CAPÍTULO 1 - DATOS NORMALIZADOS 1

TRANSFORMADORES: SU CÁLCULO Y CONSTRUCCIÓN

Ing. Juan Carlos SteccaMg. Claudio DimennaDr. Justo Roberts

Docentes:

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FACULTAD DE INGENIERÍA - UNMDP

Asignatura Optativa

Carreras: Ing. Eléctrica Ing. Electromecánica

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Definiciones

El transformador es un equipo eléctrico estático, de inducción electromagnética, destinado a transformar un sistema de tensiones y corrientes alternas de alimentación, en valores de tensión y corriente generalmente diferentes a los de entrada, y de igual frecuencia.

Un transformador en servicio en un sistema eléctrico, tiene ciertas características nominales que han sido en parte fijadas por el usuario, y en parte adoptadas por el proyectista.

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Capítulo 1 : DATOS NORMALIZADOS

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Condiciones Normales de Servicio

Altitud de la instalación (hasta 1000 m sobre el nivel del mar)

Temperatura del refrigerante (para aparatos refrigerados por aire, la temperatura del aire ambiente media de 30 ºC, y no debe exceder los 40 °C.)

Temperaturas mínimas del aire y valores promedios diarios y anuales, que si se previese excederlos, es indispensable indicarlos claramente.

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Las normas IRAM 2099 y la IEC 76-1 fijan las condiciones ambientales normales de servicio del transformador, que son:

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Cuando la máquina está sumergida en aceite mineral, sintético u otro líquido refrigerante, la aislación es Clase A (105º C).

Los de tipo seco, en contacto con aislante gaseoso (aire) o bien sólido (resinas epóxicas), la aislación se realiza con materiales Clase F (155º C ) o H (180º C).

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

Los transformadores pueden ser:

sumergidos secos

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Según el modo como circule el medio refrigerante se utilizan los siguientes símbolos:

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Natural N

Forzado F

Dirigido para el caso particular de aceite D

Según el medio de refrigeración se identifica con una letra de acuerdo a la siguiente tabla:

Aceite mineral o líquido aislante sintético inflamable O

Líquido aislante sintético no inflamable L

Gas G

Agua W

Aire AAislante sólido S

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La sobreelevación de temperatura es la diferencia entre la temperatura en distintas partes de la máquina y la temperatura ambiente media (30ºC), y no debe superar:

Para transformadores en aceite u otro líquido dieléctrico (IEC 726-2, IRAM CEA F 20-99)

Parte de la máquina Máxima sobreelevación de temperatura (ºC)

Arrollamientos: (valor medio medido por variación de resistencia).

65 cuando la circulación del aceite es natural o forzada pero no dirigida.70 cuando es forzada y dirigida-

Temperatura máxima del aceite (próximo a la tapa): Medida con termómetro

60 cuando el transformador tiene tanque conservador (expansión) o es hermético.55 cuando no tiene tanque conservador ni es hermético

Núcleo, partes metálicas y materiales magnéticos

La temperatura no debe alcanzar, en ninguna parte, valores que dañen el núcleo, el aceite y los arrollamientos.

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Para transformadores secos(IEC 726, IRAM 2180).

Parte de la máquina

Modo de refrigeración

Clase de aislación

Máxima temperatura (º

C)

Arrollamientos:(valor medio medido por variación de resistencia)

Aire, natural o forzado

A E B F H 105 120 130

155 180

Núcleo y otras partes situadas: a) Próximo a los arrollamientos b) No próximo a los arrollamientos

Todos los tipos

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a) Como para los arrollamientos b) No puede alcanzar un valor que dañe el núcleo y materiales adyacentes

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Cuando el transformador está diseñado para funcionar en lugares donde la temperatura del aire de refrigeración excede los valores indicados en las normas (30ºC), la sobreelevación de temperatura admisible para los arrollamientos, núcleo y aceite, lógicamente se debe reducir.

Para potencias de 10 MVA o mayores la reducción que se aplica a la sobretemperatura coincide con el exceso de temperatura del aire de refrigeración.

Para potencias menores se aconseja reducir la temperatura máxima 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 máximo 10 °C se reduce en 10 °C.

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Si el transformador esta diseñado para operar a una altura mayor de 1000 m, pero es ensayado a una altura normal, los límites de sobreelevación de temperatura indicados se deben también reducir en un cierto porcentaje en proporción a la altura.

Para cada modo de refrigeración, por cada 500 m o fracción de 500 m por encima de los 1000 m, la reducción se indica a continuación:

Circulación de aire Natural Forzado

Transformadores en aceite 2.0% 3.0%

Transformadores secos 2.5% 5.0%

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CARACTERISTICAS NOMINALES

Tensión nominal

Relación de transformación nominal

Tolerancia en la relación de transformación: Es fijada por la norma IRAM 2099 El menor de los siguientes valores: ± 0,5 % de la relación nominal; o 1/10 de la tensión de cortocircuito real, respecto de la carga nominal expresada en porcentaje. Esto no es aplicable a los autotransformadores (en razón de su muy baja impedancia).Por ejemplo para un transformador con tensión de cortocircuito del 3%, la tolerancia de la relación de transformación será 0.3 %.

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Frecuencia nominal:

Potencia nominal:Si tiene diferentes modos de refrigeración, a cada uno le corresponde una potencia y la potencia nominal corresponde al modo de mayor refrigeración. Ej.: ONAN (70 %) - ONAF (100 %)La Norma IRAM 2099, siendo para transformadores trifásicos de 5, 10, 16, 25, 40, 50, 63, 80, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 600, 800 y 1000 kVA.

Corriente nominal

Nivel de aislación

Tomas de regulación:La Norma IRAM CEA F 20-09 recomienda para transformadores de hasta 25 kVA, ± 5 %, y para mayores potencias ± 2,5 y ± 5 %.

Toma principal

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Campo de regulación

Pérdida en vacío

Pérdida debida a la carga

Tensión de cortocircuito: El valor de la tensión de cortocircuito, válido a los efectos de la garantía, es el correspondiente al tope principal de los arrollamientos considerados. La tolerancia admitida es de ± 10% de los valores garantizados (Norma IRAM 2099). La tensión de cortocircuito varía con la potencia del transformador desde el 4 % para transformadores de 630 kVA hasta el 12,5 % para transformadores de potencia entre 25000 y 200000 kVA (IRAM 2112)

Corriente de vacío: La tolerancia admitida es de ± 30% de los valores garantizados (Norma IRAM 2099).

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Debe notarse que si el transformador tiene diferentes modos de refrigeración, a cada uno le corresponde una potencia. La nominal con refrigenaricón natural, y la potencia máxima corresponde a la de mayor

disipación. Ej.: ONAN (100%) - ONAF (140%)

Porcentaje y Método de Refrigeración

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DATOS DE PARTIDA

Los datos fundamentales a los que debe ajustarse un transformador son, generalmente, las tensiones primarias y secundarias U1 y U2 en carga, para un cosφ = 1 o 0,8, y la capacidad:

Análogamente, existe la tendencia cada vez mas generalizada, a definir como la potencia nominal del transformador la del lado primario.

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Se recomienda tomar en vacío una tensión superior a la de plena carga, según las caídas dadas por gráfica, si el voltaje U2,

especificado en carga, es con un cos φ = 1, y admitir una caída dos a tres veces mayor, si el cos φ = 0,8. el porcentaje de caída se dividirá por igual entre primario y secundario.

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En el cálculo debe partirse de las f.e.m respectivas o tensiones en vacío, E1 y E2 y de las intensidades de plena carga I1 e I2.

Como la caída de tensión en los transformadores es pequeña, se prescinde de ella a veces y se calcula en base a las tensiones primarias y secundarias nominales U1 y U2.

La tendencia moderna es introducir mayor dispersión para protegerlos contra los cortocircuitos, y la diferencia entre la f.e.m. y la tensión puede hacerse apreciable.

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Caídas de tensión en % para transformadores con cos = 1. Tensiones hasta 30 KV – 50 Hz.

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