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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

NORMAS DE SEGURIDAD

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS LABORATORIO N°2 USO DE HERRAMIENTAS E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y LA ESTRUCTURA DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS 1. OBJETIVO Conocer, analizar y difundir en los estudiantes el REGLAMENTO GENERAL DE USO Y SERVICIO DEL LABORATORIO DE ELECTRICIDAD. Revisar, estudiar y aplicar las normas de seguridad en la utilización de la energía eléctrica e instrucciones para la utilización de instrumentos de medición de magnitudes eléctricas. Distinguir con habilidad y destreza la estructura y materiales con los que se construyen las máquinas eléctricas estáticas y rotativas. 2. ELEMENTOS A UTILIZAR:



Vatímetro



Amperímetro



Multimetro



Megometro



Voltímetro



Puente de resistencias (Puente Wheastone)



01 núcleo ferromagnético



Bobinas de máquinas eléctricas



01 Transformador monofásico de 1 KVA, 220/110 V

3. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION 

Reconocer las herramientas a utilizarse en el laboratorio de electricidad



Identificar instrumentos de medición analógicos:



Identificar instrumentos de medición digital.



Reconocer los elementos estructurales del transformador de potencia, identificar:



Los materiales del núcleo



Las bobinas y los materiales aislantes aplicados en la construcción del trafo.



Medir las resistencias eléctricas de las bobinas del transformador ensayado.

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TENSION DE LAS

ESCALA DEL

RESISTENCIA

BOBINAS

MULTIMETRO

110

20Ω

0.79 Ω

220

20Ω

2.04Ω

4. CUESTIONARIO 4.1. Determinar los tipos de núcleo que se están utilizando y las ventajas y desventajas que se presentan entre ambos.

1. TRANSFORMADORES TIPO COLUMNA    

El bobinado de baja se construye sobre el núcleo y luego, separado por un material aislante, se coloca el bobinado de alta. Pueden ser de 3 ó 5 columnas. Mayor facilidad para sustitución de bobinados, ensamble y desmontaje. Mayor facilidad de reparación en sitio.

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Es el tipo de transformador más común. Su forma constructiva lo obliga a ser operado en posición vertical.

Aplicaciones        

Elevadores tipo generador. Transformador auxiliar. Servicios de arranque y auxiliares. Reductores tipo subestación. Regulador de Tensión. Horno de inducción. Tipo rectificador. Subestaciones móviles.

2. TRANSFORMADORES TIPO ACORAZADO     



El núcleo es posicionado verticalmente alrededor de los devanados actuando como un soporte de los mismos. Construcción del bobinado de HV entre el devanado de LV(tipo sandwich). Aplicaciones para potencias mayores. Reduce la dispersión del flujo magnético. Su forma constructiva, con el núcleo magnético envolviendo los arrollados, provee robustez frente a los esfuerzos electromecánicos producidos por las corrientes de cortocircuito y esfuerzos durante el traslado y ubicación, a la vez que hace al equipo más compacto. Versatilidad para trabajar en posición horizontal o vertical.

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Aplicaciones        

Plantas generadoras. Auxiliares de subestación. Subestaciones como elevadores / reductores. Reguladores de ángulo de fase. Hornos de arco eléctrico. Autotransformadores. Subestaciones móviles. Transformadores prueba (extra-alta tensión, cortocircuito).

Características Generales COLUMNA

ACORAZADO

Capacidad

Monofásicos hasta 125 MVA Trifásicos hasta 200 MVA

Monofásicos hasta 500 MVA Trifásicos hasta 1.000 MVA

Tipo de Enfriamiento

OA, OA/FA, OA/FA/FA, OA/FA/FOA, FOA

OA, OA/FA, OA/FA/FA, OA/FA/FOA, FOA

Frecuencia

50 / 60 H2

50 / 60 H2

Tensión Primaria

Hasta 525 kV (1.550 kVBIL)

Hasta 750 kV

Tensión Secundaria

La especificada por el cliente

La especificada por el cliente

Elevación de Temperatura

55°, 65° ó 55° /65° sobre 55°, 65° ó 55° /65° sobre un un ambiente máximo de ambiente máximo de 40° 40°

Liquido Aislante

Aceite mineral

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Aceite mineral

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4.2. ¿Qué ventajas y desventajas tiene la aplicación de resinas de aislamiento en las máquinas eléctricas? Definición general Barniz: Resina debidamente modificada y aditivada disuelta en solvente de concentración de sólidos habitual entre el 25 y 50% Resina: Substancia pura o debidamente modificada y aditivada de concentración superior al 60% en sólidos pudiendo llegar al 100% Desventajas A pesar de la mayoría de los cables de bobinados ya vienen con un aislamiento de fábrica, lo cierto es que una segunda capa de aislamiento resulta muy útil en casi la totalidad de los casos. La realidad es que la primera capa solo debe tener un espesor lo suficiente para impedir corto circuitos, pero resulta vulnerable a desgastes. En muchos casos termina siendo desgastada por el rozar de los bobinados unos con otros cuando se los empaqueta. Ventaja Se le añade una segunda capa de aislamiento con el objetivo de reforzar la primera capa e impedir que esta se desgaste, ya sea por humedad, polvo, partículas de escombro, etc. Existe el procedimiento de curado de los barnices y resinas de impregnación en el proceso de reparación o construcción de electro máquinas es parte esencial en el aprovechamiento de todas las cualidades físicas que aportan estos productos cohesionadores.

4.3. ¿Por qué se aplica la técnica de las galletas en la construcción de los devanados de alta tensión en los transformadores de potencia? Las bobinas discoidales se conocen también como "tipo galleta" en algunos casos, se forman cada una, de un cierto número de conductores dispuestos en capas y aisladas estas capas entre sí por papel aislante, cada bobina al terminar se "amarra" con cinta de lino o algodón para darle consistencia mecánica y posteriormente se les da un baño de barniz y se hornean a una cierta temperatura, con lo cual adquiere la rigidez mecánica necesaria. Cada bobina, está diseñada para tener una tensión no superior a 1000-1500 volts, por lo que para dar la tensión necesaria para una fase, se deben colocar varias bobinas en serie.

4.4. ¿Qué tipos de enfriamiento existen en transformadores? Explique y tabule con detalle todos los sistemas de enfriamiento de transformadores que se utilizan Los transformadores están por lo general enfriados por aire o aceite capaz de mantener una temperatura de operación suficiente baja y prevenir “puntos calientes” en cualquier parte del transformador. El aceite se considera uno de los mejores medios de refrigeración que tiene además buenas propiedades dieléctricas y que cumple con las siguientes funciones: - Actúa como aislante eléctrico. - Actúa como refrigerante. - Protege a los aisladores solidos contra la humedad y el aire.

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Tipos de Enfriamiento Tipo AA Transformadores tipo seco con enfriamiento propio, estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2,000 kVA y voltajes menores de 15 kV. Tipo AFA Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la posibilidad de disipación de calor por medio de ventiladores o sopladores. Tipo AA/FA Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor. Tipo OA Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, en estos transformadores el aceite aislante circula por convección natural dentro de una tanque que tiene paredes lisas o corrugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta solución se adopta para transformadores de más de 50 kVA con voltajes superiores a 15 kV. Tipo OA/FA Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador OA con la adición de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de calor en las superficies de enfriamiento. Tipo OA/FOA/FOA Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio/con aceite forzado – aire forzado/con aceite forzado/aire forzado. Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el régimen de carga de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos: Se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA, Se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10,000 kVA monofásicos y 15,000 kVA trifásicos. Tipo FOA Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo.

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Tipo OW Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los serpentines por convección natural. Tipo FOW Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es prácticamente igual que el FO, sólo que el cambiador de calor es del tipo agua – aceite y se hace el enfriamiento por agua sin tener ventiladores.

4.5. Elaborar una tabla indicando la clase de aislante y su temperatura de operación según los fabricantes, mencione los elementos representativos de la clase de aislantes. Cada medio de refrigeración se identifica con una letra de acuerdo a la siguiente tabla:

Aceite mineral o líquido aislante sintético inflamable

O

Líquido aislante sintético no inflamable

L

Gas

G

Agua

W

Aire

A

Según el modo como circule el medio refrigerante se utilizan los siguientes símbolos:

Natural

N

Forzado

F

Dirigido para el caso particular de aceite

D

La sobreelevación de temperatura de los arrollamientos, núcleo y aceite de los transformadores diseñados para funcionar a altitudes que no excedan las normales no deben superar los límites que se indican en las tablas 1.1 y 1.2.

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TABLA 1.1 - Límites de temperatura para transformadores secos

Parte de la máquina

Modo de

Clase de

Máxima sobreelevación de

refrigeración

aislamiento

temperatura (º C)

Arrollamientos:

Aire, natural o

A

60

(valor medio medido

forzado

E

75

por variación de

B

80

resistencia)

F

100

H

125

¾

a) Como para los arrolla -

Núcleo y otras partes

Todos los tipos

situadas:

mientos

a) Próximo a los

b) No puede alcanzar un

arrolla - mientos

valor que dañe el núcleo y

b) No próximo a los

materiales adyacentes

arro - llamientos

TABLA 1.2 - Límites de temperatura para transformadores en aceite u otro líquido dieléctrico (Clase A)

Parte de la máquina

Máxima sobreelevación de temperatura (º C)

Arrollamientos:

65 cuando la circulación del aceite es natural o forzada

(valor medio medido por

pero no dirigida

variación de resistencia)

70 cuando es forzada y dirigida

Temperatura máxima del aceite

60 cuando el transformador tiene tanque conservador

(próximo a la tapa):

o es hermético

Medida con termómetro

55 cuando ni tiene tanque conservador ni es hermético

Núcleo, partes metálicas y

La temperatura no debe alcanzar, en ninguna parte,

materiales magnéticos

valores que dañen el núcleo, el aceite y los arrollamientos

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4.6. ¿Cuál es el principio de operación de los megohmetros? Este instrumento basa su funcionamiento en una fuente de alta tensión pero poca energía, de forma tal que colocando una resistencia en los bornes de la fuente podemos observar que la tensión en la fuente disminuye, logrando una fracción de la tensión que la fuente es capaz de generar en vacío. Mientras menor es el valor de la resistencia colocada, tanto menor es la tensión suministrada por la fuente. Entonces censando la tensión producida por la fuente y asociándolos a valores de resistencias correspondientes, podemos estimar el valor de la resistencia colocada para su medición. En los instrumentos antiguos la fuente de tensión era a manivela, en los actuales se ha reemplazado por dispositivos electrónicos. El diagrama y procedimiento de funcionamiento es el del instrumento construido con dispositivos electrónicos.

5. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES      

Se observo que al utilizar el megohmetro en el trasformador este contaba una alta resistencia lo cual indica que esta en óptimas condiciones y no existe ninguan fuga de corriente La resina es un material muy ventajoso ya que se puede reparar en caso de desgaste o daño que halla sufrido el aislamiento de la bobina. Existen dos tipos los limites de temperatura de los transformadores: transformadores secos y transformadores en aceite u otro liquido dieléctrico . Los tipos de núcleo de un transformador se utilizan en casos específicos ya sea para una mejor eficiencia y su utilización. Los núcleos de los transformadores son laminados para reducir las corrientes parasitas y la curva de histéresis. El megohmetro es un equipo muy importante ya que nos permite saber si esta fallando el aislamiento en el trasformador .

6. BIBLIOGRAFIA    

http://www.inducor.com.ar/academicos/calculo-de-maquinas-electricas/maquinaselectricas-capitulo1.html https://motoresygeneradores.com/reparadores/aislamiento/barnices http://www.monografias.com/trabajos78/tipos-transformadores-trifasicos/tipostransformadores-trifasicos2.shtml https://es.slideshare.net/jorgemunozv/transformadores-principales-aspectos

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