Curso de Transformadores IEEE Sección El Salvador PDF

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Curso de Tra sfor adores IEEE Se ió El Salvador Ing. Guillermo Rodriguez [email protected] “a  “al ado  A il   al  / Agenda • I t odu ió , teo a ási a • No as de t a sfo ado es • T a sfo ado es de poste, a eso ios  p ue as • T a sfo ado es pedestal • T a sfo ado es su e gi les • A eso ios pa a ...

Description

Curso de Tra sfor adores IEEE Se ió El Salvador Ing. Guillermo Rodriguez [email protected]

“a  “al ado  A il 

 al 

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Agenda • • • • • • • • • • •

I t odu ió , teo a ási a No as de t a sfo ado es T a sfo ado es de poste, a eso ios  p ue as T a sfo ado es pedestal T a sfo ado es su e gi les A eso ios pa a t a sfo ado es de  edes su te á eas T a sfo ado es se os, a eso ios  p ue as T a sfo ado es de pe ueña pote ia, a eso ios  p ue as E alua ió e o ó i a de t a sfo ado es Ma te i ie to de t a sfo ado es ¿Po ué falla los t a sfo ado es?

•U   a

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io e el flujo

Ley de Faraday

dB  dt

ag éti o i du e u a fue za ele t o ot iz EMF

• Le  de Le z: La i du ió se opo e al  a

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Historia

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Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

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Historia

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Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

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Transformador

Los transformadores son dispositivos eléctricos estáticos que transfieren la energía de un circuito a otro por medio de un campo electromagnético común. En todos los casos, excepto en el autotransformador, no hay una conexión directa de un circuito a otro. Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Que es un transformador?  Un equipo que transforma la alta tensión en baja tensión  Un equipo que es el corazón del sistema de distribución  El equipo cuyo costo de adquisición es el más alto?  El equipo más costoso en la operación (pérdidas)?

 El equipo más costoso en el sistema de distribución

 El equipo más costoso en el sistema de transmisión

Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Transformador elevador La te sió p i a ia es e o ue la te sió se u da ia

100 MVA 23 kV

230 kV

~ 4350 amps

~ 435 amps

Usado e  su esta io es e  las pla tas de ge e a ió La  o ie te p i a ia es ue la  o ie te del  se u da io T a sfo

Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

ado

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u fue te .  

Transformador Reductor

50 MVA 230 kV

69 kV

~ 217 amps

~ 724 amps

Usado pa a t a sfe i pote ia del siste a de t a s isió al  siste a de su t a s isió   dist i u ió La te sió p i a ia es a o   ue la te sió se u da ia. La  o ie te p i a ia es ue la  o ie te del  se u da io

Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

e o

¿Donde usamos transformadores?

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Transformadores de distribución Los transformadores de distribución son monofásicos o trifásicos, sumergidos en fluidos, de montaje en poste, pedestal, sumergibles o secos de subestación unitaria. Están diseñados específicamente para dar servicio a cargas residenciales, comerciales e industriales y en diversas aplicaciones de potencia.

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Transformadores Industriales Transformador Rectificador

Un transformador rectificador es un transformador que incluye diodos o tiristores en el mismo tanque. Son usados en procesos industriales donde se requiere una fuente de Corriente continua. Por ejemplo Sistemas de tracción CC, variadores de velocidad, Electrólisis, fundiciones, etc

T a sfo

ado  ABB Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Transformadores Industriales Transformador de Hornos

Regula ió  i di e ta Ca iado  de to as  o  o si   a ga  Rea to  i te o pa a esta ilidad de a o de la ga du a ió Bo uillas  ef ige adas e  agua o ai e Cie e i te o del se u da io Hasta   MVA “e u da io hasta   V Co ie te de ele t odo hasta   kA A e o  kA pa a alea ió  de hie o T a sfo

ado  “ie e s Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Transformadores Desfasadores Phase Shifting Transformers

Transformador desfasadores

Usados pa a  o t ola  el flujo de pote ia e  siste as elé t i os al  egula el á gulo de fase

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Transformadores de aterrizaje Grounding transformers

Transformador de aterrizaje

Usados pa a  ea  u  pu to de ate izaje e  siste as Delta o Y si  ate iza

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Transformadores de Instrumentos

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Tensiones típicas del sistema G

Transmisión

Distribución

M

5 kV

69 kV

6.9 kV

15 kV

115 kV

12 kV

22 kV

138 kV

13.8 kV

120 V

34.5 kV

230 kV

15 kV

220 V

345 kV

25 kV

240 V

500 kV

34.5 kV

480 V

765 kV

2400 V

800 kV

4160 V

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Próposito de la transmisión • E ia los kVA de las pla tas de ge e a ió e  fo • Me o es pé didas de pote ia

a e o ó i a

• Pé didas = I R  • Uso de la alta te sió pa a edu i la  o ie te a pe ios •  

• ie

 kVA 

kV  olt    • o 

 a ps  

  olts   

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• Usa el  ejo siste a de t a spo te e o ó i o Transmisión Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

¿Por qué usamos transformadores?

• Fa ilita la e t ega de pote ia Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Transformador de Gran Potencia

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Propósito del sistema de distribución • Dist i ui la pote ia desde el siste a de t a s isió al sitio de  u i a ió de las a gas • Ca gas eside iales,  o e iales e i dust iales

• Bajas pé didas so  i po ta tes, el siste a de e se efi ie te • “e usa siste as as pe ueños de t a spo te Distribución

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Sistemas de distribución • “iste as P i a ios • Delta  “i  ate iza •  hilos est ella ate izado e  u  solo pu to •  hilos est ella ultiate izado • Te sió p i a ia • Te sió de  .  a  .  kV • “iste as se u da ios • T ifási os,   hilos Y/  V o  Y/  V o  • T ifási os delta,   hilos si  ate iza • T ifási os delta,   hilos delta  /  V • Mo ofási os  hilos /  V Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

/

V

Sistema Delta Subestación

Alimentador primario trifásico

Ramal Monofásico Transformador Monofásico Tanque

Tanque

120 V 120 V

Transformador Trifásico

120 V 208 V

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Sistema Delta • No ha   o e ió e t e el  o du to    tie a • Es ate izado po la  apa ita ia del e uipo • Las te sio es está ala eadas si el siste a o está e falla • La  o e ió o ofási a se to a de dos fases, po lo  ta to los t a sfo ado es o ofási os de e te e dos aislado es

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Sistema Multiaterrizado

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Sistema Multiaterrizado • Puede te e   i uitos  o ofási os, de dos fases o t ifási os • Los p i a ios tie e    hilos e  el  a al p i ipal • El  eut o se  o e ta a tie a  a ias  e es po  kilo et o • Los t a sfo ado es  o ofási os solo  e esita  u   ushi g e  el  p i a io • “olo  e uie e  u  fusi le pa a la p ote ió • U  solo pa a a os • El siste a  ás usado e  los U.“. Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Sistema multiaterrizado

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Aterrizaje del Neutro del Transformador Devanados Primarios Menor Costo de los Transformadores Menor Costo de las Protecciones Previene la Posibilidad de Ferroresonancia.

Devanados Secundarios Crea fuente de tierra para protección selectiva de fallas a tierra Seguridad - Previene los altos voltajes debidos al desplazamiento del neutro. Previene altos voltajes transitorios debido a fallas a tierra con arqueo.

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Distribución monofásica   olts

Pa a a os Pa a a os Co ta i uito

Neut o Co ido / Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Distribució Trifási a

Pa a a os Co ta i uito

Co ta i uito Pa a a os

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Clasificados por la aplicación •Ta •Ta •Ta •Ta •Ta •Ta •Ta

sfo sfo sfo sfo sfo sfo sfo

ado ado ado ado ado ado ado

es de g a  pote ia es de pe ueña pote ia es pa a dist i u ió  aé ea es pa a dist i u ió  su te á ea es  egulado es es de  edida o de i st u e tos es de  aja te sió   ele t ó i a

Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Clasificados por el aislamiento •Ta •Ta •Ta •Ta •Ta

sfo sfo sfo sfo sfo

ado ado ado ado ado

es aislados  o es aislados  o es aislados  o es se os, de a es se os, de a

 a eite  i e al  a eite  egetal  l uidos espe iales, eje plo s li o a ado a ie to ado e apsulado

Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Clasificados por el número y tipo de devanados • Mo ofási os • T ifási os • Autot a sfo ado es  o ofási os • Autot a sfo ado es t ifási os • T a sfo ado es de t es de a ados

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Componentes de un transformador Aisladores

Aislado en aceite

Tanque

Conjunto Núcleo bobinas Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Componentes de un transformador Aisladores de BT

Puertas

Aisladores de AT

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Construcción del transformador  Tanque

 Ensamble Núcleo bobinas  Sistema de aislamiento

 Sistema de enfriamiento  Proteccciones

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Pa a a os Bo uilla Alta Te sio

Ta

Tra sfor ador de  edida y prote io

ue de e pa sio |

Bo uilla Baja Te sio

Rele Bu hholz I di ado  de i el de a eite

Co

utado  Bajo Ca ga

Val ula de so p esio Ma do Co

Caja de  o es

Bo i ado

Dese ado Ve tilado

Radiado

utado

Construcción del transformador  Boquillas de alta tensión  Sistema de enfriamiento  Pararrayos  Terciario

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Construcción del transformador  Herméticamente cerrado

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Como se construye el transformador

Deva ado se u dariog Nú leo

Deva ado pri ario

ag éti o

Co ju to  ú leo  o i as a tes  del e apsula ie to

Tanque • • • • •

Acero dulce Acero inoxidable Aluminio La selección del material depende del sitio de aplicación Sitios de alta corrosión utilizan tanques de acero inoxidable • En transformadores pedestal la base del tanque se puede hacer en Acero inoxidable

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Oxidación transformador sumergible

Tanque • • • •

Diseñado con normas ASTM para recipientes a presión Pruebas de presión Pruebas de fugas Tapa soldada o atornillada ― 

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Tapa atornillada

Tapa soldada

Líquidos para transformadores Los aceites minerales que son utilizados como fluidos aislantes y refrigerantes de transformadores muestran valiosa información sobre las condiciones de operación de los equipos que los usan.

Los aceites aislantes minerales son productos que sufren degradación por los esfuerzos térmicos y eléctricos a los que están sometidos, generando productos de descomposición que son utilizados para evaluar la presencia de un problema o falla en los transformadores.

Reaccionan con el oxígeno, oxidándose y formando productos cuyas características aceleran la degradación de los demás materiales, diminuyendo la vida útil de los equipos.

La vida útil de un transformador está directamente relacionada con la vida del papel aislante, la celulosa se degrada por la acción del calor, deteriorando sus propiedades eléctricas y mecánicas.

Líquidos para transformadores  Existen actualmente 3 grupos de líquidos aislantes, clasificados de acuerdo a sus aplicaciones:  Aceites aislantes de uso general : Son aceites aislantes de origen mineral, que tienen base parafínica y nafténica obtenidos durante el proceso de refinación y extracción adecuados, en determinadas fracciones del petróleo natural.

 Aceites aislantes de seguridad : Son aceites de origen mineral o sintético, indicados para transformadores que deben ser instalados en locales donde el riesgo de explosiones y/o incendios deben ser minimizados. Estos aceites deben presentar características no inflamables. - Aceite mineral de máximo punto de encendido. - Aceite aislante de silicona.

Aceites vegetales: amigos de la naturaleza, son biodegradables, su uso se inicio en la primera década del siglo 21.

Líquidos para transformadores • A eite Mi e al • “il o a • A eites egetales • L uido de Alta Te pe atu a

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A eite Mi eral Ve tajas • Bajo  osto del t a sfo

ado

• Bue   o po ta ie to del dielé t i o • Baj  osto de  a te i ie to   • Bue a disispa ió  del  alo • Bue   o po ta ie to e   li as f ios  • Ma te i ie to p e e ti o ‐ Datos  histó i os dispo i les DGA  • Baja to i idad 

Desve tajas • Costo alto de i stal ió • Cá a as  e ue idad pa a i stala ió   i te io  segú  el  ódigo  • <

% Biodeg ada ilidad

Sili o a Ve tajas

Desve tajas

• Baja t a sfe e ia de  alo

• No‐Biodeg ada le

• Hu o edu ido

• Ge ee a ió de p odu tos de e ti ió del 

• Lla a  aja • Auto e ti gui le • Bue dielé t i o • Baja to i idad • Vis osidad

ode a da

• Alta esta ilidad

a o • Alto  osto del t a sfo

ado

• Costo de dese ho • E pa uetadu as espe iales de Vito • Apli a ió de Ret ofil • Alta a so ió hú edad

A eites vegetales Desve tajas

Ve tajas • Alto pu to de fuego ‐ • Alto pu to de lla aPoi t ‐ • Co pati le  o  A eite Mi e al • E ele te flu do de  elle o • E ele te p opiedad dielé t i a •

% Biodeg ada le

• Fue te  e o a le • Bue a tole a ia a la hú edad • E isió de gases  edu ida

• Costo del t a sfo

 C  C

• Pu to de flu dez

ado

Biodegrada ilidad

% Biodegrada ilidad Prue a de  CEC L‐

 dias

‐A‐9

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

97

30

20 5

A eite AMineral eiteOil Vegetal    Mi e al 

BIOTEMP

H.T.H Silicone H,T,H        “ili o a

Componentes del Transformador

Nú leo

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Las funciones del Núcleo

“e el  edio o du to  pa a el flujo ag éti o “e i o o es ueleto pa a la  esiste ia e á i a de la Pa te A ti a

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Tipos de Núcleo Features De Ai e

Apilado F  A o azado

Apilado F Colu as

Tipo: Apilado, E ollado Pie as

Mo ofási o

, , , , ,

Apilado F  P  tipo olu as

Apilado F  P Colu as

Apilado 3f acorazado

Nú leo Apilado E ollado F a o azado

E ollado F tipo olu as

E ollado F tipo olu as

E ollado F  A o azado P

Trifási o

Nú leo E rrollado

Puede ser apli a le a todas las te ologias P ese ta ió Co st u ió de t a sfo

ado es ABB I g. He á Es a a

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Núcleo Acorazado

P ese ta ió Co st u ió de t a sfo

ado es ABB I g. He á Es a a

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Tipo Columnas EL NÚCLEO COLUMNA TIENE VARIAS VENTAJAS SOBRE EL NÚCLEO ACORAZADO : >MENOR PESO Y MENOR VOLUMEN. >MAYOR FACILIDAD DE MONTAJE NUCLEO Y PARTE ACTIVA. >PARA NÚCLEOS GRANDES EL DISEÑO PUEDE SER DIFERENTE, PERO EL CONCEPTO BÁSICO DE LOS COMPONENTES CONTINUA SIENDO EL MISMO.

P ese ta ió Co st u ió de t a sfo

ado es ABB I g. He á Es a a

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Fabricación del núcleo enrrollado

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Fabricación del núcleo apilado en potencia

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Material del Núcleo  Acero de grano orientado (Acero magnético)  Material amorfo

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Curvas de inducción Curvas de Armco 14 mil 11 mil 9 mil

1.0

7 mil

0.9 0.8

Watts/lb

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 8

9

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Inducción (kG)

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Estudio de las p opiedades ag éti as del  ate ial a o fo HB    su apli a ió e t a sfo ado es de dist i u ió Yeo g‐H a Cha g a, Cha g‐Hu g Hsu a, , Chi g‐Pei Tse g 

Proceedings of the 9th WSEAS International Conference on POWER SYSTEMS Curso de Transformadores Ing. Guillermo Rodriguez

Comparación de pérdidas kVA

Pé didas  si   a ga  W     Redu ió G a o O .      A o fo       de pé didas Mo ofási o

T ifási o

Co pa a ió   o   as  ajo segú  IEC EN t ifási o

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‐  diseño 

Componentes del transformador

Arrollamientos

Núcleo

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Devanados transformador de distribución y de pequeña potencia Primario

Primario se hace con alambre

Secundario

Secundario se hace con lámina

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Transformadores de Potencia Materiales

Cola

P ese ta ió Co st u ió de t a sfo

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