TRANSFORMADORES Y SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Universidad veracruzana Manual de pruebas eléctricas aplicables a transformadores González García Eliazer
Facili Fac ilitad tador: or: Villag Villagrán rán Ville Villegas gas Luz Yazmin Yazmin
En este documento se dan a conocer las pruebas realizadas los transformadores así como también su clasificación y el procedimiento procedimiento mediante el cual se lleva a cabo. Así como también también las distintas normas mediante mediante las cuales cuales se rigen rigen como son son la NMX, IEC, IEEE. IEEE.
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Universidad veracruzana Tema. Tema.
pág.
Introducción
9
CAPITULO 1 GENERALIDADES.
10
1.1 Generalidades de los sistemas de potencia.
11
1.2 Generación de energía eléctrica.
12
1.2.1 Centrales geotérmicas.
13
1.2.1.1 Descripción del proceso de una planta geotérmica.
13
1.3 Centrales termoeléctricas
15
1.4 Centrales hidroeléctricas
16
1.5 Centrales nucleares.
17
1.6 Centrales eólicas.
18
1.6.1 Aerogeneradores.
19
1.7 Centrales solares.
20
1.8 Transmisión y distribución de la energía eléctrica.
21
1.8.1 Transmisión.
21
1.8.2Distribución.
22
CAPITULO 2 SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.
23
2.1 Subestaciones eléctricas.
24
2.1.1 Sí S ímbolos má m ás usados en los diagramas de subestaciones eléctricas.
24
2.1.2 Su Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.
25
2.2 Subestaciones receptoras primarias.
25
2.3 Subestaciones receptoras secundarias.
25
2.4 Clasificación de las subestaciones eléctricas.
25
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Universidad veracruzana Tema. Tema.
pág.
Introducción
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CAPITULO 1 GENERALIDADES.
10
1.1 Generalidades de los sistemas de potencia.
11
1.2 Generación de energía eléctrica.
12
1.2.1 Centrales geotérmicas.
13
1.2.1.1 Descripción del proceso de una planta geotérmica.
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1.3 Centrales termoeléctricas
15
1.4 Centrales hidroeléctricas
16
1.5 Centrales nucleares.
17
1.6 Centrales eólicas.
18
1.6.1 Aerogeneradores.
19
1.7 Centrales solares.
20
1.8 Transmisión y distribución de la energía eléctrica.
21
1.8.1 Transmisión.
21
1.8.2Distribución.
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CAPITULO 2 SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.
23
2.1 Subestaciones eléctricas.
24
2.1.1 Sí S ímbolos má m ás usados en los diagramas de subestaciones eléctricas.
24
2.1.2 Su Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.
25
2.2 Subestaciones receptoras primarias.
25
2.3 Subestaciones receptoras secundarias.
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2.4 Clasificación de las subestaciones eléctricas.
25
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Universidad veracruzana 2.4.1 Subestaciones tipo intemperie
25
2.4.2 Subestaciones tipo interior.
25
2.4.3 Subestaciones tipo blindado.
25
2.5 Principales elementos de una subestación eléctrica.
26
2.5.1 Interruptores.
26
2.5.2 Cuchillas desconectadoras.
27
2.5.2.1 Cuchillas unipolares.
27
2.5.2.2 Cuchillas tripolares.
27
2.5.2.3 Cuchillas unipolares de rotación.
28
2.5.2.4 Cuchilla desconectadora tripolar giratoria.
28
2.5.2.5 Cuchilla desconectadora de apertura vertical.
28
2.5.2.6 Cuchilla desconectadora tipo pantógrafo.
28
2.5.3 Fusibles.
29
2.5.4 Tableros eléctricos.
30
2.5.4.1 Clasificación de los tableros.
30
2.5.4.1.1Tableros de mando directo.
30
2.5.4.1.2Tableros de mando a distancia.
30
2.5.5 Tablillas de conexión.
32
2.5.6 Aisladores.
33
2.5.6.1 Tipos.
33
2.5.6.1.1 Soporte.
33
2.5.6.1.2 Simple sujeción.
33
2.5.6.2 Material de fabricación:
33
3
Universidad veracruzana CAPITULO 3 EL TRANSFORMADOR.
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3.1 El transformador.
35
3.2 Clasificación de los transformadores.
35
3.2.1 Por su operación.
35
3.2.2 Por su número de fases.
36
3.2.3 Por su utilización.
36
3.2.4 Por su núcleo.
37
3.2.5 Por el tipo de enfriamiento.
37
3.2.6 En función de su lugar de instalación .
38
3.3 Componentes de un transformador.
38
3.4 Sistema de aislamiento.
39
3.5 Tanque y accesorios.
39
3.6 Principio de operación del transformador monofásico .
40
3.7 Instalación de los trasformadores.
41
3.8 Conexiones típicas de los transformadores.
43
3.8.1 Conexión delta-delta.
43
3.8.2 Conexión delta-estrella.
44
3.8.3Conexión estrella-estrella.
45
3.8.4 Conexión estrella-delta.
46
3.9 Polaridad de un transformador.
47
3.9.1 Polaridad aditiva.
47
3.9.2 Polaridad sustractiva.
47
3.10 Perdidas en el transformador.
48
4
Universidad veracruzana 3.10.1Perdidas en el núcleo.
48
3.10.2Perdidas en el cobre.
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CAPITULO 4 PRUEBAS A TRASFORMADORES.
50
4.1 Recomendaciones generales para reducir las pérdidas en los transformadores.
51
4.2 Pruebas de fábrica.
51
4.3 Recomendaciones ge generales para ef efectuar pr pruebas eléctricas a un un eq equipo primario.
52
4.4 Pruebas preliminares.
53
4.5 Pruebas de rutina y especiales.
53
4.6 Prueba de la resistencia de aislamiento.
54
4.6.1 Diagrama de conexiones.
55
4.6.2 Criterios de aceptación o rechazo.
56
4.6.3 Medición de factor de potencia.
57
4.6.4 Condiciones de prueba.
57
4.6.5 Tensión que debe aplicarse.
57
4.6.6 Procedimiento.
58
4.6.7 Factor de corrección por temperatura.
58
4.8 Pr P rueba de factor de potencia en transformadores de dos devanados.
59
4.9 Medición de rigidez dieléctrica del aceite.
61
4.9.1Procedimiento de la prueba.
61
4.9.2 Criterios de aceptación y recomendaciones.
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4.10 IEEE std. C57.12.90.-1993
63
4.11 Guía para Pruebas de Campo.
63
4.12 Pruebas de relación de trasformación.
64
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Universidad veracruzana 4.12.1 Objetivo de la prueba.
64
4.12.2 Procedimiento de prueba.
64
4.12.3 La Las fallas frecuentes detectadas al realizar esta prueba.
66
4.12.4 El TTR
68
4.12.4.1 Aplicación del TTR.
69
4.12.4.2 El TTR es un equipo auxiliar en los siguientes casos.
69
4.13 Pruebas de polaridad. Y desplazamiento angular.
70
4.13.1 Objetivo.
70
4.13.2 Importancia del conocimiento de la polaridad.
70
4.13.3 Equipo de prueba.
71
4.14 Prueba de resistencia óhmica en los devanados.
72
4.14.1 Métodos comúnmente usados para realizar esta prueba.
72
4.14.2 Características del equipo usado.
73
4.14.3 Comentarios a considerar.
74
4.15 Pruebas de tensión de impulso por rayo.
75
4.15.1 Detección de fallas durante la prueba de impulso.
75
4.16 Pruebas por impulso.
77
4.17 prueba de potencial aplicado.
78
4.17.1 Forma de realiza la prueba.
79
4.17.2 Objetivo.
79
4.18 Prueba de potencial inducido.
80
4.18.1 Forma de realizar la prueba.
80
4.18.2 Diagrama para la prueba de potencial inducido.
80
4.19 Prueba de descargas parciales.
81
6
Universidad veracruzana 4.19.1 Objetivo.
81
4.19.2 Procedimiento.
81
4.19.3 Acondicionamiento.
81
4.19.4 Desarrollo de la prueba.
83
4.19.5 Procedimiento de calibración: (precaución: sin tensión de AT).
83
4.19.6 Equipo a utilizar para la prueba.
84
4.19.7 ICM compact.
84
4.19.7.1 Aplicaciones.
85
4.19.7.2Calibración del ICM compact.
85
4.19.8 Precauciones.
85
4.20 Prueba de impedancia en secuencia cero.
86
4.20.1 Prueba de impedancia en secuencia cero a transformadores trifásicos.
86
4.21 Prueba de temperatura.
88
4.22 Prueba de nivel de ruido audible.
89
4.22.1 Objetivo.
89
4.22.2 Instrumentación.
89
4.22.3 Condiciones de prueba.
89
4.22.4 Mediciones.
90
4.23 Prueba de hermeticidad.
91
4.23.1 Objetivo.
91
4.23.2 Materiales.
91
4.23.3Aparatos.
91
4.23.4 Preparación y procedimiento.
92
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Universidad veracruzana 4.23.5 Evaluación de resultados.
92
4.24 Análisis de Respuesta en Frecuencia.
93
4.24.1 Objetivo.
93
4.24.2 Alcance.
93
4.24.3 Métodos de prueba.
93
4.24.3.1 Sweep FRA. (SFRA).
93
4.24.3.2 Impulse FRA. (IFRA).
93
4.24.4 Procedimiento.
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4.24.5 Equipo de medición.
95
4.24.5.1 Uso del equipo de medición.
95
4.25 Pruebas que determina la calidad de servicio.
95
4.26 Pruebas de circuito abierto.
96
4.26.1 Objetivo.
96
4.27 Prueba de cortocircuito.
97
Definiciones.
98
Conclusiones.
101
Bibliografía.
103
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Introducción.
Hoyen día la demanda de energía eléctrica en al país a incrementado esto como resultado del incremento de la población, tanto en la industria como domésticamente lo que tiene como consecuencia el incremento de las centrales generados en su capacidad o en su caso la puesta en servicio de una nueva central generadora de energía eléctrica o aumentar el número de subestaciones eléctricas disponibles para el suministro de la energía. Esto con el fin de satisfacer las exigencias de la población y por consiguiente la demanda requerida. Dentro las subestaciones se cuenta con distintos tipos de elementos eléctricos como son los trasformadores de distribución y de potencia; transformadores de instrumentos (trasformadores de corriente y de potencial); Elementos de protección (relevadores, interruptores, fusibles etc.); apartarrayos entre otros. Cabe mencionar que en las subestaciones eléctricas los equipos más importantes son los transformadores y especialmente los de distribución ya que estos constituyen la última fase en la utilización de la energía eléctrica tanto en baja como en alta tensión. Se cuenta con distintos tipos de transformadores como son: de distribución., tipo subestación, tipo pedestal, tipo poste, este ultimo mencionado es el más utilizada aunque su construcción es en esencia la misma y solo difieren entre si por su presentación y sus accesorios adicionales. Por otra parte sin importar cual sea al tipo de trasformador, estos se encuentran comúnmente en operación continua y propensa a fallas. Por estas razones son el objeto de estudios de trasformadores de distribución, ya que antes de que un transformador sea puesto en operación, debe cumplir con una serie de pruebas de rutina( resistencia de aislamiento, resistencia óhmica, tensión aplicada, tensión inducida entre otra); regidas por la norma NMX-J-169-ANCE-2004 “trasformadores y autotransformadores de distribución y potenciamétodos de pruebas”, y recomendaciones hechas por el instituto de ingenieros en electricidad y en electrónica (IEEE). Esta pruebas proporcionan características sobre los parámetros eléctricos de los trasformadores los cueles deben de ser cumplidos estrictamente de acuerdo a las normas, con el objetivo de conocer el comportamiento de los trasformadores ante cualquier eventualidad durante su operación.
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CAPITULO 1 GENERALIDADES
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Generalidades de los sistemas de potencia. El capitulo presentado se tomara en cuenta el análisis de los aspectos básicos que integran los sistemas eléctricos de potencia, como son las fuentes generadoras su transmisión, distribución de la misma. Por lo cual se acudirá al requerimiento de distintas definiciones como son los cada una de las fuentes de generación de energía eléctrica, los trasformadores y su clasificación y la descripción de sus elementos así como también el principio de su operación. Para finalizar con este capítulo se expondrá la clasificación de las pruebas que deben aprobar previas a su puesta en operación, así como la normatividad por las cuales se rigen.
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Generación de energía eléctrica. La generación de energía en los sistemas eléctricos de potencia, consiste en transformar alguna clase de energía, sea esta química, mecánica, térmica, luminosa en energía eléctrica. Para la generación de energía eléctrica industrial se recurre a instalaciones denominas centrales eléctricas, las que ejecutan algunas de Las transformaciones citadas y constituyen la primera etapa del sistema del suministro eléctrico
Dependiendo de la fuente primaria de energía las centrales generadoras se clasifican en:
Geotérmicas Hidroeléctricas Nucleoeléctricas Termoeléctricas Solares Eólicas
Independientemente de la clasificación de las centrales generadoras la mayor parte de la energía proviene de las centrales hidroeléctricas, termoeléctricas y de las geotérmicas. También, cabe mencionar que de las centrales anteriores tienen en común que todas con excepción, tiene en común el elemento generador movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada. En las centrales solares la corriente obtenida es continua y para su utilización es necesaria su conversión en alterna, mediante el empleo de dispositivos denominados inversores.
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Universidad veracruzana Centrales geotérmicas. La energía geotérmicas aquella que s puede obtener mediante el aprovechamiento del calor interno de la tierra de los cuales podemos mencionar los tipos de yacimientos geotérmicos según la temperatura del agua.
Descripción del proceso de una planta geotérmica. Por medio de pozos específicamente perforados, .las aguas subterráneas, que poseen una gran cantidad de energía térmica almacenada, se extraen a la superficie transformándose en vapor, que se utiliza para generar energía eléctrica. Este tipo de planta opera con los mismos principios que los de una planta termoeléctrica como vapor, con excepción de la producción de vapor, que en este caso se extrae del subsuelo El vapor de agua obtenido de la mezcla se envía a un separador; el secado de vapor va a una turbina de energía cinética que se transforma en energía mecánica y esta a su vez en electricidad en el generador. Energía geotérmica d alta temperatura: la energía esta temperatura está comprendida entre los 150°y 400°C se produce vapor en la superficie y mediante una turbina genera electricidad Energía geotérmica de temperaturas medias: es aquella en la que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas normalmente entre 70° y 150°C. Energía geotérmica de baja temperatura: en esta los fluidos están a temperatura de 50° a 70°C Energía geotérmica de muy baja temperatura: en esta los fluidos de calientan a temperaturas comprendidas entre 20° y °C Las principales zonas geotérmicas geológicas se sitúan en el “anillo de fuego”, allí donde colisionan las placas tectónicas terrestres y Oceanía, que comprenden los andes, centro América de México, las cordilleras de EEUU y Canadá, la cordillera de aleutiana (Alaska), la península de Kamchatka (Rusia), Japón, indonesia y nueva Zelanda. A ellos se añaden las áreas donde las placas fragmentan como Islandia, el atlántico medio o los valles de áfrica. La TOSCANA Italiana, en 1904, fue la primera en utilizar energía geotérmica para producir electricidad, en 1913 se construyo la primera central en landarello, La segunda se levanto en nueva Zelanda
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Universidad veracruzana Ventajas • • •
Autorrenovable. Aprovecha al agua que surge naturalmente a temperatura de evaporación. Poco contaminante.
Desventajas • • •
Costo relacionado con la profundidad. Temperaturas poco elevada excepto en casos muy favorables. Localizacion precisa.
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Universidad veracruzana Centrales termoeléctricas. Una central termoeléctrica es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la quema de algún combustible fósil como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir un alternador y producir electricidad. Este tipo de instalación recibe el nombre de central nuclear. Las centrales termoeléctricas clásicas emplean la combustión del carbón, petróleo o gas natural para generar la energía eléctrica, siendo sus componentes principales: caldera de combustión turbina de vapor, generador, torres de enfriamiento e instalaciones de control como se observa en la figura siguiente, en la actualidad se están construyendo numerosas c centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado que son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de gas.
Como los gases tienen todavía una temperatura alta, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez vapor. Cada una de estas turbinas esta acoplada a su correspondiente generador para generarla electricidad como en una central termoeléctrica clásica. Como la diferencia de temperatura que se produce en la combustión y los gases de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos del orden de 55%
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