CURSO CURSO NORMAS Y PROCEDIMIENTOS NORMAS Y PROCEDIMIENTOS

PARAPARA MANTENIMIENTO ELECTRICO DE MANTENIMIENTO ELECTRICO DE SUBESTACIONES SUBESTACIONES

Módulo 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE SUBESTACIONES

1.3 EQUIPOS DE PATIO

1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA

2

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

FUNCIÓN

Su función dentro de un sistema es la de convertir la tensión desuministro (primaria) en niveles mas altos o mas bajos (tensiónsecundaria), para su transmisión o para su uso

• Normas:

IEC 60076

ANSI C57.12

• Simbología: IEC ANSI

Transformador

Autotransformador

AT

BT

AT

BT

TRANSFORMADOR DE POTENCIATRANSFORMADOR DE POTENCIA

Un transformador es un dispositivo qué:

Transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando lafrecuencia constante.

Lo hace bajo el principio de inducción electromagnética. Tiene circuitos eléctricos que están eslabonados magnéticamente y

aislados eléctricamente. Usualmente lo hace con un cambio de voltaje, aunque esto no es

necesario.

FUNDAMENTOS FUNDAMENTOS

I1: Corriente primaria

I2: Corriente secundaria

V1: Tensión primaria

V2: Tensión secundaria

Ø: Flujo magnético

Rel: Reluctancia del circuito

magnético

I*N: Amperio vuelta (fuerza

contraelectromotriz)

N1/N2: Relación de transformación

V2

Ø

N1

N2V1

I1

Ø

I2

I1 * N1 = I2 * N2

I * N = Ø * Rel

I1 * N1 = Ø * Rel

I2 * N2 = Ø * Rel

V1/N1 = V2/N2

V= N*Ø*w

V1= N1*Ø*w V1/N1 = Ø*w

V2= N2*Ø*w V2/N2 = Ø*w

AUTOTRANSFORMADORES

V3

Ø

N1

N3

V1

I1

Ø

I3

N2V2

I2

• Fórmulas aplicables

I1 * N1 = I2 * N2

V1/N1 = V3/N3

V1/N1 = V2/N2

I1 * N1 = I3 * N3

• Ahorro en cobreV1/V2 = N1/N2

Relaciones de transformación pequeñas (500/230, 230/115 kV)

500/230 kV N1/N2 = 2.2 = 2.200/1.000, total espiras para ATR: 2300,para TRF: 3.200 (ahorro del 72%)

Relaciones de transformación grandes (230/13,8, 115/13,8 kV)

230/13,8 kV N1/N2 = 16.7 = 16.700/1.000, total espiras para ATR: 16700,para TRF: 17.700 (ahorro del 5,6%)

Se justifica ATR para N1/N2 < 2,4

AUTOTRANSFORMADORESAUTOTRANSFORMADORES

V1

V3

V2I2

I1 I3

C

TS

• Designación de devanados

S: Serie, C: Común, T: Terciario

El devanado terciario puede ser:

De carga: normalmente para alimentar los servicios auxiliares

De estabilización: devanado en delta para reducir la

impedancia homopolar. También válido en transformadores

con conexión Yy ó Yz

•Tipos:

Monofásico

Trifásico

Sumergidos en aceite o

en gas

AUTOTRANSFORMADORES vs. TRANSFORMADORES

Más económicos para bajas relacionesde transformación (n=2,4): Interconexiónde dos sistemas de alta tensión

Baja impedancia

Ahorro en el área no sólo al suprimir undevanado, sino el área del devanado quequeda

Mejor regulación y mejor eficiencia

Menores pérdidas en el cobre

Ahorro en el peso del cobre

Ventajas

Mayor impedancia, menorescorrientes de corto circuito,menores esfuerzos dinámicos

Separación galvánica de los dosarrollamientos

Dificulta propagación desobretensiones

TransformadoresAutotransformadores

Elementos que constituyen un transformador

Núcleo de circuito magnético. Devanados. Aislamiento. Aislantes. Tanque o recipiente. Boquillas. Ganchos de sujeción. Válvula de carga de aceite. Válvula de drenaje. Tanque conservador. Tubos radiadores. Base para rolar. Placa de tierra. Placa de características. Termómetro. Manómetro. Cambiador de derivaciones o taps.

1. Tanque.2. Tubos radiadores.3. Núcleo (circuito magnético).4. Devanados.5. Tanque conservador.6. Indicador de nivel de aceite.7. Relé de protección (buchholz).8. Tubo de escape.9. Boquillas o aisladores de porcelana.10. Boquillas o aisladores de porcelana.11. Tornillos opresores.12. Conexión de los tubos radiadores.13. Termómetro.14. Bases del transformador.15. Aceite refrigerante.

Clasificación de los transformadores

Los transformadores se pueden clasificar por:

a) La forma de su núcleo.

Tipo columnas. Tipo acorazado. Tipo envolvente. Tipo radial.

12

TRANSFORMADOR TIPO COLUMNAS

Las partes del circuito magnético están rodeadas por las bobinas

Trifásico

Monofásico

TRANSFORMADOR TIPO ACORAZADO

Las partes que constituyen el núcleo magnético rodea las bobinas y

usualmente encierra la mayor parte de ellas

TrifásicoMonofásico

b) Por el número de fases.

Monofásico. Trifásico.

TIPOS

• SEGÚN EL SISTEMA DE TENSIONES

Transformadores monofásicos (se forman bancos trifásicos)

Transformadores trifásicos

Banco de Transformadores

MonofásicosTransformador

Trifásico

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS vs. TRIFÁSICOS

En los transformadores trifásicos existe acoplamiento magnético, lo que haceque las pérdidas en el hierro sean menores, mientras que en los monofásicosno.

Factores que determinan la elección

Valoración de pérdidas: el costo de las pérdidas puede llegar a ser

mayor que una unidad trifásica de repuesto

Confiabilidad: necesidad de unidades de reserva

Limitaciones de transporte: peso y altura máxima

Capacidad de fabricación

c) Por el número de devanados.

Dos devanados. Tres devanados.

d) Según su función en el sistema:

Transformadores elevadores (asociados a generación, transmisión) Transformadores reductores (distribución)

e) Por el medio refrigerante.

Aire. Aceite. Líquido inerte.

TIPOS

TRANSFORMADORES SECOS

Aislamiento: resina o papel

Enfriamiento: contacto con el aire

Potencia hasta 5 MVA, 36 kV

TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN

RESINA

Aislamiento y enfriamiento por medio de

resina líquida con punto de fuego alto

(>300oC)

Potencia mayor de 10 MVA, tensión >36 kV

SEGÚN EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

f) Por el tipo de enfriamiento.

Enfriamiento O A. Enfriamiento O W. Enfriamiento O W /A. Enfriamiento O A /A F. Enfriamiento O A /F A/F A. Enfriamiento F O A. Enfriamiento O A/ F A/F O A. Enfriamiento F O W. Enfriamiento A/A. Enfriamiento AA/FA.

TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN ACEITE

Aislamiento y enfriamiento por medio de aceite mineral

Los pasos de refrigeración forzada se utilizan para aumentar la

potencia del equipo sólo para suplir picos de carga momentáneos,

manteniendo los incrementos de temperatura especificados

Sistemas de refrigeración:

ONAN: aceite natural, aire natural (Oil Natural, Air natural)

ONAF: aceite natural, aire forzado (Oil natural, Air forced)

OFAF: aceite forzado, aire forzado (Oil Forced, Air Forced)

ODAF: aceite dirigido, aire forzado (Oil Dirigid, Air Forced)

OFWF: aceite forzado, agua forzada (Oil Forced, Water Forced)

Refrigeración ONANRefrigeración ONAN

Transformador con circulación natural de aceite y de aire

Equipo auxiliar: grandes radiadores

1. Válvula de aislamiento

2. Radiador

1

1

2

Refrigeración ONAFRefrigeración ONAF

Transformador con circulación natural de aceite y forzada de aire

Equipo auxiliar: radiadores más pequeños que en ONAN y juegos de

ventiladores

2. Radiador

2

1

311. Válvula de aislamiento

3. Ventiladores

Refrigeración OFAFRefrigeración OFAF

Transformador con circulación forzada de aceite y forzada de aire

Equipo auxiliar: radiadores, juego de ventiladores y bomba de aceite

4. Bomba de aceite

1. Válvula de aislamiento

2. Ventiladores

3. Conjunto radiador

1 2

1 3

4

Refrigeración ODAFRefrigeración ODAF

Transformador con circulación dirigida de aceite y forzada de aire

Equipo auxiliar: radiadores (más pequeños que en OFAF), juego de

ventiladores y bomba de aceite

Bomba de aceite

Válvula de aislamiento

Ventiladores

Radiador

Válvula de aislamiento

El aceite es dirigido al

interior de los devanados

mediante ranuras que se

hacen en ellos

Refrigeración OFWFRefrigeración OFWF

Transformador con circulación forzada de aceite y forzada de agua

Equipo auxiliar: radiadores, bomba de aceite y sistema de agua (bombas,

filtros, etc.)

Se utiliza cuando se tiene

escasa fuente de aire y

abundante fuente de

agua (adecuada)

El agua circula por los

serpentines del radiador

CASA DE MÁQUINAS

EN CENTRALES

HIDRÁULICAS

Válvula de aislamiento

Bomba de aceite

Radiador

Circuito de agua

Válvula de aislamiento

Deflectores flujo aceite

TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN GAS (SF6)

Aislamiento y enfriamiento por medio de SF6

Ventajas

El SF6 no es combustible, no requiere sistema contraincendio

Más compactos

Fácil instalación, no requiere tratamiento del SF6

154 kV - 68 MVA 275 kV -300 MVA

g) Por la regulación.

Regulación fija. Regulación variable con carga. Regulación variable sin carga.

h) Por la operación.

De potencia. Distribución. De instrumento. De horno eléctrico. De ferrocarril o sistema metro

CONEXIONES Y GRUPOS HORARIOS DE CONEXIÓN

• Conexiones

Conexión en ESTRELLA (Y, y) Conexión en DELTA (D, d)

I (R) II (S) III (T)

(N)

I (R)

II (S)

III (T) I (R) II (S) III (T)

Conexión en ZIG-ZAG (Z, z)

I (R) II (S) III (T)

(N)

I (R)

II (S)

III (T)

I (R)

III (T) II (S)

Y, D, Z, N: devanado AT

y, d, z, n: devanado BT ó

terciario

Grupo horario de conexiónGrupo horario de conexión

El grupo horario se designa como: ANabnC”+d”

En donde:

A = Y ó D (Conexión de los devanados de alta tensión)

N, n = sólo para devanados en Y cuando se tiene acceso al neutro

N : en el devanado de AT

n : en el devanado de BT

a = se adiciona sólo cuando se trata de un Autotransformador

b = y, d ó z (Conexión de los devanados de baja tensión)

C x 30o = desfase (atraso) entre la tensión fase – neutro del devanadosecundario con respecto al primario

C : 0, 1, 5, 6, 11, 2, 4, 7, 8 y 10

“+d” = se utiliza cuando se tiene devanado terciario de estabilización

Grupo horario de conexión: ejemplosGrupo horario de conexión: ejemplos

Transformador de dos devanados ( Dyn11 )

D: devanado AT en D

Y: devanado BT en Y

N: se tiene acceso al neutro enBT

11: desfase de 330o entre tensiónfase – neutro de BT y AT

Transformador de tres

devanados ( YNyn0d5)

I II III

I II III

I II III

12

12

12

5

I II IIII II III

I

II III

I

II

III

I

II

III

I II III

I II III

I

II III

I

II III

11

12 11

12

Grupo horario de conexión: ejemplosGrupo horario de conexión: ejemplos

Autotransformador ( YNad11 )

Y: devanado serie y común en Y

N: se tiene acceso al neutro en ATy en BT

a: indica que es unAutotransformador

d: devanado terciario en D

11: desfase de 330o entre tensiónfase - neutro del devanadoterciario y AT

Si el devanado terciario no estaaccesible, este devanado se utilizacomo devanado de estabilización:

YN+d

I

II

III

12

11 12

I II

III

I II III

Transformador con tomas

• Control de tensión dentro de límites legales

• Control de flujos de P y Q en la red

• Ajuste de tensión frente a ΔCarga

66/20 kV ⇒ Regulación en carga automática (Sistema Jansen)

132/66 kV ⇒ Regulación en carga manual desde el despacho de maniobras

TRANSMISIÓN… Incremento de la capacidad de transporte

VFTVariable frequency transformer

Transformadores que permiten la transferencia de potencia entre sistemas interconectados con flujos bidireccionales.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS

Transformador desfasador con variación continua de ángulo

Devanados trifásicos en estator y rotor

Control de flujo de potencia entre dos redes asíncronas

Flujo de potencia proporcional a la diferencia de ángulo de fase de voltajes

Drive y motor que aplican torque para ajustar diferencia relativa de ángulo de fase de voltajes del rotor y estator

Fuente: www.gepower.com

Puesta en servicio y mantenimiento de transformadores

Antes de poner en operación un transformador dentro de una subestacióneléctrica conviene revisar lo siguiente:

1. Rigidez dieléctrica del aceite.

Una lectura baja de rigidez dieléctrica del aceite indicara suciedad, humedaden el aceite.

Para corregir esto se filtra el aceite las veces que sea necesario hastaobtener un valor correcto.

2. Resistencia de aislamiento.

3. Secuencia de fases correctas (polaridad).

4. Tener cuidado de que las lecturas de parámetros (V,I,W) sean las adecuadas.

Mantenimiento de transformadores

Es el cuidado que se debe tener en cualquier tipo de máquinas durante suoperación, para prolongar su vida y obtener un funcionamiento correcto, en elcaso particular de los transformadores se requiere poco mantenimiento, envirtud de ser maquinas estáticas. Sin embargo, conviene que periódicamente sehaga una revisión de alguna de sus partes, como son:

1. Inspección ocular de su estado externo en general, para observar fugas deaceite, etc.

2. Revisar si las boquillas no están flameadas por sobre tensiones de tipoexterno o atmosférico.

3. Cerciorarse de que la rigidez dieléctrica sea la correcta, según las normas.

4. Observar que los aparatos indicadores funcionen debidamente.

5. Tener cuidado que los aparatos de protección y control operen en formacorrecta.

1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA1.3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA