Ensayo de Calentamiento de Transformador R.v.R. Tipo K20

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Departamento de Ingeniería, RVR Transformadores

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Resumen1 El presente ensayo tiene por objetivo demostrar que los transformadores de RVR Transformadores CIA. LTDA., están aptos para el trabajo en régimen continuo en redes eléctricas contaminadas por armónicos. Estos transformadores están sometidos a una desclasificación llamada “factor K” Abstract This paper intended to demonstrate that the transformers of RVR Transformers CIA. LTDA., are able to work continuously into electrical networks contaminated with harmonics. These Transformers are subject to declassification called "K factor" PALABRAS CLAVES Prueba de calentamiento, factor k, armónicos, transformador, R.V.R.

DESARROLLO

A. INTRODUCCIÓN

El ensayo de calentamiento que se llevó a cabo en las instalaciones de la empresa R.V.R Transformadores CIA. LTDA. (Planta matriz) en colaboración con el Ing Juan Carlos Erazo como fiscalizador de la Empresa Petroamazonas EP,

ejecutado entre los días 4 y 5 de julio de 2012, sobre la muestra S/N 12041346-14 un Transformador 12 pulsos (Shift Transformer) de potencia 260 kVA tipo “K20” tuvo por objetivo:

1. Verificar el cumplimiento del diseño K20. 2. Determinar el punto más alto de temperatura en

bobinados y líquido refrigerante.

Este ensayo se encuentra amparado en los procedimientos del estándar IEEE std C57 12.90-2010 para la determinación de dichos objetivos.

Lineamientos de Ensayo

Prescritos en la norma IEEE std C57 12.00-2010 todo transformador que posea un sistema de aislamiento clase A0 no deberá exceder en más de 65°c el punto más caliente (hottest spot) promedio a potencia nominal establecida para el Tap. o punto de conexión donde produzca la mayor cantidad pérdidas, condiciones válidas para diseño y ensayo a la altura de 1000 msnm. De ser diferentes dichas condiciones se deberán hacer las correcciones aplicables.

Condiciones de ensayo

El ensayo fue realizado bajo las siguientes condiciones:

• Altitud: 2700 msnm. • Temperatura ambiente promedio: 21.72°c • Humedad Relativa: 35% • Duración de ensayo: 15 h

Ensayo de calentamiento de Transformador R.V.R. tipo K20

Ing. Rafael Vásquez, Ing. Juan Carlos Erazo Departamento de Ingeniería, R.V.R. Transformadores Cia. Ltda.

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Tabla 1 Datos del Transformador

Datos generales del transformador

Potencia 260 kVA

Núnero de Fases 3 ɸ

Tipo Desfasador

Tensión Primaria 13.800 V

Tensión Secundaria 480 V

Grupo de conexión Dd0yn11

Corriente nominal del primario 10.9 A

Corriente nominal del secundario 312,8 A

Cantidad Aceite 300 gal.

Refrigeración ONAN

Número de serie 12041346-14

B. Ensayo Como antecedente del ensayo debemos obtener en la práctica los parámetros físicos del transformador en sus valores nominales:

Tabla 2. Medición de resistencias de bobinados

Resistencias medidas a 26.4 °C

H1-H2 5.72 Ω

H2-H3 5.72 Ω

H3-H1 5.72 Ω

Promedio 5.72 Ω

Tabla 3. Medición de Pérdidas en el circuito magnético

Prueba en vacío

I1 3,60 A

I2 2,55 A

I3 3,17 A

Pérdidas en Fe 900 W

Tabla 4. Medición de pérdidas en el circuito eléctrico

Prueba en corto circuito

Voltaje (Vcc) 503 V.

Corriente 11 A.

Pérdidas en Cu 2890 W.

Tabla 5. Sumatorio de pérdidas

Pérdidas totales

Pérdidas Fe 900 W.

Pérdidas Cu 2890 W.

Pérdidas totales 3790 W.

Para efectos de ensayo, debe determinarse el voltaje (Vcc) necesario para que el transformador trabaje en régimen continuo a corriente nominal incluyendo el aporte de armónicos “Factor K 20”:

Tabla 6. Parámetros de ensayo de factor K20 en Transformador hexafásico de 260 kVA

Carga aplicada en prueba

Voltaje 680 V

Corriente 15.45 A

Potencia 5200 W

Tabla 7. Condiciones iniciales

Temperaturas iniciales (°C)

T. Ambiente 23.7

T. Inicial tanque 26.6

Medición de la temperatura del refrigerante

Como recomienda la norma, la medición fue realizada por medio de una termocupla tipo k, directamente en contacto con el líquido refrigerante en el punto más alto del tanque, sumergida a no más de 50mm, además a esto se tomó las temperaturas de los disipadores de calor:



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HORA ∆ TIEMPO °T.

RADIADOR °T.

ACEITE ∆ °T.

ACEITE

17:00 0 24,8 25,7 0,0

17:30 30,00 27,2 30,9 5,2

18:00 60,00 32,7 39,1 8,2

18:30 90,00 34,7 42,4 3,3

19:00 120,00 37,8 47,6 5,2

19:30 150,00 40,0 50,5 2,9

20:00 180,00 42,3 53,9 3,4

20:30 210,00 43,8 56,7 2,8

21:00 240,00 44,0 61,1 4,4

21:30 270,00 46,6 63,4 2,3

22:00 300,00 47,8 64,5 1,1

22:30 330,00 48,0 65,9 1,4

23:00 360,00 49,0 66,7 0,8

23:30 390,00 49,5 67,7 1,0

0:00 420,00 49,5 68,4 0,7

0:30 450,00 49,9 69,1 0,7

1:00 480,00 49,5 69,8 0,7

1:30 510,00 49,7 70,2 0,4

2:00 540,00 50,7 70,5 0,3

2:30 570,00 50,5 70,9 0,4

3:00 600,00 50,4 71,1 0,2

3:30 630,00 49,9 71,4 0,3

4:00 660,00 49,9 71,5 0,1

4:30 690,00 50,8 71,6 0,1

5:00 720,00 50,6 71,7 0,1

5:30 750,00 49,9 71,4 -0,3

6:00 780,00 50,3 71,3 -0,1

6:30 810,00 50,3 71,4 0,1

7:00 840,00 49,7 71,3 -0,1

7:30 870,00 50,1 71,2 -0,1

8:00 900,00 51,0 71,5 0,3

Nota1: Datos medidos en grados centígrados

Gráfica 1. Temperatura de puntos calientes versus tiempo

Nota2: Línea de tendencia verde: Temperatura del aceite, Línea de tendencia roja: Temperatura del disipador

Nota3: Gráfica dibujada en forma polinomio

El incremento de temperatura del refrigerante será:

. . . °

Medición de la temperatura de los devanados

De los datos de resistencia entre bornes obtenidos al inicio y al final de la prueba se puede determinar la temperatura del devanado:

Ecuación 1

∗

Dónde:

t: Temperatura en °C final del devanado (Resistencia caliente)

t0: Temperatura en °C a la del devanado a la cual fue medido R0

ta: Temperatura ambiente

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

06

0

12

0

18

0

24

0

30

0

36

0

42

0

48

0

54

0

60

0

66

0

72

0

78

0

84

0

90

0

TEM

PER

ATU

RA

(°C

)TIEMPO DE EXPOSICIÓN (min)



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R: Resistencia final medida (Resistencia caliente) en Ω.

R0: Resistencia Inicial del devanado en Ω

tk: Constante para el cobre 234,5

Tabla 8. Datos obtenidos al cabo de 15 h.

Datos

Ta 21.1 °C

Tk 234.5

T0 26.4

Ro 5.72 Ω

R 6.82 Ω

Entonces:

6,825.72 ∗ 234.5 26.4 234,5

76,57°&

Incremento de temperatura en el devanado

' (

' 76,57 21,1 , °*

Correcciones aplicables:

Cuando el ensayo sea realizado a altitudes de 1000 msnm o menores no se realizarán correcciones en incrementos de temperatura.

Cuando es transformador es ensayado a una altitud de 1000 msnm o menor y va a ser operado en condiciones de altitud mayores a 1000 msnm. ó viceversa se deberán realizar las correcciones de temperatura en concordancia con la siguiente ecuación:

Ecuación 2

+, +- ∗ . // 10 ∗ 1

Donde:

TA : es la variación de temperatura a la altidud “A” m en °C

Tc : es el pico de temperatura obserbado en °C

A : es la altitud de diseño (1000 m)

A0 : es la altitud de prueba (2700 m)

F : es 0,04 para refrigeracion ONAN y 0,06 para refrigeración ONAF

Despejando:

+, 55.47 ∗ .10002700 10 ∗ 0,04 1,397°&

Temperatura corregida del devanado:

55,47 1,397 54.07°&

Conclusiones:

• Como se puede ver en la Gráfica 1, la temperatura del transformador empieza a estabilizarse aproximadamente a los 420 minutos de comenzado el ensayo cerca de los 70 grados centígrados con una variación de temperatura menor a 0,7°C.

• Se evidencia que el transformador trabaja muy por

debajo del límite establecido de temperatura (65°C) con lo que podemos reafirmar el diseño K20 del transformador R.V.R., además de que el sistema de aislamientos tendrá una vida útil más larga, ya que la temperatura que es uno de los factores que manda sobre mismo (para una curva de vida a 65°C se da una vida útil del transformador de 20 años aproximadamente).

• Se debe tomar en cuenta que el análisis de armónicos es un tema que se debe tomar a fondo, ya que producen daños en los equipos eléctricos a corto y largo plazo, por eso hay que entender que los transformadores tipo K, no son máquinas



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sobredimensionadas capaces de trabajar a una potencia mayor a la nominal, son máquinas que reúnen un cierto número características para asimilar de mejor manera los armónicos.

REFERENCIAS IEEE Std C57.12.00-2010 IEEE Std C57.12.90-2010

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