Un transformador es similar a otro de referencia, ya ensayado a cortocircuito, si comparte nueve características de diseño y fabricación, y si su potencia absorbida en cortocircuito está entre el 30 % y el 130 % de la del de referencia. Con esa condición, IEC 60076-5 permite demostrar la tenida dinámica por cálculo, sin ensayar la unidad.
Por qué existe el concepto
Ensayar un transformador de potencia a cortocircuito no siempre es posible. Los transformadores grandes a veces superan la capacidad de las estaciones de ensayo. Por eso IEC 60076-5 admite, si lo acuerdan comprador y fabricante antes del pedido, demostrar la tenida dinámica por cálculo y consideraciones de diseño y fabricación (cláusula 4.2.1). Para ampliar el procedimiento del ensayo de cortocircuito de un transformador: ensayo de cortocircuito del transformador.
Una de las formas de esa demostración es comparar el transformador con otro ya ensayado con éxito, llamado transformador de referencia. Esa comparación solo vale si el transformador evaluado es similar al de referencia. El anexo B, informativo, define cuándo lo es.
Los nueve criterios del anexo B
Un transformador es similar a otro de referencia si comparten estas características:
| # | Criterio | Ejemplos que da la norma |
|---|---|---|
| 1 | Mismo tipo de operación | Elevador de generación, distribución, interconexión |
| 2 | Mismo diseño conceptual | Seco o en aceite; núcleo con devanados concéntricos, tipo sándwich o acorazado; bobinas circulares o no circulares |
| 3 | Misma disposición y secuencia geométrica de los devanados principales | |
| 4 | Mismo tipo de conductor | Aluminio, aleación de aluminio, cobre recocido o endurecido, lámina metálica, alambre, conductor plano, conductor transpuesto continuo y unión epóxica si se usa |
| 5 | Mismo tipo de devanado principal | Helicoidal, de disco, de capas, de bobinas tipo panqueque |
| 6 | Potencia absorbida en cortocircuito entre el 30 % y el 130 % de la de referencia | Potencia asignada dividida por la impedancia en por unidad |
| 7 | Fuerzas axiales y esfuerzos de los devanados en cortocircuito que no superen el 120 % de los de referencia | |
| 8 | Mismos procesos de fabricación | |
| 9 | Mismo sistema de apriete y de soporte de los devanados |
Los criterios 6 y 7 son numéricos. Los demás son de coincidencia de diseño.
Cómo se aplica el criterio de potencia
La potencia absorbida en cortocircuito es la potencia asignada dividida por la impedancia de cortocircuito en por unidad.
Tome un transformador de referencia de 100 MVA con 12 % de impedancia. Su potencia absorbida es 100 / 0,12 = 833 MVA. El rango de similitud va del 30 % al 130 % de ese valor, es decir, de 250 a 1 083 MVA. Más sobre la tenida térmica al cortocircuito durante 2 s en tenida térmica al cortocircuito de 2 s.
- Un transformador de 60 MVA con 11 % absorbe 545 MVA. Está dentro del rango.
- Uno de 150 MVA con 10 % absorbe 1 500 MVA. Está fuera.
Ese cumplimiento no basta. Deben cumplirse también los otros ocho criterios.
Cuándo se acepta la referencia
El anexo A, cláusula A.3.3.2.1, añade condiciones para que un transformador sirva de referencia:
- Es similar al evaluado.
- Se diseñó con básicamente los mismos métodos de cálculo y los mismos criterios de resistencia mecánica.
- Se fabricó con básicamente las mismas prácticas, instrucciones de aseguramiento de calidad y de control de calidad.
- El rango de validez de las reglas de diseño para cortocircuito cubre las características de ambos.
- Pasó el ensayo de cortocircuito con éxito.
Además se examina el informe del ensayo, los datos principales del diseño electromagnético, los cálculos y los criterios mecánicos usados, y las prácticas de fabricación y de calidad.
Si el fabricante no tiene una sola referencia adecuada, la cláusula A.2 permite comparar el transformador con varios ya ensayados, siempre que cada característica del anexo B coincida con la de al menos uno de ellos. La norma da un ejemplo: en un autotransformador trifásico con terciario en triángulo de capacidad reducida, los devanados serie y común se comparan con un autotransformador sin terciario, y el terciario con un transformador trifásico que tenga terciario de capacidad reducida ensayado también.
La comparación de fuerzas y esfuerzos
Si la referencia es aceptable, la cláusula A.3.3.2.2 pide comparar primero las estructuras de devanados, el aislamiento principal y el sistema de apriete. Debe poder concluirse que el evaluado es, en principio, tan robusto como el de referencia en su estructura mecánica básica.
Después se comparan las fuerzas y los esfuerzos de cada uno, en las tablas A.1 o A.2. El transformador se considera apto si ninguna cifra supera 1,2 veces la calculada para la referencia. Hay excepciones en transformadores de núcleo, donde el límite baja a 1,1 veces: la compresión media en devanados de disco, helicoidales y de una capa, la compresión equivalente en los de varias capas, y el empuje sobre las salidas de baja tensión. Sobre las fuerzas que el cortocircuito produce en los devanados, consulte esfuerzos en los devanados por cortocircuito.
- ¿Cumple los nueve criterios de similitud con una referencia que pasó el ensayo?
- Sí: ¿Ninguna fuerza o esfuerzo supera 1,2 veces el de la referencia?
- Sí: Apto por revisión de diseño
- No: No apto, se revisa el diseño
- No: Ensayo, o verificación con las reglas de diseño del fabricante
- Sí: ¿Ninguna fuerza o esfuerzo supera 1,2 veces el de la referencia?
Quién declara la similitud
Los criterios del anexo B no declaran que un transformador concreto sea similar a otro. Esa conclusión sale de la revisión de diseño con la documentación completa del fabricante. La información que el fabricante entrega queda como su propiedad intelectual y debe mantenerse confidencial (cláusula A.3.4).
Categoría y ensayo
El anexo A aplica sobre todo a las categorías II y III. Para la categoría I, que se compra normalmente en lotes, la norma prefiere el ensayo de una o dos unidades del lote, porque lo considera la forma más rápida y barata de verificar la conformidad. También admite la revisión de diseño. Las categorías se definen por la potencia asignada: hasta 2 500 kVA, de 2 501 a 100 000 kVA y más de 100 000 kVA. Para ampliar las categorías de tenida al cortocircuito y la corriente de diseño: tenida al cortocircuito: categorías y corriente de diseño.
Qué debe pedir como comprador
- Decida el método de demostración antes del pedido y déjelo por escrito.
- Si se acepta la revisión de diseño, pida el informe del ensayo de la referencia y la comparación en las tablas A.1 o A.2.
- Pida la declaración firmada de resultado positivo. Su firma no exime al fabricante de sus obligaciones sobre la tenida del transformador.
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Referencias
- IEC 60076-5, Power transformers – Part 5: Ability to withstand short circuit, cláusula 4.2.1 y anexos A y B (informativos).
Preguntas frecuentes
¿Qué significa potencia absorbida en cortocircuito?
Es la potencia asignada dividida por la impedancia de cortocircuito en por unidad (anexo B de IEC 60076-5). Un transformador de 100 MVA con 12 % de impedancia absorbe 833 MVA. Para ser similar, el transformador evaluado debe quedar entre el 30 % y el 130 % de ese valor, es decir, entre 250 y 1 083 MVA.
¿Un transformador es similar solo por tener la misma potencia y tensión?
No. La potencia y la tensión no bastan. El anexo B exige además el mismo tipo de operación, el mismo diseño conceptual, la misma disposición de devanados, el mismo tipo de conductor, el mismo tipo de devanado, los mismos procesos de fabricación y el mismo apriete y soporte de los devanados. También limita las fuerzas axiales y los esfuerzos de los devanados a un máximo de 120 % de los de la referencia.
¿Quién decide si un transformador es similar?
Se decide en la revisión de diseño del anexo A, con la documentación del fabricante. La conclusión positiva se reconoce formalmente con una declaración firmada por el comprador y el fabricante (cláusula A.3.4). El comprador debe haber aceptado antes del pedido que la demostración se hará por cálculo (cláusula 4.2.1).