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CRITERIOS DE CONSTRUCCION Y PROTECCION DE
TRANSFORMADORES ELECTRICOS
Ing. Carlos Bellido
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QUE PUEDE FALLAR?
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FALLAS POTENCIALES
60% de las fallas en transformadores ( 0.2 a 16 fallas por cada 106 horas de funcionamiento) son debidas a fallas en el aislamiento interno y pueden ser clasificadas de la siguiente manera:
• Falla en las conexiones internas• Falla en el aislamiento de
entreturno de los devanados principales
• Falla en el aislamiento principal entre el devanado y el tanque.
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PROTECCION ELECTRICA• Circuit breakers o fusibles• Relé térmico que monitorea la
temperatura del liquido• Relé de sobre corriente. • Nivel del liquido en el tanque• Relé diferencial • Aisladores, previenen fuentes
de alto voltaje.• Relés de gas y aceite, operan
cuando detectan un exceso de gas en el tanque
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FALLAS POTENCIALES
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FALLAS POTENCIALES
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FALLAS POTENCIALES
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FALLAS POTENCIALES
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INCENDIOS EN TRANSFORMADORES
Clasificación:• Líquidos inflamables
(aceite mineral, fire point< 185 C)
• Líquidos menos inflamables (flash point > 300 C)
• Líquidos no inflamables (como askarels)
• Aislantes sólidos y gases (como aire)
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INCENDIOS EN TRANSFORMADORES
• Flash Point y Fire Point
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TIPOS DE FLUIDO DIELECTRICO
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NORMATIVA
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DFD
• NFPA 70 – Código Nacional Eléctrico, articulo 450.• NFPA 850 – Practicas recomendadas para la protección
contra incendios en plantas generadoras y estaciones de alto voltaje y corriente directa.
• NFPA 13 – Estándar para la instalación de sistemas de rociadores
• NFPA 15 – Estándar para la instalación de sistemas fijos de spray
• NFPA 25 – Estándar para la instalación, mantenimiento y prueba de sistemas de protección contra incendios basados en agua.
• NFPA 30 – Código para líquidos inflamables y combustibles• NFPA 220 – Estándar para tipos de construcción.
• NFPA 70 – Código Nacional Eléctrico, articulo 450.• NFPA 850 – Practicas recomendadas para la protección
contra incendios en plantas generadoras y estaciones de alto voltaje y corriente directa.
• NFPA 13 – Estándar para la instalación de sistemas de rociadores
• NFPA 15 – Estándar para la instalación de sistemas fijos de spray
• NFPA 25 – Estándar para la instalación, mantenimiento y prueba de sistemas de protección contra incendios basados en agua.
• NFPA 30 – Código para líquidos inflamables y combustibles• NFPA 220 – Estándar para tipos de construcción.
NORMATIVA
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NORMATIVA NFPA 70 –TRANSFORMADORES SECOS
• Clausula 450 – Transformadores secos mayores a 112.5 KVA deben ser instalados en un cuarto (mínimo 1 hora corta fuego)
• Para transformadores menores a 35 KV no es necesaria una cámara.
• Las cámaras de transformadores deberán tener una protección de 3 (21 mm) o 4 (311 mm) horas cortafuego horas cortafuego y podrán ser reducidas a 1 con el uso de un sistema de extinción.
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NORMATIVA NFPA 70 – MENOS INFLAMABLES
Para líquidos menos inflamables (FP < 300 C) la instalación interna es permitida si:•Caso 1 : En edificios tipo I y tipo II (materiales no combustibles), en aéreas sin materiales combustibles almacenados y provistos de un área de confinamiento para líquidos. •Caso 2 : Provisto de un sistema de automático de protección contra incendios y provistos de un área de confinamiento para líquidos•Caso 3 : Instalados en una cámara de transformadores.
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NORMATIVA NFPA 70 – NO INFLAMABLES
Para líquidos no inflamables la instalación de transformadores menores a 35 KV no requiere el uso de cámaras pero si un área de confinamiento de liquido y un vent de alivio de presión.
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NORMATIVA NFPA 70 – ASKAREL
Para líquidos no inflamables la instalación de transformadores menores a 35 KV no requiere el uso de cámaras pero si un área de confinamiento de liquido y un vent de alivio de presión para transformadores mayores a 25 KV
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COMPOLos transformadores enfriados por aceite deben de estar separados de las estructuras adyacentes y esta separación debe estar dada de acuerdo a las siguientes características:
• Tipo y cantidad de aceite en el transformador
• Tamaño del deposito de aceite• Tipo de construcción de las estructuras
adyacentes• Potencia de los transformadores.• Sistema de extinción provisto• Tipo de protección eléctrica
NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS
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Como esNORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS
•Es recomendable que los transformadores con mas de 500 gal de aceite estén separados de las estructuras adyacentes por un muro de 2 horas cortafuego. •Si no se cuenta con un muro se deberáguardar una distancia mínima según la siguiente tabla
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NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS
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NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS
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NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS
Es recomendable que los transformadores mayores a 500 gal estén separados uno del otro por un muro cortafuego que se extienda al menos 31 cm por encima del transformador y 61 cm mas allá del ancho. Se deberá evaluar los efectos de la explosión de los aisladores.
Ancho máximo + 61 cm por cada lado
Alto máximo + 31 cm por encima
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• Cuando no se cuente con muro cortafuego el deposito para derrame de aceite deberá estar a 1.5 m mínimo de la estructura.
NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES EXTERNOS
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NORMATIVA NFPA 850TRANSFORMADORES INTERNOS
• Transformadores de tipo seco son recomendados para uso interior.
• Los transformadores con mas de 100 gal de aceite deberán estar separados de las áreas adyacentes por una barrera de 3 horas cortafuego.
• Los transformadores con un ratingmayor a 35 kV aislados con liquido no inflamable y menos inflamable instalados en el interior deberán contar con barreras de 3 horas.
• El uso de sistemas automáticos de extinción permite reducir el rating a 1 hora
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• Se deben proveer drenajes de manera que no afecten otras áreas.
• Deben ser diseñados para recibir lo siguiente:– Derrame del contenedor de aceite mas grande
– El numero esperado de mangueras (500 gpm mínimo) durante 10 minutos
– La máxima descarga del sistema fijo de extinción durante 10 minutos.
NORMATIVA NFPA 850DRENAJES Y PIT
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NORMATIVA NFPA 850DRENAJES Y PIT
• Ejemplo– Cantidad de aceite = 5500 kg.
Densidad del aceite = 920 kg/m3
Volumen del aceite: 5978 litros= 5.97 m3
– Mangueras contra incendios por 10 min:250 gpm x 10 min = 2500 galones = 9.46 m3
– Máxima descarga del sistema fijo de extinción:142.5 gpm x 10 min.=1425 galones = 5.39 m3
Volumen total de la poza = 20.82 m3
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• Cuando se instalen sistemas de extinción por gas se debe considerar un sello adecuado además de compensar las perdidas.
• Se deberá considerar una pendiente para el drenaje del liquido o un área de almacenamiento debajo del transformador. Para ambos casos se deberá dimensionar según lo antes explicado.
• Si se consideran piedras para minimizar el fuego en el liquido derramado se deberáconsiderar el volumen de las piedras en el calculo.
NORMATIVA NFPA 850DRENAJES
![Page 28: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/28.jpg)
EXPERIMENTOSCAMA DE PIEDRAS
El diámetro de las piedras deberá estar entre 20 mm(40% volumen) y 30 mm(50% volumen) ,tamaño 5 y 24 respectivamente según ASTM D448
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SISTEMAS DE PROTECCIÓN
![Page 30: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/30.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE DETECCION
El sistema de detección mas recomendable es por temperatura debido a las condiciones donde generalmente son instalados los transformadores. Sin embargo cada caso deberá ser evaluado.
![Page 31: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/31.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE DETECCION
![Page 32: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/32.jpg)
• El sistema de protección puede estar compuesto por rociadores automáticos, sistemas de sprays, espuma, sistemas de inundación por gas o sistemas de polvo químico (este ultimo solo si no existe la posibilidad de re ignición)– NFPA 11 – Estándar para espuma de baja expansión.– NFPA 12 – Estándar para sistemas de extinción de dióxido de carbono
– NFPA 13 – Estándar para la instalación de sistemas de rociadores.
– NFPA 15 – Estándar para la instalación de sistemas fijos de spray.
– NFPA 17 – Estándar para la instalación de sistemas de extinción de polvo químico
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
![Page 33: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/33.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
• Los sistemas de agua o espuma son los mas utilizados comúnmente.
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PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
• Una manguera debe estar al alcance de cada transformador.
• Sprays o rociadores con una densidad de 0.25 gpm/ft2sobre la superficie del trafo
• El área de diseño debe ser 3500 ft2
![Page 35: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/35.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
![Page 36: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/36.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
• Cual es el rating adecuado que se deberáutilizar para transformadores instalados en el interior?
• La norma establece valores entre 3 y 4 horas cortafuego, pero pueden ser relajados a 1 hora con un sistema de extinción.
• Que tan confiable será esto???
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PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
![Page 38: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/38.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
• Que significa que un muro sea 1 hora o 4 horas cortafuego?
• ASTM E119
![Page 39: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/39.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORSISTEMA DE EXTINCION
![Page 40: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/40.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
Como estimar la resistencia de un muro
• El valor típico sugerido de la carga es de 600 MJ/m2 sin embargo este valor no contempla variaciones.
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PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
• La mayor carga esta dada por el fluido dieléctrico, cableado y componentes eléctricos.
• Es esperado que los transformadores secos tengan entre 5% y 10% la carga térmica de los enfriados por aceite.
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PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
• El factor de ventilación esta dado de acuerdo a las características del cuarto.
• El factor kb dependerá de las características constructivas del cuarto, dadas por el valor de la inercia térmica (k�c)
VF=Av/At Hv0.5
Hv=(A1H1+A2H2…)/AvAv=A1+A2+….At =2(l1l2+l1Hr+l2Hr)
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PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
![Page 44: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/44.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
![Page 45: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/45.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
![Page 46: 4. Criterios de Construcción y Protección de Transformadores Eléctricos](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022050819/55cf984b550346d03396cafe/html5/thumbnails/46.jpg)
PROTECCION DEL TRANSFORMADORMUROS CORTAFUEGO
• Tipos de protección
Rociadores + muro cortafuego
Solo muro cortafuego
Rociadores + muro 1 hora cortafuego
> > > Solorociadores
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PROTECCION DEL TRANSFORMADORRESUMEN
• Las probabilidades de falla de un transformador son bajas pero las consecuencias son considerables.
• La construcción del transformador debe contemplar el uso de sistemas de extinción.
• No es recomendable que la protección pasiva sea relajada por el uso de sistemas de extinción.
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GRACIAS POR SU ATENCION