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• Jose Solis Paucarpura

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INFORME LABORATORIO Nº 7

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS (ML-223)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE DOCENTE: Ing. Bernabé Tarazona Bermúdez PERIODO ACADÉMICO: 2018-1 SECCIÓN: “A” INTEGRANTES: Galarza Ramírez Alexis Jimy Quispe Ramírez Luis Ronald Solís Paucarpura José Antonio Triveño Pinto Juan Miguel Valverde Espinoza Nickolás

07 DE JUNIO DEL 2018

20154061D 20150124A 20150218F 20152070F 20154050B

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INDICE

INTRODUCCION .......................................................................................................... 2

OBJETIVOS ................................................................................................................. 2 FUNDAMENTO TEÓRICO ........................................................................................ 3 EQUIPOS Y MATERIALES…………………………………………………………6 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………………………..8 CUESTIONARIO ...................................................................................................... 131

Medición de resistencia. Pruebas de vacío y cortocircuito:...................................... 131 Prueba con carga……………………………………………………………………..16 OBSERVACIONES………………………………………………………………………...…25 CONCLUSIONES……………………………………………………………………............26 RECOMENDACIONES………………………………………………………………………27 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………………..27

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INTRODUCCIÓN Hoy en día, la gran mayoría de los sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y la distribución de la energía eléctrica son de Corriente Alterna. Es por lo cual, en el presente laboratorio denominado TRANFORMADOR TRIFASICO EN ACEITE, nos planteamos el estudio de los transformadores trifásicos que es de mucha importancia, en el mundo de las maquinas eléctricas. Como fundamento teórico nos centramos en el uso de este tipo de transformador y también su comparación frente a los transformadores trifásicos en seco. Cabe mencionar la definición de un transformador trifásico y entendemos que es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico trifásico, manteniendo una relación entre sus fases la cual depende del tipo de conexión de este circuito. Es así, que lo que se hará en esta experiencia es realizar las pruebas características de un transformador trifásico en aceite para hallar sus parámetros correspondientes y saber si no ha variado mucho desde la 1era vez que se realizó. Finalmente presentamos unas observaciones, recomendaciones y conclusiones de este tipo de transformador.

OBJETIVOS •

• • • • • •

Realizar la prueba de vacío y de cortocircuito en el transformador trifásico (3Ø) en aceite para determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador. Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el transformador. Hallar el rendimiento del transformador. Familiarización con el transformador trifásico refrigerado con aceite, relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas. Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa) Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga, utilizando el circuito equivalente. Determinación de las características de regulación.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FUNDAMENTO TEÓRICO TRANSFORMADOR EN ACEITE: Este tipo de transformador tiene la característica de que su refrigeración se hace utilizando aceite dieléctrico. Sus partes básicas son las siguientes:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Tanque conservador de aceite Aisladores pasa tapa de MT Aisladores pasa tapa de BT Placa característica Válvula para drenaje y toma de muestras de aceite Deshumedecedor Indicador de nivel de aceite Conmutador con mando exterior Termómetro Orejas de izaje Tanque de aceite Borne de puesta a tierra Bases con canal U para fijación

Algunos transformadores, en su instalación, presentan también un pozo o depósito colector, de capacidad suficiente para la totalidad del aceite del transformador, a fin de que, en caso de fuga de aceite, por ejemplo, por fisuras o rotura en la caja del transformador, el aceite se colecte y se recoja en dicho depósito. En la embocadura de este depósito colector acostumbra a situarse un dispositivo apaga llamas para el caso de aceite inflamado, que consiste en unas rejillas metálicas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA cortafuegos, las cuales producen la auto extinción del aceite, al pasar por las mismas, o, como mínimo, impiden que la llama llegue a la caja del transformador y le afecte (efecto cortafuegos). En muchas ocasiones, estas rejillas metálicas cortafuegos o apaga llamas se sustituyen por una capa de piedras por entre las cuales pasa el aceite hacia el depósito colector. Actúan pues como apaga llamas o cortafuegos en forma similar a las mencionadas rejillas metálicas. Las ventajas que estos presentan frente a los transformadores secos son:  Menor costo unitario. En la actualidad su precio es del orden de la mitad que el de uno seco de la misma potencia y tensión, 

Menor nivel de ruido,



Menores pérdidas de vacío,



Mejor control de funcionamiento,



Pueden instalarse a la intemperie,



Buen funcionamiento en atmósferas contaminadas,



Mayor resistencia a las sobretensiones, y a las sobrecargas prolongadas,



Pueden ser diseñados para mayores potencias que los secos (estos solo se diseñan hasta 36kV y 15MVA)

Sin embargo, también presenta algunas desventajas: 

La principal desventaja, es la relativamente baja temperatura de inflamación del aceite, y por tanto el riesgo de incendio con desprendimiento elevado de humos. Según la norma UNE, el valor mínimo admisible de la temperatura de inflamación del aceite para transformadores, es de 140 ºC. Este depósito colector representa un incremento significativo en el coste de la obra civil del centro de transformación (CT), y en ocasiones, cuando la haya, una cierta invalidación de la planta inferior a la del CT.



El riesgo de incendio obliga también a que las paredes y techo de la obra civil del CT sean resistentes al fuego.



Debe efectuarse un control del aceite, pues está sujeto a un inevitable proceso de envejecimiento que se acelera con el incremento de la temperatura. Asimismo, aunque se trate de transformadores herméticos, sin contacto con el aire, puede producirse un incremento en su contenido de humedad, debido al envejecimiento del aislamiento de los arrollamientos, ya que la degeneración de la celulosa, desprende agua que va al aceite.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA En efecto, en los transformadores en baño de aceite, los aislantes de los arrollamientos acostumbran a ser de substancias orgánicas tales como algodón, seda, papel y análogos, que en la clasificación de los aislantes para transformadores figuran comprendidos en la «clase A». Esto obliga a una labor de mantenimiento con controles periódicos del aceite, como mínimo de su rigidez dieléctrica, pues ésta disminuye mucho con el contenido de agua (humedad), y de su acidez (índice de neutralización), ya que los ácidos orgánicos, que por oxidación aparecen en el aceite, favorecen activamente el deterioro de los aislantes sólidos de los arrollamientos. Como se aprecia, la presencia del aceite y sus riesgos implican, en resumen, un mayor mantenimiento y construcciones dedicadas, lo que incrementa los costos de instalación y de mantenimiento.

ACEITE DE TRANSFORMADOR El Aceite para Transformadores o Aceite Aislante es, generalmente, un aceite mineral altamente refinado, que es estable y que tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Estos se utilizan en el lleno de aceite del transformador para aislar, suprimir la corona y el arco, y para servir como un refrigerante. Se rigen mediante la norma IRAM 2026. Tipos de aceite: Líquidos PCB: En la década de 1970, los transformadores montados en interiores usaban bifenil policlorinatado, o líquidos de PCB (por sus siglas en inglés), con fines de refrigeración. Se compone de varios átomos de cloro unidos a anillos benceno, este último es un carcinógeno. Grandes piezas de equipamiento siguieron utilizando líquidos PCB hasta diciembre del 2000. Este aceite era un agente de enfriamiento ideal para transformadores cerrados debido a su alto punto de ebullición, sus propiedades aislantes eficaces y su estabilidad química. Según la Agencia de Protección Ambiental, los líquidos de PCB se prohibieron en Estados Unidos en 1979. Aceite moderno de transformadores: El aceite de transformadores que se utiliza hoy en día es el aceite mineral norma ASTM D3487. Hay dos tipos de estos aceites: Tipo I y Tipo II. El aceite Tipo I se utiliza en equipos que no requieren mucha resistencia a la oxidación, mientras que el de Tipo II ofrece una mayor protección contra la oxidación. Estándares de aceites minerales Tipo II: Según la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, los aceites de Tipo II pueden tener no más del 0,3 por ciento de inhibidores de oxidación. Sus puntos de derrame no pueden ser superiores a -40 grados Fahrenheit (-4,5 grados centígrados) y no pueden tener puntos de anilina debajo de los 76 grados centígrados. El punto mínimo de detonación, o la temperatura en la cual un líquido puede vaporizarse en una forma de combustible, es de 294,99 grados Fahrenheit (146,11 grados centígrados). Debe tener una rigidez dieléctrica de al menos 29,9 KVA. Estándares de aceites minerales Tipo I: El aceite Tipo I es similar en muchas formas al aceite de Tipo II. La mayor diferencia es en el contenido de inhibidor de oxidación. El aceite de Tipo I no puede tener más del 0,08% de la sustancia inhibidora, mientras que los aceites de Tipo II pueden tener un máximo de 0,3%. El aceite Tipo I puede tener un

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA máximo de 0,3% de lodo por masa, mientras que el aceite de Tipo II sólo puede tener un máximo de 0,2%. Pruebas de aceite para transformadores El aceite para transformadores es clave en el proceso de refrigeración de un transformador. El estrés eléctrico o térmico, o la contaminación química, pueden provocar fallos y reducir la vida útil de los componentes. Estas pruebas son para: 1. Determinar las propiedades eléctricas básicas del aceite para transformadores 2. Determinar si un aceite es apropiado para su posterior uso 3. Detectar si se necesita filtración o regeneración 4. Prolongar la vida útil de los componentes y reducir costes de aceite 5. Maximizar la seguridad y prevenir fallos inoportunos

EQUIPOS Y MATERIALES 

1 Transformador trifásico Dy5; de 5kVA, 460/220V.



1 Fuente DC y 1 potenciómetro de 250 Ohms.

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1 autotransformador trifásico



1 multímetro digital



1 pinza amperimétrica

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PROCEDIMIENTO PARTE EXPERIMENTAL 

 

Verificar las características físicas del transformador trifásico en aceite, anotar sus datos de placa e identificar sus partes principales, anotar Temperatura ambiente. Medir y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del transformador. Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa.

a) Medición de resistencia eléctrica en los enrollamientos: Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo en el transformador debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y des energizado (al menos 4horas). Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una. El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los instrumentos usados no se dañen.

b) Prueba de Relación de Transformación Conectar el autotransformador al lado de baja tensión del transformador. Luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y disminuyendo cada 10 voltios asta 190voltiios, anotar el voltaje en el lado de alta tensión del transformador.

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c) Prueba de vacío Armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220V) al autotransformador, el que a su vez debe estar alimentado con la energía de la red y dejar abierto los bornes del lado de alta (440voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220V) un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el fierro (PFe), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el multímetro digital. Una vez armado el circuito de acuerdo con las indicaciones dadas en el párrafo anterior, se debe graduar el voltaje de salida del autotransformador de manera que se obtengan en el lado de baja (220v), 5 voltajes en un rango del 75% y 100% del voltaje nominal (medida por el multímetro), para cada caso anotar la lectura de todos los instrumentos.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA d) Prueba de Cortocircuito Previamente se deben de calcular las corrientes nominales de alta y baja tensión del transformador trifásico. Con el circuito desenergizado, armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220V) al autotransformador, el que a su vez debe estar alimentado con la energía de la red y dejar cortocircuitado los bornes del lado de alta (440Voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220v) un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el cobre (Pcu), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el multímetro digital. Una vez armado el circuito de acuerdo con las indicaciones dadas en el párrafo anterior, hay que aplicar al lado de baja (220V) una tensión reducida (empezar de 0 voltios), graduando el voltaje de salida del autotransformador (Variac), de manera de obtener en dicho lado la corriente nominal, luego, anotar la lectura de los instrumentos. Regular el voltaje de salida del Variac (empezar de 0voltios) a fin de obtener 5 diferentes valores de corriente en un rango del 75 al 110% de la corriente nominal (medida por el amperímetro de pinza), para cada caso anotar la lectura de los instrumentos. e) Prueba con carga Retirar el Variac, luego, conectar directamente a la red el lado de baja del transformador (220v) y a la carga el lado de alta del transformador (lado 440V), finalmente, insertar el vatímetro en el lado de alta (440V) mostrado esquemáticamente en la figura siguiente. La carga eléctrica por conectar en el lado de alta tensión del transformador será: lámparas, motor y motor con lámparas. 



Se deben conectar las resistencias o los focos, medir potencia, factor de potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y de fase en el primario y secundario. Armar una carga que contenga un motor, luego medir potencia, factor de potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y de fase en el primario y secundario.

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CUESTIONARIO Medición de resistencia. Pruebas de vacío y cortocircuito: 1. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en el mismo y la eficiencia del transformador trifásico. La prueba de corto circuito, en el cual se miden los valores de Vcc, Icc y Pcc, permite determinar los parámetros r’2, X1 y X’2 del transformador.

𝑃𝑐𝑐 2 𝐼𝑐𝑐 2 √(𝑉𝑐𝑐. 𝐼𝑐𝑐)2 − 𝑃𝑐𝑐 𝑋𝑒𝑞 = 𝑋1 + 𝑋′2 = 2 𝐼𝐶𝐶 Para el cálculo de los parámetros Xeq y Req. 𝑅𝑒𝑞 = 𝑟1 + 𝑟′2 =

IAT 4,606 4,883 5,196 5,806 6,023 𝑉𝑐𝑐 =

𝑉𝐴𝑇 √3 Vcc 1,678 1,839 1,982 2,173 2,282

VAT 5,034 5,519 5,948 6,520 6,847 𝐼𝑐𝑐 = 𝐼𝐴𝑇 Icc 4,606 4,883 5,196 5,806 6,023

W total 10 12 12 15 15 𝑃𝑐𝑐 =

𝑊𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 3

Pcc 3,333 4 4 5 5

Req Xeq 0,9150 1,0815 0,8847 1,1177 0,8735 1,1350 0,8905 1,1130 0,87965593 1,128423566

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 𝑹𝒆𝒒𝟏 =0.8887

𝑿𝒆𝒒𝟏 = 𝟏. 𝟏𝟏𝟓𝟏

La prueba de vacío, en el cual se miden los valores de Vo, Io y Po, permite determinar los parámetros Rp y Xm del transformador.

VBT 166,0 175,9 187,5 199,1 220,1 𝑉𝑐𝑐 =

𝑉𝐴𝑇 √3

Vt 95,840 101,567 108,253 114,950 127,055 𝑋𝑚1 = √𝑌12 − 𝑔12 Rp 0,0015 0,0016 0,0016 0,0016 0,0017

IBT(mA) 346,0 367,6 392,1 415,7 458,7 𝐼𝑐𝑐 = 𝐼𝐴𝑇

Wtotal 40 50 58 64 80 𝑃𝑐𝑐 =

I0(mA) 346,0 367,6 392,1 415,7 458,7

𝑊𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 3

P0 13,3 16,7 19,3 21,3 26,7

𝑃𝑓𝑒 = 𝑉1𝑁 2 𝑥𝑅𝑝 𝑌1 ∗ 𝑉𝑁1 = 𝐼0

Xm (10-3) 3,3055 3,2383 3,2242 3,2356 3,2104

Y1 0,0036 0,0009 0,0036 0,0036 0,00369

Cos(Ө) 0.402 0.446 0.455 0.446 0.457

𝑹𝒑 = 𝟏. 𝟓𝟗𝟔𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒐𝒉𝒎𝒔−𝟏 𝑿𝒎 = 𝟑. 𝟐𝟒𝟐𝟖𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒐𝒉𝒎𝒔−𝟏 𝒀𝒆𝒒𝟏 = 𝟑. 𝟔𝟏𝟓𝟒𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒐𝒉𝒎𝒔−𝟏

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 2. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia 𝐶𝑜𝑠𝜃(%); potencia Po (W) y corriente en vacío Io (A) en función de la tensión de alimentación.

VT VS PO(W) 30.0 25.0

P0 (W)

20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 90

95

100

105

110

115

120

125

130

VT

Vt Vs I(mA) 500.0

I0 (mA)

400.0 300.0 200.0 100.0 0.0 90

95

100

105

110

115

120

125

120

125

130

Vt

COSΘ

VT VS COSΘ 0.47 0.46 0.45 0.44 0.43 0.42 0.41 0.4 0.39 90

95

100

105

110

115

130

VT

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 3. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida Pcc(W); la tensión de la impedancia Vcc(V) como funciones de la corriente de cortocircuito Icc(A). De los datos obtenidos en la experiencia: Gráfico N°1. Voltaje de cortocircuito por fase vs Corriente de cortocircuito. 7.0000 6.5000

Vcc(V)

6.0000 5.5000 5.0000 4.5000 4.0000 4.0000

4.5000

5.0000

5.5000

6.0000

6.5000

Icc(A)

Gráfico N°2. Potencia de cortocircuito total vs Corriente de cortocircuito. 16 15

Pcc(W)

14 13 12 11 10 9 4.0000

4.5000

5.0000

5.5000

6.0000

6.5000

Icc(A)

4. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con cosθ = 0.91 inductivo. Asimismo, calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:

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Del circuito equivalente aproximado del transformador: Planteando las ecuaciones en el devanado del secundario: 𝐸2 = 𝐼2𝑁 × (𝑅2 + 𝑗𝑋𝑚2 ) + 𝑉2𝑁 ……. (1) 𝐼2𝑁 = I2N ≮ − 𝑐𝑜𝑠 −1(0.91) … … … (2) (Carga inductiva de f.d.p=0.9) 𝑟(%) =

𝐸2 − 𝑉2𝑁 × 100 … … … … (3) 𝑉2𝑁

Se tiene los siguientes datos: 𝑉2 =

220 √3

≮ 0° = 127.0171 ≮ 0°

𝑍2 = 0.0175 + 𝑗0.1284 𝐼2𝑁 = 13.12 ≮ −24.4946° Reemplazando en (1): 𝐸2 = 127.9325 ≮ 0.6439° Reemplazando en (3): 𝑟(%) =

127.9325 − 127.0171 × 100 127.0171 𝐫(%) = 𝟎. 𝟕𝟐𝟎𝟕%

Para la eficiencia del transformador: ɳ=

𝑉𝐴𝑁 × 𝐼𝐴𝑁 × 𝐶𝑜𝑠𝜃 𝑉2𝑁 × 𝐼2𝑁 × 𝐶𝑜𝑠𝜃 + 𝑃𝑜 + 𝑃𝐶𝑢

Donde por datos de la placa del transformador en el secundario: 𝑆𝑁 = 5000 𝑉𝐴 𝐶𝑜𝑠𝜃 = 0.91 𝑃𝑜 = 80 𝑊 𝑃𝐶𝑢 = 3 × 𝐼2𝑁 2 ×

𝑅𝑒𝑞 0.1518 = 3 × 13.122 × = 18.0547 𝑊 2 𝑎 2.08372

Reemplazando en fórmula:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA ɳ=97.8904% 5. ¿A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método empleado?, ¿Cuál es más confiable y por qué? La medición directa de la resistencia de los devanados del transformador no es recomendable debido a que los valores de las resistencias son muy pequeñas y las condiciones de medición no son las mismas que la de operación, en tanto los valores de las resistencias medidas por medio de las pruebas de DC y Cortocircuito son más confiables a pesar de que el cálculo de las mismas se realiza con circuitos equivalentes aproximados.

Prueba con carga: 1. Explicar el significado de cada una de las características de placa de este tipo de transformadores.

Características de placa del transformador: a. Orden de fabricación: Es el número del pedido hecho a la empresa fabricadora o distribuidora de transformadores, en este caso. b. Número de serie: Es el número único que identifica al transformador. c. Norma de fabricación: Norma bajo la cual se rige la fabricación del transformador. Norma IEC 6076 d. Número de fases: Si es monofásico o trifásico. e. Potencia nominal: Potencia aparente máxima que el trasformador puede suministrar. f. Voltajes nominales: Voltajes para los cuales fue diseñado, trabaja y han sido calculadas sus pérdidas.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA g. Corrientes nominales: Corriente de fase de plena carga que puede pasar por sus devanados. h. Nivel de aislamiento int. Primario: significa el voltaje máximo de impulso en el primario. i. Nivel de aislamiento int. Secundario: significa el voltaje máximo de impulso en el secundario. j. Grupo de conexión: Dyn5 Indica cómo está configurado el transformador interiormente, que en lado secundario se encuentra el neutro utilizable. k. Tcc 75°C: Impedancia de cortocircuito porcentual, la cual es de 2.6% del voltaje nominal a temperatura de trabajo de 75°C. l. Frecuencia: Frecuencia de la red a la que debe trabajar el transformador para operar con condiciones de diseño. m. Calentamiento aceite/cobre: calentamiento del aceite y del cobre respectivamente cuando trabaja a condiciones n. Tipo de enfriamiento: Puede referirse a cualquiera de estos 4: ONAN: Oil Natural Air Natural (Aceite y aire no forzados), ONAF: Oil Natural Air Forced (Aceite no forzado y aire forzado), OFAF (Aceite y aire forzados) o OFWF (Aceite y agua forzados). o. Clase de aislamiento térmico: Clase Y: 90º C Papel, algodón, seda, goma natural, Clorido de Polivinilo, sin impregnacion. Clase A: 105º C Igual a la clase Y pero impregnado, mas nylon. Clase E: 120º C Polietileno de teraftalato (fibra de terileno, film melinex) triacetato de celulosa. Clase B: 130º C Mica, fibra de vidrio (Borosilicato de alumino libre de alcalinos), asbestos Clase F: 155º C Como los de la clase B pero con alkyd y resinas basadas en epoxy, poliuretano. Clase H: 180º C Como los de clase B con algutinante resinoso de siliconas, goma siliconada, poliamida aromatica (papel nomex y fibra), film de poliamida (enamel, varniz y film) y enamel de estermida. Clase C: >180º C Como la clase B pero con aglutinantes inorgánicos apropiados (Teflon Mica, Mecanita, Vidrio, Ceramicos, Politetrafluoroetileno). p. Altitud de operación: Altitud máxima a la que opera con condiciones de diseño. Más allá de esta puede variar la temperatura garantizada y otros parámetros. q. Montaje: Indica dónde puede ser usado, si en interiores o en exteriores. r. Tipo/Marca del aceite: Indica las características del aceite dieléctrico con el que cuenta. s. Peso de la parte activa: Peso de todo lo que interviene en la transformación de la electricidad (bobinas, núcleo, etcétera) t. Peso del aceite: Peso del aceite usado para refrigeración. u. Peso total: Peso de la parte activa más el peso del aceite. v. Año de fabricación: Año en el cual fue fabricado.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 2. Describir cada una de las partes de este tipo de transformadores.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Tanque conservador de aceite Aisladores pasa tapa de MT Aisladores pasa tapa de BT Placa característica Válvula para drenaje y toma de muestras de aceite Deshumedecedor Indicador de nivel de aceite Conmutador con mando exterior Termómetro Orejas de izaje Tanque de aceite Borne de puesta a tierra Bases con canal U para fijación

También se tiene para este modelo las siguientes partes:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA CONSERVADOR DE ACEITE: Es el dispositivo que va en la parte superior del tanque y sirve para proteger el transformador contra sobrepresiones, cuando se pide el conservador también se solicita un dispositivo desecador de aire, permitiendo poner al aire en contacto con la atmósfera evitando el paso de la humedad BOMBA DE ACEITE: Este dispositivo se emplea para hacer circular el líquido refrigerante en el transformador. NÚCLEO: El núcleo de los transformadores está compuesto por laminaciones de acero al silicio de grano orientado, laminado en frío, con alta permeabilidad magnética y con recubrimiento aislante superficial para resistir una temperatura de 820ºC, compatible con el líquido del transformador. BOBINAS: Las bobinas son fabricadas con lámina de aluminio o cobre en baja tensión y con alambre de sección redonda o rectangular con un recubrimiento aislante de resinas de Polivinilo formal modificado. TANQUE Y GABINETE: El material utilizado en la fabricación de los tanques y gabinetes es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad. LIQUIDO AISLANTE: En los transformadores estándares de PROLEC GE es utilizado el aceite no inhibido de la destilación fraccionada del petróleo crudo, específicamente preparado y refinado para el uso en equipo eléctrico con tensiones nominales de hasta 400 KV de acuerdo a lo especificado en la norma NMX-J-123. 3. Detallar los usos de este tipo de transformadores. Se usan en Transformador trifásico de potencia ello para la subtransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios. Características: Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 KV y frecuencias de 50 y 60 Hz. No se pueden usar transformadores trifásicos refrigerados con aceite en lugares comerciales o donde hay mucha gente, por cuestión de seguridad ante cualquier incendio estos transformadores serían muy peligrosos. 4. Explicar la utilidad de los Taps en este tipo de transformadores. Los transformadores de distribución tienen una serie de tomas (taps) en los devanados para permitir pequeños cambios en la relación devueltas del transformador después de haber salido de fábrica. Por ejemplo, una instalación típica podría tener cuatro tomas además del valor nominal, con intervalos entre éstas de 2.5% del voltaje a plena carga. Tal distribución permite ajustes hasta del 5% por encima o por debajo del voltaje nominal del transformador. Las tomas de un transformador permiten que éste se pueda ajustar para acomodarse a las variaciones de los voltajes de las localidades.

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5. Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva V vs. I.

Prueba con carga V(AT) V(BT) I(AT) cos cargas RS ST TR rs st tr R S T resistencia 217.4 219.6 219.1 106.9 108.3 107.2 5.73 5.64 5.73 1 condensador 150.9 150.7 150.8 71.6 71.1 71.2 1.67 1.67 1.68 0 VOLTAJE CORRIENTE 217.4 5.73 219.6 5.64 219.1 5.73

VOLTAJE vs CORRIENTE 230 225 220 215 210 205 200 5.62

5.64

5.66

5.68

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE

5.7

5.72

5.74

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W total 1100 0

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 6. Para las diversas cargas resistivas dispuestas, construir el circuito monofásico equivalente y determinar: La regulación de tensión.

𝑉 | 𝑎1 | − |𝑉̅2 | 𝑟% = |𝑉̅2 |

CARGA Lámparas Condensador

V1 107.47 71.3

V1/a 224.0261 148.6281

V2 218.7 150.8

r% 2.4353% 1.4403%

7. La eficiencia del transformador para estas condiciones.

Donde las corrientes nominales de baja tensión y alta tensión son respectivamente:

I2N (BT) =13.12 A I2N (AT) =6.3 A Del ensayo de cortocircuito tenemos los siguientes datos:

Temperatura

ReqBT

ZeqBT

21°C

0.8887

1.4259

75°C

0.9323

0.4829

PN (Cu) 152.9758 W 209.5313 W

Obtenemos el siguiente cuadro donde se encuentra las eficiencias en cada caso de cargas.

CARGA Lámparas

Pútil (W) Pfe(W) Pcu (W) I salida 1100 80 209.5313 0.864

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE

α^2 0.2113

n% 89.84%

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 8. Comparar las pérdidas en el cobre con las pérdidas de carga (75°C) dada por la expresión:

Donde:

Según la prueba de cortocircuito: PcuN3φ(75°C) = 209.5313 Luego: 235 + 75 209.5313 𝑃𝐿(75°𝐶) = 3 ∗ (13.122 ∗ 0.9323 + ( )+( − 13.122 ∗ 0.9323) 235 + 21 3 235 + 21 ∗( ) 235 + 75 Entonces: PL (75°C) = 260.5293 W La potencia de carga es mayor a la pérdida nominal en el cobre. 9. Grafique la curva índice de carga vs Rendimiento. ¿Qué puede notar?, Sustente su repuesta y desarrolle la expresión analítica adecuada. Debido a que hubo un problema con el analizador de calidad, no puedo realizarse todas las pruebas esperadas, por lo mismo no se realizó la prueba con el motor, y debido al tiempo, solo se realizó la prueba de una carga, es por ello que esta pregunta no ha podido ser resuelta, debido a que saldría un punto.

10. Elabore un diagrama fasorial total, tomando en cuenta los desfasajes entre fases originados por el tipo de conexión usada. A continuación, se muestra el diagrama fasorial total, se en cuenta los desfasajes por el tipo de conexión que se usó.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA 11. Para las condiciones de la carga usada y en base a su análisis anterior, diga usted si sería favorable usar otro tipo de conexión, de ser así indique cual sería y que ventajas y desventajas obtendría respecto al caso ensayado. El tipo de conexión Dy5 no presenta muchos inconvenientes, pues su utilización es adecuada a las características generales que presenta la conexión en triangulo y estrella. Este tipo de conexión es muy empleado como conexión para transformadores elevadores al principio de la línea y no al final, porque cada fase del devanado primario ha de soportar la tensión entre fase de red. Las ventajas de este tipo de conexión es que no presenta problemas con las componentes en sus voltajes de terceros armónicos. Como mencionamos es muy útil para elevar el voltaje a un valor muy alto. Además de eso al producirse un desequilibrio en la carga, no motiva asimetría del flujo, por producirse un reparto entre las tres columnas del primario. Las ventajas que esta conexión presenta y los escasos inconvenientes motivan la utilización de este transformador tanto en trasmisión como en distribución de energía. Las desventajas de este tipo de conexión son la falla de una fase deja fuera de operación al transformador. No se dispone de neutro en el primario para conectarlo con la tierra. Esto no es precisamente un inconveniente, pues, por lo general en el circuito del primario del transformador hay una toma de tierra, sea en el generador, sea en el secundario del transformador elevador de tensión. El devanado en delta puede ser mecánicamente débil. Debido al desplazamiento que existe en las fases entre las mitades de los enrollamientos, que están conectados en serie para formar cada fase, los enrollamientos que están en estrella interconectadas, requieren de un 15.5% más de cobre, con el consiguiente aumento del aislamiento total. El tamaño del armazón, debido a las razones expuestas anteriormente, es mayor con el aumento consiguiente del coste del transformador. 12. Tomando referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado del transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y Cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de estos. CARGA 1 RESISTENCIA: 𝑳í𝒏𝒆𝒂𝒔 1-2 2-3 3-1 Promedio

𝑽𝑳𝟐 106.9 108.3 107.2 107.4667

𝑰𝑳𝟐 5.73 5.64 5.73 5.7 A

∑𝑷

∑𝑺

∑𝑸

1100 W

1100 VA

0

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA Potencia consumida calculada: 𝑆 = √3𝑉𝐿 . 𝐼𝐿 𝑆 = √3 ∗ 107.4667 ∗ 5.7 = 1060.985 𝑉𝐴 1100−1060.985 %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = ∗ 100 = 3.67724% 1060.985 CARGA 2 CONDENSADORES: 𝑳í𝒏𝒆𝒂𝒔 1-2

𝑽𝑳𝟐 71.6

𝑰𝑳𝟐 1.67

2-3

71.1

1.678

3-1 Promedio

71.2 71.3

1.68 1.676

∑𝑷

∑𝑺

∑𝑸

0W

204.0448 VA

-204.0448 VAR

𝐶 = 13 𝜇𝐹 Potencia consumida calculada: 𝑆 = √3𝑉𝐿 . 𝐼𝐿 𝑆 = √3 ∗ 71.3 ∗ 1.676 = 206.978 𝑉𝐴 206.978−204.0448 %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = = 1.41715269 % 204.0448

13. Indicar qué ventajas y desventajas tiene un transformador en aceite con respecto a un transformador seco. Qué aplicaciones tienen estos transformadores.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS Las ventajas de un transformador en baño de aceite con respecto a un transformador seco son las siguientes:  Menor costo unitario. En la actualidad su precio es del orden de la mitad que el de uno seco de la misma potencia y tensión.  Menor nivel de ruido.  Menores pérdidas de vacío.  Mejor control de funcionamiento.  Pueden instalarse a la intemperie.  Buen funcionamiento en atmósferas contaminadas.  Mayor resistencia a las sobretensiones, y a las sobrecargas prolongadas. Las desventajas de un transformador en baño de aceite con respecto a un transformador seco son las siguientes:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE MECÁNICA  Mayor costo de instalación, al necesitar depósito colector en la obra civil.  Mayor riesgo de incendio. Es la principal desventaja, los materiales empleados en su construcción producen gases tóxicos o venenosos.  Los aislantes de los arrollamientos acostumbran a ser substancias orgánicas tales como algodón, seda, papel y análogos, que en la clasificación de los aislantes para transformadores figuran comprendidos en la “clase A”. Esto obliga a una labor de mantenimiento con controles periódicos del aceite.  Debe efectuarse un control del aceite, pues está sujeto a un inevitable proceso de envejecimiento que se acelera con el incremento de la temperatura.

APLICACIONES TRANSFORMADOR SECO Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. TRANSFORMADOR EN ACEITE En este tipo de transformador el circuito magnético y los arrollamientos están sumergidos en un líquido aislante como el aceite. Este puede ser de tipo mineral, de silicona, éster o vegetal. La elección del aceite está vinculada al tipo de instalación y a la necesidad específica del cliente en caso de que se requiera asegurar garantías particulares en cuanto a impacto medioambiental o seguridad en caso de incendio. Se aplica en distribución, convertidores, elevador, transformado para instalaciones fotovoltaicas, transformador para instalaciones eólicas, arranque de motores, excitación, puesta a tierra, instalaciones a bajas temperaturas, instalaciones con altas vibraciones.

OBSERVACIONES 

Las corrientes en cada fase no tenían el mismo valor.



En la prueba de cortocircuito se usó el vatímetro trifásico analógico, ya que este instrumento no medía con precisión la potencia de cortocircuito, dificultando al cálculo exacto de la regulación y eficiencia del transformador en aceite.

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CONCLUSIONES 

La medida de los parámetros del transformador trifásico deben realizarse según la norma. En el caso de la resistencia, lo más correcto es hacer el método del voltímetro amperímetro con una fuente DC.



Se obtiene una regulación de 0.7207% y una eficiencia de 97.8904%, que son valores reales y aceptables para un transformador de estas condiciones.



El valor de las eficiencias con carga esta entre 80% y 90% por lo cual podemos inferir que el transformador presenta un gran desgaste, esto debido al mal uso por parte de los estudiantes o simplemente a un error en la medición por parte de los instrumentos, principalmente en las potencias (perdidas de cobre y de núcleo).



Los valores de los parámetros de cortocircuito dependen de la corriente que circula por ellos, esta es la razón por la que las normas de ensayos exigen que la corriente sea la nominal o a plena carga (ocurre lo mismo para los parámetros de vacío, dependen del voltaje aplicado).



Una consecuencia del desgaste o excesivo uso sobrecargado del transformador es el incremento acelerado de la temperatura, esto se puede reducir con un control estricto del aceite.



La regulación de tensión que presenta cada caso de cargas se encuentra en el rango entre un 1% y 2%, por lo tanto, el transformador puede mantener sin mucha variación la tensión aplicada en el primario. Se sabe que la regulación dependerá de la carga aplicada.



La resistencia eléctrica de los devanados primario y secundario son bastante bajas, lo que explica porque al hacer cortocircuito la corriente están elevada ya que esta resistencia es prácticamente despreciable y el voltaje de trabajo alto, la corriente se eleva, según la ley de ohm. Pese a esto, el transformador debe de ser capaz de soportar la corrientes de cortocircuito por un periodo de al menos medio segundo, como indica el ensayo de cortocircuito a voltaje nominal; después de realizado el ensayo el trasformador debe de continuar operativo para que pase la prueba.



La relación de transformación de mantiene prácticamente constante para los diferentes voltajes de entrada, la pequeña diferencia puede estar debida a que la fuente de energía trifásica que alimentaba al trasformador no estaba balanceada, por tanto, no se obtenía un voltaje igual para las tres fases.

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RECOMENDACIONES 

Al momento de realizar los ensayos siempre comenzar desde voltajes bajos, luego poco a poco aumentar el voltaje para así poder evitar accidentes en el laboratorio.



Realizar siempre las conexiones de los equipos cuando estos no estén siendo alimentados por la red.



Verificar que la red trifásica con la que contamos tenga sus valores aproximados al nominal, para que no exista una diferencia de 10V entre una y otra fase.



Tratar de no sobrecargar demasiado el transformador, y solo cumplir con las especificaciones que este tiene; de otra forma, los resultados de pruebas que se realicen tendrán errores demasiado grandes, debido al sobrecalentamiento de la máquina, que influye en los parámetros a hallar.



Se recomienda disponer de un vatímetro trifásico digital (Analizador de calidad) para obtener con mucha mayor precisión la potencia en la prueba de vacío y de cortocircuito.



Como estamos trabajando con corrientes altas debemos tener cuidado al realizar la experiencia, y si es posible realizarla con botas aislantes.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

Circuitos Eléctricos II, F. López A, 7.𝑎 Edición Octubre Del 2011, Editorial ‘‘Ciencias’’.



Circuitos Eléctricos, James W. Nilson, 7.𝑎 Edición Madrid 2005, Editorial Pearson Educación S.A, Pp. 1048.



MIT “Circuitos Magnéticos Y Transformadores”



A.V. Ivanov-Smolensky. “Maquinas Eléctricas”’

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