seminario transformadores

7/22/2019 seminario transformadores

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Introduccin

partir de los aos 70 y debido a las desafortunadas experiencias causadas por los di-elctricos lquidos en transformadores, se ha acentuado de manera significativa el con-cepto de seguridad intrnseca en los transformadores de distribucin, la creciente pre-

sin pblica ha forzado a que los Poderes Pblicos, Constructores y Normalizadores aumenteny mejoren la proteccin del entorno y de las personas en lo concerniente a la defensa contra elfuego, los productos txicos y la contaminacin del medio ambiente.En Europa se han implantado legislaciones estrictas que regulan la venta y utilizacin de lostransformadores sumergidos, por su parte el CENELEC (Documentos de armonizacin: HD428, HD 538, HD 464...) ha conseguido, despus de varios aos de mediar entre constructoresy utilizadores de transformadores, una convergencia hacia la estandarizacin del producto parabeneficio de la seguridad tcnica y econmica del usuario.El respeto a las normas por partede los constructores es un beneficio fundamental para el usuario. Estas normas han sidocreadas con el fin de racionalizar el producto, pero tambin para ayudar al usuario a realizar

una eleccin ms objetiva, sobre todo en lo que concierne a la relacin calidad/precio.La adquisicin de un transformador que no respeta las normas es un riesgo absurdo. Porejemplo unas prdidas ms elevadas generan un sobrecoste de explotacin, a largo plazo elprecio de compra del aparato queda decididamente injustificado: Incrementos de un 10% enprdidas significa una deduccin en su compra de un 5%, pero un sobrecoste de capitalizacinde un 10%. La ignorancia de las normas crean situaciones desagradables en la instalacin: Lanorma sobre compatibilidad electromagntica se anticipa a las posibles perturbaciones emiti-das por aparatos prximos para realizar instalaciones adaptadas e inmunes. La clasificacindada por las normas (HD 464 y HD 538) sobre resistencia al fuego de los transformadores,permite elegir en funcin del nivel de riesgo del emplazamiento, el transformador ms adecua-do.Entre los transformadores que cumplen con los criterios de integracin en el entorno y recicla-bilidad destacan los transformadores secos encapsulados, y en particular los tratados con

Almina Trihidratada, los cuales constituyen un modelo, mundialmente reconocido, de segu-ridad y fiabilidad por sus excepcionales cualidades frente a las variaciones de temperaturaextremas (choque trmico). A esta notable endurancia hay que aadir su capacidad de resis-tencia a las fuertes tasas de condensacin y polucin industrial.Estos transformadores soportan extraordinariamente las variaciones de carga, los cortocircui-tosy las sobretensiones. La Almina Trihidratada, con unas elevadas propiedades ignifugantes,les confiere un comportamiento al fuego excepcional: unaautoextinguibilidad inmediata enausencia de productos txicos, que garantizan la seguridad de las personas y los bienes.En el presente artculo se analizan cuatro aspectos fundamentales relacionados con la seguri-dad intrnseca y fiabilidad de los transformadores de distribucin: su comportamiento ante elfuego, toxicidad y reciclabilidad, su resistencia a las atmsferas agresivas, su fiabilidad frente asobrecargas y cortocircuitos examinando paralelamente las ventajas e inconvenientes de lasdiferentes tecnologas.En esta edicin sobre Seguridad en Transformadores de Potencia hemos recogidos diferentesartculos que por su inters profesional enriquecen y complementan el contenido tcnico deanteriores ediciones, en concreto se incluyen como novedad en la presente publicacin lossiguientes artculos: Funciones y caractersticas de los aceites aislantes y refrigerantes paratransformadores, Anlisis de defectos en Centros de Transformacin, Inspeccin y Manteni-miento en Centros de Transformacin, Proteccin de Transformadores de Potencia contradefectos internos, El transformador Trihal y su integracin en el medio ambiente, Transforma-dores de medida y proteccin.

Andrs Granero

Schneider Electric, S.A. (Dpto. T & D)

A


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Primera parte

El transformador y el incendioComportamiento de las diferentes tecnologas frente al incendio

l aparellaje elctrico en la actualidad, se centra an en tcnicas constructivas clsicas,con gran variedad de productos aislantes de elevado ndice de inflamacin, generadoresde humos y gases altamente txicos, como son: los aceites minerales, siliconas y pirale-nos en transformadores y condensadores; PVC, caucho, polietileno, etc.; en cables, las

canalizaciones verticales de cables, son el principal motivo de propagacin del fuego y humoen grandes edificios (efecto chimenea), los cables ms modernos, aunque no tienen una grancarga de fuego, desprenden grandes cantidades de humo txico: CLH, CNH, CO2, CO, etc.

Generalmente son los transformadores de potencia, debido a su gran volumen de aceite, sili-cona o piraleno (prohibida su fabricacin en el ao 1986, pero existen an millares de unidadesen servicio), los que representan un mayor peligro en caso de incendio. En efecto, los trans-formadores en bao de aceite son susceptibles de provocar, alimentar y propagar el incendiodebido a su bajo punto de inflamacin, los mayores siniestros registrados fueron agravados porla expansin del aceite de los transformadores por las conducciones y canalizaciones de ca-bles, extendindose as el incendio a locales y zonas colindantes.

Adems, el transformador en bao de piraleno (lquido ininflamable y de alta estabilidad qumi-ca) cuando se ve involucrado en un incendio en sus inmediaciones, a partir de los 200 C sedescompone formando un humo negro y espeso asfixiante y gases de extraordinaria toxicidad,de la misma naturaleza que los producidos en la Planta Qumica de la ciudad de Seveso (Italia)ms conocido por veneno de Seveso.

Las siliconas, como fluido dielctrico han sido la alternativa al piraleno por su buen comporta-miento ante el fuego, tienen un amplio campo de aplicacin en aquellos transformadores quepor su ubicacin en locales de pblica concurrencia o en locales subterrneos deben cumplirnormas especficas de proteccin contra incendios.


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Los parmetros caractersticos de combustibilidad son:

a) Poder calorfico superior:

Definido como la cantidad de calor mxima desprendida por la combustin total del material.

Medida en un calormetro adiabatico obtendramos:Aceite mineral = 46 MJ/kg.Aceite de silicona = 27 a 28 MJ/kg.Resina epoxi = 10,8 MJ/kg.

b) Desarrollo de la combustin.c) Facilidad de extincin.d) Toxicidad de los humos.e) Cantidad y densidad emanada de humos (opacidad).f) Persistencia o autoextincin ante el fuego.

En ensayos de combustin en

vaso abierto, si tomamos comopatrn el Heptano, el cual inflamade forma instantnea con com-bustin muy viva, quemndosetotalmente en 1,5 minutos y sien-do muy tenue la opacidad delhumo, se han comparado:

El aceite mineral se inflamadespus de 45 segundos conflujo de 2,45 W/cm2. La combus-tin avanza lentamente lle-gando a ser muy viva despus

de 2,5 minutos, a los 4 minutostodo el producto se habrconsumido, produciendo humosmuy opacos.

Los aceites de silicona desprenden unos vapores blancos despus de 1 minuto 45 segundos, alos 3 minutos la combustin es intermitente. A los 3 minutos 15 segundos para un flujo de2.65 W/cm2 contina ardiendo con llamas muy cortas y, poco a poco, se forma una superficiede slice que reduce su intensidad hasta su extincin en 15 minutos.Los humos son grises y opacos formados fundamentalmente por SiO2.

En conclusin, el comportamiento de la silicona ante un incendio real es tambin nocivo, puesproduce desprendimiento de humos muy opacos (slice pulverulenta en el aire) que dificulta, aligual que en los casos del aceite y piraleno, la evacuacin de personas en caso de emergen-

cia. En el supuesto que nosocupa, la silicona una vez dis-persa en el incendio lo ali-menta y propaga, si bien escierto que bajo ensayo de com-bustin en vaso abierto sucomportamiento es distinto, seauto-extingue des-pus decrear una capa de slice en susuperficie, este hecho ha su-puesto alimentar falsas es-peranzas y malos entendidosen la relacin silicona-fuego

real.

TIEMPO(Minutos)

5001000

2000

3000

4000

5000

1 5 10

HEPTANOHEPTANO

ACEITE DE SILICONAACEITE DE SILICONA

C A L O R

A S m

CALOR LIBERADO QLaboratorios de Aseguradores

de los EEUU.Clasificacin de posibilidad

de incendio:

Laboratorios de Aseguradoresde los EEUU.

Clasificacin de posibilidadde incendio:

Eter 100Gasolina 90 +Aceite transformador 10-20Silicona 4-5Piraleno 2-3Agua 0

Eter 100Gasolina 90 +Aceite transformador 10-20Silicona 4-5Piraleno 2-3Agua 0

ACITE MINERALACEITE MINERAL

TIEMPO (minutos)

HEPTANO

ACEITEMINERAL

ACEITE DE SILICONA D E N S I D A D

P T I C A D E L O S H U M

1 11

DENSIDAD OPTICA DE LOS HU MOS


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Afortunadamente, el ndice de incendios provocados por los transformadores o en CCTT esmuy bajo, en cambio sus repercusiones suelen ser importantes en cuanto a vctimas y daosmateriales se refiere. La FACTORY MUTUAL ENGINEERING CORPORATION, en un estudiode fallos en transformadores durante un periodo de 5 aos comprob que de 430 accidentesproducidos en transformadores por rayos y fallos elctricos, en 64 ocasiones se produjo elincendio. Pero tambin representan riesgo de incendios los paneles y armarios cerrados debi-

do al calor originado por resistencias y sobrecarga de partes conductoras que se agravan conla insuficiente ventilacin.

El almacenaje indebido de materiales utilizados en la explotacin del Centro de Transforma-cin, tales como aceites, grasas, pinturas, productos de limpieza, embalajes, etc., pueden aca-rrear mayores riesgos que las propias instalaciones. El uso de lquidos inflamables para laslimpiezas de estas instalaciones elctricas as como el almacenaje en sus proximidades, aunen cantidades reducidas, han creado peligrosas situaciones.

Los transformadores de medida, condensadores, disyuntores y autovlvulas, ofrecen mayoresriesgos de explosin que de incendio, con la consiguiente proyeccin de fragmentos de porcelanay resina que estallan con cierta violencia originando considerables daos materiales, e inclusopersonales, siendo necesario, por consiguiente, que el proyectista someta a consideracin este

riesgo para fijar el emplazamiento ms apropiado para estos elementos de la instalacin.Seguidamente se expone un breve anlisis sobre los dielctricos lquidos ms utilizados entransformadores de distribucin con relacin a su comportamiento al fuego, ecologa, toxicolo-ga y mantenibilidad.

FLUIDOS DIELCTRICOSAceite mineralDefinicin: Aceites de base mineral en estado natural obtenidos del refino del petrleo.

Marcas y fabricantes: Diala (Shell), Univolt (Esso), Repsol tensin (Repsol), Electra (Campsa)

Inconvenientes:! Fcilmente inflamables, necesitan las mximas medidas de proteccin segn MIE RAT

ITC 14.! Propagan el incendio.! Desprenden humos opacos.! Contaminan el suelo y las capas freticas.

Dilectricos lquidos para transformadores

Caractersticas - comportamiento al fuegoCaractersticas Definicin Valores Aceites Esteres Aceites de LIHT

exigidos Minerales SiliconaPunto de combustin C. Temperatura a la cual el liquido arde en Mx. (no 180 310 340 No medible (*)

l contacto con una llama. medible)"Mejor cuanto ms elevado es"

Poder calorfico inferior (MG/kg) Calor desprendido en la combustin Mni. 48 34 27 12"Mejor cuanto ms escaso es"

Indice de Oxgeno a 20 C (%) Caracteriza la imf lamabi lidad (concent racin Mx.minima de oxgeno de una mezcla ozono/ 17 16 25 60oxigeno que puede mantener la combustin)

" Mejor cuanto mas elevado es"

(1) El aceite mineral es facilmente inflamable, y tiene un mal comportamiento al fuego. (1) (2) (3)(2) La silicona es auto-extinguible cuando crea una capa de slice en s u superficie libre, Muy ma l Mal comporta miento al fuego Buentiene un buen comportamiento al fuego en vaso abierto. En cambio, ante un incendio real comportamiento comportamientoen un transformador en servicio, la combustin se activa y la silicona alimenta el incendio. al fuego al fuego(3) Los esteres tienen un poder calorfico comprendido entre el aceite mineral y la silicona,una vez inflamado, tiene un gran poder calorfico. (*) El lquido se transforma en vapor sin arder.


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Los esteres

Definicin: Lquidos sintticos a base de carbonoMarcas y fabricantes: Midel (Gec Alsthom), Rolec 138 (BASF y Ciba Geigy)

Inconvenientes:!

Mantenimiento delicado e importante: los esteres son extremadamente sensibles ala humedad (higroscpicos).! No existe demasiada experiencia: menos de 1.000 transformadores puestos en marcha

durante 10 aos (en comparacin al parque europeo en aceite mineral de 5.000.000 detransformadores de distribucin).

! Medianamente inflamable necesitan las mismas medidas de proteccin que losaceites minerales.

! Su comportamiento al fuego se asimila al aceite mineral.! Oxgeno: (ndice de Ester 16/aceite 17, poder calorfico: Ester 34/aceite 48).! Desprenden humos opacos.! Contaminan el suelo y la capa fretica? (punto controvertido).

Los aceites de silicona

Definicin: Aceites sintticos a base de slice.Marcas y fabricantes: Rhodorsil (Rhone Poulenc), Dow Corning 561 (Dow Corning), BaysiloneM 50 EL (Bayer)

Inconvenientes:! Desprenden humos muy opacos (slice pulverulenta en el aire) en caso de incendio,

dificulta la localizacin del foco de calor y las intervenciones de rescate, destruyeconsiderablemente las instalaciones.

! Activa la combustin en caso de fuga de silicona (incendio real) aunque en vasoabierto la silicona sea autoextinguible despus de la creacin de una capa de sliceen la superficie hecho que no puede jams producirse en explotacin dentro de un

transformador.! Medianamente inflamable, necesita medidas de proteccin segn MIE RAT ITC 14.! Dimensiones del orden del 20% superiores a un transformador de aceite mineral. El

aceite de silicona disipa mal el calor y tiene un coeficiente de dilatacin elevado.! Contamina el suelo y las capas freticas.


Caractersticas - Ecolgicas y ToxicolgicasCaractersticas Definicin Valores Aceites Esteres Aceites de LIHT

exigidos Minerales SiliconaContaminac in fri a. - Poluc in de las capas freticas por

derrame del dilectrico en la naturaleza. NO S Controvertido S S

- Biodegradabilidad. S NO Controvertido NO NO

Contaminacin caliente. - Opacidad de los humos. NO OPACOS OPACOS OPACOS MUY OPACOS OPACOSHumos blancos

slicepulverulenta

- Toxicidad de los gases emitidos en casode pirlisis. NO TXICOS TXICO TXICO NO TXICO TXICOS

Controvertido Furanos PCDFDioxinas PCDDProductos Alog.

- Corrosividad de los humos. NO NO NO NO CORROSIVOCORROSIVOS CORROSIVO CORROSIVO CORROSIVO cido

Clorhdrico HCl

(1) En caso de incendio, el aceite de silicona desprende humos muy opacos.(2) Los esteres desprenden al arder productos muy txicos. (2) (1) (3)(3) Los LIHT desprenden productos muy txicos y corrosivos, la fabricacindel Ugilec T ha quedado prohibida desde 18/06/94, Directiva 76/769/CEE.


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Caractersticas - instalacin - mantenimientoCaractersticas Definicin Valores Aceites Esteres Aceites de LIHT

exigidos Minerales SiliconaViscosidad cinemtica Caracteriza la capacidad para evacuar el MNIMO 10 30 40 6

a 40C (mm2 /s) calor.Mejor cuanto ms escaso es

Coeficiente de dilatacin Variacin del volumen en funcin de la MNIMO 7 7 10 8(10-4 l/K) temperatura.

Mejor cuanto ms escaso es

Sensibilidad a la humedad Caracteriza la sensibilidad a la humedad. MNIMO 50 2700 200 170saturacin a 20 C en ppm. Mejor cuanto ms escaso es

Sensibilidad a las bajas Temperatura por debajo de la cual el lquido MNIMO Adaptable a las -25 C Adaptable a las - 5Ctemperaturas. puede solidificar. necesidades necesidades

Mejor cuanto ms escaso es(1) El aceite de silicona es el peor caloportador con un coeficiente elevadode dilatacin, es el que entraa un dimensionamiento ms importante de laparte activa (y de la cuba), que eleva el costo del transformador, ya (2) (1) (3)acentuado por el elevado coste de la silicona.

(2) Los esteres son extremadamente sensibles a la humedad,necesitan severas precauciones de estanqueidad a la humedad y un

mantenimiento delicado e importante.

(3) Las LIHT son sensibles a las temperaturas inferiores a 5 C limitando suinstalacin y almacenamiento; se oxidan en contacto con el aire.

Lquidos aislantes halogenados para transformadores (LIHT)

Definicin: Lquidos sintticos a base de Triclorobencenos* (TCB) ( 40% en masa).

Marcas y fabricantes: Ugilec T, Iralec (Prodelec).

Ventajas:! Difcilmente inflamables, no necesitan proteccin contra incendios.

Inconvenientes:

! Prohibicin del Ugilec T desde 18 de junio de 1994 (JOCE n. L 186 del 12/07/91p 64 y 65) (Anexo 3).

! Se oxda en el aire.! Contiene productos halogenados (Cloro, flor, bromo)! Posible desprendimiento de productos muy txicos: Furano, Dioxina.! Desprende humos muy opacos.! Instalacin limitada: sensible a las bajas temperaturas ( < -5 C).! Contamina el suelo y las capas freticas.

* Los TCB forman parte en un 40% de la composicin de los Askareles (Piralenos) y son el origen deldesprendimiento de Furanos (PCDF), Dioxina (PCDD).

EVOLUCIN DEL TRANSFORMADOR SUMERGIDO HACIA LA TCNICADEL LLENADO INTEGRAL

El aceite mineral es igualmente, muy sensible a la temperatura. Estando caliente, en contactocon el aire, se oxida, se ennegrece y se acidifica, esta accin conduce a la corrosin de losaislantes internos del transformador y, por tanto, a limitar considerablemente su vida media.Con el tiempo es origen igualmente de la formacin de lodos que se depositan sobre las partesactivas dificultando de esta forma los cambios trmicos. Con el fin de reducir la superficie decontacto entre el aceite y el aire, se han provisto a las cubas de los transformadores sumergi-


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dos, de un pequeo depsito de expansin (llamado conservador de aceite), que est encomunicacin con la parte superior de la cuba, permitiendo las contracciones y dilatacionesdebidas al enfriamiento y calentamiento del aceite.

Otro procedimiento consiste en introducir, entre el nivel superiordel aceite y la tapa, un cierto volumen de gas inerte (normalmente

ni-trgeno), este gas se comprime bajo los efectos de la dilatacindel aceite y, por lo tanto, todas las juntasde la tapa debern ser estancas. Paramantener la alimentacin del gas inerte,se puede utilizar una botella de gas dealta presin con una vlvula reductoraapropiada o un pulmn de cauchounido directamente a la parte superiorde la cuba (procedimiento JOSSE).

Se puede tambin conservar el deposi-to de expansin, en el cual se hace lacompresin y la descompresin del gasinerte.

En la actualidad el procedimiento empleado para evitar la oxidacindel aceite se efecta con el " LLENADO INTEGRAL" de la cuba ycerrndose la tapa de forma hermtica de manera que no existacontacto entre el aire y el fluido dielctrico.

Se concibe que no respirando el transformador no existe posibilidad de alterar las cualidadesdielctricas y refrigerantes del aceite y, por consiguiente, tampoco se vern alteradas lascaractersticas de los aislantes orgnicos que forman el aislamiento del transformador, con loque se consigue adems de aumentar su vida media un ahorro importante en su antenimiento,debido a la reduccin de las extracciones de muestras de aceite para comprobar sus caracte-rsticas fsico-qumicas, tratamientos de filtrado, deshidratacin y desgasificacin (el fabricantesuele garantizar la estabilidad del aceite durante diez aos en un transformador de llenadointegral), al dilatarse el aceite se establece una cierta sobrepresin en la cuba, la cual aumenta

con la carga del aparato. Los pliegues de la cuba, especialmente dise-ados, son los encargados de absorber las dilataciones del lquido.

Los transformadores encapsulados en resina epoxi son la opcinms coherente en la actualidad para su instalacin en edificios depblica concurrencia, por su alta seguridad en caso de incendio de-bido a que los materiales empleados en su construccin son autoex-tinguibles y no producen gases txicos o venenosos, los humos sonmuy tenues y no corrosivos (su ph respecto al del agua es de 6,44 y6,95 respectivamente). Se descomponen a partir de los 345 C, encaso de fuego externo, cuando alcanza la resina los 350 C arden

con llama muy dbil y al cesar el foco de calor se autoextinguen enun tiempo que depende de la composicin de la carga en la resina.

Nivel de aceite

20C

Transformador con depsi tode expansin

Transformador con atmsferade gas inerte directamentea la cuba principal y botella

de alimentacin.

Transformador hermtico conllenado integral de aceite


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MEDIDAS DE PROTECCIN CONTRA RIESGOS DE INCENDIO EN CCTTSEGN ITC 14 MIE-RAT

Tipo de Tabiques Ventilacin Fosos N Extintores Sistemas fijostransformador separadores celdas colectores porttiles de extincin

(Mo UNE 23727) automticosSeco ----- No ser necesaria, ----- No se exigen instalaciones de PCI si el calor

si el calor generado genrado no supone riesgo de incendio para

no supone riesgo los materiales prximos (Aptdo. 4.1 b2)de incendio(Aptdo. 4.1, b2)

Bao de aceite SI Natural, con rejillas Para volmenes Uno, de eficacia Para volumen unitarioo Ti < 300 C. (Aptdo. 3.2.1) de entrada y salidas superiores a 50 l. y 89 B, en el exterior de dielctrico superior

de aire. provistos de cortafuegos y d < 15 m., o dos a 600 l o que el conjuntoSi no fuera suficiente: (Aptdo. 4.1) de eficacia 89 B en supere los 2.400 l. Ventilacin forzada vehculo itinerante.

provista de dispositivos (Aptdo. 4.1, b1) Para locales de pblicade parada automtica. concurrencia, reduccin

(Aptdo. 3.3.1) a 400 l y 1.600 lrespectivamente.(Aptdo. 4.1 b2.)

Bao incombustible ---- - Venti lacin na tura l o Sistema de recogida de No se exigen ins talaciones de PCI s i el calor

o Ti > 300 C forzada (Aptdo. 3.3.1) posibles derrames que generado no supone riesgo de incendio paraimpidan su salida al los materiales prximos (Aptdo. 4.1 b2)exterior (Aptdo.4.1)

Limitndonos a lo expuesto hasta ahora podemos observar que el transformador seco encap-sulado en resina es la alternativa que ofrece mayor seguridad a la instalacin y tranquilidad alusuario, siempre y cuando estos transformadores de potencia sean capaces de resistir a lolargo de su vida til todas las incidencias de la red y del medio ambiente, tales como: transito-rios en general, fuertes sobrecargas y cortocircuitos, y agresiones del entorno tales como: altasconcentraciones de humedad, condensacin, contaminacin industrial y variaciones impor-tantes de temperatura.

Realmente, la concepcin del transformador seco es fundamental, ya que en l puede estar ono integrada la resistencia a soportar estas condiciones de almacenamiento y de funcio-namiento, del mismo modo que podr o no estar integrada la limitacin de su inflamabilidad o,mejor an, su autoextinguibilidad inmediata al cesar las llamas de un fuego externo, as comosu emisin o no de sustancias txicas en caso de pirlisis o de combustin.El conocimiento de estas limitaciones en los transformadores secos encapsulados, suponepara el usuario, instalador o proyectista, el poder adoptar en cada caso la solucin ms venta- josa para la seguridad de las personas y la de los bienes, por ello el Documento de armoniza-cin HD 464 S1: 1988/A2: 1991 del CENELEC recoge la CEI 726 (1982) + A1: 1986 y la com-pleta definiendo para este tipo de transformadores:clases de entorno, clases climticas yclases de comportamiento ante el fuego.

Los transformadores secos encapsulados en almina trihidratada son mundialmente reconocidos

por su seguridad y fiabilidad basadas en sus excepcionales cualidades frente a las variaciones detemperatura extremas (choque trmico). A esta notable endurancia cabe aadir su elevado rendi-miento frente a la humedad, incluso saturada, por ejemplo en las plataformas petrolferas en el marsu elevado rendimiento frente a las agresiones de las atmsferas industriales, por ejemplo las deuna cementera. Los transformadores secos encapsulados en almina trihidratada soportan extraor-dinariamente las variaciones de carga, los cortocircuitos y las sobretensiones.

COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO DE LOS TRANSFORMADORES SECOSENCAPSULADOS

La almina trihidratada de elevadas propiedades ignifugantes, confiere a los transformadoresencapsulados un comportamiento ante el fuego excepcional:una autoextinguibilidad in-mediata en ausencia de productos txicos que son evidenciadas por tres efectosantifuego

que aparecen como consecuencia de un proceso de calcinacin en caso de incendio, la almi-na trihidratada, mezclada de manera homognea con la resina epoxi, garantiza un excepcional


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comportamiento frente al fuego del sistema de revestimiento: combustin difcil, poca opacidadde los humos, productos de descomposicin muy reducidos y no txicos y, sobre todo, unaautoextincin inmediata.

Para reducir la proporcin de sustancias inflamables, el 60% de la carga ignifugadora se en-cuentra mezclada de manera homognea en el sistema de revestimiento que se compone de:

! Un 20% de resina epoxi.! Un 20% de endurecedor anhidro modificado por un flexibilizador.! Un 60% de carga ignifugante, bajo la forma de polvo compuesto por slice y

almina trihidratada.

El conjunto es ntimamente mezclado, desgasificado y colado al vaco antes de la polimeriza-cin. Antes del vaciado y de la polimerizacin, los tres componentes se mezclan ntimamenteen vaco para obtener un sistema de encapsulado perfectamente homogneo. De este modo,la alta tasa de carga ignifugadora diluye la resina y el endurecedor (ambos son productos com-bustibles) y reduce as la proporcin de sustancias inflamables. La carga ignifugadora esttotalmente libre de productos halogenados.

La almina trihidratada es mundialmente conocida por sus propiedades ignifugantes,pero su utilizacin para el transformador seco encapsulado es exclusiva de FranceTransfo (Schneider Electric) .

La almina trihidratada o trihidrxido de aluminio (o Gibbsita), bajo su formulacin qumicaAl(OH)3, es un producto fabricado a partir de la bauxita, segn un procedimiento denominadoproceso Bayer.

almina Trihidrxidotrihidratada = de aluminio = Gibbsita = Al (OH)3

La almina trihidratada, que se presenta en forma de polvo de diversas granulosidades, esmundialmente conocida por sus propiedades ignifugas y se utiliza especialmente para protegercontra el fuego el plstico, caucho, pintura, etc.Las aplicaciones ms conocidas son:

! Soporte espuma de moquetas.! Cubiertas aislantes de cables elctricos.! Fundas aislantes de espuma plstica para tubos de calefaccin.! Plsticos moldeados para electrotecnia, electrnica y electrodomsticos.

LOS TRES EFECTOS ANTIFUEGO

La explicacin de los tres efectosantifuego que caracterizan la ignifugacin de los trans-formadores en almina trihidratada, es la siguiente:Cuando el transformador es expuesto a las llamas (por ejemplo, durante un incendio), la al-mina trihidratada inicia un proceso qumico de calcinacin en el que se transforma poco a pocoen xido de aluminio Al2O3 (ms conocido como almina) y en vapor de agua absorbiendomucha energa.


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2Al(OH) + energa calcinacin Al O + 3H O3 2 3 2

Primer efecto antifuego: formacin de un blindajerefractario de aluminio.

El xido de aluminio (almina) generado forma una capa deproteccin en la superficie del sistema de revestimiento,crendose de este modo un blindaje refractario.

En efecto, la almina es conocida por sus cualidadesrefractarias y se utiliza para la fabricacin de ladrillosrefractarios, cermicas, etc.

Segundo efecto antifuego: creacin de una barrerade vapor de agua.

Qumicamente, la almina trihidratada contiene aproxi-

madamente 35% de agua en forma cristalizada que sedesprende en forma de vapor de agua durante el pro-ceso de calcinacin y es evacuada por la superficie delsistema de revestimiento.

Esta capa de vapor impide al oxgeno del aire alcanzarla resina y, por lo tanto, impide su combustin. Simult-neamente, el vapor de agua diluye los productos dedescomposicin y reduce as su concentracin y la

opacidad de los humos de manera significativa. La ausencia de productos halgenos garantizala no toxicidad de los productos de descomposicin.

Tercer efecto antifuego: mantenimiento de la temperatura por debajo de la temperatura de

inflamacin.El proceso de calcinacin de la almina trihidratada es una reaccin endotrmica (que absorbemucha energa), es decir que la almina trihidratada se comporta como un gran consumidor decalor.

Por ello, la temperatura del sistema de revestimiento se mantiene por debajo de su temperatu-ra de inflamacin (nivel crtico de inflamabilidad), tan pronto como se suprimen las llamas ex-ternas.

La temperatura mxima del revestimiento en almina trihidratada queda muy por debajo, casi100 C, del umbral lmite definido por el Documento de Armonizacin Europeo HD 464 S1:1988/A2: 1991 del CENELEC (Comit Europeo de Normalizacin Electrotcnica).

El ensayo, tal y como se define, aplica dos fuentes decalor, cuando la primera fuente de calor se apaga, seauto-extingue inmediatamente y a pesar del funciona-miento de la segunda fuente, su temperatura cae brus-camente.

En lo relativo al comportamiento ante el fuego, el docu-mento de armonizacin define temperaturas mximas queno deben sobrepasarse sin tratar de la presencia o no delfuego. Las definiciones estn en relacin al riesgo de in-cendio y, en consecuencia, con relacin a las necesidadesde seguridad de los bienes y de las personas.

1.er efecto antifuego

3.er efecto antifuego

2. efecto antifuego


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CLASES DE COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO

Se definen tres clases de comportamiento ante el fuego:F0, F1, F2.

F0: arden

El documento de armonizacin HD 464 S1 define F0como:

No existe ningn riesgo especial de incendio que con- templar. Salvo para las caractersticas inherentes a laconcepcin del transformador, no deben tomarse medidas especiales para limitar la inflamabilidad.La clase F0no exige ningn ensayo.

F1: es autoextinguible en un tiempo bien definido

El documento de armonizacin HD 461 S1 define F1 como:

Transformadores sometidos al riesgo de incendio. Se exige una inflamabilidad restringida. Laautoextincin del fuego (se permite un incendio limitado con un consumo de energa despre- ciable) debe producirse en un periodo de tiempo determinado, a especificar entre comprador yconstructor, excepto si viene estipulado en una especificacin nacional.La emisin de substancias txicas y humos opacos debe reducirse al mnimo.Los materiales y productos de combustin deben ser prcticamente libres de halgenos y con- tribuir al fuego exterior slo con una cantidad limitada de energa trmica.

F2: es un acuerdo especial entre comprador y constructor

El documento de armonizacin HD 464 S1 define F2 como:

Mediante precauciones especiales, el transformador debe poder funcionar durante un tiempodeterminado si est sometido a un fuego exterior. Los requisitos de la clase F1 deben cumplir- se de igual modo.

En lo relativo a la clase F2 queda por definir un procedimiento de ensayo de funcionamiento encaso de fuego exterior. La enmienda AC del documento de armonizacin HD 464 S1: 1988 /prAC: 1991 slo define un procedimiento de ensayo para comprobar la aptitud a la clase F1.

Dicho procedimiento de ensayo precisa: El ensayo se efecta en una fase completa de untransformador que comprenda bobinas de alta y de baja tensin, el ncleo as como los consti- tuyentes del aislamiento, sin envolvente, en caso de existir una.

Combinacin de los 3 efectos


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ENSAYO DE COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO F1(Solucin Merlin Gerin Schneider Electric)

Ensayo F1

Fuego Laboratorio de ensayos STELF del CNPP (Centro Nacional de Prevencin y de Proteccin)

de CHAMPS - sur - MARNE (FRANCIA) segn proyecto E.D.F. elaborado por la direccin de estudiose investigaciones de ELECTRICIDAD DE FRANCIA. sobre una columna completa

del transformador tipo Trihal de 630 kVA n. 601896.01marca France Transfo/Merlin Gerin (Schneider Electric)

Protocolo de ensayo n. PN94 4636

Figura 1

Modalidades de ensayo

La muestra se ha situado en la cmara de ensayos descrita en la CEI 332-3 (utilizada paraensayos en cables elctricos), comprendiendo una bobina completa del transformador Trihalcon encapsulado en almina trihidratada (MT + BT + circuito magntico). Vase figura 1.

La principal fuente de calor es alcohol etlico - 27 MJ/kg, que se quema en una cubeta. Unasegunda fuente de calor, la constituye un panel elctrico radiante - 24 kW - 750C. El procedi-miento de ensayo se resume en la figura 2.

Se considera que el material sometido a ensayo ha superado la prueba si satisface los criteriossiguientes:

Calentamiento mximo: 420 KCalentamiento a los 45 min.: 140 KCalentamiento a los 60 min.: 80 K

El ensayo comienza cuando el alcohol existente en una cubeta (nivel inicial 40 mm) se inflamay el panel radiante de 24 kW ha sido puesto en marcha, la duracin del ensayo es de 60 minu-tos de acuerdo con la norma.


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Evaluacin de los resultados

El calentamiento se ha medido durante todo el ensayo. Debiendo situarse, segn la norma, entemperaturas inferiores o iguales a los 420 C.

Durante los primeros 20 minutos, la combustin del alcohol provoca altas llamas que envuel-

ven la columna del transformador. Durante este tiempo, las medidas atestiguan una combus-tin muy moderada de la columna.

A t = 45 min.: la temperatura del transformador alcanza los 85 C (segn la norma deber serigual o inferior a 160 C). Ver figura 2.

A t = 60 min.: la temperatura alcanza los 54 C (segn la norma deber ser igual o inferior a100 C). Ver figura 2.

No se han detectado, durante el ensayo, la presencia de componentes tales como: cido clor-hdrico (HCl), cido cianhdrico (HCN), cido bromhdrico (HBr), cido fluorhdrico (HF), dixidode azufre (SO2), aldehdo frmico (HCOH).

El calentamiento mximo del transformador revestido con almina trihidratada queda casi100 C por debajo del umbral autorizado por el documento de armonizacin, o sea 330 K envez de 420 K.

Al final de la combustin del alcohol (t = 15 min.), mientras que el panel radiante sigue en ac-cin, el transformador se autoextingue inmediatamente y su temperatura cae bruscamente.Slo 10 minutos despus del final de la combustin del alcohol (con el panel radiante todavaen funcionamiento), la temperatura ha bajado a la mitad (140 K con relacin a los 330 K mx.de este singular transformador).

Figura 2. Posicin del transformador Trihal con almina trihidratada con relacin

al lmite terico de la clase F1


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El transformador alcanza el umbral de los 140 K a los 23, dos veces ms rpido que lo exigidoen la norma que lo sita en los 45, o sea, 5 minutos despus de la extincin del panel radiante.

El comportamiento ante el fuego y la autoextinguibilidad de lostransformadores secos encapsulados pueden ser muy diferentessegn los casos.

El HD 464 S1 es el primer documento normativo que trata el temadefiniendo un procedimiento de ensayo.

Estas condiciones definidas por el normalizador pretenden demos-trar la autoextincin del fuego.

El transformador encapsulado con revestimiento en almina trihi-dratada ha superado con xito diferentes ensayos F1 en el CNPP.El certificado de ensayos n. PN 94 4636/A registra los detallesde los resultados realizados sobre este transformador estndar de630 kVA 20kV / 410 V. Todos los detalles caractersticos estndescritos en el certificado.

OTROS ENSAYOS

El test de comportamiento al fuego del sistema de encapsulado con almina trihidratada com-prende igualmente diversos ensayos sobre materiales adems del ensayo descrito anterior-mente:

Ensayos sobre materiales

Todos los ensayos realizados sobre muestras de material se han llevado a cabo en laborato-rios de reconocido prestigio.

ndice de oxgeno Corresponde a la mnima concentracin de oxigeno (en porcentaje en volumen) que debe ha-ber en una mezcla de oxgeno y nitrgeno para que se pueda mantener la combustin delmaterial. Caracteriza la inflamabilidad y se ha medido segn el mtodo de la norma NF T51.071 a distintas temperaturas.

Resultados del ensayo:

temperatura de ensayo 20 C 80 C 150 C 200 C

ndice de oxgeno 35,3 32,1 28,2 24

A ttulo comparativo, el ndice de oxgeno a 20 C es:- para el aceite mineral: 17- para el aceite de silicona: 22 a 29

Velocidad de combustin

Caracteriza la capacidad que tiene el material de propagar el fuego. Se mide en el mismo apa-rato utilizado parar la determinacin del ndice de oxgeno y con distintos porcentajes de ox-geno.


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porcentaje de oxgeno 40% 45% 50% 60%

velocidad de combustin mm/s 0,15 0,20 0,36 0,37

Poder calorfico superior

El poder calorfico superior es la cantidad de calor mxima desprendida por la combustin totaldel material. Se mide en un calormetro adiabtico, segn el mtodo de la norma NF M03.005.

Resultados del ensayo: 10,8 MJ/kg.

A ttulo comparativo, el poder calorfico superior es:- para el aceite mineral: 46 MJ/kg.- para el aceite de silicona: 27 a 28 MJ/Kg.

Productos de descomposicin

El anlisis y dosificacin de los gases producidos por la pirlisis de los materiales se efectansegn las disposiciones de la norma NF X 70.100.

Las pirlisis se efectan a 400, 600 y 800 C y con muestras de aproximadamente 1 gramo.


El cuadro inferior indica los contenidos medios (en masa de gas / masa de material) obtenidosa partir de los valores de tres ensayos efectuados sobre el Trihal con sistema de encapsuladoen almina trihidratada a 400, 600 y 800 C. La indicacin NS significa que los resultados son

demasiado cercanos al lmite de sensibilidad del aparato y, por lo tanto, poco precisos y nosignificativos. La indicacin 0 significa que los gases estn ausentes o que su proporcin esinferior a la sensibilidad del aparato.

Productos de descomposicin: contenido en gas/temperaturas400 C 600 C 800 C

Monxido de carbono CO 2,5% 3,7% 3,4%

Dixido de carbono CO2 5,2% 54,0% 49,1%

cido clorhdrico HCI en forma de iones cloruros C1- 0 NS NS

cido bromhdrico HBR en forma de iones bromuros Br- 0 0 0cido cianhdrico HCN en forma de iones cianuros CN- 0 NS NS

cido fluorhdrico HF en forma de iones fluoruros F- 0 0 0

Anhdrido sulfuroso SO2 0,2% 0,17% 0,19%

Monxido de nitrgeno NO 0 0 0

Dixido de nitrgeno NO2 0 NSNS


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Clasificacin humos

La clasificacin humos de los materiales caracteriza sus propiedades desde el punto de vistade la opacidad de los humos y la toxicidad de los gases emitidos en caso de pirlisis y de com-bustin a 600 C.

Las mediciones han sido realizadas por el Laboratoire National d'Essais (Laboratorio Nacionalde Ensayos) segn las normas NF X 70.100 y NF X 10.702 y conforme con la especificacinSNCF 10-3000-960 (GTM 000). Segn los resultados obtenidos, se calcula un ndice de humo,que permite efectuar la clasificacin con relacin a 6 clases existentes (de F0 a F6. No confun-dir con los niveles F0, F1 y F2 sobre el comportamiento ante el fuego descritos anteriormente).El ndice junto a la letra F es ms elevado si son malas, es decir, si tienen una mayor opacidady una toxicidad superior. La clase F0 corresponde por lo tanto a la mejor clasificacin humo.


El sistema de encapsulado del transformador Trihal con almina trihidratada es clasificadoF0 con relacin a la opacidad de los humos y toxicidad de los gases emitidos en la combustin.

Este ensayo confirma la no toxicidad de los productos de descomposicin en caso de pirlisis yla ausencia de desprendimiento de humos opacos que podran entorpecer una intervencinurgente en caso de incendio y tener repercusin en el entorno.

Loboratoire National dEssaisLaboratorio Nacional de Ensayos.

Protocolo de ensayos.n. 8030790. DEM/1 del 29 de abril de 1988.

Corrosividad de los humos

La determinacin de la corrosividad de los humos ha sido realizada por el Laboratoire NationaldEssais (Laboratorio Nacional de Ensayos) segn la norma UTE C 20.453.

Resultado del ensayo:

El ph medio es de 6,44. A ttulo comparativo, el ph del agua es de 6,95.

Laboratoire National d' Essais Laboratorio Nacional de Ensayos.

Informe de ensayo.0090039 - DMAT/11 del 21 de agosto 1990.

CONCLUSIN

Como ha quedado demostrado, los transformadores con sistema de encapsulado en alminatrihidratada son un ejemplo de seguridad integrada a la mquina y como tal no exige limitacio-nes ni tolerancias tcnicas que puedan poner en duda su excepcional comportamiento frente alfuego, sus altas prestaciones en atmsferas difciles, su carcter totalmente no contaminantepara el entorno y su elevada fiabilidad elctrica.


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Segunda parte

Garantas de disponibilidad y fiabilidad

en transformadores secos encapsuladosNuevas normas europeas sobre seguridad en transformadores

omo resumen y antes de entrar en los criterios que garantizan la fiabilidad de los trans-formadores secos encapsulados, se exponen a continuacin como introduccin las cla-ses climticas para transformadores secos definidos por la HD 464 1 S1 y dos conceptosfundamentales a tener presente cuando tratemos el tema del choque trmico en trans-

formadores secos encapsulados: La estabilidad dielctrica y las descargas parciales en estatecnologa.

c Climticos: C1 hasta 5 CC2 hasta 25 C

c Medio ambiente: E0 instalacin limpia.E1 escaso nivel de condensacin y

polucin.E2 elevado nivel de condensacin y

polucin.

c Fuego: F0 arde.(definidos en la 1. parte) F1 autoextinguible.

F2 acuerdo especial (comprador/fabricante).

Los ensayos climticos comprenden:

Ensayos de penetracin de humedad consistente en mantener el transformador bajouna humedad relativa del 90% (+ 5%) durante 72 horas a una temperatura de 50 C(+ 3 C).

Ensayo de condensacin y contaminacin (atmsfera salina).

Ensayo a baja temperatura ( 25 C).

Choque trmico: Con el transformador previamente refrigerado a 10 C, y brusca-mente alimentado hasta alcanzar el doble de la corriente nominal durante una hora.

Los ensayos dielctricos y medidas de descargas parciales sancionarn estos ensayos climticos.

Los constructores, por su parte, debern indicar en la placa de caractersticas de cada trans-formador las clases a la que corresponde segn los niveles indicados anteriormente; y el com-prador podr exigir los protocolos de ensayo efectuados conforme a la norma.

Por su parte la norma UNE 21538 armonizada parcialmente con la HD 538-1 S1 (amplia-cin de la mencionada HD 464 S1) de septiembre de 1994, impone un nivel mnimo porcategora, siendo estos los siguientes:


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Climticos = E0Medio ambiente = C1Fuego = F1

Para los usuarios, sta es una verdadera garanta de disponibilidad y fiabilidad de los transfor-

madores. La triple certificacin(E2, C2y F1) obtenida por los transformadores secos encapsu-lados en almina trihidratada es una prueba de seguridad garantizada.

DESCARGAS PARCIALES

Resumen:

! Se trata de una descarga elctrica que slo puentea parcialmente el aislamiento entredos conductores.

! Que ocurre en la parte de alta tensin del sistema de aislamiento.

! Conlleva:o A corto plazo: un deterioro de los aislantes.o A largo plazo: la avera del transformador.

c Remedios:v Moldeado en vaco de las bobinas de AltaTensin (para evitar vacuolas) bobina degradiente lineal sin capas intercaladas (lo quereduce la tensin entre espiras).

c Precauciones a tomar:v Insistir en proceder al ensayo de medicinde descargas parciales.

v Ensayo de rutina para los transformadoresencapsulados en resina (HD 464 Sl).

v En conformidad con un procedimiento normali-zado (CEI 270).v Nivel en conformidad con las normas para:Nivel de descarga parcial < 20 pC (HD 464 Sl). Sistema de bobinado de AT Merlin Gerin

sin entrecapas.

LA ESTABILIDAD DIELCTRICA

En todos los dielctricos las caractersticas a comparar debern ser cuatro:

1. La permisividad dielctrica.2. La tangente del ngulo de prdidas.3. La resistividad.4. La rigidez dielctrica.

La permisividad dielctrica nos determinara la reparticin del campo elctrico entre las distintascapas aislantes que constituyen por regla general los transformadores, es un valor fundamen-tal en la previsin de su tensin disruptiva.

Las prdidas dielctricas, o ngulo de prdidas, intervienen de forma indirecta debido al calen-tamiento que producen en el dielctrico. En condiciones determinadas podra llegarse a la rup-tura dielctrica por puro efecto trmico de estas prdidas.


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En efecto, por razones que sedesprenden del proceso fsico depolarizacin, origen de todos losfenmenos dielctricos, tan-to laconstante dielctrica en valorrelativo como la tangente del

ngulo de prdidas, dependenen gran medida de la temperatu-ra a la que se encuentre someti-do el dielctrico.

La conclusin terica, podramosresumirla en la existencia de uncierto voltaje crtico propio decada sustancia, rebasado el cualse producira la ruptura dielctri-

ca cualquiera que fuera el grueso del material aislante. Este fenmeno repercute en los trans-formadores con aislamientos anormalmente reforzados a consecuencia de la utilizacin detensiones elevadas con lo cual se deber extremar la refrigeracin para evitar la llamada "des-

carga trmica".El coeficiente de prdidas es ndice por su sola presencia, de un calentamiento del dielctricoque a su vez repercute sobre el mismo coeficiente provocando su variacin, al no existir refri-geracin, degenerara en un proceso acumulativo capaz de elevar indefinidamente la tempera-tura del aislante provocando su perforacin a cualquier tensin por baja que fuese y aun cuan-do el grueso del aislante excediera de todo lo razonable.

Cuando se aplica un voltaje alterno a un condensador, el dielctrico queda sometido a tensio-nes y desplazamientos peridicos. Si el material fuera perfectamente elstico, no habra prdi-da de energa debido a que la almacenada durante los periodos de aumento de tensin seracedida al circuito cuando sta disminuye. Pero la elasticidad elctrica de los circuitos no esperfecta, de modo que el voltaje aplicado tiene que vencer fricciones moleculares adems de

las fuerzas elsticas; este trabajo de friccin se transforma en calor representando una prdidade energa til.

Cuando las prdidas de energa no son excesivas, la elevacin de temperatura del dielctricoes moderada (3 a 5 C), pero si estas prdidas se elevan, la temperatura puede incrementarsehasta 50 C con las consiguientes modificaciones en el dielctrico que pueden conducir a fallosen el condensador. Por ello la medida de esta energa u otra magnitud relacionada con ella esde suma importancia.

Considerando el caso particular de un voltaje sinusoidal aplicado a un condensador perfecto,las ondas de intensidad de corriente estn desfasadas con las de voltaje en 90. En la prctica,a causa de que los dielctricos son imperfectos, una pequea cantidad de energa se disipa yel ngulo de fase entre V e I se hace menor de 90. (Vase figura.)

Al ngulo se le denomina ngulo de prdida dielctrica y al valor de la tg se le conoce conel nombre de factor de disipacin o tangente del ngulo de prdida.

Si consideramos un condensador de capacitancia C y frecuencia f al que se aplica un voltajeU,la prdida de energa vendr dada por:

P = 2 f C U2 tg

Es decir, que la energa disipada en el dielctrico es proporcional al ngulo de prdidas dielc-tricas y al cuadrado del potencial. Esta frmula es aplicable a las prdidas elctricas disipadasen forma de calor en un transformador.

ngulo de prdidas

I

U

Ic

Ir

; Ic = ---------- = C U

C

P = Co tg . U = G U2 2

C = Capacidad del dielctricoCo = Capacidad con dielctrico elvaco tg =Factor de prdidas


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El valor cuantitativo de la tg para un aceite dado aumenta con la temperatura y tambin conla degradacin o envejecimiento del aceite (unas 100 veces desde 20 C a 90 C).

En un transformador de bajo voltaje (hasta 50 kV) la influencia del ngulo de prdidas es pe-quea, debido a que el valor del primer trmino ( 2f C U2) es bajo y en consecuencia la disi-pacin de calor en el dielctrico es relativamente dbil. En estos casos, el aceite del transfor-

mador acta ms como refrigerante que como dielctrico.Ahora bien, en transformadores de alto voltaje (superior a 100 kV), el primer trmino adquiereunas magnitudes considerables, por lo que si se desea mantener una disipacin de calor m-nima, es necesario que el valor de la tangente del ngulo de prdidas del aceite fresco seabajo y su evolucin durante el servicio muy pequea; en caso contrario se origina un fuertedesprendimiento de calor que eleva la temperatura del aceite y, en consecuencia, incrementael valor de la tangente con lo que se empeora an ms este fenmeno.

Como ndice de la posible evolucin del ngulo de prdidas de un aceite durante el servicio,se determina el valor de esta magnitud a 90 C, antes y despus de un ensayo de oxidacin a100 C durante 164 horas.

En razn de lo anterior, el concepto de tangente del ngulo de prdidas y su evolucin duranteel servicio es fundamental en aceites destinados a transformadores de alto voltaje. Por ello, lamayor parte de los fabricantes de transformadores especifican como lmite mximo de la tan-gente del ngulo de prdidas del aceite oxidado valores entre 0,05 y 0,1.

Es costumbre expresar las prdidas de un condensador por su factor de potencia (Power fac-tor), que viene dado por la razn entre la potencia disipada en el circuito y la potencia aparenteV. I. En la figura, observamos que para ngulos pequeos, se cumple:

Power factor = cos = sen tg

Como podemos observar el efecto directo de una elevada tangente es el incremento de latemperatura de trabajo, pero existen adems otros efectos indirectos que pueden sumarse:

Incremento de la corrosin metlica. Aceleracin de la degradacin de la celulosa. Aumento de la solubilidad y emulsividad del agua. Incremento de la velocidad de oxidacin del aceite.

Todos estos factores conducen a una serie de fenmenos en cadena que pueden ocasionarproblemas al transformador durante el servicio.

As pues, la tangente del ngulo de prdidas es la propiedad que ms informacin proporcionaacerca de las caractersticas dielctricas del aceite, por lo que su valor es indicativo de la cali-dad de ste, siendo la propiedad normalmente utilizada para la aceptacin de un aceite nuevoy para conocer la calidad dielctrica de un aceite en servicio.

Para su determinacin, se ponen 40 cm3 de aceite en un vaso perfectamente limpio provisto deelectrodos separados 2 mm, actuando el aceite como dielctrico y el vaso como condensadorde un Puente Shering. La medida se hace con corriente alterna a 2000 V y 50 Hz y a una tem-peratura de 90 C. La resistividad y rigidez dielctrica varan segn el contenido en agua quedepender del grado de solubilidad aumentando sta con la temperatura. En los fluidos dielc-tricos es la silicona el ms absorbente.

En stos la variacin de la rigidez dielctrica, con respecto al contenido en agua, vara segnlas curvas de la figura siguiente.


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Esta influencia sobre las propieda-des elctricas en los fluidos acon-sejan someterlos a procesos detratamiento adecuados (calenta-miento bajo vaco, seguido de fil-tracin).

En transformadores secos encap-sulados con resina epoxi, el condi-cionante principal que determinarla estabilidad dielctrica, y portanto la longevidad del transforma-dor, es su mayor o menor conteni-do de descargas parciales , queen definitiva son descargas elctri-cas localizadas en el seno de laresina epoxi, el trayecto de estasdescargas se produce en un inter-valo aislante que separa dos con-

ductores. Este problema limita la tecnologa actual del transformador seco encapsulado enresina epoxi a tensiones no superiores a 36 kV y a 24 kV a los transformadores secos impreg-nados con aislantes de clase F o H, el problema se atena cuanto menor es la tensin de ais-lamiento y, por tanto, de servicio del transformador llegando a ser inexistente para transfor-madores secos de baja tensin .

Las descargas parciales no son un problema particular aunque s fundamental de los transfor-madores secos ya que estas se producen igualmente en las burbujas gaseosas en el interiorde un aislante lquido, o entre diferentes capas de un aislamiento, sobre todo si stas son decaractersticas dielctricas diferentes, tambin pueden generarse entre puntas o ngulos vivosde superficies metlicas en tensin. Para evitarlas en lo posible, los transformadores sumergi-dos se llenan al vaco y los secos encapsulados son moldeados bajo vaco.

Las descargas parciales suelen producirse en forma de impulsos individuales que pueden serdetectados como impulsos elctricos en un circuito externo conectado al transformador du-rante un ensayo de tensin inducida. Las descargas parciales generan seales de alta fre-cuencia que pueden separarse fcilmente de la tensin de frecuencia industrial a travs de unfiltro.

lnterferencias procedentes de parsitos de alta frecuencia pueden afectar la medicin de lasdescargas parciales. Estos parsitos de alta frecuencia originan unruido de fondo que de-termina el valor debajo del cual es imposible medir los niveles de descargas parciales.

Durante los ensayos en el transformador, las descargas parciales se representan con elsmbolo"q" debido a la"magnitud de su carga aparente".

La carga aparente de la descarga parcial es la cantidad de electricidad que, si se inyectaseinstantneamente a travs de los dos terminales del transformador objeto del ensayo, produci-ra el mismo efecto sobre el aparato de medicin que la propia descarga parcial. La magnitudde q es el valor absoluto de la carga aparente. Se mide enpicoCulombios pC.

El circuito de medicin de las descargas parciales, conectado a travs de los terminales deltransformador objeto del ensayo, comprende:

c condensadores de acoplamiento C en serie con detectores de impedancias Zm,que permiten desacoplar tanto la alta tensin del transformador bajo ensayo como lasdescargas parciales de alta frecuencia;

c un detector para amplificar los impulsos de las descargas parciales y mostrar el valorde la descarga de mayor magnitud.


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Medir los niveles de descargas parciales en un equipo electrotcnico tiene como prop-sito confirmar que, en condiciones de ensayo que simulen severas condiciones de fun-cionamiento, dicho equipo no sufre descargas parciales que, con el tiempo, perjudica-rn su funcionamiento.

Existen diferentes normas y especificaciones que tratan las descargas parciales y su medidasobre transformadores, tales como la CEI 270 (medicin en general de descargas parciales),CEI 76-3 y el documento de armonizacin europeo HD 398-3 S1 (descargas parciales paratransformadores en general), y la norma CEI 276 conjuntamente con el documento de armoni-zacin europeo HD 464 S1 para los transformadores encapsulados en resina con una tensinUm mxima mayor o igual a 3,6 kV.

A continuacin, se muestra un ejemplo de esquema elctrico del circuito de medicin de lasdescargas parciales para un transformador trifsico.

Esquema elctrico de medicin de descargas parciales en un transformador trifsico

Procedimiento de ensayo de descargas parciales de Merlin Gerin para el transformadorTRIHAL

La norma CEI 276 conjuntamente con el documento de armonizacin europea HD 464 Sl, defi-ne el procedimiento de ensayo para los transformadores encapsulados en resina con una ten-sin Um mxima mayor o igual a 3,6 kV.

c Cuando se procede al ensayo bajo tensin inducida, se aplica un ciclo definido de es-fuerzos dielctricos al transformador. Este ciclo comprende inducir:

v Una tensin llamada de pre-esfuerzo, destinada a simular una posible sobretensin,con un valor igual al 150 % de la tensin Um de los arrollamientos de AT del transfor-mador. Esta tensin, inducida durante 30 segundos, debe provocar descargas parcialesdebido a su alto nivel;

v Una tensin de medicin de nivel de descargas parciales, fijada en el 110 % del valorUm de los arrollamientos de AT. Esta tensin es inducida durante 3 minutos para com-probar que cualquier descarga parcial aparecida durante el pre-esfuerzo ha desapare-cido.

El propio aparato de medicin de descargas parciales hace fsicamente imposible conseguir unnivel de 0 pC. De hecho, siempre existen pequeas descargas parciales, aunque puedan estar

slo en el umbral de medicin del aparato.


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Segn el documento de armonizacin HD 464 Sl, la ausencia de descargas parciales estconfirmada cuando la amplitud del nivel de descargas parciales, medida al 110 % Um, es me-nor que 20 pC.

Ya que se trata de un factor determinante para la duracin de vida de los transformadoresencapsulados en resina, Merlin Gerin se fija un lmite incluso ms estricto.

En efecto, el ensayo es ms severo que el indicado en los documentos normalizados: laamplitud de las descargas parciales medidas al 110% de Um est garantizada a valoresinferiores de 10 pC en lugar de los 20 pC prescritos.

Nota:

En el caso de que Um sea mucho ms elevada que Un (Um > 1,25 Un), el documento HD 464S1 prev una disminucin de las tensiones del ciclo de ensayos.

Vase, seguidamente, que los niveles de descargas obtenidos en los ensayos climticos parael transformador Trihal (almina trihidratada) no superan los 2 pC.

Es preceptivo que todos los ensayos climticos deban realizarse sobre un nico transformadorde fabricacin estndar para los niveles climticos ms elevados de la HD 464 S1: C2a, E2a yF1 en laboratorios de renombre internacional.

SOLUCIONES MERLIN GERIN - SCHNEIDER ELECTRIC A LOS ENSAYOS CLIMTICOSEN EL TRANSFORMADOR TRIHAL:

Choque trmico Laboratorio KEMA en Holanda, ensayo sobre un

transformador tipo Trihal de 630 kVA n 601896.01

marca France Transfo/Merlin Gerin (Schneider Electric)Protocolo de ensayo n 31813.00-HSL 94-1258

Ensayo Climtico C2a(segn el anexo ZB.3.2.a de la norma)


El transformador ha permanecido durante 12 horas en una sala climtica donde la temperaturaambiente se ha descendido inicialmente hasta 25 C ( + 3 C) durante 8 horas.

Evaluacin de los resultadosEl transformador ha superado con xito un examen visualseguido de los ensayos dielctricos (ensayos de resistenciaa la tensin aplicada y a la tensin inducida al 75% de losvalores normalizados) y las medidas de descargas parcia-les.

Foto KEMA


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El nivel de descargas parciales es determinante para la duracin devida del transformador seco encapsulado. Los niveles mximos impues-tos por las distintas normas europeas las sitan entre los 20 y 50 pC.

La medida realizada en el transformadorTrihal ha dado como resultado < 2 pC .Durante los ensayos dielctricos, no se producen contorneamientos nidesperfectos.

Foto KEMA

Ensayo C2b complementario (segn el anexo ZB.3.2.b de la norma)

Choque trmico Laboratorio KEMA en Holanda , ensayo sobre un

transformador tipo Trihalmarca France Transfo/Merlin Gerin (Schneider Electric)

Protocolo de ensayo n 31882.00-HSL 94-1259


Las bobinas del transformador Trihal han sido introducidasalternativamente en dos cubas, una conteniendo agua hir-viendo > 96 C, y otra conteniendo agua helada < 5 C.

La operacin ha sido repetida 3 veces. Cada inmersin hadurado 2 horas. El paso de una cuba a otra se ha realizadoen menos de 2 minutos.

Foto KEMA


El transformador Trihal ha superado con xito un examen visual seguido de los ensayos dielc-tricos (ensayos de resistencia a la tensin aplicada y a la tensin inducida al 75% de los valo-res normalizados) y las medidas de las descargas parciales.

El nivel de descargas parciales es determinante para la duracin de vida de un transformadorseco encapsulado. Los niveles mximos impuestos por las distintas normas europeas las sit-an entre los 20 y 50 pC.

La medida realizada en el transformador Trihal despus de este ensayo ha dado como resultado< 1 pC.

Durante los ensayos dielctricos, no se han producido contorneamien-tos ni desperfecto alguno.

Foto KEMA


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Ensayos de resistencia al medio ambiente E2a(segn anexo ZA.2.2 de la norma)

Condensacin y humedad Laboratorio KEMA en Holanda, ensayo sobre un

transformador tipo Trihal de 630 kVA n 601896.01marca France Transfo/Merlin Gerin (Schneider Electric)


Ensayo de condensacinModalidades de ensayo

El transformador Trihal ha sido emplazado durante ms de 6 horas en una cmara climticacon controles de temperatura y condensacin sobre el transformador.

La humedad ha sido mantenida por encima del 93% por vaporizacin continua con agua salada.


A los 5 minutos del final de la vaporizacin, el transformador Trihal ha sido sometido, en la sala cli-mtica, a un ensayo de tensin inducida a 1,1 veces su tensin asignada durante 15 minutos.No se han producido contorneamientos, ni desperfecto alguno.

Ensayo de penetracin de humedad


El transformador Trihal ha sido emplazado en una salaclimtica durante 144 horas con una temperatura manteni-da de 50 C ( + 3 C ) y una humedad del 90% ( + 5% ).


Al final de este periodo, el transformador Trihal ha sidosometido a los ensayos dielctricos de tensin aplicada ytensin inducida al 75% de los valores normalizados.

No se han producido contorneamientos, ni desperfecto alguno.

Ensayo E2b complementario(segn anexo ZA.2.2b de la norma)

Condensacin y humedad Laboratorio KEMA en Holanda , ensayo sobre un

transformador tipo Trihalmarca France Transfo/Merlin Gerin (Schneider Electric)



El transformador Trihal ha sido sumergido dentro de aguasalada a la temperatura ambiente durante un perodo de24 horas.

Foto KEMA

Foto KEMA


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Evaluacin de los resultadosA los 5 minutos de sacarlo del agua, el transformador Trihal hasido sometido a un ensayo de tensin inducida a 1,1 vecessu tensin asignada durante 15 minutos.

No se han producido contorneamientos, ni desperfecto al-guno.

Posteriormente despus de seco, el transformador Trihal seha sometido a ensayo de tensin aplicada y de tensin in-ducida al 75% de los valores normalizados.

No se han producido contorneamientos, ni desperfecto alguno.

Foto KEMA


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Tercera parte

Influencia de las sobrecargas y temperatura

ambiente en transformadores

os arrollamientos de los transformadores y su circuito magntico producen prdidas enforma de energa calorfica. Este calor debe ser evacuado al exterior de forma que no sealcance en los focos de generacin ni en otras partes del circuito trmico temperaturas

que puedan daar los aislantes.

En los transformadores podremos aumentar de forma progresiva la carga sin que se produzcaningn fenmeno particular, excepto un creciente aumento de la temperatura, que puede alcan-

zar, para una determinada potencia, los valores lmites correspondientes a la conservacin dela calidad de sus aislantes. Siendo, por tanto, este calentamiento el que fijar la potencia mxi-ma de un transformador.

Se han desarrollado numerosos estudios cientficos para determinar la influencia de la tempera-tura sobre la calidad de los aislantes slidos orgnicos, comprobndose que son, sobre todo,las caractersticas mecnicas (resistencia a la traccin) las que se alteran ms regularmente.Los aislantes, incluso convertidos en extremadamente frgiles por la accin del calor, conserva-ran una buena rigidez dielctrica si estuvieran ausentes de la accin de cualquier esfuerzomecnico. Pero esto en un transformador no es posible, ya que sus devanados sufren los efec-tos de fuerzas mecnicas tales como vibraciones, esfuerzos electrodinmicos debidos a corto-circuitos o de choque en la brusca puesta en tensin, estas fuerzas son capaces de resquebra- jar o romper los aislamientos provocando rupturas dielctricas entre espiras.

Estos estudios de la accindel calor sobre los aislantes,han demostrado que, en lasproximidades de los 100 C,un rgimen de funcionamien-to de 8 C en ms o en me-nos, poda, respectivamente,doblar o reducir a la mitad laduracin de la vida del trans-formador. Esta ley emprica yaproximada (llamada Ley deMontsinger) pone en eviden-

cia el inters de conocer ycontrolar la temperatura defuncionamiento de los trans-formadores.

Nuevos estudios, actualmente en curso, sobre el envejecimiento de los aislantes se esfuerzanen completar los criterios mecnicos expuestos, con los criterios elctricos (ionizacin, absor-cin) y los qumicos.

La transmisin o evacuacin del calor desde las zonas de generacin hasta la superficie deenfriamiento la realiza el aceite.


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Los procedimientos de refrigeracin segn la clasificacin CEI son los siguientes:c Circulacin natural de aceite y aire (ONAN).c Circulacin natural de aceite y forzada de aire (ONAF).c Circulacin forzada de aceite y aire (OFAF).c Circulacin forzada de aceite y agua (OFWF).

Tambin se establecen en las norma CEI 76 (UNE 20 101), las limitaciones que pueden alcan-zarse en los distintos puntos del transformador, por convencin, ya que la temperatura exteriorvaria mucho en funcin de la hora, estacin, clima, etc., se admite limitar las amplitudes dedichas variaciones del modo siguiente:

c Temperatura media ambiente anual: 20 C c Temperatura media ambiente diaria: 30 Cc Temperatura ambiente mxima: 40 Cc Calentamiento mximo del aceite: 60 Cc Calentamiento medio del cobre: 65 Cc Temperatura ambiente mnima: -25 C(seco de tipo exterior o

sumergido), o-5 C (seco de tipointerior)

Lo que significa que un aparato elctrico cualquiera no puede funcionar 24 h al da, 365 das alao, a 40 C con su potencia asignada. Si ste es el caso, debe considerarse entonces que40 C es la temperatura ambiente media anual.La temperatura permanente no es la tempe-ratura mxima.

Estos valores son muy importantes para la definicin del transformador. Si unos aparatos sonpedidos para temperaturas ambientes superiores a dichos valores, los calentamientos admisi-bles son reducidos de tanto, lo que significa que un transformador con temperatura ambientedistinta tendr el mismo envejecimiento que un transformador estndar. Si uno de las tres am-bientes (mx., medias diaria y anual) es superior a los valores normalizados, la disminucin derango se referir a la mayor diferencia constatada entre los valores reales y normalizados.

Caso n. 1 Caso n. 2Valores Valores Diferencia Valores Diferencia

normalizados reales reales(C) (C) (C) (C) (C)

Ambiente mxima 40 43 +3 50 +10 Ambiente media diaria 30 35 +5 35 +5Ambiente media anual 20 22 +2 28 +8

En el caso n. 1, la disminucin de rango de temperatura ambiente ser de 5 C y, por lo tanto,el transformador ser calculado para una temperatura ambiente mxima de 45 C.En el caso n. 2, la disminucin de rango de temperatura ambiente ser de 10 C y, por lo tanto,el transformador ser calculado para una temperatura ambiente mxima de 50 C.Estas definiciones deben aplicarse a las condiciones reales de explotacin del transformador:es por tanto necesario tener en cuenta el local donde est instalado. Puede existir una tempera-tura muy baja fuera del local y en cambio muy elevada dentro.Las normas indican tambin disminuciones de rango suplementarias segn la altura o las con-diciones especiales de utilizacin: armnicos, etc.Las normas fijan que la mxima temperatura a que puede estar sometido el aceite del transforma-dor es de 100 C (60 C de calentamiento mximo sobre ambiente de 40 C), basando este valoren las caractersticas del aceite, con un amplio margen en el punto de inflamacin y para evitarsu prematuro envejecimiento.


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El proceso completo de transmisin pasa por las siguientes etapas:

c Conduccin desde el punto de generacin hasta la superficie del metal (cobre o chapa magn-tica).c Conduccin a travs del aislamiento slido (papel impregnado en aceite).c Por conveccin o circulacin forzada del dispositivo de evacuacin al medio ambiente.c Por radiacin, conveccin, evacuacin al medio ambiente.

DIFERENTES REGMENES DE CARGA

Por lo que antecede puede observarse la importancia que tiene el conocer el ciclo de carga deun transformador con objeto de adecuar su potencia a las exigencias de explotacin, teniendoen cuenta las probabilidades de sobrecarga, su periodicidad y limitaciones, as como la influen-cia de temperaturas ambientes extremas que puedan comprometer las condiciones normalesde servicio del transformador.

Las normas CEI 354 (UNE 20 110) y CEI 905 (UNE 20 182) dan las definiciones de los distintosRegmenes de carga para los transformadores sumergidos y secos respectivamente. Adems,debern tomarse en consideracin las limitaciones debidas a las conexiones.

Las guas de carga CEI 354 y CEI 905 slo son recomendaciones de clculo y no indican valores a garantizar en los ensayos.

A continuacin, definimos los valores normales de carga, de temperaturas ambientes, la espe-ranza probable de vida y sus influencias mutuas.

DETALLE DE VENTILACIN DE UNA CASETA PARA CENTRODE TRANSFORMACIN

T = 20 CP = 760 mm Hg

h

S1

S2

0,18 PS1=

h

Ventilacin natural

P= Prdidas totales (kW)

Aumentar 10%para T=40C

T > 20 C + SobrecargasP=760 mmHg

T. sumergido: 0,081 P

Seco clase F: 0,050 PSeco clase H: 0,039 P

Ventilacin forzadacaudal aire = m /seg.3

S2 = 1.10 x S1


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Rgimen de carga cclica normal

Durante parte del ciclo (en general 24 h), se tiene una temperatura ambiente y/o una corrientede carga ms elevadas que los valores asignados que estn compensados por valores msbajos durante el resto del ciclo. Este rgimen puede ser el de funcionamiento permanente (So- brecarga limitada a 1,5 In en las CEI 905 y 354). Este ciclo excluye totalmente los trafos dehorno o soldadura o las sobrecargas muy breves (arranque de motor).

Rgimen de carga de emergencia de larga duracin

Rgimen que resulta de la indisponibilidad prolongada de algunos elementos de la red que novuelven a ser conectados antes de que los calentamientos en el transformador hayan alcanzadosus valores normalizados. No es un tipo de funcionamiento normal y se puede prever que pocasveces aparecer; sin embargo puede persistir durante varias semanas o incluso meses y cau-sar un envejecimiento considerable. A pesar de todo, no debera producir ninguna avera debidaa un dao trmico o una reduccin de la resistencia dielctrica (Sobrecarga limitada a 1,8 In enla CEI 354).

Rgimen de carga cclica de emergencia de corta duracin

Rgimen de carga excepcionalmente elevado, debido a la aparicin de uno o varios elementos

de baja probabilidad que perturban severamente el rgimen de carga normal de la red; eleva lospuntos calientes de los conductores hasta niveles peligrosos y puede causar una reduccintemporal de la resistencia dielctrica. Este tipo de rgimen debe producirse slo rara vez, esnecesario reducirlo rpidamente o desconectar en seguida el transformador para evitar un fallodel mismo (Sobrecarga limitada a 2 In en la CEI 354).

REGLA DE ENVEJECIMIENTO DE LOS AISLADORES

Envejecimiento de los aisladores y duracin de vida

Temperatura asignada del punto caliente del arrollamientoLa base del clculo del envejecimiento de los aisladores es la temperatura asignada del punto calientedel arrollamiento. Este lmite de temperatura es funcin de la clase trmica del sistema de aislamien-to. Es de 98 C para los transformadores en aceite y de 145 C para los secos encapsulados.

Regla de envejecimiento de los aisladores y duracin de vidaUn aislante pierde sus cualidades de manera exponencial en funcin de la temperatura, a partirde la temperatura asignada del punto caliente del arrollamiento, 98 C para los transformadoressumergidos (145 C para los transformadores secos encapsulados), la prdida de las cualida-des aislantes se divide por 2 cada 6 C para los transformadores sumergidos (10 C para lossecos encapsulados).


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Ejemplo para un transformador sumergido :Ya que la duracin de vida normal de un transformador es de aproximadamente 30 aos, si se

utiliza el aparato con una temperatura asignada del punto caliente del arrollamiento de104 C = 98 + 6 en vez de 98 C, el transformador durar 30/2 = 15 aos.Si funciona a 110 C = 98 2 x 6, durar 30/2 x 2 = 7,5 aosEstos ejemplos simplistas muestran la importancia de un buen dimensionamiento del aparato yde su correcta utilizacin.

Consumo de duracin de vida

Esta regla de consumo de duracin de vida funciona en ambos sentidos: un aparato cuya tem-peratura est permanentemente por debajo de 98 C para los transformadores sumergidos (145C para los secos encapsulados) durar ms tiempo. En caso contrario, la duracin de vidaser mucho ms corta. El principio de consumo de duracin de vida en toda la vida del aparatoest basado en el hecho que perodos de sobreconsumo de vida estn compensados por pe-rodos de subconsumo de vida, estn estas diferencias de consumo debidas a diferencias decarga o de temperaturas ambientes.

Por este motivo, la temperatura ambiente puede variar dentro de los lmites tolerados, en carganominal, el mismo transformador puede estar en sobrecarga y luego en subcarga segn la tem-peratura ambiente, pero consumir en total una duracin de vida equivalente a su duracin realde utilizacin.

Sin embargo, este principio de compensacin tiene un lmite importante: si la temperatura delpunto caliente del arrollamiento excede un valor mximo admisible establecido en 140 C paratransformadores sumergidos (190 C para los secos encapsulados), el aislamiento se vuelvequebradizo y puede rpidamente producir la avera del transformador.

Por lo tanto, en el clculo del consumo de duracin de vida intervienen la temperatura ambientey la carga para determinar la temperatura del punto ms caliente. Comprobar que no se sobre-pasa el mximo valor admisible y evaluar el consumo de duracin de vida con relacin a la utili-zacin real. Dichos clculos permiten establecer curvas de carga que figuran en las guas decarga de las normas CEI 354 y CEI 905.

Ejemplos de clculo:

c Ejemplo 1: Clculo de carga cclica (transformador seco)

La norma CEI 905 (UNE 20182) proporciona las curvas de carga para las distintas clases trmi-

cas as como las distintas constantes de tiempo trmico (que traducen la velocidad de reaccindel transformador al cambio de carga).


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Los transformadores secos encapsulados de clase F (temperatura del sistema de aislamiento:155 C) cuya constante de tiempo es del orden de 0,5 horas: las curvas correspondientes estnen el anexo 2 (pgina 38 de la CEI 905) para distintos ambientes supuestos permanentes .

Por ejemplo, se puede necesitar determinar la potencia asignada de un transformador para unservicio dado: a una temperatura ambiente permanente de 20 C, se busca el dimensionamien-to de un transformador seco encapsulado para suministrar 2.020 A durante 4 horas y 1444 Adurante las 20 horas restantes de cada da.

El ratio K2/K1 es: 2.020 / 1.444 = 1,4Para trazar la recta de la ecuacin K2/K1 = 1,4 se busca:

para K1 = 1 K2 = 1,4 (K2 = 1,4 x K1)para K2 = 1 K1 = 0,71 (K1 = K2 / 1,4)

En la curvaa = 20 C, en la lnea 4 horas, los valores de K1 y K2 que dan K2/K1 = 1,4 son:K2 = 1,135 y K1 = 0,81. Lo que da la carga continua equivalente:

In = 2.020 / 1,135 = 1.444 / 0,81 = 1.783 APara una tensin secundaria en vaco de 400 V en trifsico, la potencia asignada ser:

P = 3 x 400 x 1783 x 10-3 = 1.235 kVALa potencia normalizada superior es de 1.250 kVA.


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c Ejemplo 2. Clculo de la carga cclica (transformador sumergido)

La CEI 354 proporciona las curvas de carga para los distintos tipos de refrigeracin. La clasetrmica es nica (clase A) y la constante de tiempo est relacionada con el modo de refrigera-cin (3 horas en ONAN).

Las curvas que corresponden a los transformadores de distribucin ONAN estn en el anexo 3(pginas 70 y 71 de la CEI 354) para distintas temperaturas ambientes supuestaspermanen-tes , lo que puede asimilarse a una temperatura ambiente media anual.

Por ejemplo, se puede necesitar determinar la potencia asignada de un transformador para unservicio dado: a una temperatura ambientepermanente de 30 C (temperatura ambiente mediaanual) un aparato debe poder funcionar cada da a 1.750 kVA durante 8 h y a 1.000 kVA duran-te las 16 h restantes.

El ratio K2/K1 es: 1.750 / 1.000 = 1,75En la curvaa = 30 C y en la lnea 8 horas, los valores de K1 y K2 que dan K2/K1 = 1,75 son:K2 = 1,05 y K1 = 0,6. De donde una potencia asignada de: Sr = 1.750 / 1,05 = 1.000 / 0,6 = 1.666kVA.La potencia normalizada superior es de 2.000 kVA.

En conclusin, las sobrecargas y temperaturas ambientes condicionan considerablemente el

dimensionamiento del transformador, se trata por tanto de datos muy importantes que debenconocerse cuanto antes para calcular una instalacin.


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GLOSARIO

Calentamiento Diferencia entre la temperatura de un componente y la del fluido de refrigeracin externo (engeneral el aire). Suele expresarse en Kelvin (abreviado K) para distinguido mejor de una tempe-ratura expresada en grado Celsio (abreviadaoC).

Calentamiento medio Medido por la variacin de resistencia entre el arrollamiento fro (es decir a temperatura ambien-te) y el arrollamiento despus de ensayo de calentamiento.

Punto caliente Es el criterio ms determinante para la resistencia de los aislantes y se mide regularmente conuna sonda de temperatura.

CargaDa el valor de utilizacin del aparato: por ejemplo un transformador de 1000 kVA cargado al80 % suministra 800 kVA.

Prdidas en carga Prdidas Joule generadas por el paso de la corriente en los conductores. Son proporcionales alcuadrado de la corriente y aumentan con la temperatura. Con frecuencia son designadas porPcc.

Prdidas en vaco Prdidas generadas en el circuito magntico en cuanto se conecta el transformador. Son inde-pendientes de la carga y temperatura. Con frecuencia se abrevian Po.

Potencia asignada Potencia aparente disponible en continuo cuando todas las otras caractersticas estn en susvalores asignados (expresada en kVA).

Disminucin de rango de potencia Reduccin de la potencia asignada en caso de diferencia entre los valores asignados y los valo-res normalizados.

Clase del sistema de aislamiento Caracteriza la resistencia trmica de los aislantes utilizados. Es totalmente distinto del nivel deaislamiento que se refiere a los mximos valores de tensin en distintas circunstancias ensayocon impulso tipo rayo, ensayo dielctrico, etc.


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Cuarta parte

Ao 2010, lmite de vida para los

transformadores con PCB

El 16 de septiembre de 1996, el Consejo de la Unin Europea ha emitido la directiva n.96/59/CE (JOCE n L 243/31 del 24/09/96) que refuerza las disposiciones relativas a la elimina-cin de los PCB fijando particularmente el lmite de la destruccin o descontaminacin al final delao 2010, segn las modalidades que se describen a continuacin.

Aplicacin de estas disposiciones

c Todos los aparatos que contengan ms de 5 dm3

de dielctrico considerado como PCB.c Todos los aparatos contaminados con ms de 50 ppm de PCB.

La directiva permite, sin embargo, una cierta libertad a los Estados miembros. Autoriza la elimi-nacin de los transformadores contaminados con menos de 500 ppm, hasta el final de su vidatil.

A partir del 16 de septiembre de 1996, los Estados miembros tienen 18 meses para trans-cribir en derecho nacional esta Directiva. Igualmente, debern en un plazo de 3 aos:

c Establecer un inventario de los referidos aparatos.c Poner en prctica un plan de eliminacin y/o descontaminacin de los aparatos inventariados yde los PCB que contienen.c Presentar un proyecto relativo a la recogida y eliminacin ulterior de los aparatos que contie-nen menos de 5 dm3 de PCB.

RESUMEN DE DISPOSICIONES

El inventario se har con un etiquetado detallado de los aparatos y de su transporte y localiza-cin. Este procedimiento podr ser simplificado en los aparatos contaminados con menos de500 ppm.

Queda prohibido separar los PCB de otras sustancias con el fin de reutilizarlas y el completar elnivel de los transformadores con PCB.

El mantenimiento de los transformadores no est permitido ms que en aquellos aparatos queno presenten fugas y se encuentren en buen estado de funcionamiento.La descontaminacin, destinada a llevar la tasa de contaminacin por debajo de los 500 ppm, ya ser posible a niveles inferiores a los 50 ppm, est autorizada bajo ciertos condicionantes.

Las empresas que garanticen la eliminacin y/o la descontaminacin deben ser poseedoras dela correspondiente autorizacin.

La Comisin Europea decretar los mtodos de medida autorizados y fijar las normas tcnicas.


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Cmo saber si un transformador contiene PCB?

Slo un anlisis del dielctrico permite responder a esta pregunta. Los transformadores con PCBpuro tienen en su placa de caractersticas la indicacin de Piraleno o Askarel salvo algunasexcepciones. A partir del ao 1975, es obligatorio colocar en el transformador una etiquetaamarilla que indique:

ATENCIN! este aparato contiene PCB (policlorobifeniclos: Askarel), que puedecontaminar el medio ambiente y cuya eliminacin esta reglamentada.En caso de funcionamiento anormal o desuso, se satisfarn

las disposiciones del Decreto del 8 de julio de 1975.(J.O. del 26 de julio de 1975)

CMO UN TRANSFORMADOR EN BAO DE ACEITE MINERALPUEDE CONTENER PCB?

Tericamente, los aceites minerales aislantes no contienen PCB. Sin embargo antes de 1987,han podido existir riesgos de contaminacin por desconocimiento en operaciones de manteni-miento tales como el relleno del nivel del dielctrico.

Cules son las precauciones a tomar al comprar un transformador?

El Decreto 87-59 del 2 de febrero de 1987 prohbe la adquisicin, venta, cesin a ttulo oneroso ogratuito, el alquiler o empleo de los transformadores que contienen PCB. Esta prohibicin no seaplica al alquiler o utilizacin de los aparatos en servicio antes del 4 de febrero de 1987. En casode venta de un inmueble, los aparatos pueden quedar en su lugar, a condicin que el vendedorinforme al comprador.

Adquisicin de un transformador nuevo

Para ofrecer la mxima seguridad a los clientes, los constructores se comprometern y certifica-rn el suministro de los transformadores en bao de dielctricos lquidos exentos de todo ele-mento de recuperacin susceptible de estar contaminado con PCB. stos llevarn sistemtica-mente despus del ao 1992 la etiqueta verde siguiente:

Se garantiza que este transformador est realizado con componentesnuevos y exentos de cualquier elemento de recuperacin

susceptible de estar contaminado con PCB

Adquisicin de un transformador de ocasin

Es recomendable tomar todas las precauciones exigiendo un anlisis del aceite, efectuado porun laboratorio reconocido, el cual extender el correspondiente certificado.

QU ES LA DESCONTAMINACIN?

Es un tratamiento destinado a llevar definitivamente el nivel de PCB a menos de 500 ppm, y si esposible por debajo de 50 ppm. Debe ser realizado por un organismo acreditado. Los mtodosutilizados comprenden la sustitucin (cambio de aceite) por un dielctrico apropiado no conte-niendo PCB, llamado tambin retrofilling, y la limpieza por separacin-valorizacin.

La reglamentacin precisa adems que la sustitucin del lquido no excluye su eliminacin ulte-rior como PCB debiendo llevar el aparato descontaminado la siguiente etiqueta:


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APARATO DESCONTAMINADO HABIENDOCONTENIDO PCB

Ha sido reemplazado el lquido conteniendo PCB:- por .....................................(lquido de sustitucin)- el.........................................(fecha) - por.......................................(empresa)

Concentracin en PCB- del antiguo lquido...............% en peso.- del nuevo lquido.................% en peso.

DNDE SE PUEDE DESCONTAMINAR UN TRANSFORMADOR CON PCB?

La reglamentacin autoriza esta operacin con ciertas condiciones. No obstante, el aparato des-contaminado se considera en trminos legales como PCB, y no podr estar exento de las dispo-siciones relativas a los aparatos que contienen PCB excepto en el caso de que el nuevo lquidocontenga menos de 50 ppm a lo largo de toda su utilizacin.

La eleccin de la descontaminacin o destruccin de un aparato debe ser estudiada caso porcaso y tener en cuenta varios criterios: su grado de contaminacin, su masa de dielctrico, suantigedad. Sin embargo, se estn incorporando ciertas tendencias:

- Para evitar al final de la vida til el proceso de destruccin, la descontaminacin debe garanti-zar la persistencia de la tasa residual de PCB en niveles inferiores a 50 ppm. Actualmente, estcnicamente difcil llegar a estas tasas por un mtodo simple de sustitucin si la contaminacinen principio es superior a 1.000 ppm (la tasa residual de contaminacin deber ser verificada 3meses despus de la descontaminacin). En tal caso, se opta por la destruccin.

- Cuando el aparato tiene ms de 10 aos, es preferible, por regla general, la eliminacin enlugar de la descontaminacin.

Qu hacer con un transformador con PCB al final de su utilizacin?

La responsabilidad del propietario queda comprometida desde el momento en que el aparatodeja de utilizarse hasta su eliminacin final. El transporte y la descontaminacin del aparato y latotalidad de su contenido deben ser efectuados por organismos acreditados. Todo almacena-miento antes de

seminario transformadores

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