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• Rocio Lorenzo Perez

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FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA ELÉCTRICA TÍTULO MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA AUTOR(ES) CENAS ANGULO, ALIN KEVIN LORENZO PÉREZ, ROCIÓ LÓPEZ FERNÁNDEZ, DEIBER MONTOYA GUTIÉRREZ, JOSÉ FERNANDO REYNA PEREZ, PEDRO RIVAS CASTRO ROGER DAVID RUIZ ROJAS, JESSICA FLOR ZÚÑIGA SEMINARIO, FLAVIO VILLANUEVA ARENAS, CARLOS ASESORA DRA. YESSICA VÁZQUEZ CABELLOS AULA Y TURNO PEX-12 A, PEX-12 B TRUJILLO – PERÚ 2017-II

DEDICATORIA

A nuestros padres, a quienes les debemos todo lo que tenemos en la vida. A, Dios, puesto que gracias tenemos a nuestros maravillosos padres, los cuales nos apoyan en nuestras derrotas y celebran nuestros triunfos.

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AGRADECIMIENTO A los profesores a quienes les debemos gran parte del conocimiento, gracias a su paciencia, enseñanza, a la Universidad Cesar Vallejo por abrir sus puertas a jóvenes como nosotros, preparándonos para un futuro competitivo y formándonos como personas de bien para ser mejor cada día.

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ÍNDICE DEDICATORIA......................................................................................................................................II AGRADECIMIENTO............................................................................................................................III INDICE...............................................................................................................................................IV INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………………………………………5 REALIDAD PROBLEMÁTICA……………………………………………………………………………………………………………..6 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………………………………………..7 OBJETIVOS GENERALES…………………………………………………………………………………………………………………..7 OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………………………………………………………………………………6 1. CAPITULO I: TRANSFORMADORES..................................................................................................8 1.1.

DEFINICIÓN.....................................................................................................................9

1.2. CARACTERÍSTICAS………………………………………………………..............................………………………9 1.2.1 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS.....................................................................10 1.2.1.1 ENRROLADO PRIMARIO..............................................................................11 1.2.1.2 ENRROLADO SECUNDARIO..........................................................................12 1.2.1.3 REDUCTOR DE TENSIÓN..............................................................................13 1.2.1.4 ELEVADOR DE TENSIÓN...............................................................................13 1.2.2 TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS............................................................................14 1.2.2.1 POTENCIA NOMINAL………………………………………………………………………………..14 1.2.2.2 GRUPO DE CONEXIÓN ……………………………………………………………………………..14 1.2.2.3 FRECUENCIA…………………………………………………………………………………………….15 1.2.2.4 TEMPERATURA…………………………………………………………………………………………16 1.3 ELEMENTOS…………………………………………………………………………………………………………………….16 1.4 APLICACIÓN…………………………………………………………………………………………………………………….17 1.4.1 TRANSFORMADORES PARA MEDIDA…………………………………………………….……………….17 1.4.1.1 MEDIDOR DE PRECISIÓN …………………………………………………….……………………..18 1.4.1.2 CONDUCTORES DE PRECISIÓN …………………………………………………….…………….18 1.4.1.3 CONTACTORES NORMALES …………………………………………………….………………….19 1.4.2 VOLTÍMETROS …………………………………………………….……………………………………………….. 20

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1.4.3 FASÍMETROS …………………………………………………….…………………………………………………. .21 1.4.4 TRANSFORMADORES DE POTENCIA …………………………………………………….………………. 22 1.4.4.1 RELÉS DIFERENCIALES …………………………………………………….………………………..23 1.4.4.2 RELÉS ORDINARIOS …………………………………………………….……………………………..24 1.5 PRUEBAS DE UN TRANSFORMADOR …………………………………………………….………………………25 1.5.1 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS………………………………………………26 1.5.2 MEDICIÓN DE LA PÉRDIDA EN VACÍO……………………………………………………………………..26 1.5.3 VERIFICACIÓN DE LA POLARIDAD Y GRUPO VECTORIAL………………………………………….27 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………………..27 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………………………………..28

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INTRODUCCIÓN En el presente trabajo de investigación detallaremos la definición de Transformadores de Potencia, el cual es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Por su construcción sencilla y versátil, además de su bajo costo de mantenimiento, está presente en la actualidad en la mayoría de las industrias a nivel mundial. Sumado a lo antes menciona los diferentes tipos de transformadores de potencia. Por tal motivo tenemos damos a conocer las bondades de los transformadores de potencia dando a conocer sus características, principio de funcionamiento, tipos, partes, control, diagnostico y/o mantenimiento. Para ello buscamos información de diferentes autores para dar a conocer la importancia de un transformador de potencia, para ello trataremos de compartir esta investigación la cual puede servir de base para futuras investigaciones. El tenor por las posibilidades de que los transformadores con PCB (Placa de Circuito Impreso, por sus siglas en inglés) provoquen enfermedades se extiende por la ciudad, que están relacionando la explosión de un equipo ocurrida hace un tiempo con más de 30 casos de cáncer registrados en los últimos años es por ello que nos motivó para investigar el tema para mejorar. Los Trasformadores se basan en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado en hierro, dulce o de lámina laminada de acero eléctrico, aleaciones apropiadas para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. Por tanto se busca proporcionar datos informativos sobre el origen, uso y características de acuerdo a normas técnicas para el correcto funcionamiento del transformador.

Los autores

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REALIDAD PROBLEMÁTICA Alrededor de 130 años, se llevó a cabo una gran revolución técnica, la cual fue un paso vital para el desarrollo de la sociedad moderna. Esa revolución fue la generación, transmisión y el uso de la energía eléctrica comercial. Nadie puede hoy imaginar un mundo sin electricidad. Los transformadores aumenta y disminuye la tensión eléctrica en un sistema de corriente alterna, a la ves pueden aislar un circuito entre sí, además de que transporta y distribuye la energía eléctrica desde las plantas de generación hasta las industrias y viviendas. De una manera segura, por lo que resulta importante conocer su definición principio de funcionamiento y operación del mismo. En esta problemática se encuentran involucrados el, medio ambiente, personal de servicio y perdidas económicas; todo esto se da por falta de mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo. Actualmente la fabricación de transformadores es muy costosa y necesaria debido al crecimiento de las industrias y la población urbana. En nuestros hogares es muy necesario para ciertos artefactos eléctricos que son fabricados en otros países puesto que su fabricación son de voltajes muy diferentes a nuestro país o ciudad donde vivimos y el transformador se utiliza obligatoriamente sin estos no funcionan o dañan debido a que no reciben un voltaje adecuado. De las indicaciones se observado que existe una falta de concientización del personal encargado de realizar el respectivo manteniendo preventivo, sumado a esto la falta de presupuesto para la adquicion de equipos de calidad. El problema detectado a afecta a la población al no realizarse el mantenimiento adecuado en las fechas correspondientes a los transformadores genera pérdidas económicas. Con la finalidad de hacer frente a esta problemática se plantea desarrollar he implementar. Un plan periódico de mantenimiento sobre la calidad de servicio de transformadores.

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Objetivos Generales 

Solucionar problemas de pérdidas generadas por los transformadores debido a la falta de mantenimiento predictivo y preventivo y el poco conocimiento del uso y funcionamiento de estos equipos eléctricos.

Objetivos Específicos 

Garantizar la vida útil de estos equipos.



Implementación de un sistema de despresurización rápida para evitar los daños hacia el resto de la instalación.



Monitoreo del correcto mantenimiento predictivo y preventivo.



Obtener una mayor productividad, apoyando en la mejora continua de los métodos y procedimientos de trabajo a fin de satisfacer las expectativas de los grupos de interés involucrados.

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1. TRANSFORMADORES 1.1.

DEFINICION ‘En el texto de los procesos energéticos se exhibe un amplio panorama de los sistemas de trasformadores eléctricos a través de las diversas formas de transformación y sus aplicaciones más comunes. El texto menciona la necesidad del uso racional de las fuentes de energía, su utilización e impacto ambiental.’ (Enríquez, 2004, P.5) ‘Hoy en día en que se requiere transportar grandes cantidades de fluidos eléctricos de consumo, no sería concebible sin el desarrollo de ciertos equipos eléctricos como el caso de características de los transformadores. El dispositivo ideal para llevar a cabo este proceso de transformación es el transformador cambiándose con ello el uso de corriente directa a corriente alterna, dada que el transformador que el transformador funciona solo a corriente alterna.’ (Silva L, 1998, P.141) El uso racional de las fuentes de energía, su utilización puesto que hoy en día se requiere transportar grandes cantidades de fluido eléctrico.

1.2.

CARACTERISTICAS ‘Un transformador trifásico es un sistema que se puede realizar la transformación de tensiones mediante un banco de 3 transformadores monofásicos idénticos, con sus tres núcleos formados.’ (Avelino, 2001,P.57) ‘El transformador es una máquina eléctrica estática, que transforma energía eléctrica, con una tensión e intensidad determinada, en energía eléctrica con tensión e intensidad distintas o iguales. Los circuitos eléctricos están formados por bobinas de hilo conductor, normalmente cobre. Estas bobinas reciben el nombre de devanados y, comúnmente se les denomina devanado primario y secundario del transformador.’ (Ras, 1994, PP. 214-220)

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Figura n°1: representación esquemática de un transformador

Fuente: Grazzini (2006)

Los transformadores de potencia y distribución son máquinas eléctricas estáticas que transforman la energía eléctrica mediante bobinas. 1.3.

TIPOS 1.3.1. TRASFORMADORES MONOFÁSICOS ‘Se usan en distribución de energía eléctrica, por ejemplo para reducir, en línea de MT de 13.2 Ku a BT, 220 V. Se le suele encontrar, de pequeñas potencias en soportes de líneas eléctricas rurales. También se les encuentra en potencias altas, para constituir bancos trifásicos, con tres de ellos en sistemas de distribución.’ (Avelino, 2001, P 53)

1.3.1.1 ENROLLADO PRIMARIO La transformación del nivel de tensión se lleva a cabo enlazando dos, o más enrollados por un flujo magnético común, tal como se muestra en la Figura 2. Al conectar una fuente de tensión alterna (v1) al enrollado primario, circulará por este una corriente (i1), la cual a su vez genera un flujo P á g i n a 10 | 19

magnético (Φ1) que depende de la tensión aplicada y el número de vueltas del enrollado primario (n1). (Fluke.J, 1989, P) FIGURA N°2 Esquema básico del transformador de dos enrollados.

Fuente: JOHN FLUKE (1989)

‘Un transformador eléctrico monofásico de núcleo cerrado de acero al silicio, donde se muestra dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo, protegido con barniz aislante. U no de estos corresponde al enrollado primario o de entrada de la corriente alterna y el otro en el enrollado secundario o de salida de la propia corriente.’ (Enrique, 1985, P.2) Que todo transformador debe estar protegido y aislado para evitar futuros accidentes. 1.3.1.2 ENROLLADO SECUNDARIO “Distribución Eléctrica en el Perú: Regulación y Eficiencia”. Perú (2001). La mayor parte del flujo magnético será enlazado por el enrollado secundario induciendo en este una tensión (v 2) que dependerá del número de vueltas del enrollado secundario (N 2). Las relaciones de transformación de los niveles de tensión y corriente en un transformador ideal (sin pérdidas) están dadas por las ecuaciones (1-2), donde la razón entre los números de vueltas del enrollado primario y el enrollado secundario es llamada razón de transformación (a). (Bonifaz.J)

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1.3.1.3 REDUCTOR DE TENSIÓN ‘Un regulador de tensión está constituido por una serie de bloques funcionales que permiten estabilizar la tensión de salida. Para una tensión nominal específica, las tensiones que realmente existen variarán según la ubicación. Esto se ilustra mediante el diagrama unifilar de la figura 4.1 para un sistema de suministro típico. Cada sección del sistema tiene una caída de tensión asociada que depende de la carga (corriente) y del factor de potencia, los cuales pueden variar en el tiempo. Los transformadores de la subestación que alimenta al sistema de distribución primaria generalmente cuentan con equipos de cambio de derivaciones bajo carga. Este equipo cambia la relación de espiras del transformador, lo que hace posible mantener la tensión de distribución primaria en el extremo abastecedor, dentro de un intervalo reducido para diferentes condiciones de carga.’ (Swift.G, 2001).

FIGURA N°3: Sistema típico de generación, transmisión y distribución de un servicio de suministro de energía eléctrica

Fuente: G. Swift (2001).

1.3.1.4 ELEVADOR DE TENSIÓN

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En los transformadores elevadores de tensión, puedo conectarse al circuito mediante el cierre del relé ‘B’ y la apertura del ‘A’ y viceversa, el mecanismo mediante el cual funcionan. Los relés, lo cual pueden controlarse con una variación de la tensión (Weedy, 1981, P.176) El transformador elevador, produce una tensión, aplicada a su devanado primario. El transformador reductor, entrega una tensión de salida inferior a la aplicada, en el primario la elevación entre el número de espiras de cada devanado determinar si el transformador es de aislamiento elevador o reductor de tensión. (Laster,1984, P.111)

Por lo tanto un elevador de tensión de un transformador se basa en la transformación de la energía de la entrada a la salida que se realiza mediante el devanado primario lo cual el resultados una entrega inferior a al entrada. 1.3.2. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS ‘En la transformación de potencia trifásica se prefiere frecuentemente un transformador trifásico a un banco de tres unidades monofásicas. El transformador trifásico suele ser menos caro que un banco de tres unidades monofásicas de igual potencia nominal (…)’ (Staff, 1965, P.585). ‘Los devanados pueden conectarse de distintas maneras, la más usual en nuestro sistema de distribución es la delta-estrella (…)’ (Avelino, 2001, P 59).

1.3.2.1 POTENCIA NOMINAL P á g i n a 13 | 19

Es un valor relevante de los transformadores de energía eléctrica de potencia que figura en su placa característica y en forma bien visible Las principales características de las máquinas vienen dadas por los fabricantes en la denominada placa o chapa de características; donde se especifican, entre otras cosas, la potencia de salida, las tensiones, las corrientes, la frecuencia, la velocidad de giro, etc. Las normas establecen los datos mínimos que deben figurar en estas placas, que deben estar colocadas en un lugar bien visible e impreso en forma indeleble. (Avelino, 2001, P.4) Cuanto mayor es la importancia de la máquina, mayor es la información que da el fabricante. Estos valores dados en lo placa de características se toman como los nominales de la máquina. Las magnitudes especificadas por los fabricantes, en la chapa de características, corresponden a un servicio, que si no se dice nada al respecto, se sobreentiende que se trata de servicio. Continuo o S1 que es el más común de los servicios e indica que la máquina puede funcionar a potencia nominal constante, sin límite de tiempo, y alcanzar el equilibrio térmico con el medio ambiente (Norberto. L, 2004, P.70)

1.3.2.2 GRUPO DE CONEXIÓN Las conexiones más empleadas en trifásicos son la estrella y el triángulo, pero no son las únicas, existen; otras aplicaciones especiales, “zig – zag” “V” y “T”. (pg. 58)  Conexión estrella: Se emplea cuando se necesita neutro, como en los sistemas de distribución de baja 

tensión o en los sistemas de alta tensión. Conexión triangulo: Se emplea cuando no se necesita neutro o una tensión de línea muy elevada. (Kosow, 1993,P.58) P á g i n a 14 | 19

1.3.2.3 FRECUENCIA El análisis en frecuencia “a menudo denominado FRA o SFRA por sus siglas en ingles es un método útil y sencillo para probas la integridad mecánica de los núcleos del transformador, los devanados y bastidores de presión de los transformadores de potencia” (Enríquez, 2005,P.15)

1.4.

APLICACIÓN 1.4.1. TRANSFORMADOR DE MEDIDA La misión de un Transformador de Medida es el dar información precisa a los sistemas de medida, control y protección. Las principales tareas de los Transformadores de Medida son: Transformar tensiones e intensidades con valores grandes a valores fáciles de manejar por los relés y equipos de medida. Aislar el circuito de medida del sistema primario de alta tensión. Podemos decir que separan eléctricamente del circuito controlado los instrumentos de medición con el sistema de fuerza. Posibilitar la normalización de relés y equipos de medida a unos pocos valores de tensiones e intensidades nominales. Hacen posible la ubicación de los instrumentos a distancia del circuito controlado. Esto evita la influencia de campos magnéticos externos en el funcionamiento de los instrumentos, aumenta la seguridad del personal y permite la colocación

de

instrumentos

en

los

tableros

de

medición.

(Arteche,2007,P.12) 1.4.2. MEDICIONES DE PRESICIÓN P á g i n a 15 | 19

La función de los transformadores es transformar altas corrientes y tensiones de forma proporcional y en fase a valores bajas de corriente o de tensión apropiados para fines de medición y protección. Es decir, que sirven para medir o registrar la potencia transmitida, o bien para abastecer a los relés de protección con señales evaluables que le pongan al relé de protección en condiciones, por ejemplo, de desconectar un dispositivo de maniobra según la situación. Además se encargan de aislar de forma eléctrica a los equipos de medida y protección conectados contra las partes de la instalación que estén bajo tensión. (Moeller, W,1972,P.22)

1.4.3. CONDUCTORES DE PRESICION Es el valor más elevado de la corriente primaria a la cual el transformador debe satisfacer las prescripciones correspondientes al error compuesto. Las características eléctricas principales de la relación de transformación, que debe elegirse entre valores normales. La prestación, potencia en VA que el aparato puede alimentar con su corriente nominal, y a la que se refieren otras características. Tensión nominal, aislación. Sobre corriente permanente. Sobre corriente térmica. Resistencia electrodinámica. Son interesantes ciertas características que están relacionadas con la forma constructiva o características de detalle del aparato. Puede ser necesario que el transformador tenga varias relaciones de transformación, esto puede lograrse por cambio de conexión en el ¿cuánto e s importante esta característica? por derivaciones adecuadas en el secundario, y la solución adoptada afecta la forma del arrollamiento y sus características de saturación. La forma de los transformadores puede ser con varias espiras primarias o de barra pasante, una sola espira primaria. Otras características tienen que ver con la saturación, el P á g i n a 16 | 19

comportamiento magnético del transformador, sus corrientes límites de precisión. Al variar la carga del transformador varía su límite de precisión, o su punto de saturación. (Stephen, 1987,P.35)

1.4.4. CONDUCTORES NORMALES  TRANSFORMADOR DE PROTECCIÓN: Son los transformadores cuya función es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir 30 veces la corriente nominal. (Bonifaz.L, 2001, P.115) 1.4.5.

VATIMETROS Las conexiones necesarias para determinar las pérdidas de carga y el voltaje de impedancia de un transformador monofásico se muestran en la Fig. 26. Esta se aplica cuando no se necesitan transformadores de medida, de ser necesarios se debe usar la configuración descrita en la sección. (Guru.B, 2003,P.6).

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2. CONCLUSIÓN:  Se presenta un circuito elevador de tensión que permite el uso de capacitores de baja tensión que puede implementarse con tecnología Cmos N-Well estándar. El uso de un clock único permite optimizar la operación y simplifica el diseño.

3. BIBLIOGRAFIA  JOSÉ LUIS BONIFAZ. “Distribución Eléctrica en el Perú: Regulación y Eficiencia”. Perú2001. Edit. Consorcio de Investigación Económica Social de la Universidad del Pacífico.  ING. HUGO GRAZZINI – “Mediciones electrónicas” –Editorial Scarza, 2006  JOHN FLUKE. Metrology solutions. Fluke. (1989). John Fluke Mfg. Co. Inc.  ENRIQUE RAS OLIVA. Transformadores de potencia, de medida y de protección / Barcelona [etc.] Marcombo-Boixareu, 1994. 

G. Swift, T. S. Molinski, y W. Lehn, «IEEE Transactions on Power Delivery», A Fundamental Approach to Transformer Thermal Modeling - Part I: Theory and Equivalent Circuit, vol. 16 NO. 2, p. 2001.

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 Dickson, John F.; "On chip High-Voltage Generation in NMOS Integrated Circuits Using an Improved Voltage Multiplier technique"; IEEE Journal of solid-state circuits; vol SC-11; No 3; June 1976  ARTECHE, “Manual de Transformadores de Intensidad”, 2007  MOELLER-WERR. Electrotecnia General y Aplicada / Barcelona [etc]: Editorial Labor, 1972.  B. S. Guru y H. R. Hiziroğlu: “Máquinas Eléctricas y Transformadores” Editorial Oxford University Press, 2003.

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