CRITERIOS PARA EL DISEÑO Y PRUEBAS DE TRANSFORMADORES AUTOPROTEGIDOS (CSP)
Ing. Edwin Choque P Dpto de Ingeniería DELCROSA
Introducción Un transformador autoprotegido (CSP), tiene su esencia fundamental en las protecciones que conforman el módulo del transformador, las cuales son seleccionadas bajo el criterio del control óptimo de pérdidas de energía sin perjuicio de la vida útil. Se expondrán resultados obtenidos de un modelo prototipo recientemente fabricado de 25 kVA, 10,5/0.40 kV, Dyn5, 3500 msnm
I.- Caracteristicas del transformador Los transformadores autoprotegidos en su concepción difieren de uno convencional pues desde la etapa de diseño estan ligados a las protecciones,las cuales les permiten obtener mejor aprovechamiento delmismo valiendonos de conceptos como el de vida útil. En efecto, las caracteristicas del transformador autoprotegido no difieren del convencional:
I.- Caracteristicas del transformador Potencia nominal
PN (kVA)
Frecuencia
F (Hz)
Relación de transformación Pérdidas en Vacío Pérdidas en Carga
I.- Caracteristicas del transformador Relación de transformación La relación de transformación esta relacionada con la ecuación de Faraday [2.1], de la cual se desprende una variación de las caracteristicas por influencia de la frecuencia (f) y de la tension (Vfase). Vfase = 4,44 N esp/fase f B Sfe
Donde: Vfase
: Tensión de fase
Nesp/fase : Espiras por fase B
: Densidad de flujo magnético
f
: Frecuencia
Sfe
: Sección del fierro
[2.1]
I.- Diseño Electromecánico Perdidas en Vacío Estan relacionadas directamente a las pérdidas originadas por el paso del flujo magnético atraves de los flejes de fierro de grano orientado que conforman el núcleo, las cuales se componen: Pfe = PHistérisis + PFoucault
[2.2]
Cada uno de sus componentes esta relacionado con la frecuencia de trabajo, estableciendose una relación lineal con las pérdidas por Histérisis y una relación cuadrática con las pérdidas de Foucault.
I.- Caracteristicas del transformador Pérdidas en Carga. Son referidas al valor Pcu = 2,44 J 2 Wcu + Padicionales cuadrático medio asociado al diagrama de carga.
[2.3]
DIAGRAMA DE CARGA 45
40
35
25
20
15
10
5
TIEMPO (h)
0.4 6 0.4 8 0.5 0 0.5 2
0.4 0 0.4 2 0.4 4
0.3 3 0.3 5 0.3 8
0.2 5 0.2 7 0.2 9 0.3 1
0.1 9 0.2 1 0.2 3
0.1 3 0.1 5 0.1 7
0.0 4 0.0 6 0.0 8 0.1 0
0.9 8 0.0 0 0.0 2
0.9 2 0.9 4 0.9 6
0.8 5 0.8 8 0.9 0
0 0.7 7 0.7 9 0.8 1 0.8 3
POTENCIA (kVA)
30
0.6 9 0.7 1 0.7 3 0.7 5
Su valor indica las perdidas que se obtiene en bobinas y conexiones principalmente, se las conoce como Pérdidas en el Cobre.
I.- Caracteristicas del transformador Si bien es cierto, la norma IEC-354 da lineamientos generales de las condiciones de sobrecarga a los que puede ser sometido el transformador, el concepto de transformador autoprotegido es básicamente américano referidos a la norma ANSI C57.91, puesto que nos permite analizar el diagrama de carga en forma segmentada, es decir ciclos variables de carga en los cuales el transformador puede trabajar con sobrecargas elevadas sin comprometer su Vida Util.
II.- Diseño de Protecciones Current Protection (CS) Mediante la cual el transformador es equipado de un circuito interruptor (breaker) en B.T. y un juego de fusibles en A.T.. El interruptor tiene la finalidad de proteger el equipo contra sobrecargas excesivas y cortocircuitos externos además viene provisto de un contacto bimetálico a fin de emitir la señal de alarma respectiva que emite la lámpara luminosa.
III.- Diseño de Protecciones Current Protection (CS) En contraste al interruptor, los fusibles son del tipo expulsion, los cuales sirven de respaldo al interruptor o actuan en caso de falla interna, retirando el equipo fallado de la red.
III.- Diseño de Protecciones Surge Protection (SP) Mediante la cual el equipo es equipado con un juego de pararayos ubicados en el lado de AT. y montados solidamente al tanque, los cuales tiene la función de derivar la corriente térmica producto de una descarga a tierra o limitar eventuales sobretensiones, adicionalmente se instalan fusibles en el lado de A.T.
(SP)
III.- Diseño de Protecciones El transformador autoprotegido (CSP),por lo general lleva consigo los dos tipos de protecciones, las cuales son establecidas de acuerdo a la zona de instalación.
IV.- Pruebas Adicionalmente a las pruebas de rutina: – Medida de la resistencia – Prueba de tensión aplicada – Ensayo en Cortocircuito – Prueba de tensión inducida – Ensayo en vacío – Medida de relación de transformación
IV.- Pruebas El equipo es sometido a pruebas de verificación de las protecciones: – Operación de señal luminosa – Operación automática y manual del interruptor
V.- Prototipo DELCROSA En este primer lote de tres transformadores marca DELCROSA, en su totalidad se aplican los lineamientos antes mencionados en el diseño de transformadores Autoprotegidos. Los cuales constan de las siguientes características: Potencia Nominal
: 25 kVA
Relación de transformación
: 10.5/0.4 kV
Grupo de conexión
: Dyn5
Altura de operación
: 3500 msnm
V.- Prototipo DELCROSA
V.- Prototipo DELCROSA (SP)
(CP)
V.- Prototipo DELCROSA Este prototipo fue sometido además de las pruebas de rutina fue sometido a las pruebas tipo: – Prueba de calentamiento y – Prueba de Impulso Con resultados satisfactorios, adiconalmente se le somete a una prueba de verificación del la señal de alarma luminosa y accionamiento del circuito interruptor, el cual se realizó de acuerdo a la curva de carga proporcionada por el cliente.
V.- Prototipo DELCROSA Del cual se obtienen los parametros adecuados para esta prueba, que fue realizada con los los bornes de BT en cortocircuito y con ciclos preestablecidos de precarga y sobrecarga: – Precarga del 80% por un periodo de 10 hrs – Luego de ello se aplicó una sobrecarga de 240%, emitiendo señal el circuito de la lámpara a las 3 hrs con temperatura superior de del aceite de 110°C, 1,75 hrs despues se produce la actuación del breaker con una temperatura superior de 117°C.
VI.- Conclusión • Un transformador autoprotegido (CSP), en su mas simple concepcion no es mas que un transformador que se encuentra coordinado intimamente con los sistemas de protección contra sobretensión (SP) y sobrecorriente (CP) inherentes al mismo. • Permiten la aplicación efectiva del concepto de vida útil, permitiendo un efectivo control de pérdidas en la red de energía
