UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL SAN S AN LUIS GONZAGA DE ICA ICA
Año de la promoción promoción de la industria responsable responsable y del compromiso compromiso climático” climático”
UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA
Facultad de Mecánica Eléctrica
Tema: TRANFORMAORE! TRANFORMAOR E! TR"FA!"#O!
ocente
: "N$% #AR&O! ORE '(A#A)A
#urso
: &A*ORATOR"O E MA+("NA! E&E#TR"#A! ,
Alu Alum mnos nos : #ANA&E! $O)-(E&TA $O)-(E&TA FRAN!"!
#iclo
: ."
Tu Turno
: MA/ANA
Ica – Perú
2014
LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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AGRADECIMIENTOS +uiero +uiero a0radecer a la (N".ER!"A NA#"ONA& !AN &("! $ON-A$A E "ca por *rindarme y aco0erme a su 0ran casa de estudio% 1arti 1articu cula larm rmen ente te22 por por la Escu Escuel ela a de in0e in0eni nier3 er3a a Mecá Mecáni nica ca y Eléc Eléctr tric ica2 a2 al "N$E "N$EN" N"ER ERO% O% #AR& #AR&O! O! OR ORE E '(AR '(AR#A #A) )A por sus ideas y brindar conocimientos sobre el curso de laboratorio de Ma4uinas Eléctricas "%
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AGRADECIMIENTOS +uiero +uiero a0radecer a la (N".ER!"A NA#"ONA& !AN &("! $ON-A$A E "ca por *rindarme y aco0erme a su 0ran casa de estudio% 1arti 1articu cula larm rmen ente te22 por por la Escu Escuel ela a de in0e in0eni nier3 er3a a Mecá Mecáni nica ca y Eléc Eléctr tric ica2 a2 al "N$E "N$EN" N"ER ERO% O% #AR& #AR&O! O! OR ORE E '(AR '(AR#A #A) )A por sus ideas y brindar conocimientos sobre el curso de laboratorio de Ma4uinas Eléctricas "%
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INDICE CONTENIDO: 1. RESUMEN RESUMEN ………… ………………… ……………… ……………… ……………… ……………… …………..… …..……… …… 2. INTRODUCC INTRODUCCION ION ………… ………………… ……………… ……………… ……………… ………….… ….……….! …….! . GRUPOS GRUPOS DE CONE" CONE"I#N I#N …………… …………………… ……………… ……………… …………...… …...…$$ 4. GRUPOS GRUPOS DE CONE" CONE"I#N I#N ……..…… ……..…………… ……………… …………….… …….………… ………%% !. ACEITE ACEITE DIELECTI DIELECTICO CO ……………… ……………………… ……………… ……………… …………..… …..….10 .10 $. RE&RIGERA RE&RIGERACION…… CION…….……… .……………… ……………… ……………… ………….…… ….………….1 …….144 '. CONE"I#N CONE"I#N Z ………… ………………… ……………… ……………… …………….. ……..…….… …….………… ………1$ 1$ %. RELACION RELACION DE TRANS&ORMA TRANS&ORMACION CION …………… …………………… ……………… ……….1% .1% (. CONE"IONES CONE"IONES ESPECIA ESPECIALES LES ……….……… ……….……………… ………….… ….………… ……….21 .21 10.CONE"I#N 10. CONE"I#N SCOTT……………………… SCOTT…………………………………… ……………….…………2 ….…………2 11.. CONCLUSIONES …………………………… 11 …………………………………………… ……………………...2! ……...2! 12.RECOMENDA 12. RECOMENDACIONES CIONES ……………………………… …………………………………………… ……………..2$ ..2$ 1.)I)LIOGRA&IAS………………………………………….………….2'
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Resumen !i se 5a o3do 5ablar de bancos de trans6ormadores son simplemente los bancos 4ue consisten en tres trans6ormadores mono6ásicos conectados entre ellos para simular un trans6ormador tri6ásico% 1ara este tipo de trans6ormadores tendremos similares caracter3sticas 4ue un trans6ormador mono6ásico por tratarse de la construcción a partir de 7 de ellos2 pero a continuación se detallara aspectos 4ue deben ser tomados en cuenta por ser caracter3sticas principales en la construcción del trans6ormador tri6ásico%
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Introducción En un sistema tri6ásico se puede reali8ar la trans6ormación de tensiones mediante un banco de trans6ormadores o mediante un trans6ormador tri6ásico% &os trans6ormadores tri6ásicos son utili8ados para el suministro o el transporte de ener03a a 0randes distancias de sistemas de potencias eléctricas% &o 4ue normalmente conocemos como la distribución eléctrica2 pero a 0randes distancias% (n sistema tri6ásico se puede trans6ormar empleando 7 trans6ormadores mono6ásicos% &os circuitos ma0néticos son completamente independientes2 sin 4ue se produ8ca reacción o inter6erencia al0una entre los 6lu9os respectios% Otra posibilidad es la de utili8ar un solo trans6ormador tri6ásico compuesto de un ;nico n;cleo ma0nético en el 4ue se 5an dispuesto tres columnas sobre las 4ue sit;an los arrollamientos primario y secundario de cada una de las 6ases2 constituyendo esto un trans6ormador tri6ásico%
De*arr+,,+ -e c+/e-+* LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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Tra*+ra-+re* /r3*c+* !e utili8an trans6ormadores tri6ásicos por 4ue reduce espacio de instalación 4ue el mono6ásico Tres trans6ormadores mono6ásicos pesan mas 4ue uno tri6ásico reduciendo in6raestructura El mantenimiento de un mono6ásico es mas sencillo 4ue uno tri6ásico #one
elta delta elta estrella Estrella delta Estrella estrella
#one
TRANS&ORMADORES TRI&SICOS 5Re*6e7. &os principales sistemas de 0eneración y distribución de potencia en el mundo son sistemas tri6ásicos de corriente alterna >ca=2 debido a las 0randes enta9as 4ue presentan% &os trans6ormadores son una parte principal en sistemas tri6ásicos de ca% 1or lo 4ue para su utili8ación en estos sistemas2 se pueden considerar dos con6i0uraciones2 la primera consiste en tomar tres trans6ormadores mono6ásicos y conectarlos en un banco tri6ásico2 es decir2 tres trans6ormadores por separados2 unidos mediante al0;n tipo de cone
B ,C a ., es la tensión del primarioD
N, es la relación de ueltas del secundario LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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.? es la tensión en el secundario
N? es la relación de ueltas del secundario%
TIPOS DE CONE"I#N EN UN TRANS&ORMADOR TRI&SICO. &os primarios y secundarios de cual4uier trans6ormador tri6ásico se pueden conectar independientemente en ye >)= o en delta > =2 de lo cual se obtienen cuatro tipos de cone
elta elta > =
?%
elta )e > )=
7% )e elta >) = G%
)e )e > ) )=
A continuación se muestran las enta9as y desenta9as de cada cone
7
Esta cone
El olta9e de salida disponible en el secundario es el olta9e de l3nea del primario por la relación de trans6ormación indiidual% &as corrientes de 4ue circulan por cada bobina” >6ase= son
eces menores 4ue las
correspondientes de l3nea% Esto se cumple para primario y secundario%&as corrientes de l3nea en el secundario son i0uales a las del primario por a > o por ,Crt =
I
a.I
V
V/a
Fi0ura N ,: #one
Obsere 4ue se debe respetar las polaridades= I/ 3
a.I / 3LABORATORIO
DE MAQUINAS
ELECTRICAS
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Esta cone,C tres trans6ormadores en sericio%
= de la capacidad nominal total disponible con
1re0unta: !i los trans6ormadores son reductores las corrientes en la salida será mayores o menores a las de entrada K C+e89 ;e – ;e 5; ;7. &a cone o por r/ =
I
a.I
V
V /a V/a 3
V/ 3
Fi0ura N ?: #oneObsere como an las polaridades= &a relación primario a secundario iene dada por: .6s B rtL.6p B .6pCa
.ls B rtL.lp B .lp Ca
Note 4ue los cálculos de olta9es en la salida se 5acen como en los trans6ormadores mono6ásicos2 tanto para deltadelta como estrellaestrella% LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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Esta cone
!i las car0as en el circuito del trans6ormador no están e4uilibradas >es lo 4ue com;nmente ocurre=2 entonces los olta9es en las 6ases del trans6ormador pueden lle0ar a dese4uilibrarse seeramente%
?% &os olta9es de terceros armónicos son 0randes% Estos problemas son resueltos utili8ando estas dos técnicas% ,%
#onectando sólidamente a tierra los neutros de los trans6ormadores2 en especial el neutro del deanado primario2 esta cone
?%
Añadir un tercer deanado conectado en delta al banco de trans6ormadores% #on esto las componentes de olta9e de la tercera armónica en delta se sumarán y causarán un 6lu9o de corriente circulante dentro del deanado% Esto suprime los componentes de olta9e de la tercera armónica de la misma manera 4ue el 5acer tierra con los neutros de los trans6ormadores%
C+e89 De,/a – ;e 5
;7.
También denominado 0rupo de cone
B
y el inerso de la relación de trans6ormación%
B
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Note 4ue esta cone
eces mayor 4ue el de entrada%
En esta cone
a.I / 3
V
V /a
I/ 3
3V/a
Fi0ura N 7: #one
I
3 a.I V/a 3
V V/ 3
a.I
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Fi0ura N G: #one
Note 4ue este arre0lo es de naturale8a reductora >por 4ue K= Esta conetrian0ulo=% Esta cone
Da=raa &a*+ra, Re0ulación de olta9e debido a la presencia de la impedancia de la impedancia del trans6ormador la tención de salida aria con la car0a pese a mantenerse constante los parámetros eléctricos primarios del trans6ormador2 la re0ulación de tención compara la tención de salida en ac3o respecto a la tención a plena car0a
#uando .sB.s pcB porcenta9e de re0ulación B@ esto se da en un trans6ormador ideal LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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#uando .s ac3o .s pc BJ re0ulación di6erente de cero esta se da en los trans6ormadores reales @J ideal ?J o P@J muc5o cuidadoQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ
E6iciencia de un trans6ormador
.alores por unidad 1u
Admitancia
En un sistema tri6ásico
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esenta9a a= #uando se dese4uilibra las car0as las tenciones también se dese4uilibran b= !e presentan armónicos de tercer orden de tención >solución conectar un trans6ormador terciario en delta o aterrarlos =
#one
Esta cone
Tención #orriente Frecuencia 1otencia "mpedancia #one
!e incluyen además en la placa caracter3stica los si0uientes datos 6abricante numero de serie modelo re6ri0eración peso aislante cantidad de aislante 6ec5a de 6abricación 0rupo de cone
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Tanto en sub estaciones eléctricas como en instalaciones industriales se re4uiere medir ciertas cantidades eléctricas por lo 4ue no es posible proceder a reali8ar una conesuperisión2 ad4uisición y control de datos= Estos trans6ormadores separan la medición con los circuitos de potencia se presentan dos tipos de corriente o trans6ormadores de potencial o de olta9e El de corriente currier trans6ormer .olta0 trans6ormes Trans6ormador de olta9e >t o pt=%estos tienen por 6inalidad disminuir el niel de tención de un alto a un m3nimo% El transformador de tención siempre se conecta en paralelo
&o secundario de este trans6ormador el niel ba9o de tención también deben conectarse en paralelo *urden es la car0abilidad 4ue puede soportar el e4uipo muy en cuenta 1recisión es repetitiidad de las medidas #lase de precisión @2, @2? @2H , H E
&a anterior ecuación nos demuestra 4ue un circuito de corriente 9amás debe ser abierto por lo tanto se tiene 4ue reali8ar las si0uientes acciones a= es ener0i8ar toda la estación para poder reali8ar la interención re4uerida b= Reali8ar el corto circuito en el lado secundario del trans6ormador >corto circuito a tierra= #on circuito abierto se calcula rs
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1otencia , ?7@C,,@ H@58 #ircuito abierto ?7@ @2GH a 7@ atios #orto circuito ,72? Ua ?@2, atios Todos los datos en el lado primario
Gr6>+* -e c+e89
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CONDICIONES NECESARIAS IDEALES PARA LA CONE"I#N DE TRANS&ORMADORES EN PARALELO.?1@ &a re0la clásica ideal para el paralelo de trans6ormadores2 es la de cumplir con los si0uientes re4uisitos: ,% "0ual capacidad >con en6riamiento o sin en6riamiento= de deanados% ?% "0ual impedancia >re6erida a la misma base de olta9e y capacidad=% 7% "0uales olta9es lado alimentación y lado car0a% G% "0ual relación de trans6ormación en ac3o% H% "0ual tipo de en6riamiento% U% iseño para i0ual altura de operación sobre el niel del mar% I% +ue sean de la misma marca P% "0ual lote de 6abricación% V% "0ual tipo de aislamiento >i0ual temperatura de operación=% ,@% !imilar tiempo de uso >si son usados=% ,,% "0uales nieles de impulso >N*"=% ,?% "0ual 6recuencia% ,7% "0ual rotación de 6ases% ,G% "0ual polaridad% ,H% "0ual despla8amiento an0ular% ,U% !imilar alor de Me0ao5m de sus aislamientos% ,I% !imilar 6actor de potencia de sus aislamientos% ,P% !imilar propiedad F3sico+u3mica de aceites% ,V% !imilar alor de 'i1ot de sus aislamientos% ?@% !imilar corriente de e
C+e89 De,/a – Esta cone
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I
a.I
V
V /a
I/ 3
a.I / 3
Fi0%? #oneEl deanado de la i84uierda es el primario y el deanado de la derec5a es el secundario=
C+e89 De,/a – También denominado 0rupo de cone
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Esta cone
V
I/ 3
V /a 3V/a
Fi0%7 #oneEl deanado de la i84uierda es el primario y el deanado de la derec5a es el secundario= C+e89 ;e – &a cone
I
3 a.I V/a 3
V V/ 3
a.I
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Fi0%G #oneEl deanado de la i84uierda es el primario y el deanado de la derec5a es el secundario= &a relación de tensiones entre primario y secundario iene dada por:
Esta conetrian0ulo=% Esta cone
I
a.I
V
V /a V/a 3
V/ 3
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Fi0%H #oneEl deanado de la i84uierda es el primario y el deanado de la derec5a es el secundario= &a relación primario a secundario iene dada por:
,%
?% ,%
?%
Esta conees lo 4ue com;nmente ocurre=2 entonces los olta9es en las 6ases del trans6ormador pueden lle0ar a dese4uilibrarse seeramente% &os olta9es de terceros armónicos son 0randes% Estos problemas son resueltos utili8ando estas dos técnicas% #onectando sólidamente a tierra los neutros de los trans6ormadores2 en especial el neutro del deanado primario2 esta cone
Aceite dieléctrico #omo parte de un pro0rama inte0ral proactio de mantenimiento eléctrico en trans6ormadores2 se re4uiere necesariamente incluir un análisis periódico del aceite aislante%2 antes de 4ue el aceite colapse uy ocasione daños seeros en el trans6ormador% W?X Estudios del #onse9o "nternacional de $randes Redes Eléctricas 5an determinado 4ue más del I@J de los de6ectos y 6allos internos de un trans6ormador de9an una 5uella en el aceite aislante 4ue2 si se sabe anali8ar e interpretar2 permite identi6icar la naturale8a y seeridad del de6ecto o 6allo% A*>ec/+ c+,+r. El color de un aceite aislante se e
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R=-eB -e,c/rca. &a ri0ide8 dieléctrica es una medida de la capacidad del aceite para soportar solicitaciones eléctricas% &a medida de la ri0ide8 dieléctrica sire principalmente para indicar la presencia de contaminantes como a0ua o part3culas% (n alor ba9o de ri0ide8 dieléctrica puede indicar 4ue uno o más de estos contaminantes están presentes% !in embar0o2 un alor eleado de ri0ide8 dieléctrica no indica necesariamente la ausencia de todo contaminante% P6/+ -e ,aac9. &a rotura del aceite causada por descar0as eléctricas o por ea/,-a- -e ace/e* a*,a/e*. 1ara rellenar el trans6ormador o mantener nieles2 se debe utili8ar un aceite 4ue cumpla con la norma "E# U@?VU y sea del mismo tipo% &os aceites no usados2 4ue sean con6ormes con la norma "E# U@?VU y 4ue no conten0an o conten0an los mismos aditios2 se consideran compatibles entre s3 y pueden me8clarse en todas proporciones% &a e
El aceite mineral tiene la 6unción de serir de elemento trasmisor de calor para poder disipar el calor 0enerado por los bobinados y n;cleo del trans6ormador%W7X
Fi0%U Análisis y mantenimiento de los aceites dieléctricos%W7X LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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e tal manera2 el aceite debe mantener e
El banco aterri8ador en 8i0 8a0 normalmente se utili8a para o6recer un camino a la corriente de 6alla2 de tal manera2 4ue una 6alla de 6ase a tierra en un sistema delta2 se puede detectar e interrumpir% El tamaño del banco se calcula de acuerdo a la #orriente de 6alla de 6ase a tierra multiplicado por el olta9e de 6ase a tierra y este se multiplica por la constante Z” la cual se determina por el lapso de tiempo re4uerido para 4ue el releador opere% ACCESORIOS INCLUIDOS: [ "ndicador de niel de l34uidos [ "ndicador de temperatura del punto mas caliente [ .álula de sobre presión de \” [ Releador de operación mecánica [ .álula de drene y muestreo [ !alida para cone*%"%&%=: ,H@Z &ocali8adas en tapa o 6rente para acoplamiento a subestación [ os Re0istros en tapa para mantenimiento% [ Ore9as de i8a9e para su instalación
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!iempre deseable aterri8ar al punto neutro de un circuito un sistema eléctrico2 pero donde la cone
El aparato normalmente2 es 6abricado con los deanados en -i08a0 o deltaCestrella% &a construcción de este e4uipo es similar al trans6ormador tri6ásico normal2 sin embar0o solo se incluye un deanado de alta tensión en cada pierna2 diidido en dos porciones i0uales e interconectado entre s3 en -i08a0% El aparato entonces es un autotrans6ormador con relación , a , con los deanados arre0lados de tal manera 4ue los olta9es de cada l3nea a tierra son mantenidos ba9o condiciones normales de operación2 este sistema o6rece una impedancia m3nima al 6lu9o de corriente de 6alla mono6ásica2 teniendo un neutro aterri8ado%WUX *a9o condiciones normales2 la corrientes 4ue 6luyen a traés de corriente de 6alla mono6ásica2 teniendo un neutro aterri8ado%
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Fi0%P "A$RAMA E #ONE"YN ) RE&A#"YN E .O&TA]E ) #ORR"ENTE% WUX Relación de transformación
En un trans6ormador tri6ásico o en un banco de trans6ormadores se puede distin0uir dos relaciones de trans6ormaciones: &a relación de trans6ormación m es el cociente entre las tensiones asi0nadas de 6ase del primario y del secundario:WHX
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Conexiones especiales
A parte de las cone
Fi0%V es4uema de cone
Fi0%,@ condiciones de contorno de la cone
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Conexión cott
Esta disposición se debe al in0eniero americano #5arles F% !cott 4uien la inentó en ,PVG cuando traba9aba en la compañ3a ^estin05ouse% Esta con6i0uración de trans6ormadores mono6ásicos se basa en el 5ec5o 4ue un sistema tri6ásico en estrella la tensión compuesta entre dos 6ases está en cuadratura con la tensión de la tercera 6ase%
Fi0%,, es4uema de cone
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Fi0%,? relaciones para calculo WIX
Conclusiones
&os trans6ormadores tri6ásicos tienen similares caracter3sticas 4ue uno mono6ásico2 al i0ual 4ue sus enta9as y desenta9as% LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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&as caracter3sticas de un trans6ormador tri6ásico son de mayor consideración por tratarse ya sea de un banco de trans6ormadores o el trans6ormador tri6ásico los cuales implican mayor
n;mero de deanados y esto a la e8 distintas cone
RECOMENDACIONES : #ON"#"ONE! NE#E!AR"A! "EA&E! 1ARA &A #ONE"YN E TRAN!FORMAORE! EN 1ARA&E&O%W,X &a re0la clásica ideal para el paralelo de trans6ormadores2 es la de cumplir con los si0uientes re4uisitos: ,% "0ual capacidad >con en6riamiento o sin en6riamiento= de deanados% ?% "0ual impedancia >re6erida a la misma base de olta9e y capacidad=% 7% "0uales olta9es lado alimentación y lado car0a% G% "0ual relación de trans6ormación en ac3o% H% "0ual tipo de en6riamiento% U% iseño para i0ual altura de operación sobre el niel del mar% I% +ue sean de la misma marca LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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P% "0ual lote de 6abricación% V% "0ual tipo de aislamiento >i0ual temperatura de operación=% ,@% !imilar tiempo de uso >si son usados=% ,,% "0uales nieles de impulso >N*"=% ,?% "0ual 6recuencia% ,7% "0ual rotación de 6ases% ,G% "0ual polaridad% ,H% "0ual despla8amiento an0ular% ,U% !imilar alor de Me0ao5m de sus aislamientos% ,I% !imilar 6actor de potencia de sus aislamientos% ,P% !imilar propiedad F3sico+u3mica de aceites% ,V% !imilar alor de 'i1ot de sus aislamientos% ?@% !imilar corriente de e
!ibliograf"a •
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[1] Conexión de transformadores trifásicos en paralelo, Instituto tecnológico de Ciudad Madero, Ing. amón i!ero. ["] #nálisis de aceite diel$ctrico % su significado, &'M# IEEE C().1*+1--1, a/oratorio 0luidos Diel$ctricos E2&I2E [3] 444.5a%electric.net [+] #. E. 0I67E#D, C8#E9 2I&79E:, ;. 9E<8E& D, =M#&9. M>?=I E@CIC#9 [(]=ni!ersidad de Canta/ria, departamento de ingenierAa el$ctrica % energ$tica, transformadores trifásicos, Miguel odrAguez. LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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