NORMA TÉCNICA NTC COLOMBIANA 837

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1 NORMA TÉCNICA NTC COLOMBIANA TRANSFORMADORES. ENSAYO DEL DIELÉCTRICO E: TRANSFORMERS. DIELECTRIC TEST. CORRESPONDENCIA: DESCRIPTORES: transformador eléctrico; transformador; ensayo dieléctrico. I.C.S.: Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado Santafé de Bogotá, D.C. - Tel Fax Prohibida su reproducción Primera actualización

2 PRÓLOGO El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de El ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La fue ratificada por el Consejo Directivo el Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico Transformadores eléctricos. ABB COMERCIALIZACIÓN CORELCA DOW CORNING ELECTRIFICADORA DEL ATLÁNTICO ELECTRIFICADORA SANTANDER ELECTROPORCELANA GAMMA EMPRESA ENERGÍA BOGOTÁ EMPRESAS MUNICIPALES DE CALI EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN INDUSTRIAS ELKA INDUSTRIAS TYF INTECRI RYMEL INGENIERÍA SENA SIEMENS TESLA TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES SIERRA TRANSFORMADORES TPL UNIVERSIDAD DEL VALLE El ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

3 TRANSFORMADORES. ENSAYO DEL DIELÉCTRICO 1. OBJETO 1.1 Esta norma establece los ensayos para determinar el nivel de aislamiento en los transformadores de potencia, de tipo seco y sumergidos en líquido refrigerante. 2. DEFINICIONES 2.1 Para los efectos de esta norma se establecen las definiciones dadas en la NTC CONDICIONES GENERALES 3.1 Los transformadores destinados a funcionar a una altitud no mayor de m, deben cumplir con los requisitos establecidos en los numerales 4.1 y 4.2 de la NTC 836. Niveles de aislamiento para transformadores sumergidos en líquido refrigerante. 4. REQUISITOS 4.1 TRANSFORMADORES TIPO SECO El aislamiento debe ser diseñado para resistir, entre los devanados y tierra, el ensayo de tensión aplicada. El nivel de aislamiento a frecuencia industrial de estos transformadores, se define por la tensión de ensayo a frecuencia industrial y su valor es dado por la magnitud correspondiente a la tensión máxima de operación especificada. Con esta tensión de ensayo, está asociado un ensayo de tensión inducida. 4.2 TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN LÍQUIDO REFRIGERANTE Excepto para los transformadores que funcionan en instalaciones no expuestas, el aislamiento debe ser diseñado para resistir una tensión de ensayo de impulso de onda completa y de onda recortada. El nivel de aislamiento de impulso del transformador, se define en función de esta tensión de ensayo, y su valor se expresa por la amplitud de onda de la tensión correspondiente a la tensión mayor especificada del sistema bajo las condiciones de tierra determinadas. Con esta tensión de impulso está asociado el ensayo a frecuencia industrial. 1

4 4.2.1 La tensión del circuito abierto de ciertas derivaciones de un transformador puede exceder la tensión máxima de operación del sistema, pero esto no implica un incremento en el nivel de aislamiento de impulso o del nivel de aislamiento a frecuencia industrial requerida por esta norma. 4.3 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS UTILIZADOS EN SISTEMAS TRIFÁSICOS Los transformadores que van a ser usados en un banco trifásico debe tener un nivel de aislamiento apropiado para la tensión máxima de operación del sistema trifásico y el método de conexión a tierra del sistema, cualquiera que sea la conexión del banco (estrella, delta, etc.). 5. ENSAYOS 5.1 ENSAYOS DE TENSIÓN APLICADA (ENSAYO DE RUTINA) Este ensayo se debe realizar con una tensión alterna monofásica, de forma de onda tan próxima a la sinusoidal como sea posible y de frecuencia conveniente no menor que el 80 de la frecuencia nominal Se mide el valor de cresta de la tensión de ensayo. El valor de cresta dividido por 2 debe estar de acuerdo con las Tablas 2 ó 3 de la NTC 836 o la Tabla 5 de la NTC El ensayo se inicia a una tensión no mayor que 1/3 de la tensión de ensayo y se aumenta al valor apropiado dado en las Tablas 2 ó 3, tan rápidamente como lo permita la indicación dada por el instrumento de medida. Al final del ensayo la tensión se reduce rápidamente a menos de la tercera parte de su valor completo antes de desconectar La tensión apropiada, obtenida de una fuente separada, se aplica sucesivamente durante 60 s, entre los devanados bajo ensayo y los demás, conectados con el núcleo, armazón y tanque o cubierta del transformador, a tierra Para transformadores de tipo seco se aplica la Tabla 5 de la NTC Para transformadores sumergidos en líquido refrigerante con aislamiento uniforme se aplica la Tabla 2 de la NTC 836. Para transformadores sumergidos en líquido refrigerante con aislamiento decreciente se aplica la Tabla 3 de la NTC Para las conexiones especiales indicadas a continuación, el ensayo se realiza como sigue: Devanados de tensiones nominales diferentes que se interconectan dentro del transformador. - La tensión de ensayo se basa en la tensión máxima de operación del sistema o de los circuitos a los cuales se conectan los devanados. El ensayo se realiza con los devanados interconectados como para servicio Devanados diseñados para operar en serie con líneas de alimentación conectadas a otros aparatos. - La tensión de ensayo se basa en la tensión máxima de operación del sistema resultante de la combinación de los devanados en serie y los aparatos. 2

5 5.2 ENSAYO DE TENSIÓN INDUCIDA (ENSAYO DE RUTINA) Consiste en aplicar a los terminales de baja o de alta tensión del transformador bajo ensayo, una tensión alterna, de forma de onda tan próxima a la sinusoidal como sea posible y frecuencia incrementada sobre la nominal en un valor apropiado para evitar que la corriente de excitación durante el ensayo sea excesiva Se mide el valor de cresta de la tensión inducida en los devanados. Su valor dividido por 2 debe estar de acuerdo con lo indicado en las Tablas 2 o 3, según corresponda, de la NTC El ensayo debe iniciarse a una tensión no mayor que un tercio del valor de ensayo, aumentándola tan rápidamente como lo permita la indicación dada por el instrumento de medida. Al final del ensayo, la tensión debe reducirse rápidamente a menos de un tercio del valor de ensayo antes de efectuar la desconexión La duración del ensayo será de 60 s para cualquier frecuencia de ensayo menor o igual al doble de la frecuencia nominal. Cuando la frecuencia de ensayo excede al doble de la frecuencia nominal, la duración del ensayo en segundos será ciento veinte veces el cociente de dividir la frecuencia nominal por la frecuencia de ensayo o bien 15 s, escogiendo siempre la que resulte mayor Devanados con aislamiento uniforme Los devanados con aislamiento uniforme pueden conectarse a tierra durante el ensayo en cualquier punto La tensión inducida a través de un devanado sin derivaciones del transformador debe ser igual a dos veces la tensión nominal, sin embargo la tensión de ensayo entre fases de cualquier devanado trifásico no debe exceder la tensión aplicada de acuerdo a lo establecido en la Tabla 2 columna 3 de la NTC 836 y NTC Devanados con aislamiento decreciente Los devanados con este tipo de aislamiento deben conectarse a tierra durante el ensayo de un punto tal que asegure la aparición de la tensión de ensayo requerida entre los terminales de ensayo y tierra, repitiendo el ensayo si es necesario para garantizar la aplicación de la tensión de ensayo especificada a todos los terminales correspondientes Los ensayos se hacen de modo que se produzcan entre terminales de línea y también entre aquellos y el núcleo, tanque y partes estructurales conectados entre sí y a tierra, una tensión del valor apropiado indicado en la Tabla 2, columna 3 de la NTC Cuando se trata de transformadores trifásicos, se permite aplicar la tensión de ensayo a cada fase sucesivamente (es decir entre cada terminal y tierra) y, se desconectan las demás fases de modo que se evite la aparición de tensiones excesivamente altas entre terminales de línea adyacentes. Las diferentes maneras de lograr esto, se indican en el numeral ENSAYO DE TENSIÓN DE IMPULSO (ENSAYO TIPO) La tensión de impulso del ensayo se aplica al terminal de línea del devanado que se va a ensayar. En transformadores polifásicos, el ensayo se aplica sucesivamente a cada terminal de línea. 3

6 Las derivaciones usadas en este ensayo deben acordarse entre fabricante y comprador teniendo en cuenta la distribución de tensión dentro del devanado, que puede resultar de la derivación escogida. Si no se indica otra cosa se efectuará en la derivación principal conectada El valor de cresta de la tensión aplicada se especifica en la Tabla 2 columnas 4 y 5, NTC 836 o Tabla 5 columna 3 y 4 de la NTC 3654 con una tolerancia no mayor de ± 3 % Formas de Onda Onda de impulso completa. La forma de la onda debe ser de 1,2 µs/50 µs (véase la Figura 1) con una tolerancia no mayor de ± 30 % para la duración del frente de onda y ± 20 % para el tiempo en el cual debe alcanzarse la mitad del valor máximo en la espalda de la onda Cuando las características del transformador bajo ensayo son tales que es prácticamente imposible obtener la forma de onda normal dentro de las tolerancias anteriores, por ejemplo, cuando la inductancia del devanado es muy baja, o su capacitancia es muy alta en el momento del ensayo, se pueden permitir tolerancias más amplias por acuerdo entre el productor y el comprador Onda de impulso recortada. Es la misma onda de impulso completa con la diferencia que se le adiciona un dispositivo que recorta la onda en la cola (espalda) como se observa en la Figura 2, el tiempo de corte debe estar entre 2 µs y 6 µs Preparación del transformador para el ensayo Puesta a tierra del tanque del transformador. El tanque del transformador debe ser eficazmente conectado a tierra en forma directa o a través de una impedancia de valor bajo. Figura 1. Tensión de impulso de onda completa 4

7 Nota. La tensión de impulso normal es una tensión de onda completa, con una duración de frente de 1, 2 µs (T 1) una duración convencional hasta de un valor de 1/2 cresta de 50 µs (T 2). Dicha relación se designa 1,2 µs/50 µs. Figura 2. Tensión de impulso de onda recortada Conexiones para el ensayo. - Un terminal de línea del devanado bajo ensayo se conecta al generador de impulso, el otro terminal de línea del transformador (o los otros terminales para los transformadores trifásicos) se llevan a tierra a través de una impedancia de valor bajo (o shunt de corriente). Si el comprador especifica que el transformador puede operar en servicio con el neutro conectado a tierra, éste se debe conectar a tierra. De lo contrario, puede no hacerse esta conexión Para conseguir las ondas recortadas, se intercala un explosor (brecha disruptiva) entre el terminal de línea bajo ensayo y tierra. El explosor se coloca tan cerca como sea práctico al terminal de línea bajo ensayo. Se permite cualquier tipo de explosor, cuyas características de corte sean apropiadas Es ventajoso el uso de un explosor cuyo tiempo de corte en cada ensayo sea sensiblemente el mismo El esfuerzo dieléctrico desarrollado como resultado de la interrupción es influenciado por: a) La velocidad de descenso de la tensión. b) El valor de oscilación de la tensión. 5

8 Estas dos cantidades dependen del tipo de explosor, las características del transformador y el circuito de ensayo y la localización del explosor en relación al terminal bajo ensayo. Dadas estas variables no es práctico, en la actualidad, especificar límites precisos para las cantidades anteriores, pero se deben tomar precauciones para que los ensayos sobre transformadores diferentes puedan ser razonablemente comparables y puedan asegurar que la velocidad de descenso de la tensión sea un máximo y su valor de oscilación sea un mínimo, para las circunstancias particulares del ensayo. Las medidas de las cantidades anteriores pueden ser influenciadas considerablemente por el divisor de tensión empleado Protección de terminales y devanados no sometidos a ensayos. Todos los terminales de los devanados no sometidos a ensayos deben conectarse a tierra directamente o a través de una resistencia que limite la tensión que aparece en ellos, a menos del 75 % del nivel de ensayo con onda completa, del devanado correspondiente Cuernos de descarga. Los cuernos de descarga pueden ser retirados o aumentado su espaciamiento para evitar descargas durante el ensayo Procedimiento de ensayo Ajuste de la forma de onda de la tensión y calibración del generador de impulso. a) Con el generador de impulsos conectado al terminal del devanado del transformador bajo ensayo y a los aparatos de medida y de registro de tensión, se ajustan los parámetros del circuito a una tensión de calibración (no superior al 50 %) para dar la forma de onda de referencia requerida. b) A una tensión entre 50 % y 75 % del nivel de tensión de ensayo a onda completa, se obtiene un registro oscilográfico de la tensión aplicada entre el terminal de línea bajo ensayo y tierra y un registro suplementario de corriente o tensión. Este registro puede usarse para verificar la forma de onda y para determinar el valor de cresta de la tensión aplicada y en conjunto con el registro suplementario de corriente y tensión, para ayudar a interpretar los resultados del ensayo Secuencia del ensayo Para transformadores sumergidos en aceite El orden recomendado de las diferentes aplicaciones del impulso es el siguiente: a) Un impulso de onda completa a tensión reducida (entre 50 % y 75 % del nivel de tensión de ensayo) b) Un impulso de onda completa a 100 % del nivel de tensión de ensayo c) Uno o más impulsos recortados a tensión reducida d) Dos impulsos recortados a 100 % del nivel de tensión de ensayo e) Un impulso de onda completa a tensión reducida (entre 50 % y 75 % del nivel de tensión de ensayo) 6

9 f) Dos impulsos de onda completa a 100 % del nivel de tensión de ensayo Para transformadores secos El orden recomendado de las diferentes aplicaciones del impulso es el siguiente: a) Un impulso pleno a tensión reducida (entre 50 % y 75 % del nivel de tensión de ensayo) b) Tres impulsos plenos a una tensión 100 % del nivel de tensión de ensayo Registro de ensayo a) Los registros oscilográficos obtenidos durante la calibración y los ensayos deben mostrar claramente la forma del impulso de tensión aplicado b) Se debe emplear por lo menos un canal más de medida. En la mayoría de los casos un oscilograma de la corriente que fluye a tierra desde el devanado ensayado, presentará la mejor sensibilidad con respecto a la indicación de las fallas. La corriente que fluye del tanque a tierra, o la tensión transferida en un devanado que no se someta a ensayo, son ejemplos de cantidades adecuadas de medición alternativa. c) En el ensayo de onda recortada, la forma de onda del registro de tensión o corriente suplementaria, está afectada por el tiempo transcurrido antes del corte d) Cuando se emplea un explosor controlado, deben obtenerse registros de formas similares para diferentes valores de tensión aplicada, figura de las diferencias en amplitud. Si por razón del explosor usado, ocurren diferencias en el tiempo de interrupción, los registros suplementarios no son directamente comparables en su forma, pero para una persona experta tales registros pueden ser útiles para detectar fallas e) Con corte no controlado, se pueden aproximar la comparación por medio de registros suplementarios tomados a una tensión reducida, con tiempos de corte diferentes, escogiendo el registro particular más próximo al tiempo de corte resultante durante el ensayo real f) En la NTC 3600 se presentan recomendaciones adicionales relacionadas con los periodos adecuados, base de tiempo, etc Aplicación de tensión. A menos que se acuerde otra cosa entre comprador y productor, la tensión de ensayo será de polaridad negativa y será inmodificable durante el ensayo. El generador de impulso se debe ajustar para suministrar una tensión correspondiente a la del nivel de ensayo a onda completa del terminal de línea del devanado bajo ensayo. Si durante la aplicación del impulso ocurre una descarga en los cuernos, se descarta la aplicación y se repite. 7

10 En los transformadores tipo seco y de común acuerdo entre comprador y productor al tiempo del pedido, el ensayo puede ser realizado con polaridad positiva, pero en este caso deben evitarse cambios de polaridad Interpretación de los resultados Las fallas del aislamiento que se presenten en el ensayo se evidencian de acuerdo con lo establecido en los siguientes numerales: a) Variaciones apreciables de la forma de onda, fuera de los cambios ocurridos en la amplitud, la onda y los registros suplementarios de corriente o tensión para todas las aplicaciones, a nivel de ensayo y a nivel reducido. b) En principio la identificación de fallas durante un ensayo depende escencialmente de la comparación de los registros oscilográficos de los impulsos al 100 % y el oscilograma de referencia, no se permitiran variaciones mayores del 30 % del tiempo de frente y 20 % del tiempo de cola a no ser que se acuerde algo diferente entre comprador y productor. c) Si se presentan dudas en la interpretación de discrepancias de los registros, se realizarán tres ensayos sucesivos a 100 % del valor de la tensión de ensayo. Si las discrepancias no se aumentan en estos ensayos, el ensayo de impulso se considera satisfactorio. d) Ruido dentro del transformador indicado claramente durante el ensayo. 5.4 ENSAYOS SUPLEMENTARIOS Si se efectúan ensayos suplementarios sobre un transformador que haya cumplido con los ensayos especificados en esta norma, o que haya sido reparado, la tensión de ensayo no debe exceder el 75 % de la tensión original de ensayo. 6. APÉNDICE 6.1 DIAGRAMAS DE CONEXIÓN Diagramas de conexión típicos para ensayos con tensión indicada sobre devanados con aislamiento decreciente En las Figuras 3 a 10, la tensión de ensayo se indica por el símbolo Ue Los ensayos indicados en las Figuras 3 a 7 se deben repetir para cada fase. 6.2 NORMAS QUE DEBEN CONSULTARSE Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de este texto, constituyen disposiciones de esta norma. En el momento de la publicación eran válidas las ediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última versión de las normas mencionadas a continuación. 8

11 NTC 317:1994, Transformadores de potencia y distribución. Terminología. NTC 836:1997, Niveles de aislamiento para transformadores sumergidos en líquido refrigerante. NTC 3654:1994, Electrotecnia. Transformadores de potencia tipo seco. Figura 3. Transformadores trifásicos. Alimentación monofásica a través de un devanado conectado en delta Nota. El aislamiento al punto neutro debe estar previsto para U e/3. Figura 4. Transformadores trifásicos. Alimentación monofásica a través de un devanado conectado en estrella 9

12 Nota. El punto neutro puede estar aislado para conexión directa a tierra. Tensión entre terminales de línea = 1,5 U e. Figura 5. Transformadores trifásicos. Alimentación monofásica a través de un devanado colocado en delta Nota. El punto neutro puede estar aislado para conexión directa a tierra. Tensión entre terminales de línea = 1,5 U e. Figura 6. Transformadores trifásicos. Alimentación monofásica a través de un devanado conectado en estrella 10

13 Nota. El punto neutro puede estar aislado para conexión directa a tierra. Tensión entre terminales de línea no conectadas a tierra 2 U e. Figura 7. Transformadores trifásicos. Alimentación monofásica a través de un devanado colocado en delta Nota. El aislamiento al punto neutro debe estar previsto para U e/3. Figura 8. Transformadores trifásicos. Alimentación trifásica 11

14 Nota. El punto neutro puede estar aislado para conexión directa a tierra Figura 9. Transformadores monofásicos Nota. El punto neutro debe estar aislado para la tensión de ensayo aplicada por el transformador auxiliar. Figura 10. Transformadores monofásicos y transformador auxiliar para ensayo 12