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Transformadores de voltaje medio: conceptos fundamentales de los transformadores de voltaje medio

¿Qué es un transformador de voltaje medio?

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Un transformador de distribución o transformador de servicio de voltaje medio es un tipo de transformador que proporciona la transformación de voltaje final en el sistema de distribución de energía eléctrica, lo que reduce el voltaje utilizado en las líneas de distribución al nivel utilizado por el cliente.

Los niveles prácticos de voltaje a menudo se denominan voltaje medio, lo que significa que el voltaje de entrada al transformador está en el orden de entre 5 kV y 35 kV. Algunos voltajes de distribución pueden superar los 35 kV y se considerarían de alto voltaje, pero la mayoría del sistema de distribución está dentro del rango de voltaje medio. Los transformadores de distribución modernos se fabrican de acuerdo con muchas normas, especialmente según el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) y la Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission, IEC).

En los Estados Unidos, las características y la funcionalidad de la mayoría de los transformadores de distribución se incluyen en la norma C57.12.00 del IEEE (Requisitos generales estándar para transformadores de regulación y energía de distribución sumergida en líquidos), sin embargo, hay una multitud de normas que se aplican a tipos y aplicaciones específicos de transformadores, incluidos los transformadores de tipo subestación, tipo compartimental de montaje en plataforma, transformadores montados en polo monofásicos, transformadores de trabajo de generadores, transformadores de alta temperatura y muchos más.

Enlaces rápidos a los conceptos fundamentales del transformador de voltaje medio: Tipos | Clasificaciones | Disposición | Protección | Monitoreo | Pruebas de producción | Más información
 

¿Cuáles son los tipos de transformadores de distribución de voltaje medio?

Transformador tipo subestación

El transformador tipo subestación es el corazón de la subestación eléctrica. Este transformador cambia la relación entre el voltaje y la corriente de entrada y el voltaje y la corriente de salida. Los transformadores tipo subestación están clasificados por su relación de voltaje primario y secundario y su capacidad de transporte de energía. Por ejemplo, un transformador tipo subestación típico tendría una capacidad nominal de 15 kV, 25 kV, 35 kV o 46 kV en el primario a una potencia nominal de aproximadamente 5-20 MVA. El voltaje secundario o bajo puede ser de 15 kV a 5 kV o incluso menos de 600 V. El diseño y la funcionalidad del transformador estilo subestación está dictado por las normas C57.12.00 y C57.12.36 del IEEE. Estos tipos de transformadores están compuestos de un núcleo y bobinas sumergidas en aceite o fluido dieléctrico en un tanque de acero. El aceite o fluido sirve como aislante y como refrigerante para mantener el núcleo a temperaturas de operación confiables. Las unidades de subestación se identifican fácilmente por sus bujes, medidores, paneles o equipos de monitoreo expuestos y, por lo general, se ubican detrás de una cerca o en un área restringida.

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Transformador trifásico sobre pedestal

Un transformador trifásico sobre pedestal es un transformador de distribución de energía eléctrica montado en tierra en un gabinete de acero bloqueado montado en una plataforma de hormigón. Estos tipos de transformadores generalmente son más pequeños (45 a 5000 kVA), pero también pueden producirse en estaciones de mayor tamaño (hasta 10 MVA).  Estos se instalan en lugares cercanos o dentro de áreas públicas. El diseño de transformador compartimental, con resistencia a la manipulación, sobre pedestal, lo hace ideal para aplicaciones donde la seguridad pública es imprescindible. El diseño y la funcionalidad generales están dictados por la norma C57.12.34 del IEEE, mientras que la naturaleza de resistencia a la manipulación del transformador sobre pedestal está dictada por la norma C57.12.28 o C57.12.29 del IEEE para áreas costeras. 

Transformador monofásico sobre pedestal

Los transformadores monofásicos sobre pedestal se instalan comúnmente en áreas residenciales y están diseñados para la distribución de energía a través de sistemas subterráneos. Las características y la disposición de los transformadores monofásicos sobre pedestal se pueden encontrar en la norma C57.12.38 del IEEE. Estos transformadores son normalmente de 10-167 kVA (hasta 250 kVA según el alcance de las normas del IEEE) y hasta 35 kV en el primario. 

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Transformador monofásico montado en postes

Los transformadores monofásicos montados en postes se instalan con frecuencia en áreas residenciales, pero también pueden ser comunes para pequeñas empresas que requieren energía trifásica de un banco. Estos transformadores pueden variar en tamaño desde tan pequeños como 5 kVA hasta tan grandes como 500 kVA, con voltajes de hasta 35 kV de línea a línea. Los bancos de transformadores montados en postes permiten conectar tres unidades monofásicas a un sistema trifásico para distribuir a través de líneas aéreas. Los estilos de conexión de devanado, los estándares de montaje y la disposición y la funcionalidad generales cumplen con la norma C57.12.20 del IEEE.

Transformador ventilado de tipo seco

Los transformadores ventilados de tipo seco son dispositivos de cambio de voltaje (de aumento o reducción) o de aislamiento que se enfrían con aire en lugar de líquido. La carcasa del transformador está ventilada para permitir que el aire fluya y enfríe las bobinas. Para operaciones en exteriores, un gabinete de transformador de tipo seco generalmente tendrá rejillas para ventilación. Los transformadores de tipo seco se adhieren a las normas C57.12.01 y C57.12.91 del IEEE, con clasificaciones de 15 kVA a 30 MVA, y voltajes primarios superiores a 601 V.

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¿Cuáles son los tipos de clasificaciones de transformadores?

Las clasificaciones son el plano fundamental para describir las características de rendimiento y el estilo de un transformador.

Las clasificaciones estándar para los tipos de transformadores de distribución se encuentran en los estándares de productos del IEEE, incluidos los siguientes:

  • Estándar C57.12.20 del IEEE (tipo aéreo)
  • Estándar C57.12.34 del IEEE (compartimental trifásico montado en plataforma)
  • Estándar C57.12.36 del IEEE (transformadores tipo subestaciones de distribución)
  • Estándar C57.12.38 del IEEE (montaje en plataforma monofásico)
Clasificaciones clave definidas

kVA: Los transformadores se clasifican en kilovoltios-amperios (kVA). kVA se utiliza para expresar una clasificación de transformador porque no todas las cargas del transformador son puramente resistivas. El componente resistivo consume energía que se mide en vatios, mientras que el componente reactivo consume energía que se mide en VAR. La suma vectorial de estas dos cargas es la carga total, VA o kVA

Voltaje: la designación de voltaje define tanto la forma en que se puede aplicar un transformador a un sistema como el diseño del transformador. La norma C57.12.00 del IEEE define la designación de las clasificaciones de voltaje de los transformadores monofásicos y trifásicos.

Ejemplos de designación de voltaje:

Trifásico

  • 12470Y/7200 V
  • 12470GY/7200 V
  • Delta de 7200 V

Monofásica

  • 7200/12470Y V
  • 12470GY/7200 V
  • Delta de 7200 V

Aumento de la temperatura: Una clasificación de kVA se basa en la corriente que el transformador puede transportar sin exceder su clasificación de aumento de temperatura. Cuanto más se carga un transformador, más alta es su temperatura interna. El aumento máximo de temperatura que el transformador puede soportar sin pérdida anormal de vida útil se rige por las especificaciones del cliente o por las normas del IEEE

Fluido: Durante más de un siglo, los transformadores han utilizado aceite mineral convencional como refrigerante dieléctrico. Ofrece un costo razonable con un rendimiento comprobado, confiable y a largo plazo.  Los procedimientos de mantenimiento están bien establecidos y el aceite mineral usado generalmente puede reacondicionarse para su uso mediante filtración y desgasificación. El punto de fuego del aceite mineral es de aproximadamente 155 oC, mientras que el punto de fuego de un fluido menos inflamable es superior a 300 oC. Esto hace que los fluidos menos inflamables, como Envirotemp FR3, sean la mejor alternativa para instalaciones en interiores, en la parte superior de edificios o en áreas de alto tráfico peatonal. El uso de fluidos menos inflamables es reconocido como un método para reducir el riesgo de incendio, en interiores y exteriores, por el Código Eléctrico Nacional (NFPA 70) y el Código Nacional de Seguridad Eléctrica

Clasificaciones clave
kilovoltios-amperios (kVA)
Voltaje primario
Voltaje secundario
Nivel Básico de Impulso (BIL)
Impedancia
Frecuencia
Tipo de enfriamiento
Aumento de la temperatura
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Enfriamiento: el calor que genera el ensamblaje de núcleo/bobina debe disiparse al aire a través del tanque y las aletas de enfriamiento. Mientras más superficie tenga el tanque, más calor puede disiparse. Agregar aletas de enfriamiento es una opción para aumentar el área de superficie sin un aumento significativo en la cantidad de petróleo, lo que mantiene los costos más bajos que si se aumentara el tamaño del tanque. Cada transformador sumergido en aceite se identifica con un código de cuatro letras que describe el método de enfriamiento del transformador. La norma C57.12.00 del IEEE define los métodos de enfriamiento, o la clase de enfriamiento, para los transformadores de distribución.
  • Primera letra: Medio de enfriamiento interno en contacto con los devanados
    • O Líquido aislante con punto de combustión ≤300 oC (consulte ASTM D92)12
    • K Líquido aislante con punto de combustión >300 oC
    • L Líquido aislante sin punto de fuego medible
  • Segunda letra: Mecanismo de circulación para medio de enfriamiento interno
    • N Flujo de convección natural a través del equipo de enfriamiento y en devanados
    • F Circulación forzada a través de equipos de enfriamiento (es decir, bombas de refrigerante), flujo de convección natural en devanados (también llamado flujo no dirigido)
    • D Circulación forzada a través del equipo de enfriamiento, dirigida desde el equipo de enfriamiento hacia al menos los devanados principales (también llamado flujo dirigido)
  • Tercera letra: Medio de enfriamiento externo
    • A Aire
    • W Agua
  • Cuarta letra: Mecanismo de circulación para medio de enfriamiento externo
    • N Convección natural
    • F Circulación forzada [ventiladores (enfriamiento por aire), bombas (enfriamiento por agua)]
  • Nivel Básico de Impulso (BIL) La cantidad de aislamiento incorporado en la unidad para soportar un voltaje de impulso
  • Impedancia: La suma vectorial de la resistencia y la reactancia inherente del transformador. La impedancia del transformador determina la cantidad de corriente de falla disponible en los terminales secundarios del transformador
  • Frecuencia: Generalmente, 50 o 60 hercios. El transformador estará diseñado para la frecuencia del sistema
 

¿Qué implica la disposición de un transformador?

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La disposición de un transformador se define por el tipo de componentes como frente vivo en comparación con frente muerto, ubicación de los componentes (sistema de alimentación radial en comparación con bucle), interior en comparación con exterior, garganta en comparación con brida (subestaciones). Todos estos se basan en la aplicación y en los estándares del IEEE, como C57.12.36 (subestaciones), C57.12.34 (tipo compartimental trifásico), C57.12.38 (montaje en plataforma monofásico) y C57.12.20 (tipo aéreo monofásico). Muchas características de los transformadores de distribución modernos se centran en la forma y el ajuste de la unidad dentro de una instalación, del área o la región específica, o según la aplicación. El diseño y la disposición del transformador pueden vincularse a conjuntos de características o requisitos particulares, como la naturaleza de resistencia a la manipulación de un transformador tipo compartimental sobre pedestal.

Bujes primarios de frente vivo en comparación con frente muerto

Hay dos opciones distintas para la conexión de alto voltaje de un transformador.

Frente vivo (tipo porcelana): Las piezas que transportan voltaje están expuestas. Las terminaciones de frente vivo tienen conectores de alto voltaje, supresores o fusibles expuestos al operador después de abrir el gabinete.

Frente muerto (tipo de conector aislado separable): a menudo se los conoce como bujes de frente muerto. Se mejora la seguridad, ya que no hay piezas que transporten corriente expuestas al operador.

Los conectores de frente muerto se dividen en dos categorías principales: ruptura de carga y ruptura total.

  • Tipos de conectores de frente muerto
    • IEEE 386: Estándar para sistemas de conectores aislados separables
    • Ruptura de carga a 200 A
      • 15 y 25 kV
    • 35 kV (2 estándares)
      • Interfaz grande
      • Interfaz pequeña
    • Ruptura total a 600 A y 900 A
      • 15, 25 y 35 kV
  • Conectores y configuraciones
    • Configuraciones (diseño del buje)
      • Alimentación radial
      • Alimentación de bucle
      • Opciones de diseño de bujes
        • ANSI/IEEE C57.12.34 define la separación del buje, la altura del buje, el tamaño del compartimiento de terminación
          • Mínima
          • Específico
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Configuraciones del sistema

Existen dos tipos básicos de configuraciones del sistema de distribución:

  • Sistema radial
  • Sistema de bucle

Estas configuraciones del sistema pueden usarse solas o en combinación entre sí en diferentes partes del sistema de distribución. Las combinaciones complejas a veces se denominan redes que consisten en derivaciones radiales y de bucle con múltiples fuentes de suministro.

Sistema radial

Un sistema radial emplea un transformador exclusivo para atender a un cliente o grupo de clientes. La desventaja es el hecho de que si hay una falla en la línea de distribución, todos los clientes que están corriente abajo del problema se quedan sin energía. En el siguiente ejemplo, los transformadores se muestran con fusibles, que los aislarían de la línea de distribución en caso de sobrecarga o falla del transformador. Los sistemas radiales se utilizan principalmente en áreas rurales o remotas. Los sistemas de alimentación radial requieren que los transformadores tengan solo un buje de alto voltaje por línea de fase conectada (uno para aplicaciones en estrella con conexión a tierra y dos para aplicaciones estrella - aterrizada), ya que no se está realizando un bucle de corriente a través de ningún transformador.

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Sistema de bucle

Dos alimentadores diferentes se alimentan un sistema de bucle, uno conectado a cada extremo del bucle. Teóricamente, el bucle completo de los transformadores podría alimentarse por cualquiera de las fuentes, o los transformadores pueden dividirse entre las dos fuentes, dependiendo de dónde se cree un “punto abierto”. En el caso de un cable subterráneo con falla, este punto abierto se “moverá” (utilizando interruptores de ruptura de carga o codos), de modo que ningún cliente se quede sin energía mientras se repara el cable. En el siguiente ejemplo, los transformadores se muestran con fusibles, que aislarían un transformador con falla, lo que limita las interrupciones a los clientes alimentados por el transformador con falla. Los transformadores de alimentación de bucle tienen dos bujes de alto voltaje por línea de fase que se conecta, por lo que la corriente puede realizar un bucle a través del transformador, corriente abajo hasta el siguiente.

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Estándar C57.12.28 del IEEE: Integridad del gabinete (resistencia a la manipulación)

El propósito de esta norma es describir los requisitos para la integridad del gabinete de los equipos montados en plataforma que proporcionan una larga vida útil de campo con mantenimiento mínimo y resistencia a la manipulación.

Seguridad del gabinete

  • Montaje del gabinete: El gabinete debe permitir el montaje al ras en una superficie de montaje empotrado
  • Resistente al agua: El gabinete debe resistir la entrada de agua en el (excepto en condiciones de inundación), de modo que no afecte el funcionamiento de la unidad.
  • Resistente a objetos extraños: El gabinete debe evitar la entrada de objetos como palos, cables y varillas.
  • Esquinas filosas: El gabinete debe minimizar las proyecciones y las esquinas afiladas.
  • Resistente a la corrosión: Las bisagras, los pasadores de bisagra y los pernos de cabeza pentagonal deben estar hechos de acero inoxidable tipo 304 o un material de resistencia a la corrosión equivalente.
  • Dispositivos con seguro de media vuelta El gabinete debe contener un dispositivo con seguro de media vuelta que resista roturas y torceduras, y debe cumplir con la prueba de acceso al gabinete, la prueba de resistencia al fuego, la prueba de palanca, la prueba de la barreta, la prueba de la herramienta de tracción y la prueba del cable de sonda.

Segmentos en un transformador tipo subestación

La vista en planta muestra los segmentos ANSI utilizados para identificar la ubicación de los bujes de alto voltaje y de bajo voltaje.

Segmento 1 (frente): Placa de identificación, medidores, válvulas, etc.

Segmento 2: Estándar para bujes montados en pared (segmento 4 opcional)

Segmento 3: Estándar para buje montado en cubierta

Segmento 4: Estándar para bujes montados en pared (segmento 2 opcional)

Tipos de enfriamiento

  • Estilo de panel radiador
    • Soldado
    • Atornillado (extraíble)
    • Con ventiladores
  • Estilo corrugado
    • Corrugado sin ventiladores
    • Corrugado con ventiladores
Vista superior
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Opciones de gabinete con buje en un transformador tipo subestación

  • Garganta: ≤24" de altura interior
  • Brida: ≥24” de altura interior
 

¿Qué tipos de protección de transformadores están disponibles?

Hay muchos tipos de protección de transformadores disponibles. Están especificados para proteger el transformador en sí, otros equipos e incluso la seguridad de las personas y las propiedades cercanas. Muchas de estas protecciones pueden ser requeridas por código.

Tipos principales de protección

  • Protección contra sobrecorriente: Fusibles, disyuntores, interruptores
  • Protección contra sobrevoltaje: Supresores

Existen muchas variaciones de estos elementos que se adaptan a diferentes tipos de disposiciones de transformadores. Estos dispositivos de protección de transformadores, cuando se coordinan con protecciones corriente arriba y corriente abajo, pueden proteger contra una gama completa de eventos y ayudar a minimizar las interrupciones causadas por esos incidentes mediante la localización de la interrupción o el apagado del sistema para una mayor gravedad.

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Protección por sobrecorriente

La protección de sobrecorriente contra condiciones de falla y sobrecarga puede lograrse con varios tipos de fusibles y disyuntores. En ocasiones, se utilizarán en combinación y a menudo deben coordinarse como un sistema para obtener una protección y funcionalidad adecuadas. 

  • Fusible: uno de los tipos comunes de protección de sobrecorriente para transformadores es el uso de fusibles. Los transformadores utilizan varios tipos de fusibles y existen beneficios y desventajas para cada uno.
    • Expulsión: Los fusibles de expulsión son una protección económica y están disponibles en diferentes tipos. El más común para los transformadores de distribución de voltaje medio es el fusible estilo Bay-O-Net. Una vez reparada la condición de falla, el fusible de expulsión se reemplaza fácilmente desde el exterior del tanque del transformador. Para una protección adecuada, debe utilizarse en serie con un enlace de aislamiento o con fusibles limitadores de corriente de rango parcial. Disponible en clase de hasta 38 kV
    • Cartucho: Los fusibles de cartucho son similares a los fusibles Bay-O-Net, pero no tienen mangos para su extracción externa. Están completamente dentro del tanque, pero serían accesibles desde la cubierta de acceso en la parte superior. La ventaja de este estilo es que hay capacidades nominales de amperaje ligeramente más altas disponibles que las que se ofrecen actualmente en los fusibles Bay-O-Net.
    • Limitación de corriente (rango completo frente a parcial): Los fusibles limitadores de corriente son otro tipo de protección. Pueden limitar el amperaje que se produce durante un evento de fallo al forzar la corriente a ir a cero. Estos son normalmente fallos de baja impedancia en los que los devanados de los transformadores están defectuosos y hay una impedancia limitada o nula para que la corriente de falla fluya a través del transformador, lo que puede causar daños a otros equipos del sistema si no hay fusibles limitadores de corriente en su lugar. 
    • Fusible limitador de corriente de rango parcial + expulsión en serie: Uno de los tipos más comunes de protección para transformadores de distribución es una combinación de un fusible de expulsión y una limitación de corriente de rango parcial. En esta disposición, las fallas secundarias y las corrientes de sobrecarga se despejan con el fusible Bay-O-Net, y las fallas de alto nivel se despejan con el fusible limitador de corriente. Los dos fusibles están conectados en serie y están coordinados para que el fusible limitador de corriente funcione solo ante una falla interna del equipo.
  • Disyuntores: Los disyuntores son un tipo de protección de sobrecorriente que se puede restablecer. Vienen en una variedad de categorías de amperaje y voltaje.
    • Los disyuntores de alto voltaje generalmente son dispositivos independientes y se encuentran en una subestación abierta. Los disyuntores de medio y bajo voltaje pueden ser dispositivos independientes o pueden agruparse y ensamblarse en una alineación de una subestación de control o un panel montado.
  • VFI (interruptores): Un tipo de disyuntor que es exclusivo de los transformadores de Eaton es el interruptor de falla de vacío (vacuum fault interrupter, VFI). Este dispositivo se toma directamente del equipo de subestación de control montado en plataforma de Eaton y se integra directamente en el transformador como un dispositivo de protección primaria reiniciable y activado electrónicamente. Además de la protección, este dispositivo también puede utilizarse como interruptor de ruptura de carga (interruptor de encendido y apagado). Los controles electrónicos para este dispositivo pueden permitir esquemas de control externos.
  • Magnex: El interruptor Magnex de la serie Cooper Power de Eaton es un dispositivo de protección de sobrecorriente que se puede restablecer y que puede utilizarse para proteger los transformadores de amperaje primario inferior de sobrecargas y fallas dañinas. Al igual que el VFI, se puede utilizar como dispositivo de ruptura de carga.

Sobrevoltaje

 

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¿Qué es el monitoreo de transformadores?

Un sistema de monitoreo de transformadores se define como un grupo de componentes construidos juntos para medir y monitorear los diversos parámetros de un transformador que son vitales para su funcionalidad. Los sensores de monitoreo del transformador de distribución transmiten lecturas precisas y oportunas de voltaje, energía, corriente y temperatura. Estos puntos de datos fundamentales proporcionan información directa sobre la condición del transformador que puede utilizarse para la protección de relés, para diagnósticos predictivos o para proporcionar información relevante a los operadores de servicios eléctricos. Además, estos puntos de datos pueden extrapolarse para revelar un mejor rendimiento de la red e información del estado de los activos.
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  • Interruptores: Hay dos categorías principales de interruptores de transformador.
    • Interruptor de ruptura de carga (operación energizada): Un interruptor de ruptura de carga tiene la capacidad de funcionar mientras el transformador tiene corriente que fluye a través de él y puede utilizarse para encender o apagar una unidad, cambiar las alimentaciones entrantes o seccionar el bucle entrante.
      • Break-Before-Make (BBM): Este tipo de interruptor de ruptura de carga está construido con hojas conductivas que se separan momentáneamente entre las operaciones de conmutación, para desenergizar brevemente el circuito durante la conmutación. 
      • Make-Before-Break (MBB): Este tipo de interruptor de ruptura de carga tiene hojas conductivas que están construidas de manera tal que el circuito nunca esté completamente abierto y la energía continúe fluyendo durante la operación de conmutación.
    • Interruptor desenergizado (sin ruptura de carga): No se puede operar un interruptor desenergizado mientras un transformador está bajo carga o tiene corriente que fluye a través de él. Los interruptores desenergizados comunes incluyen cambiadores de tomas, interruptores de doble voltaje o interruptores en estrella-delta.
  • Medidores: Los transformadores tienen una multitud de medidores que permiten un monitoreo fácil o verificaciones de estado de la condición. Algunos de los tipos más comunes incluyen medidores de temperatura de líquidos o devanados, medidores de nivel de líquidos y manómetros de vacío. La mayoría de los medidores vienen en uno de dos estilos. 
    • Medidor de tipo sin contacto, analógico: se utiliza solo para el monitoreo local del diagnóstico de un transformador
    • Medidor de contactos, o medidor con contactos: incluye contactos conductores internos capaces de cerrarse o abrirse cuando surge una condición dada, lo que transmite una señal eléctrica a un anunciador o sala de control como señal de alarma 
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  • Transductores: para esquemas de monitoreo más sofisticados, se puede aplicar el uso de transductores. Un transductor es un tipo de medidor que registra una señal en tiempo real y envía los datos en forma de una señal analógica, generalmente una señal de 4 mA a 20 mA, para registrar y rastrear datos en tiempo real. Los nuevos transformadores inteligentes utilizan transductores para monitorear datos de diagnóstico en tiempo real para ayudar a predecir mejor la longevidad del transformador.
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  • Válvula de muestreo: Las válvulas de muestreo se incorporan con mayor frecuencia en una válvula de drenaje del transformador. La válvula de muestreo es un componente crucial de un transformador sumergido en aceite, ya que le da al operador la capacidad de extraer una parte del fluido del transformador para ejecutar un análisis de gas disuelto u otras pruebas de fluido, que pueden ayudar a determinar el estado general de la unidad. Eaton y otros fabricantes ahora ofrecen la válvula de muestra de fluido externamente para un acceso seguro mientras el transformador aún está energizado.
  • Apertura visible: La apertura visible es un término que hace referencia a un interruptor que permite el aislamiento visible de un circuito monofásico o trifásico. El propósito de incluir el interruptor de apertura visible es permitir que un operador determine de manera rápida y efectiva si un transformador o una línea están realmente desenergizados. Los transformadores de Eaton pueden proporcionarse con apertura visible externa en transformadores de montaje en plataforma para permitir la desenergización segura sin la necesidad de ingresar a los gabinetes primarios o secundarios.
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  • Relés/esquemas: La protección del sistema es el arte y la ciencia de detectar problemas con los componentes del sistema de energía y luego aislar estos componentes. Relés de protección, sistemas de comunicación asociados, dispositivos de detección de voltaje y corriente, baterías de estación y circuitos de control de CC conforman el conjunto de aparatos en un sistema de protección. En última instancia, estos dispositivos y sensores de protección ayudan a mantener los equipos como transformadores, reactores, generadores, condensadores, buses y líneas de transmisión protegidos de los peligros de sobretensiones, fallas y eventos de sobrecorriente.
 

¿Qué tipos de pruebas de producción del fabricante se realizan en los transformadores?

La prueba de transformadores de distribución se realiza de acuerdo con las pruebas de rutina establecidas por el comité de normas del IEEE, específicamente descritas en la norma C57.12.00 del IEEE, con los procedimientos y la metodología descritos en la norma C57.12.90 del IEEE. 

Existen dos tipos de categorías de prueba:

  • Pruebas de rutina: pruebas realizadas por un fabricante en todas las unidades de producción. Las unidades que no aprueban estas pruebas no cumplen con los estándares del IEEE.
  • Pruebas de diseño: Pruebas que se realizan solo en nuevos diseños o prototipos

Pruebas de rutina

Prueba de relación, polaridad y relación de fase

  1. El propósito es verificar la relación correcta de giros de alto y bajo voltaje (en todas las posiciones de toma y ajustes de voltaje)
  2. Esta prueba verifica que la unidad esté chequeada en cuanto a condiciones de circuito abierto, condiciones de cortocircuito (giro a giro) y relación de polaridad y fase adecuada (conductores de inicio frente a los de acabado)
  3. Los resultados de la prueba son conforme a los estándares C57.12.00 del IEEE (+/-0,5 % de tolerancia en el valor de prueba desde el valor de diseño). Los resultados se informan como aprobados o no aprobados.

Prueba de resistencia

  1. El propósito es verificar que la resistencia de las bobinas y el tamaño del cable sean los esperados en comparación con los valores de diseño, y así obtener un valor de resistencia para actualizar (corregir) las pérdidas de bobinado y para realizar cálculos de funcionamiento térmico.
  2. El procedimiento para las unidades de subestación consiste en realizar pruebas en tomas nominales y en tomas extremas. Las unidades de montaje en plataforma se prueban únicamente en posición de toma nominal. En general, todas las lecturas se toman de línea a línea, y los bobinados de alto voltaje y de bajo voltaje se conectan en serie.
  3. Los resultados de las pruebas para el informe no son requeridos por el estándar C57.12.00 del IEEE, pero están disponibles a pedido. Cuando se utiliza para la prueba de funcionamiento térmico, la medición sirve para calcular los valores I2R y separar las pérdidas parásitas de las pérdidas de devanado medidas.

Prueba de factor de potencia de aislamiento

  1. El propósito es determinar la relación de la energía disipada en el aislamiento en vatios con el producto del voltaje y la corriente efectivos. (¿El aislamiento está lo suficientemente seco?)
  2. El procedimiento para la prueba del factor de potencia consiste en poner en cortocircuito todos los terminales de alto voltaje juntos y, de la misma manera, con los terminales de bajo voltaje. El puente de medición aplica una señal de 60 Hz, 120 V a la unidad. La primera medición se realiza con alto voltaje a tierra, la segunda con alto voltaje a bajo voltaje y la última con bajo voltaje a tierra.
  3. Los resultados de la prueba se aprueban o no se aprueban: Los resultados de las pruebas se comparan con una curva derivada empíricamente de la potencia frente a la temperatura del factor de aislamiento (el valor de aprobación típico para un transformador de distribución sería del 1,0 % o menos).

Prueba de impulso de control de calidad (QC)

  1. El propósito es verificar la integridad del aislamiento y la clasificación BIL de las unidades
  2. El procedimiento consiste en aplicar una onda reducida (aproximadamente el 50 % del BIL nominal) y una onda completa (BIL nominal) a cada terminal. Los terminales sin impulsos están conectados a tierra. Primero, un operador monitorearía las ondas de voltaje y de corriente en un osciloscopio DIMS 5, y luego examinaría las ondas de voltaje y de corriente en busca de discrepancias entre ondas reducidas y completas.
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Prueba de pérdida de núcleo (sin pérdida de carga) y porcentaje de corriente de excitación

  1. El propósito de la prueba es verificar la precisión de los cálculos de diseño, verificar la mano de obra y los materiales, y recopilar los valores medidos reales para el uso del cliente y los cálculos de propiedad total. Los resultados también se utilizan en los cálculos de funcionamiento térmico.
  2. El procedimiento consiste en aplicar voltaje al bobinado de bajo voltaje. Las subestaciones se prueban en tomas nominales al 100 % y al 110 % del voltaje nominal, mientras que las unidades de montaje en plataforma se prueban solo al 100 %.
  3. Los resultados de la prueba se comparan con las garantías del cliente o los valores de diseño para un estado de aprobado/no aprobado.

Prueba de potencial inducido (OX)

  1. El potencial inducido (también llamado prueba de baja frecuencia o de sobreexcitación “OX”) se realiza en todas las unidades antes de la prueba de pérdida de bobinado e impedancia.
  2. El propósito de esta prueba es verificar el aislamiento de giro a giro y de capa a capa.
  3. El procedimiento consiste en aplicar un voltaje de doble capacidad nominal al lado de bajo voltaje de la unidad, a 180 Hz durante 40 segundos, o a 400 Hz durante 18 segundos (la norma del IEEE dicta que la unidad debe soportar 7200 ciclos).
  4. Los resultados de la prueba se informan como realizados y aprobados cuando el cliente solicita datos de prueba certificados; de lo contrario, la prueba se considera aprobada o no aprobada.

Prueba de pérdida de bobinado (pérdida de carga) e impedancia porcentual

  1. La prueba de pérdida de bobinado (o pérdida de carga) se realiza en todas las unidades durante la prueba final.
  2. El propósito de la prueba es verificar los valores de la prueba frente a los cálculos de diseño, verificar la mano de obra y los materiales, y recopilar los valores medidos reales para el uso del cliente. Los resultados también se pueden utilizar en los cálculos de funcionamiento térmico.
  3. El procedimiento para las unidades de subestación consiste en probar en tomas nominales y en tomas extremas. Las unidades de montaje en plataforma se prueban únicamente en posición nominal. El operador debe provocar un cortocircuito en el bobinado de bajo voltaje y hacer circular la corriente nominal en el bobinado de alto voltaje para medir las pérdidas.
  4. Los resultados de la prueba se comparan con las garantías del cliente o los valores de diseño para un estado de aprobado/no aprobado.

Pruebas opcionales

Prueba de impulso del IEEE (onda reducida, dos ondas cortadas, onda completa)

  1. La prueba de impulso del IEEE se realiza (BIL de 60 kV y superior) a pedido.
  2. Esta prueba de diseño se realiza porque la aplicación de dos ondas cortadas aplica diferentes tensiones al devanado que la onda completa y coloca la unidad bajo tensiones similares a las del golpe de un rayo o un evento de descarga de buje. La prueba está diseñada para simular las sobretensiones violentas que un transformador puede sufrir a lo largo de su vida útil.
  3. El procedimiento para esta prueba es aplicar en secuencia una onda reducida, dos ondas cortadas y una onda completa. El valor de cresta de la onda y el tiempo de corte es según el estándar C57.12.00 del IEEE, Tabla 4, a menos que se especifique lo contrario.
  4. Se examinan los resultados de la prueba, y se emparejan las ondas reducidas, primeras ondas completas y segundas ondas completas para detectar variaciones en la forma de la onda. Las formas de onda deben superponerse con desviaciones mínimas. La coincidencia antes y después de los trazos dará como resultado la aprobación de la prueba.

Prueba de nivel de sonido

  1. La prueba de nivel de sonido audible se realiza cuando se hace la compra o para la verificación del diseño.
  2. El propósito de esta prueba es determinar la cantidad de sonido audible generado por el transformador.
  3. El procedimiento específico, incluida la colocación del sensor de distancia y sonido (micrófono) ,se dicta en la norma C57.12.90 del IEEE. Para realizar la prueba, la unidad por probar se coloca en una cámara de sonido y luego se energiza a un voltaje nominal. Los niveles sonoros se miden en intervalos prescritos alrededor del perímetro de la unidad. Las lecturas se promedian para obtener el nivel de sonido del transformador.
  4. Los resultados de las pruebas se informan y se mantienen según las normas NEMA, específicamente NEMA TR-1.
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Prueba de temperatura (funcionamiento térmico) (consulte la norma C57.12.90 del IEEE).

  1. La prueba de aumento de temperatura (o funcionamiento térmico) se realiza por dos motivos: Solicitud del cliente o verificación del diseño
  2. El propósito es evaluar las características térmicas del transformador (específicamente su capacidad de mantenerse frío durante el funcionamiento).
  3. Se proporcionan los resultados de las pruebas para determinar si la unidad cumple con los valores de garantía o diseño.

Los transformadores PEAK proporcionan una mayor capacidad de sobrecarga o una huella más pequeña y liviana.

Los transformadores PEAK están diseñados exclusivamente para proporcionar capacidad adicional para gestionar mayores cargas y capacidad de sobrecarga temporal.

 

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