SUBESTACIONES ELECTRICAS DE MEDIA Y ALTA TENSION Ing. Juan Pablo Tejeira Muriel FABRICACION DE TRANSFORMADORES Los transformadores TRANSFORMADOR TRIFASICO de núcleo laminado TRANSFORMADOR TRIFASICO TIPO AEREO TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN Y POTENCIA TRANSFORMADORES SECOS TRANSFORMADOR TIPO POSTE MONTAJE DE TRANSFORMADOR TRANSFORMADORES • • Los transformadores se utilizan para transformar la energía eléctrica de una tensión determinada en energía eléctrica de otra tensión distinta a la anterior, manteniendo la potencia En las estaciones de transformación y de distribución se utilizan casi exclusivamente los transformadores trifásicos CLASIFICACION: • Transformadores de central, utilizados en las centrales eléctricas para elevar la tensión de generación hasta la muy alta tensión, necesaria para el transporte de la energía eléctrica a los centros de distribución de esta energía. • Transformadores de distribución para la reducción de las muy altas tensiones o desde éstas hasta las medias tensiones, necesarias para la alimentación de las redes de media tensión y para el suministro directo a consumidores de corrientes de media tensión. • Transformadores de red, para la alimentación, a partir de las redes de media tensión, de las redes de baja tensión. Clasificación de los Transformadores •Por la forma de la instalación: •Transformadores para instalaciones exteriores. •Transformadores para instalaciones interiores. •Por la clase de aislamiento utilizado: •Transformadores al aire. •Transformadores de aceite. •Transformadores de pyralene. •Transformadores de silicona. •Por la clase de refrigeración: •Transformadores autorrefrigerados. •Transformadores con refrigeración independiente. •Por el ajuste de la tensión: •Transformadores con ajuste de tensión en vacío. •Transformadores con ajuste de tensión bajo carga. •Por las características de funcionamiento: •Transformadores de potencia. •Transformadores adicionales. Transformadores de distribución Trafo de intemperie 33.5/10.4 kV Transformadores de distribución Trafo de interior 33.5/10.4 kV Transformadores de distribución C.T. Transf.. Marca Serie Potencia Regulación Taps Pos.Actual Relacion de Transformacion (kV) Socabaya 1 Brown Bovery L30169 10 Mva Bajo Carga 19 10 33.5/10.4 C.T. Transf.. Marca Serie Potencia Regulación Taps Pos.Actual Relacion de Transformacion (kV) Challapampa 1 Brown Bovery L30349 10 Mva Bajo Carga 19 7 33.5/10.4 Jesús 1 Brown Bovery L30494 20-25 Mva Bajo Carga 19 13 33.5/10.4 San Lazaro 1 Brown Bovery 20-25 Mva Bajo Carga 19 13 33.5/10.4 Chilina 2 1 Brown Bovery L30261 3x7.5 Mva 10 Mva Manual 5 5 138/33.5 32.6/10.85 2 Brown Bovery L30147 10 Mva Bajo Carga 19 11 33.5/10.4 Parque Industrial 1 Brown Bovery L20110 20-25 Mva Bajo Carga 19 13 33.5/10.4 2 Brown Bovery L30468 20x25 Mva Bajo Carga 19 11 33.5/10.4 Transformadores de red TIPO DE S.E. Monoposte Biposte Convencional (Caseta) Transformadores de red en intemperie tipo monoposte SISTEMA Monofasico Trifásico Trifasico Trifásico RANGO DE POTENCIA Menores o iguales a 37,5 KVA Menores o iguales a 50 KVA Mayores a 50 hasta 320 KVA Mayores a 200 kva Transformadores de red en intemperie tipo biposte Transformadores de red en interior tipo caseta Transformadores de red La subestación cuenta con los siguientes equipos: Sistema de Protección: Cut-Out •Baja Tensión :Tablero de Baja Tensión Medidor Totalizador Transformador de Corriente •Alumbrado Publico: Tablero de Alumbrado Público Medidor Transformador de Corriente Contactor Fotocelda DATOS DE PLACA Placa de un transformador de distribución, Línea de 13200 v. CEL DATOS DE PLACA Placa de un transformador de distribución, Línea de 4160 v. (Clesa). PARTES DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO PARTES DE TRANSFORMADOR TRIFASICO DIMENSIONES PESOS Y PARTES DE TRANSFORMADOR TRIFASICO Partes Constitutivas 1.Pasa tapas Alta Tensión 2.Dispositivo para Izaje 3.Placa de Características 4.Válvula de Alivio de Sobrepresión 5.Nivel de Aceite 6.Pasa tapas de Baja Tensión 7.Conmutador de Derivaciones 8.Terminal de Puesta a Tierra del Neutro 9.Válvula de Recirculación y Drenaje 10.Terminal de Puesta a Tierra del Tanque 11.Ruedas Orientables a 90° 12.Bolsillo para Termómetro (a partir de 630 KVA) 13.Dispositivo de Llenado Disposición Constructiva de los Transformadores Transformador trifásico AEG, con aislamiento de aceite, de 315 kVA, 10.000 4% / 400 V 1 – Aletas refrigerantes. 2 – Cámara para el termómetro. 3 – Argollas. 4 –Tornillo de purga. 5 – Pasatapas de alta tensión. 6 - Pasatapas de baja tensión. 7 - Inversor. 8 – Pieza intermedia para el montaje del relé Buchholz. 9 – Indicador del nivel de aceite. 10 - Tubo de evacuación de aire y boca de llenado de aceite. 11 - Depósito de expansión. 12 – Desecador de aire. 13 - Ruedas. 14 – Salida de aceite . Disposición Constructiva de los Transformadores Un transformador consta esencialmente de las 3 partes siguientes: 1. Núcleo de hierro. 2. Arrollamientos. 3. Dispositivo de refrigeración Disposición Constructiva de los Transformadores EL NUCLEO Constituido por chapas magnéticas de 0,35 mm de grueso. Antes: planchas aleadas, con gran contenido de silicio Pérdidas 1 a 1,5 W/kg. Ahora: chapas magnéticas de grano orientado Pérdidas 0,4 a 0,6 W/kg. Todas las chapas están aisladas por ambos lados. El modelo más corriente es el de 3 columnas, para reducir su altura se utiliza el de 5 columnas, a igual potencia, tiene aproximadamente la mitad de altura. El acorazado, en cuya disposición los brazos del núcleo se hallan en un mismo eje y las culatas rodean los arrollamientos. Disposición Constructiva de los Transformadores EL NUCLEO Figura 2. Dibujo esquemático de un transformador trifásico de 3 columnas. Figura 3. Dibujo esquemático de un transformador trifásico de 5 columnas. Figura 4. Dibujo esquemático de un transformador trifásico acorazado. Disposición Constructiva de los Transformadores EL NUCLEO Las necesidades, cada vez mayores, en lo que se refiere a las potencias nominales de los transformadores, han obligado a nuevas disposiciones de los núcleos magnéticos, ya que los medios actuales de transporte (barco, camión o ferrocarril) no permiten pesos mayores de unas 450 toneladas. Soluciones: • 3 transformadores monofásicos con un tercio de la potencia total y con los primarios y secundarios acoplados para conseguir una conexión trifásica. ventajas de seguridad de explotación y de transporte.(las averías de un transformador conciernen a una fase, basta con un transformador monofásico de reserva). desventajas de precio • instalar varios transformadores trifásicos en paralelo, para tomar un conjunto de potencia. • prever dos transformadores trifásicos de potencia mitad, en una cuba única, conectados en paralelo y alimentando un solo juego de barras. Disposición Constructiva de los Transformadores EL NUCLEO El núcleo de un transformador está constituido por brazos de sección circular de múltiple escalonamiento, cortados a bisel por los lugares de solape con objeto de reducir las pérdidas en el hierro. El núcleo se sujeta mediante una construcción de apriete de pocos pernos. En los transformadores de gran potencia existen canales de refrigeración en el núcleo, con objeto de evacuar el calor debido a las pérdidas eléctricas. Disposición Constructiva de los Transformadores LOS ARROLLAMIENTOS Pueden estar constituidos con hilos de sección circular o rectangular. Los de sección circular: están construidos a base de bobinas sueltas de varias capas, arrolladas sobre un cilindro común de papel duro, como soporte. La resistencia mecánica del conjunto e aumenta rellenando los huecos durante el devanado con masa especial, o impregnando posteriormente las bobinas con barniz endurecible. Las bobinas están unidas entre sí por soldadura fuerte. Los arrollamientos con hilo de sección circular, se aplican a los devanados de alta tensión de los pequeños transformadores de distribución. Disposición Constructiva de los Transformadores LOS ARROLLAMIENTOS Los de sección rectangular pueden disponerse de varias formas: De capas. hilo alineado en filas a todo lo largo del brazo, en una o dos capas. Entre capas se intercalan láminas aislantes o listones distanciadores para constituir canales verticales de ventilación. Se emplea en devanados de baja tensión transformadores de distribución, en bobinas de mando de transformadores con regulación en carga, etc... En espiral. Sección total del conductor subdividida en varios hilos, aislados entre sí y conectados en paralelo en los extremos. Durante el devanado se retuercen los hilos, reduciendo las pérdidas adicionales. Se aplica para grandes intensidades, por ejemplo, en el lado de baja tensión en los transformadores de gran potencia. Modernamente, se retuercen también todos los conductores conectados en paralelo, reduciendo más las pérdidas adicionales. Arrollamiento alterno. bobinas individuales en forma de disco que, por procedimientos especiales de bobinado, los discos de número impar se arrollan continuamente de abajo a arriba y los de número par, de arriba a abajo. El conductor se presenta ininterrumpido, con las espiras de una bobina en orden sucesivo normal, es decir, de dentro a afuera y las de la bobina siguiente, en orden inverso, es decir, de afuera a adentro. se evitan las soldaduras, el arrollamiento se devana de forma continua. Disposición Constructiva de los Transformadores LOS ARROLLAMIENTOS El arrollamiento de baja tensión se monta en la parte interior, es decir, cerca del núcleo, mientras que el arrollamiento de alta tensión se dispone en la parte exterior. De esta forma, se obtiene un campo eléctrico ventajoso Figura 6. Estructura de los arrollamientos de un transformador: 1 – Arrollamiento de alta tensión. 2 – Arrollamiento de baja tensión. Disposición Constructiva de los Transformadores EL AISLAMIENTO 1. Aislamiento entre espiras. 2. Aislamiento entre capas. 3. Aislamiento entre bobinas. 4. Aislamiento entre devanados. 5. Aislamiento respecto a masa. El aislamiento entre devanados y el aislamiento respecto a masa, constituyen el aislamiento principal, que tiene extraordinaria importancia en los transformadores de alta tensión. El arrollamiento entre espiras: está constituido por varias capas de papel enrolladas sobre el conductor, con un espesor, entre dos espiras consecutivas, de unos 0,5 mm para los arrollamientos de baja tensión y de 0,7 a 1,5 mm para los arrollamientos de alta tensión. El aislamiento entre capas: está formado generalmente por 2 capas de papel, que deben alargarse rodeando las espiras extremas; en las bóbinas de entrada hay que reforzar este aislamiento. El aislamiento entre bobinas: lo constituye generalmente el aceite de los canales de circulación o, en otros casos, anillos de presspan (por ejemplo, para hilos de sección circular). Disposición Constructiva de los Transformadores EL AISLAMIENTO El aislamiento principal entre arrollamientos de capas, lo forman conjuntamente el aceite de los canales y los tubos aislantes. Entre el arrollamiento de baja tensión y el núcleo se coloca también un tubo aislante. Con arrollamientos de bobinas alternadas, el aislamiento entre el núcleo y las bobinas se realiza por medio de tubos aislantes Disposición Constructiva de los Transformadores REFRIGERACION Casi todos los transformadores están refrigerados por aceite, el cual se utiliza como medio para que el calor producido por pérdidas de energía eléctrica en los arrollamientos, pase al refrigerante exterior (generalmente, aire o agua), y al material aislante. El transformador se sumerge en una cuba llena de este aceite aislante y refrigerante; la construcción de la cuba depende de la clase de refrigeración exterior elegida (aire o agua). Más adelante, en este mismo capítulo, estudiaremos con más detalle los distintos sistemas de refrigeración utilizados en los transformadores de potencia. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: Potencia nominal: potencia aparente (kVA) en los bornes del secundario, tensión nominal secundaria a plena carga, por intensidad nominal secundaria y por el factor de fase. P 3 U 2 I 2 VA ó PkVA 3 U2 I2 kVA 1.000 Se llama tensión nominal primaria a aquélla para la cual se ha calculado el arrollamiento primario. En los transformadores de varias tomas, la tensión nominal es la correspondiente a la toma principal. La tensión nominal secundaria es la que aparece en los bornes del arrollamiento secundario, al alimentar el arrollamiento primario con su tensión nominal, durante la marcha en vacío del transformador. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: La intensidad nominal secundaria es la intensidad de plena carga para la cual se ha dimensionado el arrollamiento secundario. La intensidad nominal primaria es la obtenida multiplicando el valor de la intensidad nominal secundaria, por la relación que existe entre las tensiones secundaria y primaria nominales. U2 I1 I 2 U1 CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: Si se calcula el transformador para una tensión secundaria en vacío igual a la que debe tenerse en servicio, los aparatos receptores no tendrán en carga la tensión para la que están calculados, debido a la caída de tensión en la línea de alimentación, en el transformador, y en los propios receptores. Para compensar estas caídas de tensión, las tensiones nominales secundarias de los transformadores se elevan en un 5 % sobre las tensiones de servicio de los aparatos receptores. Naturalmente, como el transformador, en su lado primario, puede considerarse un aparato receptor, las tensiones nominales de servicio, sin el citado aumento de 5 %. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: TENSION NOMINAL NORMALIZADA PARA TRANSFORMADORES CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: La relación de transformación nominal es la relación que existe entre las tensiones en vacío (de alta a baja tensión). En los transformadores de arrollamientos fijos, la relación de transformación coincide prácticamente con la de los números de espiras de los respectivos arrollamientos. Transformador elevador (tensión secundaria > que tensión primaria): U2 n U1 Transformador reductor (tensión secundaria < que tensión primaria): U1 n U2 La relación de transformación debe indicarse siempre en vacío. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: Para fijar las tensiones precisas en vacío debe distinguirse entre transformadores elevadores y reductores, teniendo en cuenta además que, los transformadores se equipan con un dispositivo conmutador en vacío de ± 5 % ó ± 10 % de la tensión nominal en el lado de alta tensión, lo que permite obtener, además de la tensión nominal, otras dos tensiones, de acuerdo con los porcentajes indicados. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: Para entender esto que decimos, vamos a suponer primero un transformador elevador de 220/10.500 ± 5 % V; las tensiones secundarias son: 10.500 – 5% = 10.500 – 525 = 9.975 V 10.500 0% . . . . . . . . . . . . . 10.500 V 10.500 + 5 % = 10.500 + 525 = 11.025 V Las relaciones de transformación serán: n1 = 9975/220 = 45.35 n2 = 10500/220 = 47.73 n3 = 11025/220 = 50.11 Ahora, supongamos el transformador reductor de análogas características; las tensiones nominales serán 10.000 5 % / 230 V : 10.000 – 5 % = 10.000 – 500 = 9.500 V 10.000 0 % = . . . . . . . . . . . 10.000 V 10.000 + 5% = 10.000 + 500 = 10.500 V Las relaciones de transformación serán: n1 = 9500/230 = 41.30 n2 = 10000/230 = 43.48 n3 = 10500/230 = 45.65 CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: tensión de cortocircuito: tensión medida en los bornes del arrollamiento de alta tensión, cuando el arrollamiento de baja tensión, está cortocircuitado y recorrido por una corriente de intensidad igual a la intensidad nominal correspondiente. Es un dato constructivo. Generalmente, se expresa en tanto por ciento de la tensión nominal primaria y corresponde a la relación de transformación nominal. El valor de la tensión de cortocircuito varía entre 4 % para transformadores de pequeña potencia, y 10 % para unidades de gran potencia CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Valores característicos de los transformadores, y su influencia: La intensidad de cortocircuito nominal es la intensidad que absorbe el arrollamiento primario, al aplicarle la tensión nominal, estando el arrollamiento secundario cerrado en cortocircuito y suponiendo que ambos arrollamientos están a la temperatura de régimen del transformador. Esta intensidad puede expresarse como múltiplo de la intensidad nominal primaria y deducirse de la siguiente proporción: Intensidad de cortocircu ito nominal 1 Intensidad primaria nominal Tensión de cortocircu ito nominal en % RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Relación de transformación de Voltajes Np Ns a Relación de transformación de Corrientes Ep Np Es Ns a Is Ip TIPOS DE TRANSFORMADOR SEGÚN FUNCIONALIDAD Transformadores de potencia Transformadores de comunicaciones Transformadores de medida Monofásicos Trifásicos POR LOS SISTEMAS DE TENSIONES Trifásicos-hexafásicos Trifásicos-dodecafásicos Trifásicos-monofásicos SEGÚN TENSIÓN SECUNDARIO Elevadores Reductores SEGÚN MEDIO Interior Intemperie SEGÚN ELEMENTO REFRIGERANTE En seco En baño de aceite Con pyraleno SEGÚN REFRIGERACIÓN Natural Forzada Preguntas de fijación
