2119-1 Prueba de Calentamiento

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CDU: 621.314 .2.001.4.53 6.5 CIIU: 4101ICS: 29.1 80 EL 04.0 2.3 08

2013-342-1-

Norma TécnicaEcuatorianaVoluntaria

TRANSFORMADORESPRUEBA DE CALENTAMIENTO PARA TRANSFORMADORES

SUMERGIDOS EN ACEITE CON ELEVACIÓN DE 65 ºC DETEMPERATURA EN LOS DEVANADOS

NTE INEN2119:2013

Primera revisión2013-06

1. OBJETO

1.1 Esta norma describe los métodos para determinar los parámetros térmicos y las temperaturasde los devanados y el aceite, de transformadores trifásicos y monofásicos de potencia y distribuciónsumergidos en aceite. Servirá además de base para determinar la cargabilidad de lostransformadores objeto de esta prueba.

2. DEFINICIONES

2.1 Para los efectos de esta norma, se adoptan las definiciones dadas en la NTE INEN 2110.

3. DISPOSICIONES GENERALES

3.1 Simbología de identificaciónLos transformadores se identifican de acuerdo al método enfriamiento empleado. Para lostransformadores sumergidos esta identificación es expresada por un código de cuatro letras como sedescribe a continuación.

3.1.1 Primera letra: medio de refrigeración interna en contacto con los devanados:O aceite mineral o sintético líquido aislante con punto de ignición 300°C;K líquido aislante con punto de inflamación> 300 °C;L líquido aislante con ningún punto del neumático medible.

3.1.2 Segunda letra: mecanismo de circulación para el medio de refrigeración interno:N flujo de termosifón natural a través de equipos de refrigeración y en los bobinados;F circulación forzada a través de equipos de refrigeración. Termosifón flujo en los devanados;D circulación forzada a través de equipos de refrigeración, dirigido desde el equipo de refrigeración apor lo menos los devanados principales.

3.1.3 Tercera letra: medio de enfriamiento externo:A aire;W agua.

3.1.4 Cuarta letra: mecanismo de circulación demedio de enfriamiento externo:N convección natural;F circulación forzada (ventiladores, bombas).

3.2 En un transformador con enfriamiento por circulación forzada de aceite dirigido (segunda letra códigoD). La velocidad del flujo de aceite a través de los devanados principales está determinada por lasbombas y en principio no es determinada por la carga. Una pequeña fracción del flujo de aceite a través

del equipo de enfriamiento puede ser dirigida como una derivación controlada para enfriar el núcleopartes fuera de los devanados principales.

3.3 En un transformador con enfriamiento forzado no dirigido (segunda letra código F). La tasa de flujo através de todos los devanados son variables con la carga, y no directamente relacionados con el flujo deaceite a través del equipo de enfriamiento.

3.4 Un transformador se puede especificar con métodos alternativos de refrigeración. Lasespecificaciones y la placa de identificación deben llevar la información de los valores de potencia a laque el transformador cumple con las limitaciones por calentamiento cuando se aplican estasalternativas. El valor de potencia para la alternativa de mayor capacidad de refrigeración es la potencianominal del transformador. Las alternativas son convencionalmente enumeradas en orden creciente dela capacidad de refrigeración.

(Continúa) DESCRIPTORES: Ingeniería eléctrica, transformadores, prueba de calentamiento.


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Ejemplos:

ONAN/ONAF. El transformador tiene un conjunto de ventiladores que se pueden poner en serviciocomo se desee en alta carga. La circulación de aceite es por efecto de termosifón únicamente enambos casos.

ONANIOFAF. El transformador puede ser refrigerado con bombas y ventiladores, pero también seespecifica con una reducción de capacidad de potencia de transporte de bajo enfriamiento natural (porejemplo, en caso de falla de la alimentación auxiliar).

3.5 Condiciones generales. Se deben cumplir mínimo las siguientes condiciones:

3.5.1 Los transformadores deben estar completamente ensamblados y llenados hasta ajustar el nivelnormal de aceite, además el valor de pérdidas se deberá tomar en la posición de tap de mayor corrienteque es el devanado que presenta mayores pérdidas.

3.5.2 Si el transformador está equipado con indicadores térmicos, como transformadores de corriente tipobuje u otros, tales dispositivos deben estar montados en el transformador durante la realización de laprueba; además, se debe disponer de un aditamento sobre la tapa para introducir termómetros otermocuplas que permitan medir la temperatura del nivel superior del aceite.

3.5.3 Antes de iniciar la prueba y energizar el transformador es necesario efectuar la medida deresistencia óhmica de los devanados de acuerdo con la metodología establecida en la NTE INEN 2118.Esta resistencia se reconoce como la resistencia en frío de los devanados (R o) y es tomada a unatemperatura de devanados igual a la temperatura del aceite.

Para tomar la temperatura del aceite y efectuar la medida de la resistencia en frío, no debe habercirculado corriente de excitación alguna por los devanados en un período mínimo de 8 horas antes deefectuar la medición.

3.5.4 El recinto donde se realice la prueba debe estar libre de problemas de contaminación y corrientesde aire.

3.6 Condiciones técnicas

3.6.1 La temperatura del aire o temperatura ambiente debe ser medida por un mínimo de trestermocuplas o termómetros espaciados uniformemente alrededor del transformador bajo prueba, a laaltura media del transformador y a una distancia de uno a dos metros de él.

3.6.2 Los termómetros o termocuplas deben ser protegidos de cualquier corriente de aire, radiación decalor del transformador bajo prueba u otra fuente.

3.6.3 Con el propósito de reducir al mínimo los errores debidos a la diferencia de tiempo entre losincrementos de la temperatura de los devanados y las variaciones en la temperatura ambiente, lastermocuplas o termómetros deben ser localizados o introducidos en recipientes de vidrio llenos de aceite.

3.6.4 Se recomienda medir las temperaturas de las superficies del transformador utilizando termocuplas.Las termocuplas deberán ser acopladas a una lámina metálica delgada de aproximadamente 2,54 cm²; lalámina metálica o placa será localizada firmemente sujeta contra la superficie. En todos los casos determocuplas deben aislarse térmicamente de los medios que la rodean, diferentes al de la superficiemedida.

3.6.5 Si la medida de temperatura de superficies no se realiza con termocuplas, se admite la utilizaciónde termómetros de contacto o de bulbo, cuando estén debidamente calibrados y aplicados como lomuestra la figura 1.

(Continúa)


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FIGURA 1. Aplicación del termómetro y termocupla

TERMOMETROTERMOCUPLA

TANQUE DELTRANSFORMADOR

CINTACONDUCTORADE CALOR (Cu)

AISLAMIENTODE MATERIAL

TERMICO

TANQUE DELTRANSFORMADOR

PLACAMETALICA

AISLAMIENTODE MATERIAL

TERMICO

Medición aplicando termómetro altransformador

Medición aplicando termocupla altransformador

3.6.6 La temperatura superior del aceite debe ser medida por una termocupla o termómetro adecuado,inmerso aproximadamente 5 cm bajo la superficie superior del aceite.

3.6.7 La temperatura de la superficie refrigerante debe ser medida por dos termocuplas o termómetrosubicados así: uno sobre el centro del tubo colector superior del radiador y el otro sobre el centro del tubocolector inferior del mismo. Cuando el transformador bajo prueba no posea radiadores, se ubican lastermocuplas o termómetros en las alturas determinadas así:

- Nivel superior: Altura media entre el nivel del aceite y el extremo superior del devanado máscercano al nivel superior del aceite.

- Nivel inferior: Altura media entre la base y el extremo inferior del devanado más cercano a la base.

3.6.8 Durante la realización del ensayo debe mantenerse aproximadament e constante la lectura dela corriente al valor nominal.

4. METODOS DE ENSAYO

4.1 Procedimiento de prueba . A cont inuación se resume el procedimiento de prueba que se siguepara el método empleado.

4.1.1 Carga real. El método de la carga real es un método preciso, pero los requerimientos deenergía son excesivos para transformadores grandes. Los transformadores de pequeña salida puedenser probados bajo condiciones de carga real cargándolos en un reóstato, banco de lámparas, caja deagua, y así sucesivamente.

4.1.2 Método de carga simulada.

4.1.2.1 Método de corto circuito . Este método tiene la ventaja de permitir una lectura directa de lapotencia y la corriente que se consumen durante la prueba, requiere menor cantidad deinstrumentos, mayores facilidades de prueba y menor consumo de energía. Es muy utilizado paratransformadores de capacidad alta, aunque es aplicable a transformadores pequeños.

(Continúa)


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4.1.2.2 Se realiza conectando en corto circuito uno o más devanados y haciendo circular la suficientecorriente a frecuencia nominal para producir las pérdidas totales, (para la conexión y capacidadnominales del transformador) y corrigiéndolas a una temperatura igual al aumento nominal detemperatura promedio de los devanados más 20°C.

4.2 Duración de la prueba . Una vez energizado el transformador según 4.2.2.1, se deben tomarlecturas de voltaje, corriente y temperatura cada media hora durante un período no menor de tres horas,momento en el que se incrementan las lecturas a un período de cada quince minutos, continuando enesta forma hasta alcanzar el equilibrio térmico, el cual es determinado cuando se cumplen las siguientescondiciones:

4.2.1 Criterio de equilibrio térmico o estabilidad. Se considera que el último aumento de temperatura delaceite sobre el ambiente ha sido alcanzado cuando el aumento de temperatura no varíe en más de 1°Cpor hora durante un período consecutivo de tres (3) horas.

4.2.1.1 Se determina entonces la elevación de temperatura del aceite según el numeral 3.2.7.

4.2.1.2 Una vez lograda la estabilización se reduce la corriente por los devanados al valor nominal parala conexión y carga utilizada, manteniéndola constante durante una hora. Se mide la temperatura delaceite hasta el corte de la fuente de alimentación (esta temperatura se llamará temperatura en el nivelsuperior del aceite al corte). Luego de desconectar la fuente de alimentación se determina la temperaturapromedio de los devanados como se describe en el numeral 4.5.

Si existen limitaciones en el equipo de prueba, se permite operar a un valor inferior de la corriente nominalpero no inferior al 80% de esta.

4.2.1.3 La elevación promedio de temperatura del devanado debe calcularse usando bien sea laelevación del aceite en la parte superior o la elevación promedio de aceite.

4.2.1.4 Cuando se emplea una corriente de devanado diferente a la nominal, el método de elevaciónpromedio del aceite debe emplearse para determinar las elevaciones de temperatura del devanado.

a) Usando la elevación de temperatura en la parte superior del aceite, la elevación de temperaturapromedio del devanado es igual a la elevación del aceite en la parte superior, medida durante elprocedimiento a pérdidas totales, más la cantidad: temperatura promedio del devanado al cortemenos la temperatura del aceite en la parte superior en el corte.

donde

Tmd elevación de temperatura promedios de los devanados.

Tsup elevación del aceite en la parte superior

Tmdc temperatura promedio del devanado al corte

Tsupc temperatura del aceite en la parte superior al corte.

b) Usando la elevación promedio de temperatura del aceite, la elevación promedio del devanado es laelevación promedio del aceite, medida durante el procedimiento a pérdidas totales, más la cantidad:temperatura promedio del devanado al corte menos temperatura promedio del aceite al corte.

(Continúa)


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Cuando la corriente mantenida por cualquiera de los devanados bajo prueba, difiere de la corrientenominal, las diferencias observadas entre la temperatura promedio de los devanados al corte y latemperatura promedio del aceite, deben ser corregidas para obtener la elevación de temperaturapromedio de los devanados a la corriente nominal, utilizando la fórmula que aparece en el numeral4.6.4.

La elevación promedio de los devanados corregida es la elevación promedio del aceite, medidadurante el procedimiento en pérdidas totales, más la gradiente de temperatura G. (Ver numeral4.6.3.).

4.3 Determinación de la elevación de temperatura del aceite

4.3.1 La temperatura promedio del aceite debe ser tomada como la temperatura en la parte superior delaceite menos la mitad de la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior de la superficierefrigerante: (La ubicación de las termocuplas o termómetros sobre la superficie refrigerante se harásegún los numerales 3.2.4, 3.2.5 y 3.2.7).

donde

Tma temperatura promedio del aceite

Tsup temperatura del aceite en la parte superior.

Tsr temperatura superior de la superficie refrigerante.

Tir temperatura inferior de la superficie refrigerante.

4.3.2 La elevación promedio del aceite se da como la diferencia entre la temperatura promedio del aceitey la temperatura ambiente.

4.3.3 El límite superior de la temperatura del aceite es determinado por uno o más sensores inmersos enel aceite en la parte superior del tanque, en pequeñas cavidades en la cubierta o en los encabezados deltanque que conducen, separados de los radiadores y de los refrigerantes.

4.3.4 el uso de varios sensores es importante en transformadores grandes, y sus lecturas se promediancon el fin de llegar a un valor de temperatura representativo.

4.3.5 la temperatura del aceite puede ser diferente en diferentes partes de la parte superior del tanque,dependiendo del diseño.

Nota – Las mediciones que usan una cavidad en la cubierta pueden ser perturbadas por el calentamiento

por las corrientes Foucault de la cubierta. En transformadores con circulación de aceite forzado el equipode enfriamiento no es una mezcla de aceite de los devanados con aceite de derivación en el tanque,que puede no ser uniforme entre las diferentes partes del tanque o entre diferentes encabezados decircuitos de refrigeración.

4.4 Determinación de la elevación de temperatura promedio de los devanados. La elevación detemperatura promedio de los devanados será la diferencia entre la temperatura promedio de losdevanados y la temperatura ambiente.

La temperatura promedio de un devanado debe ser determinada por el método de variación deresistencia. En caso de que este método no pueda aplicarse, cuando se tienen resistenciasextremadamente bajas, otros métodos pueden ser usados.

La primera lectura puede ser tomada tan pronto como sea posible después del corte en un intervalo nomenor de 1 minuto ni mayor de 4 minutos. Las siguientes lecturas deben tomarse en intervalos de 1minuto.

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El tiempo desde el instante del corte para cada lectura de resistencia, debe ser anotado. Las ventilacionesy sistemas de refrigeración, si los tiene, deben ser apagados desde el instante del corte para todas lasmediciones de resistencia.

La temperatura promedio de los devanados debe ser determinada por la siguiente fórmula:

donde

T es la temperatura promedio de los devanados, correspondiente al valor de resistencia encaliente R, en grados Centígrados.

To temperatura de los devanados correspondiente al valor de resistencia en frío R o, engrados centígrados.

Ro resistencia en frío.

R resistencia en caliente.

Tk constante térmica que es igual a: 234,5 C para devanados en cobre.225 C para devanados en aluminio.

4.5 Cálculos

4.5.1 Corrección de temperatura al instante del corte.

4.5.1.1 Método empírico. Se debe determinar la densidad de pérdidas de carga de los devanados,la cual se da como los vatios de pérdida de los devanados (a la elevación de temperatura nominalde los devanados más 20 C), sobre el peso de los devanados. Se da vatios por kilogramo.

El método empírico puede ser usado cuando la densidad de pérdidas de carga de los de losdevanados no exceda de 66 W/kg para devanados de cobre, o de 132 W/kg para devanados dealuminio.

Se deben tomar lecturas de resistencia en caliente cada 15 segundos después del corte hastacompletar 4 minutos como máximo. Si las lecturas requeridas no pueden ser efectuadas en 4minutos, la prueba se debe reanudar por una hora, luego de la cual se pueden tomar nuevaslecturas.

El factor de corrección de temperatura es el producto de los vatios de pérdidas por kilogramo deltransformador por el factor (K) dado en la tabla 1 en grados centígrados.

La temperatura promedio de los devanados en el instante del corte T mdc estará dada por:

( )

donde

T es la temperatura promedio de los devanados, en grados Centígrados.

W vatios de pérdidas de los devanados corregidos a la elevación de temperatura de los devanadosmás 20ºC.

(Continúa)


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TABLA 1. Factor k de corrección de la temperatura de los devanados al corte(ver nota 1)

Tiempo después delcorte

Minutos

Factor K Vatios/Kilogramos

Cobre Aluminio 1

1,5234

0,090,120,150,200,23

0,0320,0450,0590,0770,095

4.6.1.2 Método de la curva de enfriamiento. Debe efectuarse una serie de al menos cuatrolecturas de resistencia en una fase. Con el respectivo registro del tiempo para cada devanado,según el numeral 4. 5.

La primera lectura de cada serie se debe efectuar tan pronto como los efectos inductivosdesaparezcan y en un período de tiempo no mayor de cuatro minutos después del corte.

Luego de tomar la primera serie de lecturas, la prueba debe reanudarse por un período de una hora,luego de la cual otras lecturas deben tomarse. Este procedimiento debe repetirse hasta que laslecturas necesarias se llevan a cabo.

Los datos de resistencia Vs tiempo, deben ser trazados en un papel de coordenadas adecuadas y elresultado de las curvas debe extrapolarse para obtener la resistencia que debe ser utilizada paracalcular la temperatura promedio del devanado al momento del corte.

4.6.2 Corrección de temperatura por variación de altitud. Cuando las pruebas se hacen a unaaltitud inferior a 1 000 metros sobre el nivel del mar, no se aplica ninguna corrección por altitud alas elevaciones de temperatura.

Cuando un transformador que es probado a una altitud mayor de 1 000 metros, vaya a serinstalado u operado a una altitud diferente a la de prueba, debe asumirse que las elevaciones detemperatura variarán de acuerdo con la siguiente fórmula:

donde

T2 es el incremento en la elevación de temperatura a una alt itud de A metros en C.

T1 es la elevación de temperatura observada en C.

A altit ud dif erente a la de la prueba.

F factor empírico dado por la siguiente tabla:

F 4* 10 -5 Para transformadores autorrefrigerados.

F 6* 10 -5 Para transformadores con refrigeración de aire forzado.

____________NOTA 1 . Cuando la densidad de pérdidas de carga de los devanados no excede de 15 W/kg para el cobre o 31 W/kg para elaluminio, se acepta un factor de corrección de 1 C por minuto.

(Continúa)


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4.6.3 Corrección por aplicación de corriente diferente a la nominal en corte. Cuando se hagacircular corriente diferente a la nominal, se debe corregir la diferencia de elevación de temperaturade los devanados y el aceite, utilizando la siguiente fórmula:

donde

G1 es el gradiente de elevación de temperatura en corte (devanado aceite)

G es el gradiente de temperatura (devanado aceite) en cort e, corregido.

In es la corrient e nominal

Ip es la corrient e de prueba

m 0.8 para la clase OA y FA y clase no directa FOA y FOW

(Ver nota 2)

Se define el gradiente como la diferencia observada entre la temperatura promedio de losdevanados al corte y la temperatura promedia del aceite al corte.

donde

Tmdc temperatura media de los devanados en cort e.

Tmac temperatura media del aceite en cort e.

4.6.4. Cálculo de la elevación de temperatura del punto más caliente. Obtenida la elevación detemperatura promedio de los devanados, la elevación de temperatura del punto más caliente se

obtiene mediante la siguiente fórmula:

donde

TMd elevación de la temperatura del punto más caliente.

Los valores utilizados serán corregidos.

4.7 Criterio de aceptación de la prueba . Se considera que el transformador ha cumplido con losrequisitos de la prueba, cuando una vez efectuadas las correcciones anteriores, el resultado de laelevación de temperatura promedio de los devanados T

md comparado con el valor especificado o

normalizado sea menor o igual a 65 C. El valor de TMd se considera aceptable si no supera los85 C.

____________NOTA 2. Gradiente (G) de temperatura devanados-aceite.

(Continúa)


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APÉNDICE Z

Z.1 DOCUMENTOS NORMATIVOS A CONSULTAR

Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2110 Transformadores. Definiciones. Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2118 Transformadores. Medida de la resistencia de los

devanados.

Z.2 BASES DE ESTUDIO

Norma IEC 60076-2, Norma Internacional. Power transformers Part 2, temperature rise . InternationalElectrotechnical Commission. Ginebra, 1993.

Norma IEEE C57-12.90. IEEE Standard Test Code for Liquid-Immersed Distribution, Power andRegulating Transformers. IEEE Pow er & Energy Society. New York, 2010.

Norma IEEE C57-12.00. IEEE Standard General Requirements for Liquid-Immersed Distribution,Pow er and Regulating Transformers. IEEE Pow er & Energy Society. New York, 2010.


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INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

Documento:NTE INEN 2119Primera revisión

TÍTULO: TRANSFORMADORES. PRUEBA DECALENTAMIENTO PARA TRANSFORMADORESSUMERGIDOS EN ACEITE CON ELEVACION DE 65ºC DETEMPERATURA EN LOS DEVANADOS

Código:EL 04.02-308

ORIGINAL:

Fecha de iniciación del estudio:1996-09-24

REVISIÓN:

Fecha de aprobación anterior del Consejo Directivo 1998-02-12Oficialización con el Carácter de Voluntaria por Acuerdo Ministerial No. 183 de 1998-03-18 publicado en el Registro Oficial No. 286 de 1998-03-30

Fecha de iniciación del estudio: 2012-07-23

Fechas de consulta pública: 2012-11-13 a 2012-12-13

Subcomité Técnico:Fecha de iniciación: Fecha de aprobación:Integrantes del Subcomité Técnico:

Mediante compromiso presidencial N° 16364, el Instituto Ecuatoriano de Normalización – INEN, en vista de la necesidad urgente, resuelve actualizar el acervo normativo en base alestado del arte y con el objetivo de atender a los sectores priorizados así como a todos lossectores productivos del país.

Para la revisión de esta Norma Técnica se ha considerado el nivel jerárquico de lanormalización, habiendo el INEN realizado un análisis que ha determinado su convenienteaplicación en el país.

La Norma en referencia ha sido sometida a consulta pública por un período de 30 días y porser considerada EMERGENTE no ha ingresado a Subcomité Técnico.

Otros trámites: Esta NTE INEN 2119:2013 (Primera revisión) reemplaza la norma NTE INEN 2119:1998

La Subsecretaría de la Calidad del Ministerio de Industrias y Productividad aprobó este proyecto de norma

Oficializada como: Voluntaria Por Resolución No. 13091 de 2013-04-30Registro Oficial No. 7 de 2013-06-04


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