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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Per, Decana de Amrica)
FACULTAD DE INGENIERA ELECTRICA
NUEVAS EXIGENCIAS EN LA FABRICACIN DE
TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCIN ECOLGICOS
INFORME FINAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN ELABORADO POR: JESUS HUBER MURILLO MANRIQUE DOCENTE INVESTIGADOR DE LA FIEE - UNAC
PERIODO DE EJECUCIN: 01/12/2008 AL 30/11/2009 (12 MESES) APROBACIN DEL PROYECTO R.R.N 1352-2008-R del 22/12/2008
LIMA - MAYO 2012
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 2
NDICE
RESMEN 04 INTRODUCCN 05 1.- ANTECEDENTES 1.1.- Marco histrico. 06
1.2.- Objetivos de la investigacin. 06 1.2.1.- Objetivos Generales. 06 1.2.2.- Objetivos Especficos. 07 1.3.- Alcances de la investigacin. 07 1.4.- Planteamiento del problema. 08 1.5.- Hiptesis. 09 1.5.1.- Variables dependientes. 09 1.5.2.- Variables independientes. 09
2.- MARCO TERICO
2.1.- Transformadores de corriente. 2.2.- Conexin de transformadores de corriente. 14 2.3.- Transformadores de tensin. 18 2.4.- Especificaciones tcnicas tcnicas. 24 2.5.- Denominacin de los transformadores para medicin. 25 2.6.- Carga nominal. 26
3.- TRANSFORMADORES DE BAJA TENSIN 3.1.- Potencia nominal (VA). 27 3.2.- Hoja tcnica de los transformadores de medida. 28 3.3.- Caractersticas tcnicas. 29
4.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE DE ALTA TENSIN 4.1.- Componentes de los trasformadores de medida. 33 4.2.- Ventajas de los trasformadores de medida. 34 4.3.- Caractersticas de construccin. 36 4.4.- Pruebas realizadas. 39 4.5.- Conexiones de los transformadores de medida. 40
5.- TRASNFORMADOR DE TENSIN CAPACITIVO 5.1.- Constitucin de los CVT. 42 5.2.- Ventajas de los transformadores capacitivos. 44
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 3
5.3.- Mediciones de control del CVD. 46 5.4.- Aspectos ambientales. 49 5.5.- Constitucin de los CVT. 50
6.- TRASNFORMADOR DE TENSIN INDUCTIVO 6.1.- Componentes de trasformadores de tensin inductivos. 53 6.2.- Ventajas de los trasformadores de tensin inductivos. 56 6.3.- Caractersticas de diseo. 57 6.4.- Especificaciones tcnicas. 60 6.5.- Datos de diseo. 61
7.- TRANSFORMADORES MIXTOS 7.1.- Constitucin de los transformadores de mixtos. 64 7.2.- Transformador mixto de tensin y corriente. 66 7.3.- Unifilares de las unidades de medida. 69 7.4.- Transformadores de medida y proteccin especiales. 72
7.5.- Pruebas realizadas a transformadores de medida. 73
8.- TRANSFORMADORES ELCOLGICOS 8.1 Ventajas tecnolgicas modernas. 75 8.2.- Caractersticas tcnicas de los transformadores. 76 8.3.- Caractersticas de los materiales utilizados. 76 8.4.- Normas aplicables. 84
9.- MATERIALES Y MTODOS 9.1.- Normas internacionales. 87
10.- APLICACIN DE LA METODOLOGA 10.1.- Factor de sobre-intensidad en funcin del burden. 90
10.2.- Clculo de las potencias parciales aplicadas a los trafos. 92 10.3.- Clculo de la carga. 93 10.4.- Clculo de los trasformadores de corriente. 95 10.5.- Clculo de los trasformadores de potencial. 98 11.- RESULTADOS 101 12.- DISCUSIN 12.1.- Conclusiones. 103 12.2.- Recomendaciones. 105 13.- REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 106 14.- ANEXOS 108
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 4
RESMEN
Los transformadores de corriente y potencial resinados y ecolgicos son
utilizados particularmente en una gama de media y alta tensin y el pro-
ceso de la aplicacin de los materiales aislantes en gran parte es
mecanizado el cual garantiza una elevada y uniforme calidad. As mismo
los transformadores de tensin inductivos y capacitivos utilizados comn-
mente en las redes de suministro elctrico con neutro aislado y conectado
a tierra estn fabricados para altas tensiones.
En el presente trabajo se ha utilizado la tcnica de de obtencin de la
informacin documental, desarrollado un marco terico general situado en
el nivel adecuado de ingeniera para aplicar la metodologa propuesta
utilizando productos ecolgicos y seguros.
Las tcnicas utilizadas son recomendadas por las normas IEC, IEEE y VDE
en el dimensionamiento y seleccin de transformadores ecolgicos de
corriente/tensin para proteccin, medida y facturacin, cumpliendo de
esta manera con las nuevas exigencias de no contaminacin del medio
ambiente, confiabilidad de servicio, gastos de operacin y mantenimiento
reducidos, reduccin de los riesgos de explosin e incendio.
Para que el lector pueda seguir de cerca, este tema, es que se ha desarro-
llado ocho aplicaciones vinculadas con las mediciones y proteccin en
circuitos utilizados en sistemas elctricos de potencia.
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INTRODUCCIN
Los fabricantes de transformadores de medida desde hace muchos aos
brindan productos que tienen una funcin vital en la red de energa en el
mundo entero. Los sectores de mayor aplicacin son los de medicin,
estadsticas, sealizacin y proteccin mediante los diversos tipos de rels.
Los productos son diseados y construidos para una duracin mnima de
30 aos, aunque realmente su duracin es mayor.ad
Un transformador de medicin y proteccin tiene que soportar adversida-
des, no solamente de la red elctrica sino tambin de las condiciones
climticas como por ejemplo: calor, fro, la humedad y las tormentas.
En este trabajo se presentan transformadores de medicin y proteccin
sellados hermticamente y son resistentes a la corrosin, esto hace que
no necesiten de mantenimientos peridicos. La extremada dura-bilidad de
los transformadores de medicin y proteccin hace que sean una buena
opcin para cualquier medio ambiente.
Este trabajo ha sido desarrollado aplicando la metodologa recomendada
por las normas internacionales IEC, ANSI, entre otras. De manera que
ponemos a disposicin de nuestra UNAC, esta herramienta, para poder
seleccionar y dimensionar los diversos tipos de transformadores de
medida y proteccin utilizados en los sistemas elctricos de potencia.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 6
1.- ANTECEDENTES
1.1.- MARCO HISTORICO
Las Empresas industriales con una mxima demanda mayor de 150
KW son atendidas con un suministro en media tensin motivo por el
cual es imprescindible contar con:
Unidades de medida de los parmetros principales del circuito que
sern utilizados en facturacin y lectura.
Transformadores de medida toroidales que sern conectados a los
rels 50/51 y 50N/51N al trabajar con neutro accesible en media
tensin (proteccin de la corriente homopolar).
Estas unidades de medida sern utilizadas en el sistema de
proteccin.
Las empresas pequeas y medianas son atendidas en baja tensin, y
para su lectura y facturacin son necesarios la utilizacin de
transformadores de corriente y tensin.
1.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN
El objetivo principal del presente trabajo es hacer un procedimiento
normalizado en la seleccin, pruebas e instalacin de los
transformadores de medida y proteccin ecolgicos utilizados en las
redes elctricas de baja, media y alta tensin para la formacin de
nuestros estudiantes y docentes.
1.2.1.- Objetivos Generales.-
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Presentar las nuevas exigencias de no contaminacin del
medio ambiente, confiabilidad de servicio, gastos de
operacin y mantenimiento reducidos, reduccin de los
riesgos de explosin e incendio.
1.2.2.- Especficos.-
a.- Dimensionar y seleccionar transformadores ecolgicos
de Corriente/tensin para medida.
b.- Dimensionar y seleccionar transformadores ecolgicos
de Corriente/tensin para proteccin.
c.- Dimensionar y seleccionar transformadores ecolgicos
de Corriente/tensin para facturacin.
d.- Clculo de las cargas (alimentadores e instrumentos de
medicin).
e.- Fomentar en los Ingenieros y Tcnicos la utilizacin de
Transformadores de medida/proteccin ecolgicos.
1.3.- ALCANCE DE LA INVESTIGACIN
Los transformadores de medida y proteccin sern estudiados como
los componentes de un circuito que toma una muestra del parmetro
de alta tensin/corriente y lo entrega al circuito de carga en unidades
ya establecidas y normada tal como:
En transformadores de corriente: .../ 1 A ../ 5 A.
En transformadores de tensin: . /110, 115, 120 Voltios.
Adems se incluye la normatividad IEC y VDE en lo referente a la
seleccin y tipos de transformadores, la eleccin del transformador
bajo las exigencias de la carga y del tipo de uso.
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Es necesario establecer que los sistemas elctricos de media y alta
tensin requieren de transformadores de medida y proteccin, en
consecuencia resulta muy importante conocer el modelamiento y
operacin de estos equipos, ya que llegado el momento definen la
exactitud de la medida y proteccin de los circuitos en los que han
sido instalados.
1.4.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIN
Las prestaciones de servicios que deben cumplir los transformadores
ecolgicos segn las normas IEC son las siguientes:
Aislar y separar los circuitos y aparatos de medida y proteccin de las
lneas de alta tensin y/o de los circuitos de fuerza.
Evitar perturbaciones generadas por el sector de fuerza.
Obtener corrientes proporcionales (por lo menos en un determinado
rango) a las que se desea medir o vigilar, para transmitirlas a los
aparatos apropiados. Las nuevas exigencias de no contaminacin del
medio ambiente, confiabilidad de servicio, gastos de operacin y
mantenimiento mnimos, reduccin de los riesgos de explosin e
incendio. Las Plantas Industriales que tienen una mxima demanda
mayor a 150 KW requieren ser abastecidas con media tensin,
alimentndose a travs de una celda de salida de las subestaciones de
los concesionarios; para estos casos, ya se tienen previstos la
instalacin de la unidad ecolgica de medida en 10/22.9 KV,
conformado por: medidor multifuncin, transformador mixto ecolgico
(de corriente y tensin) dimensionado a las necesidades del usuario y
su respectivo medidor electrnico.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 9
La aplicacin a la que van destinados los transformadores ecolgicos
(medida/proteccin), las caractersticas del entorno de trabajo, o
condicin-es de uso (interior o exterior, temperatura mxima de
trabajo, etc.) y las caractersticas de la lnea donde vayamos a
instalarlo deben ser definidos en forma precisa, coherente y clara.
Por las razones antes expuestas es que creo importante desarrollar
este tema, ms an cuando la informacin existente en nuestra
biblioteca es muy antigua.
1.5.- FORMULACIN DE LA HIPTESIS
En funcin a lo manifestado en el planteamiento del problema, as
como en los objetivos especficos y generales que persigue el presente
trabajo de investigacin es que se plantea la siguiente hiptesis:
Utilizando transformadores ecolgicos es posible cumplir con nuevas
exigencias de no contaminacin del medio ambiente, confiabilidad de
servicio, gastos de operacin y mantenimiento mnimo, reduccin de
los riesgos de explosin e incendio.
1.5.1.- Variables Dependientes:
Transformadores ecolgicos de medida de corriente y tensin.
Transformadores ecolgicos mixtos.
Transformadores ecolgicos de proteccin.
1.5.2.- Variables Independientes:
Materiales ferro-magnticos y aislantes.
Encapsulamiento en resina.
Conductores de fuerza y control.
Cargas de los transformadores de medida/proteccin.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 10
2. - MARCO TERICO
Los transformadores de medida son medios de servicio elctrico que trans-
forman magnitudes elctricas primarias en otras secundarias apropiadas
para los instrumentos de medida, contadores y rels de proteccin.
Las caractersticas nominales de estos transformadores son:
- Potencia nominal : VA
- Carga nominal (burden) : VA
- Frecuencia nominal : Hz
- Condiciones de servicio : T.amb. Mxima 40C.
Los transformadores de medida se clasifican en dos tipos:
- Transformadores de corriente
- Transformadores de tensin.
Estos transformadores se utilizan para la alimentacin de los diversos apa-
ratos y/o circuitos de control para:
Medir parmetros elctricos.
Registrar parmetros elctricos.
Visualizar parmetros elctricos.
Sistemas de proteccin, entre otros.
Los transformadores de medida utilizan la relacin que hay entre la
intensidad en el arrollamiento primario y secundario (transformadores de
intensidad) [1].
Los transformadores de medida utilizan la relacin que hay entre la tensin
en el arrollamiento primario y secundario (transformadores de tensin) [1].
Los transformadores de medida sirven para:
Medir altas tensiones e intensidades con aparatos de bajo alcance.
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Separar elctricamente el circuito medido a los aparatos de medida,
permitiendo la realizacin de medidas en alta tensin y corriente con
aparatos de baja tensin y corriente.
Poder instalar aparatos de medida en lugares distintos a los del
circuito medido.
As evitamos las interferencias provocadas por los campos magnticos
externos en el trabajo de los aparatos de medida.
Se aumenta la seguridad del personal y permite la ubicacin de los
aparatos de medida en los lugares ms convenientes.
2.1.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
El primario del transformador de corriente se conecta en serie con el
receptor de la misma manera que se conecta un ampermetro en un
circuito cualquiera [3]. La relacin entre la corriente primaria I1 y la
corriente secundaria I2 determinan la relacin de transformacin (a) y
se formula como sigue:
a = I2 / I1
En ausencia de instrumentos, el arrollamiento secundario debe estar
continuamente trabajando en cortocircuito debido a las bajas
impedancias de los ampermetros y a las elevadas tensiones que
presentaran en sus bornes.
Entre los bornes P1 y P2 del arrollamiento primario, por estar en serie
con el circuito que se mide, no aparece una tensin de valor
apreciable; mientras que la corriente secundaria medida no influye en
el valor de la corriente primaria.
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Dado que el primario del transformador de corriente permanece
siempre conectado al desconectar el circuito de medida, abrindose el
circuito secundario aparecen tensiones peligrosas que pueden poner
en peligro la vida de las personas. Tambin como norma de
seguridad, se debe conectar a tierra uno de los bornes del secundario,
con el fin de evitar la aparicin de tensiones peligrosas en el caso de
un fallo de aislamiento entre el primario secundario.
Los valores de las intensidades nominales del primario y secundario
deben figurar en la placa de caractersticas del transformador y se
expresan en forma de fraccin:
Intensidad primaria/Intensidad secundaria. (Por ejemplo, 200/5 A).
Indica una intensidad nominal primaria de 200 A y una intensidad
nominal secundaria de 5 A.
La intensidad nominal secundaria est normalizada en 5 A para todos
los transformadores. Slo en aquellos casos en los que la distancia
entre el transformador y el aparato de medida es muy grande se
utilizan transformadores con intensidad nominal secundaria de 1 A.
Los valores normalizados para las corrientes primarias son: 5, 10, 15,
20, 25, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800,
1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 10000 A.
Sobre la placa de caractersticas tambin se indica el valor de la
tensin mxima admisible en el circuito de medida. Otra caracterstica
a tener en cuenta en un transformador de corriente es su POTENCIA
NOMINAL, que se define como la potencia aparente, expresada en
Voltios Amperios (VA), que el transformador proporciona al circuito
secundario con la carga e intensidad nominales.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 13
La carga nominal, expresada en: Ohmios VA, es aquella para la cual
se cumplen los errores mximos de la clase de precisin del
transformador. Las potencias nominales normalizadas son: 5, 10, 15,
25, 30, 40, 50, 75 y 100 VA.
A la hora de determinar la potencia que debe tener un transformador
de intensidad, es necesario conocer los valores de potencia consumida
por los diferentes aparatos de medida que se van a conectar.
P
u
e
d
e
u
TABLA N 2.1 .- CONSUMOS DE APARATOS DE MEDIDA Y PROTECCION
DE CORRIENTE ANALOGICOS VDE
APARATOS TIPOS CONSUMO EN VA
AMPERIMETROS INDICADORES 1 a 2
REGISTRADORES 2 a 5
CONTADORES 0.5 a 1.5
VATIMETROS DE MONTAJE DE INDUCCION 1.5 a 3
EN CUADRO ELECTRODINAMICOS 6 a 8
VATIMETROS PORTATILES ELECTRODINAMICOS 1 a 4
VATIMETRO DE LABORATORIO ELECTRODINAMICOS 1.5 a 3
FASIMETROS EN CUADRO ELECTRODINAMICOS 6 a 16
FASIMETROS REGISTRADORES ELECTRODINAMICOS 10 a 18
RETARDO INDEPENDIENTE 1.5 a 3
DIFERENCIALES COMPENSADOS
1.6 a 3
TRANSFORMADORES DE MEDIDA DIFERENCIALES 3 a 12
DE MINIMA IMPEDANCIA 0.5 a 2
DE DISTANCIA 6 a 20
REGULADORES 10 a 150
APARATOS DIGITALES
0.1 a 1
Para poder utilizar la Tabla N 2.1, que muestra los valores ms
frecuentes de potencia consumida por diferentes dispositivos de
medida y proteccin.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 14
Estos datos son aproximados y pueden utilizarse siempre que no se
tengan otros ms precisos, obtenidos de las informaciones tcnicas de
los aparatos a conectar, dados por el fabricante.
Los aparatos de medida y proteccin, de intensidad, electrnicos y
digitales tienen unos consumos muy inferiores a los indicados en la
tabla (valores inferiores a 0,5 VA).
Adems de los aparatos conectados al transformador de intensidad,
no debe olvidarse que los conductores que unen estos elementos
tienen su propio consumo, que habr que sumar al de los aparatos.
Para ello, se puede consultar la Tabla N 2.2, donde se indican los
consumos por metro de conductor de cobre para intensidades
secundarias de 5 a 1 A.
TABLA N 2.2.- POTENCIA CONSUMIDA POR METRO DE CONDUCTOR
DE COBRE TIPO THW VDE
SECCION (mm) INTENSIDAD SECUNDARIA INTENSIDAD SECUNDARIA
5A (VA/m) 1A (VA/m)
2.5 0.18 0.007
4 0.11 0.0044
6 0.07 0.0029
10 0.044 0.00175
Estos datos se han obtenido simplemente multiplicando la resistencia
de un metro de conductor de cobre de la seccin correspondiente por
el cuadrado de la intensidad secundaria.
Por ltimo, se designa la clase de precisin de un transformador de
intensidad (Tabla N 2.3) por un nmero igual al error mximo de
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 15
intensidad admisible; expresado en forma de porcentaje, para la
intensidad nominal primaria y la carga nominal.
TABLA N 2.3.- CLASES DE PRECISION NORMALIZADAS IEC
CLASE UTILIZACION
0.1 MEDIDA DE PRECISION EN LABORATORIOS
0.2-0.5 MEDIDA DE POTENCIA Y ENERGIA PARA FACTURACION
1 MEDIDA PARA SERVICIOS INDUSTRIALES Y PROTECCIONES
1 MEDIDAS DE POCA PRECISION Y PROTECCIONES
2.2.- CONEXIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
En lo que se refiere al conexionado de los transformadores de
intensidad. Estos se conectan como sigue:
Sistema trifsico desequilibrado sin neutro con tres transformadores
de intensidad conectada en estrella.
Sistema trifsico desequilibrado con neutro, con tres transforma-dores
de intensidad conectado en estrella.
Sistema trifsico equilibrado sin neutro con dos transformadores de
intensidad conectados en V.
Caractersticas del circuito:
A1 A2 A3 Amperios corrientes desiguales
I0 0 Amperios (el circuito es desbalanceado)
Anomalas que producen los circuitos desbalanceados:
Existe una corriente circulante en las bobinas de los transformadores.
Esta corriente sobrecalienta los conductores.
Recomendaciones a seguir:
- Instalar un sistema de aterramiento.
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- Conectar el punto neutro al sistema de aterramiento. -
La corriente circulante se dirigir a tierra, anulndose en el
circuito efectivo.
Figura N 2.1.- Transformadores de medida encapsulados ABB
Observacin importante:
En este caso el circuito consta de una lnea neutra que es reco-
mendada usar en un sistema desbalanceado, ya que junto con el
sistema de aterramiento permiten que las corrientes circulantes se
dirijan a tierra y se anulen en el circuito.
Observacin importante sobre la conexin a tierra:
Los devanados de los transformadores de intensidad, han de
conectarse a tierra, por las siguientes importantes razones: Seguridad
para el personal y para los aparatos de medida. Para evitar que se
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 17
originen diferentes potenciales en los diferentes dispositivos de
medida conectados a tierra (vatmetro, contadores de energa, etc.).
Para evitar la aparicin de acoplamientos capacitivos indeterminados
que pueden provocar errores en las medidas.
Dado la aplicacin, los transformadores de corriente tienen una gama
muy amplia entre los que destacan:
Transformador de intensidad de lnea.- De instalacin directa a
la red de energa elctrica. Parte integral de la instalacin de dis-
tribucin y afectos a los transitorios como sobretensin, sobre-cargas,
cortocircuito que se producen en la red.
Se caracteriza por una elevada intensidad lmite trmica (Itrmica) y
tambin elevada intensidad lmite dinmica (Idinmica).
Debe mantener asimismo su posicin, cualquiera que sea las va-
riaciones del valor eficaz de la corriente primaria, a pesar de sobre-
cargas que puedan aparecer en la red.
Por ltimo el aislamiento de su devanado primario debe ser capaz de
resistir sobretensiones que pueden aparecer en la red.
Su caracterstica principal es su exactitud en un amplio campo de
medida que puede variar entre 10% a 120% de la corriente primaria
manual.
Porque no estn exigidos a efectos transitorios (sobrecargas, sobre-
tensiones, cortocircuito, etc.) no se les exige intensidades lmite tanto
trmico como dinmico.
Es importante su diseo para aliviar su transporte y manejo cmodo.
Difieren en sus disposiciones constructivas con respecto a los
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transformadores de intensidad de lnea, dado por el uso de tensiones
que vara entre 220 y 440 V y condiciones de instalacin y montaje.
Figura N 2.2.- Partes del transformador de corriente - conexionado
Estos transformadores pueden utilizarse hasta aproximadamente 200
Amp. de intensidad como transformador de paso mltiple de con-
ductor; intensidades ms elevadas no es conveniente ni practico, a
causa de la seccin del conductor primario. Por medio de los pasos
mltiples del conductor se consigue diferentes relaciones de trans-
formacin para un mismo transformador. Apenas, se consigue ma-
yores potencias nominales, all donde se tiene bajas intensidades
primarias.
Las partes de los transformadores de corriente son:
- Conductor (pletina o cable) cumple la funcin del primario.
- Ncleo magntico (formada por chapas magnticas).
- El secundario.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 19
- Borneras de conexin.
- Bornes de fijacin.
2.3.- TRANSFORMADORES DE TENSION
El transformador de tensin se utiliza para bajar las altas tensiones de
los sistemas elctricos, con fines de medida o para alimentar a las
bobinas voltimtricas de los rels, a tensiones ms bajas en los
modernos transformadores de tensin, la tensin secundaria tiene
siempre un valor nominal de 110 V.
En el proyecto de estos aparatos, no se presentan dificultades
semejantes a las que existan en los transformadores de intensidad, ya
que en caso de cortocircuito, no acta ningn incremento de tensin
sobre los transformadores.
Adems, cabe recordar que aunque en un sistema elctrico la
corriente est sometida a grandes variaciones que dependen de la
carga conectada, generalmente la tensin permanece
aproximadamente constante [3].
De lo cual se deduce que un transformador de intensidad ha de
trabajar con la mayor precisin posible en todo el campo de medida
que es muy amplio, mientras que un transformador de tensin casi
siempre trabaja con un reducido campo de medida.
Por lo general se construyen estos transformadores, admitiendo un
factor de servicio de 1.2 veces la tensin nominal del transformador.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 20
El transformador de tensin trabaja prcticamente en vaco, puesto
que los voltmetros y bobinas voltimtricas que se conectan en el
secundario tienen impedancias muy grandes.
Como el aparato de medida conectado al secundario representa una
carga despreciable para el transformador, podemos considerar que
ste funciona prcticamente en vaco (circuito abierto). Para que las
prdidas sean las menores posibles se devanan los bobinados uno
encima del otro.
Figura N 2.3.- Conexionado de un transformador de potencial
Sin embargo, esto implica por otro lado que se presente una tensin
de cortocircuito muy pequea, o sea en caso de fallo (por ejemplo,
cortocircuito del secundario) circularn corrientes muy intensas que
podrn daar el transformador. Por ello, se debe tenerse en cuenta lo
siguiente: Al desmontar el instrumento de medida no debe
cortocircuitarse el secundario del transformador de medida de tensin.
(DEBEN AISLARSE).
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 21
Por otro lado, tambin se conectan fusibles o cortocircuitos tanto del
lado primario como secundario, adems de una conexin a tierra en el
lado secundario para que en caso de producirse una descarga del
primario al secundario aparezca un corto a tierra.
En la figura anterior se representa el diagrama vectorial de un trans-
formador de tensin, suponiendo la tensin secundaria U2, reduci-da
al primaria, es decir, son una relacin de transformacin de 1:1.
DIAGRAMA VECTORIAL DE UN TRANSFORMADOR DE TENSIN
I2X2
I2R2
U1
U2
I2
I0
TENSIN VS FLUJO
TRANSFORMADORES DE MEDIDA ING. HUBER MURILLO M.
Figura N 2.4.- Diagrama vectorial de un transformador de tensin
De acuerdo con este diagrama y con las caractersticas de
funcionamiento que se exigen en un transformador de tensin, ste
debe cumplir con las siguientes condiciones:
Proporcionalidad de la tensin del secundario respecto de la tensin
del primario, para todo el campo de medida. Para esto, es preciso
que las cadas de tensin por resistencias y por reactancias en el
primario y secundario sean despreciables, lo que supone:
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 22
Figura N 2.5.- Transformadores de potencial Instrument Transformers ABB EJF, a s., IT divisin
Que los flujos de dispersin sean muy pequeos.
Que la corriente secundaria sea muy pequea, esto quiere decir que la
potencia nominal del transformador sea inferior a la potencia lmite de
calentamiento.
Que la corriente de vaco sea muy pequea.
La oposicin de los vectores representativos de la tensin primaria U1
y la tensin secundaria U2 lo que solamente ser posible si la
corriente de vaco I0 fuera nula ya que sera nula tambin la cada de
tensin en vaco.
La relacin de cambio de un transformador de tensin est expresada
por:
U1 / U2 = n1 / n2 = k = constante
O sea: U1 * n2 = U2 * n1
Los valores de tensiones nominales del primario y secundario deben
figurar en la placa de caractersticas del transformador, expresadas en
forma de fraccin:
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 23
Tensin primaria/Tensin secundaria.
Por ejemplo, 11,000 / 110 V., indica una tensin nominal primaria de
11,000 V. y la nominal secundaria es de 110 V.
La tensin nominal secundaria es normalizada en 110 V. en los
transformadores que van a ser conectados a una red monofsica o
entre fases de una trifsica.
Los valores normalizados de la tensin primaria son: 110, 220, 380,
440, 2,200, 3,330, 5,500, 6,600. hasta 750 KV.
Dado que los transformadores se utilizan fundamentalmente en las
medidas de altas tensiones, es frecuente que se utilicen transfor-
madores monofsicos que slo pueden conectarse entre una fase y
tierra; en este caso se consideran las tensiones primarias y secun-
darias normalizadas.
A continuacin se expresan las caractersticas de funcionamiento ms
importantes de un transformador de tensin:
Tensiones nominales.- Los valores de tensiones nominales prima-
ria U1 y secundaria U2 son los que sirven para fijar la precisin del
aparato. En el caso de transformadores trifsicos, las tensiones
nominales se refieren a las tensiones compuestas, es decir entre con-
ductores de fase.
En el caso de transformadores trifsicos destinados a conectarse
entre el punto neutro y un conductor activo de una red trifsica, las
tensiones simples se expresan bajo la forma U/3, siendo U la
tensin compuesta correspondiente.
Capacidad de Sobrecarga.- Los transformadores de tensin pueden
sobrecargarse por encima de la tensin nominal en un 10 % de sta,
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 24
de forma permanente, y en un 20% durante corto tiempo. Para
proteger la red contra cortocircuitos, en el transformador de tensin
se intercalan fusibles en la parte de alta tensin; otros fusibles
situados en la parte de baja tensin, protegen contra falsa conexin y
falsa puesta a tierra. Para prevenir las sobretensiones es conveniente
aumentar el dimetro y el aislamiento en los comienzos y finales del
arrollamiento primario.
Tensin nominal de aislamiento. Es el valor de la tensin segn
la cual se determinan las tensiones de pruebas dielctricas del
arrollamiento primario. Los valores de las tensiones nominales de
aislamiento estn normalizados entre 0.5 Kv y 765 Kv.
En todos los casos, la tensin nominal de aislamiento ser tomada
igual a: 1.15 veces la tensin nominal primaria para los trans-
formadores trifsicos, y para los transformadores monofsicos
destinados a instalarse en redes monofsicas o entre conductores
activos de una red trifsica.
1.15*3 veces la tensin nominal primaria para los transforma-dores
monofsicos destinados a ser instalados entre el neutro y el conductor
activo de una red trifsica.
Precisin.- En un transformador de tensin, la precisin depende
esencialmente, de dos factores:
- El error de relacin de transformacin.
- Y por el ngulo de prdida.
Tambin en un transformador de tensin, el error de relacin de
transformacin como el ngulo de prdida dependen, esencialmente,
del valor de la corriente de vaco.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 25
TABLA N 2.4.- CLASES DE PRECISION PARA LOS TRASNFORMADORES
DE POTENCIAL IEC
CLASE ERROR DE RELACION EN % ERROR DE ANGULO (minutos de arco)
0.1 0.1 5
0.2 0.2 10
0.5 0.5 20
1 1 40
3 3 ..
TABLA N 2.5.- CLASES DE PRECISION PARA LOS TRASNFORMADORES
DE CORRIENTE IEC
CLASE ERROR DE RELACION EN % ERROR DE ANGULO (minutos de arco)
5P 1 60
10P 2
Potencia nominal .- Llamada tambin potencia de precisin y
expresada en voltios - amperios ( VA), es la potencia aparente que el
transformador de tensin puede suministrar en el circuito secundario,
bajo su tensin nominal sin que los errores introducidos en las
medidas sobrepasen los valores garantizados por el fabricante,
exigidos por las condiciones de utilizacin del transformador [3].
En el transformador de tensin, la carga efectiva est constituida por
el consumo de las bobinas voltimtricas de los aparatos conectados
(voltmetros, vatmetros, contadores, rels, etc.), y del consumo de los
conductores de medida que unen los dispositivos citados con los
transformadores de tensin.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 26
La capacidad de aislamiento est vinculado con la verificacin del es-
tado de los materiales aislantes, y resulta imprescindible realizar
pruebas OFF LINE recomendadas por la:
IEEE 43, IEEE 95, IEEE 112
IEC 34.1
VDE 0414
Estas pruebas se realizan aplicando tensin en AC DC, siendo las
siguientes:
Pruebas con tensin de choque.- Se prueba al aislamiento externo
al transformador con las tensiones correspondientes.
Pruebas del arrollamiento base lluvia para transformadores a la
intemperie, Pruebas de espiras y Ensayo descarga parcial.
2.4.- ESPECIFICACIONES TCNICAS
Relacin de transformacin
RTP = Vp / Vs = V1N /V2N
RTC = Ip /Is = I1N /I2N
V2N : 120 115 Voltios AC.
La I2N utilizada es: 5A 1A
La clase de precisin visto en las tablas N 2.4 y 2.5.
Los errores cometidos en la medicin deben hallarse dentro del rango
de sus lmites, de manera tal que no interfiera con la medicin
correcta.
La precisin depende de:
- Diseo.
- Alimentadores.
- Cargas burden.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 27
Tambin se presentan los errores siguientes:
- Error de relacin de transformacin.
- Error de ngulo.
Por esta razn se establecen los factores de correccin.
- Factores de sobre intensidad nominal Ei.
- Factores de correccin de Angulo de fase.
2.5.- DENOMINACIN DE LOS TRANFORMADORES PARA MEDICIN
Transformadores de Medida
M5 M10 - segn el tipo de ncleos.
Rangos de medicin.
Rango normal.- Puede operar permanentemente con 1.2IN, man-
teniendo los lmites de error de su clase entre (0.1 a 1.2) IN.
Rango extendido.- Pueden operar permanentemente con 2IN. Estos
son de 200% (ext. 200%). Sus lmites de error de fase (0.05 a 2) IN.
Doble rango.- Hacen para dos relaciones de nominales de transfor-
macin con la misma relacin numrica sin conmutacin 5 y 1.
Transformadores de Proteccin
Se les denomina A - P - B
Donde:
A Es la clase de exactitud - error total cuando sucede B.
P Proteccin.
B Factor limitador de exactitud B veces la I Nominal.
Ejemplo: Hacer la descripcin de 5P10
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 28
Cuando el transformador de corriente es usado en proteccin para 10
In, el error total mximo debe ser 5%.
El factor limitador de exactitud normalizado: B = 5, 10, 15, 20 y 30.
2.6.- CARGA
Es la Z total de la carga con su respectivo R y X L (Z= R + jXL)
Puede expresar como: VA, y FP a un valor especificado de corriente,
tensin y frecuencia [4].
Cargas conocidas:
Conductores - se calcula.
Instrumentos - dato fabricante.
3.- TRANSFORMADORES DE BAJA TENSION
Los transformadores de baja tensin son muy utilizados, ya que con mucha
frecuencia es necesario visualizar los parmetros de corriente que fluye por
un determinado circuito, no existiendo ningn problema con del parmetro
de tensin debido a que los equipos ya vienen insertos con una recepcin de
tensin de 0 a 480 Voltios. Para tensiones mayores si amerita el uso de un
transformador de tensin de/ 120 voltios.
En estos transformadores de medida se disean stos tenindose muy en
cuenta: a = Ns/Np = Ip/Is.
A continuacin presentamos los cuidados que se deben tener en el diseo de
los transformadores de medida y proteccin.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 29
La potencia nominal de dichos transformadores se determinar con la
corriente nominal.
El margen de medida aconsejable 20% - 100% de In.
Gama extendida.
Primario bobinado/Barra pasante.
Para relaciones de corriente baja es aconsejable transformadores de primario
bobinado; en este caso, el transformador dar potencias bajas y poca
precisin.
3.1.- POTENCIA NOMINAL (VA)
La potencia que da un transformador de corriente tiene que ser MUY
CERCANO a la suma de las prdidas en las lneas ms el consumo de
todos y cada uno de los instrumentos de medida.
Lo ideal seria que sea igual, as se cumple la mxima transferencia de
potencia en el Transformador.
La potencia aparente nominal en VA, es aquella que puede suministrar
el transformador manteniendo la clase de precisin que se halla
inscrita en la placa de datos.
Figura N 3.1.- Consumo de conductores de cobre
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 30
Para calcular la Potencia (VA) = R() x I (A)
Sin embargo los ensayos se realizan del 25 al 100% de su carga
nominal (Norma IEC 185).
Ejemplo: Un transformador de 10 VA cl. 0.5, debe mantener la clase
de precisin desde 2.5 hasta 10 VA.
3.2.- HOJA TECNICA DE LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDA
Cuando se desea seleccionar tcnicamente un transformador de
medida proteccin es necesario conocer los siguientes parmetros:
Relacin de transformacin Vp/Vs
Carga de precisin (VA)
Clase de precisin cl.
Factor de seguridad Fs.
Intensidad trmica Ith
Intensidad dinmica Id
Aislamiento M
Clase trmica B, F, H
Gama extendida ..
Frecuencia 50/60 Hz
Tensin de aislamiento 3 KV
Corriente trmica de cortocircuito 60 x In
Corriente dinmica, 2,5 x Ith
Mxima tensin 0.72 KV a.c.
Encapsulado plstico autoextinguible
Bornes secundarios precintables
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 31
Figura N 3.2.- Transformadores de corriente resinado
Normas IEC 44.1, IEC 185
3.3.- CARACTERSTICAS TCNICAS
Los primarios de los transformadores de medida son instalados en
serie al circuito a ser medido, mientras que el secundario queda
prcticamente en cortocircuitado a travs de los aparatos de medida,
contadores, rels reguladores conectados.
A continuacin veremos sus respectivas caractersticas nominales:
Clase de precisin
Los errores cometidos en la medicin deben hallarse dentro del rango
de sus lmites de manera tal que no interfiera con la medicin
correcta.
La precisin depende de: Diseo, Alimentadores, Cargas o burden.
Error de relacin (%)
Error de fase (minutos).
Tipo de clases.
- Trafo de proteccin 5P 10P
- Trafo de medida 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.2, 3
Corriente secundaria (Is) 1 5 A
Corriente primaria (Ip) .. A
El error de relacin (E) se calcula con la siguiente expresin:
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 32
E (%) = [(Kn x Is - Ip) / Ip] x 100
Donde:
Kn Relacin de transformacin nominal
Ip Corriente primaria.
Is Corriente secundaria.
Factor Seguridad (FS)
Define la seguridad del aparato de medida alimentado por el trans-
formador de medida proteccin. Fs = Ips / Ipn
Error superior al 10%.
Ips es la intensidad mxima de seguridad del primario.
Ipn es la intensidad de primario nominal.
Transformadores de medida Fs < 5
La saturacin del transformador es inversamente proporcional a la
carga que alimenta dicho transformador.
Factor de lmite de proteccin para trafos de proteccin
Valores tpicos: 10, 15, 20, 30.
Aplicacin: Rels de proteccin
Ejemplo: trafo TR60 + rel MPRB
Denominacin: 5P10
Intensidad trmica y dinmica
Cuando ocurren perturbaciones en el circuito (Corrientes de corto-
circuito en la lnea, en la fuente).
Efectos en el transformador:
Dinmicos (dyn) Idyn = 2,5IthI
Trmicos (Ith) Ith = 60 In, Ith = 26 KA
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 33
Aislamiento
Entre primario y secundario
Trafos B.T. Vred < 0,72 kV
Ensayo de aislamiento de 3 kV durante un minuto.
Por tanto se establecen:
V fuente mx. < 0,72 kV
Tensin de prueba < 3 kV
Aplicaciones en Media o Alta tensin, siempre que el primario garan-
tice el aislamiento.
Clase trmica
Temperatura del bobinado, Tb
Temperatura ambiente, Tamb (mximo 45C)
Clase trmica, Tclase
Ttotal = Tb + Tamb < Tclase
Para TC y TP, Ttotal = 105C da la Clase A.
Tara trafos en resina TR, Ttotal = 120C, Clase E.
Tipos de transformadores
Segn el factor de saturacin tenemos:
Transformadores de medida
Transformadores de proteccin
Segn su envolvente:
Plstico: TA, TP, TSR, TW, TM
Resina: TR
Transformador resinado
Autoextinguibilidad
Gran resistencia mecnica.
Tropicalizacin completa.
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MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 34
Elevada rigidez dielctrica.
Resistencia a la corrosin electroltica.
Imposibilidad de manipulacin externa.
Eleccin del transformador para bajas relaciones
Transformador de bobinado primario.
Seleccionar para medir 100% Ipn > I > 20% Ipn.
Potencia total (VA), que es la potencia consumida por la carga y la
prdida por la lnea.
Forma y dimensiones.
Rango de medicin
Rango normal.- Puede operar permanentemente con 1.2 IN, man-
teniendo los limites de error de su clase entre (0.1 a 1.2) IN.
Rango extendido.- Puede operar permanentemente con 2 IN. Estos
son de 200% (ext. 200%). Sus lmites de error de fase (0.05 a 2)IN.
Doble rango.- Hacen para dos relaciones de nominales de trans-
formacin con la misma relacin numrica sin conmutacin 5 y 1A
Ejemplo: .. /5 y 10/ 1A.
4.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE DE ALTA TENSIN
El transformador de corriente con mnimo de aceite es del tipo denominado
de horquilla (forma del conductor primario), conocido tambin como de
cuba. El devanado primario consiste en uno o varios conductores paralelos
de aluminio o cobre, y tiene la forma de devanado en "U" con dielctricos del
condensador que controlan la tensin.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 35
El devanado est aislado con papel especial, resistente a los esfuerzos
mecnicos, y tiene alta facultad de aislamiento, pocas prdidas dielctricas y
buenas propiedades de envejecimiento.
Normalmente, el transformador de corriente puede tener hasta 4 ncleos.
Los ncleos de saturacin estn fabricados en aleacin de nquel (metal
micromtrico) que proporciona prdidas bajas (alta precisin) y bajo nivel de
saturacin. Los ncleos de rel estn fabricados en chapa orientada de alta
calidad. Para propsitos especiales, se pueden suministrar ncleos de rel
con entrehierro.
4.1.- COMPONENTES DE LOS TRASFORMADORES DE MEDIDA
Ncleos del transformador.- La construccin cumple con las
normas IEC e IEEE. Tambin pueden suministrarse soluciones
especiales para satisfacer otras normas y/o especificaciones. El
exclusivo relleno de arena de cuarzo embebida en aceite.
Proporciona un aislamiento estable en un modelo compacto, con una
cantidad mnima de aceite.
El transformador tiene una construccin muy flexible que admite, por
ejemplo, ncleos grandes y/o numerosos.
Devanados del transformador.- Los devanados se secan al calor y
al vaco. Una vez instalados, se llenan todos los espacios libres del
transformador (aproximadamente el 60%) con arena de cuarzo seca y
limpia. El transformador ya montado es tratado y llenado al vaco con
aceite mineral desgasificado y sin humedad, haciendo que el aceite
penetre inmediatamente en el aislamiento y se mezcle con la arena.
El transformador se entrega siempre lleno de aceite y cerrado
hermticamente.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 36
Impregnacin.- La parte inferior del transformador es una caja de
aluminio donde estn situados los devanados secundarios y los
ncleos. El aislador, montado arriba de la caja del transformador, es
en la versin estndar de porcelana esmaltada marrn de alta calidad.
Todas las juntas, salvo las situadas junto a la brida de relleno de
aceite, estn debajo del nivel de aceite.
Caja y porcelana.- Tienen un depsito de expansin situado en la
parte superior de la porcelana. Como el relleno de cuarzo reduce el
volumen de aceite y las variaciones de presin son mnimas gracias a
un volumen de gas relativamente grande, el trafo puede tener un
sistema de expansin cerrado, sin piezas mviles, con un colchn de
nitrgeno, que se comprime con la expansin del aceite.
4.2.- VENTAJAS DE LOS TRASFORMADORES DE MEDIDA
Sistema de expansin.- El devanado secundario es un hilo de
cobre con doble barnizado que se arrolla en forma pareja en toda la
circunferencia del ncleo. Por eso la reactancia de fuga en el
devanado, incluso entre bornes adicionales, es insignificante. Los
ncleos de rel estn fabricados sin correccin de espira, pero los
ncleos de saturacin tienen normalmente correccin de espira para
adaptarse a la carga y clase de precisin.
Clima.- Los transformadores estn construidos, y ya han sido
instalados en condiciones climticas muy variables, que van de polares
a desrticas, en todas las partes del mundo.
Vida til.- La carga de tensin baja y pareja en el aislamiento del
devanado primario confiere un producto seguro y de larga vida til.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 37
Figura N 4.1.- Trasformadores de medida de alta tensin
Sistema de expansin.- El sistema de expansin, con colchn de
nitrgeno aumenta la seguridad de funcionamiento y reduce al mnimo
el mantenimiento y los controles necesarios.
Relleno de cuarzo.- Reduce al mnimo el volumen de aceite,
permitiendo un sistema de expansin sencillo como se explic
anteriormente. Tambin da soporte mecnico a los ncleos y
conductores primarios.
Flexibilidad.- Cubre una amplia zona de corrientes primarias de
hasta 3150 A. Si se aumenta el volumen de la cuba, el transformador
puede adaptarse fcilmente a muchos ncleos y/o ncleos grandes.
Resistencia a la corrosin.- La aleacin de aluminio seleccionada
proporciona alta resistencia a la corrosin, incluso en entornos
exigentes, sin necesidad de pintura protectora adicional.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 38
Resistencia ssmica.- Los transformadores tiene una construccin
mecnicamente robusta diseada para soportar altos requisitos de
aceleracin ssmica sin necesidad de amortiguadores.
4.3.- CARACTERSTICAS DE CONSTRUCCIN
Materiales.- Todas las superficies metlicas exteriores son de
aleacin de aluminio, resistente a la mayora de las condiciones
ambientales conocidas. Los tornillos, tuercas, etc. son de acero a
prueba de cido.
Normalmente, no es necesario pintar las superficies de aluminio.
El aceite mineral del tipo Nyns Nytro 10X cumple con los requisitos
segn IEC 296 clase II A, y no contiene PCB. Como versin estndar,
los trafos se entregan con aislador de porcelana con lnea de fuga de
25 mm/kV. Por pedido especial, puede suministrarse una lnea de
fuga ms larga. Por pedido especial, puede suministrarse tambin un
aislador polimrico con lnea de fuga de 16 mm/ kV o 25 mm/kV.
Bornes primarios y secundarios.- La caja de bornes de aluminio
para los bornes secundarios est montada sobre la caja del
transformador. La caja de bornes estndar tiene una brida no
perforada y desage. Por pedido especial, la brida puede
suministrarse con juntas roscadas para cables segn especificacin.
La caja de bornes tiene proteccin del tipo IP 55 (IEC 529).
Resistencia mecnica.- La resistencia mecnica proporciona un
margen de seguridad suficiente para las cargas del viento y cargas
normales de los conductores. Las fuerzas en el borne primario no
deben ser superiores a 4000 N en cualquier direccin.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 39
Transporte almacenamiento.- Normalmente, los trafos se
transportan y almacenan en posicin vertical. Si se prefiere una
posicin horizontal, especificarlo en el pedido. El almacenamiento
prolongado (ms de tres meses) debe ser siempre en posicin vertical.
Los transformadores vienen embalados generalmente para transporte
en posicin vertical (paquete de 3 unidades). No obstante, por un
precio adicional, pueden entregarse embalados para transporte
horizontal (paquete de 1 unidad).
Control en la entrega Montaje.- Al momento de la entrega,
controlar siempre si el embalaje y su contenido presentan daos de
transporte. Si la mercanca ha sufrido daos, solicitar ms informacin
al fabricante antes de la manipulacin. Tomar nota de los daos
(fotografiarlos). El transformador debe montarse sobre una superficie
plana, de lo contrario puede producirse una traccin inclinada con el
riesgo de fugas de aceite. Las instrucciones de montaje se deben
adjuntar con la entrega. Peligro: nunca dejar un circuito secundario
abierto!
Mantenimiento.- Los transformadores estn diseados para una
duracin de ms de 30 aos y por eso requiere un mantenimiento
mnimo. Normalmente, slo es necesario controlar el nivel de aceite y
si hay fugas, ocasionalmente controlar que los devanados primarios
estn bien ajustados para evitar un sobrecalentamiento.
Los transformadores estn cerrados hermticamente y no requieren
otros controles regulares. Despus de 20 - 25 aos, se recomienda
realizar una inspeccin ms detallada para mayor seguridad y un
futuro funcionamiento sin problemas. Los mtodos de control y su
alcance dependen en gran medida de las condiciones locales. Si el
transformador tiene un borne capacitivo (borne F), ste puede
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 40
utilizarse para medir el valor tan insitu. Tambin pueden tomarse
muestras de aceite para un anlisis de gas. El mtodo ms sencillo es
a travs de la brida de relleno de aceite en el recipiente de expansin.
Impregnacin.- Una vez evacuado el aceite, quemarlo en una
instalacin adecuada. Quemar los restos de aceite en la arena de
cuarzo y vaciar despus la arena en el vertedero.
La porcelana, una vez triturada para reducir su volumen, puede
arrojarse al vertedero. Los metales en el transformador son
reciclables. Todas las piezas de aluminio estn marcadas con la
denominacin del material. Para aprovechar el aluminio y el cobre de
los devanados, quemar el aislamiento de papel embebido en aceite.
Los dielctricos del condensador en el aislamiento del devanado
primario se pueden utilizar como un regulador capacitivo. Para ello,
conectar el segundo dielctrico desde afuera a un pasamuros en la
caja del transformador, y conectar el dielctrico exterior internamente
a la caja.
Borne capacitivo por pedido especial.- Una gran ventaja del
borne capacitivo es que puede utilizarse para controlar el estado del
aislamiento de papel midiendo el valor tan . El borne puede
utilizarse tambin para indicar la tensin, sincronizacin, etc.; pero la
potencia de salida est limitada por la baja capacitancia de los
dielctricos.
4.4.- PRUEBAS REALIZADAS
Se realizan las siguientes pruebas:
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 41
Pruebas Estndar.- Antes de la entrega, se realizan las siguientes
pruebas estndar en todos los transformadores segn la norma
aplicable:
Tensiones de prueba: IEC 185, IEC 44-1, 11.2, IEEE C57.13
Control de las marcaciones de los bornes y la polaridad.
Prueba de tensin en los devanados secundarios, 4 kV 50 Hz en 1
minuto.
Prueba de tensin de 1 minuto entre piezas del devanado primario.
Prueba de 1 minuto con devanado secundario abierto.
Prueba de tensin de 1 minuto en el lado primario.
Prueba de medicin luminosa de descargas internas.
Medicin de errores de relacin de transformacin y de ngulo.
Mediciones especiales IEC 44-1, 11.3
Medicin de capacitancia y tan .
Prueba de estanqueidad.
Medicin de la resistencia secundaria (aleatoria).
Curva de imantacin completa para todos los ncleos en un
transformador. Para los dems transformadores, se controlan todos
los ncleos en uno o dos puntos de la curva de imantacin.
Prueba de tipo.- Por pedido especial, se presentan los protocolos de
pruebas de tipo realizados en transformadores similares a la
especificacin del cliente.
Eleccin de cargas y clases.- La capacidad de carga y clase de
precisin para un transformador estn determinadas, ante todo, por los
"amperios-espiras", es decir el producto de la corriente nominal
primaria por la cantidad de espiras primarias. La tabla de abajo da una
idea de la carga posible para las
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 42
clases de precisin de 0,2 Fs5, 5P20 y 1,0. Los nmeros porcentuales
de volumen del ncleo indica el espacio disponible ocupado por cada
devanado secundario.
El espacio disponible para ncleos de rel es del 100% en la versin
IMB estndar. Por eso, pueden combinarse 4 ncleos de 25%, 2 de
25% y 1 de 50%, 2 de 50%.
Adems, de los ncleos de rel de 100%, siempre hay espacio para un
ncleo de saturacin. Si se desea ms de un ncleo de saturacin, se
reduce el espacio disponible para ncleos de rel en aprox. 25% para
cada ncleo de saturacin adicional.
Si es necesario, es posible aumentar el espacio de ncleos disponible
para que haya ms lugar para ms devanados secundarios o cargas
mayores.
4.5.- CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDA
Bornes primarios.- Los transformadores de 36 - 300 incluyen como
estndar una conexin de barra de aluminio, que cumple con las
especificaciones de NEMA, IEC y DIN. Por pedido especial, se
suministran otras soluciones segn especificacin del cliente.
La mxima fuerza de traccin en el borne primario es de 4000 N. La
mxima fuerza de rotacin es de 1000 Nm.
Caja de bornes secundarios.- La caja de bornes para los devanados
secundarios est montada sobre la caja del transformador y es de
fundicin de aluminio resistente a la corrosin. La caja de bornes
estndar tiene lugar, como mximo para 30 tableros de bornes del tipo
PHOENIX UK 16 para dimetros de cable de 10 mm. Por pedido
especial, se pueden suministrar otros tipos de conexiones secundarias.
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 43
La caja de bornes tiene una brida no perforada desmontable con
desage. Por pedido especial, la brida puede suministrarse con juntas
roscadas para cables o perforacin segn especificacin del cliente.
La clase de proteccin para la caja de bornes es IP 55. Por pedido
especial, puede suministrarse una caja de bornes secundarios ms
grande con lugar para ms bornes secundarios u otros equipos.
Conexiones a tierra.- El transformador incluye normalmente una
conexin a tierra con abrazadera de latn cincado, para conductores de
8 - 15 mm. de dimetro, que pueden trasladarse a cualquiera de las
patas de montaje. Por pedido especial, se puede suministrar una
conexin a tierra con barra (ver el ejemplo de abajo). Los bornes de
tierra para los circuitos secundarios estn en la caja de bornes.
Datos de embarque.- Los transformadores entre 36 - 170 KV se
embalan normalmente para transporte vertical en paquete de 3
unidades. Por pedido especial, se puede suministrar transporte vertical
en paquete de 1 unidad.
Los transformadores 245 - 300 se embalan siempre para transporte
horizontal en paquete de 1 unidad segn la altura de transporte.
5.- TRASNFORMADOR DE TENSIN CAPACITIVO
Los transformadores de tensin capacitivos y condensadores de acopla-
miento estn destinados a ser conectados entre redes de fase y tierra con
neutro aislado neutro a tierra.
El diseo cumple con los requisitos de las normas IEC y BS.
Pueden adquirirse tambin diseos especiales para cumplir con otras normas
o especificaciones del cliente. Debido al diseo de los elementos
TRANFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION NORMALIZADOS
MEDIDAS ELECTRICAS II HUBER MURILLO MANRIQUE 44
condensadores se debe tener muy en cuenta la estabilidad y precisin de
temperatura, similares a los transformadores inductivos de tensin.
5.1.- CONSTITUCION DE LOS CONDENSADORES DE TENSION
CAPACITIVOS
Divisor capacitivo de tensin.- El divisor capacitivo de tensin
consiste en una o dos unidades de porcelana vidriada marrn o gris,
montadas una sobre otra. Cada unidad incluye una gran cantidad de
elementos condensadores conectados en serie e impregnados en
aceite. Los aisladores estn totalmente llenos con el impregnante, que
es mantenido a una ligera sobrepresin por el diseo del sistema de
expansin. En toda nuestra construccin se utilizan juntas tericas.
Los elementos capacitivos estn diseados segn las demandas para
facturacin y su parte activa consiste en papel de aluminio aislado con
papel/pelcula de polipropileno, impregnado con un aceite sinttico
libre de PCB, FARADOL 300, que tiene mejores caractersticas
aislantes que el aceite mineral normal. Este tipo de dielctrico ha
demostrado ser prcticamente insensible a los cambios de
temperatura.Nuestro divisor de tensin estndar, designacin de tipo
CSA, est montado en una unidad electromagntica (EMU), formando
un transformador de tensin capacitivo completo.
Hay disponibles versiones de alta capacitancia para aplicaciones
especiales.
Unidad electromagntica (EMU).- El divisor de tensin y el
transformador estn conectados mediante manguitos interiores en el
aceite, que es necesario para aplicaciones de alta precisin. El
transformador tiene aislamiento de aceite con arrollamientos de cobre
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doblemente esmaltados y con un ncleo de hierro, fabricado en chapa
de acero de alta calidad.
Figura N 5.1.- Constitucin de los transformadores capacitivos
La bobina primaria est dividida en un arrollamiento principal y un
juego de arrollamientos de compensacin accesibles exteriormente.
Este tipo de transformadores tienen un reactor que est conectado en
serie entre el divisor de tensin y el extremo de alta tensin del
arrollamiento primario. Este reactor compensa el cambio en el
ngulo de fase provocado por el divisor capacitivo de tensin. Las
reactancias capacitiva e inductiva se ajustan por separado en cada
transformador antes del ensayo de precisin.
5.2.- VENTAJAS DE LOS TRASNFORMADORES CAPACITIVOS
Clima.- Estos transformadores estn diseados y han sido instalados
en condiciones muy variables, desde climas rticos a desrticos, en
todos los continentes.
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Ferroresonancia.- La baja induccin (0,35 0,45 T a la tensin
nominal) junto con un eficaz circuito amortiguador, proporcionan una
amortiguacin segura y constante de la ferroresonancia en todas las
frecuencias y tensiones hasta el factor de tensin nominal.
Vida til.- La baja carga de tensin dentro de los elementos
condensadores garantiza un producto seguro con una larga vida til.
Caractersticas transitorias.- La alta tensin intermedia y la alta
capacitancia resultan en caractersticas transitorias mucho mejores
que las exigidas por las normas internacionales actuales.
Ajuste.- Los arrollamientos de control para ajustar la relacin de
transformacin son accesibles en la caja de terminales y pueden ser
utilizados por el cliente para optimizar la precisin deseada.
Onda portadora.- Los transformadores de tensin capacitivos
tienen el reactor de compensacin conectado en el lado de alta
tensin del arrollamiento primario, lo que permite utilizar tambin
frecuencias ms altas (> 400 kHz) para transmisin por onda
portadora.
Capacitancia parsita.- El diseo con el reactor de compensacin
en el lado de alta tensin del arrollamiento principal garantiza una
capacitancia parsita menor a 200 pF, que es el requisito ms riguroso
de la norma IEC para caractersticas de portadoras.
Estabilidad.- Los transformadores de tensin capacitivos tienen un
factor de alta calidad, debido a su capacitancia relativamente alta,
combinado con una tensin intermedia alta. El factor de calidad = C
equivalente x U2 intermedio es una medida de la estabilidad con
respecto a las variaciones de frecuencia. Cuanto mayor sea el valor,
mejor ser la precisin durante variaciones de energa.
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Desembalaje.- En el momento de la entrega, controlar las jaulas y
su contenido para ver si han sufrido daos durante el transporte.
Esperar antes de seguir manipulando las mercancas. Todos los daos
deben documentarse (fotografiarse).
La unidad electromagntica y el divisor capacitivo de tensin se
entregan como una unidad para los transformadores de tensin
capacitivos con tensiones del sistema de 245 kV como mximo.
Montaje.- Los transformadores de tensin capacitivos con tensiones
del sistema ms altas, que tienen ms de una parte de divisor de
tensin, se entregan con la unidad inferior montada en la unidad
electromagntica. La unidad electromagntica, con la unidad inferior,
debe instalarse primero, antes de colocar en su lugar el divisor de
tensin capacitivo. Las instrucciones de izaje se incluyen en cada
embalaje. Controlar que el aislador superior e inferior tengan el mismo
nmero de serie. Estn diseados para una vida til de ms de 25
aos, y son prcticamente libres de mantenimiento. No obstante,
recomendamos efectuar los siguientes controles y mediciones.
Control visual.- Recomendamos efectuar un control peridico para
ver si hay fugas de aceite, y una revisin del aislamiento exterior para
ver si hay suciedad acumulada en los aisladores.
5.3.- MEDICIONES DE CONTROL DEL DIVISOR DE TENSION
CAPACITIVO
Dado que los divisores de tensin estn sellados permanentemente
con una ligera sobrepresin, no se pueden extraer muestras de aceite
de los mismos. En condiciones de funcionamiento normales, no se
producir un envejecimiento perceptible en el interior de los
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condensadores (verificado por ensayos de envejecimiento). No
obstante, las discrepancias entre las tensiones secundarias en fases
paralelas pueden indicar un fallo en una pieza del condensador de uno
de los transformadores de tensin, por lo que se recomienda efectuar
una comparacin de este tipo. En este caso, se recomienda medir
adems el valor de capacitancia. Las lecturas pueden tomarse entre
el terminal superior y el terminal L en la caja de terminales
secundarios.
Mediciones de control de la unidad electromagntica.- Un
ensayo sencillo es medir la resistencia de aislamiento en megohmios
(tensin mxima del ensayo: 1000 V CC) en los arrollamientos
secundarios. Como el arrollamiento de alta tensin del transformador
no tiene graduacin capacitiva, una medicin del ngulo de prdidas
(tan d) no dar ningn resultado importante. Lo que s puede
hacerse es sacar una muestra de aceite para un anlisis de
cromatografa de gases de la unidad electromagntica, para
determinar su condicin. La cuba de la unidad electromagntica
puede ser equipada, previa solicitud, con una vlvula de muestreo, y
podemos suministrar los equipos de muestreo adecuados. Un mtodo
sencillo es tomar la muestra del orificio de re- lleno de aceite.
Los intervalos de muestreo variarn segn las condiciones de servicio;
generalmente, no debera ser necesario ningn anlisis de aceite
durante los primeros 20 aos de servicio.
Ensayos de rutina.- Como estndar, se realizan los siguientes
ensayos en cada transformador, conforme a la norma aplicable: IEC
358 - 6.1.
Medicin de capacitancia y tan d para cada unidad de condensador
antes de ensayos de tensin.
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Ensayo a frecuencia de la red aplicada entre terminales, 50 Hz;
duracin: un minuto.
Ensayo a frecuencia de la red aplicada entre terminal de baja tensin
y tierra. Tensin de prueba: 10 kV, 50 Hz; duracin: un minuto.
Figura N 5.2.- Unifilar del trasformador de tensin capacitivo
Ensayo de descarga parcial de cada unidad de condensador.
Ensayo de estanqueidad de cada unidad de condensador.
Medicin de capacitancia y tan d para cada unidad de condensador,
como ensayo final. Clculo de relacin de transformacin. Como
estndar, se realizan los siguientes ensayos en cada transformador,
conforme la normatividad.
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Unidad electromagntica (IEC 186)
Verificacin de marcacin y polaridad de terminales.
Ensayo a frecuencia de la red aplicada en arrollamientos secundarios y
arrollamientos de ajuste.
Tensin de ensayo: 4 kV, 50 Hz; duracin: un minuto.
Ensayo a frecuencia de la red inducida en arrollamiento primario, 75
Hz; duracin: un minuto.
IEC 358
Ensayo a frecuencia de la red aplicada en terminal L.
Tensin de ensayo: 10 kV, 50 Hz; duracin: un minuto.
Ensayos especficos del fabricante
Revisin y medicin de circuito amortiguador.
Ensayo de estanqueidad.
Sobretensin tipo maniobra. Hmedo.
Ensayos de tipo.- Por pedido especial, pueden suministrarse
protocolos de ensayos de tipo para ensayos efectuados en
transformadores de tipos similares a la especificacin del cliente
5.4.- ASPECTOS AMBIENTALES
Impregnante.- Tanto FARADOL 300 (divisores de tensin) y Nyns
NYTRO 10X (unidad electromagntica) son libres de PCB y otras
sustancias altamente txicas, y representan una amenaza muy
pequea para el entorno. Los dos impregnantes estn clasificados en
la mxima clase alemana de proteccin de las aguas (WGK 1).
Faradol 300 es un aceite sinttico, y NYTRO 10X es un aceite para
transformadores estndar.
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Eliminacin.- Despus de evacuar los aceites, estos pueden
quemarse en una planta especial. De este modo, FARADOL 300 posee
caractersticas de combustin similares al aceite mineral normal.
La porcelana puede ser depositada despus de haber sido triturada.
Los metales en la unidad electromagntica y el alojamiento del divisor
de tensin son reciclables.
Las piezas de aluminio tienen etiquetas con especificacin de los
materiales. Para aprovechar el cobre de los arrollamientos, se debe
quemar el aislamiento de papel saturado.
El aluminio en los elementos condensadores, con su combinacin de
papel de aluminio, papel y pelcula de polipropileno, pueden
recuperarse despus de quemarse. La pelcula plstica no emitir
sustancias nocivas durante este proceso.
5.5.- CONSTITUCION DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSION
CAPACITIVOS
Terminal primario.- Estos transformadores se entregan
normalmente con un terminal fijo de aluminio plano de 4 agujeros,
adecuado para tornillo de 40 a 50 mm. y para conectar grampas para
cables normales de aluminio. Otros terminales primarios pueden
ofertarse por pedido especial como un contacto cilndrico de aluminio,
=30 mm. La fuerza mxima en el terminal primario es 2000 N en
todas las direcciones.
Caja de terminales secundarios.- El transformador viene equipado
con una caja de terminales secundarios, clase de proteccin IP 55.
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Esta caja viene equipada con una placa prensaestopas sin perforar y
desmontable, que en la instalacin puede perforarse para manguitos
de cable con un dimetro mximo de 38 mm (1 ).
El transformador puede equiparse tambin con una caja de terminales
ms grande, con espacio para fusibles o interruptores de miniatura
y/o proteccin para equipo de onda portadora. Los terminales
secundarios consisten normalmente en bloques de terminales de
estndar Phoenix para alambre de 10 mm. En la caja de terminales
hay tambin terminales (d1 - d2) para controlar el circuito
amortiguador de ferro- resonancia, terminales para los arrollamientos
de ajuste (B1 a B10 detrs de una placa de cubierta, para evitar la
reconexin inadvertida) y el terminal L de baja tensin del
condensador (para equipo de onda portadora - PLC).
Terminales de tierra.- El transformador viene equipado
generalmente con una grampa de tierra con una tapa de latn
niquelado, para cable de =8-15 mm., que puede ser trasladada a
cualquiera de las bases de montaje.
Tambin hay disponible una barra de tierra (ver el ejemplo a la
derecha) por pedido especial. Los terminales de tierra para los
circuitos secundarios estn situados en la caja de terminales.
Condensadores de acoplamiento CCA.- Los condensadores de
acoplamiento tipo CCA estn destinados a aplicaciones de onda
portadora. El diseo del aislador y condensador son idnticos a los
divisores capacitivos de tensin tipo CSA pero sin un terminal de
tensin intermedia, y las descripciones anteriores de los divisores de
tensin rigen tambin para el CCA. Otros valores de capacitancia
aparte de los descritos abajo pueden adquirirse por pedido especial y
a un precio ms alto.
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Figura N 5.3.- Transformador de tensin capacitivo
Una trampa de onda puede montarse en la mayora de los casos
directamente arriba del condensador de acoplamiento. El terminal
primario conforme al estndar de ABB, as como los aisladores para el
montaje, vienen incluidos en la entrega.
Datos para pedidos y consultas.- Para poder realizar una oferta
correcta, deben incluirse por lo menos los siguientes datos: Nmero
de unidades, norma internacional /especificacin del cliente,
frecuencia, mxima tensin del sistema, tensin nominal de servicio,
relaciones de transformacin, factor de tensin nominal, distancia de
fuga, capacitancia fase-tierra.
Tensiones de ensayo: Impulso tipo rayo, frecuencia de la red
seco/hmedo si no se ajusta estrictamente a una norma nacional.
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Cargas y precisin: Arrollamientos 1, 2, 3, clase de carga y uso,
carga trmica lmite.
Requisitos adicionales: Porcelana gris, caja de terminales con fusi-
bles, proteccin para equipo de onda portadora, otros requisitos
relacionados del cliente. ABB seleccionar: designacin de tipo, y
entregar algn tipo de plan de datos y/o otros datos tcnicos
pertinentes.
6.- TRASNFORMADOR DE TENSIN INDUCTIVO
Los transformadores de tensin inductivos estn destinados a la
conexin de fase y tierra en redes con neutro aislado neutro a tierra.
El diseo cumple con los requisitos de las normas IEC e IEEE.
Tambin posibles soluciones de diseo especiales para cumplir con
otras normas y requisitos del cliente. Los transformadores estn
diseados con una densidad de flujo reducido en el ncleo y pueden
dimensionarse para 190 % de la tensin nominal durante ms de 8
horas.
6.1.- COMPONENTES DE TRASFORMADORES DE TENSIN
INDUCTIVOS
Arrollamientos primarios.- El arrollamiento primario est diseado
como una bobina multicapa de alambre doblemente esmaltado con
aislamiento en capas de papel especial. Los dos extremos del
arrollamiento estn conectados a blindajes metlicos.
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Arrollamientos secundarios y terciarios.- En la versin estndar,
el transformador tiene un arrollamiento de medicin secundario y un
arrollamiento terciario para proteccin de fuga a tierra, pero hay
disponibles otras configuraciones si es necesario (2 arrollamientos
secundarios en un diseo de acuerdo con la norma IEEE).
Los arrollamientos estn diseados con alambre doblemente
esmaltado y estn aislados desde el ncleo y el arrollamiento primario
con cartn aislante (presspan) y papel. Los arrollamientos pueden
equiparse con terminales adicionales para otras relaciones
(derivaciones).
Ncleo.- El transformador tiene un ncleo de material
cuidadosamente seleccionado para pr