TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES DE POTENCIA Parte 2: Calentamiento 1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta parte de la Norma Internacional CEI 76 identifica los transformadores de acuerdo con sus métodos de refrigeración, define los límites de calentamiento y detalla los métodos de ensayo para la medida de los calentamientos. Es aplicable a los transformadores definidos en el campo de aplicación de la Norma CEI 76 – .
2 NORMAS PARA CONSLTA !as normas "ue a continuación se relacionan contienen disposiciones #$lidas para esta norma internacional. En el momento de la publicación las ediciones indicadas est$n en #igor. %oda norma est$ su&eta a re#isión por lo "ue las partes "ue basen sus acuerdos en esta norma internacional internacional deben estudiar estudiar la posibilidad posibilidad de aplicar la edición m$s reciente de las normas indicadas a continuación. !os miembros de CEI y de I'( poseen el registro de las normas internacionales en #igor en cada momento. CEI 76 – ) **+ – Transformadores Transformadores de potencia. Parte 1: Generalidades. CEI -) * – Evaluación – Evaluación y clasificación térmica del aislamiento eléctrico. CEI /7*) *6* – Medida de la resistencia de los arrollamientos de una máquina de corriente alterna en servicio. CEI +-) ** – Guía de cara para transformadores sumeridos en aceite. CEI 606 – Guía de aplicación para los transformadores de potencia. CEI 7/6) */ – Transformadores Transformadores de potencia tipo seco. CEI *0-) *7 – Guía de cara para transformadores de potencia tipo seco. I'( /-*/) *7+ – Productos Productos petrolíferos. petrolíferos. !eterminación de los puntos de inflamación y de com"ustión. Método #leveland en vaso a"ierto.
! S"MBOLOS DE REFRI#ERACIÓN%
IDENTIFICACIÓN
SE#$N
EL MODO
DE
!os transformadores deber$n designarse seg1n el modo de refrigeración utili2ado. 3ara los transformadores sumergidos en aceite, dic4a designación se reali2a por un códi código go de cuat cuatro ro letra letrass como como se desc describ ribee a cont contin inua uació ción. n. !os !os códi código goss correspondientes para los transformadores de tipo seco #ienen recogidos en la Norma CEI 7/6.
Primera letra) letra) 5edio de refrigeración interno en contacto con los arrollamientos.
O
ceite mineral o lí"uido aislante sintético con punto de inflamación 8 +009C:
&
!í"uido aislante con punto de inflamación ; +009C:
L
!í"uido aislante con punto de inflamación no medible.
'egunda letra) 5odo de circulación del medio de refrigeración interno)
N
Circulación natural por por termosifón a tra#és del sistema de refrigeración y en los arrollamientos:
F
Circulación for$ada Circulación for$ada a a tra#és del sistema de refrigeración, circulación por termosifón en los arrollamientos:
D
Circulación for2ada a tra#és del sistema de refrigeración, dirigida desde el sistema de refrigeración 4asta al menos los arrollamientos principales.
Tercera letra) letra) 5edio de refrigeración e
A
ire:
'
gua.
#uarta letra) letra) 5odo de circulación del fluido e
N
Con#ección natural:
F
Circulación for2ada =#entiladores, bombas>.
N(% N(% – En un transformador designado para una circulación de aceite for2ado y dirigido =? en la segunda letra del código>, el caudal de aceite a tra#és de los arrollamientos principales se determina por las bombas y no es determinado en principio por la carga. @na pe"ueAa parte del flu&o de aceite procedente del e"uipo de refrigeración refrigeración puede dirigirse como deri#ación controlada para asegurar la refrigeración del circuito magnético y de los otros elementos e
, el caudal de aceite a tra#és de todos los arrollamientos #aría seg1n la carga y no est$ relacionado directamente con el caudal "ue pasa a tra#és de la bomba del e"uipo de refrigeración. refrigeración. @n transformador puede ser especificado con métodos de refrigeración alternati#os. !a especificación y la placa de características deber$ entonces aportar la información sobre los ni#eles de potencia para los cuales el transformador cumple las limitaciones de calentamiento cuando se utili2a cada #ariante de refrigeración. Déase 7. m> de la Norma CEI 76 – . El ni#el ni#el de potenc potencia ia en la #ariante #ariante "ue tenga la mayor mayor capacida capacidad d de refrigeración es la potencia asignada del transformador =o de un arrollamiento indi#idual de un transformador de arrollamientos m1ltiples, sal#o acuerdo en contra entre fabricante
y comprador, #éase . de la Norma CEI 76 – >. !as alternati#as son enumeradas por con#enio en orden creciente de capacidad de refrigeración. refrigeración.
E%emplos) E%emplos) (NNB( (NNB(N N.. El transfor transformad mador or tiene tiene un &uego &uego de #entil #entilado adores res "ue pueden pueden ponerse en ser#icio conforme se desee a carga ele#ada. !a circulación de aceite es solamente por efecto de termosifón en los dos casos. (NNB(N. El transformador tiene un e"uipo de refrigeración con bombas y #entiladores pero se especifica también con una capacidad limitada de potencia con refrigeración natural =por e&emplo en caso de fallo de la potencia au.
( L"MITES DE CALENTAMIENTO (%1 #enerali)a)e* !os #alores límites de calentamiento en los transformadores se especifican seg1n las diferentes opciones.
'e aplic aplicaa un con&u con&unto nto de de re"uis re"uisito itoss "ue se refi refieren eren a la la potenc potencia ia asigna asignada da en régimen continuo. Estos re"uisitos se recogen en el apartado ./. Cuand Cuando o se 4aya 4aya especifica especificado do e y de un calentamiento de esta parte del transformador. !a temperatura del fluido de refrigeración y la altitud =es decir la densidad del aire de refrige refrigerac ración ión>> son caracte característ rísticas icas de la instal instalació ación. n. Cuando Cuando pre#al pre#alecen ecen las condiciones normales de ser#icio en estos aspectos, =#éase el apartado ./ de la Norma CEI 76 – >, entonces los #alores normales de calentamiento del transformador ser$n determinados por las temperaturas admisibles en ser#icio. 'e pueden efectuar ensayos de calentamiento adicionales, pre#io acuerdo entre fabricante y comprador, en transformadores con #alores asignados garanti2ados relati#os a condiciones de refrigeración diferentes, por e&emplo (NNB(N, para #erificar la eficiencia de las disposiciones de refrigeración alte rnati#as. !os #alores de calentamiento son característicos del transformador ob&eto de la garan garantí tíaa y de los los ensay ensayos os en las las cond condic icio ione ness espe especi cific ficad adas. as. !os !os lími límite tess de calentamiento normales se aplican a menos "ue la solicitud de oferta y el contrato indi indi"u "uen en Fcond Fcondic icio ione ness de ser#i ser#icio cio espec especial iales esG. G. En tal tal caso caso,, los los lími límite tess de calentamiento deber$n modificarse como se indica en .+.
No se admite tolerancia por encima de los límites de calentamiento.
(%2 L+mite* normale* )e ,alentamiento ,on -oten,ia a*i.na)a en r/.imen ,ontin0o% Cuando un transformador tiene un arrollamiento con tomas de regulación, con e
3ara un transformador de arrollamientos m1ltiples, las especificaciones de calentamiento se aplican a la potencia asignada en cada arrollamiento simult$neamente si la potencia asignada de un arrollamiento es igual a la suma de las potencias asignadas de los otros arrollamientos. 'i este no fuera el caso, se deber$n escoger y especificar una o #arias combinaciones particulares de las cargas, para el ensayo de calentamiento, #éase -./.+. En los transformadores con disposición concéntrica de los arrollamientos, dos o m$s arrollamientos separados pueden estar situados uno sobre el otro. En ese caso, el límite de temperatura de arrollamiento se aplicar$ al promedio de las lecturas para los arrollamientos superpuestos, si son de igual tamaAo y potencia. 'i no es así, la e#aluación deber$ acordarse. Ensayos adicionales de calentamiento, por acuerdo entre fabricante y comprador, pueden efectuarse en transformadores "ue tengan potencias garanti2adas para diferentes regímenes de refrigeración, por e&emplo (NNB(N, para #erificar la eficacia de las distintas alternati#as de refrigeración. !os límites de calentamiento dados a continuación son #$lidos para transformadores con aislamiento sólido denominado como FClase G seg1n la Norma CEI -, y sumergidos en aceite mineral o lí"uido sintético con punto de inflamación no superior a +009C =( de la primera letra del código>. !os límites de calentamiento de los transformadores "ue tienen un sistema de aislamiento m$s resistente a la temperatura yBo "ue est$n sumergidos en un lí"uido menos inflamable =J o ! de la primera letra del código> deber$n acordarse. !os límites de calentamiento para transformadores de tipo seco con diferentes sistemas de aislamiento se indican en la Norma CEI 7/6.
!os límites siguientes para calentamiento en transformadores sumergidos en aceite =( de la primera letra del código> se refieren a un régimen estable con la potencia asignada continua. 'on #$lidos cuando se aplican las condiciones de ser#icio normal en lo referente al enfriamiento, #éase .+.. a continuación.
Calentamiento de la parte superior del aceite, #éase -.+. 60 J
Calentamiento medio del arrollamiento =medido por resistencia, #éase -.>
3ara transformadores identificados como (N.. o (..
6- J
3ara transformadores identificados como (?..
70 J
No se especifican límites numéricos para calentamiento del n1cleo, cone
(%! Re0i*ito* mo)ii,a)o* )e3i)o a ,on)i,ione* )e *er4i,io anormale* 'i las condiciones de ser#icio en el lugar de instalación no est$n dentro de los límites de las Fcondiciones normales de ser#icioG los límites de calentamiento del transformador se modificar$n debidamente. !as reglas para transformadores de tipo seco se dan en /./ de la Norma CEI 7/6
(%!%1 Tran*orma)ore* reri.era)o* -or aire5 *0mer.i)o* en a,eite . !os límites normales de temperatura ambiente = /-9C a H 0 9C> para transformadores de potencia se dan en ./ de la Norma CEI 76 – . En lo "ue concierne a la refrigeración de transformadores con refrigeración por aire, las condiciones de temperatura en el lugar de instalación pre#isto no deber$n en ning1n caso e. %emperatura media mensual) 'emisuma de la media de las m$
%emperatura media anual) B/ de la suma de las temperaturas medias mensuales.
'i el lugar de la instalación est$ situado a m$s de 000m. sobre el ni#el del mar, pero la f$brica no lo est$, entonces el límite de calentamiento durante los ensayos en f$brica se reducir$n como sigue) 3ara un transformador con refrigeración natural =..N> el límite de calentamiento medio de los arrollamientos deber$ reducirse en J para cada inter#alo de 00 metros en los "ue la altitud de la instalación supere los 000 metros. 3ara un transformador con refrigeración for2ada =.. > la reducción debe ser de J para cada /-0 metros. !a corrección in#ersa correspondiente podr$ aplicarse en el caso donde la altitud de la f$brica sea superior a los 000m. y la altitud de la instalación sea inferior a los 000 metros. %oda corrección de altitud deber$ redondearse al n1mero entero m$s pró
(%!%2 Tran*orma)ore* *0mer.i)o* en a,eite ,on reri.era,i6n -or a.0a . !a temperatura normal del agua de refrigeración, seg1n /. de la Norma CEI 76 – no debe superar los H /-9C. 'i el agua de refrigeración supera este límite, el límite de calentamiento especificado para este transformador deber$ reducirse en el mismo #alor "ue lo e
(%( Calentamiento )0rante 0n ,i,lo )e ,ar.a e*-e,ii,a)o . 'i se tienen "ue especificar garantías yBo un ensayo especial relati#o a un ciclo de carga, 4abr$ "ue precisar los par$metros siguientes)
!as condiciones de temperatura inicial del transformador, tanto a la temperatura ambiente como con un calentamiento complementario en el régimen estable correspondiente a una fracción especificada de la corriente asignada =carga preliminar>.
El #alor =constante> de la corriente de ensayo e
El #alor m$. Esta especificación es opcional. El ensayo puede efectuarse 1nicamente para información, sin "ue se estable2ca ning1n límite de antemano.
%odas las obser#aciones especiales o medidas a reali2ar, por e&emplo medidas directas de temperatura de punto caliente, imagen térmica o el calentamiento de la pared de cuba y las limitaciones posibles en relación con ellas.
3ara recomendaciones complementarias y discusión referidas al estudio de los ciclos de carga – en particular las medidas y la e#aluación, #er el apartado K. del ane
7 ENSAYO DE CALENTAMIENTO 7%1 #enerali)a)e* Este apartado describe los procedimientos para la determinación de los #alores de la temperatura y de calentamiento durante los ensayos en f$brica y también los métodos de sustitución de un régimen de carga en ser#icio por un procedimiento de ensayo e"ui#alente. Este apartado describe los re"uisitos para el ensayo de transformadores sumergidos en aceite y transformadores secos. ?urante el ensayo de calentamiento, el transformador debe de estar e"uipado con sus dispositi#os de protección =por e&emplo: el relé Kuc44ol2 para transformadores sumergidos en aceite>. Cual"uier incidencia durante el ensayo deber$ ser anotada.
7%1%1 Tem-erat0ra )el aire )e reri.era,i6n% 'e deber$n tomar precauciones para reducir al mínimo las #ariaciones de temperatura del aire de refrigeración, en particular durante la 1ltima parte del período de ensayo cuando se apro
3ara un transformador con refrigeración por #entilación for2ada, los sensores deber$n estar colocados de forma "ue registren la #erdadera temperatura del aire "ue entra en los enfriadores. 'e debe tener en cuenta una posible recirculación del aire caliente. El transformador deber$ colocarse de forma "ue minimice los obst$culos a la circulación del aire, y de forma "ue proporcione unas condiciones ambientales estables.
7%1%2 Tem-erat0ra )el a.0a )e reri.era,i6n . 'e deber$n tomar precauciones para minimi2ar las #ariaciones de temperaturas del agua de refrigeración durante el período de ensayos. !a temperatura se mide a la entrada del intercambiador. !as lecturas de la temperatura y del caudal de agua deber$n 4acerse a inter#alos regulares o podr$ utili2arse un registro autom$tico continuo.
7%2 M/to)o* )e en*a8o -ara la )etermina,i6n )e lo* ,alentamiento* 7%2%1 #enerali)a)e* . 3or otras ra2ones pr$cticas, el método normali2ado para la determinación en el laboratorio del calentamiento en régimen estable de los transformadores sumergidos en aceite, es el ensayo e"ui#alente de cortocircuito seg1n el apartado -././ "ue sigue. lternati#amente, puede acordarse en casos particulares, el reali2ar un ensayo con un #alor apro
7%2%2 En*a8o 9a*ta el r/.imen e*ta3le -or el m/to)o )e ,orto,ir,0ito . ?urante este ensayo el transformador no se someter$ a la tensión asignada y a la corriente asignada, sino a las pérdidas totales calculadas, obtenidas pre#iamente por dos determinaciones separadas de las pérdidas, o sea, las pérdidas en carga a la temperatura de referencia y las pérdidas en #acío, #éase 0. y 0.- de la Norma CEI 76 – . El propósito del ensayo es doble)
Establecer el calentamiento del aceite en la parte superior en régimen estable con disipación de pérdidas totales.
Establecer el calentamiento medio de los arrollamientos con la corriente asignada y con el calentamiento del aceite en la parte superior como se 4a determinado anteriormente.
Esto se reali2a en dos etapas. a&
'limentación con las pérdidas totales. En primer lugar los calentamiento del aceite en la parte superior y del aceite medio se determinan cuando el transformador est$ sometido a una tensión de ensayo tal "ue la potencia acti#a medida, sea igual a las pérdidas totales del transformador, #éase +.6, 0. y 0.- de la Norma CEI 76 – . !a corriente de ensayo e
El ensayo puede considerarse como completado cuando la tasa de #ariación del calentamiento del aceite en parte superior caiga por deba&o de Jel#in por 4ora y permane2ca por deba&o de dic4o umbral durante un período de tres 4oras. 'i se 4an tomado lecturas a inter#alos regulares, el #alor medio de dic4as lecturas durante la 1ltima 4ora se toma como resultado del ensayo. 'i se utili2a un registro continuo, se tomar$ como resultado el #alor medio calculado durante la 1ltima 4ora. N(% – 'i la constante de tiempo del calentamiento del aceite es inferior a las tres 4oras, el error por interrupción con este procedimiento debe ser despreciable. (tras reglas de interrupción alternati#as se tratan en el ane
b>
limentación con la corriente asignada. Cuando el calentamiento del aceite en la parte superior se 4aya determinado, el ensayo continuar$ inmediatamente, reduciendo la corriente de ensayo a un #alor igual a la corriente asignada para la combinación de arrollamientos conectados =para un transformador de arrollamientos m1ltiples #éase -./.+>. Esta condición de ensayo se mantendr$ durante una 4ora con obser#ación continua de las temperaturas del aceite y del medio de refrigeración. l término de la 4ora, se miden las resistencias de los dos arrollamientos, bien después de una descone o bien, sin corte de la alimentación por medio de método de superposición "ue consiste en inyectar en los arrollamientos una corriente continua débil superpuesta a la corriente de carga. N(% – El empleo de una corriente continua superpuesta para medida de resistencias de los arrollamientos se describe en la Norma CEI /7*.
!os #alores de los calentamientos medios de los dos arrollamientos se determinar$n mediante el #alor de las resistencias seg1n -..
?urante la 4ora a corriente asignada la temperatura del aceite disminuye. !os #alores medidos de temperatura de los arrollamientos deber$n aumentarse en la misma cantidad "ue el calentamiento medio del aceite 4alla ba&ado desde el #alor correcto, obtenido de acuerdo con el procedimiento a> anterior. El #alor corregido de la temperatura del arrollamiento menos el #alor de la temperatura del medio de refrigeración al fin período de alimentación con las pérdidas totales es el calentamiento medio del arrollamiento. N(% –
Lespecto al c$lculo de temperaturas ba&o carga #ariable, es oportuno considerar el calentamiento de los arrollamientos como la suma de dos términos) el calentamiento medio del aceite =sobre la temperatura del medio de refrigeración e m$s la diferencia entre la temperatura media del arrollamiento y la temperatura media del aceite =#éase -.6 y ane.
3or acuerdo mutuo, las dos fases de ensayo pueden fusionarse en una sola aplicación de potencia a un ni#el de pérdidas intermedio entre las pérdidas debidas a la carga y las pérdidas totales. !os #alores de calentamiento para el aceite en la parte superior y para los arrollamientos ser$n entonces determinados con la ayuda de las reglas de corrección del apartado -.6. 'in embargo, la potencia aplicada durante el ensayo deber$ ser tal "ue el #alor de las pérdidas aplicadas sea al menos el 0 de las pérdidas totales.
7%2%! Mo)ii,a,i6n )el en*a8o -ara tran*orma)ore* e*-e,iale* Transformadores de dos arrollamientos con e(tensión de tomas superior a ) *+. menos "ue se 4aya especificado de otra forma, el ensayo de calentamiento ser$ reali2ado con el transformador en la toma de corriente m$, y la corriente correspondiente a esta forma se utili2ar$ durante la 1ltima parte del ensayo =#éase -././ b>> !as pérdidas totales durante la primera parte del ensayo =#éase -././ a>, ser$n iguales al #alor m$s alto de las pérdidas totales "ue apare2can en cual"uiera de las tomas =con los #alores asignados correspondientes a la toma elegida>. menudo, pero no siempre, se tratar$ de la toma de m$ de todos los arrollamientos. 'i éste no es el caso, 4ay regímenes de carga especificados con combinaciones diferentes de carga de cada arrollamiento indi#idual. !a combinación "ue
corresponda a las pérdidas totales m$s ele#adas debe determinar la potencia del ensayo para la determinación del calentamiento del aceite. !os #alores de calentamiento sobre el aceite de cada arrollamiento indi#idual deben ser obtenidos con la corriente asignada de cada arrollamiento. En la determinación del calentamiento de los arrollamientos sobre la temperatura ambiente, el calentamiento del aceite para el caso de la carga considerada se calcular$ a partir del ensayo con la aplicación de las pérdidas totales seg1n -.6, y de la misma forma se 4ar$ la determinación del calentamiento de cada arrollamiento sobre el aceite. @na guía para recalcular las pérdidas en los transformadores de arrollamientos m1ltiples se da en la Norma CEI 606. !a aplicación de las pérdidas totales para la determinación de la ele#ación de temperatura puede reali2arse)
bien de manera tan pró
o bien de manera apro
'i ninguno de los métodos a"uí descritos pueden aplicarse a plena potencia, a causa de las limitaciones de los medios de ensayo, puede acordarse el reali2ar los ensayos con las pérdidas reducidas 4asta el 0 del #alor correcto. ?espués el #alor de la temperatura medida deber ser corregido de acuerdo con -.6. !os detalles del ensayo de calentamiento para un transformador con arrollamientos m1ltiples pueden, como regla, ser presentados y acordados desde el momento de la oferta.
7%! Determina,i6n )e la* tem-erat0ra* )el a,eite 7%!%1 A,eite en la -arte *0-erior . !a temperatura del aceite en la parte superior se determina por uno o m$s sensores sumergidos en el aceite en la parte superior de la cuba o en la funda de termómetros en la tapa o en las tuberías superiores "ue #an de la cuba a los radiadores o refrigerantes separados. El uso de #arios sensores es particularmente importante en grandes transformadores, y sus indicadores deber ser promediadas para determinar un #alor representati#o del #alor de la temperatura. N(% – !a temperatura del aceite puede ser diferente en diferente lugares de la parte superior de la cuba, seg1n el modo de construcción. !as medidas utili2ando una funda de
termómetro en la tapa pueden ser perturbadas por el calentamiento de la tapa debido a las corrientes de oucault. En los transformadores con circulación for2ada de aceite en el e"uipo de refrigeración, se produce una me2cla de aceite procedente de los arrollamientos con el aceite deri#ado en la cuba, "ue puede no ser idéntico en las di#ersas partes de la cuba o en las di#ersas tuberías superiores del circuito de refrigeración. 'obre el significado de la temperatura del aceite en la parte superior de los transformadores con circulación for2ada, #éase el ane
7%!%2 A,eite en la -arte inerior 8 a,eite me)io . Fceite en la parte inferiorG es el término "ue realmente indica el aceite =y por tanto su temperatura> "ue entra por la parte inferior de los de#anados. 3or moti#os pr$cticos, se considera como idéntica a la temperatura del aceite procedente de los circuitos de refrigeración 4acia la cuba. FEl aceite medioG es un concepto utili2ado para la corrección de ciertos resultados de ensayos de calentamiento – #éase -././ y -.6. 'e utili2a también en el modelo matem$tico de predicción de las temperaturas en ser#icio con cargas específicas constantes o #ariables, #éase el ane
!a temperatura del aceite medio debe en principio ser la temperatura media del aceite de refrigeración en los de#anados. Con el fin de la e#aluación de los ensayos, se toma con#encionalmente como la media entre la temperatura del aceite en la parte superior y en la parte inferior, determinadas como se describe anteriormente. N(%'
3ara los transformadores (NN 4asta /-00 MD, con cubas lisas u onduladas, o tubos indi#iduales de refrigeración montados directamente sobre la cuba, el calentamiento del aceite medio sobre la temperatura del aire ambiente puede tomarse como el 0 del calentamiento del aceite en la parte superior.
/
3ara otros fines aparte de la e#aluación de los ensayos la temperatura del aceite medio puede determinarse de forma diferente, #éase ane
7%( Determina,i6n )e la tem-erat0ra me)ia )e lo* arrollamiento* !a temperatura media de los arrollamientos se determina por la medición de la resistencia de los arrollamientos. En un transformador trif$sico, la medida debería preferentemente ser reali2ada sobre la fase central. !a relación entre el #alor de resistencia L /, a la temperatura / =grados C> y L , a / es) Cobre)
-/ -
=
/+- + θ / /+- + θ
luminio)
-/ -
=
//- + θ / //- + θ
@na medida de referencia =L , > de las resistencias de todos los arrollamientos se toma cuando el transformador est$ a la temperatura ambiente, estabili2ada, #éase 0./.+ de la Norma CEI 76 – . Cuando la resistencia L / se mide a una temperatura diferente, da el #alor de temperatura siguiente) Cobre)
θ / =
luminio)
-/ -
θ /
=
=/+- + θ > − /+-
-/ -
= //- + θ > − //-
!a temperatura del fluido de refrigeración e
∆θ . = θ / − θ a Cuando la resistencia del arrollamiento se mide después del corte de la alimentación y la apertura del cortocircuito, el #alor de la resistencia L /, inmediatamente antes del corte deber$ determinarse seg1n -.-.
7%7 Determina,i6n )e la tem-erat0ra )el arrollamiento ante* )el ,orte )e la alimenta,i6n% El ensayo de calentamiento =#éase -././>, re"uiere "ue se determine la temperatura media de los arrollamientos &usto antes del corte. El método normali2ado es el siguiente) Inmediatamente después del corte de la alimentación y de "uitar la cone
7% Corre,,ione*
'i los #alores especificados de potencia, o corriente, no 4an podido obtenerse durante el ensayo, los resultados de ensayo deber$n corregirse seg1n las relaciones siguientes. Estas son #$lidas en el inter#alo de H /0, del #alor considerado de potencia y H 0 del #alor considerado de la corriente. 3or acuerdo, pueden aplicarse a un inter#alo m$s grande, #éase apartado K./ del ane
/
< O 0, para los transformadores de distribución =refrigeración natural, potencia asignada m$: < O 0,* para los transformadores de mayor potencia con refrigeración por circulación natural de aceite =(N>: < O ,0 para los transformadores con refrigeración por circulación for2ada o dirigida de aceite =( o (?>. El calentamiento medio de los de#anados por encima de la temperatura del aceite medio durante el ensayo se multiplica por) corriente.asinada corriente.de.ensayo
0
y O ,6 para los transformadores con refrigeración por circulación natural o for2ado del aceite =(N o (>: y O /,0 para los transformadores con refrigeración por circulación dirigida del aceite =(?>.
ANE;O A ADA DE ACEITE En los transformadores (N.. el #alor en régimen estable de salida del flu&o de aceite a tra#és de los arrollamientos es en principio igual al #alor de salida en los radiadores. En general, el mismo resultado se mantiene para un transformador (?.. donde solamente una fuga moderada o salida controlada pasa desde los refrigerantes al interior del #olumen libre de la cuba. !as condiciones son diferentes, por otra parte, en los transformadores (.. con una salida no dirigida a tra#és de los de#anados. En los transformadores (.. la capacidad total de la bomba debe ser la suficiente para asegurar el #alor de salida m$. Esta suposición no est$ &ustificada. 3ara algunos tipos de diseAo, el método da resultados completamente irrealistas.
No 4ay pues ning1n método fiable y uni#ersal para determinar la temperatura del Faceite del entornoG en un transformador (.. "ue se base solamente en medidas e
'i la circulación por bomba y la #entilación for2ada se mantienen, los refrigerantes contin1an recibiendo la me2cla de aceite, y reen#iando a la cuba aceite a la temperatura de la parte inferior. !a temperatura de la me2cla de aceite comien2a a descender, y la temperatura del aceite en la parte inferior la sigue.
'i la circulación por la bomba se mantiene pero la #entilación for2ada se para, los refrigerantes reen#ían el aceite casi a la temperatura de la parte superior a la base de la cuba de donde sube y se me2cla con el aceite libre alrededor de los arrollamientos.
'i a la #e2 las bombas y los #entiladores se paran, el arrollamiento continua entregando aceite caliente a la parte alta de la cuba. !a línea de demarcación entre el aceite en la parte superior y el aceite en la parte inferior comien2a a descender por deba&o del ni#el de la salida del aceite fuera del arrollamiento. Esto sucesi#amente modifica el estado térmico del aceite en la cuba en el e
En general, es preferible mantener a la #e2 las bombas y los #entiladores en funcionamiento pero las diferencias en los resultados de ensayo entre las di#ersas posibilidades no son, #erdaderamente, importantes si se las compara con la gran indeterminación en la distribución de las temperaturas del aceite en el arrollamiento, como se describe anteriormente.
ANE;O B . 3ara los transformadores de pe"ueAo y medio tamaAo, dic4as estimaciones son reali2adas con la ayuda de un modelo matem$tico con#encional "ue se describe en los apartados K./ y K.+ "ue siguen. !a #alide2 de este modelo para un transformador particular de gran potencia no es, sin embargo, tan cierta como para los transformadores de menor potencia. Esto es debido a "ue cuando se #a a reali2ar un estudio de capacidad de carga, por e&emplo para una carga de emergencia por encima de la potencia asignada, es deseable obtener datos rele#antes para el transformador real. @n método es 4acer un ensayo especial con una sobrecarga transitoria por encima de la potencia asignada. !as recomendaciones sobre el procedimiento apropiado de ensayo y sobre las medidas y obser#aciones asociadas "uedan e
B%2 Mo)elo Matemti,o )e )i*tri30,i6n )e tem-erat0ra en 0n arrollamiento )e tran*orma)or *0mer.i)o en a,eite% El ,on,e-to )el -0nto ,aliente% El aceite de refrigeración entra por la parte inferior del arrollamiento y, esta a la Ftemperatura inferior del aceiteG. 'ube a tra#és del arrollamiento y su temperatura se supone "ue aumenta linealmente con la altura. !as pérdidas del arrollamiento se transfieren desde el arrollamiento al aceite a todo lo largo del arrollamiento. Esta transferencia de calor re"uiere una caída de temperatura entre el arrollamiento y el aceite "ue lo rodea "ue se supone es la misma en todos los ni#eles de altura. En la representación gr$fica, figura K., la temperatura del arrollamiento y la temperatura del aceite aparecer$n como dos líneas paralelas. igura K. – 5odelo de distribución de temperaturas. !a temperatura m$
transformadores de intensidad o los cambiadores de tomas, deben escogerse de forma "ue no representen una limitación menor de la capacidad de carga del transformador, #éase ./ de la Norma CEI 76 – . Pacia la parte alta del arrollamiento, 4ay 4abitualmente una concentración de pérdidas adicionales y el arrollamiento puede tener un aislamiento eléctrico refor2ado "ue aumenta el aislamiento térmico. Esta es la ra2ón por la "ue la diferencia local de temperatura entre conductor y aceite se considerada incrementada, aplic$ndose un Ffactor de punto calienteG. Este factor se supone "ue es , para los transformadores de distribución y 4asta ,+ para los transformadores de tamaAo medio. En los grandes transformadores, 4ay diferencias considerables seg1n el tipo de construcción y el fabricante deber$ ser consultado para obtener información a menos "ue puedan tomarse algunas medidas reales, como por e&emplo las indicadas en el apartado K. siguiente. !a diferencia de temperatura en régimen estable entre arrollamiento y aceite, #alor medio a lo largo del arrollamiento, se toma como la diferencia entre =la temperatura media del arrollamiento medida por #ariación de la resistencia> y =la temperatura media del aceite>, #éase -. y -.+, respecti#amente. En régimen estable, el calentamiento del punto caliente por encima de la temperatura del fluido de refrigeración =aire o agua> es la suma de =el calentamiento del aceite en la parte superior sobre la temperatura del fluido de refrigeración> y del producto =factor de punto caliente> por =diferencia de temperatura media entre el arrollamiento y aceite>. En los transformadores con circulación de aceite for2ada no dirigida =código (..> los conceptos de temperatura de aceite en parte superior y de temperatura media de aceite son ambiguos, ya "ue est$n basados solamente en las mediciones seg1n -.+ y -. =#éase ane. !os #alores medidos de calentamiento en régimen estable para una carga dada se utili2an para calcular los calentamientos correspondientes a otra carga diferente por medio de los e
B%! Car.a o reri.era,i6n 4aria3le*% Con*tante* )e tiem-o t/rmi,a*% Cuando la carga #aría o cuando la intensidad de una refrigeración for2ada cambia, las temperaturas de los arrollamientos y del aceite les siguen con un cierto retardo. Esto se representa de forma con#encional por dos constantes de tiempo. @na de ellas es la imagen de la capacidad calorífica del con&unto del transformador =en el "ue las capacidad calorífica de la masas de aceite &uega un papel dominante>. Es generalmente del orden de a - 4oras: m$s corta para los transformadores grandes, compactos y con refrigeración for2ada y m$s larga para transformadores
con refrigeración natural. !a otra constante de tiempo es m$s corta, del orden de a /0 minutos, y representa como #aría la diferencia de temperatura entre arrollamiento y aceite en respuesta a una #ariación de las pérdidas a disipar. En régimen #ariable, el calentamiento del arrollamiento por encima de la temperatura del aire, o del agua de refrigeración se e
B%( Re,omen)a,ione* -ara en*a8o* )e ,alentamiento ,on ,ar.a tran*itoria% Como se indica en . de esta parte, puede acordarse efectuar ensayos de calentamiento con una carga "ue e. !os c$lculos sobre ciclos de carga real pueden 4acer seg1n el método dado en la Norma CEI +-, con el fin de establecer una e"ui#alencia apro se determinar$n por los métodos est$ndar en el instante del corte. 3uede emplearse sensores de temperatura adicionales dentro de la cuba del transformador cuando se con#enga. 'i se colocan sensores en el arrollamiento, con el fin de registrar la temperatura del punto caliente, se aconse&a utili2ar #arios sensores simult$neamente. Esto es por"ue el empla2amiento preciso del punto m$s caliente no es conocido de antemano. !as temperaturas locales pueden #ariar
de un punto a otro y también con el tiempo seg1n las #ariaciones err$ticas del flu&o de aceite. Es necesario reconocer también "ue las temperaturas locales, medidas realmente en un transformador de gran potencia, pueden des#iarse considerablemente de los #alores estimados seg1n los modelos matem$ticos con#encionales descritos en el apartado K./ de este ane.
ANE;O C
%emperatura en 9C
=t>
%emperatura del aceite, #ariación en función del tiempo =puede ser la temperatura del aceite en la parte superior o la temperatura media del aceite>.
a
%emperatura del medio de refrigeración e "ue se supone constante.
Q
Calentamiento del aceite sobre a.
u Qu
Dalores finales estabili2ados.
R=t>
?es#iación residual con relación al #alor estabili2ado u.
%0
Constante de tiempo para la #ariación e
4
Inter#alo de tiempo entre lecturas.
/ +
%res lecturas consecuti#as de temperatura con un inter#alo de tiempo 4 entre ellas.
En principio, el ensayo debería continuar 4asta asegurar un #alor estabili2ado del calentamiento =del aceite>. !a temperatura del aire ambiente, o la temperatura del agua de refrigeración deber$ mantenerse tan constante como sea posible. 'e supone "ue la temperatura del aceite =t> tiende 4acia su #alor limite u siguiendo una función e
= θ a + ∆θ 1
θ =t > = θ a + ∆θ 1 = − e
=> − t B T 0
>
=/>
!a des#iación residual con relación al #alor estabili2ado es) R=t> O θ
1
− θ =t > = ∆θ
1
< e
− t B T 0
=+>
!os #alores de R para inter#alos de tiempo iguales forman una serie geométrica. Esto permite el procedimiento de e
3ara cada par de puntos consecuti#os sobre la cur#a, separados por un inter#alo de tiempo de 4 4oras, tenemos)
∆ ( ∆θ ) t = Rt – 4 – Rt Rt O
(
∆ ∆θ
(e
2
B T 0
)
t
O Rt =e
2 B T 0
− >
)
=>
=a>
−
En cual"uier instante después =t H t >)
R=t H t> O Rt e − t B T 0 O
(
∆ ∆θ
e
t
B T 0
=e
2
)
t
B T 0
− >
=-> El criterio con#encional de interrupción es obser#ar cuando la tasa de #ariación de la temperatura se 4ace menor a J por 4ora. 3or e&emplo) 4Oy
(
∆ ∆θ
) 8 t
!a ecuación =a> da)
Rt 8 =e B%0 – > – El ensayo debería por tanto continuar durante + 4oras y puede entonces ser interrumpido. El calentamiento medio durante la 1ltima 4ora se considera el resultado del ensayo. Con % 0 O + 4oras se logra teóricamente un error por la interrupción del orden de J. 'i la constante de tiempo es menor el error es m$s pe"ueAo y #ice#ersa. !a constante de tiempo %0 puede estimarse por diferentes caminos. !a fórmula siguiente se basa en información disponible en la placa de características del transformador)
T 0
∆θ = - ([ masa..total ] + - ([ masa..de..aceite ] ( 1 2oras [ pérdidas ..totales ] 60
=6>
donde las masas est$n en toneladas y las pérdidas en Milo#atios: Q @ es el calentamiento final estimado de aceite. Es con#eniente "ue el aceite del conser#ador sea sustraído de la masa total de aceite, ya "ue no toma parte en el intercambio de temperatura. @na estimación e es una buena apro
T 0
=e
2
B T 0
2
= 3n
∆θ / − ∆θ ∆θ + − ∆θ /
=7>
!as lecturas permiten también estimar el calentamiento final) ∆θ 1 =
( ∆θ / ) / − ∆θ ∆θ + /∆θ /
− ∆θ − ∆θ +
=>
!as estimaciones sucesi#as deben 4acerse y deberían con#erger. Con el fin de e#itar los errores numéricos aleatorios, importantes, es con#eniente "ue el inter#alo de tiempo 4 sea apro. @na e
∆θ 1 ≈ ∆θ / +
( ∆θ / − ∆θ )( ∆θ + − ∆θ / ) 3n
∆θ / − ∆θ
=*>
∆θ + − ∆θ /
C%2 Pro,e)imiento )e me)i)a )e la re*i*ten,ia )e arrollamiento )e*-0/* )el ,orte% El apartado +.- de esta parte de la Norma CEI 76 indica "ue el calentamiento del arrollamiento al final del ensayo el régimen estable se determinar$ normalmente por la medición de la resistencia del arrollamiento. !a medición comien2a después de la descone
lle#ar el circuito magnético 4asta la saturación de forma "ue la inductancia real caiga de un alto #alor Fsin cargaG a un #alor del mismo orden de magnitud "ue la inductancia de cortocircuito:
utili2ar una alimentación con corriente constante, o una fuente de alimentación estabili2ada electrónicamente, o una batería potente con una resistencia adicional en serie ele#ada.
!le#ar el circuito magnético 4asta la saturación implica establecer un cierto ni#el de flu&o =dimensión) Doltio < segundos>. El empleo de una fuer2a electromotri2 ele#ada en el circuito reduce el tiempo de retardo – en la pr$ctica del orden de algunos segundos. !os dos arrollamientos del par ensayado pueden conectarse a / circuitos de corriente continua distintos o ser conectados en serie a un circuito com1n. En los dos casos, los sentidos de la corriente se escogen para contribuir &untos a la saturación del n1cleo. !a constante de tiempo eléctrico del circuito a corriente continua, después de 4aber llegado a la saturación, puede también reducirse a un orden de magnitud de algunos segundos, incluso en los casos difíciles. @na diferencia de temperatura de J corresponde a una diferencia relati#a de resistencia del orden de B+00 "ue, para una disminución e
se pueden reali2ar en menos de un minuto después de 4aber logrado la saturación efecti#a. Pay también otros métodos utili2ados en casos especiales. @no es el ele#ar la componente inducti#a de la tensión en los bornes de un arrollamiento distinto, "ue se abre y no forma parte del circuito de corriente continua, y el utili2ar esta tensión como corrección de la tensión en bornes del arrollamiento ob&eto de la medición de resistencia. Cuando 4aya disponibles dos mitades del arrollamiento en paralelo bien e"uilibradas, es posible 4acer circular una corriente continua en un sentido en una mitad, y en el sentido in#erso en la otra. Esto permite medir la resistencia, en principio sin efectos inducti#os, y posiblemente incluso cuando el transformador est$ alimento con potencia alterna.
C%! Etra-ola,i6n )e la tem-erat0ra )el arrollamiento en el in*tante )el ,orte% El apartado C/ de este ane puede suponerse "ue esta asíntota es un #alor constante. En los otros casos =en particular cuando se ensayan transformadores grandes con refrigeración for2ada, y el e"uipo de refrigeración se mantiene en funcionamiento después de la descone puede ser necesario encontrar la asíntota inclinada, sobre la cual se superpone la #ariación inicial m$s r$pida. !a figura C./ ilustra este punto. ig. C./ – E#aluación de la #ariación de la resistencia del arrollamiento después del corte. !a e#aluación podr$ reali2arse de forma adecuada empleando un programa de ordenador "ue 4aga coincidir una función analítica con el con&unto de los puntos de lectura. !o e
!a #ariación de resistencia L con la temperatura t se interpreta como la combinación de un término fi&o o poco #ariable a y otro término "ue muestre una disminución e O =t> H K <
e
− B T
=0>
3ara el primer término, se puede utili2ar una constante, o una disminución lineal, o una disminución e
O 0 = Mt>
O 0 < e –tB%0
= >
!as mediciones se reali2an en un inter#alo de tiempo tal "ue el segundo término 4aya pr$cticamente desaparecido. !os par$metros 0, ó 0 y M, ó 0 y % 0 pueden entonces estimarse bastante bien a partir de la 1ltima parte del gr$fico. ?espués de 4aber 4ec4o esto, la #ariación e O L =t> – =t> O K < e –tB%
=/>
partir del &uego de #alores =L í , ti> los par$metros K y % se identifican por algunos procedimientos de regresión numérica. El resultado de esta estimación es entonces) L =0> O 0 H K
=+>
?e donde la temperatura media del arrollamiento se calcula seg1n el apartado -. de esta parte de la Norma CEI 76. @n procedimiento de e y, en el otro e
C% ( Anli*i* )el .a* )i*0elto en el a,eite @n an$lisis cromatogr$fico del gas disuelto en el aceite, puede ser 1til para detectar un e#entual sobrecalentamiento locali2ado, "ue no 4aría aparecer un #alor de calentamiento anormal durante el ensayo. ?ic4o an$lisis, generalmente puede indicar, un ligero sobrecalentamiento de los de#anados o de las pie2as de estructura digamos de 70 TC a /00 TC o un sobrecalentamiento local serio, digamos de +00 T C a 00 T C, por e&emplo contactos in#oluntarios "ue moti#an circulación de corrientes de oucault.
El an$lisis de gas disuelto en el aceite se recomienda especialmente para los transformadores grandes, pues los efectos del flu&o disperso son un factor de riesgo potencial "ue aumenta con el tamaAo. !a técnica de ensayo se describe m$s ampliamente en el informe del grupo de traba&o CIULE, Electra n9 /, 5ayo */, p$ginas ++ a 0.
ANE;O >A =Normati#o> OTRAS NORMAS INTERNACIONALES CITADAS EN ESTA NORMA CON LAS REFERENCIAS DE LAS NORMAS EROPEAS CORRESPONDIENTES Esta norma europea incorpora disposiciones de otras normas por su referencia, con o sin fec4a. Estas referencias normati#as se citan en los lugares apropiados del te. N(% – Cuando una norma internacional 4aya sido modificado por modificaciones comunes CENE!EC, indicado por =mod>, se aplica la ENBP? correspondiente.
Norma Interna,ional
Fe,9a
CEI 76 – =mod> CEI -
**+
CEI /7*
*6*
CEI +-
**
CEI 606
*7/>
CEI 7/6 =mod>
*/
*
CEI *0-
*7
I'( /-*/
*7+
>
/> +>
T+t0lo
END
%rasformadores de potencia. EN 6007 3arte ) Ueneralidades E#aluación y clasificación P? -66 ' térmica del aislamiento eléctrico 5edida de la resistencia de los V enrollamientos una m$"uina de corriente alterna en ser#icio Uuía de carga para V transformadores sumergidos en aceite. Uuía de aplicación para los V transformadores de potencia. %ransformadores de potencia P? 6 '=+> tipo seco. H / H + H Uuía de carga para V transformadores de potencia tipo seco. 3roductos petrolíferos. EN //-*/ ?etermina ción de los puntos de inflamación y de combustión. 5étodo Cle#eland en #aso abierto.
Fe,9a
Norma NE Corre*-on)iente<1=
**7 **0
@NEEN 60076)**7 @NE /+0-)**0
V
@NE /060)*
V
@NE /00)**
V
@NE /0-)*
*
@NE /07)*6 @NE /07BC)** @NE /07B/5)** @NE /07B+5)**6 @NE /07B5)**6 @NE /0/ )**0
** **/ **V
**+
@NEEN //-*/)**6
Esta columna se 4a introducido en el ane
INDICE
ANTECEDENTES ............................................................................................
P.ina 7
1
OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ............................................
2
NORMAS PARA CONSLTA ............................................................
!
S"MBOLOS DE IDENTIFICACIÓN SE#$N EL MODO DE REFRI#ERACIÓN ...............................................................................
( (%1 (%2 (%!
L"MITES DE CALENTAMIENTO .................................................... #enerali)a)e*.......................................................................................... L+mite* normale* )e ,alentamiento ,on -oten,ia a*i.na)a en r/.imen ,ontin0o .................................................................................... Re0i*ito* mo)ii,a)o* )e3i)o a ,on)i,ione* )e *er4i,io
G
