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CURSO CURSO NORMAS Y PROCEDIMIENTOS NORMAS Y PROCEDIMIENTOS
PARAPARA MANTENIMIENTO ELECTRICO DE MANTENIMIENTO ELECTRICO DE SUBESTACIONES SUBESTACIONES
Módulo 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE SUBESTACIONES
1.3 EQUIPOS DE PATIO
1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA
2
TRANSFORMADORES DE POTENCIA
FUNCIÓN
Su función dentro de un sistema es la de convertir la tensión desuministro (primaria) en niveles mas altos o mas bajos (tensiónsecundaria), para su transmisión o para su uso
• Normas:
IEC 60076
ANSI C57.12
• Simbología: IEC ANSI
Transformador
Autotransformador
AT
BT
AT
BT
TRANSFORMADOR DE POTENCIATRANSFORMADOR DE POTENCIA
Un transformador es un dispositivo qué:
Transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando lafrecuencia constante.
Lo hace bajo el principio de inducción electromagnética. Tiene circuitos eléctricos que están eslabonados magnéticamente y
aislados eléctricamente. Usualmente lo hace con un cambio de voltaje, aunque esto no es
necesario.
FUNDAMENTOS FUNDAMENTOS
I1: Corriente primaria
I2: Corriente secundaria
V1: Tensión primaria
V2: Tensión secundaria
Ø: Flujo magnético
Rel: Reluctancia del circuito
magnético
I*N: Amperio vuelta (fuerza
contraelectromotriz)
N1/N2: Relación de transformación
V2
Ø
N1
N2V1
I1
Ø
I2
I1 * N1 = I2 * N2
I * N = Ø * Rel
I1 * N1 = Ø * Rel
I2 * N2 = Ø * Rel
V1/N1 = V2/N2
V= N*Ø*w
V1= N1*Ø*w V1/N1 = Ø*w
V2= N2*Ø*w V2/N2 = Ø*w
AUTOTRANSFORMADORES
V3
Ø
N1
N3
V1
I1
Ø
I3
N2V2
I2
• Fórmulas aplicables
I1 * N1 = I2 * N2
V1/N1 = V3/N3
V1/N1 = V2/N2
I1 * N1 = I3 * N3
• Ahorro en cobreV1/V2 = N1/N2
Relaciones de transformación pequeñas (500/230, 230/115 kV)
500/230 kV N1/N2 = 2.2 = 2.200/1.000, total espiras para ATR: 2300,para TRF: 3.200 (ahorro del 72%)
Relaciones de transformación grandes (230/13,8, 115/13,8 kV)
230/13,8 kV N1/N2 = 16.7 = 16.700/1.000, total espiras para ATR: 16700,para TRF: 17.700 (ahorro del 5,6%)
Se justifica ATR para N1/N2 < 2,4
AUTOTRANSFORMADORESAUTOTRANSFORMADORES
V1
V3
V2I2
I1 I3
C
TS
• Designación de devanados
S: Serie, C: Común, T: Terciario
El devanado terciario puede ser:
De carga: normalmente para alimentar los servicios auxiliares
De estabilización: devanado en delta para reducir la
impedancia homopolar. También válido en transformadores
con conexión Yy ó Yz
•Tipos:
Monofásico
Trifásico
Sumergidos en aceite o
en gas
AUTOTRANSFORMADORES vs. TRANSFORMADORES
Más económicos para bajas relacionesde transformación (n=2,4): Interconexiónde dos sistemas de alta tensión
Baja impedancia
Ahorro en el área no sólo al suprimir undevanado, sino el área del devanado quequeda
Mejor regulación y mejor eficiencia
Menores pérdidas en el cobre
Ahorro en el peso del cobre
Ventajas
Mayor impedancia, menorescorrientes de corto circuito,menores esfuerzos dinámicos
Separación galvánica de los dosarrollamientos
Dificulta propagación desobretensiones
TransformadoresAutotransformadores
Elementos que constituyen un transformador
Núcleo de circuito magnético. Devanados. Aislamiento. Aislantes. Tanque o recipiente. Boquillas. Ganchos de sujeción. Válvula de carga de aceite. Válvula de drenaje. Tanque conservador. Tubos radiadores. Base para rolar. Placa de tierra. Placa de características. Termómetro. Manómetro. Cambiador de derivaciones o taps.
1. Tanque.2. Tubos radiadores.3. Núcleo (circuito magnético).4. Devanados.5. Tanque conservador.6. Indicador de nivel de aceite.7. Relé de protección (buchholz).8. Tubo de escape.9. Boquillas o aisladores de porcelana.10. Boquillas o aisladores de porcelana.11. Tornillos opresores.12. Conexión de los tubos radiadores.13. Termómetro.14. Bases del transformador.15. Aceite refrigerante.
Clasificación de los transformadores
Los transformadores se pueden clasificar por:
a) La forma de su núcleo.
Tipo columnas. Tipo acorazado. Tipo envolvente. Tipo radial.
12
TRANSFORMADOR TIPO COLUMNAS
Las partes del circuito magnético están rodeadas por las bobinas
Trifásico
Monofásico
TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO
Las partes que constituyen el núcleo magnético rodea las bobinas y
usualmente encierra la mayor parte de ellas
TrifásicoMonofásico
b) Por el número de fases.
Monofásico. Trifásico.
TIPOS
• SEGÚN EL SISTEMA DE TENSIONES
Transformadores monofásicos (se forman bancos trifásicos)
Transformadores trifásicos
Banco de Transformadores
MonofásicosTransformador
Trifásico
TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS vs. TRIFÁSICOS
En los transformadores trifásicos existe acoplamiento magnético, lo que haceque las pérdidas en el hierro sean menores, mientras que en los monofásicosno.
Factores que determinan la elección
Valoración de pérdidas: el costo de las pérdidas puede llegar a ser
mayor que una unidad trifásica de repuesto
Confiabilidad: necesidad de unidades de reserva
Limitaciones de transporte: peso y altura máxima
Capacidad de fabricación
c) Por el número de devanados.
Dos devanados. Tres devanados.
d) Según su función en el sistema:
Transformadores elevadores (asociados a generación, transmisión) Transformadores reductores (distribución)
e) Por el medio refrigerante.
Aire. Aceite. Líquido inerte.
TIPOS
TRANSFORMADORES SECOS
Aislamiento: resina o papel
Enfriamiento: contacto con el aire
Potencia hasta 5 MVA, 36 kV
TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN
RESINA
Aislamiento y enfriamiento por medio de
resina líquida con punto de fuego alto
(>300oC)
Potencia mayor de 10 MVA, tensión >36 kV
SEGÚN EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
f) Por el tipo de enfriamiento.
Enfriamiento O A. Enfriamiento O W. Enfriamiento O W /A. Enfriamiento O A /A F. Enfriamiento O A /F A/F A. Enfriamiento F O A. Enfriamiento O A/ F A/F O A. Enfriamiento F O W. Enfriamiento A/A. Enfriamiento AA/FA.
TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN ACEITE
Aislamiento y enfriamiento por medio de aceite mineral
Los pasos de refrigeración forzada se utilizan para aumentar la
potencia del equipo sólo para suplir picos de carga momentáneos,
manteniendo los incrementos de temperatura especificados
Sistemas de refrigeración:
ONAN: aceite natural, aire natural (Oil Natural, Air natural)
ONAF: aceite natural, aire forzado (Oil natural, Air forced)
OFAF: aceite forzado, aire forzado (Oil Forced, Air Forced)
ODAF: aceite dirigido, aire forzado (Oil Dirigid, Air Forced)
OFWF: aceite forzado, agua forzada (Oil Forced, Water Forced)
Refrigeración ONANRefrigeración ONAN
Transformador con circulación natural de aceite y de aire
Equipo auxiliar: grandes radiadores
1. Válvula de aislamiento
2. Radiador
1
1
2
Refrigeración ONAFRefrigeración ONAF
Transformador con circulación natural de aceite y forzada de aire
Equipo auxiliar: radiadores más pequeños que en ONAN y juegos de
ventiladores
2. Radiador
2
1
311. Válvula de aislamiento
3. Ventiladores
Refrigeración OFAFRefrigeración OFAF
Transformador con circulación forzada de aceite y forzada de aire
Equipo auxiliar: radiadores, juego de ventiladores y bomba de aceite
4. Bomba de aceite
1. Válvula de aislamiento
2. Ventiladores
3. Conjunto radiador
1 2
1 3
4
Refrigeración ODAFRefrigeración ODAF
Transformador con circulación dirigida de aceite y forzada de aire
Equipo auxiliar: radiadores (más pequeños que en OFAF), juego de
ventiladores y bomba de aceite
Bomba de aceite
Válvula de aislamiento
Ventiladores
Radiador
Válvula de aislamiento
El aceite es dirigido al
interior de los devanados
mediante ranuras que se
hacen en ellos
Refrigeración OFWFRefrigeración OFWF
Transformador con circulación forzada de aceite y forzada de agua
Equipo auxiliar: radiadores, bomba de aceite y sistema de agua (bombas,
filtros, etc.)
Se utiliza cuando se tiene
escasa fuente de aire y
abundante fuente de
agua (adecuada)
El agua circula por los
serpentines del radiador
CASA DE MÁQUINAS
EN CENTRALES
HIDRÁULICAS
Válvula de aislamiento
Bomba de aceite
Radiador
Circuito de agua
Válvula de aislamiento
Deflectores flujo aceite
TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN GAS (SF6)
Aislamiento y enfriamiento por medio de SF6
Ventajas
El SF6 no es combustible, no requiere sistema contraincendio
Más compactos
Fácil instalación, no requiere tratamiento del SF6
154 kV - 68 MVA 275 kV -300 MVA
g) Por la regulación.
Regulación fija. Regulación variable con carga. Regulación variable sin carga.
h) Por la operación.
De potencia. Distribución. De instrumento. De horno eléctrico. De ferrocarril o sistema metro
CONEXIONES Y GRUPOS HORARIOS DE CONEXIÓN
• Conexiones
Conexión en ESTRELLA (Y, y) Conexión en DELTA (D, d)
I (R) II (S) III (T)
(N)
I (R)
II (S)
III (T) I (R) II (S) III (T)
Conexión en ZIG-ZAG (Z, z)
I (R) II (S) III (T)
(N)
I (R)
II (S)
III (T)
I (R)
III (T) II (S)
Y, D, Z, N: devanado AT
y, d, z, n: devanado BT ó
terciario
Grupo horario de conexiónGrupo horario de conexión
El grupo horario se designa como: ANabnC”+d”
En donde:
A = Y ó D (Conexión de los devanados de alta tensión)
N, n = sólo para devanados en Y cuando se tiene acceso al neutro
N : en el devanado de AT
n : en el devanado de BT
a = se adiciona sólo cuando se trata de un Autotransformador
b = y, d ó z (Conexión de los devanados de baja tensión)
C x 30o = desfase (atraso) entre la tensión fase – neutro del devanadosecundario con respecto al primario
C : 0, 1, 5, 6, 11, 2, 4, 7, 8 y 10
“+d” = se utiliza cuando se tiene devanado terciario de estabilización
Grupo horario de conexión: ejemplosGrupo horario de conexión: ejemplos
Transformador de dos devanados ( Dyn11 )
D: devanado AT en D
Y: devanado BT en Y
N: se tiene acceso al neutro enBT
11: desfase de 330o entre tensiónfase – neutro de BT y AT
Transformador de tres
devanados ( YNyn0d5)
I II III
I II III
I II III
12
12
12
5
I II IIII II III
I
II III
I
II
III
I
II
III
I II III
I II III
I
II III
I
II III
11
12 11
12
Grupo horario de conexión: ejemplosGrupo horario de conexión: ejemplos
Autotransformador ( YNad11 )
Y: devanado serie y común en Y
N: se tiene acceso al neutro en ATy en BT
a: indica que es unAutotransformador
d: devanado terciario en D
11: desfase de 330o entre tensiónfase - neutro del devanadoterciario y AT
Si el devanado terciario no estaaccesible, este devanado se utilizacomo devanado de estabilización:
YN+d
I
II
III
12
11 12
I II
III
I II III
Transformador con tomas
• Control de tensión dentro de límites legales
• Control de flujos de P y Q en la red
• Ajuste de tensión frente a ΔCarga
66/20 kV ⇒ Regulación en carga automática (Sistema Jansen)
132/66 kV ⇒ Regulación en carga manual desde el despacho de maniobras
TRANSMISIÓN… Incremento de la capacidad de transporte
VFTVariable frequency transformer
Transformadores que permiten la transferencia de potencia entre sistemas interconectados con flujos bidireccionales.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
Transformador desfasador con variación continua de ángulo
Devanados trifásicos en estator y rotor
Control de flujo de potencia entre dos redes asíncronas
Flujo de potencia proporcional a la diferencia de ángulo de fase de voltajes
Drive y motor que aplican torque para ajustar diferencia relativa de ángulo de fase de voltajes del rotor y estator
Fuente: www.gepower.com
Puesta en servicio y mantenimiento de transformadores
Antes de poner en operación un transformador dentro de una subestacióneléctrica conviene revisar lo siguiente:
1. Rigidez dieléctrica del aceite.
Una lectura baja de rigidez dieléctrica del aceite indicara suciedad, humedaden el aceite.
Para corregir esto se filtra el aceite las veces que sea necesario hastaobtener un valor correcto.
2. Resistencia de aislamiento.
3. Secuencia de fases correctas (polaridad).
4. Tener cuidado de que las lecturas de parámetros (V,I,W) sean las adecuadas.
Mantenimiento de transformadores
Es el cuidado que se debe tener en cualquier tipo de máquinas durante suoperación, para prolongar su vida y obtener un funcionamiento correcto, en elcaso particular de los transformadores se requiere poco mantenimiento, envirtud de ser maquinas estáticas. Sin embargo, conviene que periódicamente sehaga una revisión de alguna de sus partes, como son:
1. Inspección ocular de su estado externo en general, para observar fugas deaceite, etc.
2. Revisar si las boquillas no están flameadas por sobre tensiones de tipoexterno o atmosférico.
3. Cerciorarse de que la rigidez dieléctrica sea la correcta, según las normas.
4. Observar que los aparatos indicadores funcionen debidamente.
5. Tener cuidado que los aparatos de protección y control operen en formacorrecta.
1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA