OLIDEN -MEDIDAD

5-10-2017

LABORATORIO N°2 PRUEBAS ELECTRICAS EN TRANSFORMADORES

NOMBRE: REYES PARRILLA RICHAR PIZARRO BAZAN DANIEL OLIVOS CHAVEZ ALEXIS MONTEZA DIAZ JUAN DOCENTE: ING. HECTOR OLIDEN NUÑEZ.

PRUEBAS ELECTRICAS EN TRANSFORMADORES

1

INTRODUCCION El transformador es probablemente una de las maquinas eléctricas mas útiles que se ha inventado. Este dispositivo puede elevar o reducir el voltaje, asi como corriente en un circuito de CA, lo cual permite trasmitir energía eléctrica atravez de grandes distancias y distribuirla de manera segura en industrias y hogares.


2

1. OBJETIVOS:  

Realizar las pruebas eléctricas de circuito abierto y corto circuito en un transformador. transformador. Determinar los parámetros eléctricos del circuito equivalente de un transformador real.

2. FUNDAMENTO TEORICO Para los transformadores de potencia existe una rutina de pruebas de mantenimiento predictivo que complementan los análisis fisicoquímicos y de cromatografía de gases que se realizan en el aceite dieléctrico aislante, estas pruebas son de tipo eléctrico y sirven para determinar si el transformador conserva sus características características electromecánicas. Estas pruebas se realizan directamente sobre el transformador desenergizado con resultados inmediatos y permiten tomar decisiones sobre la necesidad de programar actividades de mantenimiento preventivo y/o correctivo antes de que acurra una falla grave.

PRUEBAS ELECTRICAS 2.1. PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO Consiste en verificar que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia minima soportable bajo la operación a la que serán sometidos, asi como de comprobar la no inadecuada conexión entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseño del producto y que no existan defectos en el mismo. El método usual para medir la resistencia de aislamiento de un transformador, es haciendo uso del aparato llamado MEGGER, que es un instrumento indicador de lectura directa y cuya escala esta graduada en Megaohms. Su principio se basa en aplicar un determinado se basa en aplicar un determinado voltaje de prueba al aislamiento y medir la corriente que proporciona, indicando la lectura en la escala graduada.


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PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA: La prueba de resistencia de aislamiento de un transformadore debe de involucrar las siguientes maniobras de conexión.   

Alta tensión contra baja tensión Baja tensión contra alta tensión mas tierra Alta tensión contra baja tensión mas tierra

2.2. RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. 

 









El transformador transforma dor a probar debe aislarse totalmente de las líneas, buses o barras, para lo cual es necesario desconectar y retirar los conductores de todas las terminales de boquillas, incluyendo el o los neutros de los devanados del sistema de tierra. Limpiar la porcelana de las boquillas quitando el polvo, suciedad, etc. Colocar puentes entre las terminales de las boquillas de cada devanado; primario, secundario y en su caso el terciario. Colocar el instrumento de prueba sobre una base firme a una distancia tal del equipo a probar, que permita el buen manejo de los cables de prueba. Nivelar el medidor centrando la burbuja con los tornillos de ajuste (en el caso del medidor de resistencia de aislamiento analógico). Conectar adecuadamente las terminales de prueba al transformador que se va a probar, girar el selector a la posición de prueba hasta el valor de tensión preseleccionado y encender el equipo. En todos los medidores de resistencia de aislamiento se debe usar cable de prueba prueba blindado en la terminal de Línea y conectar este blindaje a la terminal de guarda, para no medir la corriente de fuga en las terminales o a través del aislamiento del cable.






4

Registrar el porciento de humedad relativa. Efectuar las pruebas cuando la humedad sea menor del 75%. Registrar la temperatura del aceite y del devanado.

2.3. COMPROBACIÓN DEL MEDIDOR DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO 







Para verificar la posición de la aguja indicadora en la marca de infinito del medidor analógico, poner en operación el equipo y mover si es necesario el tornillo de ajuste hasta que la aguja se posicione en la marca de Infinito. Realizar este ajuste bajo condiciones ambientales controladas. Para medidores micro procesados al encender el equipo, automáticamente este realiza su rutina de auto prueba. Para verificar los cables de prueba conectar estos al medidor cuidando que no exista contacto entre ellos y seleccionar la tensión de prueba, misma que se recomienda sea de 2500 ó 5000 volts. Encender el equipo y comprobar la posición de la aguja indicadora en la marca de infinito. No ajustar la aguja al infinito por pequeñas desviaciones provocadas por las corrientes de fuga de los cables de prueba. Para comprobar la posición cero, conectar entre si las terminales de los cables de prueba (Línea y Tierra), girar la manivela un cuarto de vuelta estando el selector de prueba en 500 o 1000 volts, la aguja debe moverse a la marca de cero.

TRANSFORMADORES DE TRES DEVANADOS PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO


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2.4. PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO DEL NUCLEO La prueba se realiza a transformadores que se preparan para su puesta en servicio, con el objeto de verificar la resistencia de aislamiento del núcleo y su correcto aterrizamiento en un solo punto, comprobando al mismo tiempo la adecuada geometría del núcleo, y asegurando que no haya existido desplazamiento del mismo durante las maniobras de transporte. La prueba es aplicable también a trasformadores en operación que presenten sobrecalentamiento sin llegar a su capacidad nominal. Para realizar la prueba, se utiliza un medidor de resistencia de aislamiento

2.4. RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA 

 



Para transformadores llenos de aceite, reducir el nivel a lo necesario para tener acceso a la conexión del núcleo y tanque; si el transformador tiene presión de nitrógeno, liberarlo por seguridad personal. Retirar la tapa de registro (entrada-hombre). Desconectar la conexión a tierra del núcleo (generalmente localizada en la parte superior del tanque). Preparar el equipo de prueba.

2.5. CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA.  

 

Conectar la terminal de línea del medidor de resistencia de aislamiento al núcleo. Conectar la terminal tierra del medidor de resistencia de aislamiento al tanque del transformador. Efectuar la prueba y registrar el valor de la resistencia. Las conexiones de prueba se muestran en la figura


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2.6. PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO El Factor de Potencia del aislamiento es otra manera de evaluar y juzgar las condiciones del aislamiento de los devanados de transformadores, autotransformadores y reactores, es recomendado para detectar humedad y suciedad en los mismos. Los equipos que se utilizan para realizar la prueba, pueden ser de varias marcas, entre las cuales pueden citarse: James G. Biddle, Nansen y Doble Engineering Co., de esta última, en sus modelos MEU-2.5 kV, M2H-10 kV y M4000-10kV; el ETP de SMC- 10kV ó el Delta 2000 de AVO, entre otros.

2.7. RECOMENDACIONES GENERALES PARA REALIZAR PRUEBAS DE FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO 

 









El transformador a probar debe aislarse totalmente de las líneas, buses o barras, para lo cual es necesario desconectar y retirar los conductores de todas las terminales de boquillas, incluyendo el o los neutros de los devanados del sistema de tierra. La superficie de las boquillas deben de estar limpias y secas. Colocar puentes entre las terminales de las boquillas de cada devanado: primario, secundario y en su caso el terciario. Colocar el instrumento de prueba sobre una base firme y nivelada a una distancia tal del equipo a probar, que permita el buen manejo de los cables de prueba. Antes de conectar el medidor a la fuente de alimentación, verificar su correcto aterrizamiento. Los cambiadores de derivaciones de los transformadores para operar bajo carga o sin carga, deben colocarse en la posición (1) para probar los devanados completos. Efectuar las pruebas cuando la humedad relativa sea menor del 75%.


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2.8. CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA Estando ya preparado el medidor, conectar las terminales de prueba del equipo al transformador. La terminal de alta tensión del medidor, conectarla al devanado por probar y la terminal de baja tensión a otro devanado

2.9. PRUEBA DE CORRIENTE DE EXCITACIÓN La prueba de Corriente de Excitación, en los transformadores de potencia, permite detectar daños o cambios en la geometría geo metría de núcleo y devanados; así como espiras en cortocircuito y juntas o terminales con mala calidad desde su construcción. Las pruebas de corriente de excitación se realizan con el medidor de factor de potencia que se disponga.

2.10. RECOMENDACIONES PARA EFECTUAR LA PRUEBA DE CORRIENTE DE EXCITACIÓN  



Retirar los conductores de la llegada a las boquillas. Todas las pruebas de Corriente de Excitación deben efectuarse en el devanado de mayor tensión. Cada devanado debe medirse en dos direcciones, es decir, primero se energiza una terminal, se registran sus lecturas y enseguida se energiza la otra terminal registrando también sus lecturas; esto con la finalidad de verificar el devanado en sus extremos y corroborar la consistencia de la prueba.


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FACTOR QUE AFECTA A LA PRUEBA En la prueba de Corriente de Excitación un factor que afecta las lecturas, en forma relevante, es el magnetismo remanente en el núcleo del transformador bajo prueba. CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA Se muestran las conexiones de prueba de corriente de excitación para los transformadores tres devanados Las pruebas se realizan con el selector (LV) en la posición de UST. El medidor de 2.5 kV da el resultado en mVA que al dividirlo entre la tensión de prueba d e 2500 volts, se obtiene la corriente de excitación. Los medidores de 10 kV y 12 kV dan la lectura en mA directamente.

PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Se debe realizar la prueba de relación de transformación en todas las posiciones del cambiador de derivaciones antes de la puesta en servicio del transformador. Para transformadores en servicio, efectuar la prueba en la posición de operación o cuando se lleva a cabo un cambio de derivación. También se realiza cada vez que las conexiones internas son removidas debido a la reparación de los devanados, reemplazo de bushings, mantenimiento al cambiador de derivaciones, etc. La prueba determina: Las condiciones del transformador después de la operación de protecciones p rimarias tales como: diferencial, buchholz, fusibles de potencia, etc.


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PRINCIPIO DE LA PRUEBA El principio del método para la medición de la relación de transformación se muestra en las figuradonde se puede observar que el capacitor auxiliar (Ca), es fundamental para la medición.

VERIFICACIÓN DE IMPEDANCIA La prueba es importante para determinar en campo la impedancia de transformadores de potencia. Una alternativa para verificar la impedancia del transformador es realizar las pruebas de reactancia de dispersión. En transformadores reparados, se puede comprobar si el valor de impedancia es el mismo que el original y en transformadores nuevos, se puede verificar el valor de placa. La prueba es utilizada también para calcular la impedancia de d e aquellos equipos sin placa de datos. d atos. Por este método es posible obtener únicamente la impedancia impe dancia del transformador en la capacidad (OA). La prueba consiste en aplicar baja tensión en uno de los devanados del transformador (generalmente el de menor tensión nominal), mientras el otro devanado se mantiene cortocircuitado; de ninguna manera se debe aplicar la tensión nominal del devanado. Para determinar el valor de la llamada tensión de corto circuito (impedancia) requerido para la prueba, es posible utilizar la siguiente ecuación. VZ = (V nom. del devanado x Z)/100

PRUEBAS ELECTRICAS EN TRANSFORMADORES 10

Al aplicar la tensión calculada, debe circular la corriente nominal del devanado, lo que se debe comprobar midiendo la corriente de cada fase. Si la corriente medida durante la prueba, es igual a la nominal, es indicio que la impedancia en placa del transformador es correcta. Por el contrario, si la corriente medida, es diferente a la nominal, el valor de la impedancia marcado en la placa es incorrecto. Dado que en el campo no es factible disponer de una fuente regulada que proporcione exactamente el valor de la tensión de corto circuito (impedancia), la práctica común es aplicar la tensión disponible en los servicios propios de la subestación; por lo que la tensión que se dispone es por lo general de 220 volts trifásicos. Prueba de transformadores utilizando el método de capacitancias.

RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA Considerar lo establecido en el punto 2.3.1 sobre las recomendaciones generales para realizar pruebas. La fuente de alimentación debe tener capacidad suficiente para realizar la prueba. Debe protegerse el circuito de prueba con un interruptor termomagnético trifásico seleccionado con base en los cálculos previos. Los cables de prueba, deben ser de un calibre adecuado a la corriente por circular.


VALORES ACEPTABLES DE HUMEDAD RESIDUAL EN AISLAMIENTOS SOLIDOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA. Los fabricantes de transformadores y reactores de potencia recomiendan que el secado de estos equipos sea menor de 0.5% de Humedad Residual. Un contenido de humedad de entre 0.2 y 0.4 % es un buen valor de trabajo. Humedades Residuales por debajo de 0.1 %, además de ser difíciles de obtener, no se recomiendan por la posible pérdida de vida del aislamiento. Se ha demostrado por varios investigadores, que el contenido de agua en un aislamiento fibroso se equilibra a un nivel gobernado por la presión de vapor y la temperatura del medio aislante; la gráfica o carta de d e equilibrio de la figura No. 3.48 3.4 8 muestra esta relación. Como conclusión general, se recomienda que un valor aceptable de Humedad Residual en aislamientos sólidos para transformadores y reactores de potencia, debe ser del 0.3 %.

3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS    

Un transformador Cables de conexion Un panel de prueba Analizador de redes

4. PROCEDIMENTO 

Armar el esquema eléctrico para la prueba de d e circuito abierto de un transformador, según la figura N°1. Medir el valor del voltaje, la corriente , la potencia activa y reactiva y anotarlos en la tabla N° 1


TABLA N° 1: PRUEBA PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO N° 1 2 3 4 5

Voltaje 1 (V) Voltaje 1 (V) Intensidad 1 (A) Potencia Activa1 1 8(W) Potencia reactiva 1 (VAR)



VALORES MEDIDOS 220.1 V 115.5 V 0.182 A 10 w 38 VAR (inductiva)

Armar el esquema eléctrico para la prueba de cortocircuito de un transformador, según la figura N°2 , medir el valor del voltaje, la corriente , la potencia activa a ctiva y reactiva y anotarlos en la tabla N° 2

TABLA N° 2: PRUEBA DE CORTO CIRCUITO N° 1 2 3 4 5

Voltaje 1 (V) Intensidad (A) Intensidad 2 (A) Potencia Activa1 1 (W) Potencia reactiva 1 (VAR)

VALORES MEDIDOS 11.09 V 2.263 A 4.382 A 24.9 w 1.6 VAR (inductiva)




Armar el esquema eléctrico para la prueba con carga parcial de un transformador, según la figura N°3 , medir el valor del voltaje, la corriente , la potencia activa a ctiva y reactiva y anotarlos en la tabla N° 3 y tabla N° 4.

TABLA N° 3: PRUEBA CON CARGA ( LAMPARA INCANDESCENTE ) N°1 N° 1 2 3 4 5

Voltaje 1 (V) Voltaje 2(V) Intensidad 2 (A) Potencia Activa 2 (W) Potencia reactiva 2 (VAR)


TABLA N°4 : PRUEBA CON CARGA N°2 ( LAMPARA INCANDESCENTE MAS REACTANCIA ) N° 1 2 3 4 5

Voltaje 1 (V) Voltaje 2 (V) Intensidad 2 (A) Potencia Activa1 2 (W) Potencia reactiva 2 (VAR)



5. CALCULOS Y RESULTADOS 5.1.Graficar el circuito equivalente de un transformador real e indicar cada uno de los elementos que conforman el circuito

conductancia

susceptancia

5.2. Definir : a) PERDIDAS EN EL HIERRO Estas pérdidas dependen del flujo magnético y como ya se vio, el flujo solo varía con la tensión y ésta suele ser constante. Quiere esto decir que qu e las pérdidas en el hierro son constantes ya sea en vacío o en carga nominal. La corriente en vacío suele obtenerse del ensayo de vacío, en el que se cuantifica la potencia absorbida y la tensión aplicada. El transformador se conecta sin ninguna carga en el secundario (en vacio). Pues bien, si tenemos en cuenta que de la potencia aplicada al primario (potencia total) una parte se perderá en el hierro y otra en el cobre, el resto será la potencia aplicada en el secundario (potencia útil):


b) PERDIDAS EN EL COBRE Los fabricantes de transformadores suelen proporcionar el dato de la potencia activa que tiene el transformador cuando se realiza el ensayo de cortocircuito. En el ensayo de cortocircuito se conecta el transformador a tensión nominal, cortocircuitando el secundario. Se mide en este ensayo la potencia consumida en el transformador en estas condiciones Pcc. A esta potencia se le denomina pérdidas en el cobre a máxima potencia, porque es la consumida por los arrollamientos cuando circula la intensidad nominal.

c) EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR El conocimiento del rendimiendo o eficiencia de cualquier maquina, dispositivo tiene una gran importancia por el valor económico que ello reporta, tanto desde el punto de vista del costo de operación como del ambiental. En general general el rendimiento de un transformador esta esta dado por el cociente de las potencias potencias de salida y de entrada.

=

     

5.3.Con los datos anotados en la tabla N°1 y tabla N°2, realizar los cálculos para determinar la relacion de transformación y los parámetros eléctricos del circuito equivalente del transformador

Transformador : 500w 220/110 60Hz

=

  = =   =


PARA LA PRUEBA DE CORTOCIRCUITO 11.09 V ;

2.263A ;

 =

24.9W

 24.9 = = 4.86 4.86 Ω ;   2.263

 =

 11.09 = = 4.9Ω .9Ω  2.263

! = √ 1 1   11 = √ 4.9 4.9  4.86 .86 ! = 0.62 0.624Ω 4Ω  =  +  .  ,

 ∶  =

 220 = =2  110

PARA LA PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO 115.5 V ; 0.182 A

 =

; 10 W

 0.182 = = 0.001 0.00157 57 ℧  115.5

;

 =

 10 = = 0.00 0.0007 0749 4966 ℧ 02 115.5

 = √ 02 02 02 = √ 0.00157 0.00157  0.0007 0.0007496 496 = 0.001 0.00137 37 ℧

 =

 0.0007496 = = 3.748 3.74810 10− 2 2

;  =

 0.00137 = = 6.85 6.851 100− 2 2


5.4.Con los datos anotados en la tabla N°3, determinar la eficiencia del transformador para estas condiciones de carga.

TABLA N° 3 PRUEBA CON CARGA N°1

n

Valores Medios

1

Voltaje 1 (v)

220,7 V

2

Voltaje 2 (v)

115,6 V

3

Intensidad 2 (A)

0,328 A

4

Potencia Activa 2 (w)

5

Potencia Reactiva 2 (VAR)

38 W 3 VAR

La eficiencia de transformación será:

=

  ∆ ×% 

Donde:

 = 500 : Potencia nominal del transformador. ∆  =    : Potencia perdida en los arrollamientos y otros factores internos.  = 38 : Potencia que sale o entrega a la carga. Calculando:

=

500  (50038) × 100% 00% 500  = 0,076 × 100% = ,%


5.5. Con los datos anotados en la tabla N°4, determinar la eficiencia del transformador para estas condiciones de carga.

TABLA N° 4 PRUEBA CON CARGA (CON FOCO F OCO DE 100 W + REACTANCIA) n

Valores Medidos

1

Voltaje 1 (v)

220,4 V

2

Voltaje 2 (v)

115,7 V

3

Intensidad 2 (A)

0,456 A

4

Potencia Activa 2 (w)

44 W

5

Potencia Reactiva 2 (VAR)

29 VAR

La eficiencia de transformación será:

=

  ∆ ×% 

Donde:

 =  : Potencia nominal del transformador. ∆  =    : Potencia perdida en los arrollamientos y otros factores internos.  =  : Potencia que sale o entrega a la carga. Calculando:

 () ) × % %   = , ,  × % = ,%

=


5.6 Determinar la eficiencia del transformador, si se conecta en el extremo secundario una carga de 410 W, con un factor de potencia de 0.8 en atraso y un voltaje de 110 V.

 ∗ 100% 100%   = ∗ 100% 100%  +  +  410  = ∗ 100% 100% 410 + 10 + 24.9  = 92.16 % =

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 





De acuerdo a nuestros cálculos efectuados podemos concluir que las corrientes no sobrepasan el rango al que está diseñado el transformador. Después de efectuar nuestras respectivas pruebas podemos concluir que la energía que nos brinda el transformador es de buena calidad ya que tenemos un voltaje con variación de +-5%, lo cual estos valores son aceptables según el código código de energía eléctrica. La eficiencia del transformador transformador no es el 100% debido al consumo del 5% en accesorios (calentamiento en el núcleo y pérdidas por magnetización). Cuando trabajas a corto circuito debes tener en cuenta que el voltaje de entrada nuevo se debe regular hasta alcanzar un valor de 10% del valor primario V2=10%V1


7. BIBLIOGRAFIA

Meliton Capcha Aira (2009).maquinas electricas . Lima - Peru.: CIENCIAS srl. Stephen Chapman. (1997). maquinas electricas (Mexico). Suarez, J. A. (Marzo del 2006). Electronica I. Madrid ( España): Marcambo.

8. LINKOGRAFIA

Feng. (18 de Agosto de 2015). Obtenido de http://www.feng.pucrs.br/~fdosreis/ftp/medidasmd/Medidas%20Electricas(02).pdf flores, R. (21 de octubre de 2010). unam.edu. Obtenido de http://www.fio.unam.edu.ar/Secretarias/Administrativa/conc/bibli/laboratorio/instrument os-de-medicion-electrica.pdf monografias. (3 de Junio de 2011). Obtenido de http://www.monografias.com/trabajos/medielectricos/medielectricos.shtml SlideShare. (20 de Noviembre de 2014). Obtenido de https://es.slideshare.net/l0svengadores/instrumentos-de-medicin-elctrica-41834937 Slideshare. (25 de octubre del 2008). obtenido de https://es.slideshare.net/OthonielHernandezOvando/ Ifent. (18 de Mayo del 1996). obtenido de http://www.ifent.org/lecciones/cap08/cap08-05.asp

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