Universda Nacioal e lnni FACTD DE INGRl
Elri y leon
UN TRASFOMAD DE OISl D Y P r ÉLC TES DE H 10 KV.
TESIS Para Optar E Título fesina d :
Igeier lrcs Presentado
p:
GERADO MINUZ FTL
LIMA LI MA . PE PERU RU - 19 1985 85
I
N
I
TRODUCCO
Página
l.
CESTOES GEERAES ...................... ..................... .
1..
VOL J Y EQUPS PARA ESAYO ESAYOS S E ORRE E AL' AL', , DEF DEFCES CES Y REQUEM
1
Defincones ............................ .
1
1..1.. Dsara Dsuptva ...................... .
. 1..1.2. olaje de Resisencia omin ........... ............
.1..3. Valor de oltaje de ueba ...............
1
...4. Descara uperfcia (Fashover)
1
.1..5. Pefocón
2
111
1
..1.6. Votaje Prueba a Frecuenca dustia minuto d duaión en uet uetas as Scas Moj jada ................................ . y Mo
2
1..1.7. nsó de ntorno a ruecia dustrial e eco y Bajo lua
2
..8. Tesi de erforaión en aceite a Fecueca uti .. ............................
2
...9. ondicioes Atosféias oaizadas
3
qrmento pa nsayos n C.A. a Alo Votaes ............. .............··.............. .................... ...... .
3
1..2.. ermento pa e Vltaje de na ..
3
..2.2. Gee de Vota es d d Enay Enayo o .. .... .... .... .... ..
1.1.2.3. equerimietos aa l uito de Esyo de rnso rnsomador mador ..... .......... .......... .......... ........ .....
4
112.
1.2.
SLC U SSA E ESAY PARA .A. Y EMA E POA M TRASFOMAR . .................. .. ........
I
N
I
TRODUCCO
Página
l.
CESTOES GEERAES ...................... ..................... .
1..
VOL J Y EQUPS PARA ESAYO ESAYOS S E ORRE E AL' AL', , DEF DEFCES CES Y REQUEM
1
Defincones ............................ .
1
1..1.. Dsara Dsuptva ...................... .
. 1..1.2. olaje de Resisencia omin ........... ............
.1..3. Valor de oltaje de ueba ...............
1
...4. Descara uperfcia (Fashover)
1
.1..5. Pefocón
2
111
1
..1.6. Votaje Prueba a Frecuenca dustia minuto d duaión en uet uetas as Scas Moj jada ................................ . y Mo
2
1..1.7. nsó de ntorno a ruecia dustrial e eco y Bajo lua
2
..8. Tesi de erforaión en aceite a Fecueca uti .. ............................
2
...9. ondicioes Atosféias oaizadas
3
qrmento pa nsayos n C.A. a Alo Votaes ............. .............··.............. .................... ...... .
3
1..2.. ermento pa e Vltaje de na ..
3
..2.2. Gee de Vota es d d Enay Enayo o .. .... .... .... .... ..
1.1.2.3. equerimietos aa l uito de Esyo de rnso rnsomador mador ..... .......... .......... .......... ........ .....
4
112.
1.2.
SLC U SSA E ESAY PARA .A. Y EMA E POA M TRASFOMAR . .................. .. ........
Págia 1.2.1
Selección de un Sistema de Ensayo e C.A.
1.2.
Determinació de la Poteia Permanene del
4
Trasformador .3.
5
ENSAYOS DIEC1RICOS EN AISLADORES PARA
L�
NEAS AEREA AEREAS S DE KV Y SUE SUERIOR RIORES. ES.
DA'S DE PLACA DEL TRNSFORMADOR .... PLACA ......... .......... ........ ... .. 1.3.1.
1.3.2.
7
Relas Generales para Esayos a Frecuecia Idustrial .. ....... ........ .......... ...........
7
Clasificació de los Esayos ..............
9
.3.2.. Ensays del Grupo I ......................
9
133
Datos de laca .................... ........................... ........
2.
DSEÑO DEL CIRCU MAGNET MAGNETICO ICO .............
2
l
GENERIDADES ....... .................. ..
2
.2.
MATERIAL MAGNE.
2
221
Maeia Manétio
22.2.
Arrelo de Lmias
2. 3.
SECCION D NU EO
3
2 4
CARAC RIS TICAS D TRANSFORMADOR .........
14
2 5
CARGAS SPECIFICAS
5
2.51
Desidad Maética (B ) m.
5
2.5.2.
Desiad Desi ad de Corriete (J)
5
2 5 3·
Valores Iniciales de Desidad Maética
ARREGLO DE LAMINAS ...
...................
2 2
y
Dsidad de Corriete .....................
5
6
FUNDMENS DEL DI DISEO SEO .......... ...•.... ...•..... .
5
2.7.
TENSION UNI RIA (E ) ........... · · · · · · t
7
2. 8
CCLO DE LA SECCION DEL NEO ..........
8
2 9 .
CLCO DEL ARE DE VENNA
9
Página 10 2.
11
1 13 2 14 2 5
16 161 .16 163 21 7. 18 3.
3 l
311 312 313 3 2 3. 3
3.31 332
34 341
CALCLO DEL DIAME O DEL CIRLO IRCUNSCR AL NU EO . DETERINAION DEL NUMEO DE LAMINAS DE FIERRO D NUEO . CLCULO DEL AREA REAL DEL NU (A ) INDUCCION MAGNETICA ORREGIDA (Bme AREA DE VENTANA DE NUEO ORREGIDA (Awc) FEM UNIRIA CORREGIDA CCLO DE LAS DIMENSIONES DE LA VENANA Altura d Vntana (H) Ancho d ntana (W) Esqma dl Circito Manético PESO TAL DEL FERRO ALCLO DE LAS DIMENSIONES DE LAS LAINAS DE FIERRO DEL CIRCUI MAGNETCO DISEÑO DE LOS DEANADOS Y D AISLAMIEN FAC RES DE DISEÑO DE LOS DEANAS . Rsistncia Dilctrica Rfriración d las Bobinas Ractancia d Disprsón . DISSICIN DE ARROLLAIENTOS TIS DE DEANAS 'Dvanado para Bajo oltaj Dvandos para Altos oltajs . CRITEIOS PARA EL CALCLO DEL DEANADO DE AL NSION . Innsdad Uniorm d ampo Radial ··\ lC
19 19 21 21 21 1 2 2 22
23 4 24 27 27 27
28 28 9 29 29 31 31 3
Página 3.4 2 .
Gradiante Axial Uniforme .........
33
35.
DISEÑ DEL ASLAMEN' ...........
34
351
Condiciones Generaes para la Descara Disruptiva en Sistemas Aislantes Mixtos ...
35
34
nfluencias Externas para las Descaras Di� ruptias
35
353
Tipos de Disturbios ....
35
36
P CCON NRNA DEL ANSFORDOR
37
36
Blndaje Electrostático contra la Penetra ción de Sobretensiones al Circuito Primario
362
37
Placa Estática para Uniformizar los Esfuer zos Dieéctrcos en el Deanado de Alta Ten sión ..... ..... ..
3
CLCULO DE NUERO DE ESPRAS DEL PR:RO Y D SECUNDARO ......
37
39
40
Clculo de las Tensiones de Vacío Primaria (E ) y Secundaria (E ) .. . . 1
40
3•
Deterinación del Númeo de Espiras ...
41
3 8
C CO DEL ARROLAEN DE BAJA ENSON (B.T.) ..........
41
38
Descrición
41
3 8
Clculo de cada edia Bobina ..
41
383
Características del Arrollamiento de B.T
43
384
Cálculo de la Resistencia del Deanado
de
B. T
39
39
43
CACLO D ARROLLAMEN DE AL NSON (A.T.) ..............
44
lculo· de la Sección del Conductor en AT
44
Página 3. 9 2
Cálculo del Número de Capas ...............
393
Cálculo de las Dimensiones del Devanado
46
de
. . • • . . . . • • • . • . . . . .
46
Cálculo de la Resistencia del Devanado de A.T. ............................... ......
48
Dimensiones Adoptadas de los Arrollamientos de A.T. y B. .
49
39 6
Clculo de las Reactancias ................
51
.
COMOR MIEN' DEL ANSFORMADOR EN SERVICIO D COR DURACION Y SERVICIO CON NU .....
56
A. T.
3 . 9 .4 .
395
SERVICIO A CONDICIONES NOMINLES ..........
56
4..1.
Pérdidas en el Cobre .....................
56
4.1.2.
Pérdidas en el Fie�o a Tensión Nominal ...
60
.1.3.
Cálculo de la Corriente Manetizante ......
62
4.1.4.
Potencia Reactiva en Vacío ................
64
2
CCULO DE ESFUERS TERMIS .............
65
4.2.1
Caras Básicas para una esperana de vida normal del Transformaor ..................
65
Sobreemperatura Maxima Promedio de los ArrQ llamientos. Sobetemperatura Máxima Prome do del Aceite........·......................
65
4.2.2.1. Diensiones del Tanqu y su Sobretemperatura
66
4.2.2.2. Sobretemperatura del Aceite
70
.2.2.3. Sobretemperatura del Cobre (T cu ) 4.2.2.4. peratura de la Reión más caliente .....
71
4 l
4.2.2.
.2.3.
Sobrecara Lmite para una espranza de v da normal ....... ..................... ....
73 74
Página 424
Sobrecaa de Cota Duación (Ensayos de hasta 30 minutos de duación)
241 Elevación e Tempeatua del Aceite de
76
la
capa supeio paa una Sobecaa Contínua
76
4242 Clculo de la Constante e Tiempo a Coniciones Nominales
77
424.3 Sobetempeatua del Aceite de la Capa
S�
peio paa Ensayos de Cota uación 4.3
MPBACION E ESFUERZOS EN LOS DECTR co s
4 l
. •
80
Esfuzos Raiales en los Delécticos en 80
te Aollamienos 4. 3 2
79
Esueos en los elcticos en el evana 84
o e AT 432 Cálculo de la Tensión nicial de Eluvios
84
4322 ensión nicial de Descaa Rampante Ramii cada 433
86
Esueos en l ielécticos ente el ev nao e A T y asa
87
. 4
STBUCON · DE LA ONDA E SOBREVOL JE ••
88
1
Clculo de la Capacid See
89
2
Clculo de la Capacitancia a Tiea
90
44
Clculo el Facto de Distibución nicia de Voltaje ·
90
NSONES REERENCAS BBLOGRAFCAS ANEXO :
ateiales mantico, ticos y otos
elcticos,
ielc
I N T R
o
D
u
e
e
I
o
N
El presente trabajo se refiere al Diseño de un Transform� dor de Ensayo para Pruebas Dieléctricas en muestras ais lantes y aparatos, con tensiones de salida relativamente altas (alrededor e 50 y 100 KV respectivamente).
En l se intenta dar un estudio detallao de los crite rios que se siguen para el cálculo de las dferentes componentes del transformador núcleos, devanados, etc), considerando genricamente los fenómenos presentes en las altas tensines
Sin embao el proyecto no
cubre toda
la problemática que implica la generación de voltajes ele vados, como por ejemplo el criterio adicional de compensar l energía reactiva capacitiva que se absolería
u
rante la carga e un transformador para tensiones mayores de 200 V en el secundario
De
ah que el dseño se su
jeta a las necesidades y limitaciones del caso particula que se trata
e I
P
T U L O
CUEST I OME
.GNERALE
l 1.1
CUESTIONES GENERALES
VOLTAJES Y EQUIPO PARA ENSAYOS EN CORRIENTE ALTERNA, DEFINICIONES Y REQUERMIENTOS 111
Definiciones Las definiiones-necesarias para
prese
te proyecto, han sido tomadas de as normas técnicas IEC, Pubicación: 60 y 87,
[10R], 11R, que conuerda
con a
VDE 0433, Part , (Generación y uso de atos votaes
a
ra propósitos de ensayos) 1111
Descarga Disrutiva Es e enómeno asociado a
aisante bajo surzos étricos,
por
bece a dscara entr os eectrodos
a faa de un e cua se est�
a
través de ai
ante en ensayo, rduciéndos votae a cro o aproxi madamente cero 1112
Votae de Resistencia Nomina E votae d resistencia nomina
de
un
obeto en prueba, es un vaor de votae especiicado, e cua caractriza e aisante de obeto
con respecto
a
sayo de rsistencia diécrica 1113
Vaor d otae de Pruba Está deinido por su vaor pico entre
111
1.
Descarga Suricia asover Es una dscar
a
través de interase
- 2
t0ando la forma de un arco o chispa o un conjuno de los, onecndo ls pares de un aisldor el cual esá normal mene oerno 1115.
un volje ene ellos. Perforación Es una desrucción local o oal del ais
lane causado por una desarga que ha pasado a rés
e
ell 1116
Volaes e Prueba a Frecuencia Indusrial de 1 minuo de uraión en Muesras Secas o oadas
s un volaje a frecuencia indusril el ue puee resis ir un aislado de una cadena, o una cadena o un aislador ríido durane 1 minuo, a seo o mojado, aj coniciQ nes fiaas por la norma respecia, sin flashver o perf ración 1.1.17
Tensin e Conorno a Frecuencia Indusrial n eco y Bao LLuia
Es el olaje a frecuenca in
des
a superficiales en la uniad o en la adena aislane o en el aislador ríido bajo condiciones prescrias
ás
aelane 1.11.8.
ensión e Perforaión en Aeie a Frecuen ia Indusrial
Es el volaje d un aisladr por e ue se cusa su desru� ción denro del seo del aceie par eiar desars de cono
-
1.19
3
Condiciones Atmosférias Normalizadas Para los propósitos de ensayos de aisladores
para líneas aéreas, son: Temperatura del ambiente 20 ºC Presión barométri
104 milibar (760 mm Hg)
Humeda, 1 graos de aua por metr úbio, orreson diendo a 63 % de humedad relativa a 20 C 11.2
Rquerimientos ara Ensaos en AC a Altos Volajes
Los reuerimientos para los ensayos de dielétrios han
si
do tomados de la norma IC, [1] 1.1.2.1 Reuerimientos ara l Voltae de nsao La freuen� del voltae de ensayo, estará en el rango de 40 a 60 los por segundo
a forma de
on
da del voltae será aproximadamente senoidal on sus
me
dios ilos semeante y on una razón d valor pio a
va
lor efiaz, igual
v
on un margen de + 5%.
1122 Generaión de Voltaes de nsao Una de la posibilidades e generaión de al tos voltaes es medinte el transformador d nsayos (ato voltae) ara redu los esfuerzos elétrios sobre el transforma dor ausao por desargas priales sobre el obeto en en sayo puede arreglarse una resisnia en el iruito de a to voltae, en seie on el obeto u se prueba Su valor será tal, u la ada de ensión ue oasione no exeda
-
4
-
del 3% dl voltaj d nsayo, sindo rcomndabl qu
no
sa mayor d 10 K. 12 Rurimintos para l Circuito d
Ensao
dl Transformador l voltaj n l circuito d nsayo srá suficintmnt stabl ara no sr rácticamnt afcta do, or las brvs caídas d tnsión n l objto d ru ba dbido a dscargas arcials o rdscargas, d forma qu la mdición dl voltaj d rsistncia y l voltaj d dscaga disrutiva, no sa influnciado La stabilidad d voltaj rqurido s logra simultána mnt, si: L caacitancia total l objto n nsayo o cualquir otro aacitor adicional no sa mnor qu 1000 F La corrint d stado stacionario suministrado or l transformador, si l objto n ruba s cortocir cuitado al voltaj d nsayo y ara mustras scas o quñas(súlidos o líquidos) no srá mnor qu O
1 .
SLCCIN D UN SISA·D NSAY PRA CRRN AL TRNA Y DTRMINACIN D LA PTNCIA NMINAL DL TRANSFRMADR D NSA 11 Slcción d un Sistma d nsao n C.A Para slccionar un sistma d nsayo n CA
s rcomndabl sguir los siguint critrios Slccionar l roio voltaj nominal d salida
- 4
del 3% dl voltaj d nsayo, sindo rcomndabl qu
no
s myr d 10 K. 112.. Rurimintos para l Circuit d
Ensa
dl Transformador l voltaj n l circuito d nsayo, srá suficintmnt stabl r n sr rácticamnt afct� do, or las brvs caídas d tnsión n l bjto d ru ba, dbid a dscargas arcials rdscargs, d forma qu la mdición dl vltaj d rsistncia y l voltj d dscarga disrutiva,
n s influnciado.
L stabilidad d voltaj rqurido, s lgra simultán mnt, si: caacitancia otal l objto n nsayo o cualquir otro aacitor adicional n s mnor qu 1000 F. L crrint d stado stcinario suministrado or l transformador, si l objto n ruba s cortocir cuitad al vlta d nsay y r mustras scas o quñas(slis o líquidos) no srá mnor qu O..
l 2.
SLCCIN D UN SSTMA·D NSAY PRA CRRN AL TRNA Y DTRMINACN D LA PTNCIA NMNAL D TRANSFRMADR D NSAY 1.2.1. Slcción d un Sistma d nsao n C.A. Para slccinr un sistma d nsyo n C.A
s rcomndabl sguir los siguint critrios Slccionar l roio votaj nminal d slida.
-
5
mente, el sistema de ensayo de alto voltaje, debe escogerse, para operacón normal cercano al voltaje máxmo de
sa
Sin embaro debe ser usao para aplcar ensayos
de
lida.
sobrepotencil a muchas muestras diferentes, requiriendo así un amplio rango de voltajes de ensayos, bajo criterios básicos de obtener las mediciones con exactitud y estabi lidad del sstema de ensayo Determnar los KVA de salida requeridos. Desde que el alto voltaje es aplcado entre dos electro dos o entre un conductor y un punto aterrado a través del aislante en ensayo luye una corriente muy baja unamentalmente capacitiva con una pequeña componente resistiva expresada usu�lmnte en relación a la corrien te como tg
Por tanto la capacitanca del objeto d
ensayo es el factor principal en la determinacn de los KVA nominales. 12.
Determinación de la Potencia Permanente
del
Transormdor La carga del transformaor de ensayo lo con tituyen generalmente los dielétricos
La capacitancia del
circuito de ensayo está constitudo, además de la capacitan cia del objeto de ensayo de la capacitancia propia
del
transformador, y la orginada por las pantallas y conexio nes [11R] La potencia de salida del transormador, puede evaluarse por la expresión:
=
T
V2
X
C
X
10 9
- 6 donde:
s
=
potencia en KVA
f
frecuencia e cps
V
=
c
voltaje de prueba en KV, efcaces en los ermnales del ransformador. capacitanca de carga en pF
Aunque acerca de la capacitanca de las muestras para ens� yos, exise ciera nformacón [11R]; las capacitacias propia
del ransformador y de las pantallas, es dfícl
conocer sus valores eacos, a menos que se ratará
de me
jorar el dseño de un prooipo De ah que ls dsinas normas técncas (ASTM, VDE, IEC), recomiendan rangos de poencia según la clase de muesras que se preene ensaar. El presene estudo, en primera nsanca, fué dado para el ensao de asladores en "seco"
As que el ensao de
asladores para lneas aéreas a frecuenca industral, con voltajes de ressenca y de contorno, requiere una poen ca a, que se tenga una corrente permanene de coroci cuto en el lado de A.. de 01 Amp., segn el EC87, Considerando ambén, cera pare de la potencia para su mnsrar la corriente de cara capaciiva del ransforma dor es meneser contar con 20 KVA para la ensón de sal da de 100 , que cubre ensones de ensayo de aquellas muestras para ensones nomnales de servico de asa
20
KV Con la fnaldad de aumentar el uso del transformador para
- 7 el ensayo de aisladores bajo lluvia simulada, se optó fi nalmente en considerar como potencia permaente para el transormador 30 KVA y para tensión de salida de hasta 100 KV. La relativa lta tesión e el diseño del transformador que motiva u alto costo del mismo, así como de la necesi dad de contar geeralmente co un aparatoque pueda servir para ensayos de muestras distitas, ha motivado diseñar el transformador para dos niveles de tensió
En cosecue
cia co el deseo de tilizar el transformador para el e sayo de muestras pequeñas (ejm: trozos de cables, tras ormadores de peqeña potencia etc) se calculó el tr� formador co dos bobias idénticas primarias a in de
co
seuir por un lado la potencia y tensió mencioada más arriba
utado las bobinas primarias y también la mi
tad de la otencia y tesió de salida es decir 5 KVA y 0 KV, respectivaete mediane una coexió en de las bobias primarias 3
E ambos casos
=
ser
220 Volt
ENSAYOS DIELECTRICOS EN AISLADORES PARA LINEAS AES DE KV SUPERIORES Para mostrar la aplicació del transormador recu
rrimos a la recomedaciones técnicas para el esayo de ais ladores ara líneas aéreas según la IE 87 [2 3. Relas Geerales ara Ensaos a Frecuencia Idus tri a a La recuencia del vltaje de pueba ser etre
- 8
15 y 100 cicos por segundo y la onda de voltaj será apro ximadamnte senoida. b) Los voltajes serán meddos por a sparació
e
tre ectrodo esféricos o por cuaquer otro método que arrojn resultados que no difieran por más de 3 % d os obtenios por el método de esfras c) os vaors meidos de voltajes, sern tomados o convertidos a condicones normalzadas de presióny tempe ratura (760 m/Hg, 20 ºC
rspctvamente)
d) as pruebas serán realizadas preferbemente ba o condciones normaizadas e humedad atmosférca 11 gr� mos por metro cúbco) o en otro caso aplcar factores corrección
de
os ensayos de descargas de contorno en am b
te seco a frecuecia ndustral, no ser realzado cuando la humea reativa el are, excee de 9% ) E transformador y e circuto de ensayo ser ta que a corriente atrna en estado estacionario a votaje d prueba prsumido, cuando e aisador es corto circutao no será ·menor que 01 mpros Cuando a medción directa de a corrinte de cortocrcui to al voltaje e pruba nominal, no es prctco, debdo al posble año el equipo, es permsble exrapolar la orren te, hcendo la medcón a una fraccón conocia, no mnor que 1/10 d máximo voltae a circuto abierto el trans formaor
9
Clasificación de los Ensayos
132
- Ensaos del Grupo I.
Estos ensaos son entendi
dos paa veificar las características de un elemento o
un
conjunto de una cadena aislante, o de un aislador ríg los cuales ·�ependen solamente de la forma tamao del aislador de sus características
Son hechas una sola vez en el
prime lote ofetado Ensaos del Grupo II
Sirven para la verifica
ción de otras caractesticas de una componene de la cade na aisante o aislador rido de la calidad de los mate riales usados
Son realizaos en aisladores tomados al
azar de cada loe ofertado Ensos del Grupo III
Siven para los propós
tos de eliminación de aisladores con defecos de fabrica ción
Son realzados en cada aislador ofertado
1321
Ensaos del Gruo I De odas las prueas de este rupo,
tratr_
mos ólo uno de ellas relacionado con la capacidad del trans fomador de esao en cuestión:
Ensaos a fecuencia indu
trial de 1 minuto d duración en muestras secas
Eta p
a se realiza en aisladores secos limpios El voltaje de nsao de 1 minuto a ser aplicao al aislador será deerminado a partir dl voltaje de prua de 1 minuto a fecuencia industrial especificado, tomando en cuenta las condiciones atmosféricas
•
- 10
El aislador no deberá sufrir descargas sperficales, duran te e ensayo. Si uno o más aisladres no cumplen con este requerimiento, el aislador será conserado qe no cmple con las espec� ones técnicas Si es especificado por el comprador, e voltaje de contrno en seco del aislador, será determnao aumentando el volta je a partir el valor gal al 75% el voltaje de prueba de 1 minuto en seo, en na razon constante,
hasta alcanzar
el voltaje de contorno entre 5 y asta 30 segndos.
- 11
1.3.3.
DATOS DE PLACA
RANSFORMAOR MONOF AS ICO REFRIGERACION NAURAL POR ACE IE SERV ICIO CO INUO: 30 KVA * ERVICIO DE CORA DURACION (15 Min) 60 VA
pi
.PAJ TENSIO � L NS
'PCIA ENS IN VA VA PRRIA SERIA
OES EN B .
0220
50
15
P P3 2
0220
100
30
P P3y 1 P2P 4
60
60 CP.S.
FRECUENCIA VOLAJE E IMPEDANIA A
Aproximadamente 6%
CONI IONES NOMINALES SOBREEMPRAURA AXIM DEL ACE IE
VOLAE E PRUEB A A Hz, RANE 1 M INUO
l Servicio contínuo Aproxi madamente 20 ºC 2. Servicio de cora duración aproximadamente 38 ºC
60
. A primario
15 V
2. A secundario 125
V
C A P I T U L O
I I
DISEÑO L CIRC1O MAGNICO
2
2.1
DISEÑO EL CIRCUITO MAGNETICO
GENERALIDADES El circuito magnético comprende el conjunto de lámi -
nas de fierro aisladas unas de otras y unidas rígidamente formando las columnas, los yugos y la estructura de unión y mordaza 22 MATERIAL MANETICO
ARREGLO E LAMINAS
221 Material Manético El material utilizado es una aleación de fierro y silicio, de alta calidad laminada en frio
El sílice r�
duce la resistencia viscosa a la magnetización, histéresis y también evita que la périda aumente con el tiempo 222 Arrelo de Láminas Las láminas son colocadas por "entrelaminación" con la finalidad de colocar puentes en lo entreierros
pa
ra el flujo magnético, es decir los entreierros de una c pa de láminas, es cubierta por la capa siguiente inmediata La entrelamiación permite el armado y desarmado del
yugo
con facilidad A fin de mantener las especiales características el fierro orientado es decir una alta permeabilidad y pérdida infe rior, las chapas deben corarse y ensamblarse demanera que siempre el luo siga la orientación del laminado del mate rial
De ah que pueden utilizarse los siguientes arreglos
de láminas
El segundo tipo de capas es usado para núcleos
- ·13
donde no hay muca exigencia, con respecto a la corriente de mgnetizción alta [1L].
,
r
"
:� . TERMINOir- OQUELADO DE U GOP /
_¿ s-_ .
-
1 CUA' YUGO f �, � 1 OUDO DE U GOE C
FIG 21 - TROQUEADUAS RECORADAS DE UNA TIRA CONTINUA 2. 3.
SECION D NUCEO En los transformadores de ensayo, se usn núcleos de
sección escalonado R
En los de menor capacidd la
sección puede ser cruciorme y myores capacidades de v rios escalones
on estas secciones se reduce la longitud
de a espira media de os devandos y por consiguiente las pérdids
Joule
Para nuesro caso, tomamos un sección
ruciorme 2L tal como muestr la igura 2 2
- 1 4 -
%
2b
. 085
l_b.16 ¡ - 1
SECI UCI
DL FA. D CIRC CIRNSCRI
E
Bruta
79
Neta
71
N º de Paquetes
09
,� o.53 -�
3
2 E = K · K
056
'
r
2 IG 22 SECCION D NLEO 2
CRCTEI STI CS D EL TRNS ORMDOR Transformaor monofásico para pruea e tensión
alicaa a frecuencia inustrial en ieléctricos sóios
I KV
T'NSION E V
SI E SLID KV ,
CPJUSt"E
DE SLI M
SEVI CIO
ECCI Hz
.
30
022 0
00
03
ontínuo
60
15
022
0
03
Contnuo
60
0 2 20
100
0
or 5 in caa 8 hras sin servici
60
60
efrigeración natral por aceite Otras cractersticas relacionaas con el circuito agnéti co, son: Tio e lá ina
Z cero e grano orientao (véase el anexo) e espesor 035
Espesor e lámina
035 m
- 15 -
2
.5
CARGAS ESPECIFC� 2
.5.
Desidad Magética
(B)
m
Como se muestra e el
anexo
el material
maico es de alta calidad y sus pérdias específicas aú a .7T es baja.
ero a fi de teer ua oa e voltae de
saia siuoia [3L], y cosiderado a estaística de u ajo porcetaje de armóicos para icho mateial maético a aor e iucció maético de 4T tomamos este valor como u valor e partida. 2
.5. 2
Desia e Corriete (J) Atedieo a ipo de servicio e trasfrm
dor (esayos e rutia) y a tipo de os arroamietos a utilizar (mayo isipació e périas or uidad de área) y siedo a refrieació por aceite y atura la esida e corriete puee tomarse etre 2.3.
2
. y
2
.9 A/ 2 véase 2 L
Vaores Iiciales e Iducció Mética de esida e Corriete
De acuero a o mecioao los acápites teriores los valores e parida para los cáculos so: Bm 2 • 6
y
J =
2
.5 Amp/mm 2
FUNDAETO DEL DISEÑ El fudameto del diseño es la seecció e la secció
eta del úcleo A i y el área eta de a vetama A w de acuer do a los valores fiaos de iucció maca la e
- 6 sidad de coriente y el fctor de espacio de ventan. L sección del núcleo depende del diámetro del cículo ci cunscrito "d de l fom del núcleo El áe de ventan A w, encie tods ls espis del pi mio secundio. Sin embargo, un pequeña pte de A w ocupa el cobre el esto es ocupdo po el aislante, separadres, espacios libes
De ah que para altos voltajes
y pequeños tnsfordoes mucho s pequeño será el áe ctiva de l ventan K w Aw,
[2L]
L f.e.. unitari está dd po la ecución: Et
=
4.44 f� = 4.44 f B Ai voltios
l áe de cobe dento de l ventn es K w A w Como De odo que pr los ampeeespira del pimrio ·(o secund io)
La capcidd del tnsfodo en voltpees
Es deci:
S = 4.44 X f B s
X
A. l
X
2.22 f B Ai K A w J x 10 6 VoltAp. (2.)
Con especto las demás cntiddes l lación es N, N númeo de espirs pimis
- 17 I1 I2 f A. Aw = Kw
coriente en ampee en los devanados
fecuencia en Hezios áea del núcleo en etos cuadados áea de ventana en etos cuadados facto de esacio de ventana que es fción de la otencia y de la tensión de salida 0045 J densidad de coiente en MA/ 2 A/2 B n uctanca agne'ta en Wb/ 2 =
=
J
TENSION UNITAIA Et) Coo se deuce del aticulo anteio, el flu·o 0 de teina la seción del núlo y los aeeesia N fija el total del ea de cobe De ahí que la azón / (NI) seá onstante aa un tansfoado de un tio dd, evicio y étoo de onstuccion Sabeos o la exesión de la otencia: S VI 444 f N X I X 10 - 3 KVA 2
=
=
de donde:
444 f 2 /)
X
X
10 3
103444 f
Reelazando en la fóula aa la fe unitaia citada en 2 6 se tiene: E 444 f X X 10 /444 f) I X 444
X
f
X
X
10 3 ( 2. 2)
- 1 8· donde: K 444 f r 10 3 depende del material, ti po de transformador, costos, etc S, en KVA X
=
Para la potencia en KVA, la estadística de diseño [2 L] u. ra valores para K, segn la sigiente tabla T Transf ransf Transf Transf Tansf
I
p
K
o
Trifásico tipo acorazado Tiásico de potencia tipo núce Trifásico de distribción tipo ncleo Monofásico tipo acorazado onofásico tipo ncleo
3 06 07 045 10 1 2 075 08
Tomamos K = 08 2 Leo la fem nitaria, de acerdo con la fórmla ( 2 2) Et = 449 Voltos por espira 8 CALCULO DE LA SECCION EL NUCLEO Sabemos qe para n voltaje de excitación sinsoidal, la fem niaria, esta dado por 2
= 444 f B m A
1
donde
Reemplazando los valores preiados A 449/(44 60 A 0012 m 2 1
=
14)
-19
.
2
CALCULO DEL AREA DE VENTA (Aw) Según la expresión ( 21): s
=
2 22
f B m Al
K
w Aw
6
J
X
10-
J
6 10 )
de donde Aw = S/( 222 eempazando tenemos
m A
B
Aw = 3,00/222 6 25 X 10 ) A w
1
2
= 0119166 7 m
K
6
X
w
14
X
X
012
045
X
X
2
CALCULO DEL DIAMETRO DEL CIRCULO CICUNSCITO AL NUCLEO Para la sección de.úcleo cruciforme,
tal como se muestra en e acápte
su área eta,
3 es:
2
2
A = 056 d de donde
d; (12/056 146 m Tomamos
11
2
d = 015 m = 15 cm
DETERMINACION DEL NUMERO DE LAMINAS DE FIERO DEL NULEO Segú as figuras
2 2
.
y
a
53d
53 x 15 795 cm
b = • 8 5d
8 5 15
2
3 el esca I tiee las
siguientes dimensiones Espesor de Escaln I
=
2
Acho de a ámia
=
2
=
1275 cm
Y el escan io II exerioes iene por dimesiones
-
20
Espesor del Escalón II
=
b-a
016d = 0.6 x 15 = 2.4 cm
Ancho de la lámina
2a
053d
053 X 15 795
2a= 0.53 d
l1_ /(b-o) 0.16d 0
d
b = 8
FGUR 23 Esquema de Escalones
Número de lámas (N): La catdad de plnc�s magnétcas, es calculada según la epresó sguente (Espesor del escaló x Ka/Espesor delma donde
K
a
Factor que consdera la pérdda de rea de ferro por la aslacón de la lámnas, pre · sado etc y que tomamos como 00 para caa de 035 m de espesor
Luego el ero de lámnas del escalón to
la
- 21 NI= (2a x Ka)/035= (795 x 0.9)/035= 204 Y a cantidad de ámias del escalón tipo II NI= ¡ 2(ba) a/035= 2 24 09,/035= 1 24 X
X
X
12 CALCULO DEL AREA REAL DEL NUCLEO A c ) A = N º de ámias x cho de lámia x Espesor de lámia Para os dos escaones a sma de sus áreas es: i
lC
A.
ie
= 204
12.75
X
035
X
X
10-l + 24
X
795
X
035
x 101= 1255 cm2= 001255 m2
13 INDUCCION MAGETICA CORREGIDA
(B
m ) B = (B A)/A = (14 x 001 2)/001255 m c m Bm 1
14 ARE DE VEANA DE NUCLEO Usado: A wc= S/(222 f Bm = 30000/(222 6 10 6 ) 25 A wc= 012450 2 m2
2
X
X
X
X
X
CORREGIDA (A wc ) Ac w J 10 6 ) 134 001255 0045 X
X
X
X
X
X
X
215 FEM UNIARIA CORREGIDA La expresi a sar es Et= 444 f B Ac E tc= 4 44 x 6 0 x 134 x 00125 446 Vots r espira X
X
X
- 22 2.16 CALCUO DE AS DIMENSIONES DE LA VENTNA 2.16.1 Altura de Ventana (H) Según el tipo de transfomador exste una relacón deseada de pérdida en el materal magnétco a pér dda en el cobe o peso del núcleo a peso de cobre De ahí que hay una relación entre la altura de ventana a san cho [4], ada por la relacón: H/W
=
2.0 a 40
(23)
2162 Ancho de Ventana () Está dado obviamente por la expesón H(20 a 4.0) cm (2.4) Sabeos además que el áea de ventana: (25) A H X w Fijamos: H = 25 Reemplazando en la expesón (2.5): H
2.15 x Awc 2.15 x 0.1245 uego el ancho de ventana: = H2.15 0.241 m =
=
0.574 m
Coo prmea aproximación toaos el valor del ancho de ven tna algo mayo considerando el aislamiento considerable que debe existir entre las capas de devanado de A.T. co o tambén la gan dstancia aslante ente la superfce del devanado d AT y el cicuito magnétco uego la altua del núcleo y el ancho d vntana son 51 cm y 26 cm =
=
-
23
2b
H
Dimensiones e Escala 1/4 FIG.
2 - ESQUEMA DEL CRCUTO MAGNETCO
- 24 -
2.7
PESO TOTAL DEL FIERRO Usamos la figura 25 y el peso específico del mate 3
rial _de 765 gr/cm
Además, establecemos:
Que las culaas tienen la misma forma y valor de la sec ción del núcleo a distancia entre ejes de columnas la denominamos por c
=
w + 2b
=
26 + 275
Peso de las columnas
=
P
=
2
i X
=
3 875
=
2A
cm
= p ic x H x i' pi pso escífico -3 (255 X 5 X 765 X 0 ) =
979 Kgs Peso de las culatas
Peso de las esquinas
= P.
1y
= 2
(A
lC
X C x p)
=
2 (1255
X
4
=
P.
4
X
0
1
=
=
l
X
765
X
0
X
2b
lC
ESQ
4 X 05 X 255
X
275
X
3
X
=
787 g
p
l
76
24.5 Kgs Peso total del fierro= 979 + 787 + 245 = 20 Kgs
28
CACULO DE LAS DIMENSIONES DE LAS LAMINAS E FERRO EL CUITO GNETICO
Usando las iguras 2 3 y 25, que como ejemplo muestra
la
distribción de láminas para el escalón tipo I determinamos las dimnsiones de las láminas de fierro,· las mi smas - que son resumidas en el cuadro siguiente
os valores num
ricos que figura en el cuaro son dados, spoiendo que la distancia enre ejes de columnas es la defintia
Sin
embargo tamién se muestra en dicho cuadro entre parénte
- 25
sis, la dimenione de las lámina para el yugo en función de l ditanca entre eje "C" a fin e preveer cualquier modificación al térmio d la contrucción de la boina.
2
H
1 ESCALA
1 /8
FIGURA 5 Esquema de Ditribución de Lámina para el Escaón, tipo
- 26
CUADRO QUE MUESTRA LAS DIE NSIONES D LAS LA INAS
Lnas Escalón Tp Tip
I
I
Dinsiones de Láminas (en mm) 2b X (H + b) = 1275 X 6375 2b X C = 75 X 387.5
Núro de L?Jinas 408 408
(b X C = 175 X ) 3
II
4
II
a X (H + 2a) = 795 X 5895 2a x e = 795 X 3395 (2a x = 795 X )
248 248
C A P I T U L O
I
DISEÑO DE LOS DEVANADOS Y DL ASLAMENO
3
3.1
DISEÑO DE LOS DEVANADOS Y DEL ASLAMENTO
FACTORES DE DISEO DE LOS DEVAADOS El arreglo de cada devanado, se hace contmplando:
su resstenca ieléctca su efrgeracón la eactn ca de dspesn [L] 3
3L
esstenca Delctrca Debe ser aecuada y efectva paa soportar
los esfuezos delctrcos producdos por dversos volta jes coo VOLTAJES NOMAES
El delctrco aslante de tera
debe sopota el 0% de la tensón nomnal de seco VOTAES DE CORTA DUACXON
Son sobevoltaes qe
se
pesentan en el tansfomador drante la ecupeacón de las descargas parcale o dsruptvas en el
obeto
de ensayo ceando na stuacón potencalmente dañna para el tansfomado y el oeto en ensayo De aí ue los campos elcrcos no unformes ocaso nados po tales sobrevoltaes deben se unformzaos por n adecdo areglo de os devanados y/o po panta llas VOLTAES DE PUEBA
Por el tpo de servco el tans
formdo de ensayo es excento de sobetensones pou cdas po descargas de ayo o po manoba de neQ tores Por otro lado la tensón de descaga de sus atavezado res constye na proteccón conta las sobetenso -
-
28
-
nes que puedan sufrir los devanados. Asimismo, según el diseño del transformador constituye ta� bién una protección contra la acumulación de soretensio nes en el transformador la resistencia de amortiguación e tre el objeto en esayo
el lado de alta tensión
De ahí
que aguas normas europeas tal como la VDE recomienda
CQ
o tensión de prueba para los arrollamiosdurante 1 minu to alrededor de un a 12 de la tensión más alta de
ser
vicio Nosotros fiamos la tensión de pruea a considerar para
el
diseño la experiencia de la AEG la cual recomienda U = p + 5 KV con la tensión nominal U en KV N N 31
Refrieración de las Bobinas El arreglo de los dutos de refrieración depende
del tipo de servicio del transformador de ensayo
Para se
vicio de corta duración no se requiere mayor ecesidad
de
canales de ventilación En nuestro diseño por ser para servicio cotínuo en ensa yos de clentamiento o rdidas se considera utos verti cales e refieració pero no tan amplias como en un tras oror de potencia
313
REACTANCIA DE DISPERSION La reactancia de dispersion como factor limitador
de las corientes de cortocircuito no tiene mayor importa cia porque as dems reactancias (dispositivos de regula ción etc) son ms considerables que la del transformador
-
29
Pero la gran aislación requerida entre espiras, capas
y -
arrollamientos; como también el arrelo adecuado de los de vanados de alta y baja tensión, oblia indiretamente a te ner altos valores de reatancia de ortociruito. que la norma VDE 0433, Parte I,
De
ahí
[3R] ontempla que:
Un voltaje de impedancia a frecuenia y corriente nomina les de 10% para transformadores de ensayo de hasta 500 KV de salida. 3.2
DSPOSCON DE ARROLLAMETOS El arrelo adecuado de los devanados, depende de
la
distribuión de voltaje sobre el arrollamiento. En el transformador de ensayo, el primario es diseñado pa ra la onexión a una fuente de bajo voltaje (220 V). os devanados de baja tensión y alta tensión se devanan onntricamene on el núleo y para tensiones de salida, relativamente alta asta 200 KV), el prmario es devanado más próimo al neo
Y la distribuión del alto voltaje
del secundario, se consiue Aterrando un terminal de la bobina para obtener el mayor voltaje en el otro terminal ver fiura 32).
on esta
disposiin, se onsiue raduar el aislamiento a masa, en tre devanados, et. consiuéndose una buena distribución de esfuerzos dielétrios 33.
TPS DE DEVAADOS 331.
Devando ara Bao Voltae En el diseo s utilizó un devanado ilndr�
- 30 -
co de capas.
Por ser la sección transversal de la espira
2 relatvamene grande (5454 mm ), se adoptó un devanado e dos capas de conductor de sección transversal rectangu lar un ejemplo se muestra en la figura 31)
La capa del
devanado forma las espiras arrolladas helicoidalmente muy juntas una e otra a lo argo de la generatriz del cilin dro
El conductor es devanado de plano es decir con
la
mayor dimensión de la sección del conductor ancho) en foK ma axial co la finalidad de reducir las pédidas por
co
rrientes arásias Para conseguir diferentes capacidades y tensiones de sali da el arrollamient e baa tensión se dividió en dos
bQ
inas cilíndr icas de dos capas cada una y devanadas supeK puestas axialmente
FIGURA 3 Devanado Cilndrico de dos Capas
- 31 3.32 Devanado para Alto Voltaje (Bobina cilíndrica Guarada o Arrollamiento Antirg sonante) El término "rauado está relacionao con el hecon
cho, que al disoner la bobina concéntrica or caas
la caa más interna conectada a tierra el voltae aumen tará escalonadamente hasta la caa exterior obtenieno el voltae máximo de iseño; el aumento raual del
volta
e motiva el escalonamiento del corresondiente aislamien to a tierra desde un valor mínio ara la caa neutra hasta un aislamiento mayor ara la máxim tensión de sal da) ara la última caa de mayor otencia
La fiura 32
muestra los detalles e aislamiento de un transformador (Véase [iy , [ 2L J )
" '' ' \ Y �.
� ":
?
�, : 1l�r[ '
�
:} ; :
•.
l
• 1 0L,ne sh�l
(e)
'
: . (oefric ótd h- wgs
FIGURA 32 DTALLS D AISLAMINO DL RANSFORMADOR
3. 4
CRITRIOS PARA L CALCULO DL DVANADO D ALTA TN SION l cálculo del devanado de alto voltae debe efec
tivarse' artiendo de una e las condiciones [sr revias
- 32
fundamentalmente: Intensidad uniforme de capo radial Gradiente axia constante.
3 4. l
Intensidad Uniforme de Camo Radia E arrolamiento concéntrico graduado, representa
con sus capas de espiras y un dieléctrico entre elas un conjunto de capacitres cuya capacitancia es dada por la ( 3 . 1)
donde:
r = radio exterior de dieéctrico en la capa " k
= petividad dieéctrica relativa
= ongitud de a capa conductora.
sa capacitancia es mantenida consante anteniendo inva riable el espesor de dieéctrico en cada capa y disminu yendo a ongitud. Por ser os radios de cada capa muy grandes comparados con os espesores de dieéctico las capacitancias pueden calcuarse aproximadamente por a fórmua para condensado res panos.
so es = (2 r
e
o
x)/1
( 3 2)
y según a hipótesis x
=
(Cl)/2 r
o
)
constante
( 3 • 3)
Si es el rado de a capa más interna y L su longitud a ongitud de cualquier capa puede cacuarse según =
L/x
( 3 • 4)
-
33
-
Luego para obtener una intensidad de campo eléctrico rdal constante, hay que tener espesores de dieléctrico constante, ero longitudes de capas variables [6L] , 2L , según puede observarse de la relación (3.3)
Además la diferen
cia de longitudes de las capas exteriores consecutivas, son mucho menores que la de las capas internas, razón
por
lo que las caas externas, estarían con sobrecarga axial excesiva, facilitando las descargas superficiales or co rrimiento
De ahí que el criterio de campo radial constan
te exclusv no será usado 3.4 2
Gradiente Axial Uniforme Paa que el gradiente superficial sea constante, es
suficiente que la tensión se reparta igualmente y que la distancia de dos capas consecutivas a sus extremos, sea constante 6L, luego: = CTE, de donde
e
ó
dl
Luego 1 2 2
=
T
B
-
Ln
b
dl dx
b
1
B
e
=
C' .
lX
b - _
' !X
.
c'
La ecuación del lugar geométrico de los puntos extremos de las capas, puede reescribirse en función del radio inteor r0 y exterior r , así como de las longitudes de las etremas resectivas, 1 1 , dado en 2 R, or :
capas
-
34
-
con r = x
En cada capa aislante se cumple una relación entre la gra diente de potencial radial y axial, dado por: - rdr 1d Manteniendo
constante, el gradiente de potencial radial es variable [2R] y está dado por r
=
u _s
2
X
0 + r ln r
.-
rl
Us tensión de servicio en KV
donde:
Longitudes en cm.
3.5
DISÑO DL AISLAMINTO .5
Condiciones Generales ara la Desara �ru tiva en Sistemas Aislantes Mixtos
n transformadores de ensayo para aumentar el aislamiento, generalmnte se usa el aceite a descarga disruptiva en un sistema de aceite y un dieléc trico sólido, puede darse según las siguientes caracterís ticas: Cuando la rontera de los aislantes coinciden
po
lo
menos con supericiales equipotenciales cada dieléctri co soorta una racción de la tensión aplicada La descarga puede producirse en cualquiera de los aislan tes aectando por consiguiente el otro Los esuerzos admisiles permanentes o momentneos para
- 35 el aceite son generalmente, relativamete algo distintos (un 40% de diferencia).
Sucede lo contrario para los ais
lantes sólidos [7L] 352.
Influencias Externas ara las Descaras Disrutivas La frecuencia afecta muy poco las características
de los dieléctricos con tensión de corta duración, pero
a
ensión permanente la frecuencia tiene un efecto aprecia ble sobre la rgidez dieléctrica de un sólido 7L Los depósitos y la humedad son perjudiciales ya que abren 1 camino a las descargas superficiales y dismi uyen la rgiez dieléctrica del aceite Las descargas parciales deben ser evitadas por que debilitan a los aislantes sólidos uego el cálculo de la disposición de dieléctricos se rea liza considerando las mximas solicitaciones y dee ser previsto cada dieléctrico teniendo en cuenta el tiempo temperatura forma de electrodos y la distanci disruptiva Con tensiones permanentes deben evtarse los efluvios ya que contribuyen a la descomposición qumica del aceite lQ dos y gases) y deterioran los dieléctricos sólidos 353
Tios de Disturbios a)
EFLUVOS. La tensión inicial de efluvios depende del gru�
so de las capas aislantes y de la capacidad especfica del mismo por centmetro cuadrado de superficie) 7L y es t dada por la expresión:
- 36
c,
en F/cm 2
sas venas de crgas eléctricas o corona se facilitan en los lugares, donde hy sobrecarga axia excesiva, como
se
puede ver en la figura (3.3), por ejemplo, cundo se prod cen allas en el obeto de preb [14R]
· - 100�
1,
r
r
I'
0. l 0 'j t r 00 80 60 40 2 O PER CNT WIG O RUD AL V Si BU\ ,
• 01 FD
FIG. 33 CARACTRISTICAS DEL CAMPO DILCTRICO INICIAL b
DSCARGAS SUPFICIALS Se presentan en sstemas, donde ls línes
de
campo eléctrico en el aceite, corren paralelmente a la su erficie de las sustancias slantes sólidas
- 37 La aparición de descargas superficles debe evitarse en servicio normal y a tensiones de corta duración (una forma, mediante as ondulaciones de os dieléctricos). La tensión inicial de la descarga rapante en el aceite, es aproxiaamente el tripe que en e aire [L], sieno para éste, cacuable según: = 04)/ º ·44 KV. u (1.355 donde capaciad específica en Fcm e X
ROTECCION INTERNA DEL TRANSFORMADO La perforación del objeto de ensayo o cualquier des carga en el lado e ata tensión, prouce sobretensiones Estas ondas actan sobre as capacidades, entre bobinas de un iso devanao, entre devanados y entre las capacidades de un devanao y masa Por tales capacitancias se transi en as ondas de sbrevotae a ado de baja ensión con ectos negativos, como perforaciones de ieléctricos, etc Tabién son esas capacidades (capacidad araeo y capaci a serie e evanao e alta tensión, as que otivan una distribución uniforme o irregular e los esfuerzos eé� tricos a lo argo del arrollamient de alta tensión, pudie do causar la peroración en ciertas espiras y bobinas de di cho evanao L . 36
3.1 Blinae Eectrostáico contra a enetración de So retnsiones al Circuito Prmario Consiste de ua ámina etálica (por ejempo core o de una paina e core, convenienteente aislaa y eléc-
- 38 tricamente abierta y conectada a tierra.
Esta placa neutra
es devanada entre los arrollamientos e BT y AT (ver fi gua 32) en la región ás cercana a los puntos de esfuerzos eléctricos lado de AT)
mayor
De esa forma se
pre
viene e cualquir posibilidad de transferenca de voltajes dañinos del lado e T, hacia los circuitos de entrada través de una perforación del aislante
a
Entonces cualquier
falla, en el objeto e ensayo o en el circuito de AT será confinado a su propio devanado El cálculo de la placa neutra, es dada considerando que
el
esfuerzo eléctrico, debido a los voltajes anormales, repre sentado or un voltaje de alrededor de 125%, el valor máx� mo del voltaje de servicio _[L] se reparte entr los if rentes capacitres del arrollamiento de AT y la placa neu tra ésta y el devanao de BT.
FIG 34 LNDAJE ELECTROSTATO DE LAMAS DE COBRE
-
3.62
39
Placa Estática para Uniformizar los Esfuerzos Dieéctricos en e Devanado de Ata Tensión La eoración del aislante del objeto de ensayo,
roduce sobetensiones en e ado de AT
Estas ondas de
alta recuencia se distribuye en dicho arroamiento a tra vés de los imeos caacites aoximadamente en oo ción invesa a sus caacitancias.
Si las caacitancias
(entre esias y entr bobinas resectivamente, del mismo devanado) son mucho menores que las caacitancias a tierra (ente bobinas y masa), esectivas, se comende que a mª yo rooción del voltaje aaece a tavés de las esiras inales mientras que as esias hacia el termina aterra do, estaán infeiormente esfozadas
De ahí que a eimi
nación o educción de las caacitancias a tiera, conduce a evitar a concenración de voltaje indebidos y además ls oscilaciones (que se esentarían desués del momento ini cial) Ese eecto se logra con un blindaje electrostático [14R], a tavés de una aca o atina aroada), de un material conduc�or abieta y conectada a teminal de línea figura 3. 4) .
diseño de arrollamiento "aantalado, se realiza consi derando que aa condiciones nomales de oeración y '
ara
toda conicón anmal no debe fuir corriene de cag eectostática e as esias en cualquie unto del a amiento
Esto imica que e blindaje, sea esaciado, de
manera que la coriente de caga ectostática que entega
-
40
al arrollamiento de A.T. A.T . sea igual a la corriente de carga electrostática que estaría fluyendo desde el mencionado de vanado hacia el devanado de BT, B T, núcleo y tanque [8L] . Por eso el blindaje debe ser de mterial conductor con borde redondeados y debe estar conectado al terminal de lnea.
Debe ser cuidadosament cuidadosamente e proporcionado espaciado y
adeás debe estar aislado completamente de tierra y del a rrollamiento de B.T (observar la igura 3.2). Sin embargo en el diseño del transormador no será consi derado el álulo de la placa estática de de línea L
8L
9 porque: El arrollamiento de AT. siendo un devanado cilíndrico concéntrico y con aislamiento y distancias disruptivas gr� duado en la las s capas, presenta capacitancias con con respecto
a
masa casi exclusivamente en las proximidades del terminal aterrado resultando un devanado libre de oscilaciones (no aterrado resonante) es decir la distribución inicial y inal de las sobretensiones sobretensio nes son casi similares. similares. studios al al respecto respecto L recomie recomiendan ndan que se considere considere la placa estática para tensiones nominales superiores a
10
KV 37.
CLCULO DEL NUMERO DE ESPIAS EL PRIRIO Y SECUNDA RO. 3.7.
Cálculo de las Tensiones de Vacio Primaria
Asumiendo una caída del 6% de las tensiones noinales res
- 41 pectivas [10L] , en la impedncia de cortocircuito, as as E E E2 E2
=
=
=
=
{.e.
220 - 0.03 220 213. 100,000 003 100,000 103,000 X
V.
+
X
v.
372 Determinación del �úmero de Esiras Según la sección 215, a tensión unitaia Etc 46 V El número de espiras de lado de BT. es:
=
N = E/Etc 213.4/446 47.8 tomams: N 7 espiras También el número de espir
=
X
=
X
38. CALULO DEL ARROLLAIENTO DE BAJA T ENSION BT) 31 escrición Este devanado es dividido en dos bobinas con céntricas semejantes, axiamente superpuestas, con a fina idad de obtener, por conexiones externas: a Pote Potencia ncia y tens tensión ión de de saida saida máxima máxima,, conecta conectand nd as as bo bo binas en paraelo; y b) Pote Potencia ncia y tensión tensión salida salida en en e 50% de sus vaore vaoress máximos, enseriando as bobinas 382. Cácuo de cada Media Bobina Para potencia y tensión de salida máximos,
- 42
la coriente tomada de la ed, es: 1
=
30,000/220
36.36 Amp
=
La sección del conducto petinente para la densidad de co co riete fijada fijada (véase 2.52), es de a = 36.36/25 = 55 mm
2
y la sección del conducto de cada edia bobina de BT
es
de A cu B.T.
68.8/25
=
2727 m
2
Para logra un equlbrio agnético, ente los aollamen tos de B.T. y AT; AT; fiaos la separación de las bobinas ha ca los yugos, de 25 mm Una dstibución adecuada las espras iplica un devana do concénio de dos capas, logando así, la salida de los termnales, po un miso lado. espas por capa.
De ahí que distbuí distbuímos mos
2
El conducto es un cnta de de cobe (vése
anexos), e canos edondeados y aislada con tira de papel de 035 mm. de espesor, devano 'éste en hélce
demás,
externamente cada bobna es efozada con tias de papel papel de 0.35 mm de espeso, devanada solapada a 1/2. uego, las dnsiones del conductor son CONDUC CON DUCTOR TOR DSN DSNUO UO Esp Espeso eso x Anc Ancho ho Seccin
=
3.263
X
m
26.55 mm
895
2
CONDUC CON DUCOR OR AI AILA LAO O Esp Espeso eso Anch Ancho o = 3.9 3.963 63 x 9.3 9.301 01 Pa evacuar el clo del nteor del devanado de B.Tn sideaos un duo axial de m nte capas, edante sep�
-
43
radores de fibra [5L]. Devanando el conductor de plano sobre u formador de bobi de pael de 0.375 mm de espesor, las dimensione de cada bobina es de: 3.963 + 0.75 0.375 = 12.676
ESPESOR ADIAL
2
LONGITUD AXIAL
24 9.01 = 22.224 mm.
X
La longitd axial del devanado de BT. considerando un ai� lante separador en el cenro y también cierta holgra es de LB.T. = 2 2 2 .224 + 9.6 456 8..
Caracerísticas del Arrollaieno de B.T.
SECCION DEL CONDCT
5.1 mm2
SPES ADAL DEL DEVANADO B.T.
1 2 .676 m 456. mm
LNITD AXAL DEL DEVANAD B.T.
.57 A/m 2 2 257 A/mm)
DENSDAD DE CENTE DE TABAJ (J 3.84
=
16.36/53.1
2
Cállo de la esistenia del Devanado de BT. Según 3.8.1 la secció del conductor es Acu = 2 6.55 mm2 B.T.
Para el cálclo de la logitud de la espira media, es ece sario onoer Diámero del crclo circunscrio al úcleo vase
2
.
.
.
.
150 mm
.10
Diámero inteior dl devanao de B.T., conmlando a dancia hacia el núcleo de mm (3 mm de esesor del tubo
-
44
asante y 4 m paa un duto axa de efige� 164 mm cón de la entcara mueta) 189.35 2 Dámeto exteo de devando de B.T. (D ) B.T. 176.676 Dámeto medio del evanado de B.T. (D m ) B.T e
Logtud de la espa media de la bobina de B.T. ( tm ) .
0.555 m
a esistividad eéctca a a tempeatua de efeenca de 75 ºC, [4R] es de O. 0 2 1 (HM x mm 2 )/m. Luego a esstenca del devanado de B.T. (bobna en paalelo) es cacuada según a expesón: X N X Lm )/A cu = (00 2 X 48 X B.T 1 0.555)/3.1 RB.T. .0105 S B.T.=
R
39. CACUL DEL ARRLLAMIENT DE ALTA TENSN A.T. 3.9.1. cuo de la Sección del Conducto en AT a sepaación ente os aolamentos de B.T. y A.T. es de 1 2 mm (detemnada en a sección 431). También la sepaació de os etemos de a capa de meno potencial de devanado de A.T. (aolamiento cicua con céntco tipo cónco) haca los yugos es de 2 5 mm 2 como puede obsevase en la igua 3.5 de expeiencas inicas (Vao que concueda con expeecas alema nas ecopiadas en el tatado de a Escuela de Técnico ecticista 0).
- 45
-
FIG. 3.5 - DISTANCAS AISLANTES Par l coiente nominl de slid y l desidd de coien te selecciond (J = seí :
Acu
=
2
03/ 2 5
5 A/ 2 ), l sección del
conducto
01 2 2
st sección coesponde l cl�be 26 AWG eo l supeficie de poyo de tl conducto, sobe el ppel islnte es indecudo y el ppel no ofece gntis nics
De h que doptos el conducto N º
2
me
3 AWG cuys
ccteístics (vése nexo) son CONDUCTOR DSNUDO :
Sección
Acu
Diámeto
= 0 2 55 mm 2
AT ! = 0574 m 2
ONDUTOR AISLADO :
Sección· 35 m 2
Doble cp? de es mlte sintético)
Diámeto
!
=
0643
n l column de núcleo disponible p l pime cp te en nmeo de espis es: 456/0643 = 70917 espis Tommos 708 espis
-
39.2
46
Cálculo del Número e Capas Los ieéctricos enre cas a uilizar, son el acei
e y el ael baquelizao, caa uno, con un rigiez ielé� rica y ermiivia relativ, a coniciones normaes, resecivas e:
80 KV/cm
E
300 V/cm
E
a
= 2.2 5
Para la ensión eficaz máximaosible en coniciones anorm les, e 125 V y asumieno un coeficiene e seguria (S) e 2 ara e aceite con el criterio inicial e fijar entre as caas un graiene raia consane (éase 341 el esesor oal e ieléctrico, bles, es e
=
12540
=
bajo coniciones esfavora 3125 cm
Aoano 4 caas e conuctores, el esesor raial cons ane, es e:
=
3125/44
=
0071 cm
a stancia raial mínima ara conucir el conuctor
el
eremo e una caa a otro eremo inicia e otra caa conscutiva (véase la figura 32, es igual al iámetro e conuctor aslao
a isancia raial críica ara el ace
e, ser enonces e 0 mm Aemás, como aoyo e las caas conutoras, consieramos caas e ael en un esesor e 0375 mm
393 Cálculo e las Dimesiones l Devanao e AT Tomano como crerio base, un graiene raial con ante (véase 4) la longiu e la seguna caa inerna, esá aa o:
=
(R/
- 47
donde:
R
=
radio de a primera capa conductora (véase 431)
L
Lugo:
=
L l
ongtud de a primera capa (menor po-
=
AT
tencia)
X
=
rado de a segnda capa conductora.
R
=
D.
/2 = 213352/2 106676
AT =
N
º
do X
=
de espiras capa 1 x Diámetro conductor ais� =
708
X
0643 = 45524
R + 07 037
106676 1075
=
1077
De donde: = (4524
X
106676)/1077
407 mm
Los exremos homogos de dos capas consectivas se dferen can en una ongitud :
(L - )/2 1 AT
=
227 mm
Este vaor equivae a 3 espiras aneadas y juntas De ahí que adopamos u 26 mm o sea ua ongitud equi vaente a 4 espiras aneadas y juntas (para mejorar a d taca contra descargas superfciaes Lueo a capa cond tora, es nferior a a nmediata anterior comenzando
es
de a cap aerrada e 2 o sea ocho espiras Siguendo sas consderaciones as espras se dstrbuyen en 42 caps rsuando n tota de 22848 espras; con 708 spras para capa ms nerna y 380 espras para a capa a mayor poencia
Con esa dsposc se ogrn dsta
cas aisanes a masa de 25 m
y
de 100 mm (para 125 KV)
Admás de acite y de pape entre capas para cnsegur mayor rgdez mcáca e devanado de AT s encntado con
- 48 pael de 0.25 mm de esesor, devanada solaaa a 1/2. También consideramos un formador de bobina de ael quei zado ara distribur mejor los esfuerzos eléctricos [7L]. El esesor del formador es de 1.5 . Luego las dimensiones del devanado de A.T. son: ESPESOR RADIAL (b2)
42
X
0.643 + 41
1.075 + 1.5 + 0.5
b2 3.08 LONGITUD DE LA CAA 1 L 08 x 0.643 = 455.24 A.T. LONGITUD DE LA CAA 42 L 2 380 x 0.643 244.34 A.T. DENSIDAD DE CORRIENTE DE TRABAJO (J A.T.) J.T. 0.3/0.255 1.2 A mm =
=
=
=
=
3.94. Cálculo de la Resistencia del Devanado de A.T. Sección del conducor Acu 0.255 mm 2 A.T. El cálculo de la ongitud de la esira media es dada sien do los siuientes asos Diámetro interior del devanado de A.T.(D ) ... 214.85 A.T. (véase sección 4.3.1) 1
Diámero exerior del devanado de A.T.(D e ) 361.01 AT. (usando los cálculos de 3.9.3) Diámeto medio (Dm ) ........... 287.93 .T. Enonces la loniud de la esira media del devanado de A.T. es dada or Ltm
A.T.
=
T
D
A.T.
x 306.43
=
904 m
=
0.904 m
La resistencia eéctrica a la emeratura de referencia e 75 ºC 4R; es evaluada con la resistividad a dicha teme
-
49
Fatura, según la sguiente exresón: R A.T.= P 7 5 N2 x Lt m )/A
·
X
c u A .T.
A .T.
donde P 75
ºC
=
N2
=
L m
=
(í x mm 2 /m N º de esiras del devanado de AT O. 021
=
22848
0904 m
A .T.
A Lugo
c u A .T.
=
0 2 55 mm2
R AT= (0021
X
22848 x 0904/0.255
=
1700 OHMS
3.9.5. DIMENSIONES ADOTADAS DE LOS DEVANADOS DE A.T. y BT. (Véase fiura 3.6 DEVANADO DE B.T = 164 D Dámetro ineror 1
Diámetro exterior
B T.
De
189.52 mm
=
B
Longitd de esira meda Lt m
=
0.555 mm
B .T.
Lontud axial Esesor raial Nmero de espras DEVAADO DE A.T Diámetro nteror
LBT b N D
=
= =
=
1
456 12.76 48
I.
214.85
A .T.
= 31.5 De AT Longitud de esiras media Lt m = 0.04 m
Dámetro exerior
A .T
= 455.24 Longitud axial ra. c aa L AT. = 244.34 Longiud axal uli c aa L2 AT.
50
-
L1 A
Di T e.B_
FLNC
BOINA A
'7 YUGO
FI.
3.6
DIMENSNES E LA BBNA
ESA
1/3
- 51 = 73.08 mm mm a = 12 N = 22848
Espesor radial
b 2
Distancia entre devanados Número de espiras 396
2
Cálculo de las Reactancias La reactancia del devaado de BT y del devanado
de AT, son calculdos por las siguientes fórmuas [2 L] para el primario y para el lado de alta tensin:
x x
=
=
2
2
1
Ltm BT f µo N21 LBT
+ 2
L_tm A T f o N2 L A T
b2 a + ) OS 2
2
b
OHMS
-) 3
Tmién la ectncia total en términos del primrio, es ddo por: 2
= X 1 + X ( N1 /N ) 2 2
2
T
Ltm f µO N1 L e 2
b +b
(a +
2
3 )
n este caso la rectancia por unidad puede clcuarse se gún l expresin
= frecuencia 4 T X 107 o N nmro de espirs pertietes Ltm longitud de espira media respectiva o equi vlene en m ' b = espsor de bbinas en m
donde
2
52 -
a = separación de aroamiento en m L = ongitud axia de cada bobinado Et = tensión por espia Las fórmuas ariba enunciadas son váidas paa devanados conéntricos, de igua ongitud, que no tienen incinación en sus extremos, ni que son divididos a o argo de su o gitud axia. n e pesente diseo, el devanado de BT e
dividido
en dos pates iguaes, presentando un espacio en e centro "g"
También e devanado de AT es de tipo bari y pe
senta una ininación "p en sus extemos Por útimo, os devanados son de difeente ongitud stas divegencias de as hipótes estabecidas en as fórmuas enunciadas, obiga a coregir a ongitud de dispesión L, segn as expeiencias de Dr Andés Haacsy [ Leakage Reacance of Tansforme AI, Api 1956 n os ácuos que siguen se hace uso de as siguientes fguas:
, ,
'"
A •
e
FIG 37 FACOS QU INFLUYN N LA DTRMINACION D LA LONITUD UIVALNT D LA BOBINA D A A = Longitudes d bobinas diferentes Ll y L2 B = Incinació p e = Longitud axia g
-
53
a) Correción de la Longitud del Devanado de B.T., debido a a abertura axia "". E espacio libre aial , motiva que el flujo se comba en eo y en sus arededores, enerando además una distorción de fujo manético disperso en os extremos de a bobina, cercada a yuo, en forma de abanico (véase iura 3.7c), en un rado ta, que aumenta a dispersión con un aumento de ". La consideración de taes efectos, equivale a una re ducción de a onitud de a bobina de .. La reducción de a inuencia de la abertura "", depende de a distribución del flujo e la entrecara "a Considerando a eometría el ujo en y sus arededores y de a eva'ación de los resutados d ensayos, permiieron a Dr. A. Haacsy [SR] concuir qu a infuencia de una aertura en e medio de una bobina es equivaente a reducir en 1 �( + a), a on itud de a isma. a= 2 mm (De 3.9.5 Como: 9.6 mm (De 3.8) La onitud del devanao de B.T. se reduce en L y ésta es evauada por 23 ( + 2 + 2 ) 9.6 6.6 Lueo a oniud de a bobina de B.T. ya correida (de acuer do a 3.9.5, es de L B.T. 456 - 6.6 9. m L 9. mm =
X
X
=
=
- 54 Corrección de la Logtud del Devaado de A.T., debido
b)
a las inclnaciones e sus extremos. El devanado tipo barril de A.T. tene una clinaci logitud de la bobia. La reducci aumeta que reduce la logitud desde o hasta p a lo largo de de la primera y últma espira sendo el promedo tota 2p/2 = p. Respectivamee 1� og ud promedo de la boba es: Lp [SR] (véas véasee figura 3.) • Usando los resultados de 3.9.5 la iclinació p es dada por p (L (455 55.2 .2 24 244. 4.34 34)/ )/22 L2 )/2 (4 AT A.T p 05.45 mm Luego la longitud promedio de la bobina de A.T. es de (L p)(455.24 AT
05.45) 349 79
L2 349.79 Reactacia del devaado de B.T. Usado los resultados de 3.9.5 y la fórmula ya expuestaajus tando con la crrección crrección de de la longtud de la la bobina segú (a), la reactancia es x
1
=
2
T X
60
X
4
X
0-7
X
82
X
0555 (0.01 2 + 0.027) 2 3 O.449
x 0.037 OHM Reactacia del devanado de A.T. en 3.9.5 y la órmula para el cálculo de la reactacia x2 austando peviamente con el valor corregido de la long tud de de la bobna de de A.T. tenemos que la reactancia en cues tió es de
55
x - 19,41 OHMS Reactancia ol referida al p rmrio rmrio Está dada o eró: N 2 1 + ( � X + ' ) = =
X
8
0.037 + 9411 X ·( ) 284
0.09 OHMS
Rctna udad () X
Eá dada o la ereó
X
0.061 ..
Ete valor ror ímite fi jado o a nm VDE 033 Part a m qe esbe qe e v j e im dania nmi d n tranrdor de esayo a frecuea y riet in in no deá de aoiadamnt aoiadamnt 0% del vlor omina rnfomdre con enine e d hast K.
sd
C A P
I
T U L O
V
COMORTAENO DE TRASFORADOR SRVCO CORTA DURACO Y SRVCO COTUO
D
COMPORTAMIENTO DEL TRASFORMAOR EN S-
4.
VCIO E CORTA URACION Y SERVICIO COTUO
41
SERVCO A CONCIONES NONALES 411
Pérdidas en el cobre as pérdidas en el cobre se dividen en pérdi
das por efecto Joule y las pérdidas debidas a corrientes a cionales.
as pérdidas Óhmicas puras, es calculada como si
fuera producida por una corriente continua de valor igual al vlor eficaz de la corriente alterna
as pérdidas adi
cionales, son debidas a corrientes parásitas, generada
por
el flujo disperso transversal a los conductores [].
as
pérdidas en el cobre totales es calculada según la expre sión: donde
'cu
I 2 R
R = resistencia equivalente que
icluye, además
dl efecto Joule, el debido a corrientes parás� tas (es referida a la tensión nominal del deva nado para una corriente I nominal) = valor nominal de la corriente a resistencia óhmica pura de cada devanado, es caculada considerando las dimensioes geométricas del conductor y de la onductividad del cobe a la temperatura de rferencia de 75 ºC, ara aislamiento clase A, tal como recomienda
la
norma EC 6, parte , en las secciones 383 y 394 a segunda componente de la resistencia o sea las que se re laconan con las corrientes parásitas, depende de la forma
-
57
de las boins y e os cductors com mbié de fe cua. Tl estec es evu drcmt , c ndo fct K que xpre recó entr pdis tls (Jule más ss) on ls ps Jue Sgú s expnci de Dr. R. Richtr eres e l ob RANSFORMADRES por e r W. cfer [ 9L ] t c te s clb eún as fórmus es: y
dode
2 02 4 1 + 9 2 1 5202 4 5
odcto ectur
e
2/ n 1
X
ccto cíco)
b X X
r
X
0 5
h = espeo rd d cduco en c = númeo e cps el evdo me suer put b = ont xi de un oduct cm f cueni = lgtd a d crco mgétc de is e sin e cm = + H = seca de nuo e mm 2)m m núme cps e dvnd rme supe puests. Ls solos qe pece e s fórm sá cns en fgu 4.. Cácuo K e evo de B Cn ce proximi de seccs 38
-
5
8
.' . �-
_
,_
FIGVRA 4.1 Cálculo de las Pérdidas dicionales en los De vanados líndricos 38 3, se tiene que: h= 032 6 cm n= 48 b
= 0895 cm
f = 60 s= L
r
=
m=
Hz + 2
H=
45
6
x1 2 7 = 4814 cm
+ 2
0021 (ohmxmm2 / ) m 2
eemplazando en las fórmulas dadas se iene e
2
48x0.8 95 x60 n bf = 27 x0_326/ h I� 5 481 4 10 0021 10 X
X
e= 032 y e 4= 0011 namene
_
KBT
2
1
+
m
- 0.2
9
KB T .
=
4
e = 1
1.005
+
(
2 2
º·
2
) 001 x
-
59
Como la resistencia óhma a 7 ºC, calulada n 3.83 es_ de 00105 Om la resistenia total equivaente, es: RT RBT K 0010 x 1005 TT 00105 ohmios 5
= =
5
=
X
5
a Pérdida n el Cobr del Bobinado de BT La orrient nominal de dvanado n uestin es d 13636 amprios as pérdidas en l cobr del devanado d BT es de 2 001055 cuBT= I RT (1636) Pc 196 BT 2
y
2
=
X
2 w.
b Cálulo de K ara l Devanado de AT De la seión 39 se tien h = 00643 m n � (708 + 380) = 5 44
=
b = 006 3 cm 60 7.3 = s = L H 34.4 9 cm r = 00 1 (ohm m )/m 4 de donde 0057 54 006 3 60 95 00 1 10 e 00000067 2 0 m 0. x = = + uego K AT 1 5 ) e 1 ( 1 00000067 10008 4
f
Hz
2
+
=
=
e
2
4
;
5
X
2
4
4
X
X
T X
4
y
4
X
2
2
m
2
+
2
X
5
=
0.5
X
=
2
4
2
25
42
25
=
2
) x
- 60 Valor que significa un incremento por corriente parásita de la resistencia, en algo menos que el 0.1%.
De ahí que la
resistencia efectiva del devanado e A.T. la tomamos
como
fué calculaa en 3.9.4 o sea de 700 ohmios. b 2.
Cálculo e las éridas en el cobre el Devanado e A.T a Condiciones Nominales La corriente nominal el devanado e A.T. es e 0.3 A.
y las perdis en el obre el devanado es e: Pcu c.
=
A.T.
(0.3)
2 X
700
53 W.
Péidas otales en el cobre Usano los resultaos e los acápites anteriores, las
pérdidas totales n el cobre e los arrollamientos son: cu = cu + P cu B.T A.
4.1. 2 .
1
96.2 13 349.
Périas en el Fierro a Tensión Nominal De las secciones
2
. 13 y
2
.7 se conoce que la den
sida magnética y el peso de fierro rspectivamente son B
m
= 1 . 3 4 Wb/ m
2
y
l
=
01.1 Kg
Otra consideación a seguir es·que las éridas especifi cas en el fiero para inucciones meias vara co la fre cuencia j según la expresión W .
W
0
60/50) 1 5
Para un acero lamindo en fro véase anexos considerano además un aumnto en las péidas en el fierro e un
2
0%
debio al manipuleo y mecanizado de las láminas las péri
61 das específicas, dadas por el fabricante deben ser correg� das o bien tomar taes pérdidas específicas de curvas expe rimentaes de pérdidas sobre núceos terminados en os qe ya se han considerado taes incrementos de pérdidas por manipueo etc.
Una de estas curvas [2L] es a mostr
da en a igura 42 50
0
� 4 >- t " e
� Jr- ,..,;
,J
�-
2
10
0·8
1-2
1
¡.4
16
-2
·8
Flux den./ty Wbr 2
(a)
2
l·G
z.
(b)
FIG 42 - PERDDAS EN EL CLEO a 50 CPS b) Máuinas
a) Trnsformadores
ra B m = 1 34 Wb/m 2 as pérdidas específicas en el ie rro consideando os incrementos de pérdidas por manipueo etc. es de wlC
=
145 W/Kg a a fecuencia de 0 Hz
a vaor corregido a a frecuencia de trajo es de: l
1 4 (60/50) ·25
8 W/Kg
Luego as pérdidas en e fierro en Watts considerando e pso de circuito magnético es de: Wl
w. l
X
P
1
2
X
20 1
364. W
-
63
ción del núcleo y el radio de espiras media. L coriente mgnetizante, puede estimarse también
en
ur
vs de B m vs A del materia, tal como se muestr tinuació: E 1
on
=
os volt-mpere de manetizaión, so de AL Atm)/2
l
Como el peso espeífio del material es de 765 r/cm3 , e onces 650 A es el peso en K del circuito manético
En consecueni, los voltmpere de mgnetizaión por g, está ddo por l siguiente expresión: 41
X
10 4
X
f
X
B m
X
Atm
a coriente magnetizante es estimada, onsiderando os amp espira por meo del nleo y del yugo respectivmente,
los
2
que pra l densidad de B m 14 W/m y segn la igura 43 [2 ] que se muestra, es de: 80 (mp-esp)/m
Oc�.�_!0
2
Amperc-lons
0·75
fO
12 1 c- vx dtnsiy, Wb/m 2
FIG 43 - CURVAS DE MAGNETZCION B/AmpEsp y Volt-Amp
- 64
Utilizando aemás, la figura 2.4 para magetizar el fierro, requerimos: 0
Núclo = 2 x 80 51 Yugos
=
2
X
0
3.7
X
X
2
2 10
= 1.6 AmpEsp =
Ampsp
62
Total: 143.6 AmpEsp. Luego la corriete magetizate es e:
I
or
=
2.2 A.
e por cieo, co respecto a la corriete omial, es I
or
(100
2.2)/36.36
X
=
.55%
ambié la compoete activa e la corriete e vacio, stá ao porI
0
a
w ; 32.7/220 .73 A. 1 1
o se utiliz las perias e el fierro total, ao e 4..2. Tal compoete, epresaa porcetualmete es e:
..4.
ºª
=
26%
Potecia Reactiva e Vacio os voltampere e magetizaió es etermiaa
cosierao la figura 3 y la iucci B
m
=
1.34 Wb/
De oe, los voltampere por Kg. so e: 3 (volt-amp)/Kg. Y los volt-amp, otales, sabieo que el peso el circuito magético es e 20. Kg (vase 2.17), so e: A = 3 20. = 6033 oltAmp. Por otro la, la potecia cosumia para magetizar el -
-
fierro, es de 38 2 .7 W
65 -
(Véase 41 2 ), la potencia reactiva
en vacío es de
Q
4. 2
0
(V-A)2 - W2 iT = 4664 VAR
60332 - 38 2 7 2
CALCULO DE ESFERZOS TERMICOS 421
Cargas Básicas ara una eseranza de Vida Nor mal del Transformador "Carar el transforador de ensayo para
una
esperanza e vida normal es cararlo continuaente a capa cidad nominal para operar a condiciones normales de servicio a teperatura del punto m caliente del arrollamiento es el factor deerinante en la vida del transformador debido al proceso de caa
Aquella temperatura a condiciones no
es es determinada en función de la temperatura prome dio del devanado cierta tolerancia que seún la norma IC 354 (oadi Guide for OilInersed Transfomer) es de
Hay una teperaura de la rein más caliente para cada n� vel de cara
Su cálculo es dado por la suma de a tepera
tura lair refrierante de la sobreteperatura del arro llamiento y d a radiente de temperatura de la rein má ca] iente [6R 422
Sobreemeratura Máxima Promedio de los Arro llamientosSobreteperatura áxia Proedio
- 66 del Aceite �.21
Dmensiones del Tangue y su Sobreemperaura La cuba el ansformador de ensao en cuesión,
es de cero no manéico de suerfcies lanas con esqu nas edondeadas [7L] a)
Lonud (L) donde:
/ + b/ + + o L = C + De AT = dsancia enre ejes de las colnas del nú cleo (véase 18) 375 mm =
De
= diámeo exeo de la bobna de T AT se 395) = 361 mm
=
=
véa
dsanca aslane de la suerfcie del deva nado de AT a la cuba 90 mmvéase f4 =
0
=
dsancia de la masa manéca a la cuba
=
10
b= mad del acho de lámina del escalón io I 7 mm =
La dsancas no aludidas a un cálculo aneo son deer mndas consdeando suerficies de refreracón adecuados amás d acuedo a la fiua 10L] Reemlazando valores se obiene L
=
L = b)
Anco
375 + 361/
+
637
90
10 = 997
90 mm
(A)
A = de dond
D
eAT
A = 361
X
90 91
-
67
C .UIO DE Tn-,:SFl�1AJ(
)(� '
l IJ
i :_ 1
, :il I _ � •IO¡ -v 1 1¡!
1 V.X)·-"¡! ·•- -,· )CXJ -!�¡ ¡ + -: ! r i 1� o
j
j '
O o ! ·10 W IU J 4
10
l 7 2-
Tt:nsió dc f1Ca k V
FIG. 4 - DSTANCIAS MINMAS ENRE LAS BOBINAS Y LA CUBA
onsiderando un spacio para la salida de condctors el conmuador d conexiones de B, oaos: A 960
H T H
=
H +
2
X
2b
+
h
alura de las colnas 510 (véase 21)
2 275 h
m . / m
según 2
espacio a considrar para el spacio
de
oas la par inerna el ushing véa . s anexo) de salida
=
ceníeros Considerando n spacio adicional
9
1
2
pug 23
para
las
conxio
nes oaos 300 m Lego H
50 + 2 25 300 065
Los devnados y el ncleo dposian el por sus pérdidas
sobr
calor
l acei és
gnrado
sobr
la s
- 68 perficie de la cuba mediane fenómenos de conducción, ra diacin y convecin. La ransferencia del calor del aceie sobre el anque mo tva que ése eleve su emperaura con respeco al ambien e
Tal gradiene e emperaura denominada sobreempera
ura del anque T es evaluada considerando la relación ere las prdidas disipar por las paredes del anque y la sobreemperaura del mismo la emperaura ambienl la pr3sión relaiva del aire ec
Enonces la sobreemp
raura del anque con respeco al ambiene para empe rauras ambienales enre 0 ° C 50 ° C pueden evaluarse por la frmula dada po L F Rlume [8] que considera
la
difusin del calor por radiacin y convección:
W
= 0285
X
10 E
X
T1 19
(1 +
Ta lOO
)
+ 0.217
X
10-
T l 5 / donde: w = prids oales disipadas por cenímero cuadrado de supeficie plana equivalene del anue T = sobreemperaura del anque en ºC E = facor de irradiacin de a superficie exerior del anque = 095 (para superficies con pinuras oscu ras y denro de emperauras de servicio del rasforma or) Ta= mperaua ambienal de referencia máima en grados cenigrados = 40 (según la norma IEC 76 = coeficien de rozamieno del aire sobre las paredes del anque = 1 (para superficies planas) P = presin baomica elaiva (densidad elaiva del
-
69
aire) = 10 (paa altua de tabjo sobe el nivel del ma de O eto. Tabién po e un tanqu e peficie plana, la upef� cie dpadoa de cao po convección y adiain on imi lae La upeficie total de diipación e de: 2 (L HT + A H 2 106.5 (94 + 96 0,470 cm2 La pdda totae a di e de: CIRCIT GNETC: 387 W egún 412 ALLAMINT 349 egún 4 1 .1 X
=
=
Total w
=
7319
w
Lego o olio a dipa ·po unidad de uefice del tanque e de 7319/40 00 1 8 /cm2 Reemplazando ete valo o a fijado en la fómula paa el cálculo d la obetepeatua del tanque tl obete peatua e de: 00 1 0.85 103 095 l .9( + 100 4º 0217 10-3 T 1 25 olviendo ea cuación, e tiene que la obetepeatua del tanque e de: 16 C A contnuación eumen la denione del tanque:
X
LNTUD C TRA
X
L 90 m 960 m T 1065
X
- 70 -
4.222
Sobremperara del Aceie De la figura 5, omaa e TRANFORMER ENGNEE
IN or AF Blme [8L] se deduce qe la caída de emera ra desde el aceie haci la sericie inerior el
an
No exise ambién na cada de temerau
e es eña
ra a ravs el meal y qe el
90%,
de la cada oal de
emerara de aceie acia el aire es dese la suerfi cie exerio l anqe hacia el aire
e la gra cada
se desrende e la soreemeaura del acei con resec o al anque es aroxiadamene 10/70 de la soreemera a del anque reseco al ambiene
Usado el resulao
e .22 IL lUSE Of· � F-CD TRANS:v 1
J-
�� (1-¡ !
: 1]
¡1
10 eo
,:
C
8
-
: 70
"
I"�¡' -
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J
1
1
2
\
Set/ - cold
Water. coold
1
\
JO
-
·
!_
. 5 - AENTE E EMPERATURA EE E AOLLAMENO HACA E MEO RERERANE enemos qe: T , - ma ac.ax
=
lO x 16.43 = 23 º 0
- 71 D las dos últmas xpresons s dduc: Tacmax , Ta = 8. 73 ºC Por tanto l valor d la sobrtmpratura l acit s muy nfror al áxmo stablco por as spcificacions téc ncas corrspondnts [6R] para transformador con consrva or y slados s d 60 C °
422 Sobrtmratura dl Cobr (Tcu) Es xpsaa sgn las siguints rlacions T + T2 cu Tcu a (Tcu- ac)+ Tac- Ta) conoc 22 2 = ac - a = 87 ºC ro Tcu ac Gradnt d tmpratura mda dsd la rgión calint hacia l act a) Gradnt mámo tmratura n l vanao AT El ai máxmo tmpratura un arrollamnto =
con suprfcs nfriamnto sólo vrticals stá dao por la fórula 3L sigunt s T = (2K ml + 2Km'l + 2K m' s 1) w l prmr sumado rprnta la transmsón d calor por conduccón l sguno sumano la transmisión d calor a ravés los aslants xrnos la bobina y l trcro rprsnta l calor transmtio n la frontra K.
1
t
las suprfcs n contacto la bobina y l act más; K = factor qu dnd dl númro capas �s boina$ a través d la cuals s transmt l caor = O2 paa 7· ó más cps
- 72 es e espesor total de aisante interno en pugadas
t.1
=
m
=
ongitud e a espira media en pugaas
K
=
conuctivida térmica e aisante
e m'
tss
=
=
espesor e aisante extern en pugaas caa ao
a
perímetro meio neto, conserano a super ficie e enfrimiento pera; debio a os espaciadores, en pugadas representa e espesor equivaente y a con ductivia témica equivaent� e a super ficie De a experencia es conocida a ra zón ts /Ks 10 3, (véase {3L]) =
w
=
prdidas en W en a bobina
Gradiente máimo e a bobi e AT E cáuo de a caída e tempratura en e arroamiento e T se reaiza para as
peores coniciones aqu consie
rando una soa superficie e enfriamiento t K. 1
=
=
24 1
X
15 mm(según 393
t
=
24
m
=
94 cm segn 394
=
te ts/ s
=
42 pug =
3559 pug =
5
=
'
=
73
3 pug
2 véase 396b = 3498 mm 137 pug (vaor aproximao, consierando que caa ca pa tiene un cana e aceite
=
=
m,
e
véase 393
361
15 153
w,
=
según 411
0:02
pug
(véase }·
446 pug
-
73 -
Reescribieno la fórmula par el cáluo e gradiente e tempertura teemos: te _ K· t _ 1 + ( m T m' K K s ) e 15 ) ( 153 ) 0.42 002 = ( 0.004 35.9 0.004 446 446 377 =
l
l
w
+
X
)
+
Griente máximo ar la oina e BT El vlor e l constante pr una oia e os cps, es ero según la experienci e Dr E Wil. Por tn to el griente e tempertura par l oina e T es ero se jstifi este vlor porqe tl oina centa con os tos verticales uno horizontl ue le a una amplia speriie e refrigerció�. Lego retornno l inicio e 4.23 l soretempera r el core es e: ÍTc = T T2 = 18.3 = 6.43 ºC +
+
Est sortempertur máxima el ore es inferior l máximo fijo por l norm pertinente [6] que es e 6 ºC par evnaos on efrigeracin ntral por ce te y sellaa o epsito e expnsin 4.2.2.4. Temertura e l reión más aliente Aplicano ls einiciones e 4.2.1 los reslt os e 422 l temperatr e l región más cliente oniines ominales pue e evalarse meiante l expre sión T o
- 74 Donde: a
=
6o
tempeatua del ie efrigeante igua a 40 C, como máximo (sgún IEC 354) gaiene de empeatu desde la egión más caliene e iual a 1 paa nsfomdoes e figeados po aceie, segn as especificcio ne EC 354. Tolencia de at efeencial °
empeatua en ºC de la egión más caliene a condiciones noinaes 6cu sobetepeaua del cobe a PC e igua o 543 C. Reemplazando se tiene O 4 + 5.43 HO 143 C HO
=
=
ste vao es infeio a límie establecido paa e ais lante tipo A, seún as especficaciones técnics EC 85 é EC 3 el cul es de 115 C [1L] Po consiguiene sien do a tempeaua de egión más caliente a indicadoa de ado de esfuezo que sopoa los aislnes de los e nados seá posible eca e tansfomado po peodos coos
Sobecaa mie aa un esenza de Vida No m Asumiendo una sobcaga conua de % detemi naemos a empeaua del punto más cliente B, apoe chando e lmie infeio de la egión más caiene E cá co esá basado en la ecación dad po A Kmowlon : 423
cu
-7 5
Donde: 6Tcu = sbretemperatura en el cbre 1 6T ac = sretemperatura del aceite a CN. (véase 42.22)
=
1373 ° C
relación entre las pérdidas e el cbre en el fierr a cndicines nmiales = 349.2/382 7 según 411 y 1)
R
y
-
6Tcac = sbretemperatura del cbre, respect del i te cn carga nminal = 377 ° C según 4223) n
= epente de las pérdidas en fución de la elevacin de temperatra de aceite sbre e ambiente = 08 cuba cn superficies planas) = exces eficiencia de carga cn respect la caga a CN
p
a
= epnente de las pérdidas en función de la s bretemperatura de ls devanads sbre el acei te = 0.8 par refrigeracin pr termsfón
n
L
dnde Ta= tempera tura ambiente
=
234
Ta
6
ac
+ 6Tcuac
Cn las aprimacines qe se tiene en la evaluación de las temperauras medias asumims L
=
2 9 X OB = 1873 6Tcu 091 · 1 1 0
y reemplazand tenems: +
1)
0
8
377 1 2 )8
Pr tant la emperatura del pt más caliete es TH TH
=
6Tcu Ta 1 124 ° C
6T
=
25
0
10 = 1124
Aún e esas cdicines de sbrecara cntínua enems un lite ineri ara a eratur de la regin ms calien
-
te, pero el
8
76
% de sobrecarga, parece ser adecuada para un -
envejecimiento normal de los aislantes, y aún más, si se re cuerda las apoximaciones consieradas.
4.7
Sobrecara de Corta Duración (ensayos de hasta 30 minutos e duración) La maoría e ensaos de tensión aplicada e con
torno, a frecuencia inustrial son de corta duracón (1 mi nuto, 5 minutos asta 30 minutos [R]) .
Además como
se
ver después, debio a la constante e tiempo grande del tr ormador, es común usar el transormador para ensaos de co� ta duración cargas altas que exigen un 200% e sobrecarga [BR] siempre que no se rebae los límites de sobretemperatQ ra.
2
Elevación de Temeratura del aceite de la Caa Suerior ara una Sobrecara Contnua A fin e calcular las sobretemperaturas para en
saos e asta 30 minutos, calculamos la elevación e tempe ratura el aceite, bao una carga contínua de 200%
a
SQ
bretemperatura es evluada, según la fórmula expresada en 4.23
por la pimera coponnte e la dereca
Sibolizando por 6ac la sobrtemperatura meia del aceite, ara la sobrecarga encionaa arriba tenemos: 0 8 º + 6ac 18 3 ( ·6� 91 + ) 6ac =
- 7 Cácuo de la Const de Timpo a odico Nmia La csta de iem a C vada or xrsió [8 , iguie: C c B R= P e R= onsate e im n h a cns omi aes = sbretematu cit de a caa sio .= 13 C (véae .22 T= éi s C.= 739 W véas 42) C = J013 x ·Kg c+ irr 00 x Kg d a ja 5 x Gals cite (Whr/K x 4.2.42
X
°
º
ESO DL E Los eo a va {o udo s vda exsió ma d2 G= "IV= 00 mt d V= vlme m 3 = eo eíf e /cm = gm d= ámero dl co m gtd a ra m�a cm = úmeo sis Usa ls slds 31 y 3 m
GA= 7 X �674 (90. 2288) 2
.T= 66 s
- 78 Silarmete usado 381 382 y 3.8 3, e peso de arro laieto de B, es de: GBT = 21 3 394 grs Lueo e peso tota de cobre es de G = 2 609 K abié seú 2 17, e peso d ferro es de
2
01 K
PESO D A CUBA l espesor ímo de a pancha puee caarse por a ex presió [Q suiete t
=
3 Í
dode
= spesor e H = atura de taqe e (4 2 2 1) Lueo, reeazado y aproado teeos t = 31 m
e área total de cuba es de 58 32 8 c2 y e 4 21 e voe es de 0 31 58 32 = 18082 c3 uo e peso de a cuba es Gcuba �V = 78 18082 = 14 1,0 37 r Gcuba 11 K CALCLO D OS GANS D AI Volue de a uba A B = 94 96 1065 4 2 ) 96 d Volue de ierro atc = 2 01/7.65 26 3 3 = 2 3 oue de coe = 2 609/89 = 2 92 d 3 292 3
- 79 Peso de hie�ro de a estrucura
=
Volumen de hierro de a esrucura Vumen pare sumerida
0.25 x 201 = 50.3 Kg 503/784 = 64 = 6 d3 =
263 + 29.2 6 = 619 dm 3
Vouen oad or e aceie
961 619 = 899 = dm 3 = 237.7 aones
E facor C ara e cácuo de a consane de ieo, es de :
c
0.132 (2609 201) 0088 141 0353
2377 15729
X
Usando s vaores erinenes exuesos a consane de ieo CN es 157.9 18.7 3 7319 X
4.03 hras' 42.3
Sbremeraura de Aceie de a Caa Sueior ra says de Cora Duración
C a sorecar de 200% cosecuia a a carga nomina, e icremeno de a eeraura de aceie es de Tac 38.26 1873 Donde:
1953 ° C seún 4.241 4.22.2 T ac = increen de a soreeeraura de aceie ara una sorecara cnínua. =
0
La eeación de emeraura e aceie, en un erído iner medio,
6T
. ue eauarse or a exren [] siguee ac ac ac - e-B ,
=
dne
= iemo en horas B consane de iem en horas
.03 hras
- 80 T fac = 19.53 C °
Los inrmentos d la sobrtpratura dl ait para 05 y hora rsctivant, son:
Un análisis "río dl procso térmico durant una sobr carga otiva conidrar la duración d la misa, hasta al canzar una tpratura nor qu 8 C, para asgurar un nv °
jiminto prudnt dl aislant Aún ás transora dor d nsayo rarant stá onctao a PC y n srvi io ontínuo (cuanto ás s d 8 horas onscutivas) D ahí u s anaza la sobrcarga dl 200% para 0 y ho ra obtniéndos coo s vió incrntos d sobrtpratu ra uy inrior al lmit los uals no ocasionarían ur o
térmis pligrosos
Po tanto oo s �uy rcunt,
l transorador pud sr usado para nsayos d inuto y asta d 5 inutos d duración [R] garantizándos la vi da dl transorador dsd l punto d vista térico 4
COMPROBACION DE ESFERZOS EN LOS DELECRCOS 4 Esurzos Radials n los Dilétrios ntr Arolamintos
a distania aisant ntr aos, l dvanado d A y d B s drinaa d a igura 5 L para l po tncal n xso la primra capa alrddor d 0 KV al dstania s d 0 m y concurda on las distancias aislans, sgún oras pinias, 0L a oo s
- 81
muestra en la figura 4.6
tO - c l 17 i! l í ·. ,0/ ¡ ( f
?:'
2 � 'f,•.Ú;l IIJti1/ d,· · Y
FIG - DSTANCA MNMA j ENTRE DEVANADOS AT Y BT �obre tal distancia, se inlye tamién el placa neutra, que es la qe evitará
a
espesor de
la
penetación de
las ondas de sorevoltaje [8L] procedente del lado de AT El escudamiento se logra rodeando al rimario con un
mat
rial de aja resistividad eléctrica, procurando evitar for mar n circuito cerrao además dee estar aterrado 12L En cuanto al espesor, es suficient aún, láminas o muy delgadas 075 m
cintas
Tomamos una platina de sore de espesor de
Luego la distancia aislante entre devanados
es
de 12 l aisante utilizado entre el primario y la placa neutra, s papel aceiado (véas anexo) y etr la placa neutra el devanado de AT
y
Se tien capas de papel ceitado, tipo
cable y papel baqelizado mayor permitividad dieléctrica ms
cercano
al
devanado de
alta ensión según la fig
-
82
-
10
PLAC E
BQUlIZDO
FIG. 4.7 - AISLAMIENTO ENTR B.T. y A.T.
-
83
-
47. Los datos de ambos aislantes son: PAPEL ACEITDO, TIPO CABLE Rgez eléctrca durante 1 mnuto A 20 °C
2 KV/mm
ºC
26 KV/
A
90
Rgde dielécrca al mpulso 1/50 Permitivdad dieléctrca relatva ...
2
PAPEL AQUELZADO gde eléctrca durante 1 mnut A 20 ºC
30 KV/mm
ºC
28 KV/mm
A
0
Permtivdad dieléctrca retiva .
50
El esfuero radial e los dieléctricos entre BT
y
AT,
es calculad cnsderando ls devanados pertnentes elecrdos clínricos [8]
como
Genéricamente para la capa -
"es el esuero a una dstancia x, está dad por E
=
V
e
l
ln
Donde
X. l
KV/mm
r+ ri el
_ l
K
=
el
=
prmitividad deléctrca del aslante
=
distanca radal en
=
radi interor del aslante de la capa
tensión entre electrodos en KV
X.
r V
1
ª'i
1
- 84 -
Para e sistema de la fgura 4.7, os esfuerzos radiaes má ximos en los deéctrcos, desde as capas más cercanas
a
arrollaiento de B.T. hacia el de A.T., respectvamente, son:
K
n 199.102 189.352 4.2
+
K Luego
ln 211.852 199.102 4.2 =
0.294
125 4.2
E
94.68
E2
125 99.551 X 4.2
E3
X
+
n 21.852 211.852 5.0
0.02954
X
125 105.926 X 5.0
0.02954
X
X
0.02954
E1
10.4 KV/mm
E2= 10.12 Kmm E3
.99 K/mm
stos gradientes máimos, comparados con os esfuerzos toe rables, origina coeficentes de seguridad de 2.44 2.57, 3.5 respectvamente.
y
Entonces os gradentes de trabajo -
garantzan esfuerzos adecuados en os aislantes. 4.3.2.
Esfuerzos en los Deléctrcos en e Devanado de A.T 4.3.2.1. Cáculo de a Tensión Inicia de Efluvos a tensón inica de efluvos es evauada
(véase 3.53), según la epresión
a capacidad específica "C, es calcuada consderando
dos
cilndros coaiales y referido a su superfice iterior[7] conforme a
- 85 E
C.
=
l
o
E
r 1 n r
=
E
�
. 0 884 r � r n r 0
0-12 F/cm 2
r re en centímetros La apacitania de la superficie interior cilíndria de la primera y segunda apa (terwinal aerrado), es evaluada según los siguientes pasos: r = 0 74 2 5 mm según 395 r = 0 850 0 mm según 39 2 l
4. 2 O• 0884 02 = 3 • 6998445 085 ln 00 85 75 0 36998445 x 0 ° F/cm 2 X
0 2
X
=
La apaitancia e la supeiie interior cilíndrica de la penultima y última apa (terminal de línea} es determinada según los siguientes pasos e = 8505 cm, egn 395 r = 7943 cm, según 392 0 2 -· 2 4 2 0 0 885 805 y; 7943 ln 79430 5 X
X
X
2
=
0 344
0 0 F/cm
Con los valoes de ls apaitancias ha¿ ·ast�nsins iniiales d eluvis son espetivamente: 5 5 0 06 0 06 = U 0 0 5 77 2 69765 0 6 l ( 0 .036998445 1 0 - ) .4 X
X
=
778 KV ara las primeras apas
X
X
- 86
(1.06
(0.03464 U2
X
X
10-5)
10-l0) 0 .45
=
106 X 105 69632 X 10-6
=
1.5 KV
5 KV para las últims caps (e línea
Considerno l tensión unitari por cap e 446 V y e cero a 39, el nero e espirs por cpa las ife rencias e volje en las prieras y en ls últims capas s repectivénte e: U'
1
U
=
708
X
446
=
57 V
3 2 KV
30
X
446
1695 V
17 KV
2
L tensión inicial e la escrga rapante en el ceite es el triple que en el ire [7]
De los cálculos nterio-
res la tensin inicial e escarga rampante crtica es e UO
3
X
14
4� KV
Este valor es superior a la tensión inicial rpante pro bable que se presenta en el sistem (3 2 KV
Aás tal -
valor es acrecento ebio l auento e ls istncis isrpivs or inclusión e bones e ielctricos entre ls iverss cpas garantizno más an la rígie ielc trica xia enre cpas tanto frecuenci e servicio nor l coo a ls ebis sobrevoltes e recperción e los cortoircitos en los obetos e ensyo 7L 432 2
Tensión Inicil e Descrs Rnte Rmifica a tensión es evlua por la expresión 7L si
giente
U
g e,
=
(1,355
X
º 44 -4 KV 10 )/c ·
cpci especica en F/c 2
- 87 Usando los resultados de 4.32 para un caso crítico, la tensión inicial de desarga rampante sacrifiada es: u
1.355 0 4 = g (0 0 36998445 Ü) 0 44 X
X
Ug = 14.519 0 6 KV Ete voltaje es superior a los voltaes que rean los esfu� zos rticos en ls capas anaizadas Por tanto se tiene coeficientes de segurida e trabaos altos 433 sfuerzos en los Dielétrios entre el Devanado de AT. y Masa Sólo e observa el cálculo e esfuerzos en los ie léctricos del evando de A. masa por ser la situaión más crtica sando los esultados dado en las secciones 217 395 la distancia disruptiva entre un extremo del evanado de A Masa es de 1328 mm Como la rgiez dielétria del aeite es de KV/mm la razón de esfuerzo crtico a es uerzo de trabao es e: C (8 1328/125 5 tal oefiiente de seguria es tan alto además tal distan ia está garnizada con emasa por las distanias aislan_ tes as, remenada por otros iseñaores [1 0 L] tal m se oseva en la sección 31 =
=
n lo ue respecta e la disana aislante entre la super iie eterna el arolamieo e A la olumna vein
- 88 aquea se obtien uando lo reutado de a eccione 2.10, 2.6, y 3.95, a que e apoxmadamente, 54.495 mm Luego e coefciente de euridad en condicione anorma e, abiend que e dieléctrico e aceite e de: CS
(154445
=
X
8)/25
=
98
Ete coeficiente arantiza penamente e ervicio óptimo de itema
Ademá tal ditancia aiante e tambin a
rantizaa po otra experiencia 0J
DISTRIBUION DE LA NDA E SBREVLAE
4
a ditribución de a ona de votaje ueo de una faa en e objeto de prueba eún a teoría de a onda eacionaria [8L] cuado Ú exremo del arolamento e a ateado eá dado po iuiente expreión =
e X
Donde:
a X
eX e
E
C /C s g
=
=
=
en h a en �
E
facto de a ditiución inicial a onda votae
de
ditancia a o aro de a pia de bobin co mo una fracción de la atura tota voaje a tiera e e punto
X
capacitancia interna medida dede e xtremo e nea a termina aterado caacitancia de arroamiento a tierra
= voltaje e termina de nea a tierra
89
-
4.41
Cálcuo de a Capacidad Serie La caacidad serie Cs ara un arroamiento concén · rco, or caas [2] está dado or: c
donde:
c
=
o
e
= =
s
R
L
=
t N
=
=
s
o
=
o
4
X 3
= / (
(
N - 1
N
2 )
C = 2 R) /t caacdad del arroamento considerado coo dos eectrodos cídricos con la riera y útima caa soamente y un aislane de (N1), vces e esesor de dieéctrico de una caa; caacidad de dos caas consecutvas; caacidad serie equvalente radio medio de dos caas consecuvas; ongitud de arroamiento en a caa de menor oencal; esesor del aisante entre dos caas nmero de caas
Consderando los resuados d 39�3 y 395 los cáculos se dan en os siguiente asos:
6 2x 107962 x 45524 x 1= 1075 0-3 835364287 x 1- 2 F 813536428 F 2 R t
X
Luego la caacad entre a rmea y Útima caa ara N 2 caas es : Co C1)= 81353642841 Co 9842.352 F
=
- 90 Por tanto C
=
l capacitaca e see quivalet es: x 34 ( 1) 842352 3 (.) = 5,216 pF N
N
X
4
42
..2 Cáco de l Caataia Ter ra el cl d ea aptaia cosideams sól l ompte s prate [ 9 es dci la pc� ia etre e arollaieo de A y de BT y es eva ldo de acedo a la expesó: T L c
=
g
oe: L = logitud de os electds K 00954 (véase ) E x O O F/m Reemplazdo X 02 00 X = = 85694728 pF
=
4524 mm
8·5
g
ro l capctaca a tiea e es etemda sde rad l fecto de a pl a coo supefie e poeial Aí la cpatacia a tie equvalee es 2 786 pF =
=
43 Cálo de Facto de Distbó o las capactacias hads emos: ¡89446 26 � 25235 21 =
- 91 Luego la distribución inicial de volaje, es al como se es peraba, debido al ipo de devaado uilizado, al como pued verse n la figua 4. 8,
[8L]
Neutral Gond
.2
E f Yig
FIG. 48 DISTRIBUCION HIPERBOICA DE VOLAJE, DEO DEL ARROAMIEO DE TRASFODOR CO EL ERO ATERADO
e
o
N
e
L
u
s
I
o
N E
s
Modestamene podemos afirmar que el cálculo del rans formador realizado, puede servir de base para el diseño de oros ransformadores de ensayo, denro del rango de ensiones de hasa 200 KV.
Inclusive puede servr para
el cálculo del ransformador de ensay� para un funciona meno en cascada, para conseguir ensiones muy eleva das, salvo que enre oros requerimienos a considerar, se endrá que conemplar la gran carga capaiiva, como ambién el filrado de os armónicos de volaje. En nuesro esudio, la criene de carga capaciiva e 9 amperios, cuando: a dado por I c = 2 l f Cef x U 10 Con los resulados de 4.4 y 442, I c 2.5 amperios. Ese valor comparado con la corriene reaciva induci va absorvida en vacío (vase 4..3) asegura un funcionamieno esable del sisema;
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3
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