GUÍA TÉCNICA GTC COLOMBIANA 50 1997-11-26 ELECTROTECNIA. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN SUMERGIDOS EN LÍQUIDO REFRIGERANTE CON 65 C DE CALENTAMIENTO EN LOS DEVANADOS. GUÍA DE CARGABILIDAD E: ELECTROTECHNICS. DISTRIBUTION TRANSFORMERS IMMERSED IN COOLING LIQUID OVERHEAD 65 C IN WINDING. GUIDE FOR LOADING. CORRESPONDENCIA: DESCRIPTORES: transformador sumergido; transformador de distribución; transformador. I.C.S.: 29.180.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Santafé de Bogotá, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435 Prohibida su reproducción
PRÓLOGO El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. 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 GTC 50 fue ratificada por el Consejo Directivo el 97-11-26. 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 383101 Transformadores eléctricos. ABB CORELCA EPM EEB EMCALI ELECTRIFICADORA DE SANTANDER ELECTRIFICADORA DEL ATLÁNTICO ELECTROPORCELANA GAMMA INDUSTRIAS TYF NAVARRO GONZÁLEZ RYMEL INGENIERÍA SIEMENS TRANSFORMADORES SIERRA UNIVERSIDAD DEL VALLE Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: TESLA TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES DE COLOMBIA El ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN
ELECTROTECNIA. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN SUMERGIDOS EN LÍQUIDO REFRIGERANTE CON 65 C DE CALENTAMIENTO EN LOS DEVANADOS. GUÍA DE CARGABILIDAD 1. OBJETO Esta guía proporciona las recomendaciones sobre la cargabilidad de transformadores de distribución sumergidos en líquido refrigerante, con calentamiento del nivel superior del líquido refrigerante 60 C, calentamiento medio en los devanados no mayor que 65 C, y en el punto más caliente no mayor que 80 C. Se incluye un ejemplo de cargabilidad. 2. DEFINICIONES Para efectos de esta guía se deben tener en cuenta, además de las establecidas en la NTC 317, las siguientes: 2.1 Ciclo real de carga: fluctuaciones de carga a través de un período determinado. Para efectos de la guía se consideran ciclos repetitivos de 24 h. 2.2 pico: máximo valor de carga durante un ciclo de carga. 2.3 Ciclo de carga rectangular equivalente a un ciclo de carga fluctuante desde el punto de vista de temperatura: ciclo de carga escalonado que genera pérdidas a la misma velocidad (W/s) que el ciclo de carga fluctuante a su velocidad promedio. 2.4 Constante de tiempo del líquido refrigerante: período requerido por el líquido refrigerante para cambiar desde su valor inicial de temperatura hasta el valor final, si la velocidad inicial de cambio se mantiene hasta que alcance la temperatura final. Notas: 1) Los términos salida nominal o carga nominal, usados en esta guía, se refieren al dato nominal de placa. 2) Para efectos de aplicación se consideran las temperaturas mostradas en la Figura 1. 1
3. CONDICIONES GENERALES 3.1 Esta guía establece la capacidad de carga, por encima de los valores nominales, que puede soportar el transformador, con la única limitación de la capacidad de los devanados y el sistema de enfriamiento. Se deben consultar al fabricante otras limitaciones, tales como expansión del aceite, presión en unidades selladas, capacidad de corriente de los bujes, herrajes, cambiadores de derivaciones y capacidad térmica del equipo asociado al transformador (cables, reactancias, interruptores, interruptores desconectadores y transformadores de corriente). 3.2 La guía se debe aplicar únicamente a transformadores que tengan la capacidad inherente para permitir las cargas cubiertas en esta guía. Si hay alguna duda sobre esta capacidad se debe consultar al fabricante. 3.3 Las recomendaciones de esta guía están basadas en la vida esperada del aislamiento del transformador, cuando ésta se ve afectada por la temperatura y el tiempo. 3.4 La vida esperada de un transformador, con las diversas temperaturas de operación, no puede conocerse exactamente, pero la información dada en esta guía acerca de la pérdida de vida del aislamiento con temperaturas elevadas, se considera conservativa y la mejor que puede tenerse a partir de los conocimientos presentes. El término conservativa se usa en el sentido de que la pérdida de vida esperada del aislamiento para una sobrecarga recomendada no será mayor que la cantidad establecida. 3.5 La carga real que un transformador puede alimentar en cualquier momento durante el servicio, sin deterioro indebido del aislamiento, puede ser mayor o menor que la potencia aparente nominal (en kva) de placa que dependen de la temperatura ambiente y de otras condiciones de operación. 3.6 Teniendo en cuenta que la distribución de temperatura en los devanados del transformador no es uniforme, el mayor deterioro se ocasiona en el aislamiento adyacente al punto de mayor temperatura. Por lo tanto, tratándose de estudios de envejecimiento, éstos se concentran en los efectos producidos por la temperatura del punto más caliente. 3.7 Los datos de pérdida de vida dados en esta guía se basan en la curva de vida esperada mostrada en la Figura 1. Se considera que esta figura es la mejor información obtenida hasta el momento en investigaciones de tipo industrial. 3.8 Para efectos de esta guía se considera como límite máximo de temperatura ambiente promedio, en cualquier período de 24 h, el valor de 30 C. 3.9 La temperatura ambiente promedio debe cubrir períodos no mayores que 24 h, con temperaturas máximas que sobrepasen el valor promedio en no más de 10 C. 3.10 La mínima vida esperada es el resultado de la operación continua del transformador con temperaturas del conductor en el punto más caliente de 110 C (o la temperatura equivalente con 120 C como máximo) en cualquier período de 24 h. 3.11 La temperatura del punto más caliente con carga nominal es la suma de la temperatura promedio del devanado más 15 C de tolerancia para el punto más caliente. 2
3.12 Para efectos de aproximación se considera que la diferencia entre la temperatura del punto más caliente y la temperatura del nivel superior del líquido refrigerante no supera los 20 C. 4. REQUISITOS ESPECÍFICOS 4.1 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA AMBIENTE SOBRE LA CARGABILIDAD PARA MÍNIMA VIDA ESPERADA 4.1.1 La Tabla 1 muestra el aumento o disminución en la carga nominal para temperatura ambiente diferente a 30 C. Para usar esta tabla, se deben considerar las siguientes limitaciones: a) Se cubre un intervalo de temperatura entre 0 C y 50 C. Para valores diferentes consultar con el fabricante. b) Se recomienda tomar 5 C como margen de seguridad. c) Los valores obtenidos de la Tabla 1 son más conservativos que aquellos calculados según el método descrito en el numeral 5.3. Tabla 1. Influencia de la temperatura ambiente sobre la cargabilidad para obtener la mínima vida esperada Porcentaje de capacidad nominal Disminución necesaria en la carga por cada grado Celsius sobre 30 C Incremento en la carga por cada grado Celsius por debajo de 30 C 1,5 1,0 4.2 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL NIVEL SUPERIOR DE LÍQUIDO REFRIGERANTE SOBRE LA CARGABILIDAD PARA OBTENER LA MÍNIMA VIDA ESPERADA Si las características del transformador no son conocidas exactamente, debe calcularse la máxima temperatura del líquido refrigerante a partir de la Figura 2, como guía aproximada. Para el uso de esta figura se debe considerar lo indicado en el numeral 3.12. 4.3 CARGA CONTINUA CON BASE EN EL ENSAYO DE CALENTAMIENTO PROMEDIO DE LOS DEVANADOS Si el calentamiento promedio de los devanados es menor que 65 C, por cada grado Celsius en exceso de 5 C por debajo de este valor, la carga del transformador debe incrementarse por encima de la potencia aparente nominal en kva en los mismos porcentajes dados en la Tabla 1. 3
4.4 CARGA CON BASE EN LAS SOBRECARGAS DE CORTA DURACIÓN SIN AFECTAR LA VIDA ESPERADA NORMAL DEL TRANSFORMADOR 4.4.1 Los transformadores pueden operarse por encima de 110 C, promedio de temperatura del punto más caliente, durante cortos períodos o durante períodos más largos con temperaturas inferiores a 110 C, debido a que el envejecimiento térmico es un proceso acumulativo. 4.4.2 Las cargas sugeridas para vida normal esperada están dadas en las Tablas 3a., 3b., 3c., 4a., 4b., 4c., 5a., 5b. y 5c. Para usar en forma confiable estas tablas se sugiere tomar un margen de 5 C para determinar la temperatura ambiente. 4.4.3 Los cálculos para las tablas 3a., 3b., 3c., 4a., 4b., 4c., 5a., 5b. y 5c., están basados en una vida mínima de 20 años con una temperatura continua del punto más caliente de 110 C. 4.4.4 La cargabilidad de transformadores trifásicos de potencias mayores que 500 kva y menores o iguales a 800 kva se debe determinar de acuerdo con las tablas 5a., 5b. y 5c. a menos que se especifique otra cosa. 4.5 CARGA DE CORTA DURACIÓN CON SACRIFICIO MODERADO DE LA VIDA ESPERADA 4.5.1 Cuando el efecto de envejecimiento de un ciclo de carga o el efecto de envejecimiento acumulativo de un número de ciclos de carga es mayor que el efecto de envejecimiento de la operación continua con carga nominal sobre un período dado, el aislamiento se deteriora a una velocidad mayor que la normal, siendo ésta una función del tiempo y de la temperatura expresada comúnmente como un porcentaje de pérdida de vida. 4.5.2 La Figura 3 muestra las pérdidas de vida relativas para varias combinaciones de tiempo y temperatura. 4.5.3 Como guía, se considera razonable una pérdida promedio de vida adicional de 1% por año o 5 % en una operación de emergencia. 4.5.4 Métodos para determinar las cargas por encima de la nominal. a) Transformadores con características específicas conocidas. En estos casos cuando se requiere la máxima cargabilidad recomendada se debe calcular el calentamiento del líquido refrigerante y la temperatura del punto más caliente contra el tiempo, utilizando las fórmulas básicas dadas en el numeral 5.2. Con estos datos debe determinarse la carga permisible para su condición, teniendo en cuenta la temperatura ambiente, el número probable de tales cargas durante la vida del transformador y el porcentaje aproximado de vida que se va a sacrificar. b) Transformadores con características específicas desconocidas o cargas conservativas. En estos casos se debe referir a las tablas de capacidad para tabulaciones de picos de carga con precargas continuas de 50 %, 75 % y 90 % con pérdidas de vida por cada ciclo de carga y con duraciones de los picos desde 1 h hasta 24 h 4
c) Las tablas mencionadas en el literal b tienen las especificaciones típicas dadas en la Tabla 2. d) Limitaciones de carga y temperatura Para usar las tablas 3a., 3b., 3c., 4a., 4b., 4c., 5a., 5b. y 5c. y las mencionadas en el literal b. se tienen las siguientes limitaciones: Máxima temperatura del nivel superior del líquido refrigerante: 120 C. Máxima temperatura del punto más caliente: 200 C. Máxima carga de corto tiempo (1/2 h o menos): 300 % Nota. No se recomiendan cargas por encima de 250 %, excepto bajo condiciones de emergencia. Tabla 2. Características asumidas para los transformadores con carga nominal (30 C ambiente 65 C elevación) Calentamiento en el punto más caliente sobre el ambiente. 80 C Calentamiento del nivel superior del líquido refrigerante (sobre el ambiente). 60 C Constante de tiempo del punto más caliente del conductor en horas. 0,083 4 h Potencia exponencial de la pérdida contra calentamiento. 0,8 5. MÉTODOS DE CÁLCULO 5.1 MÉTODOS PARA CONVERTIR EL CICLO DE CARGA REAL EN EQUIVALENTE 5.1.1 Un transformador que alimenta una carga variable genera pérdidas variables, cuyo efecto es el mismo que el de una carga intermedia constante sostenida durante el mismo período. equivalente o valor eficaz = L t + L t +.. + L t 1 2 1 2 2 2 u 2 u t + t... + t 1 2 u (ecuación 1) En donde: L 1, L 2,... L U, = pasos de carga en % por unidad en kva reales o corriente. t 1, t 2,... t u = duraciones respectivas de esas cargas. 5
5.1.2 Método alterno. Se debe considerar : - El período de 12 h anterior al pico. - Intervalos de tiempo de 1 h (t 1 = t 2 =...t n = 1) equivalente Inicial = 0,289 L 1 2 + L 2 2... + L12 2 (ecuación 2) En donde: L 1, L 2, L 3...L 12 = carga promedio inspeccionada por cada intervalo de 1 h del período de 12 h que precede a la carga pico. Se puede considerar cualquier combinación de carga como una carga inicial constante de 50 %, 75 % y 90 % de la carga nominal, seguida por un pico rectangular de cierta magnitud y duración (véase la Tabla 1). Se pueden usar los métodos indicados en los numerales 5.1.1 y 5.1.2 para convertir un ciclo de carga irregular en un ciclo de carga rectangular. La ecuación 1 se aplica por separado para el período limitado tanto de la carga precedente como del pico (véase la Figura 4). La duración estimada del pico tiene gran influencia sobre el valor pico eficaz y por lo tanto debe cuidarse de sobrestimar o sub-estimar este valor. Una vez calculado el valor equivalente a la carga inicial y el valor pico debe consultarse el valor con las tablas 3a., 3b., 3c., 4a., 4b., 4c., 5a., 5b. y 5c. para conocer el porcentaje de sacrificio de la vida útil o bien si el transformador puede soportar este ciclo de carga sin sacrificio de la vida útil. 5.2 ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DEL CALENTAMIENTO TRANSITORIO EN TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN LÍQUIDO REFRIGERANTE. 5.2.1 Símbolos (véase la Tabla 6) 5.2.2 Ecuaciones para la determinación de la temperatura - Punto más caliente: θ hs = θa + θo + θg (ecuación 3) - Calentamiento transitorio y ecuación del calentamiento para elevación en el nivel superior del líquido sobre la temperatura ambiente: θo = (θou-θoi) (1-e -t/τ ) + θi (ecuación 4) 6
- Constante de tiempo térmica del transformador: τ= C (θou - θoi)/p (ecuación 5) Elevación final en el nivel superior del líquido refrigerante para carga L : θ = θfl [ K² R + 1) / (R + 1) ] 0,8 (ecuación 6) Donde lo anterior depende del intervalo de carga L, así: - Si la carga es de 90 %, K = 0,9 - Si la carga es del 110 %, K = 1,1. - Calentamiento en el punto más caliente del conductor sobre el nivel superior del líquido refrigerante. θg = θg (fl) k 2n 5.3 MÉTODO PARA EL CÁLCULO ASISTIDO POR COMPUTADOR DE LAS TABLAS DE CARGABILIDAD 5.3.1 Método Este programa calcula los picos máximos de carga a que puede someterse un transformador de distribución y el sacrificio de la vida normal esperada con una tolerancia de ± 4 %. Los datos de entrada son los siguientes: - Pico estimado de sobrecarga (Lu) - anterior al pico o precarga (Li) - Temperaturas ambiente (θa) - Duración de los picos (t) - Porcentajes permitidos de pérdida de vida. Datos adicionales de entrada: - Relación de pérdida (R). - Temperatura máxima del nivel superior del líquido refrigerante (con carga nominal). 7
- Elevación máxima de temperatura continua. - Constante de las curvas de envejecimiento de los aislamientos. - Porcentaje de pérdida de vida correspondiente a la mínima duración de la vida normal esperada. La determinación del porcentaje de pérdida de vida está basada en ciclos de carga de 24 h y una mínima duración de vida de 20 años. Las máximas pérdidas de vida son de 0,013 7 % día. 5.3.2 Ecuaciones Se resuelven las ecuaciones para 25 kva, monofásico (caso a), 150 kva trifásico (caso b) y con precarga de 90 % (Ki = 0,9); R se toma de la Tabla 7 y el pico de sobrecarga 169 % (Ku = 1,69). a) Elevación de temperatura inicial debido a carga continua en el nivel superior del líquido refrigerante. Θoi = Θfl 2 ( Ki R+1) R+1 0,8 Valor de Θoi (caso a) (caso b) 53,1 52,5 b) Elevación inicial del punto caliente sobre el nivel superior del líquido refrigerante. ( ) Θg = Θg(fl) Ki 1,6 Valor de Θg (caso a) (caso b) 16,9 16,9 De la Tabla 2 se obtiene: Θg(fl) = 80 C-60 C = 20 C 8
c) Calentamiento final en el nivel superior del líquido refrigerante sobre el ambiente, si el pico aplicado se mantiene indefinidamente. Θou = Θfl 2 ( Ku R+1) R+1 0,8 Valor de Θou (caso a) (caso b) 120,1 125,3 d) Elevación final del punto más caliente sobre el nivel superior del líquido refrigerante. Θgu = Θg(fl)(Ku) 1,6 Valor de Θgu (caso a) (caso b) 46,3 46,3 e) Capacidad calórica de los transformadores. C = 0,132 x (peso parte activa en kg) + 0,088x(peso tanque en kg) + 0,352 x (litros de líquido refrigerante) Valor de C (caso a) (caso b) 35 103 Los valores de C se obtienen de la Tabla 8. f) Constante de tiempo del nivel superior del líquido refrigerante con potencia nominal. τ = C Θ fl Pfl Valor de τ (caso a) (caso b) 5,38 2,56 9
g) Ecuación para el calentamiento del nivel superior del líquido refrigerante sobre el ambiente en un tiempo t. Constante de tiempo en cualquier instante t: C( Θu - Θi) τo = 2 2 (Ku -Ki )P(cu)fl (caso a) τo = 34,58(120, 1-53, 1 ) (1, 69-0, 9 )290 = 3, 95 2 2 (caso b) τo = 1,87 t/τ0 Θo = ( Θu - Θi)(1- e ) + Θi (caso a) (caso b) Θo = 53,1+ 67(1- -t/3,95 e ) 1 Θo = 52,5 +72,8(1- -t/1,87 e ) para t = 2 h (caso a) Θo = 79,7 C (caso b) Θo = 100,3 C 10
h) Temperatura pico superior del líquido refrigerante durante el ciclo de 24 h. Θpk = Θa+ Θo (caso a) Θpk = 30 C + 79,7 C = 109,7 C (caso b) Θpk = 30 C + 100,3 C = 130,3 C i) Calentamiento del punto caliente sobre la temperatura del nivel superior del líquido refrigerante en un tiempo t. -t/ τ hs Θg = ( Θgu - Θgi)(1- e )+ Θgi (casos a y b) -t/0,0834 Θg = 16, 9 + 29, 4 (1- e ) τhs (se obtiene de la Tabla 2) = 0,0834 para t = 2 h Θg = 46,3 C j) Temperatura del punto caliente en cualquier instante. Para t= 2h (caso a) Θhs = Θa+ Θo+ Θg 3 Θhs = 30 C + 79,7 C + 46,3 C = 156 C (caso b) Θhs = 30 C + 100,3 C + 46,3 C = 176,6 C 11
k) Pérdida de vida en % durante un intervalo de tiempo t. % pérdida =100t 10 6328, 8 hs + 273 11269, Θ B % pérdida =100 t 10 + A T (caso a) T = 273 + Θhs % pérdida = 0,029 % Pérdida de vida superior a la normal (caso a) % pérdida = 0,109 % Pérdida de vida superior a la normal 5.4 EJEMPLO PARA EL CÁLCULO DE CARGABILIDAD DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN SUMERGIDOS EN LÍQUIDO REFRIGERANTE Un transformador monofásico de 50 kva con Vp = 13 200 V; Vs = 240 V presenta las siguientes características en el ensayo de calentamiento, bajo condiciones normales y a una temperatura ambiente de 20 C. - Elevación promedio en el líquido refrigerante = 40 C - Elevación en el nivel superior del líquido refrigerante = 52 C - Elevación promedio en los devanados = 50 C - Constante de tiempo del punto más caliente = 0,083 4 h - Constante de tiempo del nivel superior del líquido refrigerante = 3,2 h El transformador presenta pérdidas bajo condiciones nominales así: en los devanados: 510 W; en el núcleo: 160 W. El ciclo de carga real del transformador, así como el equivalente se muestran en la Figura 4. Para aplicación del ejemplo, se debe calcular: 12
1) La máxima carga permanente del transformador en kva que no sobrepase la máxima elevación de temperatura en el punto superior del líquido refrigerante 60 C 2) Para la carga anterior, la temperatura del punto más caliente 3) Para el régimen de carga dado en la Figura 4, se deben calcular: a) Ecuación de calentamiento de los devanados sobre el nivel superior del líquido refrigerante, durante el periodo de sobrecarga b) Calentamiento en el punto más caliente de los devanados sobre el nivel superior del líquido refrigerante al final de la sobrecarga c) Ecuación de calentamiento del líquido refrigerante sobre la temperatura ambiente, para el periodo de sobrecarga d) Calentamiento en el nivel superior del líquido refrigerante al final de la sobrecarga e) Temperatura del punto más caliente al final de la sobrecarga. 1) Si se utiliza la ecuación (6) se tiene: Θ = 60 C Θfl = 52 C R = 510 160 = 3,19 Entonces, o o 60 C = 52 2 0,8 K 3,19 +1 3,19 +1 K = 1,121 Por lo tanto, la máxima carga permanente en kva es 1,121x50 kva = 56,05 2) Si se usa la ecuación del numeral 5.2.2, se tiene: Θhs = 20 C +10 C(1,0466 ) + 55 C = 85,8 C 1,6 Nota 1. Esto se debe a que se asume que el diferencial de temperatura cobre-líquido refrigerante se mantiene tanto en el nivel promedio como en el nivel superior. 13
3) a) Si se usa la ecuación del numeral 5.3.2 literal i, se deben calcular los valores Θgu, Θgi, donde τhs = 0,0834 h. Cálculo de Θgu (usando la ecuación del numeral 5.3.2 literal d). Donde: Ku = 70/50 = 1,4 1,6 Θgu =10 C(1,4 ) =17,13 C 4 Cálculo de Θgi (usando la ecuación del numeral 5.3.2 literal b). Donde: Ki = 40/50 = 0,8 o 1 o Θgi = 10 ( 0, 8),6 = 7 C 5 -t/ τ hs Θg = ( Θgu - Θgi)(1- e )+ Θgi Θg = 7 +10,13(1- -t/0,0834 e ) b) Si se aplica la ecuación del punto anterior para t = 3 h. Θg = 17,13 C c) Usando las ecuaciones del numeral 5.3.2 literales a,c y g; se deben calcular los valores τo, Θu, Θi. (0, 8 3 3,19 +1) Θi = 52 3,19 +1 0,8 o = 40,25 C (1, 4 2 3,19 +1) Θu = 52 3,19 +1 0,8 o = 80,65 C 44,79 (80,65-40,25) t 0 = ------------------------------------- = 2,69 (1,4² - 0,8²) 510 t/τ o Θo = ( Θu - Θi)(1- e )+ Θi t/ 2,34 Θo = 40,25 + 40,4(1- e ) 14
d) Se evalúa la ecuación del punto anterior para t = 3 h. Θo = 67,4 C Se observa que no se ha estabilizado. e) Usando la ecuación del numeral 5.3.2 literal j, para t = 3 h. Θhs = Θa+ Θo+ Θg Θhs = 20 +67,4+17,13 = 104,53 o C 6. ENSAYOS Para determinar la cargabilidad de los transformadores se debe realizar el ensayo especificado en la NTC 316. 7. APÉNDICE 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 de actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última versión de las normas mencionadas a continuación. NTC 316:1987, Transformadores. Ensayo de calentamiento para transformadores sumergidos en líquido refrigerante con elevación de 60 C de temperatura en los devanados. NTC 317:1994, Electrotecnia. Transformadores de potencia y distribución. Terminología. ANSI/IEEE C.57.91, 1981 IEEE Guide for Loading Mineral- Oil -Immersed Overhead and Pad- Mounted Distribution Transformers Rated 500 kva and Less with 65 C or 55 C Average Windingrise. 15
Tabla 3a. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias 150 KVA y para transformadores monofásicos con potencias 50 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 50 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 228 160 80 218 159 86 207 158 92 194 157 97 181 156 103 166 154 108 2 192 152 92 181 151 96 172 150 100 163 148 104 150 147 108 137 146 111 3 176 146 93 166 145 97 157 145 100 147 143 104 136 142 107 123 140 110 4 164 144 96 156 143 101 146 141 103 137 140 107 126 138 108 115 135 112 8 144 132 94 136 130 97 128 130 99 118 129 102 110 128 105 98 123 106 24 127 112 83 119 111 86 111 111 86 105 110 91 92 111 93 82 111 96 16
Tabla 3b. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias 150 KVA y para transformadores monofásicos con potencias 50 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 75 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 218 159 85 205 156 91 192 156 98 180 153 103 160 150 106 134 138 107 2 184 150 93 175 149 97 165 147 102 152 146 105 138 141 108 112 130 106 3 169 144 93 161 143 97 151 142 101 140 140 104 126 135 106 102 125 104 4 161 142 98 151 139 100 142 138 103 130 138 106 119 133 107 98 124 105 8 142 129 94 134 128 96 126 128 98 116 124 101 105 123 102 88 118 101 24 127 112 81 119 110 85 110 110 88 100 108 90 92 110 92 93 108 95 17
Tabla 3c. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias 150 KVA y para transformadores monofásicos con potencias 50 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 90 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 208 156 89 195 155 95 182 153 98 163 147 103 120 125 100 2 179 148 96 167 146 98 157 145 104 140 139 105 106 121 99 3 166 143 96 155 141 98 145 139 103 130 133 100 103 116 98 4 157 139 98 148 137 100 136 134 102 124 130 102 100 116 97 8 141 128 93 133 127 96 123 126 97 112 122 98 93 111 94 24 127 111 81 118 110 85 109 108 90 100 108 90 86 108 91 18
Tabla 4a. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias æ 150 KVA y 500 KVA y para transformadores monofásicos con potencias æ 50 KVA y 167,5 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 50 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 211 161 87 202 160 93 192 159 99 180 158 104 168 157 109 155 155 113 2 179 151 96 169 150 101 161 149 104 151 148 108 141 147 111 129 146 114 3 165 144 94 156 144 99 147 143 102 139 142 106 129 141 109 117 139 112 4 156 142 97 148 141 101 139 138 104 131 137 107 120 136 108 110 134 112 8 140 129 93 132 127 96 124 127 98 115 127 101 107 126 104 96 121 105 24 126 110 82 118 110 85 110 110 85 104 109 91 91 110 92 81 110 95 19
Tabla 4b. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias æ 150 KVA y 500 KVA y para transformadores monofásicos con potencias æ 50 KVA y 167,5 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 75 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) Carg a Carg a Carg a Carg a Carg a 1 203 159 92 192 156 97 180 157 103 168 154 108 150 150 110 127 139 110 2 173 149 96 165 148 100 156 146 105 144 145 108 131 140 110 107 129 108 3 161 142 94 152 142 98 144 140 102 134 139 105 121 134 107 99 124 105 4 153 140 98 145 137 100 137 136 103 126 137 106 115 132 107 95 123 105 8 139 127 93 131 126 95 123 126 97 114 123 100 104 122 101 87 116 100 24 126 110 81 118 109 84 109 109 87 99 108 90 91 109 91 92 108 94 20
Tabla 4c. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias æ 150 KVA y 500 KVA y para transformadores monofásicos con potencias æ 50 KVA y 167,5 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7% por día. precedente = 90 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 195 156 95 183 156 100 171 153 103 154 148 107 113 124 101 2 170 147 99 159 146 101 149 144 105 134 138 106 101 118 99 3 159 141 97 149 139 98 139 137 103 125 132 104 100 114 96 4 151 136 98 143 135 100 132 132 102 120 129 102 97 113 96 8 138 126 92 130 125 95 121 124 96 110 121 97 91 110 93 24 126 109 81 117 109 84 108 108 87 99 108 80 89 108 90 21
Tabla 5a. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias æ 500 KVA y 800 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 50 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 205 161 90 196 160 96 187 159 101 175 158 106 163 157 111 150 155 115 2 175 150 97 165 149 102 157 148 105 148 147 109 138 146 112 126 145 115 3 162 143 95 152 143 99 145 142 102 136 141 106 126 140 109 115 138 112 4 153 140 97 146 140 101 137 137 103 129 137 107 118 136 108 109 133 112 8 139 128 93 131 127 95 124 126 98 114 126 100 107 126 104 95 121 105 24 125 110 82 117 110 85 109 110 85 104 109 90 91 110 92 81 110 95 22
Tabla 5b. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias æ 500 KVA y 800 KVA elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 75 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) Carg a 1 198 159 94 186 156 99 174 157 105 164 154 110 148 150 112 124 139 111 2 169 148 97 161 147 101 152 146 105 142 145 108 129 140 110 106 129 108 3 158 141 94 150 141 98 142 140 102 132 138 105 120 133 107 98 124 105 4 152 139 98 143 136 100 135 135 103 124 136 106 114 131 107 95 123 105 8 138 126 93 131 126 94 123 125 97 113 123 100 103 122 101 87 116 100 24 125 110 81 117 109 84 108 109 87 99 108 89 91 109 91 92 108 94 23
Tabla 5c. Capacidad de carga para transformadores trifásicos con potencias æ 500 KVA y 800 KVA monofásicos elevación CU/= 65/60 C. Pérdida de vida normal asumida = 0,013 7 % por día. precedente = 90 % 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C Duración pico carga (Horas) 1 190 156 97 179 156 102 167 153 105 151 148 108 110 123 101 2 166 146 99 156 146 101 147 144 106 132 137 106 100 118 99 3 157 140 97 147 139 98 138 137 104 124 132 104 99 114 96 4 149 136 98 141 134 100 131 132 101 119 128 102 96 113 95 8 138 125 91 130 125 95 120 124 96 109 120 97 91 109 92 24 125 109 81 116 109 84 107 108 87 99 108 89 89 108 90 24
Tabla 6. Símbolos Símbolo Detalle Observaciones θhs Temperatura del punto más caliente del devanado Máximo promedio 110 C Máximo 120 C θa Temperatura ambiente Máximo promedio 30 C θo θg θ Calentamiento del nivel superior del líquido refrigerante sobre la temperatura ambiente Calentamiento del punto más caliente de los devanados sobre el nivel superior del líquido refrigerante Elevación final del nivel superior del líquido refrigerante para una carga L Máximo 60 C. Transformador sellado o equipado con tanque conservador Máximo 20 C Toma valores θi para carga precedente y θu para sobrecarga θi Elevación inicial del líquido refrigerante para t=0 t τ Duración de la carga Constante de tiempo térmica del transformador para cualquier carga L y para cualquier diferencial específico de temperatura entre la elevación final del nivel superior del líquido refrigerante en horas. Véase Tabla 8 C Capacidad calórica del transformador en W*h/ C Véase Tabla 8 P θfl k R Cambio en las pérdidas totales debido al cambio de la carga Elevación en el nivel superior del líquido refrigerante para carga total 100 % Relación entre la carga L y la capacidad nominal Relación de las pérdidas con carga nominal a las pérdidas sin carga por unidad Máximo 60 C θg(fl) θg a pelna carga (100 %) Máximo 20 C τfl Pfl n Constante de tiempo para carga nominal empezando con calentamiento inicial 0 C en horas Pérdidas totales a plena carga (100 %) en vatios Potencia exponencial de la elevación de la temperatura contra las pérdidas 0,8 Transformadores sumergidos en líquido refrigerante. 25
Tabla 7. Relación de pérdidas según normas NTC 818 y 819 Transformadores monofásicos Transformadores trifásicos kva Pdv/Po R kva Pdv/Po R 5 90/30 3 15 310/80 3,87 10 140/50 2,8 30 515/135 3,81 15 195/70 2,79 45 710/180 3,94 25 290/100 2,9 75 1 090/265 4,11 37,5 405/135 3 112,5 1 540/365 4,22 50 510/160 3,19 150 1 960/450 4,36 75 710/210 3,38 225 2 890/615 4,7 100 900/260 3,46 300 3 675/765 4,8 167,5 1 365/375 3,64 400 4 730/930 5,09 500 5 780/1 090 5,3 630 7 140/1 285 5,56 750 8 380/1 450 5,78 800 8 900/1 520 5,86 Tabla 8. Valores de la capacidad calórica y la constantes de tiempo para transofrmadores de distribución Transformadores monofásicos Transformadores trifásicos kva C TAU kva C TAU 5 21 10,41 15 26 4,03 10 22 6,71 30 38 3,5 15 26 5,82 45 55 3,66 25 35 5,32 75 69 3,06 37,5 41 4,64 112,5 82 2,6 50 45 4,04 150 103 2,47 75 62 4,07 225 127 2,18 100 73 3,77 300 150 2,03 167,5 113 3,89 400 177 1,88 500 201 1,76 630 230 1,64 750 254 1,55 800 264 1,52 26
Temperatura del punto caliente C T = temperatura absoluta ( C + 273) Figura 1. Curva de vida esperada 27
Figura 2. bilidad continua aproximada para obtener la mínima vida esperada, basada en la temperatura del nivel superior del líquido refrigerante 28
Porcentaje máximo de pérdida de vida Tiempo (horas) 0,05 0,1 0,25 0,50 1,00 2,00 4,00 1/2 171 180 193 204 215 227 239 1 161 171 183 193 204 2 156 227 2 153 161 174 183 193 204 215 4 144 153 164 174 193 193 2 204 8 136 144 155 164 183 183 193 16 128 136 147 155 174 174 183 24 124 131 142 150 168 168 178 Nota. Los valores subrayados exceden los valores límites recomendados y están dados como ayuda para la interpolación de la tabla. Figura 3. Temperatura máxima del conductor en C para el punto más caliente (65 C de elevación) 29
Figura 4. Ciclo de carga real y ciclo de carga equivalente para 24 h Figura 5. Curvas de cargabilidad contra tiempo para varias temperaturas ambiente 30
Figura 6. Curvas de cargabilidad contra el tiempo para varias temperaturas ambiente 31
Figura 7. Curvas de cargabilidad contra tiempo para varias temperaturas 32