Calentamiento de los transformadores

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Calentamiento de los transformadores

• La vida útil de una máquina eléctrica y en
  particular de un transformador,
  convencionalmente, se refiere a
• condiciones de servicio continuo
• valores normales de temperatura ambiente
• carga nominal

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• La vida útil se reduce debido a situaciones no
  comunes
• sobretensiones
• cortocircuitos
• sobrecargas de emergencia
• que a su vez son función de
• severidad del evento (amplitud y duración)
• diseño del transformador
• temperaturas de las distintas partes del
  transformador
• contenido de humedad del aceite
• contenido de oxígeno y otros gases en el
  aislamiento y en el aceite

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Tipos de sobrecarga

• Sobrecarga cíclica normal
• Carga cíclica de emergencia prolongada
• Carga de emergencia de corta duración

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Esquematización de las sobreelevaciones de
temperatura en régimen permanente para
transformadores de distribución tipo ONAN.
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Corte de un transformador, permite ubicar donde
se produce el calor y como se transmite al medio
externo.
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Variación de la temperatura en la superficie de
los órganos de refrigeración, en el eje interno
del órgano de refrigeración y en un eje interno
de la cuba.
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Se pueden establecer las siguientes temperaturas

• temperatura máxima de la bobina (punto o zona
  caliente)
• temperatura media de la bobina
• temperatura media de la superficie de la bobina
• temperatura máxima del aceite
• temperatura media del aceite dentro de la cuba
• temperatura media de la superficie de los órganos
  de refrigeración
• temperatura ambiente

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Saltos de temperatura entre distintos puntos
(cada uno a una única temperatura), aceptando la
hipótesis de que las temperaturas medias antes
indicadas son suficientemente representativas.
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Modelo térmico régimen permanente

• Se puede establecer la siguiente analogía
  eléctrica (ley de Ohm)
• VR?I
• I - flujo de calor en régimen permanente
• R - resistencia térmica
• V - diferencia de temperaturas

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Fuentes de calor generado
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Se utiliza el concepto de carga térmica,
corriente por unidad de superficie, la ecuación
de transmisión del calor resulta

• Esta forma es particularmente interesante
  independiza el salto de temperatura (V) de la
  superficie (S), si se asigna a la carga térmica
  (I/S) un valor adecuado

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Salto de temperatura entre devanados y el aceite

• El calor se disipa por conducción desde la
  superficie de los conductores al aceite.
• El calor que se produce en los conductores
  internos atraviesa más resistencias a la
  disipación.

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La carga térmica de la bobina se determina

• P1 - pérdidas totales del arrollamiento
• S - superficie de la bobina y eventuales canales
  axiales de refrigeración

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Saltos de temperatura

• Temperatura media conductores y la superfice del
  devanado

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Factor que relaciona el espesor equivalente y el
espesor del aislante
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Saltos de temperatura

• Eje térmico de la bobina y su superficie

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Factor TT
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Saltos de temperatura

• Superficie devanado y aceite

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Influencia de los canales axiales de
refrigeración

• En los canales se establece régimen laminar, en
  estas condiciones la transmisión se ve afectada
  por la altura del cuerpo refrigerado.

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Saltos de temperatura

• Aceite medio y la cuba

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Conocido el salto de temperatura cuba aire, se
determina la carga térmica de convección
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Y la carga térmica por radiación en función del
salto sobre el ambiente y la temperatura ambiente
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Organos adicionales de refrigeración - tubos

• Transformador de distribución
• de 215 kVA

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Organos adicionales de refrigeración - radiadores

• Los valores de transmisión del calor obtenidos de
  tablas se deben multiplicar por tres factores de
  corrección

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Variación de la temperatura en la superficie de
los órganos de refrigeración, en el eje interno
del órgano de refrigeración y en un eje interno
de la cuba.
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Datos y resultados, verificaciones
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Ejemplo de cálculo
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Conclusiones

• Las normas establecen los valores de
  sobreelevación de temperatura máxima del aceite y
  media de los arrollamientos.
• Otro valor importante es la temperatura máxima
  del punto caliente.
• La norma IEC 60354 define la relación de
  envejecimiento, para carga nominal y temperatura
  ambiente de 20 ºC, adoptando como valor de
  referencia la temperatura de 98 ºC para el punto
  caliente.

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Valor relativo de la relación de envejecimiento

• Como se puede observar es muy sensible al valor
  de la temperatura del punto caliente.