Prueba Transformador Tensión De Cortocircuito Y Pérdidas Con Carga 5b4z23

PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO Y PÉRDIDAS CON CARGA

OBJETO El propósito de esta prueba es la determinación de pérdidas y tensión de cortocircuito, tanto para transformadores monofásicos como para trifásicos, de acuerdo al procedimiento descrito en la NTC 1005, el cual se describe a continuación. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Uno de los devanados del transformador (del lado de alta tensión o del lado de baja tensión) debe ponerse en corto y se aplica al otro devanado una tensión a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule la corriente nominal por los devanados. En caso de que no se puedan alcanzar los valores nominales de corriente, se puede utilizar una corriente no menor del 25% de In (corriente nominal), corrigiendo el valor obtenido. El ensayo debe realizarse sobre la derivación principal. Con la corriente y frecuencia ajustadas a los valores de ensayo, se toman lecturas en el amperímetro, vatímetro, voltímetro y frecuencímetro. Es suficiente medir la corriente en el devanado excitado solamente, porque la corriente en el devanado en cortocircuito, debe estar en el valor correcto de acuerdo a la relación de transformación (Sí se desea comprobar la relación se puede tomar el valor de la corriente que circula por el devanado en corto). La temperatura del devanado antes del ensayo se considera igual a la temperatura del aceite, cuando el transformador no ha sido excitado por lo menos ocho horas antes del ensayo. El conductor usado para hacer el cortocircuito en transformadores de alta corriente y baja tensión, debe tener una sección transversal igual o mayor que aquella de los terminales conductores del devanado correspondiente, debe ser tan corto como sea posible y mantenerse retirado de masas magnéticas. Los os deben estar limpios y bien ajustados. PROCEDIMIENTO PARA TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Los tres terminales del devanado de baja tensión o de alta tensión, deben unirse rígidamente y se aplica a los terminales del otro devanado, una tensión trifásica balanceada de frecuencia nominal y valor adecuado, con el fin de hacer circular la corriente nominal en cada uno de los devanados. El procedimiento es similar al seguido para transformadores monofásicos, excepto que las conexiones y medidas son trifásicas en lugar de monofásicas. Las lecturas de los vatímetros deben ser aproximadamente iguales y deben sumarse algebraicamente sus valores para obtener las pérdidas totales. La medida también puede efectuarse por medio de un vatímetro trifásico. Cuando no se alcancen los valores de corriente nominal, los valores medidos se corregirán al valor nominal de la siguiente forma:

I k n Im

Vcc  Vm  k Pcu  Pcum  k 2

Donde: k = Factor de corrección por corriente.

In Im

= Corriente nominal del devanado del transformador por el cual se energizó (Amperios). = Valor de corriente alcanzado durante el ensayo. ( Amperios).

Vcc = Tensión de corto circuito real a corriente nominal (Voltios). Vm = Tensión de cortocircuito medida con corriente reducida (voltios). Pcu = Pérdidas en el cobre reales a corriente nominal (vatios). Pcum = Pérdidas en el cobre medidas con corriente nominal (Vatios). Los valores de

Vcc

y

Pcu

serán consignados en el protocolo de pruebas en la parte “Ensayo de

cortocircuito”, una vez corregidos a 85ºC. Se asume que estos valores son medidos a temperatura ambiente y se corregirán a 85ºC de acuerdo con el procedimiento que se indica más adelante en este mismo apartado. Corrección de una resistencia medida a temperatura ambiente

Ta , a una temperatura Tx :

R x  kt * Ra donde:

kt 

234.5  Tx 234.5  Ta

El factor: 234.5 es para el cobre. Para el aluminio es: 225

se tiene un factor de corrección por temperatura. Donde:

Ta Tx Ra Rx

= Temperatura a la cual se midió la resistencia (ºC). = Temperatura a la cual se desea referir la resistencia (ºC), generalmente 85ºC. = Resistencia medida a una temperatura dada (ambiente). = Resistencia corregida a la temperatura Tx.

CÁLCULOS CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS Y SU CORRECCIÓN A 85ºC PARA LLENAR EL PROTOCOLO DE PRUEBAS DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

2 R  I 2 R  ................vatios  I 2 Ra  I at at bt bt I 2 R85º C   kt *  I 2 Ra   ..........vatios    Padicionales  Pcu  I 2 Ra  ...........vatios 

P Pcu(85º C)  I 2R 85º C   adicionale s  .............vatios  kt P   U r 85º C   cu 85º C *100  ........% Pn P U r (ta )  cu *100  ...........% Pn U U z  cc *100  ............% Un U x  U z2  U r2(ta )  ..........%

U z 85º C   U x2  U r2(85º C )  ..............% Donde:

I at  Corriente nominal del devanado de alta tensión. I bt

= Corriente nominal del devanado de baja tensión.

Rat Rbt

= Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de alta tensión. = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de baja tensión.

Pn = Potencia nominal del transformador [VA]. U n = Tensión nominal del devanado por donde se energizó [V]. REGULACIÓN A PLENA CARGA Y FP. =0.8 Regulación = U  Seno   U  Co sen o   x r

U x * Co sen o   U r * Seno 2 200

Donde:

U x = Componente reactiva de la impedancia de cortocircuito [%]. Ur

= Componente resistiva de la impedancia de cortocircuito [%].

 = Angulo de la carga. EFICIENCIA

Po  a 2 * Pc Eficiencia =   100  *100 a * Pn  Co sen o   Po  a 2 * Pc Donde:

Po = Pérdidas sin carga [kW]

Pn =Potencia nominal del transformador [kVA]. Pc =Pérdidas con carga [kW]. Coseno  = Factor de potencia de la carga.

a = Factor de carga.

Potencia.de.trabajo   a  Potencia.nominal 

CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO Asumiendo que los transformadores de distribución objeto de este instructivo tienen una conexión estandarizada Dyn5, se detallará solamente el cálculo de las medida entre terminales externos del transformador. Resistencia Por Fase En el devanado en

I 2R

 (Delta), en alta tensión

Rmedida  Rm 1 1 1 2R  R 3R     2 Rm R 2 R 2R 2R2

1 3 3   R  Rm  R fase Rm 2 R 2 Pérdidas por resistencia en el devanado en

a partir de los valores de resistencia

(1)

(2)

 (delta), de alta tensión: I I fase  linea 3

tomando la ecuación (2):

I 2R

2 I 2 * Rm  Ilinea  I2 3 fase   3   R  3  2  Rm  2  

I 2 R total en el devanado de alta tensión (delta) a temperatura ambiente es: 3 2 R  I 2 R    I 2 Rm  1.5  I at m  total 2

Siendo tres fases, tenemos que

Donde

Rm

es el promedio de las resistencias medidas entre UV, UW y VW.

Resistencia Por Fase en el devanado en Y (Baja Tensión)

Rmedida  Rm  2 R R Siendo

Rm

Rm 2

el promedio de las resistencias medidas entre xy, xz, yz.

La sumatoria de las pérdidas por resistencia de los dos devanados da las I 2 R totales del transformador así: 2 2 I 2 R  1.5  I at  Rmat  1.5  I bt2  Rmbt  1.5  I at Rm  I bt2 Rm





Entonces tenemos que para los transformadores trifásicos, el cálculo de las reduce a: 2 I 2 R  1.5 I at Rat  Ibt2 Rbt Donde:



I 2R

a temperatura ambiente se



I at  Corriente nominal de alta tensión. I bt

= Corriente nominal de baja tensión.

R at  Promedio de las resistencias medidas entre UV, UW, VW en ohmios [ ]

Rbt  Promedio de las resistencias medidas entre xy, xz, yz en ohmios [] El resto del protocolo se calcula en la misma forma que el protocolo de un transformador monofásico. EJEMPLOS TRANSFORMADOR MONOFÁSICO: Potencia nominal: Tensión nominal: Corriente nominal:

25 kVA 13200/240 - 120 voltios. 1.89/104.16 Amperios.

Parámetros Resistencia devanados Po (pérdidas en el hierro) o (corriente de excitación Corriente de cortocircuito tensión de cortocircuito Pérdidas en el cobre

Medidos en prueba a 20ºC AT=32.60; BT=12.58 m. 130 vatios 2.1% 1.89 Amperios 335 voltios 260 vatios

Garantizados A 85ºC

125 vatios 2.2% 2.90% (a 85ºC) 330 vatios (a 85ºC)

- Cálculo De Pérdidas En El Cobre e Impedancia de Corto Circuito A 85ºC

I 2 R20 º C  1.89 2  32.6  104 .16 2

12.58  252 .93 1000

Ur 20ªC=

260 25000

* 100  1.04 %

I 2 R85ºC  252.93 *1.2554  317.53

Ur 85ºC=

Padicionales a 20ºC= 260 - 252.93 = 7 vatios Padicionales a 85ºC=

7  5.58 1.2554

vatios

Pcu a 85ºC= 317.53 + 5.58 = 323 vatios

Ucc 20ºC=

323

* 100  1.292 %

25000 335

* 100  2.54 %

13200

Ux=

2.542  1.042  2.31 %

Ucc 85ºC=

2.312  1.292 2  2.65 %

- Regulación a plena carga y Factor de Potencia 0.8 -1

Ángulo de la carga = cos 0.8 = 36.8699 Seno de 36.8699 = 0.60 Regulación = 2.31  0.60  1.292  0.80  2.31  0.80  1.292  0.60  2.42 % 200 2

Eficiencia =  = 100 

0.130  12  0.323 1  25  0.80  0.130  12  0.323

 100  97.78 %

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO Potencia nominal: Tensión nominal: Corriente nominal:

Parámetros

1000 kVA 34500/13800 voltios 16.73/41.83 amperios.

Medidos en prueba (20ºC Devanado AT () BT (m)

R devanados

Po

1580 vatios u v 0.39 0.36 16.73 Amperios 1986 voltios (20ºC) 8778 vatios (20ºC)

o (A) cc Ucc Pcu

U-V 12.73 1018.0

V-W 12.73 1020.0

w 0.46

 2 2 2 1019.33  I R20º C  1.5  16.73  12.73  41.83   8020 1000   2 I R85ºC  8020 * 1.2554  10068

promedio 0.403

758

 604 vatios

1.2554 Pcu a 85ºC= 10068 + 604 = 10672 vatios

o (%) 0.96

Promedio 12.73 1019.33 Garantizados (85ºC) 1980 vatios 1.20 %

5.40 % (85ºC) 12000 W (85ºC)

Ur 20ªC= Ur 85ºC=

Padicionales a 20ºC=8778 - 8020 = 758 vatios Padicionales a 85ºC=

U-W 12.73 1020.0

8778 1000000 10627 1000000 1986

* 100  0.8778 % * 100  1.063 %

* 100  5.75 % 34500 2 2 Ux= 5.76  0.8778  5.69 % 2 2 Ucc 85ºC= 5.69  1.063  5.79 % Ucc 20ºC=

- Regulación a plena carga y factor de potencia 0.8 Regulación = 5.69  0.60  1.063  0.8  5.69  0.8  1.063  0.60   4.34 % 200 2

Eficiencia =  = 100 -

1.58  12  10.672 1  1000  0.80  1.58  12  10.672

 100  98.50%