El procedimiento de medida se describe en la norma IEC 60076-1 (1998) e IEC 60076-11 (2004).
Definiciones
● Tensión de cortocircuito: es la tensión que debe aplicarse entre los bornes de línea de un devanado para que por ellas circule la corriente nominal cuando los bornes del otro devanado están en cortocircuito. Se expresa siempre en porcentaje de la tensión nominal.
● Pérdidas debidas a la carga: se trata de la potencia activa que es absorbida (a la frecuencia asignada y a la temperatura de referencia) cuando la corriente asignada de la toma pasa por los bornes de línea de uno de los devanados, estando en cortocircuito los bornes del otro devanado y estando los demás devanados, si los hay, en circuito abierto.
Estas pérdidas también se denominan pérdidas en cortocircuito (= Pérdidas Joule + Pérdidas especiales).
Descripción del ensayo
La tensión y las pérdidas en cortocircuito deben medirse con una corriente de alimentación al menos igual al 50% de la corriente asignada de la toma.
El valor medido de esas pérdidas debe multiplicarse por el cuadrado de la relación entre la corriente asignada de la toma y la corriente utilizada para el ensayo.
Las medidas deben tomarse rápidamente para que los calentamientos no introduzcan errores significativos.
Para los transformadores que tengan un devanado con tomas de un alcance superior a ± un 5%, la tensión de cortocircuito debe medirse en la toma principal y en las dos tomas de las extremidades.
La temperatura de referencia debe ser igual al calentamiento máximo de los devanados, según se indica en el siguiente cuadro, al que se añade 20 K.
Temperatura
del sistema de aislamiento, ºC
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Límite del
calentamiento medio de los arrollamientos con la corriente asignada, K
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105 (A)
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60
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120 (E)
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75
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130 (B)
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80
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155 (F)
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100
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180 (H)
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125
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200
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135
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220
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150
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NOTA: Las letras se refieren a
las clasificaciones de temperatura dadas en la norma IEC 60085
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Medida de la tensión de cortocircuito y de las pérdidas debidas a la carga
Función del ensayo
● Medir las pérdidas en carga del transformador (Pcc);
● Medir la tensión de cortocircuito (Ucc).
Esquema equivalente:
Modalidades
El devanado de Media Tensión se alimenta a una frecuencia nominal de 50Hz, bajo una tensión que proporciona una corriente lo más próxima posible a la corriente nominal, estando el devanado de baja tensión en cortocircuito.
En la medida, se utiliza un vatímetro trifásico de precisión, que indica directamente:
● la tensión aplicada,
● las 3 corrientes,
● la corriente media,
● las pérdidas en vacío.
La tensión de cortocircuito se expresa en porcentaje de la tensión nominal:
Ucc (%) = (Ucc medida / Unominal) x 100
Esquema de montaje:
El principio de medida y el equipo utilizado son los mismos que los utilizados en los ensayos de medida de pérdidas en vacío y que se verán en otro artículo de este blog.
Cálculo de las pérdidas debidas a la carga
■ A temperatura ambiente (20 °C como media):
Pcc = PJouleAT + PJouleBT + Pespeciales = [(3/2) · RAT · I2] + [(3/2) · RBT · I2] + Pespeciales
siendo RAT, RBT = resistencias entre fases.
En el caso de acoplamiento en triángulo:
PJoule = 3 · r · (I/
)2 = (3/2) · RT · I2, con RT = (2/3) · r
)2 = (3/2) · RT · I2, con RT = (2/3) · r
En el caso de acoplamiento en estrella:
PJoule = 3 · r · I2 = (3/2) · RT · I2, con RT = 2 · r
Las pérdidas especiales se componen básicamente de las pérdidas por corrientes de Foucault.
■ A la temperatura de referencia (calentamiento máximo a +20 K).
Las pérdidas Joule varían en función de la temperatura mientras que las pérdidas especiales son inversamente proporcionales a la temperatura.
Pcc T° ref. ≈ K · PJouleT° amb. + (1/K) · Pespeciales T° amb.
con K = constante de corrección de la temperatura:
● para el cobre: K = (235 + T° ref.) / (235 + T° amb.)
● para el aluminio: K = (225 + T° ref.) / (225 + T° amb.)
Tolerancias
La tolerancia es la indicada por la norma, salvo que el cliente especifique lo contrario.
Tolerancias sobre los valores garantizados
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|
Características
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Tolerancias
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Pérdidas parciales: (pérdidas en vacío o Pérdidas
en carga)
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+ 15% de cada una de las pérdidas parciales, a
condición de que se respete la tolerancia en las pérdidas totales (+10% de
los valores garantizados)
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Tensión de cortocircuito:
a) en la toma principal
b) en las otras tomas
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±7,5% del valor garantizado por el fabricante si
el valor de la tensión de cortocircuito (Ucc) es ≥ al 10%.
± 10% del valor garantizado por el fabricante si
Ucc es < al 10%
±10% del valor garantizado por el fabricante si
Ucc es ≥ al 10%.
± 15% del valor garantizado por el fabricante si
Ucc es < al 10%
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Valores normalizados de tensión de cortocircuito
Como ejemplo, podemos citar los valores recomendados por las normas aplicables en función de la zona geográfica de referencia:
■ En Europa, según el documento de armonización HD 538.1 S1.
En España: (UNE 21.538)
Nivel de aislamiento en kV
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Potencia nominal (Sn) en kVA
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Tensión de cortocircuito expresada en % de la tensión nominal del
devanado
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7,5 a 12
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100 ≤ Sn ≤ 630
630 ≤ 2.500
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4 ó 6
6
|
17,5 y 24
|
160 ≤ Sn ≤ 2.500
|
6
|
■ En el resto de países, según la publicación IEC 60076-5
Potencia
nominal (Sn) en kVA
|
Tensión de
cortocircuito expresada en % de la tensión nominal del devanado
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Sn < 630
630 < Sn < 1250
1250 < Sn < 2500
2500 < Sn < 6300
6300 < Sn < 25000
|
4
5
6
7
8
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Tensión de cortocircuito Ucc
La tensión de cortocircuito posee una componente reactiva Ux y una componente Ur que al contrario de Ux, depende de la temperatura.
En valores reducidos con respecto a las magnitudes nominales, podemos escribir:
(Ucc%)2 = (Ux%)2 + (Ur%)2
Siendo:
Ur% = (Pcc x 100) / Sn
Ucc% = (Ucc x 100) / Un
Ejemplo: con una temperatura ambiente de 20°C y a la temperatura de referencia de 120°C, tendremos, en porcentaje:
Con lo que se deduce la expresión de Ucc a 120°C en %:
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