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Imagination at work.
Transformadores. Una comparacin entre lquidos y secos
2014 General Electric Company. All Rights Reserved
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TEMARIO
1. Objetivo
2. Normativa Internacional
3. Definiciones
4. Evolucin de las tecnologas
5. Tipos de tecnologas
6. WaveCast
7. Conclusiones
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OBJETIVO
Conocer los tipos de transformadores ms usados en el mercado y
establecer una comparacin entre los refrigerados por aceite y los
secos para as tener ms herramientas para comprender las mejores
aplicaciones de cada uno.
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ANSI C57.12.00-2010 - standard general requirements for
liquid-immersed distribution, power, and regulating transformers
(ANSI)
ANSI C57.12.01-2010 - standard general requirements for dry-type
distribution and power transformers, including hose with solid
cast/or resin-encapsulated windings
IEC 60076-13:2004 power transformers - Self protected liquid
filled transformers.
IEC 60076-11:2004 power transformers Dry type transformer.
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NORMATIVA INTERNACIONAL
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Como parte del equipamiento elctrico, el transformador, es un
componente esencial en cualquier sistema de distribucin de
potencia. Por ello es importante evaluar desde todas las aristas
antes de escoger que tipo de unidad necesitamos para nuestro
proyecto. Algunos de los factores ms importantes a considerar en la
seleccin de un transformador de potencia son:
EL TRANSFORMADOR
Capacidad Los kVAs nominales del transformador. Voltaje nominal
Voltaje del primario y el secundario del transformador. Sistema de
aislamiento Temperatura ambiente mxima, temperatura de las bobinas.
Ncleo y bobinas Material, forma, construccin, (conductores de cobre
o aluminio). Sistema de aislamiento del devanado Abierto, VPI, VPE,
encapsulado.
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El Transformador es considerado una mquina elctrica esttica, que
opera bajo el principio de la induccin electromagntica,
transfiriendo energa elctrica, entre dos o ms sistemas distintos de
tensin a una frecuencia de red constante. Para la correcta seleccin
de un transformador, es muy importante considerar, adems de los
parmetros elctricos, tambin la aplicacin y el lugar de instalacin.
Este anlisis nos llevar a concluir consecuentemente, si lo ms
recomendable es emplear un transformador refrigerado por aceite o
un transformador seco.
EL TRANSFORMADOR
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En los transformadores lquidos, las bobinas y el ncleo estn
totalmente inmersos en el fluido dielctrico, y este se utiliza para
enfriar los devanados y proporcionar un rendimiento ptimo. El ms
comn es el aceite mineral, pero se pueden encontrar otros fluidos
como aceites de silicn o hidrocarburos de alto punto de ignicin. En
los transformadores secos convencionales, el aire es el medio de
enfriamiento bsico. En este caso la calidad del aire puede afectar
notablemente el funcionamiento del equipo. Pero en las unidades
secas tipo cast coil, las bobinas se encuentran fundidas en una
resina epxica, lo que disminuye notablemente la influencia del
medio ambiente en la operatividad del equipo.
MEDIO DE ENFRAMIENTO
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Transformadores Oil filled
Opcin original
Aislamiento - Aceite
- Celulosa de papel
- Propiedades dielctricas y trmicas
- Costo - Dimensiones - Prdidas
EVOLUCIN EN EL USO DE LAS TECNOLOGAS
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Desarrollo de nuevas opciones
- Transformadores con lquidos no inflamables
- Transformadores con lquidos biodegradables
- Transformadores Secos
- Consideraciones ambientales
- Fuego - Fugas - Mantenimiento
Nuevas necesidades
EVOLUCIN EN EL USO DE LAS TECNOLOGAS
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Tecnologas
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Liquid Filled
Para los transformadores lquidos, el medio de aislamiento suele
ser aceite mineral. Existen tambin transformadores lquidos que
utilizan componentes menos inflamables, tales como hidrocarburos y
siliconas con alto punto de ignicin. Histricamente solan ser la
opcin primordial. El sistema de aislamiento bsicamente consiste en
aceite y papel de celulosa, combinacin con altas propiedades
dielctricas y trmicas a un costo relativamente bajo.
Fluidos tpicos - Aceite Mineral - Hidrocarburos de alta
temperatura - Fluidos de silicn
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Ventajas del transformador lquido
Alta eficiencia.
Mayor expectativa de vida.
El medio de enfriamiento es ms eficiente reduciendo puntos
calientes por temperatura en los devanados.
Mayor capacidad de sobrecarga.
Menor costo inicial.
Menores dimensiones (dependiendo del dielctrico).
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2500 kVA transformer, tomado de
http://electrical-engineering-portal.com/right-
choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformer
Prdidas
http://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformerhttp://electrical-engineering-portal.com/right-choice-of-dry-type-or-liquid-filled-transformer
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Transformadores secos
- Consideraciones ambientales
- Fuego
- Fugas
- Mantenimiento
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Transformadores secos - Tipo estndar Construccin por Inmersin y
Horneado. Bobinas recubiertas con
barniz en un tanque de inmersin y el barniz es curado en un
horno por varias horas.
- VPI Vacuum/pressure impregnation. El proceso de recubrir las
bobinas con el barniz (resina de polister) es aplicado alternando
ciclos de vaco y presin, y las bobinas son procesadas (curadas) en
un horno por vara horas.
- VPE Vacuum/pressure encapsulation. Al proceso estndar del VPI
le aaden varias inmersiones para encapsular el conjunto de la
bobina y luego este recubrimiento (resina de silicona) es curado en
hornos.
- Encapsulado (sellado) Sellado total del conjunto de la bobina.
Al proceso del VPE se le incorporan pasos adicionales para asegurar
el sellado total de las bobinas.
- Cast Coil sellado epxico. Las bobinas son encapsuladas en
resina epxica en un proceso de moldeado.
Nota: los proceso varan con los fabricantes.
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Transformadores secos
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VPI: Vacuum Pressure Impregnated
- El medio dielctrico de los devanados es el aire, por lo que el
medio ambiente influye en el sistema dielctrico del bobinado.
- La contaminacin (principalmente la humedad) afecta
directamente estos equipos. - Aplicacin limitada en ambientes
polvorientos, muy difcil limpieza, requiriendo un
mantenimiento elevado. - Cuidados durante su almacenamiento,
(absorcin humedad) - Al incluir los costos de instalacin, opcin
econmica (rangos cercanos a 15 kV y 10 MVA).
VPE: Vacuum Pressure Encapsulation
- Similar al VPI, pero emplean una resina de silicona en lugar
de una resina de polister. - Proteccin ante la humedad. - Diseado
originalmente para aplicaciones navales (220 C, ambientes marinos).
- Mayor capacidad de soportar choques trmicos. - Menor peso.
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Cast Coil / Bobina Moldeada
Bobinas selladas hermticamente, cero afectacin ambiental. Costo
inicial ligeramente ms elevado. Peso un poco mayor que los VPE pero
menor a los lquidos. Alta resistencia mecnica. Proteccin ante
cortocircuitos Mejor comportamiento ante sobrecargas Hasta 36
kV.
Transformadores secos
Una resina epxica es un polmero termoestable que se endurece
cuando se mezcla con un agente catalizador o endurecedor.
Encapsulado/relleno Aislante Proteccin
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Segn la IEC 60076-11: Clases ambientales: E0 No se produce
condensacin sobre el transformador y la contaminacin es
inapreciable. E1 Eventualmente, puede haber condensacin sobre el
transformador. Se admite contaminacin limitada. E2 Puede haber
condensacin frecuente, contaminacin elevada o una combinacin de
ambas. Clases climticas: C1 El transformador es adecuado para
funcionar con temperatura ambiente no ms baja de -5C, pero podr
estar expuesto durante el transporte y almacenaje a temperatura
ambiente de -25C. C2 El transformador es adecuado para
funcionamiento, almacenamiento y transporte a temperatura de hasta
-25C. Clases de comportamiento al fuego: F0 No se prevn riesgos
especiales de fuego. Excepto por las caractersticas inherentes al
propio diseo del transformador, no se realizan medidas especiales
para limitar la inflamabilidad. F1 Transformadores sometidos a
riesgos de fuego. Se requieren restricciones de inflamabilidad. La
emisin de sustancias txicas y los humos opacos deben
minimizarse.
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Las clases ambientales, climticas y de comportamiento al
fuego
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Impacto ambiental
Mayor seguridad (bajo riesgo de incendio)
Materiales retardantes del fuego y auto-extinguibles.
Inflamabilidad reducida y emisin mnima de gases
txicos.
Ausencia de lquidos de enfriamiento
No presentan riesgos de contaminacin por derrame de lquidos y
reducen drsticamente su propio
aporte en caso de incendio. Disminuye la contaminacin
tierra/agua.
Instalacin
Reduccin de obras de construccin para instalarlo
No necesitan costosas obras de construccin, como reas de
drenaje, fosas colectoras para el aceite,
rejillas de extincin y muros cortafuego, para evitar la
propagacin del incendio y el derrame de lquidos
aislantes.
Instalacin interna en los edificios
Gracias al bajo riesgo de incendio pueden instalarse al interior
de los edificios, aunque estn prximos a
recintos frecuentados por personas. Permitindose la instalacin
ms cerca de las cargas de
alimentacin, con la ventaja de ahorrar costos de conexin y
reducir las prdidas en la lnea de
alimentacin.
Ventajas del transformador seco
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Mantenimiento
Se caracterizan por menores costos de mantenimiento; ya que, el
mantenimiento recomendado, aunque
vara con el fabricante, generalmente consiste en una inspeccin
visual, chequeo de todas las conexiones
(se puede usar infrarrojos), y hacer una limpieza en las bobinas
para evitar acumulacin de sucio.
deben inspeccionarse slo peridicamente para verificar que no se
acumule polvo ni suciedad. Menor
tiempo de parada por mantenimiento.
El mantenimiento preventivo para un transformador lquido,
incluye adems de la inspeccin visual, en el
chequeo del nivel y la temperatura del aceite, verificar que ste
conserve sin alterarse las caractersticas
dielctricas propias (la rigidez dielctrica de los aceites
minerales disminuye significativamente ante la
presencia de leves indicios de humedad), chequeo de los
mecanismo de liberacin de presin y la
elaboracin y anlisis de una muestra de aceite. El anlisis de
aceite proporciona una evaluacin muy
precisa de la condicin del transformador.
Ventajas del transformador seco
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Pueden funcionar en ambientes hmedos, con polvo, salinos o
contaminados, adems ofrecen una alta resistencia a los shocks
trmicos.
Recuperacin de los materiales al fin de su vida til
La resina, se considera material inerte y los devanados
primarios y secundarios pueden ser fcilmente reciclados.
Reducido espacio para la instalacin
Se caracterizan por una reduccin de cerca del 15% en las
dimensiones y del 10% del peso en comparacin con los
transformadores sumergidos en aceite. Esto reduce los costos de
transporte y montaje.
Ventajas adicionales del transformador seco tipo Cast Coil
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Transformador WaveCast Solucin GE
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Caractersticas generales
Parmetros Valor
Potencia Hasta 20 MVA
Voltajes 35/20/10/6/0.4 kV
Clase de aislamiento F (155), H (180)
Conductor Cu/Al foil
Cambiador de Taps Off-circuit/On-load
Standard GB/IEC/IEEE
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Flexibilidad - Ductos de ventilacin
encapsulados - Diseos bajo normativas
IEC, IEEE, GB
Eficiencia - Laminaciones del ncleo sin
perforaciones - Encapsulados en horizontal
Seguridad - Certificados de pruebas
C2:E2:F1 - Certificados ssmicos
Confiabilidad - Devanados de hojas Cu/Al - Bobinas encapsuladas
al
vaco
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Confiabilidad
Distribucin de potencial uniforme
Mejora comportamiento ante impulsos
Mejora capacidad interruptiva
Devanados de hojas [HV]
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Confiabilidad
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Encapsulamiento en vaco[LV]
Encapsulados en resina epxica al vaco
Mayor resistencia mecnica
Recubrimiento con maya de fibra de vidrio
Moldeado al vaco
Resistencia Dielctrica
Sello Solido
Resistencia Corto circuito
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Confiabilidad
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Terminacin encapsulada
Moldeado al Vaco
Encapsulamiento en vaco[LV]
Encapsulados en resina epxica al vaco
Mayor resistencia mecnica
Recubrimiento con maya de fibra de vidrio
Moldeado al vaco
Resistencia Dielctrica
Sello Solido
Resistencia Corto circuito
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Eficiencia
Sin perforaciones en las laminaciones
Misma rea transversal
Flujos magnticos uniformes
Bajas perdidas (5%)
Bajo nivel de ruido
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Seguridad
Resistencia al fuego- F1
Auto extinguible
Libre de gases txicos
Operacin Climtica - C2
-25 en operacin
Medio ambiente - E2
Ambientes contaminados
Condensacin frecuente
C2-E2-F1: probado
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Seguridad
Libre de contaminantes
Libre de mantenimiento (*)
Bajo nivel de ruido
Sobrecarga de hasta 40% con ventilacin forzada
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Flexibilidad
Ventiladores de flujo cruzado
Bajo ruido
Permite hasta 40% de sobre carga
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Flexibilidad
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Sensor per phase
Auto control fans Start 100 Stop 80
Alarm 130
Trip 150
RS485 optional
Analogue output optional
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Flexibilidad
IP54 para uso exterior
Ventiladores para AF
Tornillera de Acero Inox
Picaportes de Acero Inox
Sello de silicn
Ventilas IPX4
Pintura para exterior
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Flexibilidad
IP20,IP30,IP21,IP23,IP43,IP44,IP54
Panel: Acero, Acero Inox, Aluzinc.
Barras extendidas (opcional)
Certificado IP
Prueba ssmica (Grade 8)
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Aplicaciones
Elevadores
Con generadores
Aislamiento
Sistemas UPS
Aislamiento de electrnicos
Rectificacin
Generadores de viento
Equipos de CD
Uso exterior
IP44, IP54
Usos especiales
3 devanados
Voltajes duales
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Fuera de Costa
Hospitales
Comercial
Hotelera e Automotriz Aplicaciones
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CONCLUSIONES
Escoger entre un transformador lquido o seco es mucho ms difcil
que hace veinte (20) aos. Los nuevos procesos de sellado en los
transformadores secos han creado unidades que pueden implementarse
en ambientes donde slo los transformadores lquidos
eran considerados anteriormente. Si bien para potencias
superiores a los 5 MVA se pueden conseguir unidades secas, en su
mayora los transformadores de altas potencias son lquidos. Para
aplicaciones uso exterior los transformadores lquidos son la
seleccin predominante, sin embargo, los secos ofrecen ya soluciones
competitivas (VPE/Cast Coil).
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CONCLUSIONES
Con los adelantos tecnolgicos (diseos computarizados) los
transformadores secos son capaces de ofrecer las mismas
caractersticas elctricas que los lquidos.
La compra de un transformador es frecuentemente basada en el
costo inicial, sin embargo, es importante considerar el ciclo de
vida de la unidad. El transformador WaveCast trae la ltima
tecnologa de los transformadores secos, con las ms novedosas
prestaciones en mantenimiento, comportamiento bajo ambientes
hostiles y prestancias elctricas.
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PREGUNTAS?
Jorge Oliveira Ing. de Especificacin [email protected]
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mailto:[email protected]
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