NORMA ARGENTINA
IRAM 2106* Segunda edición 1998-12-15
Transformadores de potencia Métodos de ensayo para la medición de las pérdidas, de la corriente en vacío y de las impedancias de corto circuito. Power transformers
Test methods for measuring of losses, no-load current and short-circuit impedances.
* Corresponde a la revisión de la norma IRAM 2106:1972, a la que la presente, junto con la norma IRAM 2 099:1994, reemplaza y anula.
Referencia Numérica: IRAM 2106:1998
Prefacio El Instituto Argentino de Normalización (IRAM) es una asociación civil sin fines de lucro cuy as finalidades específicas, en su carácter de Organismo Argentino de Normalización, son establecer normas técnicas, sin limitaciones en los ámbitos que abarquen, además de propender al conocimiento y la aplicación de la normalización como base de la calidad, promoviendo las actividades de certificación de productos y de sistemas de la calidad en las empresas para brindar seguridad al consumidor. IRAM es el representante de la Argentina en la International Organization for Standardization (ISO), en la Comisión Panamericana de Normas Técnicas (COPANT) y en el Comité MERCOSUR de Normalización (CMN). Esta norma IRAM es el fruto del consenso técnico entre los diversos sectores involucrados, los que a través de sus representantes han intervenido en los Organismos de Estudio de Normas correspondientes. Corresponde a la revisión de la norma IRAM 2106:1972, a la que la presente, junto con la norma IRAM 2099:1994, reemplaza y anula.
Índice 1. OBJETO Y CAMPO DE LA APLICACIÓN 2. NORMAS PARA CONSULTA 3. MÉTODOS DE ENSAYO FIGURAS Anexo A (Informativo) Anexo B (Informativo) Anexo C (Informativo)
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Transformadores de potencia Métodos de Ensayo para la medición de las pérdidas, de la corriente en vacío y de las impedancias de corto circuito. 1.Objeto y Campo de Aplicación
3. Métodos de Ensayos
Esta norma contituye una guía en la que se describen los 3.1 Condiciones generales procedimientos usuales para realizar los ensayos en cortocircuito y en vacío de los transformadores de potencia comprendidos por las normas Se aplican los apartados pertinentes al capítulo 10 de la norma IRAM IRAM 2099 y 2276, para la medición de las pérdidas y la corriente en 2099 con los agregados siguientes: vacío.
3.1.1 Tensión
Esta guía debe aplicarse en forma conjunta con la norma IRAM 2099, por lo cual es imprescindible la consulta simultánea de dicha norma. 3.1.1.1 Se considera que la tensión de ensayo es prácticamente senoidal cuando su distorsión armónica total no excede del 5% y el contenido de 2. Normas para Consulta armónicas pares es menor que el 1%.
Los documentos normativos siguientes contienen disposiciones, las cuales mediante su cita en el texto, se transforman en prescripciones para la presente norma IRAM. Las ediciones indicadas eran las vigentes en el momento de su publicación. Todo documento es susceptible de ser revisado y las partes que realicen acuerdos basados en esta norma se deben esforzar para buscar la posibilidad de aplicar sus ediciones más recientes.
NOTA: El factor de distorsión armónica total DAT se define como la relación porcentual entre el valor eficaz de todos los armónicos y el valor eficaz de la fundamental:
3.1.1.2 Cuando se emplee una fuente trifásica simétrica de tensión, se la Los organismos internacionales de normalización y el IRAM, mantienen considerará aceptable si la diferencia entre cualquier tensión entre fases y registros actualizados de sus normas. el promedio de todas las tensiones entre las fases no excede del 2%. IRAM 2018:1995 – Transformadores de potencia. Ensayos de 3.1.2F recuencia calentamiento. (IEC 76-2:1993) IRAM 2099:1994 – Transformadores de potencia. Generalidades. (IEC 3.1.2.1 La frecuencia de la tensión de ensayo debe coincidir con la 76-1:1993) nominal 2%. IRAM 2276:1990 – Transformadores de potencia secos. (IEC 726:1982)
3.1.2.2 Si la frecuencia de ensayo difiere en más del 2% de la IRAM 2471:1994 – Transformadores de potencia. Guía de aplicación. nominal, la validez de los resultados y sus eventuales correcciones, deberán ser objeto de un convenio previo. (IEC 606:1978)
3.1.3 Resistencia de los arrollamientos
3.2.1.4 La temperatura de los arrollamientos durante el ensayo se determina según se indica en la norma IRAM 2018.
3.1.3.1 La resistencia de los arrollamientos se determina conforme a lo prescripto en la norma IRAM 2099.
3.2.2 Pérdidas debidas a la carga
3.1.3.2 Para los arrollamientos trifásicos se considerará, a los efectos de los ensayos contemplados en esta norma, el valor promedio de las 3.2.2.1 Las pérdidas debidas a la carga en las condiciones de ensayo resistencias medidas en cada fase. están dadas por la indicación del wattímetro (o la suma algebraica de las lecturas de los wattímetros), a la que se le resta el consumo, obtenido por el cálculo, de los instrumentos de medición. 3.1.4 Instrumentos y circuitos de ensayo Para la elección de los instrumentos de medición y del circuito de ensayo debe prestarse especial atención a que en la medición de potencia activa de cargas realmente reactivas, mediante wattímetros y transformadores de medición, el parámetro que compromete la exactitud de la determinación, es el error de ángulo de los transformadores de medición.
3.2 Ensayo en cortocircuito 3.2.1 Procedimiento
3.2.2.2 Cuando el ensayo se realiza a una corriente distinta de la nominal, debe corregirse el valor obtenido según 3.2.2.1 aplicando lo especificado en la norma IRAM 2099. 3.2.2.3 Se calculan las “pérdidas óhmicas” y las “pérdidas adicionales”, ambas a la temperatura de referencia, aplicando los métodos del anexo E de la norma IRAM 2099.
3.2.3 Impedancia de cortocircuito
3.2.3.1 La impedancia de cortocircuito Z e a la temperatura del ensayo Este ensayo se realiza según lo indicado en la norma IRAM 2099, se determina con la fórmula siguiente: siguiendo también las prescripciones complementarias dadas a continuación: siendo: 3.2.1.1 La conexión para la puesta en cortocircuito debe ser lo más Ie= la corriente de ensayo, establecida según lo indicado corta posible y tener una sección no menor que la de los terminales en la norma IRAM 2099; que llegan a los bornes. Ue= la tensión de cortocircuito a la corriente de ensayo Ie. 3.2.1.2 Los cortocircuitos de ensayo se ilustran en las figuras 1 a 6, debiéndose disponer, como en ellas se indica, que los voltímetros y los 3.2.3.2 La tensión de cortocircuito U está dada por la indicación del e circuitos voltimétricos de los wattímetros estén conectados del lado de voltímetro o, en un transformador trifásico, por el promedio aritmético la carga, con respecto a los circuitos de corriente. Es preferible el uso de las indicaciones de los voltímetros, convertido a un valor de fase. del circuito de medición de tres wattímetros. 3.2.3.3 Se determina la componente resistiva R e de la impedancia de 3.2.1.3 La exactitud de los valores obtenidos en este ensayo debe ser cortocircuito a la temperatura del ensayo con la fórmula siguiente: compatible con las tolerancias establecidas en la norma IRAM 2099 para cotejar los valores medidos con los valores especificados. A tal efecto, se considera satisfactoria una exactitud global de 2% aproximadamente. Para ello, se deberán utilizar instrumentos de medición de características, alcance y clase de exactitud adecuados, así como también efectuar las correcciones pertinentes cuando siendo l l a corriente nominal del arrollamiento sobre el que se efectúan r corresponda (ver el anexo A). las mediciones.
3.2.3.4 Se calcula la componente reactiva X de la impedancia de cortocircuito con la fórmula siguiente:
3.2.3.5 Se determina la componente resistiva R de la impedancia de cortocircuito a la temperatura de referencia, aplicando la fórmula siguiente:
Este ensayo se realiza según lo indicado en la norma IRAM 2099, siguiendo también las prescripciones complementarias dadas a continuación: 3.3.1.1 Los circuitos de ensayo se ilustran en las figuras 7 a 12, debiendo disponerse, como en ellas se indica, que los voltímetros y los circuitos voltimétricos de los wattímetros estén conectados del lado de la carga, con respecto a los circuitos de corriente. Se recomienda, en todos los casos, utilizar el circuito de medición de tres wattímetros, ya que en el método de los dos wattímetros el error de medición puede llegar a ser muy grande.
3.3.1.2 La exactitud de los valores obtenidos en este ensayo debe ser compatible con las tolerancias establecidas en la norma IRAM 2099 para cotejar los valores medidos con los valores especificados. A tal efecto, 3.2.3.6 Se determina, finalmente la impedancia de cortocircuito Z a la se considera satisfactoria una exactitud global del 2% temperatura de referencia, en ohm por fase, mediante la fórmula aproximadamente. Para ello, se deberán aplicar metodologías y utilizar instrumentos de medición de características, alcance y clase de siguiente: exactitud adecuados, así como también efectuar las correcciones pertinentes cuando corresponda (ver el anexo A). 3.3.2 Pérdidas en vacío Las pérdidas en vacío están dadas por el wattímetro (o la suma Este valor se puede expresar también en “por unidad” o en porcentaje, algebraica de las lecturas de los wattímetros), a la que se resta el según lo especificado en la norma IRAM 2099. consumo, obtenido por cálculo, de los instrumentos de medición (ver el anexo A). 3.2.4 Transformadores de más de dos arrollamientos
Los transformadores de más de dos arrollamientos se ensayan tomando los arrollamientos de a pares, según lo prescripto en las normas IRAM 2099 y 2471.
3.3.3 Corrientes en vacío 3.3.3.1 Conforme a lo indicado en la norma IRAM 2099, la corriente en vacío se mide simultáneamente con las pérdidas en vacío.
3.3.3.2 La corriente en vacío es igual al valor eficaz de la intensidad, indicado por el amperímetro o, en un transformador trifásico, al Los autotransformadores se ensayan aplicando lo mismos métodos promedio de las indicaciones de los amperímetros de las distintas fases. descriptos anteriormente, considerando, para el circuito equivalente, Además, en el informe del ensayo deberán constar los valores de las impedancias vistas desde los bornes de alimentación (ver figuras 2, corriente medidos en cada fase. 3, 4 y 5).
3.2.5 Autotransformadores
3.3 Ensayos en vacío 3.3.1 Procedimiento
FIGURAS
F
W
V
A Fig. 1 – Ensayo en cortocircuito: Circuito para ensayar un transformador monofásico de dos arrollamientos.
F
W
V
A
Fig.2 – Ensayo en cortocircuito: Circuito para ensayar un autotransformador excitado por el lado de mayor tensión.
F
W
V
A Fig. 3 – Ensayo en cortocircuito: Circuito para ensayar un autotransformador con el lado de mayor tensión en cortocircuito.
F
W
V
A Fig. 3 – Ensayo en cortocircuito: Circuito para ensayar un autotransformador con el arrollamiento serie en cortocircuito.
A
W
F
V A
W V
A
W
a) Medición de la potencia con el método de los tres wattímetros. Fig. 6 – Ensayo en cortocircuito: Circuito para ensayar un transformador trifásico con una fuente de alimentación trifásica.
A
W
F
V A V A
W
b) Medición de la potencia con el método de los dos wattímetros. Fig. 6 – Ensayo en cortocircuito: Circuito para ensayar un transformador trifásico con una fuente de alimentación trifásica.
F
W
V
Vm
A Fig. 7 – Ensayo en vacío: Circuito para ensayar un transformador monofásico sin transformadores de medición.
A
W
F
V
Vm
Fig. 8 – Ensayo en vacío: Circuito para ensayar un transformador monofásico con transformadores de medición.
L1
A
W
L2
A
W
A
W
F L3
V
VM
V
VM
V
VM
N
Fig. 9 – Ensayo en vacío: Circuito para ensayar un transformador trifásico con neutro accesible, con tres wattímetros.
L1
A
W
L2
A
W
A
W
F L3
V
VM
V
VM
V
VM
N
Fig. 10 – Ensayo en vacío: Circuito para ensayar un transformador trifásico sin neutro accesible, con tres wattímetros.
L1
A
W
L2
A
W
A
W
F L3
V
VM
V
VM
V
VM
Fig. 11 – Ensayo en vacío: Circuito para ensayar un transformador trifásico sin neutro accesible, con dos wattímetros.
L1
A
W
L2
A
W
A
W
F L3
V
VM
V
VM
V
VM
Fig. 12 – Ensayo en vacío: Circuito para ensayar un transformador trifásico con neutro accesible, con dos wattímetros.
Nota: para que el método de la Figura 12 sea válido debe asegurarse que el neutro del transformador quede flotante sin conexión alguna a tierra o al neutro de la fuente.
Anexo A
(Informativo) EJEMPLO DE DETERMINACIÓN DE ERRORES EN UN ENSAYO EN VACÍO A.1 Introducción La cota del 2% fijada para la incertidumbre en la determinación de las pérdidas involucra a lat otalidad de los errores (instrumentales y de lectura). No basta, por lo tanto, establecer solamente la jerarquía de los componentes del equipo de medición. A título de ejemplo se analizan los errores de una determinación de potencia en vacío, efectuada sobre un transformador habitual en nuestro mercado. A.2 Desarrollo del ejemplo Transformador:
S = 5MVA
Relación: 33/13,86kV
Método de medición:
3 wattímettros conectados a través de transformadores de tensión y corriente. Ensayo desde el lado BT. Los elementos de medición son idénticos para las tres fases.
Instrumentos:
Transformadores de tensión: CI. 0,2 Transformadores de corriente: CI. 0,2
5/5 (transformador de aislación)
Wattímetros:
CI. 0,2 AU =75 V Kö = 0,1 N = 150
Voltímetro (V y V)
A = 150 V
N = 150
Amperímetros
A = 1,2 A
N = 120
La potencia observada resulta:
AI = 5 A
donde: Kp = KTT K TI K W KTT KTI KW È
la relación de transformación de los transformadores de tensión; la relación de transformación de los transformadores de corriente; la constante de escala de los wattímetros; la lectura efectuada en cada wattímetro.
Del mismo modo: KI = KTT KA y KU = K TT KAV En nuestro ejemplo: Kp = 120.1.0,25 = 30W KI = 0,01.1 = 0,01A
KU = 120.1 = 120V
Nota 1: Si bien no es habitual, pueden no ser idénticos los sistemas de medición de las distintas fases. Habrá, como consecuencia, constantes diferentes para cada paso.
La potencia neta resulta: P = P0 – P 1 donde: P1
es el consumo instrumental (voltímetros y partes voltimétricas de los wattímetros).
Nota 2: Cuando el consumo instrumental se encuentra dos órdenes de magnitud por debajo del mesurando, su valor queda comprendido dentro de los errores de medición y su corrección no es necesaria.
Dada la forma de la expresión de definición, el error en P 0s e expresa como:
P0=
PU+
P0
PV +
Pw
P0
Los valores obtenidos en el ensayo se detallan en la tabla siguiente: Fase U V W
KU 120 120 120
Voltímetro è U 66,6 7 992 66,8 8 016 66,7 8 004
KI 0,01 0,01 0,01
Amperímetro è I 94,8 0,95 69,0 0,69 95,2 0,95
KP 30 30 30
Wattímetro è P 78,8 2 364 62,5 1 875 38,3 1 149
No disponiendo de la curva de calibración de los transformadores de medición trazada en las condiciones del ensayo, sus incertidumbres deben tomarse en base a las cotas de la norma. Para los TT corresponden: = 0,2%
× = 0,30 centirrad
en tanto que, para los TI, sus errores serán función del valor de la corriente medida y del factor de potencia aparente. Es así que, para las fases U y W resulta = 0,25% y â = 0,42 centirradianes. En consecuencia, los errores en la medición de potencia de las distintas fases puede expresarse por:
PU / PU= 0,38 + 0,25+ (0,40 + 0,30)tg71,9º = 2,76%
PU = 65W
PU / PU= 0,48 + 0,34+ (0,42 + 0,30)tg70,2º = 2,82%
PU = 53W
PU / PU= 0,78 + 0,25+ (0,40 + 0,30)tg81,3º = 5,61%
PU = 64W
De donde el error total en la medición de potencia alcanza al 3,4% a pesar de la jerarquía del instrumental empleado. A.3 Conclusiones Como se aprecia, no es suficiente establecer la jerarquía del instrumental para asegurar que el ensayo satisfaga las exigencias de esta norma. Lo que debe garantizarse es el límite de incertidumbre en la medición total.
Anexo B
(Informativo) BIBLIOGRAFÍA Para la revisión de esta norma se tuvieron en cuenta los antecedentes siguientes:
IRAM – INSTITUTO ARGENTINO DE RACIONALIZACIÓN DE MATERIALES IRAM 2099:1994 – Transformadores de potencia. Generalidades. IRAM 2106:1972 – Transformadores para transmisión y distribución de energía eléctrica. Ensayos en vacío y en cortocircuito. IRAM 2471:1994 – Transformadores de potencia. Guía de aplicación.
IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION IEC 76:1967 – Power transformers. IEC 76-1:1976 - Power transformers. Part 1: General.
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 5380:1982 – Transformador de potencia. Método de ensaio.
ARTÍCULOS TÉCNICOS “Una consideración acerca de los ensayos de vacío y cortocircuito en transformadores” – Ing. R. J. García y Dr. H. E. Somoza – Revista Electrotécnica, Marzo/Abril 1982 (págs. 111 y 112). Información suministrada por los Miembros del Subcomité y propia de IRAM fundamentada en la experiencia obtenida por la aplicación de la edición anterior de esta norma.
Anexo C
(Informativo) La revisión de esta norma ha estado a cargo de los organismos respectivos, integrados en la forma siguiente:
Comisión de Transformadores de Potencia Integrante Ing. D. A. ALEMANN Ing. C. ÁLVAREZ MARTÍN Ing. Juan C. ARCIORI Ing. F. CAMPUS Ing. Ricardo DIAS Ing. J. DUDYK Ing. Domagoj GALINOVIC Ing. Ricardo GARCÍA Ing. D. A. GONZÁLEZ Ing. J. B. GUZMÁN Téc. A. LINARDELLI Ing. O. R. MARTÍN Ing. Juan C. MINGRONE Ing. Alejandro OGHIEVSKI Ing. Carlos A. PÉREZ Ing. E. POLONI Ing. A. RABOLINI Ing. Ismael L. REY Ing. Eduardo RIMONDI Ing. Luis O. SCHUJMAN Ing. Osvaldo D. PETRONI
Representó a: ESTABLECIMIENTO MIRÓN S.A. ADEERA ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA TUBOS TRANS ELECTRIC S.A. LEDE-SIECYT-FAC. ING. (U.N.L.P.) S.E.CH.E.E.P. TRANSENER S.A. INTI TUBOS TRANS ELECTRIC S.A. LAB. ALTA TENSIÓN – U.N.C. EMSE EPE – SANTA FE ADEERA INVITADO ESPECIALISTA TUBOS TRANS ELECTRIC S.A. ADEERA ESTABLECIMIENTOS MIRÓN S.A. TADEO CZERWENY S.A. TUBOS TRANS ELECTRIC S.A. FAC. CS. EXTAS. E ING. – U.N.R. IRAM
Comité General de Normas (C.G.N.) Integrante Ing. Juan C. ARCIONI Ing. Severiano ITUARTE Ing. Samuel MARDYKS Ing. Norberto O’NEILL Ing. Rodolfo BARBOSA
