Introd. Al Transformador

7/25/2019 Introd. Al Transformador

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Manuel Carranza

UNI FIEE Dcimo Noveno Programa de Titulacin

Presentacin:

INTRODUCCION AL

TRANSFORMADOR DE POTENCIA

Expositor: Manuel Carranza Arvalo

Lima, Enero de 2014

Introtrafo 01


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Manuel Carranza

Introduccin al transformador de potencia

Introtrafo 02

Definiciones:

CEI (Publicacin 67) :

Disposit ivo electromagntico destinado a la

conversin de los factores de la potencia elctrica

Acadmica:

Mquina Elctr ica Esttica

A Induccin Electromagntica

Destinada a convertir un sistema de C.A., en unoo ms sistemas, de la misma frecuencia

y de tensiones generalmente diferentes


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Manuel Carranza


Introtrafo 03

U 2 U 1---- = ----- ( F)

N 2 N 1

N 2* I 2= N 1* I 1 ( A )

U 2* I 2= U 1* I 1

La Potencia del

Transformador se indica

en Volt Amper


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Manuel Carranza


Introtrafo 04

NcleoArrollamientos

Tanque

Aletas

Bornes

Conservador

Rele Buchholz

AceiteDesecador


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Manuel Carranza


Introtrafo 05


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Introtrafo 06

Ncleos de Columnas

Monofsico Trifsico


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Manuel Carranza


Introtrafo 07

Ncleos Monofsicos Acorazados

De una Columna De dos Columnas

2

Flancos


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Introtrafo 08

Ncleo tri fsico acorazadode cinco columnas

3


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Introtrafo 09

Ncleo monofsico acorazado


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Manuel Carranza


Introtrafo 10

Ncleo Trifsico AcorazaDe cinco Columnas

3


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Introtrafo 12

Ncleo tri fsico de cinco columnas


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Manuel Carranza


Introtrafo 13

Ncleo tri fsico acorazadoDe cinco Columnas, envuelto


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Manuel Carranza


Introtrafo 14

Capas de Alambre Redondo

Tensiones hasta 36 kV

Intensidades hasta 50 A


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Manuel Carranza


Introtrafo 15

Galleta ( Alambre Redondo)

Tensiones hasta 72.5 kVIntensidades hasta 25 A


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Manuel Carranza


Introtrafo 16

Capas de Platina

Tensiones hasta 24 kV( Folio para Baja Tensin)


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Manuel Carranza


Introtrafo 17

Hlice

Cruces

Trasposicin continua

(Roebelleiter)

Compensacin de las

tensiones para reducir las

prdidas suplementarias


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Manuel Carranza


Introtrafo 18

Disco Simple


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Manuel Carranza


Introtrafo 19

Discos Entrelazados

Espiras intercaladas para

mejorar la capacidad

longitudinal de losarrollamientos

Mejora la distribucin de

las tensiones de impulso


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Manuel Carranza


Introtrafo 20

Utilidad:

Economa de la Transmisin de la Energa

Antigua regla de Kelvin: 1 kV / km

Versatilidad en las aplicaciones de Energa

Variedad de Tensiones para cada uso


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Introtrafo 21

60 kV

15 MVA

YNd5

60 HZ

10 kV


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Introtrafo 22

Leyes Fundamentales 1

1 Induccin Electromagntica: Faraday (1831)

e = - N * d/ dtPara flujo sinusoidal:

E = 4.443 * N * SF*BM* F E Tensin Volt

N Espiras

SF Seccin Fe m2

BM Induccin Tesla

F Frecuencia Hz

4.443 =

* 2


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Introtrafo 23

H * ds = Ie H Intensidad de Campo A/m

S Longitud m

Ie Corriente A

Para intensidades de carga:

N * Ic = 0 N Espiras

Ic Intensidad de carga

Leyes fundamentales 2

Ley de Circuitacin Magntica : Ampere (1820)


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Manuel Carranza


Introtrafo 24

U 1

N1

U 2

N2Z 2

I 2= U 2/ Z 2

I 1= I 2 * N 2/ N 1

Z 2R= U 1/ I 1

Z 2R = U 1* N 1/ I 2* N 2

Z 2R = Z 2* U 1* N 1/ U 2* N 2

Z 2R = Z 2( N 1/ N 2)2

U 1

N1 Z2R

Impedancia Reflejada


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Manuel Carranza


Introtrafo 25

Modelo completo


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Introtrafo 26

Modelo con I de excitacin despreciable


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Introtrafo 27

Modelo con valores reflejados en el primario


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Introtrafo 28

Modelo con valores resumidos en el primario


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Introtrafo 29

Modelo Industrial : Slo Reactancia


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Introtrafo 30

Cada de Tensin

IC

U1

U2

IC* R

IC * X LX L R

CU1 U2IC


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Introtrafo 31

Cada de Tensin

IC

U1

U2

IC* U r

IC * U X

En valores por unidad

ux ur

CU1 U2IC


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Manuel Carranza


Introtrafo 32

Regulacin de Tensin

= 1 + 1 -

( 1 - 22) (1)

donde:= Cada de tensin en p.u.

1 = ur* Cos + ux* Sen

2 = ur* Sen - ux* Cos

uk = Tensin de corto circuito en p.u.

ur = Componente hmica de la tensin uk

ux

= Componente inductiva de la tensin uk

En la prctica es suficiente la aproximacin:

= 1 + 0. 5 * 22 (2)


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Manuel Carranza


Introtraf 33

Ej. de Cada de Tensin:Transf. de 2500 kVA 10kV/ 220 V, 60 Hz

Tiene u r= 0.0096 y ux= 0.05923

Cual es la cada de Tensin a plena carga, con Cos = 0.8

1 = ur* Cos + ux* Sen

1 = 0.0096 * 0.8 + 0.05923 * 0.6 = 0.0432

2 = ur* Sen - ux* Cos

2 = 0.0096 * 0.6 - 0.05923 * 0.8 = - 0.0416

= 1+ 0. 5 * 22

= 0.0432 + 0. 5 * 0.0416

2

= 0.04407

1 - = 0.956

Tension secundaria: 220 * 0.956 = 210.32 V


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Caractersticas del Transformador de Potencia

1 Potencia : Pn

2 Frecuencia: F

3 Relacin de transformacin

4 Prdidas en Vaco: Pfe

5 Prdidas con Carga: Pcu6 Tensin de Corto Circuito: Uk

a - Regulacin de Tensin

b - Intensidad de corto circuito

c - Reparto de carga en paralelo

7 Grupo de Conexin

Posibilidad de marcha en paralelo

Introtrafo 34


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Manuel Carranza


Prdidas en el Vaco

Tesla

W / kgm3210

0.0

0.5

1.0

1.5

50 Hz

60 HzSe producen en fierro

del ncleo, dependen

de la Frecuencia y la

Induccin Magntica

No varan con la Carga

Se las designa como

Prdidas en le Fierro:

Pfe

Constantes

Introtrafo 35


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Manuel Carranza


Introtrafo 36

Prdidas con Carga:

Se producen en losarrollamientos, son

proporcionales al cuadrado

de la corr iente, por tanto

varan con la Carga

Se las designa como

Prdidas en le Cobre: Pue

Se las refiere al valor medio

cuadrtico del diagrama de

carga

0 6 12 18 Hrs 24

1.0

0.5

0.0

p.u.

Pm = ( P h22 / 24)


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Manuel Carranza


Introtrafo 37

Rendimiento Mximo

Carga variable : Cx = Pn * X (1)

Prdidas : Px = Pfe + Pcu * X2 (2)

Rendimiento: Rx = ( Cx Px ) / Cx (3)

Rx = ( Cx ( Pfe + Pcu * X2 ) / Cx

Rx = 1 ( Pfe / X + Pcu * X ) / Pn (4)

Para obtener el rendimiento mximo :

- Pfe / X2 + Pcu = 0

X =

( Pfe / Pcu ) (5)

El rendimiento mximo se da para una fraccin de carga

igual a la raiz cuadrada de la relacin de las prdidas en el

fierro, entre las prdidas en el cobre


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Introtrafo 38


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Manuel Carranza


Introtrafo 39


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Manuel Carranza


Introtrafo 40

Tensin de Corto Circuito

A

AVGEj: 200 kVA

10 kV / 220 V

En AT: I = 200 000 / 10 000 = 20 A

En BT: I = 200 000 / 220 = 908 A

Suponiendo que se hubiese medido V = 550 V

Tensin de Corto Circuito: 550 / 10 000 = 0.055 p.u.


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Manuel Carranza


Introtrafo 41

Componentes de la Tensin de Corto CircuitoCuando se mide la tensin de Corto Circui to se mide tambin

la potencia consumida: PK , en W

Este valor dividido entre la potencia nominal del

transformador, en VA, representa la la componente resistiva

de la tensin de Corto Circui to, en valor p.u. : u r

La Componente inductiva de la tensin de Corto Circuito se

obtiene del tringulo de esta tensin:

Hipotenusa: u k , medida

Cateto horizontal: ur

u x = ( u k2 ur

2 )


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Manuel Carranza


Introtrafo 42

Grupo de Conexin

Delta o Tringulo: D

Estrella: Y

Zig Zag : Z

AT: Maysculas

BT: Minsculas Ej: Dy5

U

V

W

1

2

3

567

9

10

11


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Introtrafo 43

Grupos de conexin Usuales

Yyn0 : Transformadores de DistribucinNeutro: Hasta 10 % de In

Yyn0: Con Arrollamiento de Compensacin ( 1)Transformadores de Potencia (Redes)Neutro: Hasta 100 % de In

Yndy: para salida de centrales ( D : Mquinas)Neutro: Hasta 100 % de In

Yzn5: Transformadores de DistribucinNeutro: Hasta 100 % de In

Dyn5: Transformadores de DistribucinNeutro: Hasta 100 % de In

---------------------------(1) : Arrollamiento de Compensacin D para:

a. Reducir 3ra armnicab. Estabilizar el punto neutro


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Manuel Carranza


Introtrafo 44

Transformadores en paralelo


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Manuel Carranza


Introtrafo 45

Reparto de carga en paralelo

Potencias nominales: Pn1 , Pn2 , Pn3 , Pnr

Tensiones de C.Circ. : Uk1 ,Uk2 ,Uk3 ,Ukr

Fracciones de carga : x1 , x2 , x3, xr

Pc = x1 Pn1 +x2 Pn2 +x1 Pn3 + ... xr Pnr

De la tensin comn: x1 Uk1 = x2 Uk2 = x3 Uk3 =xr Ukr

Pc = x1 Pn1 ( 1 + Uk1/Pn1 ( Pn2 /Uk2 +Pn3 /Uk3 + ... Pnr /Ukr ))

P1 = Pc / ( 1 + Uk1/Pn1 ( Pn2 /Uk2 +Pn3 /Uk3 + ... Pnr /Ukr ))


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Manuel Carranza


Introtrafo 46

Reparto de carga en paralelo Potencia total entregada

P1 = ---------------------------------------------------------------

1 + (Uk1 / Pn1 )*(Pn2 /Uk2 + Pn3 /Uk3 + ... Pnr /Ukr)

donde:

Pn1 : Potencia nominal del transformador 1

Pn2 : Potencia nominal del transformador 2

Uk1 : Tensin de CC del del transformador 1

Uk2 : Tensin de CC del del transformador 2P1 : Potencia actual del transformador 1

P2 : Potencia actual del transformador 2


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Introtrafo 47

Ej. De Reparto de Carga en Paralelo:

Ej:

Pn1 : 400 kVA Uk1 : 4 %

Pn2 : 500 kVA Uk2 : 6 %

Potencia total entregada = 850 kVA

850

P1 = ---------------------------- = 463.6 kVA ( 1.16 p.u.)

1 + (4 / 400)*(500/6 )

850P2 = ------------------------------ = 386.4 kVA ( 0.77 p.u.)

1 + (6 / 500)*(400/4 )


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Manuel Carranza


Introtrafo 48

Tensin de C.C. de transformadores en paraleloPotencias nominales: Pn1 , Pn2 , Pn3 , Pnr

Tensiones de C.Circ. : Uk1 ,Uk2 ,Uk3 ,Ukr

Suma de potencias nominales: Ps

Tensiones de C.C. Equivalente: Uk

Se cumple:

Ps / Uk= Pn1/Uk1 + Pn1/Uk1 + Pn1/Uk + Pn1/Uk1

Y:

Uk = Ps /(Pn1 /Uk1 + Pn2 /Uk2 +Pn3 /Uk3 + ... Pnr /Ukr) )


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Calentamientos

Definidos por CEI

QaQa

D Qc

D Qwa

D Qb

D Qcwo

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Manuel Carranza


Introtrafo 50


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Manuel Carranza


Introtrafo 51


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Introtrafo 52

Ejemplos:

Tipo ON / AN

Parte activa en aceite a conveccin Natural

Tanque refrigerado por Aire a conveccin Natural

Tipo OF / WF

Parte activa en aceite a circulacin con bomba de

aceiteAceite refrigerado en intercambiador de calor Aceite /Agua


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Introtrafo 53


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Manuel Carranza


Introtrafo 54


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Manuel Carranza


Introtrafo 55

Con Conmutador en Vaco

+ - 2 x 2.5 % Un

Operacin con transformador desenergizado para

atender variaciones estacionales

Con Conmutador Bajo Carga

+- 15 x 1.5 % Un

Operacin sin interrumpir la carga para atender

variaciones del diagrama de carga diario (

30

conmutaciones / da )

Regulacin automtica


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Introtrafo 56


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Introtrafo 57


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Introtrafo 58


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Introtrafo 59


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Introtrafo 60

Arrollamientos en ParaleloElctricamente separados

Transferencia slo Inductiva

1 Transformador de Potencia


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Introtrafo 61

Arrollamientos en Serie y en

Paralelo

Conectados elctricamente

Transferencia elctrica e

Inductiva

2 Autotransformador


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Introtrafo 62

Arrollamientos en Paralelo y

en serie

Elctricamente separados

Transferencia slo Inductiva

3 Transformador Adicional (Booster)


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Manuel Carranza


Manuel Carranza Arvalo

mcarranza @ terra.com.pe

Tel: 435 9127 Cel: 99788 4835

Introtrafo 63

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