.2 -Lmites de temperatura para transformadores en aceite u otro lquidodielctrico (Clase A)

Parte de la mquina Mxima sobreelevacin de temperatura ( C)Arrollamientos:

(valor medio medido por variacin de resistencia)

65 cuando la circulacin del aceite es natural o forzada

pero no dirigida

70 cuando es forzada y dirigida

Temperatura mxima del aceite (prximo a la tapa):

Medida con termmetro

60 cuando el transformador tiene tanque conservador

o es hermtico

55 cuando ni tiene tanque conservador ni es hermtico

Ncleo, partes metlicas y materiales magnticos La temperatura no debe alcanzar, en ninguna parte, va-

lores que daen el ncleo, el aceite y los arrollamientos

Cuando el transformador est diseado para funcionar en lugares donde la temperaturadel aire de refrigeracin excede los valores indicados en las normas, la sobreelevacinde temperatura admisible para los arrollamientos, ncleo y aceite, lgicamente se debereducir.

Para potencias de 10 MVA o mayores la reduccin que se aplica a la sobretemperaturacoincide con el exceso de temperatura del aire de refrigeracin.

Para potencias menores la sobreelevacin se deber reducir del siguiente modo:

si el exceso de temperatura es menor o igual a 5 C se reduce en 5 C.

si el exceso de temperatura es mayor de 5 C y como mximo igual a 10 C se reduceen 10 C.

Si el transformador esta diseado para operar a una altura mayor de 1000 m, pero esensayado a una altura normal, los lmites de sobreelevacin de temperatura indicados sedeben tambin reducir en un cierto porcentaje en proporcin a la altura.

Para cada modo de refrigeracin, por cada 500 m o fraccin de 500 m por encima de los1000 m la reduccin se indica en la tabla siguiente.

TABLA 3: Porcentaje de reduccin del lmite de sobrelevacin de temperatura

Circulacin de aire natural forzado

Transformadores en aceite 2.0% 3.0%

Transformadores secos 2.5% 5.0%

En rigor los lmites de sobreelevacin de temperatura que se fijan, y que dimensionan lamquina desde el punto de vista trmico, y se utilizan en la verificacin de sus

prestaciones, estn fijados con un criterio de temperatura mxima de las zonas ms

11


12/670

calientes de manera de que los materiales y en particular los aislantes conserven suspropiedades.

En consecuencia es aceptable utilizar un transformador controlando que la temperaturade su zona ms caliente quede contenida en un valor de seguridad independientemente

de la condicin ambiental, y en esta forma la mquina es aprovechable en todomomento al mximo, este criterio aunque no contemplado (an) por las normas permite(de todos modos) un aprovechamiento ms racional del mismo.

Las pruebas de calentamiento que establecen las normas, tienen por finalidad verificarel dimensionamiento trmico de la mquina con relacin a la sobreelevacin media dela temperatura.

Para mquinas de gran potencia esta prueba se realiza solamente con el mtodo decortocircuito y consiste en determinar:

la sobreelevacin de temperatura del aceite en la parte superior de la mquina (vainapara termmetro) una vez alcanzado el rgimen trmico con las prdidas totales (en elhierro y en los arrollamientos).

el gradiente medio entre el conductor de los distintos arrollamientos y el aceite,circulando por el arrollamiento ensayado la corriente nominal, pudindose de este modocalcular la sobreelevacin media de los arrollamientos respecto a la temperaturaambiente.

La variacin de la temperatura ambiente (verano-invierno) incide en la repetibilidad de

las mediciones.

Con el aumento de la temperatura disminuye la viscosidad del aceite, aumentando deeste modo su circulacin y mejorando el intercambio trmico entre el aceite y las

paredes de los rganos de refrigeracin.

En cambio con el aumento de la temperatura disminuye la densidad del aire y enconsecuencia se reduce el intercambio trmico entre las paredes de los rganosrefrigerantes y el aire, suponiendo un caudal de aire constante.

Tenindose en cuenta ambos efectos en forma conjunta, la refrigeracin tiende a

mejorar con el incremento de temperatura ambiente.

Por ejemplo se puede encontrar experimentalmente una reduccin en la temperatura delos devanados de 2 a 3 C al pasar la temperatura ambiente de 20 a 30 C.

Adems del control de la sobreelevacin de la temperatura media, es de fundamentalimportancia verificar la ausencia de puntos calientes peligrosos, a fin de obtenermquinas de elevado grado de confiabilidad.

forma de onda de la tensin de alimentacin que caracteriza el ambiente elctrico en elque operar el transformador (la norma la supone aproximadamente senoidal).

12


13/670

Para transformadores polifsicos, la tensin de alimentacin debe ser aproximadamentesimtrica (la norma no indica el grado de asimetra).

1.2 CARACTERISTICAS NOMINALES.

Las caractersticas nominales son datos que en base a las condiciones de servicio,definen las prestaciones a efectos de las garantas y condiciones de ensayoespecificadas.

tensin nominal (en valor eficaz) de un arrollamiento es la tensin aplicada u obtenidaen vaco entre bornes de lnea de un arrollamiento de un transformador polifsico oentre bornes de un arrollamiento monofsico.

relacin de transformacin nominal es la que existe entre las tensiones nominales delos distintos arrollamientos para la toma principal.

La tolerancia en la relacin (real del transformador construido) fijada por las normas es 0.5% de la relacin nominal; en el caso de transformadores cuya tensin decortocircuito es baja la tolerancia es 1/10 del porcentaje de impedancia. Esto no esaplicable a los autotransformadores (en razn de su muy baja impedancia).

Por ejemplo para un transformador con impedancia 3% la tolerancia de la relacin detransformacin ser 0.3%

frecuencia nominal es aquella a la cual el transformador est destinado a funcionar(normalmente 50 o 60 Hz).

potencia nominal, es el valor convencional de la potencia aparente (kVA o MVA), queestablece las bases para el diseo, la construccin, las garantas del fabricante y losensayos, determinando el valor de la corriente nominal que puede circular con la tensinnominal aplicada, de acuerdo con las condiciones especificadas.

La potencia nominal asignada corresponde a servicio continuo, sin embargo lostransformadores pueden ser sobrecargados ocasionalmente. Las normas fijanindicaciones y criterios a aplicar en algunos casos particulares.

Debe notarse que si el transformador tiene diferentes modos de refrigeracin, a cada

uno le corresponde una potencia y la potencia nominal es la mayor. Ej.: ONAN (70%) -ONAF (100%)

Para transformadores de ms de dos arrollamientos, se debe indicar la potencia nominalde cada arrollamiento.

La mitad de la suma aritmtica de los valores de las potencias de los arrollamientos dauna estimacin aproximada de las dimensiones de un transformador de ms de dosarrollamientos en relacin a uno de dos arrollamientos.

13


14/670

corriente nominal es el valor que se obtiene dividiendo la potencia nominal de unarrollamiento por la tensin nominal de dicho arrollamiento y por el factor de faseapropiado ( 3 en los transformadores trifsicos).

A fin de destacar el significado convencional de la definicin de potencia nominal, debe

notarse que si a un arrollamiento de un transformador de dos arrollamientos se le aplicasu tensin nominal, y se lo carga hasta que por el circule la corriente nominal, la

potencia en juego coincide con la definida como potencia nominal del transformador.

En el otro arrollamiento circula tambin la corriente nominal, mientras que la tensin enbornes de este depende del factor de potencia de la carga, y en consecuencia la potenciaque puede medirse en este punto est afectada por el rendimiento del transformador.

nivel de aislacin, es el conjunto de valores que caracterizan la aptitud de losarrollamientos a soportar las solicitaciones dielctricas que se presentan en servicio.

Generalmente el nivel de aislacin se expresa con el valor (eficaz) de tensin de ensayoa frecuencia industrial (aplicada durante 1 minuto), y cuando corresponde el valor detensin (pico) de ensayo de impulso (onda de impulso normalizada 1.2/50microsegundos).

La aislacin puede ser uniforme cuando ha sido prevista en todo punto para soportar latensin de ensayo contra masa que corresponde al extremo lado lnea del arrollamiento.En cambio cuando vara desde el valor previsto para el lado lnea hasta un valor menordel lado neutro, se denomina aislacin gradual.

Un arrollamiento con aislacin gradual no puede ser sometido a un ensayo de tensinaplicada de valor mayor al correspondiente al nivel de aislacin en el extremo neutro.

El transformador debe ser apto para instalacin expuesta (a sobretensiones de origenatmosfrico) cuando se instala conectado a lneas areas directamente o mediante

pequeos tramos de cable; o puede no ser apto, y en tal caso solamente se lo puedeinstalar en redes de cables subterrneos.

Las normas indican los requerimientos bsicos que permiten definir las exigenciasrelativas a los aislamientos y los ensayos que se deben realizar para verificar que lamquina en examen ha sido proyectada y construida para soportar todas las

solicitaciones dielctricas a las cuales podr estar sometida en servicio.

Los diferentes ensayos y niveles de tensin que se deben aplicar se establecen deacuerdo con las normas en funcin de la tensin mxima del sistema al cual elarrollamiento deber ser conectado.

a) Para arrollamientos con tensin mxima menor de 300 kV y aislacin gradual losensayos requeridos son:

prueba de aislamiento con tensin aplicada a frecuencia industrial correspondiente alnivel de aislacin del neutro, que tiene por finalidad verificar el aislamiento contramasa.

14


15/670

prueba de aislamiento con tensin de impulso, que tiene por finalidad verificar lacapacidad del aislamiento de soportar sobretensiones de origen atmosfrico.

prueba de aislamiento con tensin inducida, que tiene la finalidad de verificar elaislamiento interno entre espiras, entre fases y tambin contra masa de los

arrollamientos ensayados.

b) Para arrollamientos con tensin mxima igual o mayor de 300 kV y aislacin gradual(que son aquellos de mayor inters para mquinas de gran potencia), la norma proponedos mtodos alternativos para los ensayos.

La eleccin del mtodo forma parte de las indicaciones que debe suministrar el usuariode la mquina.

Segn el mtodo 1 se considera que el nivel de tensin de aislacin a impulsoatmosfrico tiene asociado un valor de tensin inducida de ensayo, y este ltimo essuficiente para asegurar que el transformador resiste sobretensiones de maniobra.

Los ensayos que se realizan son similares a los indicados para transformadores contensin mxima menor de 300 kV.

En cambio segn el mtodo 2 se adopta para el nivel de tensin mximo deltransformador, un valor de tensin de impulso de maniobra.

A partir del impulso de maniobra se adopta uno de los valores de tensin de impulsoatmosfrico que establece la norma.

La tabla siguiente muestra para tensiones mximas del sistema igual o mayor a 300 kV,los valores de las tensiones de ensayo y las distintas combinaciones que se puedenadoptar tanto para el mtodo 1 como para el mtodo 2.

A los ensayos ya comentados, se agrega entonces el ensayo con tensin de impulso demaniobra.

Tabla de tensiones de prueba en los bornes de lnea.

Um Tensin

inducida

Impulso de

maniobra

Impulso

atmosfrico

kV kV kVc kVc

300

395

395

460

750

750

850

850

850

950

950

1050

362 850

850

950

1050

15


16/670

460

460

510

950

950

1050

1175

420

570

630

950

950

1050

1050

1050

1050

1175

1175

1300

1425

525

1050

1050

1050

1175

1175

1175

1300

1425

1425

1550

765

1425

1425

1550

1550

1550

1800

1800

1950

topes de regulacin son determinados puntos de los arrollamientos a los cuales seaccede con conductores de conexin y elementos destinados a variar el nmero deespiras elctricamente activas, o variar los conexionados.

tope principal es el tope al cual se refieren las caractersticas nominales.

campo de regulacin es la diferencia entre la mxima y la mnima tensin en vaco,expresada en general, en valor relativo a una tensin tomada como referencia(generalmente la nominal).

prdidas: son las potencias activas absorbidas por el transformador.Convencionalmente, a los efectos de la garanta y de las tolerancias, se consideran lassiguientes prdidas caractersticas.

a) prdidas en vaco: es la potencia activa absorbida por el transformador en lascondiciones nominales de frecuencia y tensin con todos los arrollamientos no

excitados abiertos en sus bornes de lnea (tolerancia fijada por las normas +15% con lacondicin de que las prdidas totales no excedan en ms del 10% el valor garantizado).

16


17/670

Las conexiones de todos los arrollamientos deben corresponder con las condiciones parala cual es vlida la garanta y, en particular, eventuales arrollamientos para lacompensacin de armnicos deben ser puestos, para la prueba, en las condiciones defuncionamiento.

Las tensiones aplicadas para la prueba deben ser prcticamente sinusoidales, lo quepuede comprobarse midiendo entre terminales de lnea con voltmetros de valor medio,tarados en valor eficaz para onda sinusoidal. Se miden contemporneamente el valoreficaz de las mismas tensiones con voltmetros normales de valor eficaz y si lasmediciones no son iguales, las normas indican las correcciones que se deben realizar enel valor de las prdidas medidas.

b) prdidas debidas a la carga: es la potencia activa absorbida por el transformador en elensayo de cortocircuito para cada par de arrollamientos, que corresponde a la carga delarrollamiento de menor potencia del par, a la temperatura de referencia (75 C), en lascondiciones nominales de frecuencia y corriente, con los restantes arrollamientos

abiertos en sus bornes de lnea (tolerancia fijada por las normas +15% debindosecumplir tambin que las prdidas totales no excedan en ms del 10% el valor degaranta).

c) prdidas totales: convencionalmente se considera como valor de las prdidas totalesla suma de las prdidas en vaco y de las prdidas en carga. No se toma enconsideracin la potencia absorbida por los elementos o motores auxiliares (bombas,ventiladores) que debe ser indicada por separado (tolerancia fijada por las normas+10%).

tensin de cortocircuito: la tensin de cortocircuito de un par de arrollamientos es latensin, a la frecuencia nominal, que se debe aplicar a uno de ellos para que en el otroque debe estar cortocircuitado en sus bornes, se establezca la corriente nominal, loseventuales arrollamientos no pertenecientes al par que se est ensayando estn abiertosen sus bornes de lnea.

Se expresa en general en valor relativo respecto a la tensin nominal del arrollamientoalimentado.

El valor de la tensin de cortocircuito, vlido a los efectos de la garanta, es elcorrespondiente al tope principal de los arrollamientos considerados.

Si la toma principal corresponde a la posicin media de los topes (o a una de las dos posiciones medias) se pueden presentar las siguientes condiciones que definen latolerancia en la tensin de cortocircuito:

Transformadores de dos arrollamientos: tolerancia 10%

Transformadores de ms de dos arrollamientos: tolerancia 10% para un par dearrollamientos especificados (si no se indica lo contrario se entiende el par de mayor

potencia); y tolerancia 15% para otro par de arrollamientos.

Para cualquier otro tope, la tolerancia se aumenta con un porcentaje igual a la mitad dela variacin del factor de toma (en %) entre la toma principal y la toma considerada.

17


18/670


19/670

La eleccin entre estos dos valores depende de la severidad de las condiciones desobretensiones que se prevn en el sistema en el cual el transformador ser utilizado yque estn en relacin con el grado de puesta a tierra del neutro del sistema.

1.3.2 Definicin del impulso

La forma normalizada del impulso atmosfrico pleno se muestra en la Figura 1.1 dondese indica tambin la definicin del tiempo virtual del frente T1 y del tiempo virtual delhemivalor T2 (tiempo de cola).

Las tolerancias admitidas por las normas para estos tiempos son:

T1 = 1.2 30% s T2 = 50 20% s

1.3.3 Circuito de prueba

Los elementos conectados juntos para la prueba a impulso se pueden subdividirfsicamente en tres circuitos como se indica en la Figura 1.2:

19
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-01.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-01.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gif


20/670

circuito principal que comprende el generador a impulso y el objeto en prueba(transformador, reactor etc.)

circuito para la medida de las tensiones

circuito de truncamiento (sin son previstas pruebas de onda truncada)

Los smbolos utilizados en la Figura 1.2 tienen el siguiente significado:

GI Generador de impulsos

CG Capacidad del generador

CL Capacidad de carga

CT capacidad equivalente del objeto en prueba

LT inductancia equivalente del objeto en prueba

RSi resistencia serie interna

RSe resistencia serie externa

Rp resistencia en paralelo

SC shunt para la medida de la corriente

ST Espintermetro de corte

OP objeto en prueba

Z1, Z2 divisores de tensin

Zc impedancia adicional del circuito de corte

La forma del impulso depende de los parmetros del circuito y del objeto en prueba. Enparticular el tiempo de frente T1 depende substancialmente de la capacidad del objetoen prueba y de la resistencia en serie.

El tiempo para el hemivalor T2 est determinado por la capacidad del generador y de laresistencia en paralelo.

Haciendo C = CT + CL + C1 y RS = RSi + RSe para Rp >> RS y CG >> C se tienenlas siguientes expresiones aproximadas para T1 y T2:

T1 = 3 RS C

T2 = 0.7 Rp CG (LT > 10 mH)

T2 = (0.07..0.35) Rp CG (20 < LT < 100 mH)

T2 = 0.5 LT CG (LT < 20 mH)

Se debe tener presente que la capacidad equivalente del transformador CT, comprendidaen el valor de C, no es igual para el frente que para la cola del impulso.

20
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-02.gif


21/670

En el clculo de T1 se puede considerar CT donde CB es lacapacidad del pasante, CS la capacidad serie y CE la capacidad a masa delarrollamiento.

Para la cola CT se puede estimar como igual a CB ms una parte de CE que depende de

la distribucin inicial de las tensiones a lo largo del arrollamiento. Esta capacidad noobstante, en la mayor parte de los casos prcticos, resulta de menor importancia para elclculo de T2.

En la Publicacin IEC 722 "Guide to the lightning impulse and switching impulsetesting of power transformers and reactors" se pueden obtener indicaciones msdetalladas acerca de la eleccin de los parmetros del circuito de prueba y de lasdificultades para obtener la forma de onda requerida para la prueba de impulso.

Siendo la velocidad de variacin de las tensiones y de las corrientes impulsivas muyelevada y teniendo en cuenta y dado el valor finito de las impedancias en juego, no se

puede suponer que durante las pruebas de impulso todo el sistema de tierra est apotencial cero.

Por esto es importante elegir una apropiada "tierra de referencia", adoptndosenormalmente un punto cercano al objeto en prueba que se conecta con el sistema detierra de la sala de pruebas.

Las conexiones de retorno del objeto en prueba y del generador de impulsos con elpunto de referencia deben ser de baja impedancia.

Tambin el circuito de medida de tensiones debe estar conectado al mismo punto dereferencia.

1.3.4 Ensayo con tensin inducida

Se debe realizar con alimentacin monofsica o bien trifsica, durante un tiempo de 60 spara una frecuencia de hasta 100 Hz; con un tiempo mnimo de 15 s para frecuenciassuperiores.

La frecuencia de ensayo, superior a la nominal, la elige el constructor a los efectos de nosaturar el ncleo magntico durante la prueba.

Se debe medir el valor pico de la tensin de ensayo inducida. Este valor dividido por 2debe ser igual al valor de la tensin de ensayo, siendo este ltimo funcin del nivel deaislacin a la tensin de impulso adoptado.

1.3.5 Ensayo de impulso de maniobra

La forma de la tensin de impulso de maniobra debe respetar varias condicionesmostradas en la Figura 1.3;

21


22/670


23/670

U1 = Umax

Con 500 pC: U2 = 1.5 Umax/ 3

Con 300 pC: U2 = 1.3 Umax/ 3

El nivel de descargas admisible es una eleccin que debe hacer el usuario.

Se considera superada la prueba si no hay falla del aislante durante el ensayo y si elvalor de descargas parciales no presenta una constante tendencia a aumentar y noexcede el valor prescripto.

Los lmites de descargas parciales especificados, se han basado en medidas de descargasparciales realizadas en transformadores que han superado la prueba de tensin inducidaindicada en el mtodo 1 y no han experimentado problemas dielctricos durante los

primeros aos de servicio.

La Figura 1.5 muestra el circuito tpico utilizado, donde:

C1, C2 capacidad del pasante y toma de medicin

Zm impedancia de medida (puede ser la del cablecoaxil conectado con el instrumento de medicin

SM sistema de medicin

23


24/670


25/670


26/670


27/670

Es importante destacar la ventaja que presenta para grandes transformadores trifsicosadoptar un ncleo de 5 columnas debido a que el flujo en el yugo resulta un 60% delflujo en la columna y por lo tanto el ncleo resulta de menor altura que un ncleo de 3columnas.

Anlogamente los grandes transformadores monofsicos pueden tener 4 columnas, dos

con devanados y las otras dos de retorno del flujo.Si la frecuencia no es 50 Hz que es la del grfico, se puede aumentar el flujo aplicandoun factor CF.

El flujo se debe todava ajustar, segn el tipo de ncleo, aplicando un factor CT que seobtiene de laTabla 1.4.

27
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-t1.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-t1.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-t1.gif


28/670


29/670

Para el dimensionamiento de los arrollamientos se deben referir los datos deltransformador al nmero de fases, modo de conexin y tipo de ncleo, es decir, latensin y potencia del transformador, determinan la tensin y potencia de la columna.

Si el transformador es monofsico y de columnas (2 columnas) el arrollamiento est

dividido en ambas columnas y obviamente la potencia en cada una de las partes es lamitad, la tensin y corriente se pueden determinar en consecuencia.

Si el transformador es trifsico la "potencia de la columna" es la tercera parte, segn seala conexin ser la tensin aplicada al arrollamiento y se determina la corriente.

Por ejemplo los transformadores de distribucin que se utilizan para la alimentacin debaja tensin (380/220 V) desde la red de media tensin 13,2 kV, son de relacin13,2/0,4 kV y conexin Dy 11; la tensin de columna es respectivamente 13.2 y 0.4/ 3kV para alta y baja tensin.

Un transformador con arrollamiento en zig-zag tiene una tensin que, por el defasajeentre las semibobinas de una misma fase, es 3/2 veces menor que la que se tendra sise conectaran en serie las dos semibobinas de la misma columna.

En consecuencia la potencia de dimensionamiento de un arrollamiento en zig-zag debeser 2/ 3 = 1,15 veces mayor que la de chapa correspondiente al transformador.

El dimensionamiento en tensin del arrollamiento se hace suponiendo un cambio deconexiones y calculando un arrollamiento en tringulo para una tensin 2U/3 (o enestrella para 2U/ 3) siendo U la tensin de lnea en (kV).

Las bobinas del tringulo (o de la estrella) se dividen en mitades iguales que se conectanen zig-zag obtenindose el arrollamiento deseado como se observa en la Figura 1.8.

29
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-08.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-08.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-08.gif


30/670

En carga la tensin en bornes secundarios vara segn el estado de carga, el factor depotencia y ciertos parmetros del transformador -tensin de cortocircuito y prdidas encortocircuito-.

Para compensar las variaciones de tensin de la instalacin, los transformadores

normalmente tienen regulacin adecuada; volviendo al ejemplo de los transformadoresde distribucin la regulacin es 2 2,5%.

1.8 VARIACION DE LA RELACION DE TENSION.

Los transformadores no estn provistos con topes a menos que la especificacin losolicite. Cuando se requieren topes, se deber indicar si los cambios de relacin detransformacin se realizarn a transformador desconectado o bajo carga.

El comprador deber indicar para que topes, adems del tope principal, el constructordeber suministrar los valores de prdidas.

Los lmites de temperatura (garantizados y que se controlan en los ensayos) son vlidospara todos los topes.

La variacin de la relacin de transformacin y de las tensiones propias de unarrollamiento se puede obtener con uno de los siguientes modos:

1.8.1 Con flujo magntico constante (RFC)

Los topes se encuentran en el arrollamiento al cual se le vara la tensin.

Con el correcto valor de la tensin aplicada la mquina funciona con flujo magnticoconstante.

Se pueden presentar dos variantes:

Variante 1: se mantiene la plena potencia para cualquier tope.

Ej.: potencia nominal: 40 MVA

tensiones nominales: 66 kV/20 kV

devanado con topes: 66 kV (variacin 10%)

nmero de topes: 11

Variante 2: con topes de potencia reducida, se debe indicar cual es el tope de mximacorriente la tabla que sigue es un ejemplo:

TOPE (%) UAT (kV) IAT (A) S (MVA)

+10.0 72.6 318 40

+8.3 71.5 323 40

30


31/670

+6.6 70.4 328 40

+5.0 69.3 333 40

+3.3 68.2 339 40

+1.6 67.1 344 40

0.0 66.0 350 40

-2.5 64.4 359 40

-5.0 62.7 368 40

-7.5 61.1 368 39

-10.0 59.4 368 38

la mxima corriente se tiene para el tope -5%.

Esto significa que en ausencia de indicaciones suplementarias, la corriente en elarrollamiento de AT se limita a 368 A y desde el tope -5% hasta el tope extremo de-10% la potencia se reduce de 40 a 38 MVA.

1.8.2 Con flujo magntico variable (RFV)

Los topes se encuentran en un arrollamiento distinto al cual se le vara la tensin.

Con el correcto valor de la tensin aplicada la mquina funciona con flujo magnticovariable al cambiar el tope.

Se pueden presentar dos variantes:

Variante 1: se mantiene la potencia para cualquier tope.

Ej.: potencia nominal: 20 MVA

tensiones nominales: 66 kV/6 kV

devanado con topes: 66 kV (variacin +15% -5%)

nmero de topes: 11

variacin de la tensin del devanado de 6 kV: 6,32 kV/ 6 kV/ 5,22 kV.

Variante 2: con topes de potencia reducida, se debe indicar cual es el tope de mximacorriente: por ejemplo +5% (BT = 5,71 kV).

La tabla siguiente muestra el ejemplo.

TOPE (%) UAT (kV) UBT (kV) IBT (A) S (MVA)

+15.0 66.0 5.22 2020 18.2

31


32/670

+12.5 66.0 5.33 2020 18.6

+10.0 66.0 5.45 2020 19.0

+7.5 66.0 5.58 2020 19.5

+5.0 66.0 5.71 2020 20.0

+2.5 66.0 5.85 1974 20.0

0.0 66.0 6.00 1925 20.0

-1.25 66.0 6.08 1899 20.0

-2.5 66.0 6.15 1878 20.0

-3.75 66.0 6.23 1853 20.0

-5.0 66.0 6.32 1827 20.0

Esto significa que la corriente del arrollamiento de BT se limita a 2020 A y desde eltope +5% hasta el extremo +15% la potencia se reduce de 20 a 18.2 MVA.

1.8.3 Regulacin mixta (RM)

Se trata de la combinacin y uso de los dos mtodos de regulacin anteriormentedescriptos.

En estos casos se debe indicar cual es el tope al cual corresponde la mxima tensin (ej.:+6%) y cual es el tope al cual corresponde la mxima corriente (ej.: -9%); la Tabla 1.5muestra un ejemplo.

TABLA 1.5 - Caracterstica de un transformador con regulacin mixta (RM)

Topes Relacin detransformacin

Tensiones Corrientes Potencia

UAT (kV) UBT (kV) IAT (A) IBT (A) MVA

1 (+15%) 9.20 169.6 18.43 125.6 1155 36.86

7 (+6%) 8.48 169.6 20.00 136.2 1155 40.00

11 (0%) 8.00 160.0 20.00 144.4 1155 40.00

17 (-9%) 7.28 145.6 20.00 158.7 1155 40.00

21 (-15%) 6.80 136.0 20.00 158.7 1080 37.40

1.9 REGULACION BAJO CARGA

La Figura 1.9 muestra el esquema de regulacin a transformador desconectado que seutiliza en los transformadores de distribucin.

32


33/670

La Figura 1.10 muestra un esquema de regulacin bajo carga que consiste en una llaveinversora (+9-1) que permite conectar en forma aditiva o sustractiva el devanado deregulacin.

33


34/670

Una llave selectora permite agregar o quitar los escalones del devanado de regulacin yuna llave conmutadora permite realizar el cambio de la relacin de transformacin sininterrumpir el circuito.

La Figura 1.10 muestra todo el devanado de regulacin conectado en forma aditiva.

Cuando se desea quitar la parte 1,2 del devanado de regulacin la llave conmutadora enprimer lugar conecta en serie con el devanado la resistencia r1, luego cortocircuita eltramo 1,2 agregando en serie la resistencia r2, que junto con r1 limitan la corriente,quedando excluido en ese instante el tramo 1,2 del devanado de regulacin.

Finalmente termina su desplazamiento quitando la resistencia r2 que quedaba conectadaen serie con el devanado.

El paso de una toma a la siguiente se realiza en un tiempo muy breve y por consiguientelas resistencias son atravesadas por la corriente durante un tiempo muy corto.

1.10 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ARROLLAMIENTOS.

Se debe destacar que para el dimensionamiento de los devanados o arrollamientos esnecesario determinar la tensin mxima correspondiente al arrollamiento teniendo encuenta para ello el tope mximo de su regulacin.

Con el valor mximo de regulacin se determina la tensin mxima de cadaarrollamiento. Con el nmero de fases, tipo de conexin, la potencia, tipo de ncleo y

para la tensin nominal se calcula la corriente de cada bobina en amperios. Para ello elprograma determina la potencia de cada columna y las tensiones correspondientes acada una de las bobinas. La rutina CORRIE determina la corriente del arrollamientoutilizando los factores de la Tabla 1.6.

TABLA 1.6 - Tensin y potencia por columna

TRIFASICO MONOFASICO

Tringulo (3) Estrella (1) Columnas Acorazado

Tensin Uc = U Uc = U / 3 Uc = U / 2 Uc = U

Potencia Pc = P / 3 Pc = P / 3 Pc = P / 2 Pc = P

Los arrollamientos de distintas tensiones de un transformador deben estar muyprximos para que concatenen el mximo flujo posible (flujo comn).

1.11 FORMAS DE LOS ARROLLAMIENTOS.

Las formas constructivas mas simples son:

devanado alternativo

devanado concntrico

34


35/670


36/670


37/670


38/670

La eleccin entre estos tipos de arrollamientos est condicionada por el nmero deespiras y por la corriente.

A modo orientativo se puede afirmar que los devanados que tienen muchas espiras ybajas corrientes sern del tipo a disco.

En cambio los arrollamientos con pocas espiras y altas corrientes se eligenpreferiblemente de tipo hlice.

1.14 DEVANADOS A DISCOS.

Los arrollamientos a discos se construyen conectando en serie galletas.

Llamamos galleta a un devanado de tipo concntrico continuo que puede tener una oms capas y cada capa puede estar constituida por una o ms espiras.

Estas galletas estn separadas entre si en sentido axial, por canales radiales derefrigeracin.

En el caso particular de tener una galleta una sola espira por capa y varias capas lallamamos disco.

El nmero de espiras por capa por el nmero de capas constituye el nmero de espirastotales de la galleta.

Cuando cada galleta est formada por varias planchuelas en paralelo, se deben realizartransposiciones.

Las transposiciones se utilizan para lograr que todas las planchuelas, ocupando lamisma posicin relativa en el devanado, tengan la misma impedancia y en consecuencialas corrientes se distribuyan uniformemente; se simetriza as el devanado y se reducenlas prdidas adicionales.

Los devanados de alta y muy alta tensin desde 33 kV en adelante se realizancomnmente de este modo.

En mquinas de alta y muy alta tensin (EHV) se entrecruzan las planchuelas (devanado

denominado "interleaved") para incrementar la capacidad serie, es decir, entre espiras,lo cual produce una mejor distribucin de la tensin durante la aplicacin de unasobretensin de tipo atmosfrico.

La Figura 1.15 muestra una bobina de alta tensin a disco realizada con 28 espirasinterpuestas en dos secciones.

38


39/670

En la Figura 1.16 se observan los resultados obtenidos en los ensayos realizados, con la

totalidad de las espiras de un devanado de estas caractersticas, con un generador deimpulsos recurrentes de baja tensin, estando el transformador seco (sin impregnar enaceite) y fuera de la cuba.

La curva 1 representa la distribucin inicial obtenida con una onda plena de frente muyrpido (0.4/50 microsegundos); la curva 2 muestra la envolvente de las tensionesmximas contra tierra en los distintos puntos del arrollamiento con onda plena de 1/50microsegundos.

Se observa como la envolvente coincide sensiblemente con la recta 3 que representa ladistribucin uniforme.

Adems las tensiones medidas entre bobinas, a lo largo del arrollamiento, resultaronmenores del 7% de la amplitud de la onda 1/50, lo cual evidencia una reducidasolicitacin entre espiras durante los transitorios.

39


40/670

Se calcul para el transformador seco el coeficiente de sobretensin ALFA=3.2 ([Cd/Cs] siendo Cd y Cs las capacidades a masa y entre espiras del devanado) y la curva 4es la caracterstica terica correspondiente a la distribucin inicial.

Con el transformador impregnado el valor de ALFA aumenta alcanzando 3.5 y como

consecuencia de ello se produce un insignificante empeoramiento de la distribucininicial y de la envolvente de las solicitaciones mximas respecto al transformador seco.

Cuando un devanado con aislacin gradual (alta tensin) se encuentra ubicado en laparte externa de una misma columna, frecuentemente se lo realiza con la entrada en laparte media de la bobina Figura 1.17.

El arrollamiento se construye en dos mitades con la direccin de devanado en oposiciny conectados en paralelo. De este modo se logra un mejor aprovechamiento del espaciodisponible en la ventana del ncleo.

40
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-17.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-17.jpg


41/670

1.15 DEVANADO EN HELICE.

Los devanados tipo hlice estn realizados formando una hlice o tornillo. El conductorest dividido en un cierto nmero de planchuelas.

Los arrollamientos a hlice presentan por su naturaleza en los extremos superior einferior, una superficie que no es perpendicular al eje del arrollamiento, sino inclinadasegn sea el paso correspondiente de la hlice.

Para permitir el apoyo con las superficies horizontales de los yugos y de los elementosde sujecin, indispensables para la fijacin axial de los arrollamientos y para asegurarsu resistencia mecnica e indeformabilidad a los esfuerzos electrodinmicos, esnecesario utilizar adecuados elementos que constituyen las llamadas "falsas espiras".

Las falsas espiras como muestra la Figura 1.19, consisten en cuas realizadas a partir deun cilindro de adecuado material aislante, y que ocupan el lugar que deja libre el

conductor de la hlice del bobinado.

Los dimetros interno y externo de la falsa espira coinciden respectivamente con losdimetros interno y externo del arrollamiento.

La diferencia H1-H2 entre las distancias indicadas en la Figura 1.19, es igual a la alturaaxial de una espira.

Un arrollamiento continuo tipo hlice puede estar conformado por una o ms capas.

Generalmente si se trata de un arrollamiento de baja tensin el mismo puede tener dos otres capas completas.

41
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-19.jpg


42/670

Las capas deben estar completas para tener una uniforme distribucin de los amperespiras (condicin importante frente a solicitaciones electrodinmicas).

Entre las capas podrn eventualmente disponerse canales axiales si las solicitacionestrmicas as lo requieren.

1.16 DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LOS DEVANADOS DEREGULACION.

Los arrollamientos de regulacin se disean dentro del tipo hlice, donde las espiras para cada tope de regulacin estn distribuidas a lo largo de toda la altura delarrollamiento.

Los devanados de regulacin se pueden considerar como arrollamientos en hlice loscuales estn realizados con un manojo de conductores. Cada conductor forma undevanado en hlice completando una capa y que corresponde a un escaln del campo de

regulacin Figura 1.18.

42
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-18.jpghttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-18.jpg


43/670

Cada uno de estos devanados en hlice se conecta en serie. Las conexiones a loscontactos del conmutador se realizan entre devanados consecutivos. Para cualquier

posicin del conmutador la distribucin de los amper vueltas a lo largo de la columnaser uniforme, logrndose de este modo hacer mnimos los esfuerzos mecnicos en elcaso de un cortocircuito.

1.17 TRANSPOSICIONES.

La gran mayora de los arrollamientos de alta tensin de los transformadores dedistribucin se realizan con conductor redondo, aislado con esmalte, cuyo dimetro nosupera normalmente los 3 mm. En mquinas de gran potencia los arrollamientos serealizan con planchuelas y las ms frecuentemente utilizadas tienen normalmente unaseccin que no supera los 30 a 40 mm2.

Ello se debe a que planchuelas demasiado gruesas imponen esfuerzos demasiadograndes para construir el arrollamiento dificultando su ejecucin, con riesgo de daar el

aislamiento.

Cuando se requieren secciones mayores se recurre al uso de planchuelas en paralelo quese deben transponer para reducir las prdidas en el conductor.

La ejecucin de las transposiciones es la operacin que requiere el mayor empleo detiempo en la construccin de los arrollamientos a hlice; las mismas aumentan lasdimensiones del arrollamiento y constituyen los puntos delicados desde el punto devista del aislamiento y de la capacidad de soportar esfuerzos electrodinmicos; por estosmotivos es necesario reducir en cuanto sea posible el nmero de transposiciones arealizar.

Una cierta desuniformidad en la reparticin de las corrientes entre las diversasplanchuelas en paralelo es tolerable sin un excesivo agravio de las prdidas.

Esta exigencia se contrapone con la resistencia al cortocircuito para mquinas de granpotencia y para ello se utiliza el cable transpuesto, formado por planchuelas aisladasentre si con esmalte, sobre las cuales se deposita una capa de resina epxica en estadode semipolimerizacin.

A cada una de estas planchuelas se le hace ocupar sucesivamente y repetidamente todas

las posiciones posibles dentro de la seccin total del conductor mediante transposicincontinua realizada a mquina.

El conjunto de todas las planchuelas se encinta con papel de celulosa pura.

El nmero de planchuelas que componen el cable adoptado por algunos fabricantes,siempre impar por razones constructivas, est comprendido entre 5 y 29.

Estas planchuelas se sobreponen formando dos columnas una al lado de la otra conalturas diferentes, separadas entre si con papel.

El nmero de papeles aislantes aplicados como encintado externo permite realizardistintos espesores comprendidos entre 0,4 y 3 mm.

43


44/670


45/670

Aumentan las dimensiones en sentido radial, es decir el espesor del arrollamiento; estose debe tener en cuenta, evitando que coincidan las transposiciones con las varillas decentrado como muestra la Figura 1.21.

1.17.2 Transposicin axial.

Aumentan las dimensiones del arrollamiento en el sentido axial. Los espacios quequedan vacos al realizar el cambio de posicin de las planchuelas en el arrollamientocomo indica la Figura 1.22,

45


46/670


47/670

Para ello se determinan las fuerzas que actan en los arrollamientos con mtodos declculo ms o menos complejos que se basan en la distribucin de la corriente en losarrollamientos y del campo magntico de dispersin.

La disposicin alternada permite, en el caso de transformadores de ms de 2arrollamientos, una gran variedad de soluciones para satisfacer las condicionesrequeridas de impedancia entre arrollamientos tomados de a dos.

La Figura 1.24 es un esquema de principio de la disposicin de grupos en untransformador trifsico de tres arrollamientos: 1 grupo de AT + 2 grupos de MT + 2grupos de BT.

47
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-24.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-24.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-24.gif


48/670

La Figura 1.25 es un esquema de principio de la disposicin de grupos en untransformador elevador trifsico de dos arrollamientos de 660 MVA y 400 kVcompuesto por 3 grupos de AT (1 grupo en serie con 2 grupos conectados en paralelo) y4 grupos de BT (conectados en paralelo dos pares de grupos formado cada uno por dosgrupos en serie).

1.18.1 La Bobina del transformador acorazado.

La bobina es una gran espiral plana arrollada alrededor del ncleo rectangular.

El nmero de espiras es variable segn sea el tipo de arrollamiento. Cada conductor estsubdividido en 2 o 3 planchuelas, aisladas entre si con papel y tambin se transponenlos conductores para reducir las prdidas adicionales por corriente de Foucault Figura1.26.

48
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-25.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-25.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-26.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-26.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-25.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-26.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-26.gif


49/670

Las bobinas se realizan con un torno de eje vertical sobre un mandril rectangularFigura1.27.

Figura 1.27

a: ancho especificado

b: largo especificado

c: ancho de ventana especificado

d: largo de ventana especificado

1.18.2 Grupos de bobinas.

Un cierto nmero de bobinas de la misma tensin conectadas en serie constituyen ungrupo.

Cada grupo, que se presenta como una pirmide trunca con una abertura central, estformado por bobinas, placas aislantes intercaladas y piezas aislantes en forma de U o deL, rectas o curvas, todos estos elementos solapados entre siFigura 1.28.

49
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-27.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-27.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-28.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-28.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-27.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-27.htmhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-28.gif


50/670


51/670


52/670


53/670


54/670


55/670


56/670


57/670


58/670


59/670

Segn la tendencia actual el prensado de las columnas se realiza con placas de presin ycintas termocontraibles.

El ncleo de columnas se lo arma en su totalidad, y para el montaje de los devanados seretira chapa por chapa el yugo superior, el cual una vez centrados y fijados los

devanados debe ser nuevamente montado.

La ejecucin de juntas intercaladas oblicuas tiene por finalidad que las lneas de campose establezcan en esta parte del ncleo en el sentido de la laminacin, con el objeto demantener las correspondientes prdidas en el hierro en los valores mnimos.

LaFigura 1.32 muestra una de las posibles formas constructivas de juntas intercaladasoblicuas, pudiendo observarse la posicin de un trozo de columna y de un trozo de yugoen el primero y segundo estrato y finalmente ambos estratos sobrepuestos.

Como se puede observar se tiene, para este caso, una modesta reduccin de la seccinde pasaje del flujo entre la columna y el yugo, pero tiene la ventaja de que el corte de lachapa se realiza exclusivamente con guillotina.

La Figura 1.33 muestra un estrato completo de un ncleo trifsico a columnas donde seutiliza el tipo de junta intercalada oblicua antes citada.

59
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-32.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-32.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-33.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-32.gifhttp://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-01/2capit1/cmc01-33.gif


60/670


61/670

Estas figuras son vlidas para transformadores en aceite y tienen en cuenta adems lastensiones de ensayo a impulso atmosfrico.

El paso finaliza determinando el espesor de cada arrollamiento y la seccin deconductor.

El programa, cuando no se ha indicado el valor de induccin, lo selecciona en base auna tabla que contiene.

61


62/670

Cuando el nmero de escalones ha sido impuesto, se controla que el mismo estcomprendido en la Tabla 1.8, de no ser as el programa adopta el valor superior de lamisma.

El programa adopta un factor de apilado 0,96 si no ha sido impuesto.

Si el valor de densidad lineal de corriente no ha sido impuesto, el programa lo adopta enfuncin de la potencia utilizando laFigura 1.36, multiplicando los valores por un factor1,1 para actualizarlos con los valores que los fabricantes estn utilizando.

62


63/670


64/670


65/670


66/670


67/670


68/670

Se calcula la distancia entre ejes de columnas que es igual al dimetro externo delbobinado exterior ms la distancia entre bobinados externos adyacentes.

Se calcula el dimetro de aislacin de la bobina externa -entendindose por tal el quedefine el slido dentro del cual no debe haber puntos a masa- que es igual al dimetro

externo de la bobina ms dos veces la distancia del arrollamiento exterior contra masa.

Para los transformadores acorazados que se realizan para altas tensiones y potenciasimportantes, la determinacin de las distancias dielctricas, que son mucho ms crticas,exige un minucioso estudio de la reparticin del campo elctrico entre las galletas y las

partes que estn a masa.

Tambin estos estudios se realizan para los extremos de los arrollamientos de losdevanados concntricos en mquinas de alta y muy alta tensin.

La Figura 1.40 muestra, a ttulo de ejemplo, un modelo utilizado para calcular el campo

elctrico. Se indica con T el arrollamiento terciario, BT el de baja tensin, AT el de altatensin y con R el de regulacin.

Las distintas zonas en el dibujo corresponden a materiales con constantes dielctricasdiversas.

La Figura 1.41 muestra las lneas equipotenciales y las lneas de flujo del vectorintensidad de campo elctrico para el modelo de la figura anterior. El arrollamiento deAT y de regulacin estn al 100% de la tensin respecto a tierra y el arrollamiento deBT y el terciario al potencial de tierra.

68


69/670


70/670


71/670


72/670


73/670


74/670


75/670


76/670


77/670

CN = HNN/NESP

Como las prdidas en los arrollamientos son proporcionales al correspondiente nmerode espiras, se calculan las mismas con las expresin dada por:

PERD1 = PERD CN

PERD: prdidas en el conductor (W)

Como la reactancia es proporcional al cuadrado del nmero de espiras, se calcula lamisma con la expresin dada por:

XXX: reactancia de dispersin de fase en (ohm)

Se calcula la componente resistiva de la tensin de cortocircuito con la expresin dadapor:

UR = 0,1 PERD1(3)/POTKVA

PERD1(3): prdidas totales en los arrollamientos (W)

POTKVA: potencia nominal (kVA)

Se calcula la componente reactiva de la tensin de cortocircuito con la expresin dadapor:

UX = 0,1 XX1(1) CC(1)/UC(1)

CC(1): corriente de referencia (A)

UC(1): tensin de referencia (kV)

Por ltimo se calcula la tensin de cortocircuito:

1.28 DETERMINACION DE LOS VOLUMENES Y PESOSCONVENCIONALES (PASO 10).

En este ltimo paso, partiendo de las dimensiones determinadas anteriormente secalcula:

El volumen de la "cuba" que corresponde a la caja ideal definida anteriormente.

El volumen del conductor de ambos arrollamientos.

El volumen del material magntico del ncleo.

77


78/670


79/670


80/670

Obsrvese la cmara de expansin del interruptor del conmutador bajo carga (cuandoexiste) separada de aquella para el aceite del transformador, con lo que se asegura laestanqueidad necesaria para evitar el paso de productos de carbonizacin, que se vanformando en la cmara de interrupcin, al resto del transformador.

Algunos constructores utilizan para grandes transformadores en el tanque conservador,una membrana elstica que impide el contacto del aceite con el aire ambiente.

Los resultados confirman la eficiencia de este sistema y se tienen datos que indican paraesta clase de transformadores, que despus de 10 aos de servicio, el contenido de aguadel aceite no excede de 15 partes por milln (temperatura del aceite 60 C) con un valormedio de 10 ppm, comparado con el contenido de humedad de 1,5 a 2 veces mayor paralos transformadores con conservadores convencionales con respiracin mediante unsecador de silicagel.

Es conveniente programar el tratamiento de secado (con interrupcin del servicio),cuando el contenido de agua excede 30 ppm.

80


81/670


82/670


83/670


84/670


85/670


86/670


87/670


88/670

A1.2 PREPARACION DEL LOTE DE DATOS

Se ejecuta el programa EDIMAQ que presenta un men que propone el tipo demquina

39492748 Calculo y Diseno de Maquinas Electric As

Documents

Transcript of 39492748 Calculo y Diseno de Maquinas Electric As