ANSI-IEC C57.12.01-C57.12.91 Pruebas Trafos Secos

PRUEBAS DE TRANSFORMADORES SECOS Insert image here

     1     e   m   a   n   y   n   3   a   1   p   0   m    2   o   /    C   5    1

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Normas ANSI/IEEE C57.12.01-1998 y C57.12.91-1995 Insert image here

PRUEBAS PRUEB AS DE TRANSFORMA TRANSFORMADORES DORES SECOS 



     2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

 Apl  Ap l i c a a to t o dos do s l o s t r ansf ans f o rmado rm adorr es seco sec o s d e di d i s t rib ri b u cion ci on y potencia Exceptuando xceptuando los transformadores: transformadores: 

 de instrumentos, inst rumentos,



reguladores de voltaje,



para hornos de arco, arco,



rectificadores



transfor madores especiales especiales



y de mineria. min eria.

PRUEBAS PRUEB AS DE TRANSFORMA TRANSFORMADORES DORES SECOS 





     3     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Tabl Tabla a 15 de la nor n orma ma IEEE IEEE C57. C57.12. 12.0101-199 1998, 8, Pru Pruebas ebas de d e rutin rut ina a , diseño dis eño y otras otr as para para transformadores transfor madores secos. Grupos 

500kVA y menores



501kVA y mayores

Pruebas 

Pruebas Pruebas de rutina rut ina



Pruebas Pruebas de diseño di seño



Otras pruebas

PRUEBAS DE RUTINA 

Transfor madores 500kVA y menores   



Relación de transformación Polaridad y relación de fase Pérdid as sin carga y corr iente de excitación al 100% y 110% del voltaje nomin al y frecuencia nominal. Prueba dieléctrica   





Prueba mecánica de fugas para transfor madores sellados

Transfor madores de 501kVA y mayores   

     4     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Tensión aplicada Tensión inducida Descargas parciales

Las anteriores mas, Medida de resistencia de todos lo s devanados Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales

PRUEBAS DE DISEÑO 

Transformadores 500kVA y menores 

Medida de resistencia de todos lo s devanados



Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales







Impulso



Descargas Parciales



Nivel de ruido audible



Mecánica de presión , para tanques sellados

Transformadores de 501kVA y mayores 

     5     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

 Aumento de temperatur a

 Aumento de temperatur a



Impulso



Nivel de ruido audible



Mecánica de presión , para tanques sellados

OTRAS PRUEBAS 

Transfor madores 500kVA y menores      



Transfor madores de 501kVA y mayores     

     6     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales Impulso  Aislamiento Factor de potencia Resistencia de aislamiento Descargas parciales Capacidad de c orto circuito

 

Impedancia, perdidas con carga a valores nomin ales Impulso  Aislamiento Factor de potencia Resistencia de aislamiento Descargas parciales Nivel de ruido Capacidad de c orto circuito

Notas importantes de la tabla 15

     7     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

a.

Puede aplicarse muestreo en la prueba de corriente de excitación y perdidas en vacio, el los transformadores de 500kVA o menores

b.

Cuando la prueba de impulso sea requerida esta debe preceder a las pruebas de tension aplicada y tension inducida

c.

La prueba de descargas parciales puede ser hecha en los devanados de todos los transformadores secos, pero son consideradas pruebas de rutina en los transformadores por encima de 1.2kV con aislamiento sólido y/o encapsulados en resina como parte del sistema de aislamiento.

RUTINA - MEDIDA DE RESISTENCIA 

Para qué se usa la medida de resistencia  



Determinación de la temperatura fria  

 



No se debe asumir que los devanados están a temperatura ambiente Todas las temperaturas internas medidas por sensores no deben diferir en mas de 2 ºC de la temperatura ambiente. La temperatura ambiente no d ebe cambiar en mas de 3 ºC por tres horas. El transformador debe permanecer en la misma area mínimo 24 horas y no aplicarse ni voltaje ni cor riente 24 – 72 hor as, dependiendo del tamaño.

Métodos 

     8     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Cálculo de I 2R de las pérdidas de los arrollamientos. Cálculo de la temperatura de los arrollamientos durante la prueba de calentamiento.

Puentes o Intrumentos dig itales de alta precisión, Se usan con valores de resistencia hasta 10000 Ohmios y cu ando la corriente nominal del transfor mador a medir es menor de 1 Amp.  

de Wheatstone, R >1 Ohm , Kelvin R < 1 Ohm

RUTINA - MEDIDA DE RESISTENCIA 

Métodos ( cont.) 

Batería, Volt ímetro-Amperímetro, ley de ohm Se usa cuando la corri ente del devanado es superior a 1 A   







Minimizar el error con instrumentos análogos de alta deflexión Matener la misma polarid ad del nucleo du rante todas las medidas de resistencia. Los cables de los ins trumento s de medida deben ser independientes y conectados lo mas cerca al a los terminales del devanado medido. Las lecturas n o deben ser tomadas hasta que el voltaje y la co rriente sean estables. La corriente usada no d ebe exceder el 15% de la nominal del devanado.

Valor corregido de la Resistencia La medida es corr egida a 75ºC u 85 ºC, segun aumento de temperatur a establecido de 55 ºC o 65 ºC.

     9     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C



Rs = Rm { (Ts + Tk) / (Tm + Tk) }   

Rm = resistencia medida a temperatura Tm Ts = temperatura a cor regir. Tk = 234.5 C para Cobre, 225 C para Aluminio

RUTINA – POLARIDAD 

Métodos 

Deflexión por in ducción  





Voltímetro análogo en el secundario = + en X1 Deflexión po sitiva = polaridad aditiva

 Aplican do voltaje AC 

Para relación de vueltas menor de 30:1



Corto H1 – X1



Voltímetr o en H2 – X2



Voltaje entre H1-H2



     0    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Batería, + en H1

Lectura mayor a V aplicado polaridad aditiva

 Arrollamientos Polaridad Polaridad Sustractiva Aditiva

RUTINA – POLARIDAD





Paralelo en el lado d e alto voltaje



Conexión de X2 de los d os trf x.



Voltímetro entre los X1



     1    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Con un transformador de polaridad conocida







Transformador en Prueba

Por comparación

Fuente

 Apli car voltaje reducido en el primario Lectura cero o d espreciable ind ica polaridad igual en los dos transformadores.

Por puente de relación.

Transformador con la relación conocida

RUTINA – POLARIDAD





NORMA 

200kVA y menores con 8660V o menos en el primario, polaridad ADITIVA,



Los demás sustr activa.



Se debe mostrar en la placa

Importancia de la Polaridad 

     2    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Cuando se van a conectar transformadores en paralelo o en bancos de dos o mas.

RUTINA –RELACION DE FASE 



La función del transformador es transfor mar potencia de un nivel de tesion a otro. La prueba asegura que el transformador tenga las vueltas adecuadas para producir las tensiones requeridas. Norma Transformador en 

En condici ón de vacio , a tensión y frecuencia nomin al.





Métodos 

 

 Apli cando un voltaje en el p rimario Leyendo el voltaje en el secundario Voltaje primario aplicado / Voltaje secundario leido





Transformador con la relación conocida

Transformador en Prueba

Comparación con uno cono cido 

     3    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Fuente

Voltímetro 



Prueba

V1/R1 = V2/R2 , R = número de vueltas

Conexión en paralelo en el pr imario Lectura de voltajes en el secundario

Fuente

Puente de relación TTR



Desviación Permitida 

0.5%

Transformador con la relación conocida

RUTINA –RELACION DE FASE 



La función del transformador es transfor mar potencia de un nivel de tesion a otro. La prueba asegura que el transformador tenga las vueltas adecuadas para producir las tensiones requeridas. Norma 

V1/R1 = V2/R2 , R = número de vueltas En condici ón de vacio , a tensión y frecuencia nomin al.





Métodos 

Voltímetro   



 Apli cando un voltaje en el p rimario Leyendo el voltaje en el secundario Voltaje primario aplicado / Voltaje secundario leido

Comparación con uno cono cido  



     4    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Conexión en paralelo en el pr imario Lectura de voltajes en el secundario

Puente de relación TTR = R/R1



Desviación Permitida 

Transformador en Prueba

0.5%

Fuente

Circuito básico del puente de Relación

DIAGRAMA FASORIAL 

Conexión H1 con X1



 Aplica tensión con fuente trifásica en los terminales H1,H2,H3



     5    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Se hacen las comparaciones de tensión .

RUTINA – PERDIDAS SIN CARGA

Fuente



Ensayo de vacio 

Voltaje nominal primario



Circuito abierto en el secund ario







Fuente



V = voltímetro de lectura promedio (calibrado rms)  AV = voltímetro de lectura rms verdadera.

Tolerancia 

     6    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

I excitación en func ión de la I nominal

10% del valor especificado.

RUTINA – PERDIDAS SIN CARGA – I excitación



Pérdidas sin Carga (Excitación)   

Pérdid as del hierro d el núcleo Pérdid as dieléctricas en el aislamiento, Pérdid as en los arrollamientos por la circu lación de la Corriente de excitación,





Importancia  

Sirve para verificar el diseño del nu cleo. Costo d e la energia.  



Norma 

Sera capaz de operar sin exc eder su aumento d e temperatura 

     7    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Calidad del acero Punto de operación



5% de sobretensión con k VA nomin ales con pf=0.8 o mayor 10% sobretensión nom inal sin carga en el secundario.

RUTINA – PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA

Fuente



Secundario en corto



Corriente nominal en el primario



I2R, debido a la carga



Corto

Fuente

     8    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Pérdidas por corrientes parásitas(Eddy) 

Inducidas por el flujo ligado en los devanados.



Grapas del núcleo



Pantallas, paredes del tanque



Z como % de la Un



%Z= [%X2 + %R2]1/2



%R = per. Dev /10xkVA



Tolerancias: 7,5% , 2 dev. 10% , 3 dev , autos, zigzag

RUTINA – PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA 



     9    1     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Corrección por temperatura 

I2R aumentan con la temperatura



Por dispersión o parásitas disminuyen con la temperatura



P(T) = Pr(T) + Ps(T)



Pr(T) = Pr(Tm) [(Tk + T)/(Tk + Tm)]



Ps(T) = Ps(Tm)[ (Tk + Tm)/(Tk +T)]



Pr(T) = pérdidas I2R en vatios a la temperatura T en ºC



Ps(T) = pérdidas por dispersión en vatios a la T en ºC



P(T) = pérdidas con carga corregidas a la temp T en ºC



Tk = 234.5 ºC para cobre, 225 ºC para aluminio.

Importancia 

Pérdidas, Para la evaluación económica del transformador



Impedancia, Para la operación en paralelo.

RUTINA – PERDIDAS CON CARGA e IMPEDANCIA

     0    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO 

Depende de la conexión de los devanados



Depende de la construcción del nucleo



     1    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

 Aplica solo para transformadores con neutro fisico para conexión externa.



Vex < 30% V

L-N ,



Iex < In (si no hay delta), si hay delta la corriente no debe llegar a In.



Zo(%) = 300[E.Ir/Er.I] 

E = Voltaje de exitacion medido



Er = Vn fase neutro del devanado exitado



Ir = In por fase del devanado exitado



I = flujo de corriente medido en las 3 fases conectadas en paralelo.

IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO Pruebas para determinar el circuito equivalente de secuencia cero 

Prueba 1 , medida de Z1No 



Prueba 2, medida de Z2No 



 Aplica voltaje al devanado 2 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. El bobinado 1 en cricuito abierto.

Prueba 3, medida de Z1Ns 



 Aplica voltaje al devanado 1 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Los otros bobinados en cricuito abierto.

 Aplica voltaje al devanado 1 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Los terminales del devanado 2 en corto, los otros devanados abiertos o en corto.

Prueba 4, medida de Z2Ns (redundante) 

 Aplica voltaje al devanado 2 entre los terminales cortocircuitados y el neutro. Los terminales del devanado 1 en corto, los otros devanados abiertos o en corto

Z3=[ Z2No(Z1No-Z1Ns)]1/2 = [Z1No(Z2No – Z2Ns)]1/2 Z2 = Z2No – Z3 ,      2    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Z1 = Z1No – Z3

Si Z1No y Z2No son aprox infinito , Z3 sera aprox infinito

PRUEBAS DIELECTRICAS 

Lo más importante del transformador es el aislamiento.



Se mide el aislamiento por la resistencia dielectrica



Niveles



     3    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C



Potencial aplicado



Potencial inducido



Prueba de Impulso (debe preceder las pruebas de baja frecuencia)

 Aislamiento Principal

Aislamiento Secundario



Fase a tierra

Capa a Capa



Fase a fase

Vuelta a Vuelta



Primario a secundario

sección a sección

PRUEBAS DIELECTRICAS 



Potencial aplicado 

60Hz



1 minuto



Primario a fuente – secundario en corto y a tierra



Primario en corto y a tierra – secundario a fuente.



Tabla II C.57.12.00

Proposito:  Aislamiento principal a tierra y a los otros arrollamientos

     4    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

PRUEBAS DIELECTRICAS 

Potencial Inducido 

Voltaje = 2Vn en potencia, 1.65Vn reducido en distribución



Frecuencia > 2 Frecuencia nominal



Duración segun frecuencia:





120Hz – 60 segundos



400Hz – 18 segundos

Conexión 



Proposito 

     5    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Primario a la fuente, secundario abierto.

 Aislamiento menor, entre capas

PRUEBAS DIELECTRICAS 





     6    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Onda Completa (BIL) 

Representa la perturbacion a cierta distancia del transformador que vi aja a lo largo de la linea hacia el transformador.



1.2x50us ,



1.2us para alcanzar el pico,



50us para decrecer a la mitad del valor cresta.

Onda Recortada 

Representa la onda viajera que flamea cerca del transformador



115% del impulso de onda completa



Tiempo minimo de flameo de 1 a 3us de acuerdo al BIL

Frente de Onda 

Representa un impacto directo o muy cercano de una descarga atmosferica en los terminales del transformador.



No aplica a transformadores de Distribucion.



Potencia transformadores > 95kV BIL

PRUEBAS DIELECTRICAS 

Impulso 

     7    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Capacidad del aislamiento de soportar frentes de onda por descargas atmosfericas y de maniobra

PRUEBA DE IMPULSO 

     8    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Secuencia de prueba de Impulso 

Onda Completa reducida (usada como comparacion)



Dos frentes de onda



Dos ondas recortadas



Una onda completa



Prueba de rutina de impulso para transformadores de distribición



Solo para los terminales de alto voltaje, no secundarios ni neutros.



Metodo 1





Una onda reducida entre el 50% y el 70% del BIL



Una onda completa al 100% del BIL



Detección de falla por comparación de la onda reducida y al 100%, usando la forma de la onda de corriente de tierra o la forma de onda del voltaje en la impedancia del neutro.

Metodo 2 

Dos ondas completas con 100% del BIL.

PRUEBA DE RUIDO

     9    2     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C



Mide el nivel promedio de ruido generado por el transformador energizado a voltaje nominal, frecuencia nominal en condición de vacio.



Las vibraciones del hierro tienen una frecuencia fundamental de 120 Hz mas armónicos.



Es una prueba opcional



NEMA tabla IV estable los niveles máximos aceptables en función de la potencia nominal. (48db a 56db para distribución)

PRUEBA DE TEMPERATURA 

     0    3     e   m   a   n   y   n   a   p   m   o    C

Objetivo: Verificar que se cumplan los limites de temperatura a una potencia dada. 

65ºC sobre 30 ºC promedio ambiental



Punto más caliente < 110 ºC, no se mide durante la prueba se toma de pruebas de prototipo.



Se hace simulando la carga nominal



Método más usado, corto en el secundario



Criterio de tres lecturas sin variación de temperatura (