Boletín Técnico nº 10, página 1

Boletín Técnico Número 10 Septiembre 2005

E N E S T E N Ú M E R O

1 Transformador de distribución.

Transformador sumergido en aceite

2 Cálculo de la corriente de cortocircuito

3 Características del transformador en baño de aceite

4 Ventilación natural del transformador

Transformador de Distribución Se llama Transformador de Distribución al transformador trifásico de potencia utilizado en los centros de transformación, para transformar la MT en BT, alcanzando su potencia valores de hasta 2500 kVA.

Se utilizan transformadores de aislamiento interno líquido ó seco. Como aislamiento líquido se utiliza el aceite mineral o la silicona, para el aislamiento seco se utiliza el papel cartón y las resinas sintéticas.

Transformador sumergido en aceite La norma UNE 21428-96 establece sus características. Siendo los grupos de conexión a utilizar:

• Yzn11, hasta Potencia de 160 kVA

• Dyn11, para potencias superiores

Montaje de las bobinas sobre el Núcleo

El transformador esta constituido por un núcleo magnético -formado por chapas de grano orientable apiladas (para reducir las pérdidas por corrientes de Foulcault)-, sobre él que se montan las bobinas de BT y sobre estas las bobinas de AT.

Para el arrollamiento de AT se establecen los siguien-tes valores preferentes de tensión asignada (Ur) a los que les corresponde una tensión mas elevada (Um)

Um (kV) 3,6 7,2 12

Ur (kV) 3 a 3,3 5 a 6,6 10 a 11,5

Um (kV) 17,5 24 36

Ur (kV) 12 a 16 20 a 22 25 a 34,5

Se dispone una toma para la variación de tensión en vacío (de 5 posiciones): (0, + 2,5, + 5, + 7,5 + 10) %,

En la zona de Levante las redes son de 20 KV, existiendo algunas zonas de 11 KV. En este último caso se elegirá un transformador con doble relación primaria 11/20 KV, para prever un posible cambio de tensión de la red en el futuro.

Para el arrollamiento de BT la tensión asignada en vacío es de 420 V (Tensión más elevada 1,1 kV)

Continúa en la página 2

Boletín Técnico nº 10, página 2

U: Es la tensión asignada –UN- del arrollamiento considerado en kilovoltios

Zk: La impedancia de cortocircuito del transfor-mador referida al secundario, se calcula como:

Donde:

Ucc: Tensión de cortocircuito del transfor-mador en %

SN: Potencia asignada del transformador en MVA

Por ejemplo, un transformador de potencia 630 KVA, y tensiones primaria 20 KV y secundaria 420 V

Están normalizadas las siguientes potencias, siendo preferentes los valores resaltados:

25 50 63

100 160 200

250 315 400 500 630 800

1000 1250 1600

Potencias normalizadas

kVA

2000 2500 kVA Siendo los valores de la tensión de cortocircuito:

Ucc % Tensión

Potencia < 24 kv 36 kV

< 630 kVA 4 % 4,5 %

> 630 kVA 6 % 6 %

Interior de un transformador sumergido en aceite

Cálculo de la corriente de cortocircuito La norma UNE 20101-5 calcula la corriente de corto-circuito simétrica, en transformadores trifásicos, mediante la fórmula:

Siendo:

Zs: La impedancia de cortocircuito de la red, que se calcula:

Donde:

URED: Tensión asignada de la red en kV

Scc: Potencia Aparente de cortocircuito de la red en MVA. Iberdrola indica un valor de 350 MVA para la zona de Levante. Siendo valores típicos para redes de hasta 24 kV los 500 MVA, y para redes de hasta 36 kV los 1000 MVA

Para transformadores de hasta 3150 kVA la impedancia de la red se desprecia en el cálculo, si su valor es inferior al 5 % de la impedancia de cortocircuito del transformador

Viene de la página 1

Continúa en la página 3

( )[ ]kA

ZsZkUICC 3⋅+

=

[ ]faseporSccU

Zs RED Ω=2

[ ]faseporSUUcc

ZkN

N Ω⋅⋅

=100

2

kAI

ZkZs

mZk

mZs

SECUNDARIOCC 65,2130112,0

42,0

2,1163,0100

42,04

504,035042,0

2

2

=⋅

=

<<

Ω=⋅

⋅=

Ω==

Boletín Técnico nº 10, página 3

Donde: Scc: Potencia Aparente Cortocircuito en MVA

U1: Tensión asignada del primario en kV Aplicándolo al ejemplo anterior:

El cálculo de la corriente de cortocircuito en el lado primario (AT) se puede realizar de forma simplificada aplicando la fórmula:

Hasta 24 kV

Potencia asignada

kVA

Pérdidas debidas a la

carga W

Pérdidas en vacío

W

Potencia acústica dB (A)

50 100 160 250 400 630

1000 1600 2500

1100 1750 2350 3250 4600 6500

10500 17000 26500

190 320 460 650 930 1300 1700 2600 3800

52 56 59 62 65 67 68 71 76

Estos transformadores son del tipo ONAN. Estas siglas se refieren al sistema de refrigeración, y significan:

Existen tres tipos de construcción, en función del sistema de expansión del aceite:

a. un depósito de expansión exterior con desecador

b. una cámara de aire bajo la tapa c. una cuba elástica de llenado integral

(transformador totalmente hermético)

36 kV

Potencia asignada

kVA

Pérdidas debidas a la

carga W

Pérdidas en vacío

W

Potencia acústica dB (A)

50 100 160 250 400 630

1000 1600 2500

1250 1950 2550 3500 4900 6650

10500 17000 26500

230 380 520 780 1120 1450 2000 2800 4100

52 56 59 62 65 67 68 71 76

Los sistemas de expansión tipo a y b permiten soportar una variación de temperatura del líquido aislante de 100 K. En el caso de los transformadores de llenado integral la temperatura de la capa superior del aceite puede alcanzar los 115 ºC.

Los transformadores no deben llevar depósito de expansión hasta la potencia de 1000 kVA.

Actualmente los transformadores más utilizados en los centros de transformación son del tipo integral, debido a sus ventajas:

• Menores dimensiones y peso, con lo que se facilita el transporte y la ubicación del transformador.

• Menor riesgo de fugas al no presentar puntos débiles (p.e. indicador de nivel)

• Bajo grado de mantenimiento. • Menor degradación del líquido aislante (aceite) por

oxidación y por absorción de humedad al no estar en contacto con el aire por lo que se conserva de forma ideal.

• Mejor conservación de las juntas, al no estar en contacto con el aire por lo que mantienen en mayor grado su elasticidad.

Viene de la página 2

[ ]kAU

SccICC13 ⋅

= kAI PRIMARIACC 1,10203

350=

⋅=

XXX XXX XXX XXX

Tipo de circulación del refrigerante secundario (N) o (F). Tipo de circulación del refrigerante secundario (N) o (F).

Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua. Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua.

Tipo de circulación del refrigerante primario (N) o (F). Tipo de circulación del refrigerante primario (N) o (F).

Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sintético.Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sintético.

XXX XXX XXX XXXXXX XXX XXX XXX

Tipo de circulación del refrigerante secundario (N) o (F). Tipo de circulación del refrigerante secundario (N) o (F).

Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua. Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua.

Tipo de circulación del refrigerante primario (N) o (F). Tipo de circulación del refrigerante primario (N) o (F).

Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sintético.Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sintético.

Características del transformador en baño de aceite La norma UNE 21428-1 define también las pérdidas y la potencia acústica de los transformadores, en función del nivel de tensión.

Continúa en la página 4

Boletín Técnico nº 10, página 4

Aceite mineral Las características del aceite nuevo son:

Dadas las pérdidas magnéticas (equivalente a las pérdidas en vacío) y las pérdidas en los bobinados por efecto Joule (perdidas en carga), el transformador produce un calor que eleva la temperatura de sus componentes, y que hay que disipar para que no los dañe. Los transformadores de tipo ONAN utilizan el aceite para refrigerarse internamente por convección natural y trasladar este calor hasta las aletas. En las aletas es el aire ambiente el que deberá por convección natural disipar el calor.

Es por tanto necesario disponer una ventilación en el edificio destinado a centro de transformación, para producir la renovación del aire ambiente. Como el aumento de temperatura del aire reduce su peso específico y provoca que el aire caliente ascienda a las capas altas del edificio, se disponen unas rejas o ventanas de manera que favorezcan esta ventilación.

Disponiendo unas aberturas en la parte inferior del edificio, para que pueda entrar aire frío, y otras en la parte superior para que pueda salir el aire caliente, se fuerza la aparición de las corrientes de convección natural que aseguran el mantenimiento de la temperatura del edificio dentro de los márgenes aceptables para la aparamenta y el transformador. Esta corriente de aire debe incidir directamente sobre el transformador, refrigerando sus aletas.

Los huecos de ventilación estarán protegidos para impedir el paso de pequeños animales, y en el caso de ser accesibles desde el exterior deberán evitar contactos inadvertidos con partes internas en tensión al introducir por ellos objetos metálicos.

Según los proyectos tipo de Iberdrola, se puede calcular la dimensión de la ventilación con la fórmula:

Siendo: Pt: Pérdidas del transformador en (kW), es la

suma de las pérdidas en vacío y pérdidas en carga

h: Altura entre puntos medios de las rejillas de ventilación (m)

δθ: Máxima diferencia de temperatura permitida, generalmente 15 ºC

λ: Constante de la rejilla (valores típicos de 0,4 a 0,6 en función de la ocupación del hueco y la forma de las lamas de la rejilla).

S: Superficie de ventilación mínima en cada hueco de entrada y salida de aire (m2)

Por ejemplo para un transformador de 630 kVA:

El próximo número continuará con transformadores

Hormilec, S.L. Ciudad de Cartagena, 20 Polígono Fuente del Jarro 46988 Paterna (VALENCIA) Teléfono : Fax : Correo electrónico:

961 325 901 961 325 893 hormilec@telefonica.net

Características Valor Límite Método ensayo

Contenido en agua, Número de neutralización Tensión Interfásica Factor Pérdidas dieléctricas, Tensión ruptura dieléctrica

< 20 mg/kg < 0.03 mg KOH/g

> 30 N/m.10-3 < 0.015 tgδ

> 40 kV

UNE 21320-35 UNE 21320-13 UNE 21320-6 UNE 21322 UNE 21309

La densidad del aceite, y la cantidad de litros que lleva cada transformador depende de cada fabricante, siendo valores típicos

Ventilación natural del transformador

Viene de la página 3

Potencia trafo kVA

Peso del aceite

kg

Volumen aceite litros

50 100 160 250 400 630 800

1000 1250 1600 2000 2500

115 120 175 235 260 310 460 490 640 830

1030 1170

128 134 195 262 290 346 485 547 715 927

1150 1300

( )324,0 δθλ ⋅⋅⋅=

h

PtS

2

314,1

155,14,024,0

3,15,6 mS =⋅⋅⋅

+=