Subestaciones transformadoras
Según la construcción, las S/E
pueden ser:
• Tipo intemperie
• Tipo interior
• Tipo blindada
Tipos de refrigeración transformadores
Tipos de refrigeración transformadores
Tipos de refrigeración transformadores
Transformador en resina
Transformador con estanque de expansión
Transformador hermético, sin estanque
Conexiones de los
transformadores
•
•
•
•
•
•
Estrella - estrella
Estrella - estrella - delta
Delta - delta
Delta - estrella
Estrella - delta
Otras conexiones
Estrella - estrella
• Aislación y cobre mínimos
• Adecuado para corrientes de carga bajas y
voltaje alto
• Neutros inestables si están flotantes
• Esfuerzos dieléctricos internos mínimos
debido a la alta capacitancia entre espiras
(Se traduce en aislación mínima)
Estrella - estrella - delta
( ó estrella - delta - estrella )
• El terciario en delta proporciona un camino
cerrado para terceros armónicos de corriente
magnetizante
• El terciario puede utilizarse para alimentar
servicios auxiliares pero, en caso de cortocircuito,
las corrientes son elevadas
• El tamaño y costo del transformador, aumentan.
Delta - delta
• No es muy usada
• Permite delta abierta
• No hay neutros naturales, requiriéndose un
banco de tierra, lo cual encarece el sistema
Delta -Estrella
• Se utiliza en conexiones elevadoras ó
reductoras
• Al aterrizar el neutro secundario, se aíslan
corrientes de tierra de secuencia cero
• Se eliminan voltajes de tercer armónico,
pues la corriente magnetizante de tercer
armónico se queda circulando dentro de la
delta
Ejemplo
Se tiene tres transformadores monofásicos, de las siguientes
características:
T1: 30 kVA, 2300/127 V, 50 Hz
T2: 50 kVA, 23000/127 V, 50 Hz
T3: 20 kVA, 23000/127 V, 50 Hz
se conectan en delta - estrella
a) ¿Cuál es la potencia del banco?
b) ¿Cuál es la relación de transformación del banco?
c) ¿Cuáles son las tensiones primaria y secundaria?
Estrella - delta
• Se utiliza en conexiones reductoras o
elevadoras
• El secundario no se puede conectar a tierra
• Se eliminan voltajes de tercer armónico
porque en el secundario se “cortocircuitan”
Zig - zag
• Suele utilizarse como estrella zig-zag
• Permite anular tensiones de tercer armónico
entre fase y neutro del secundario
• Se utiliza para disponer de un punto a tierra
en conjunto con transformadores en delta,
permitiendo energizar protecciones de tierra
Grupos de conexión según VDE
Grupos de conexión más comunes
Tensiones en transformadores de distribución
(Normas alemanas)
Índices de protección (IP)
Capacidad de sobrecarga en S/E
Inrush
• Para especificar protecciones, es importante
conocer el “punto Inrush”, que está
determinado por la corriente de Inrush, o de
conexión, del transformador.
• Este punto es variable dependiendo del
fenómeno del Inrush.
Múltiplos corriente de magnetización
Caídas de tensión internas, en S/E
Selección de S/E de distribución
Se requiere, al menos, los siguientes datos
característicos:
• Potencia nominal
• Relación de transformación nominal y
tensiones de entrada y salida
• Tensión nominal de cortocircuito
• Pérdidas internas (vacío y cortocircuito)
• Rendimiento
Ejemplo
Calcular el rendimiento de un transformador
a plena carga, con los siguientes datos:
SN = 500 kVA, P0 = 1.1 kW, PCu = 5.5 kW
cos  = 0.8, fc = 1.0
( Solución: 98.36% )
Dimensiones máximas de las S/E de distribución
(DIN)
S/E refrigerada por aceite, para uso en interior
Transformador autorefrigerado
Transformador de resina en gaveta
Circulación aire, transformador resina colada.
Ejemplo instalación interior
Dimensionamiento entrada de aire
Ejemplo
Determinar,para los datos siguientes, el tamaño de las
aberturas de entrada y salida de aire, cubiertas con rejilla
sencilla.
Datos:
Altura desde el suelo de la estación, hasta el centro de la
abertura de salida del aire, 3100 mm
Transformador de 400 kVA
Altura desde el piso del transformador hasta el centro de éste,
600 mm
Ensayos de interés en los transformadores (En fábrica, con presencia del
cliente si es necesario. Para transformadores de distribución algunas
pueden ser optativas) )
1) Inspección visual
2) Verificar rigidez dieléctrica y acidez del aceite aislante
**3) Resistencia de aislamiento
4) Inspección de circuitos de control y protección (Transf. de potencia)
5) Relación de transformación
6) Polaridad
**7) Potencial aplicado (Transf. potencia)
**8) Potencial inducido (Transf. de potencia)
9) % de corriente de excitación, y pérdidas magnéticas
10) Pérdidas del cobre y % de impedancia
11) Temperatura
12) Impulso (Transf. de potencia)
13) Ruido (opcional)
14) Descargas parciales (opcional)
15) Inspección previa al embarque (Si corresponde)
Protección de transformadores
(Instalaciones de mas de 600 Volt)
Las S/E industriales, en general, ocupan protección de
sobrecorriente:
Aspecto reconectador (o restaurador)
Cuchilla desconectadora
Corrientes de cortocircuito
Límites de protección NEC
Curva ANSI (ó “de daño” )
• Representa la máxima capacidad que puede
soportar un transformador sin dañarse,
cuando es sometido a esfuerzos mecánicos
y térmicos causados por un cortocircuito
• Para calcular esta curva, se requiere
clasificar a los transformadores en
categorías
Categorías de transformadores
Formas de curvas ANSI
Puntos de curvas ANSI
Ejemplo
Tabla de sobrecargas admisibles en S/E (DIN)
Gráficas de sobrecarga para transformadores
secos (DIN)
Rigidez dieléctrica
Es el máximo gradiente de potencial que
puede resistir un aislante sin producirse una
descarga disruptiva
Prácticamente, se obtiene dividiendo la
tensión disruptiva por el espesor del
material aislante
Construcción bobinas AT en transformador de
resina
Ventiladores en transformadores de resina
Intensidad de corrientes de rayos, en
líneas de transmisión
Tipos de onda de impulso
Nivel de aislamiento
Fija la resistencia del aislamiento que debe
tener un equipo eléctrico, para soportar
sobretensiones.
Las sobretensiones pueden ser:
1) Externas (descargas atmosféricas)
2) Internas (maniobras de interruptores)
Impulsos de tensión en los
transformadores
Cuando los transformadores convencionales
reciben un impacto de tensión entre sus
bornes, ésta no se reparte uniformemente
entre sus devanados y espiras.
Nivel básico de impulso (BIL)
• El nivel de aislamiento de una S/E se fija en
función del voltaje nominal de operación,
de las normas que correspondan, y de los
niveles de sobretensiones existentes en el
sistema.
• A esto se conoce como nivel básico de
impulso (NBI, o BIL), y se expresa en kV
Los autotransformadores...
• Se utilizan como medio de empalme entre
dos líneas, normalmente, cuando la razón de
transformación es inferior a dos
• Su costo es inferior al de un transformador
• Su tamaño es inferior también
El cálculo en tanto por
unidad
Un ejemplo de °/1:
Se tiene una S/E de 500 kVA cuyas pérdidas
en cortocircuito son de 5.5 kW.
La tensión nominal de cortocircuito es 4%.
La carga es de 400 kVA.
Se solicita calcular la caída de tensión
óhmica, la tensión de dispersión y la tensión
de cortocircuito correspondientes a la carga
actual
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
(Es muy semejante a hablar en %)
• Ventajas:
• Las magnitudes tienen un valor mas general
• La razón de transformación de los transformadores, no se
involucra en los cálculos
• Bajo condiciones nominales, un solo valor en °/1 puede
representar potencia, impedancia, o voltaje
• Los cálculos suelen simplificarse
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Se expresan en °/1:
•
•
•
•
•
Potencias complejas, aparentes, activas y reactivas
Voltajes
Corrientes
Impedancias
Admitancias
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Para expresar en °/1, se requiere magnitudes que
se toman como referencia, llamadas valores “base”
• Un conjunto de magnitudes de referencia puede
obtenerse a partir de una potencia aparente base, y
un voltaje base: Sb y Vb
• En un sistema completo, suele tomarse como
valores base a la potencia aparente nominal y el
voltaje nominal (ambos, por fase), del
componente de mayor potencia del sistema
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
Sb y Vb pueden ser cualquier par de valores
que deben mantenerse.
• Cuando Sb y Vb corresponden con los valores
nominales de algún componente del sistema,
se dice que son la base propia del componente
• Las magnitudes que se expresan en °/1, son
adimensionales
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
•
•
•
•
•
•
•
Sean S (VA), P(Watt), Q(Var), V(Volt), I(A), Z(Ώ
), Y(S) magnitudes de cualquier componente del
sistema, a expresar en °/1. Sus respectivos valores
en °/1 serán:
S°/1 = S (VA) / Sb,
P°/1 = P(Watt) / Sb,
Q°/1 = Q(Var) / Sb
V°/1 = V(Volt ) / Vb , I°/1 = I(A) / Ib
I °/1 = I(A) / Ib(A)
Z°/1 = Z( Ω) / Zb
Y°/1 = Y(S) / Yb
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
Por ejemplo, si en un sistema la base de voltaje escogida es de
15 kV, entonces otros voltajes del sistema tales como 14.8
kV, 15 kV y 15.6 kV, expresados en °/1 se transforman
según muestra la tabla siguiente:
V o lta je (k V )
V a lo r e n °/1
1 4 .8
0 .9 9
15
1 .0 0
1 5 .6
1 .0 4
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
En sistemas trifásicos, o monofásicos, la
potencia aparente base, es por fase, la
corriente base, es la de línea, y el voltaje
base es de fase a neutro. Las siguientes
fórmulas se aplican:
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Siendo Sb(VA) y Vb(Volt), los valores de
referencia escogidos, o valores base, entonces,
los otros valores base ( o de referencia ) se
obtienen así:
• Ib = Sb /Vb (A)
• Zb = Vb/Ib = (Vb)2 / Sb (Ώ)
• Yb = 1/ Zb (S)
Se han definido en total, cinco valores base
¿Es lo mismo trabajar en °/1 que
en %?
• Hay una pequeña diferencia….: uno
de ellos requiere un cálculo extra, que
alarga la operatoria…, es el %.
Ejemplo:
Sean:
kVA base trifásicos = 30 000 kVA
kV base entre líneas = 120 kV
Calcular las magnitudes, en °/1, de los
siguientes valores en un sistema
balanceado:
- 108 kV entre líneas
- 18 000 kW trifásicos
Cambio de base de cantidades en °/1
En algunos casos, la impedancia en °/1 de
un componente del sistema, se expresa
sobre una base diferente de la seleccionada
en el lugar donde se localiza tal
componente. Por esto, es necesario poder
disponer de un sistema para el cambio de
bases
Ejemplo:
La reactancia subtransitoria de un generador
de 18 kV, 500MVA tiene el valor 0.25°/1
sobre la base propia.
Hallar el valor en °/1 de esta reactancia, sobre
la base de 20 kV y 100 MVA.
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