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Seguridad en su energía
Número 15, Abr. 2015
Prueba de Impedancia y Pérdidas con Carga
Objetivo de la prueba:
El objetivo de esta prueba es determinar el porciento de impedancia y las
pérdidas que tiene el transformador cuando se alimenta el devanado primario
a frecuencia nominal con una tensión tal, que haga circular su corriente nominal
de línea, estando el devanado secundario cortocircuitado. Con esta prueba se
verifica que las pérdidas en los devanados cumplen con los valores de norma ó
diseño y que el porciento de impedancia se encuentra dentro de los valores
esperados.
De lo anterior, la prueba de impedancia y pérdidas con carga se le nombra
prueba de “cortocircuito”. El diagrama de conexiones y medición para la prueba
de un transformador monofásico es mostrado en la figura 1.
Impedancia.
La impedancia es normalmente expresada en términos de porciento del voltaje
nominal. El voltaje de impedancia es el voltaje requerido para hacer circular la
corriente nominal a través del devanado primario con el devanado secundario
cortocircuitado.
La impedancia esta compuesta de dos componentes, el porciento de reactancia
(%X) y el porciento de resistencia (%R). La ecuación que expresa el porciento de
impedancia se indica enseguida:
%Z=
(% X)
2
+ (% R)
2
------------------ ( 1 )
El porciento de resistencia es la relación de las pérdidas de los devanados entre
los KVA nominales y puede ser determinada como sigue:
% R = Watts de pérdidas en los devanados
KVA x 10
El porciento de reactancia puede ser determinado substituyendo los valores de
%R y %Z en la fórmula (1). Como se verá más adelante, en el cálculo de la
regulación del transformador, es importante la determinación del %R y del %X.
La prueba de impedancia es realizada para verificar la impedancia obtenida por
cálculo en el diseño del transformador, ya que la impedancia depende tanto de
parámetros eléctricos como de construcción de la bobina, la impedancia de
diseño tiende a variar debido a las tolerancias de manufactura. Por esta razón
las normas han establecido como tolerancias para la impedancia las siguientes:
1. Para transformadores de dos devanados............................................... 7.5 %
2. Para transformadores con devanados terciarios ó en conexión Zig-Zag .. 10 %
3. Para autotransformadores...................................................................... 10 %
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El usuario y el diseñador son los interesados en la determinación de la
impedancia, primeramente porque determina la intensidad de corriente que
circulará en los devanados durante un corto circuito. La Tabla 1 indica la
magnitud de un corto circuito (en las terminales del transformador) para varios
porcientos de impedancia.
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Tabla 1
Corriente de corto circuito para varias impedancias.
Máxima corriente
RMS simétrica en
cualquier devanado
25 veces la corriente nominal
20 veces la corriente nominal
17.4 veces la corriente nominal
16.7 veces la corriente nominal
14.3 veces la corriente nominal
Impedancia
4.0 %
5.0 %
5.75 %
6.0 %
7.0 %
La magnitud de la corriente de corto circuito es importante para el diseñador
para establecer los criterios de diseño y definir la resistencia mecánica de los
devanados y ensambles internos, y para el usuario para determinar la capacidad
del interruptor y seleccionar adecuadamente los fusibles y lograr coordinar
adecuadamente todos los elementos de protección.
La impedancia es también importante cuando se paralelan dos ó más
transformadores. La impedancia de los transformadores a ser paralelados debe
estar dentro del mismo rango y con la tolerancia indicada en las normas de
instalación eléctrica. Un transformador cuya impedancia es más alta causará que
el otro transformador lleve más carga, ó en otras palabras si un transformador
tiene una menor impedancia, le será requerido proveer una mayor capacidad en
KVA y podría causarle un sobrecalentamiento.
Pérdidas con carga.
Las pérdidas de los devanados ó de carga, son el resultado directo de la carga
que el transformador esta llevando. Estas pérdidas son debidas a las pérdidas por
I2R en los devanados debido a la carga, a las pérdidas indeterminadas debidas al
flujo disperso en los devanados, tanque, herrajes y partes de ensamble, y a las
pérdidas de Eddy debidas a las corrientes circulantes. La componente de I2R es
por mucho la más grande componente y debido a que la resistencia ( R ) del
conductor es sensible a la temperatura, ésta debe ser corregida a 75° C u 85° C
dependiendo de la elevación de temperatura del transformador. Las pérdidas de
los devanados sin corregir pueden ser determinadas de la lectura del wattmetro
de la figura 1, mientrás que las pérdidas por I2R son calculadas usando la lectura
del ampérmetro y las mediciones de resistencia de los devanados.
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Las pérdidas con carga, como en el caso de las pérdidas en vacío, han llegado a
ser muy importantes para el usuario debido al incremento del costo de la energía.
Diseños de transformadores con bajas pérdidas pueden ser fabricados,
desgraciadamente a un costo adicional debido al incremento de materiales
conductores. No obstante lo anterior, se hace necesario realizar los esfuerzos
necesarios para construir transformadores que cumplan con la más alta eficiencia
posible.
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FIG. 1
.-
CONEXIONES PARA LA PRUEBA DE PERDIDAS CON
CARGA E IMPEDANCIA
FUENTE DE
VOLTAJE
MONOFASICO
PRIMARIO
W
V
A
A
AMPERMETRO
V
VOLMETRO
W WATTMETRO
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