02 Conferencia Abb 2015 Final

8/17/2019 02 Conferencia Abb 2015 Final

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Tipos de transformadorey sus aplicacionesGuatemala, 22 de octubre de 2015


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TransformadoresTipos y sus Aplicaciones

Septiembre 2015


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Los transformadores son dispositivos eléctricos estáticos quela energía de un circuito a otro por medio de un campo elect

Transformador


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Aplicaciones

Sistemas de Potencia Generación, transmisión, distribución

Sistemas Industriales

Transporte Petróleo y gas

Bebidas y alimentos

Metalúrgica

Minería y otras industrias


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Propósito de la transmisión

Enviar los KVA de las plantas de generación enforma económica

Menores pérdidas de potencia

Pérdidas = I2R

Uso de la alta tensión para reducir la corriente

(amperios)

ie 100 kVA

( 10kV volt x 10 amps)

or (100 volts x 1000 amp)

U l j i t d t t “ ó i


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Propósito del sistema de distribu

Distribuir la potencia desde el sistema de transmisi

al sitio de ubicación de las cargas

Cargas residenciales, comerciales e industriales

Bajas pérdidas son importantes, el sistema debe seeficiente.

Se usan “ sistemas mas pequeños de transporte”


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Clasificados por aplicación y tamaNorma ANSI

Terminología de transformadores de distribución ypotencia – C57.12.80

Norma general para transformadores inmersos en

aceite de distribución, potencia y regulación –

C57.12.00

Pruebas transformadores en aceite – C57.12.90

Transformadores de 230kV y menores hasta 100

MVA – C57.12.10

Transformadores de pequeña potencia 750kVA a

20MVA, tipo subestación, Padmounted, Network


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Clasificados por aplicación y tamaNorma ANSI

Transformadores para distribución subterránea tiPadmounted, sumergibles y secos C57.12.22 Padmounted trifásicos, compartimentados 2500kV

menores, HV 34.5GRDY/19.9kV, LV 480V y menores

C57.12.26 igual a C57.12.22 pero para usar con conectoresseparables en alta tensión.

C57.12.23 Sumergibles monofásicos para conector separablalta, HV 24.9GRDY/14.4kV hasta 167kVA, con LV 240/120V

C57.12.24 Sumergibles trifásicos para conector separable enHV 34.5GRDY/19.9kV hasta 2500kVA con LV 480V y menore

C57.12.01 requisitos generales para transformadores secos distribución y potencia. Otras normas asociadas C57.12.91 –pruebas, C57.12.94 aplicación, mantenimiento instalación .

Transformadores reguladores - C57.15T f d d did d i


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Condiciones normales de Servic

Temperatura máxima 40ºC

Temperatura promedio no mayor de 30ºC en un período

de 24 horas

Temperatura mínima no menor de -20ºC

Altura de 1000 metros sobre el nivel del mar

Onda de voltaje sinusoidal

Factor de armónicos menor de 0.05 por unidad

Voltaje secundario y voltios por Hertz no mayores de

105% del valor nominal.


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Comentario General

Las normas ANSI no especifican tipo de material ni del núcl

ni de los conductores, ni del tanque, ni de los aisladores,

especifica parámetros físicos que se deben cumplir, como

presión, temperatura, voltaje, etc.

Las normas ANSI no especifican valores máximos de pérd

especifican tolerancias sobre los valores ofrecidos –

El DOE define la Eficiencia mínima

Las normas ANSI no especifican valores de impedancia,


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Donde usamos transformadore


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Tensiones típicas del sistema

G Transmisión Distribución


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Transformador elevador

La tensión primaria e

que la tensión secu

Usado en subestacio

las plantas de gene

La corriente primariamayor que la corrie

secundario

Transformador muy f

debe soportar variad f i

100

MVA

23 KV

~ 4350 amps

230 KV

~ 435 amps


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Transformador Reductor

Usado para transferir psistema de transmisió

sistema de subtransm

distribución

La tensión primaria es m

la tensión secundaria

La corriente primaria es

que la corriente del se

No se consideran varia

frecuencia.

50 MVA

230 KV

~ 217 amps

69 KV

~ 724 amps


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Sistemas de distribución, Aéreo, Subter

Sistemas Primarios Delta (Sin aterrizar)

3 hilos estrella (aterrizado en un solo punto)

4 hilos estrella multi-aterrizado

Tensión primaria Tensión de 2.3kV a 34.5 kV

Sistemas secundarios Trifásicos, 4 hilos (208Y/120 V o 480Y/277 V o

400/231V)

Trifásicos delta, 3 hilos (sin aterrizar)


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Distribución monofásica


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Distribución Trifásica


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Clasificados por el aislamient

Transformadores aislados con aceitmineral

Transformadores aislados con aceit

vegetal

Transformadores aislados con

líquidos especiales, ejemplo silicon

Transformadores secos, devanado

abierto


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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 haceren Acero inoxidable


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Opciones de aislantes líquidos para lostransformadores

Aceite Mineral

Fluidos Menos Inflamables


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Aceite Mineral

Ventajas

Destacadas propiedades Térmicas / Dieléctricas

Costo de compra mas bajo

Dimensiones mas pequeñas

Perdidas mas bajas por dólar comprado.

No afectado por el medio ambiente

Desventajas


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Silicona liquida

Ventajas

Punto de encendido mas alto que el aceite.

Propiedades Dieléctricas similares al aceite

No afectado por el medio ambiente

Desventajas

Costo mas alto

Goteo

Quema con alto punto de encendido


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BIOTEMP®

Ventajas

Amigable con el medio ambiente.

Alto punto de encendido y de llama.

Excelente fluido para rellenado

Excelente Comportamiento Dieléctrico

Tolerancia mas alta a la humedad.

Reducida producción de gases

Recurso Renovable

Desventajas


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BIOTEMP® Biodegradabilidad

97%

30%

20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

% Biodegradabilidad21 Días de Prueba

(CEC L-33-A-94)


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Propiedades Típicas de fluidos aislantes

Propiedad Aceite Mineral Silicone BIOTE

Flash Point 0C 145 300 343

Punto de encendido

Fire Point 0C 160 330 360

Punto de llamaViscosity (cSt.)1000 C 3 16 10

Viscosidad 400 C 12 38 45

00 C 76 90 300

Pour Point 0C -40 -55 -15 to

Punto de fluidez


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Propiedades de los aceites

Propiedad Aceite Mineral Alta Temp. Sil icona Aceite VegGravedad Especfica 0.91 0.87 0.96 0.91Punto de llama 0C 145 285 300 343Punto de Fuego 0C 160 308 330 360Viscos idad (cSt.) 1000 C 3 11.5 16 10

400 C 12 110 38 45

00 C 76 2200 90 300Punto de fluidez 0C -40 -24 -55 -15 to –Resistencia dieléctrica, kV 30 40 43 49Factor de disipación (%) 250 C 0.05 0.01 0.01 0.025 toInhibidor de Oxidación Optional Desirable No RequireBiodegradabilidadd


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Componentes del Transformador

Núcleo


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Material del Núcleo

Acero de grano orientado (Aceromagnético)

Material amorfo


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Las funciones del Núcleo

Ser el medio conductor para el flujo magnético

Servir como esqueleto para la resistencia mecánica d

la Parte Activa


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Features

De Aire

Apilado 1F

Acorazado

Apilado 1F

Columnas

Apilado 3F 3P

tipo columnas Apilado 3F 4P

Columnas Apilado 3f acorazado

Enrrollado 1F

acorazado

Enrrollado 1F

tipo columnas

Enrrollado 3F

tipo columnasEnrrollado 3F

Acorazado 5P

Tipo: Apilado, Enrollado

Piernas 0,1,2,3,4,5

Núcleo

Núcleo Apilado

Tipos de Núcleo

Nú l A d (Sh ll t


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Núcleo Acorazado (Shell type

Construcción Tipo Acorazad


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Construcción Tipo Acorazad

2 núcleos

1 bobin

Fabricación del núcleo enrrollad


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Fabricación del núcleo enrrollad


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Como se ensambla el transforma

El gap es distribuido en el (traslapado) núuniones cortas

Las uniones se abren se inserta la bobinanúcleo y el núcleo es cerrado en las union

Núcleoterminado Abrir

Insertar labobina en

el núcleoCerrar

Ti C l (C t )


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EL NÚCLEOCOLUMNA TIENEVARIAS VENTAJASSOBRE ELNÚCLEO

ACORAZADO :

>MENOR PESO YMENOR VOLUMEN.

>MAYORFACILIDAD DE

MONTAJE NUCLEOY PARTE ACTIVA.

>PARA NÚCLEOSGRANDES ELDISEÑO PUEDESER DIFERENTE,PERO ELCONCEPTOBÁSICO DE LOSCOMPONENTESCONTINUA SIENDOEL MISMO.

Tipo Columnas (Core type)


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Fabricación del núcleo apilado en p

Curvas de inducción


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0. 0

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

0. 8

0. 9

1. 0

W a t t s / l b

Curvas de Armco14 mi l

11 mi l

9 mi l

7 mi l

Curvas de inducción

Comparación de pérdidas


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Comparación de pérdidas

Monofásico

Trifásico

Componentes del transformador


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Componentes del transformador

Núcleo

Arrollam


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Clasificados por los devanado

Monofásicos

Trifásicos

Autotransformadores monofásicos

Autotransformadores trifásicos

Transformadores de tres o mas devanados

Material de los devanados

Cobre

Aluminio

Devanados transformador de distribuc


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pequeña potencia

Secundario

Secundario se hace con

lámina

Primario

Primario se hace con alam

Bobinas tipo capa


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1

Bobinas tipo - capa

Bobinas Tipo Hélice o helico


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Bobinas Tipo – Hélice o helico

Bobinas Tipo Disco ordinar


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Bobinas Tipo – Disco ordinar

M t i l d l d d


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Material del devanado

Propiedad Aluminio C

Conductividad Eléctrica a 20 °C 61%

Peso en libras por pulgada cúbica a 20°C

0.0975

Calor específico .226

Punto de fundición 660

Conductividad térmica a 20 CCal/cm2 /cm/sec/ C

.57

Resistencia a la tensión mecanica 12

Comparación del cobre y el alum


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Comparación del cobre y el alum

Ambos son aceptados por las normas IEEE-ANSI

Reconocer las diferencias

Máxima temperatura de corto circuito

Cobre = 250 °C

Aluminio = 200 °C

Basado sobre Generación de gas del aceite y el aislamiento

Endurecimiento del conductor

Vida del aislamiento

Las reglas del diseño deben reconocer las diferencias

Comparación del cobre y el alumin


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p y

Que decide la selección del conductor?

Preferencia del cliente

Economía

Mas bajo costo Consideraciones del diseño

Aplicación

Pérdidas

Espacio

Transformador trifásico Pequeña Po


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Transformador trifásico Pequeña Po

tipo núcleo bobina circular tipo núcleo bobina rec

Conexiones transformadores de distribu


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Conexiones transformadores de distribu

SecundarioMonofásico Usado en zona

120/240V y rural

240/480

Trifásico Zona residencia

120/240 V cargas grandesDelta abierta servicio trifásico

en zona comer

ligera

Trifásico Zona comercia

Conexiones de transformadores trif


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C f f


52/91


Transformador para distribución aé


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Transformador para distribución aé

Monofásico Auto protegido Monofásico Standard Trifásico Stan

Transformador Auto-protegido


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g

Protección total

Se Suministra con:

Pararrayos en la A.T

Fusible en la A. T.

Interruptor en la B. T

Luz de Señalización

La coordinación de la Pr

es responsabilidad del F

Filosofía de la protección CSP


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Filosofía de la protección CSP

El transformador de distribución debe estar prote

contra fallas y sobrecargas que disminuyen su v El sistema eléctrico debe estar protegido contra

transformadores con fallas, de tal manera que la

solo afecten al transformador y no al resto del sis

No es económico operar un transformador de disque esté sobrecargado

La protección contra descargas atmosféricas es

efectiva cuando el pararrayos se coloca directam

sobre el tanque

Distribución Subterránea


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Consideraciones:

Densidad de carga

Disponibilidad y colíneas aéreas.

Obstrucciones físic

distancias mínimas Diseño mecánico.

Estética, urbanism

Leyes y regulacion

Costos de construc


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Los sistemas DSson menos

susceptibles a

agentes externos.

Topología y configuració


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59/91

Transformadores para Distribu

Subterránea

Pedestal

M

onT r i

Sumergible

M

onT r i

Secos

T r i

T f d P d t l


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Transformadores PedestalMonofásico

Transformador Pedestal Trifásicotipo radial


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tipo radial

Lado de alta tensión Baja tensión

3 boquillas porque es radial

Fusible bayoneta

Transformador pedestal tipo lazo


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Alt T ió B j T ió

Fusible bayoneta

6 boquillas

Sistema tipo lazo


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Interruptor

o portafusible

Fusible

Co

LB

Alimentador

Transformadores de pedestal

línea aérea

Cable subterráneo


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Transformador Sumergible Monofás


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Transformador Sumergible Trifásico


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Transformadores Secos Bobinas Molde


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Transformadores secosbobinas impregnadas con esmalte


68/91

bobinas impregnadas con esmalte

Transformador Seco con gabinete


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Tipo Network red en malla)


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Subestación tipo industrial


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Transformador tipo Subestación


72/91

- 750-20,000 kVA

- 69 kV Primario- 34.5 kV Secundario

- LTC opcional

AT/BT montado en cubierta

Una fase o tres fases

Transformador tipo subestación prim


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- 750 - 20000 kVA

- 69 kV Primario

- 34.5 V Secundario

- LTC opcional

- AT montados en cubierta.

- BT montados en costado.

- Cámara de aire para cables, gargantapara ducto de barras

Transformador tipo subestación secunda


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- 112.5 - 2500 kVA

- 15 kV Primario

- 1000 V Secundario

- AT montados en costado.

- BT montados en costado.

- Camara de aire para cables,

garganta para ducto de

barras

Sistema de preservación del ace


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Tanque sellado

I t i

Con cambiador de tomas bajo car


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Cajas terminales


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Relación de Vueltas


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N1/ N2 = V1 /V2

V1V2

Transformador con carga


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I1

V1 V2

Núcleo

Devanados

Corriente sin carga


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I1

V1 V2

Ecuaciones básicas del diseñ


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N1/ N2 = V1 /V2

V1 x I1 = V2 x I2

V1V2

I1

I2

Pérdidas en los transformadores


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Pérdidas en el hierro= Pérdidas sin carga = NL

Pérdidas con carga

I²R = Pérdidas en Corriente continua

Pérdidas por dispersión - Pérdidas de AC

Corriente de Eddy en las bobinas

Otras pérdidas dispersas

Estructura

Acoples de las boquillas

Eficiencia del transformadoI


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% Eficiencia = L. kVA . cos . 105

L . kVA . cos . 103 + Fe + L2 . (Cu)

X R

V

I

CargCos

Carga de L kVA

L = Carga en p.u.

= Angulo de factor de potencia de la carga

Liquid-Immersed Distr ibution Transformers EfficieBefore 2016 On and afte


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Before 2016 On and afte

Single-phase Three-phase

kVA (%) kVA (%)

10 98.62 15 98.36

15 98.76 30 98.62

25 98.91 45 98.76

37.5 99.01 75 98.91

50 99.08 112.5 99.01

75 99.17 150 99.08

100 99.23 225 99.17

167 99.25 300 99.23

250 99.32 500 99.25

333 99.36 750 99.32

Single-phase Three

kVAEfficiency

(%) kVA

10 98.70 15

15 98.82 30

25 98.95 45

37.5 99.05 75

50 99.11 112.5

75 99.19 150

100 99.25 225

167 99.33 300

250 99.39 500

333 99.43 750

500 99.49 1000

Límites en la carga de transformadores en a


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Normas ANSI - 65°C es el incremento continuo promedio

arrollamientos

Pérdida de vida del aislamiento

Temperatura del aceite (120°C)

Temperatura de los componentes (135-140°C)

Temperatura del conductor (200°C-Al, 250°C-Cu)

Factores económicos o térmicos que limitan el pico o promed

en kVA que pueden ser suministrados por un transformador

Cambiadores de tomas


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Monofásico = un grupo Trifásico = tres grupos

Manilla como puntero

Uso de reguladores en subestacio


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Tipos de transformadorey sus aplicacionesGuatemala, 22 de octubre de 2015

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02 Conferencia Abb 2015 Final

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