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Transformadores de Distribución Andrés Granero

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DEFINICIONES

Qué es el transformador

Según la Comisión Electrotécnica Internacional, CEI, eltransformador es una máquina estática con dos o másarrollamientos que, por inducción electromagnética,transforma un sistema de tensión y corriente alternas, enotro sistema de tensión y corriente normalmente diferentesy con la misma frecuencia, con el fin de transmitir energíaeléctrica. (CEI 76 -1,3. 1. 1)

Función del transformador

El transformador es el elemento indispensable para que latransmisión de la energía eléctrica, desde el lugar de sugeneración hasta el punto de su utilización, puedarealizarse de forma fiable y económica.El transformador es una máquina eléctrica que permite laconexión del circuito del generador a la línea detransmisión transformando la tensión del circuito del querecibe energía al de la tensión del circuito que la transmite.La tensión de éste último es, salvo excepciones, de unamagnitud superior a la del circuito de la generación paraconseguir así una transmisión más eficaz y económica.La determinación del voltaje de los sistemas detransmisión se hace en función de la cantidad de energía atransmitir y de la distancia a la que tiene que transportarse.Cuando la línea de transmisión llega a un punto debifurcación de destinos, generalmente, al disminuir lacantidad de energía de cada uno de los circuitos, se reducela tensión y lo mismo ocurre en bifurcaciones sucesivashasta llegar al último escalón: la distribución al usuariodoméstico o industrial.Cada escalón de tensión, necesita un transformador paraelevarla o reducirla. El transformador, por medio de lainducción electromagnética, realiza este cambio detensión.

Descripción

En forma abreviada podríamos describir al transformadordividido en dos partes fundamentales:

Parte activa.- Es en donde se producen los fenómenoselectromagnéticos. Dependiendo de su aislamiento yrefrigeración podemos dividir a los transformadores en:

transformadores sumergidos en los cuales sus partesactivas están sumergidas en un dieléctrico líquido, almismo tiempo estos fluidos son caloportadores, es decir,que evacuan al exterior las calorías generadas por laspérdidas del transformador.

transformadores secos en los cuales los arrollamientos

pueden estar barnizados, impregnados en pintura aislantee ignifugante o encapsulados y moldeados en un aislanteapropiado (resinas epoxi, alhúmina trihidratada, etc.) dondela refrigeración se realiza por el aire circundante.

Cuba y accesorios (transformadores sumergidos).- En lacuba se contiene la parte activa y el aceite mineral aislanteu otro dieléctrico líquido. Los extremos de losarrollamientos salen al exterior de la cuba por medio deaisladores pasatapas, también llamados bornas.Las paredes de la cuba, suelen ser onduladas formandolas aletas del equipo de refrigeración (transformadores dellenado integral), o bien en ellas se encuentran adosadoslos radiadores en los transformadores de mayor potencia.

En la tapa están situados los accesorios de control yprotección, como termómetro, termostato relé de presión,DGPT2, etc.En la cuba están también situados los ganchos para laelevación del transformador y en su fondo las ruedas parasu desplazamiento.

La parte activa de los transformadores consta de los

siguientes elementos:

- Un circuito magnético cerrado (CM):

Por el que circula el flujo magnético inducido por elarrollamiento primario, y que, a su vez, induce la nuevatensión en el arrollamiento secundario y de ahí al circuitoque demanda la energía o secundario.

Está formado por chapas magnéticas de cristal orientado,laminadas en frío y aisladas sobre las dos caras, suconstrucción debe ser tal que las pérdidas por histéresis ycorrientes de Foucault sean reducidas al mínimo lo que seconsigue utilizando un acero dulce especial conteniendo un3,15 % de sílice, con ello se obtiene una curva dehistéresis estrecha y resistivilidad elevada.

- Arrollamiento primario :

Es el conjunto de espiras de cobre o aluminio, arrolladasalrededor del circuito magnético que crean en él el flujoanteriormente mencionado, por él circula la corriente quedemanda la carga en el secundario. Su número de espiraslo denominamos N1 y su tensión es U1. EL número deespiras puede ser variable en función de la tensión dealimentación. Esto es posible gracias a un Cambiador detomas que puede ser de funcionamiento en carga o envacío y sin tensión en el transformador, este segundo esel normalmente utilizado en transformadores dedistribución.

- Arrollamiento secundario :

Es otro arrollamiento, de N2 espiras, concéntrico oalternado con el primario, y en el que se induce una tensióncuyo valor U2 es igual a la tensión del primario multiplicadapor el cociente N2/N1.

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

Son aquellos que realizan, generalmente, el último escalónde reducción a la tensión del usuario.Normalmente el aislamiento de su parte activa se realizapor medio de un líquido dieléctrico, principalmente aceitemineral.En los lugares en que el riesgo de incendio es elevado seutiliza transformadores con líquidos dieléctricos tales como

los aceites de silicona cuyo punto de inflamación seencuentra alrededor de los 320 ºC, o mejor lostransformadores sin líquido dieléctrico por cuyo motivo sedenominan transformadores secos.

Los transformadores de distribución son los de uso máscorriente y su tensión primaria no supera los 36kV.La tensión secundaria, la utilizada por el usuario, ha detener un valor que no suponga riesgo para las personas.Esta tensión, en la Unión Europea, es de 420/242 voltiosen vacío. El valor nominal en carga suele ser de 400/231V. Los transformadores de esta tensión secundaria suelendenominarse de Clase B2.En algunos lugares de España aún se mantiene la tensiónde 220/127 V, aunque tiende a desaparecer. Lostransformadores de esta tensión secundaria se suelen




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denominar de Clase B1. En las áreas en que se va aefectuar el cambio de tensión de la Clase B1 a la Clase B2se utilizan transformadores que puedan suministrar ambastensiones y por ese motivo se designan transformadoresde Clase BlB2. Este aumento, a que se tiende desde hace unos años, seproduce por el aumento del consumo y exige que, sinriesgo para las personas, se pueda suministrar la corriente

eléctrica en mayor cuantía y con costes menores. Almismo tiempo, los elementos aislantes de los aparatos quese utilizan, tanto en el uso doméstico como en el industrial,ha mejorado considerablemente y los elementos deprotección son de total garantía de seguridad.Se consideran Transformadores de Distribución los delas siguientes características:

Relación de transformación:

≤≤≤≤ 36/0,42,0,24

Potencia máxima según Norma UNE 21428, 2500 kVA ypotencias normalizadas:

25, 50, 63, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 kVA

(Los valores en negrita son preferentes)

Potencia máxima según Norma UNE 21538, 2500 kVA ypotencias normalizadas:

100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 kVA

(Los valores en negrita son preferentes)

(Los transformadores de la Clase B1B2 sólo estánnormalizados para las potencias de 160, 250, 400 y 630kVA (con coeficiente K de simultaneidad = 0.75) y 1000

kVA con K = 0.75 ó K = 1).

Sistemas de aislamiento: Técnicas actuales

En los transformadores en aceite se utilizan actualmentedos sistemas - Transformadores que respiran -Transformadores herméticos

En el transformador el paso de la corriente eléctricaproduce un aumento de la temperatura de losarrollamientos, por efecto Joule, que se comunica al líquidoaislante y, por consiguiente, éste ultimo se dilata.

Transformadores que respiran

Esta dilatación se hace en un depósito de expansión

llamado conservador pudiendo estar en contacto directocon el aire ambiente o bien protegido por un depositoconteniendo una sal higroscópica (silicagel). Este sistemano se utiliza, generalmente, en transformadores depotencia inferior a 1250 kVA.

Transformadores herméticos

En los transformadores de distribución cada vez son másempleados los transformadores herméticos. la norma UNE21428 prohíbe la utilización de transformadores condeposito conservador en potencias inferiores a 1250 kVA).En los transformadores herméticos la cantidad de líquidodieléctrico es reducida y la técnica que impide el contactodirecto con el aire es de dos tipos:

a) La dilatación del dieléctrico es absorbida por un colchónde gas inerte situado entre la superficie del líquido y la tapadel transformador. Esto exige que haya que dimensionarlas conexiones eléctricas más ampliamente que en el casoanterior.

Por otra parte hay que cuidar la situación del equipo derefrigeración teniendo muy en cuenta las temperaturas que

determinan el nivel mínimo del dieléctrico.

b) La supresión del colchón de gas permite eliminar esosinconvenientes. Para ello es necesario que el mayorvolumen del dieléctrico sea absorbido por la deformacióndel sistema de refrigeración que generalmente forma partede la cuba. Estos transformadores se denominan de"llenado total o integral'. Además de las ventajasmencionadas anteriormente, en ellos el mantenimiento sereduce al mínimo.

Este sistema está especialmente recomendado para lostransformadores con algunos dieléctricos sintéticos de altopunto de combustión, muy higroscópicos, como es el casode la silicona.

Los transformadores sumergidos presentan riesgosde incendio y polución.

Un defecto interno puede provocar una sobrepresióncapaz de deformar la cuba y dar lugar al vertido deldieléctrico líquido y, según las circunstancias, a suinflamación o explosión.

Las fugas del dieléctrico líquido pueden también sermotivadas por envejecimiento, deterioro o defecto de las

juntas de estanqueidad de la cuba, aisladores ocanalizaciones; los dieléctricos líquidos dispersosocasionan la polución de la capa freática, en caso deincendio o pirólisis, los gases producidos más o menostóxicos generan humos opacos que dificultan lasintervenciones de evacuación de personas en edificios y

lugares de pública concurrencia.

Este es el motivo por el cual la reglamentación de losdistintos países de la comunidad europea limita el uso delos transformadores sumergidos, prescribiendo lasmedidas de protección que deberán observarse según lanaturaleza, punto de inflamación y poder calorífico deldieléctrico líquido utilizado.

Al margen de las limitaciones impuestas por la utilizaciónde transformadores con PCB, los dieléctricos líquidosutilizados actualmente son de manera general el aceitemineral y en aplicaciones particulares los de silicona. Estosdieléctricos están clasificados como se indica en la tabla II,donde se describen además las medidas de protección quedeben tomarse contra el riesgo de incendio.

La mayoría de los países europeos han prohibido lainstalación de transformadores sumergidos:

En inmuebles de gran alturaEn locales de pública concurrenciaDepuradoras de agua

Los transformadores secos encapsulados presentanlas ventajas siguientes con relación a los transformadoressumergidos:

No desprenden productos polucionantes o tóxicosNo presentan riesgos de fuga o polución fríaNo producen riesgos de incendio o polución calienteSe autoextinguen rápidamente





No necesitan medidas de protección particularesSu instalación es posible en todos los localesMantenimiento muy reducido

La utilización de los transformadores secos encapsuladossólo precisa controlar la temperatura de sus arrollamientos,control que puede efectuarse con la ayuda de sondas PT100 ó PTC asociadas a indicadores de temperatura o con

convertidores electrónicos respectivamente.

Los transformadores secos encapsulados se identifican enfunción de su resistencia a la humedad, condensación,polución, temperatura ambiente y comportamiento al fuego.

desde el punto de vista de la humedad, condensación ypolución, se definen tres clases de entornos diferentespara su instalación:

E0: condiciones normales, ninguna condensación y escasapoluciónE1: posible condensación y polución limitadaE2: condensación frecuente y polución elevada

desde el punto de vista de la temperatura ambiente, dos

clases son tomadas en consideración:C1: instalaciones con temperatura ambiente comprendidasentre – 5 y + 40 ºCC2: instalaciones con temperatura ambiente comprendidasentre – 25 y + 40 ºC

desde el punto de vista del comportamiento al fuego,están definidas tres clases:

F0: salas sin riesgo de incendioF1: el transformador puede estar sometido al riesgo deincendio; su autoextinción debe producirse en un periodode tiempo específico, la emisión de humos opacos yproductos tóxicos debe ser muy reducida. Los materiales yproductos de combustión no deben contener halógenos.F2: el transformador debe poder funcionar durante un

tiempo definido por el fabricante y comprador frente a unfuego externo. No existe un ensayo normalizado para estaclase por lo que se exigirá para este caso la aplicación dela clase F1

Si el precio de un transformador seco encapsulado essuperior al equivalente de un transformador sumergido, laevaluación económica debe tener en cuenta los costes deinstalación resultantes de las medidas de protección contraincendios para los transformadores sumergidos. Dichavaloración demuestra que el transformador secoencapsulado puede representar un ahorro económico del10 %. Actualmente, un tercio de los transformadores dedistribución instalados de potencia hasta 2.500 kVA sontransformadores secos encapsulados. En la práctica, lostransformadores secos encapsulados sólo se fabrican para

tensiones de aislamiento inferiores o iguales a 36 kV.

NORMAS, SISTEMAS DE ASEGURAMIENTO DECALIDAD Y ENSAYOS

La fiabilidad del transformador, tanto para asegurar elsuministro de energía eléctrica, como para garantizar laseguridad de las personas que trabajan en su entorno,hace necesario:

1) El establecimiento de unas Normas que determinen lascaracterísticas que, a estos efectos, tienen que cumplir lostransformadores y los ensayos que las verifiquen.

2) La implantación de un Sistema de Aseguramiento de laCalidad, que no se limite a la verificación, sino queestablezca los criterios de gestión y los procedimientos yprocesos que garanticen la entrega de productos yservicios libres de defectos, aplicado desde la fase dediseño y desarrollo hasta el servicio post-venta, incluyendoen esta sistemática a los proveedores y, al mismo tiempola continuidad y homogeneidad de las características de

los componentes del producto, los procedimientos defabricación ensayo etc., y su mejora continua, de maneraque la Calidad del producto y su fiabilidad esténplenamente garantizados.

Se utiliza la normativa ISO 9000

Normas de transformadores

- Las Normas de los transformadores de potencia tienenelevados niveles de exigencia en su concepto y aplicación,excediendo el concepto tradicional de definición de laterminología, normalización de sus potencias, pérdidas,impedancias, dimensiones etc.

1º) En España el Reglamento de Alta Tensión indicaexplícitamente que los transformadores han de cumplir laNorma UNE EN 60 076 (CEI 76) y UNE 20 178 (CEI 726)los de distribución MT/BT hasta 2.500 kVA las normasUNE 21428 para los transformadores sumergidos y la UNE21 538 para los secos, así como otras normas eléctricasparticulares, las Compañías eléctricas adoptannormalmente sus propias normas internas.

- Por otra parte el CENELEC, Organismo Europeo deNormalización Eléctrica, que agrupa a fabricantes yusuarios, "Tiene la responsabilidad institucional (Directiva83/189/EC) de proponer, adoptar y editar las normaselectrotécnicas europeas para productos y servicios que seobtienen en el mercado europeo, y tiene a su disposicióntodos los procedimientos adecuados y experimentadospara la adopción de estas normas europeas (EN), para laedición de informes técnicos y para la rápida publicación delas prenormas europeas (ENV), de obligada transposicióna las normas de los distintos países de la U. E.

- En el caso de los transformadores, podríamos definir susNormas como:

“Documentos establecidos por acuerdos comunes yaprobados por un organismo reconocido, que determina lascaracterísticas que los transformadores han de cumplir,para que en las condiciones de funcionamiento que seestablecen y que están basadas en los conocimientostécnicos y científicos del momento se asegure la fiabilidadde los mismos.”

2º) Definen las características de los transformadores y susvalores nominales, así como los límites que han de cumpliréstos para que en su servicio normal puedan asegurar unservicio fiable durante su vida útil

Teniendo en cuenta condiciones excepcionales quepueden presentarse, definen las sobrecargas que puedenadmitir y su duración etc.

3º) Determinan:

3.1) Los ensayos individuales o de rutina , ensayos demedida y ensayos dieléctricos, a que han de ser sometidospara que pueda garantizarse que los transformadores





cumplen las características especificadas por las Normas yel Cliente.

3.2) Los ensayos de tipo que se realizan en untransformador de la serie, a petición del cliente, paraverificar que los transformadores pueden soportar:

- las anomalías que se originen durante su funcionamiento,

debidas a las averías en el sistema eléctrico, maniobras dedesconexión, o las producidas, directamente o de formainducida, por descargas atmosféricas - el nivel de ruido - el calentamiento del transformador - resistencia a la presión y al vacío

3.3) Los ensayos especiales que se realizan en uno ovarios transformadores prototipos, para verificar que eltransformador puede soportar condiciones anómalas comoun cortocircuito franco en bornas del transformador. Estosensayos están destinados a la homologación de lostransformadores de la serie pues la existencia de unPrograma de Aseguramiento de la Calidad garantiza laaplicación de los principios de diseño y fabricación a todala serie.

Todos estos ensayos son función de las características delos sistemas a que los transformadores van conectados yde las protecciones que deben tener, para que losesfuerzos transitorios anómalos no sobrepasen los límitesde las normas y, así, aseguren que el transformador que pase los ensayos exigidos por las Normas sale de fábrica sin defecto y puede tener un funcionamiento fiable,aun en esas condiciones adversas.

Las Normas pueden ser nacionales (UNE), (CENELEC) ointernacionales (CEI).

ESPECIFICACIÓN DEL CLIENTE

El cliente, que es quien conoce bien su sistema, solicita eltransformador por medio de la denominada Especificaciónde Pedido. En ella indica las características que debecumplir el transformador, las Normas, los ensayosespeciales que desea que sean realizados en eltransformador y debe indicar así mismo las condiciones defuncionamiento y de instalación en el caso de que éstas nosean las que indican las Normas. Caso contrario sesupone que se trata de las condiciones normales.

FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES

Condiciones normales

La norma CEI-76-1 (1.2. 1) considera como condiciones deambiente normales:

Altitud ≤ 1000 m

Temperatura del ambiente –25ºC ≤ Ta ≤ 40ºC

Esfuerzos en el transformador

Aunque el transformador es una máquina estática, pues notiene partes en movimiento, (únicamente en el caso de lostransformadores con Cambiador de Tomas en Carga, éstosúltimos se mueven para hacer el cambio de tomas pero eltransformador permanece estático) está, sin embargo,sometido a esfuerzos eléctricos, mecánicos, térmicos yquímicos, que pueden ser los del funcionamiento normal oel que se produce en circunstancias anormales, y quesuelen ser de carácter transitorio. El transformador tieneque de ser fiable en todas estas circunstancias siempre

que no sobrepasen las que pueden preverse, y que

recogen las Normas o la Especificación del Cliente, y sumantenimiento sea el adecuado.Vamos a describir brevemente el funcionamiento deltransformador tanto en condiciones normales como encondiciones anormales

Condiciones de funcionamiento normales.

La vida del transformador está basada, fundamentalmente,en las condiciones en que se encuentre su aislamiento. Latensión eléctrica que tienen los arrollamientos crean uncampo eléctrico que establece importantes diferencias depotencial en el interior de los arrollamientos, entre éstos,así como entre los arrollamientos y los elementosmetálicos del transformador. Así mismo la concentracióndel campo no es uniforme y en algunos puntos su nivel deionización puede ser elevado.El estado del aislamiento puede verse alterado por laentrada de humedad o impurezas. El aislamiento es elcomponente, o elemento, que permite que la corrientecircule por los conductores y no se produzcan arcos

eléctricos en el interior del transformador con laconsiguiente avería, o destrozo, del mismo, además delcorte de suministro al cliente. Así pues, repetimos, el buenestado del aislamiento es la garantía de la fiabilidad deltransformador.

Calentamiento o esfuerzos térmicos

Ya hemos mencionado que el paso de la corriente eléctricapor los arrollamientos produce en éstos un aumento detemperatura. Este aumento de la temperatura de losarrollamientos se transmite a los aislantes deltransformador, principalmente al de los conductores de lasbobinas. Y es función de la temperatura que alcance elaislamiento, basta que sea en un punto o zona (Puntocaliente), la degradación del aislamiento y por consiguiente

la vida útil del transformador disminuye.Así mismo su buen estado es garantía de quetransformador mantenga su resistencia mecánica y puedasoportar los esfuerzos de cortocircuito.Esto hace que para el paso permanente de la intensidadnominal las Normas limiten el calentamiento de losarrollamiento sobre la temperatura ambiente y esecalentamiento es el adecuado siempre que las condicionesnormales sean las mencionadas anteriormente

- Las normas CEI, las normas CENELEC y lasnormas UNE admiten:

Calentamiento medio en los devanados de 65ºC paratransformadores sumergidos y de 100 ºC para los secoscon una temperatura ambiente media anual de 20ºC y la

media del mes más caliente de 30ºC, siendo latemperatura máxima permitida de 40 ºC, con estosvalores debe hacerse el diseño del transformador.

El calentamiento del aceite, en su parte superior, es de60ºC

- Si las condiciones ambientales sobrepasan losvalores anteriores, el cliente debe indicarloclaramente en su Especificación, y loscalentamientos deben reducirse en la mismacuantía en que es excedida por el ambiente.

- La temperatura media en los devanados entransformadores sumergidos no debe sobrepasar 65+ 40 =105ºC y en los secos 100 + 40 = 140 ºC, en





consecuencia, esos cambios han de tenerse encuenta en el diseño del transformador.

- Con estos calentamientos, y si no hay abundantesincidencias graves, se puede esperar que eltransformador tenga una vida útil de 20 a 25 años,tiempo verificado por numerosos ensayos de

envejecimiento acelerado y admitidointernacionalmente.

- La comprobación de estos valores se hace pormedio del ensayo de calentamiento (UNE EN 60076 -.2. y CEI 76-2)

Hemos mencionado que estos calentamientos son el limiteadmisible manteniéndose permanentemente la intensidadnominal, y la temperatura ambiente normal. Pero estascondiciones es obvio que no se dan, la temperaturaambiente varía como también varía la carga deltransformador, con lo cual tenemos un importante ahorrode vida que permite que el transformador pueda soportarsobrecargas de determinada duración lo cual permiteimportantes ahorros en la compra de equipos, si lassobrecargas son recurrentes y conocidas (v. gr.

transformadores de tracción), o salir al paso de situacionesde emergencia.

Para determinar estas sobrecargas y su duración sinpérdida de vida, o muy reducida se han establecido lasGuías de Carga: CEI 354 (1991), UNE 20110 paratransformadores sumergidos y CEI 905, UNE 20182 paratransformadores secos, entre otras.

Esfuerzos eléctricos o mecánicos en condicionesnormales

Los esfuerzos anteriores no son relevantes en unfuncionamiento normal y sólo pueden ser dañinos para eltransformador si el mantenimiento del mismo esdefectuoso y la humedad ambiente ha dañado el

aislamiento o si el transformador ha sufrido esfuerzostérmicos, mecánicos o eléctricos importantes encondiciones anormales que estudiaremos a continuación.

ANOMALÍAS EN EL SISTEMA

El sistema y sus componentes deben ser capaces desoportar las condiciones anormales como:

-Cortocircuitos

-Sobretensiones

-Sobrecargas (de las que ya hemos hablado)

CORTOCIRCUITOS

Los cortocircuitos son, normalmente, una falta de fase atierra, un cortocircuito entre dos fases con o sin una falta atierra simultánea, o un cortocircuito trifásico con o sin faltaa tierra simultáneaLas corrientes de falta pueden originar:

- Esfuerzos mecánicos y térmicos- Gradientes de tensión anormales en la superficie

del suelo.- Sobretensiones.

Los esfuerzos mecánicos son especialmente pronunciadosen equipos que, como los transformadores, acaparan unaalta densidad de potencia.

En los transformadores son proporcionales al cuadrado dela intensidad de la corriente. Es, por consiguiente esencialuna limitación de la corriente de falta. Por ejemplo, unareducción al 70% reduce las fuerzas a la mitad.Así mismo es de vital importancia la duración de la falta,tanto en los esfuerzos térmicos como mecánicos.El calor generado por la corriente de falta afecta a losconductores y sus soportes térmicamente.

El transformador está diseñado y construido para soportarestos esfuerzos producidos por las corrientes y su duracióndeterminados por las normas CEI 76-5(1976),A1 (1979);HD 398.45 SI (80); UNE 20101-5 (82).Los ensayos de cortocircuito son muy costosos y no sepueden hacer sino en un número limitado de laboratorios.Por consiguiente sólo suelen hacerse para la homologaciónde una serie o de un tipo de transformador muynormalizado y por tanto muy repetido. Los resultadosobtenidos de esos ensayos se pueden extrapolar y aplicara transformadores de características similares. Losmedios de que hoy se dispone para el control de losensayos y los medios de cálculo permiten transponerfácilmente las conclusiones. Un Sistema deAseguramiento de Calidad garantiza la fiabilidad de los

transformadores diseñados y construidos en función de losresultados de los ensayos de los "prototipos"Esto es especialmente cierto en el caso de lostransformadores de distribución en los que la semejanzadel diseño y la uniformidad de los medios de fabricación estotal.

SOBRETENSIONESLas sobretensiones que aparecen en un sistema eléctricopodemos dividirlas en tres categorías:

- Sobretensiones de frecuencia normal por defectosen el sistema.

- Transitorias de ondas de maniobra- Transitorias de descargas atmosféricas.

Estas sobretensiones definen el nivel de aislamiento delsistema y del transformador y de este último se derivan losensayos dieléctricos.

- Sobretensiones de frecuencia normal pordefectos en el sistema.

Las causas fundamentales de estas sobretensiones son:

a) Falta a tierra monofásica sostenidab) Retirada súbita de la carga ( en un generador)c) "Efecto Ferranti"

En estos casos se deben tomar medidas activas para sureducción en magnitud y en tiempo.

a) Falta monofásica a tierra

En una falta monofásica a tierra, en el lugar próximo a lafalta, el suelo alcanzará una tensión igual al producto de lacorriente de falta por la impedancia homopolar del sistemaen el lugar de la falta. Las dos fases sin defectoalcanzarán una tensión a tierra mayor del 1,0 p.u. Para unsistema con impedancia homopolar infinita la tensión seráde 1,732 p.u. En los sistemas de A.T y M.A.T. (UHV), esdecir sistemas de más de 220 kV, el neutro estásólidamente puesto atierra y se tienen sobretensionescomparativamente más bajas. Son siempre menores de1,4 y normalmente no mayores de 1,2 -1,3 p.u.

b) Retirada súbita de la carga (en un generador)





Una retirada brusca de la carga de un generador suponeen él un súbito aumento de la tensión y la tendencia alaumento de la frecuencia. Este último depende de la masaen movimiento relativa. En un generador de vapor con unamasa relativamente pequeña en un segundo puedealcanzar una sobrevelocidad del 10%. En un generadorhidráulico la masa relativa es mayor y no tiende a una

sobrevelocidad tan rápida.La sobretensión será proporcional a la magnetización y a lasobrevelocidad adquirida. Pueden alcanzarsesobretensiones del orden del 30 al 40 %.

c) "Efecto Ferranti"

El efecto Ferranti es el aumento de tensión originado a lolargo de una línea en vacío. Es función de la distancia y dela frecuencia. Una línea no compensada de 200 kmpuede tener en su extremo final un incremento de tensióndel orden del 5% y una de 600 km del orden del 25 %Se puede reducir estos valores compensando la línea concondensadores en serie y reactancias shunt en el extremofinal.

Podemos ver que en las líneas de M.T. para la distribución,que son más bien cortas, este problema puedeconsiderarse inexistente.

- Transitorios de ondas de maniobra

Una operación de desconexión y/o la iniciación de unafalta junto con su despeje pueden originarsobretensiones llamadas de maniobra, pudiendo serclasificadas de acuerdo con su origen por:

- Energización de la línea- Cierre de la línea- Producción de falta y su alivio. Desconexión de una corriente capacitiva.- Desconexión de una corriente inductiva

Las sobretensiones de maniobra dependen de losparámetros del sistema, de la configuración del mismo y desus condiciones. Este valor también depende del momentorelativo de la operación respecto al valor de la onda detensión.Las características del interruptor, el método de corte delmismo y su velocidad son fundamentales en la magnitudde la sobretensión y el tiempo de caída.Se emplean pararrayos como segunda línea de defensa.Estos funcionarán únicamente cuando la sobretensión demaniobra es excepcionalmente elevada.

- Transitorios de descargas atmosféricas

Las sobretensiones por rayo están causadas por descargadirecta en los conductores de la línea o por inducción

electromagnética de descargas a tierra cercanas.Este último tipo, sobretensiones inducidas, son lasdominantes en los sistemas de menor tensión en lossistemas aéreos que van al consumidor o tensiones dehasta 20-50 kV.La tensión inducida es proporcional a la altura sobre elsuelo de la línea y a la intensidad de la corriente del rayo.Naturalmente una descarga cercana produce una tensiónde mayor amplitud que una distante. La forma de onda deuna tensión inducida es generalmente suave y redondeadacon una pendiente moderada..En los sistemas de Alta Tensión sólo deben preocupar lasdescargas directas. Casi todas las líneas de A.T. tienenlíneas de apantallamiento sobre los conductores de fase.No es por consiguiente normal que un rayo pueda pasar elconductor de pantalla. Si esto ocurre es por un fallo del

apantallamiento. La corriente del rayo se divide en dosmitades que viajan a lo largo de la línea afectada endirecciones opuestas. La corriente y la tensión asociadaviajan a lo largo de la línea hasta que se disipa la energíade la línea o se producen descargas secundarias en unpunto débil del sistema.En las proximidades de la descarga la corriente y la tensiónse propagan con un frente de pendiente elevada. Sin

embargo a lo largo del camino la pendiente disminuye.En las proximidades de las subestaciones elapantallamiento se mejora de tal modo que se puededespreciar la probabilidad de una descarga directa.Además la puesta a tierra de las torres se refuerza demodo que las descargas se hacen imposibles. Estos dosfactores limitan a un máximo las sobretensiones que llegana las subestaciones. La tensión está limitada por lafortaleza del sistema.

Niveles de aislamiento de los arrollamientos de lostransformadores de distribución

El transformador en su funcionamiento puede estarsometido a sobretensiones que dividimos en trescategorías:

- Sobretensiones de frecuencia normal por defectosen el sistema.

- Transitorias de ondas de maniobra- Transitorias de descargas atmosféricas

La magnitud de estas sobretensiones que llegan a lostransformadores son función de las características delsistema y de sus protecciones.Es, por consiguiente, el propietario de la línea quien tieneque definir el tipo de pararrayos de protección y el Nivel deAislamiento de los arrollamientos del transformador. Paralas líneas de 36 kV y menores, que alimentan lostransformadores de distribución, los parámetros del asmismas son muy semejantes y las Normas determinan elNivel de Aislamiento que debe tener el transformador.

Este define los ensayos dieléctricos que se le aplican:

- Ensayo de frecuencia industrial: Valor eficaz y suduración

- Ensayo de onda de choque: Valor de cresta y formade onda

El nivel de aislamiento del transformador es

aproximadamente, ≥ 50% y hasta el 100%, mayor que elvalor de protección del pararrayos y un 10 o 15% mayorque el nivel de aislamiento de la línea.

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