Informne Tension INDUCIDA

Tensión inducida en transformadores de potencia de 10 - 30KV Luis J. Laime F. 20080384J, Vladimir 20010104H 7, Quito 20110227D, Oscar Miranda 19720401D, Darwin P. Avila V. 20092531B, Frank Chavez P 19992580F Pedro G. Soto G 20094073A.

• Resumen.-- En el presente informe se tomaron medidas del ensayo de rutina ensayo de doble frecuencia a los trasformadores. Estos fueron evaluados en las condiciones recomendadas, de esta manera Verificar los esfuerzos dieléctricos producido en los aislamientos entre los puntos donde se induce tensión, esto es, entre espiras, entre bobinas, entre capas de las bobinas, entre derivaciones, entre salidas, etc. 1) FUNDAMENTO TEORICO Dentro de los ensayos de rutina establecidos por las normas internacionales de pruebas a transformadores de potencia, se encuentra el ensayo de tensión inducida o también llamado ensayo de doble frecuencia.

El valor de esta tensión debe ser igual a dos veces la tensión nominal del devanado y la frecuencia, lo suficientemente mayor a la frecuencia nominal para evitar un exceso de corriente de magnetización durante la prueba.

Ensayo de tensión inducida Este ensayo es de rutina, es decir, que debe aplicarse a cada uno de los transformadores que se fabrique o repare. Pretende verificar únicamente el estado del aislamiento interno del transformador, entre espiras y capas de un mismo devanado, debido a que este aislamiento no puede comprobarse con la prueba de tensión sostenida, porque en esta, todo el devanado se pone al mismo potencial.

Consideraciones La prueba es al doble de la tensión nominal y hasta completar 7200 ciclos. El flujo máximo al que opere el núcleo está determinado por la ecuación general del transformador Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza magneto motriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador.

La tensión inducida se realiza aplicando una tensión sinusoidal a los terminales de uno de los devanados del transformador, manteniendo el otro devanado con sus terminales abiertos y flotando.

Al aplicar una tensión del 200%, el flujo aumentara en la misma proporción , por lo que , para limitarlo se tendrá

que aumentar en igual forma la frecuencia. Es decir, cuando el transformador este diseñado para operar a 60 Hz, la prueba se podrá ejecutar a 120 Hz y su duración será de 60 segundos, Cuando la prueba se realiza con una frecuencia mayor a los 120 Hz el esfuerzo eléctrico en los devanados será mayor, por lo que la prueba se ha limitado a 7200 ciclos, Por tal el tiempo de prueba depende de la frecuencia del generador utilizado La energía de la prueba debe conectarse a un cuarto o menos del valor de tensión necesario y se debe elevar la tensión en no más de 15 s. Una vez alcanzada la tensión de prueba, se mantiene durante el tiempo de duración del ensayo T. Después se reduce gradualmente en no más de 5 s, a un cuarto o menos del valor de tensión necesario y se desenergiza el circuito.

El valor mínimo de la frecuencia de ensayo, según la publicación IEEE Std. C57.12.90-2000, se determina por la siguiente expresión:

Tiempo establecido para la prueba de tensión inducida

En la actualidad existen varios métodos mediante los cuales, se pueden obtener la tensión sinusoidal con la frecuencia necesaria para este ensayo.

Uno de estos métodos utiliza equipos electrónicos de potencia, que generan tensiones a la frecuencia y potencias requeridas.

Por ejemplo tenemos un variador de velocidad de la marca ABB

Fm = Fn × Vp ⁄(1.1xVn ) Donde: Fm

: Frecuencia mínima de la prueba (Hz)

Fn

: Frecuencia nominal (Hz)

Vp

: Tensión inducida en el devanado (V)

Vn

: Tensión nominal del devanado (V)

El tiempo de duración del ensayo, T será 7200 ciclos de la señal y se determina, según la IEC Publicación 76 Parte 2, de 1999, por:

T = 120 × Fn ⁄Fp Donde:

T

: Tiempo de duración del ensayo (s)

Fp

: Frecuencia de la prueba (Hz)

Con este criterio se ha formulado la siguiente tabla con los valores de frecuencia más comunes y su tiempo de duración de la prueba

Otro método es a partir de un motor asincrónico de rotor bobinado, utilizándolo como generador, haciendo girar su rotor con un motor primario a velocidad nominal pero en sentido contrario al

campo del estator, para obtener una velocidad relativa del rotor con relación a la velocidad del campo del estator, igual al doble de la velocidad nominal. De esta forma, en el rotor se puede obtener una tensión con una frecuencia igual al doble de la frecuencia nominal.

doble de la frecuencia en la tensión de salida del mismo. Variando la tensión en la excitatriz del generador, con una fuente de corriente directa, se varía la tensión de salida de este.

El método más tradicional es mediante una máquina sincrónica de baja potencia, movida por un motor primario. Este par pudiera tener como frecuencia nominal, la frecuencia necesaria para la prueba, pero no son comunes las máquinas sincrónicas con frecuencias eléctricas nominales mayores a 60 Hz. Lo más habitual es, a partir de un generador sincrónico de 50 o 60 Hz, aumentar su velocidad en el eje hasta obtener la frecuencia necesaria en las magnitudes de salida.

Esta variación de la velocidad en el eje del generador se puede obtener acoplándosele un motor cuya velocidad nominal sea la indispensable para la frecuencia que se necesita o acoplándosele un motor que aunque no tenga la velocidad nominal necesaria, se le pueda variar esta mediante los métodos que existen y de esta forma llevar al generador hasta la velocidad que le permita generar a la frecuencia de la prueba, siempre que mecánicamente sea permisible

Criterio de aceptación o rechazo Los medios por los que se pueden detectar una falla, son los siguientes Incremento brusco de corriente, cuando la corriente se incrementan bruscamente durante la prueba existe evidencia de falla del devanado y sea entre vuelta o entre capas

Variación de la velocidad del motor primario Los métodos de variación de velocidad de un motor de inducción son: 1.- Actuando sobre el deslizamiento. a) Por variación de resistencia (obsoleto) b) Por cascadas asincrónicas (tiene un rango limitado de regulación de velocidad) 2.- Por polos consecuentes (en máquinas especialmente construidas para eso) 3.- Por frecuencia a) Control vectorial. b) Control escalar (mantiene la relación V/F, constante) Para el método por control escalar, el variador de frecuencia permitirá, cambiando la frecuencia de la tensión de alimentación del motor primario, variar su velocidad hasta el doble de la velocidad sincrónica del generador, para obtener hasta el

Ruidos dentro del tanque: Si se presenta un ruido intenso en el interior del tanque, la falla posible puede deberse a distancia cortas de los devanados o partes vivas contra el tanque. Si el ruido presentado es amortiguado o en forma de zumbido , la causa puede ser por distancias críticas o por la existencia de la humedad Huno y burbujas La presencia de estas dos en el aceite es prueba inequívoca de falla entre vueltas y capas del devanado. Cuando solo se presentan burbujas no es posible asegurar existencia de falla, ya que estas pueden haber estado ocluidas entre el devanado

2) NORMAS TECNICAS DE REFERENCIA  Norma técnicaIEEE Std C57-12.90-2000.  IEC publication 76 Parte 2 ,1999

3) DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA 2.2 PROCEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA 2.1EQUIPOS UTILIZADOS Colocar la salida del grupo generador convertidor de frecuencia transformador auxiliar a los bornes de menor tensión del transformador de prueba (en casi de no requerirse transformador auxiliar, la conexión será directa al grupo convertidor al transformador de prueba), conectar el tanque a tierra. Alimentar desde el tablero general al motor del grupo convertidor de frecuencia. Incrementar la tensión de alimentación al motor del convertidor hasta alcanzar el voltaje y frecuencia nominal de prueba. A la salida del convertidor se conectan los instrumentos respectivos para efectuar las mediciones de frecuencia y voltaje. Alcanzado el valor de tensión de prueba se empieza a medir el tiempo indicado en la norma IEC 60076. Criterio de aceptación: Una vez finalizado el ensayo se considera satisfactorio, si es que en el desarrollo del mismo no se presentaron anomalías en el transformador como descargas internas o externas, acompañadas de un brusco aumento de corriente. Causas frecuentes de fallas:

Circuito a utilizar

Si durante el ensayo se observa un aumento sólido de la corriente de alimentación y simultáneamente se dispara la protección (fusible o disyuntor) es indicio de que ocurrió un cortocircuito que pueda estar localizado entre el devanado de baja tensión contra el núcleo o el devanado de alta tensión contra algún otro elemento conectado a tierra. 2.3 ) PRUEBAS A REALIZAR



Prueba de ensayo a doble frecuencia.

2.4) EJECUCIÓN Las pruebas serán realizadas por los siguientes alumnos del curso de Alta Tensión en el Laboratorio de Electricidad N°6.

5

CUESTIONARIO

5.1.¿Por qué en esta prueba se usa en el ensayo doble tensión y doble frecuencia?

1.

RESULTADOS OBTENIDOS Datos de placa del transformix usados en la experiencia

El valor de esta tensión debe ser a dos veces la tensión nominal del devanado y la frecuencia, lo suficientemente mayor a la frecuencia nominal para evitar un exceso de corriente de magnetización durante la prueba Según la norma IEC Publicación 76 Parte 2, de 1999 la relación entre el tiempo de prueba, frecuencia nominal y frecuencia de prueba es:

𝑇 = 120

𝐹𝑛 𝐹𝑝

T: tiempo de prueba Spectrum Unidad Compacta para medicion en aceite Año fabricacion 2010 tipo TIM22 N°Serie 218 Fases 3 Peso Total 160Kg Montaje Exterior

Fn: frecuencia nominal Fp: frecuencia de prueba Para la prueba el valor de T es de un minuto, lo que es 60 segundos, la frecuencia nominal es de 60HZ, entonces obtenemos que la frecuencia de prueba es de 120HZ. Luego reemplazamos en la ecuación

Potencia Relacion Clase de presicion Conexion Frecuencia Norma C.E.I Utilizar salidas

T 444 V

T.Tension 2X30 VA 100/0,1 0,2 V-V 60Hz PUB-186 U,V,W

Datos Obtenidos f I 123 Hz 0,465 A

T.Corriente 2X15 VA 20,40,80/5A 0,2 V-II 60Hz PUB-185 r,s,t

t final 1 min.

𝐹𝑝 = 𝐹𝑛

Donde:

𝑉𝑝 1.1𝑉𝑛

Fm

: Frecuencia mínima de la prueba (Hz)

Fn

: Frecuencia nominal (Hz)

Vp

: Tensión inducida en el devanado (V)

Vn

: Tensión nominal del devanado (V)

De donde se obtiene que la tensión inducida en el devanado debe ser aproximadamente el doble de la tensión nominal.

Si no notamos anomalías como burbujas, humo o un exagerado incremento en la corriente de excitación 5.2.¿Sobre qué elementos se notaría el efecto de la doble tensión y doble frecuencia?

decimos que el transformador función con normalidad.

7.5 Hacer un diagrama del circuito eléctrico de la prueba realizada Esquema eléctrico para aplicar la prueba de potencial inducido a un transformador trifasdico

Esta prueba pretende verificar únicamente el estado del aislamiento interno del transformador, entre espiras y capas de un mismo devanado, debido a que este aislamiento no puede comprobarse con la prueba de tensión inducida, por esto podemos responder a la pregunta diciendo que se nota sobre el aislamiento interno. 5.3.¿Qué sucederá si se efectúa la prueba durante 5 minutos, en lugar de 1 minutos?

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Al no seguir lo establecido por la norma ponemos en peligro al equipo también a los operarios, el daño que probable ocasione esto es un deterioro del aislamiento interno del transformador entre espiras y capas de los devanados 5.4.Enumerar razones de la validez técnica de este ensayo Debido a que aplicamos el doble de frecuencia y de tensión evitamos un exceso de la corriente de magnetización, hay que recordar también que no es posible verificar el correcto aislamiento en la prueba de tensión inducida debido a que se pone todo el devanado al mismo potencial en dicha prueba.

Las normas establecen que durante la prueba se debe estar atento a la presencia de humo o burbujas en el aceite, sonidos audibles, caídas abruptas de la tensión o incrementos súbitos de la corriente. Cualquiera de estas indicaciones debe ser cuidadosamente investigada mediante la observación, repitiendo el ensayo o mediante otras pruebas para confirmar si ha ocurrido una falla Al no haber presencia de anomalías como humo, burbujas en el aceite o una elevada corriente de alimentación podemos decir que el transformador presenta un correcto aislamiento interno

Los medios de desconexión automática para los casos de falla deben tener una calibración variable pues en todos los casos los transformadores tomarán su corriente de vacío y esta es distinta para cada capacidad y modelo, por lo que una corriente que puede ser normal para capacidades grandes, es sin duda indicio de falla en capacidades menores. Poner chupones aislantes a los terminales del lado de alta del transformador de potencia utilizado, para evitar accidentes. I.

REFERENCIAS

[1]

Notas del curso.

[2]

Implementation de un esquema de tensión inducida para pruebas a transformadores

[3]

http://www.unicrom.com/Tut_constitucion_transformador_p otencia.asp

[4]

http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/Electricidad/ normatividad/Gu%C3%83%C2%ADa%20ensayos%20de% 20campo%20Equipos%20Elec%20Potencia.pdf

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LABORATORIO DE ALTA TENSION