NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 1005 1975-08-06
TRANSFORMADORES. DETERMINACIÓN DE CORTOCIRCUITO
E:
LA
TENSIÓN
DE
TRANSFORMERS. DETERMINATION OF SHORT CIRCUIT VOLTAGE.
CORRESPONDENCIA:
DESCRIPTORES:
transformador, tensión de cortocircuito, ensayo eléctrico, ensayo.
I.C.S.: 29.180.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Santafé de Bogotá, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435
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PRÓLOGO
El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. El ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 1005 fue ratificada por el Consejo Directivo el 75-08-06. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 383101 Transformadores eléctricos. ANDINA DE TRANSFORMADORES S.A. ASEA BROWN BOVERI LTDA. BOBITEC Y/O JULIO CÉSAR CUADROS SALAZAR CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DEL CAUCA CORPORACIÓN ELÉCTRICA DE LA COSTA ATLÁNTICA ELECTRIFICADORA DE CUNDINAMARCA ELECTRIFICADORA DE SANTANDER S.A. ELECTRIFICADORA DEL ATLÁNTICO ELECTRIFICADORA DEL TOLIMA S.A. ELECTROPORCELANA GAMMA S.A. EMPRESA COLOMBIANA DE PETRÓLEOS S.A. EMPRESA DE ENERGÍA DE BOGOTÁ EMPRESAS MUNICIPALES DE CALI EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN FBM LTDA. FORJAS INDUSTRIALES DE COLOMBIA LTDA. FORJAS TÉCNICAS LTDA. INDUSTRIAS ELKA LTDA. INDUSTRIAS TÉCNICAS RISARALDA
INDUSTRIAS TYF S.A. INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S.A. MOTORES MVA DE COLOMBIA NAVARRO GONZÁLEZ Y CÍA. PROTECVOLT LTDA. RYMEL INGENIERÍA ELÉCTRICA LTDA. SERVICIOS ELECTROINDUSTRIALES LKS LTDA. SERVICIOS TECNOELECTROINDUSTRIALES RBT BARRETO SIEMENS SOCIEDAD ANÓNIMA SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO TESLA TRANSFORMADORES LTDA. TRANSFORMADORES B Y S TRANSFORMADORES C.D.M. LTDA. TRANSFORMADORES HOKAYA LTDA. TRANSFORMADORES SIERRA LTDA. UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DEL VALLE UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
El ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales.
DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 1005
TRANSFORMADORES. DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO
1.
OBJETO
1.1 Esta norma tiene por objeto establecer los métodos de ensayo para determinar la tensión de cortocircuito de los transformadores. 1.2
Para efectos de esta norma, deben consultarse las NTC 316 y NTC 532.
2.
DEFINICIONES
2.1
Para los efectos de esta norma, las definiciones son las establecidas en la NTC 317.
3.
CONDICIONES GENERALES
3.1 La impedancia consta de una componente activa la cual corresponde a las pérdidas de cortocircuito y de una componente reactiva que corresponde al flujo de dispersión en los devanados. No es práctico medir estas componentes separadamente, pero pueden calcularse después de medir las pérdidas totales y la tensión de cortocircuito. 3.2 El valor de la tensión de cortocircuito o tensión de impedancia está generalmente entre el 1 % y el 15 % de la tensión nominal del devanado de excitación y este valor puede usarse como guía para seleccionar la tensión de ensayo. 3.3 Las componentes resistiva y reactiva de la tensión de cortocircuitos se pueden determinar por medio de las siguientes ecuaciones: Ur =
Ux =
PZ I
U2z - Ur2
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Donde: Ur
=
caída de tensión resistiva, en voltios.
Ux
=
caída de tensión reactiva, en voltios.
Uz
=
tensión de cortocircuito, en voltios.
Pz
=
potencia medida en el ensayo, en vatios.
I
=
corriente en el devanado de excitación, en amperios.
3.4 Para obtener los valores por unidad, se dividen los valores de tensión Ur, Ux y Uz por la tensión nominal del devanado de excitación (Un). Para valores en porcentaje, se multiplican por 100 veces estos valores por unidad. 3.5 La componente I2R de las pérdidas de impedancia aumenta con la temperatura. La componente correspondiente a las pérdidas adicionales disminuye con la temperatura. 3.5.1 Cuando se desea determinar Pz a una temperatura diferente de la de ensayo, las componentes se convierten así:
Pr' = Pr
T1 + T ' T1 + T
Ps' = Ps
T1 + T T1 + T
Donde: Ps
=
pérdidas adicionales a la temperatura T.
Pr’
=
pérdidas activas a la temperatura especificada T´.
Ps
=
pérdidas adicionales a la temperatura T´.
Pr
=
pérdidas activas a la temperatura T.
T
=
temperatura de ensayo en °C.
T1
=
234,5 °C para el cobre. 225 °C para el aluminio.
T
=
temperatura a la cual se desean determinar las pérdidas, en °C.
3.5.1.1 Las pérdidas activas (I2R) y las pérdidas adicionales, se determinan de acuerdo con el numeral 6.1.1.8.
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4.
ENSAYOS
4.1
PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS DE DOS DEVANADOS
4.1.1 Uno de los devanados del transformador (del lado de alta tensión o del lado de baja tensión) debe ponerse en corto y se aplica al otro devanado una tensión a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule la corriente nominal por los devanados (véase la Figura 1). En caso de que no se puedan alcanzar los valores nominales de corriente, se puede utilizar una corriente no menor del 25 % de In, corrigiendo el valor obtenido. El ensayo debe realizarse sobre la derivación principal.
Figura 1
4.1.2 Con la corriente y frecuencia ajustada a los valores de ensayo, se toman lecturas en el amperímetro, vatímetro, voltímetro y frecuencímetro. 4.1.3 Se desconecta el transformador bajo ensayo y se lee en el vatímetro la potencia consumida, la cual representa las pérdidas en el equipo de medida. 4.1.4 Es suficiente medir y ajustar la corriente en el devanado excitado solamente, porque la corriente en el devanado en cortocircuito, debe estar en el valor correcto (exceptuando un valor despreciable debido a la corriente de excitación). 4.1.5 Si se coloca el equipo de medida en serie con el devanado en cortocircuito, para medir su corriente, se puede introducir un gran error en la impedancia, debido a las pérdidas y la caída de tensión en dicho equipo. 4.1.6 La temperatura del devanado debe tomarse antes y después de la medida de tensión de cortocircuito; el promedio se toma como el valor verdadero. La temperatura del devanado antes del ensayo se considera igual a la temperatura del aceite, cuando el transformador no ha sido excitado por lo menos 8 h antes del ensayo.
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4.1.7 El conductor usado para poner en cortocircuito transformadores de alta corriente y baja tensión, debe tener una sección transversal igual o mayor que aquélla de los conductores terminales del devanado correspondiente, debe ser tan corto como sea posible y mantenerse retirado de masas magnéticas. Los contactos deben estar limpios y bien ajustados. 4.1.8 Las pérdidas I2R de los dos devanados se pueden calcular con la resistencia medida (corregida para la temperatura a la cual se realiza el ensayo) y la corriente utilizada en el ensayo. Las pérdidas adicionales se obtienen restando de Pz las pérdidas I2R. 4.2
PARA EL ENSAYO AUTOTRANSFORMADORES
4.2.1
Procedimiento
DE
TENSIÓN
DE
CORTOCIRCUITO
DE
El autotransformador puede ensayarse sin cambiar sus conexiones interiores. 4.2.2 El ensayo se puede efectuar poniendo en cortocircuito los terminales de entrada (o salida) y aplicando tensión a los otros terminales, de modo que circule la corriente nominal. La conexión es la que se indica en la Figura 2. 4.2.3 El devanado serie y el común de un autotransformador, pueden considerarse como devanados separados; uno debe ponerse en cortocircuito y el otro excitar para el ensayo de impedancia. a)
Cuando se sigue este procedimiento, la corriente debe ajustarse al valor nominal del devanado excitado, la cual puede o no ser igual a la corriente de línea establecida en el numeral 4.1.2.
Figura 2
b)
Con la precaución anterior seguida, tanto las pérdidas de cortocircuito, como la potencia aparente del autotransformador deben ser las mismas por cualquier método. La tensión de cortocircuito medida a través de los devanados en serie, corresponde a los terminales de alta tensión del autotransformador. La tensión de cortocircuito en el devanado común, corresponde a los terminales de baja tensión del autotransformador.
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4.3
PARA EL ENSAYO DE TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS CON TENSIÓN TRIFÁSICA
4.3.1
Procedimiento
Los tres terminales del devanado de alta tensión o baja tensión deben unirse rígidamente y se aplica a los terminales del otro devanado una tensión trifásica balanceada de frecuencia nominal y valor adecuado con el fin de hacer circular la corriente nominal (véase la Figura 3).
Figura 3
4.3.2 El procedimiento es similar al seguido para transformadores monofásicos, excepto que las conexiones y medidas son trifásicas en lugar de monofásicas. 4.3.3 Las lecturas de los vatímetros deben ser aproximadamente iguales y deben sumarse algebráicamente sus valores para obtener las pérdidas totales. 4.3.4 Si las tres corrientes de línea no pueden ser balanceadas se toman los valores eficaces promedios. 4.4
PARA EL ENSAYO DE TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO CON TENSIÓN MONOFÁSICA
4.4.1
Procedimiento
El devanado al cual se aplica la tensión debe estar conectado en ∆ y con un extremo abierto. a)
Los otros arrollamientos pueden estar conectados en ∆ (en cuyo caso no es necesario ponerlo en cortocircuito) o en Y, caso en el cual es necesario conectar los terminales a su neutro.
4.4.2 Con excepción de las anteriores modificaciones el procedimiento es similar al ensayo de tensión de cortocircuito para transformadores monofásicos. 5
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4.4.3 La tensión de cortocircuito obtenida es tres veces la tensión de cortocircuito de una fase de transformador, lo cual debe tenerse en cuenta para convertir los valores obtenidos en porcentaje o por unidad. a)
Para la conversión debe utilizarse la siguiente fórmula: Tensión de cortocircuito medida Uz% = -------------------------------------------------------------------------3 x tensión nominal del devanado de excitación en ∆
x 100
4.4.4 Este método de ensayo no reproduce exactamente las condiciones de impedancia trifásica y tiende a dar unas pérdidas mayores por introducir pérdidas de secuencia cero en la medida (la mayor parte en el tanque). a)
El efecto es más pronunciado en transformadores del tipo columna; por consiguiente no es adecuado para transformadores de alta reactancia.
4.4.5 Un ensayo monofásico alternativo es aplicable sin tener en cuenta cuál de los devanados está conectado en ∆, Y, zig-zag o cualquier combinación de los mismos. El neutro no se utiliza y tampoco es necesario abrir un extremo de la delta. 4.4.5.1 Se ponen en cortocircuito los tres terminales de un devanado y se aplica una tensión monofásica de frecuencia nominal a dos terminales del otro devanado, ajustándolo hasta que circule la corriente nominal. 4.4.5.2 Se toman tres lecturas sucesivas sobre los tres terminales escogidos de dos en dos: U y V, V y W, W y U. a)
Los valores tomados son: 1,5 (Puv + Pvw + Pwu) Pérdidas de cortocircuito = -----------------------------------3 0,866 (Euv + Evw + Ewu) Tensión de cortocircuito = --------------------------------------3
Siendo: PyE =
valores individuales de pérdidas y tensión respectivamente, medidas de acuerdo con los subíndices indicados.
4.4.5.3 Las pérdidas adicionales, se pueden obtener restando de las pérdidas de cortocircuito las pérdidas I2R en el transformador. Si R1 es la resistencia medida entre los terminales de alta tensión y R2 entre los terminales de baja tensión, I1 e I2 las corrientes nominales respectivas. Las pérdidas totales I2R de las tres fases deberán ser: 6
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2
2
2
Total I R = 1,5 (I1 R1 + I2 R2) vatios.
a)
La fórmula anterior es igualmente aplicable a devanados conectados en Y ó en ∆
b)
Deben hacerse correcciones de temperatura de acuerdo con lo establecido en el numeral 3.5.1.
4.5
PARA EL ENSAYO DE TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR DE TRES DEVANADOS
4.5.1
Procedimiento
En un transformador (monofásico o trifásico) de tres devanados se mide la tensión de cortocircuito entre cada par de devanados, (lo cual significa tres mediciones de tensión de cortocircuito) siguiendo el mismo proceso utilizado para transformadores monofásicos. 4.5.2 Si la capacidad en kVA de los diferentes devanados no es la misma, la corriente utilizada para el ensayo de tensión de cortocircuitos es la correspondiente al devanado bajo ensayo de menor capacidad. a)
Cuando los datos anteriores se convierten a valores en porcentaje, deben tomarse como base los mismos kVA de salida, preferiblemente los correspondientes al devanado primario.
4.5.3 La tensión de cortocircuito equivalente de cada devanado puede determinarse mediante las ecuaciones:
µ z1 =
µ z2 =
µ z3 =
µ z12 - µ z 23 + µ z 31 2
µ z 23 - µ z 31 + µ z12 2
µ z 31 - µ z12 + µ z 23 2
= µ 23
= µ 31
= µ 12
Siendo: µz12, µz23, µz31 = µ
=
tensiones de cortocircuito medidas entre pares de devanados, en la forma indicada, expresada en los mismos kVA base. Impedancia mutua equivalente entre pares de devanados. 7
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4.5.4 El tratamiento de las pérdidas de cortocircuito para cada devanado, como corrección por temperatura, debe hacer en la misma forma que para transformadores monofásicos de dos devanados. 4.5.5 Las pérdidas totales en un transformador de tres devanados, son aproximadamente la suma de las pérdidas en los tres devanados, determinadas para las condiciones de carga de los devanados. 5.
APÉNDICE
5.1
NORMAS QUE DEBEN CONSULTARSE.
Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de este texto, constituyen la integridad del mismo. En el momento de la publicación eran válidas las ediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última versión de las normas mencionadas. NTC 316: Transformadores. Ensayo de calentamiento para transformadores sumergidos en líquido refrigerante con elevación de 60 °C de temperatura en los devanados. NTC 317: Electrotecnia. Transformadores de potencia y de distribución. Terminología. NTC 532: Transformadores. Aptitud para soportar el cortocircuito. 5.2
ANTECEDENTE
AMERICAN NATIONAL STANDARS INSTITUTE. Test Code for Distribution, Power and Regulating Transformers and Shunt Reactors. New York, 1973 45 p. iL. (ANSI C57.12.90/1973). INTERNATIONAL ELECTROTECNICAL COMMISSION. Power Transformers, Geneve. 1967 (IEC 76-1967).
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