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Apunte n 1 Rev: B

Transformadores

Mdulo Curricular: Mquinas Elctricas - 7 ao - 2015

Profesor: Ing. Pablo Tripodi

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TRANSFORMADOR ELCTRICO

Descripcin General

Se denomina transformador a un dispositivo elctrico que permite aumentar o disminuir la tensin en

un circ uito elctrico de corriente alterna , manteniendo la potencia . La potencia que ingresa al

equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin prdidas), es igual a la que se obtiene a la

salida. Las mquinas reales presentan un peque o porcentaje de prdidas, dependiendo de su

diseo y tamao, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto nivel de

tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, basndose en el fen meno de la induccin

electromagntica . Est constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un

ncleo cerrado de material ferromagntico , pero aisladas entre s elctricamente. La nica

conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo. El

ncleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero elctric o,

aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se

denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin,

respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados; en es te caso, puede existir

un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.

Principio de funcionamiento

Representacin esquemtica del transformador.

Este elemento elctric o se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica, ya que si

aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variacin de la

intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la induccin de un flujo magntico variable

en el ncleo de hierro.

Este flujo originar por induccin electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en el

devanado secundario. La tensin en el devanado secundario depender directamente del nmero

de espiras que tengan los deva nados y de la tensin del devanado primario.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_el%C3%A9ctrico

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Relacin de Transformacin

La relacin de transformacin indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensin de

salida con respecto a la tensin de entrada, esto quiere decir, la relacin entre la tensin de salida y

la de entrada.

La relacin entre la fuerza electromotriz inductora ( Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza

electromotriz inducida ( Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al nmero

de espiras de los de vanados primario ( Np ) y secundario ( Ns) , segn la ecuacin:

La relacin de transformacin (m) de la tensin entre el bobinado primario y el bobinado secundario

depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es

el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.

Dnde: ( Vp ) es la tensin en el devanado primario o tensin de entrada, ( Vs) es la tensin en el

devanado secundario o tensin de salida, ( Ip ) es la corriente en el devanado primario o corriente de

entrada, e ( Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energa elctrica : al poder efectuar el

transporte a altas tensiones y pequeas intensidades, se disminuyen las prdidas por el efecto

Joule y se minimiza el costo de los conductores.

As, si el nmero de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar

una tensin alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una

relacin 100 veces superior, como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre el nmero de

vueltas o espiras del prima rio y las del secundario se le llama relacin de vueltas del transformador

o relacin de transformacin .

Ahora bien, como la potencia elctrica aplicada en el prim ario, en caso de un transformador ideal,

debe ser igual a la obtenida en el secundario:

http://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joulehttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joulehttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

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El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo

que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el pri mario es de 10 amperios , la del

secundario ser de solo 0,1 amperios (una centsima parte).

Principio de funcionamiento

Transformador monofsico ideal.

El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teora del electromagnetismo

resumida en las ecuaciones de Maxwell .

Corriente de inrush

La corriente de inrush o corriente tr ansitoria de magnetizacin es una corriente varias veces la

corriente nominal que se produce al momento de conectar el transformador a la red. Puede ser de

10 veces la corriente nominal hasta 100 veces en casos raros. 1

http://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador#cite_note-1

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TRANSFORMADOR TRIFSICO

Existen muchos tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifsico tiene una

importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generacin cerca de los

gene radores para elevar la insuficiente tensin de estos, as como tambin en transmisin por lneas

de transmisin y en distribucin en donde se transporta la energa elctrica a voltajes menores hacia

casas, comercio e industria. Todos los transformadores de sde la generadora hasta la entrada de

nuestros hogares o industrias son transformadores trifsicos.

Un transformador trifsico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados

tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo posi tivo y negativo por el que circula una

corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua,

el nmero de espiras

derivada del flujo, o en trminos simples la variacin del flujo magntico. Faraday demostr en el

siglo XIX que si se acerca un imn a una bobina moviendo el imn o la bobina se i nduce una

corriente y produce un voltaje los cuales pueden hacer trabajo como encender una bombilla. A

modo de curiosidad, en Internet existen varios dispositivos, denominados free energy, algunos de los

cuales son falsos. Uno de ellos usa un imn permanen te de neodimio fijo o esttico sujeto a una

bobina tambin fija, supuestamente al conectar una pequea ampolleta esta dara luz. Esto es

claramente un engao pues no es posible generar corriente con un flujo magntico constante, de

hecho el voltaje es 0 en esta situacin. El autor sin embargo ocupa otra bobina debajo de la mesa

oculta a la cmara, creando un transformador sencillo monofsico (formado por dos bobinas, una

oculta y otra visible) en el cual en la primera bobina oculta induce una corriente sinu soidal la cual

genera un flujo variable que induce una corriente y enciende la bombilla.

Partes

El ncleo

El ncleo est formado por varias chapas u hojas de metal

(generalmente material ferromagntico) que estn apiladas una

junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La funcin

del ncleo es mantener el flujo magntico confinado dentro de l

y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el

ncleo y reduciendo la eficiencia. La configuracin por lminas

del ncleo lam inado se realiza para evitar las corrientes de

Foucault , que son corrientes que circulan entre lminas,

indeseadas pues favorecen las perdidas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Foucaulthttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Foucault

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Bobinas

Las bobi nas son

simplemente alambre

generalmente de cobre

enrollado en las piernas del

ncleo. Segn el nmero de

espiras (vueltas) alrededor

de una pierna inducir un

voltaje mayor. Se juega

entonces con el nmero de

vueltas en el primario versus

las del secundar io. En un

transformador trifsico el nmero de vueltas del primario y secundario debera ser igual para todas

las fases.

Cambiador de taps

El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecnico que puede ser

girado manualmente para cam biar la razn de transformacin en un transformador, tpicamente,

son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razn en ms o menos el 5%. Por ejemplo esto

ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna ba rra del

sistema.

Rel de sobrepresin

Es un dispositivo mecnico que nivela el aumento de presin del transformador que pueden hacerlo

explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el

rel de presin s bita para presiones transitorias y el rel de sobrepresin para presiones ms

permanentes.

Tablero de control

Contiene las conexiones elctricas para el control, rels de proteccin elctrica, seales de control

de vlvulas de sobrepresin hacia dispositi vos de proteccin.

Configuraciones

Las bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o T. Se pueden hacer

transformadores trifsicos de tres formas distintas:

1. Conectando tres transformadores monofsicos

2. Ncleo tipo acorazado

3. Transformador tipo ncleo.

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Clases de ventilacin

Hay diferentes tipos de ventilacin en un transformador. La ventilacin puede ser por:

Conveccin natural (N).

Ventilacin forzada (F).

El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos:

Aceite (O del ingls Oil).

Agua (W, del ingls Water ).

Gas (G).

La nomenclatura que designa la ventilacin es del tipo XXYY, donde XX indica el tipo de ventilacin,

y el YY el refrigerante usado. Segn esto existen:

ONAN

ONAF

ONWF

OFAF

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AUTOTRANSFORMADOR

Un autotransformador es una mquina elctrica , de construccin y caractersticas similares a las de

un transformador , pero que a diferencia de ste, slo posee un nico devanado alrededor de un

ncleo ferromagntico . Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexin elctrica; la

fuente de tensin y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo

del devanado) es una conexin comn a ambos circuitos elctricos (fuente y carga). Cada toma

corresponde a una te nsin diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso).

En un autotransformador, la porcin comn (llamada por ello "devanado comn") del devanado

nico acta como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porcin restante

del devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de

tensin entre ambos circuitos, mediante la adicin en serie (de all su nombre) con la tensin del

devanado comn.

La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a travs

de dos fenmenos: el acoplamiento magntico (como en un transformador comn) y la conexin

galvnica (a travs de la toma comn) entre los dos circuitos. P or esta razn, un autotransformador

resulta en un aparato ms compacto (y a menudo ms econmico) que un transformador de la

misma potencia y tensiones nominales. De igual manera, un transformador incrementa su

capacidad de transferir potencia al ser conec tado como autotransformador.

Construccin de un autotransformador a partir de un transformador .

En un transformador, las definiciones de primario y secundario son:

: Tensin en el devanado primario

: Corriente en el devanado primario

: Tensin en el devanado secundario

: Corriente en el devanado secundario

Al conectarlo como autotransformador, hay que redefinir primario y secundario como:

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Solenoidehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

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: Tensin en el primario (devanado serie + comn)

: Tensin en el secundario (devanado comn)

: Corriente en el primario (devanado serie + comn)

: Corriente en el secundario (devanado comn)

Comparando ambas posibilidades de conexin, se observa que se cumplen las siguientes

relacione s:

Pero:

Despreciando la rama en paralelo :

Con respecto a la potencia , para el transformador se cumple que:

o bien, despreciando las prdidas,

La potencia al conectarlo como autotransformador es:

o bien, despreciando las prdidas,

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_paralelohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

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si se sustituyen los valores y se agrupa correctamente, se obtiene:

Por lo tanto, al conectar un transformador como autotransformador, este aumenta su capacidad

para transferir potencia en una proporcin determinada por la relacin de transformacin de la

conexin como transformador. La implicacin directa de esta deduccin m atemtica es que para

transferir la misma cantidad de potencia entre dos circuitos, un autotransformador es de menor

tamao que un transformador equivalente.

Principio de funcionamiento:

Al igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan b asados en el principio de

campos magnticos variantes en el tiempo , por lo que no pueden ser utilizados en circuitos

de corriente continua . Para reducir al mnimo las prdidas en el ncleo debidas a corrientes de

Foucault y a la histresis magntica, se suele utilizar acero elctrico , laminado en finas chapas que

luego se apilan y compactan. Las lminas del ncleo as construido se orientan haciendo coincidir la

direccin del flujo magntico con la direccin de laminacin, donde la permeabilidad

magntica es mayor. La relacin de transformacin de un autotransformador es la relacin entre el

nmero de vueltas del devanado completo (serie + comn) y el nmero de vueltas del devanado

comn. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener una tensin de

salida (en el devanado "comn") igual a la mitad del de la fuente (o viceve rsa). Dependiendo de la

aplicacin, la porcin del devanado que se utiliza slo para el circuito de alta tensin se puede

fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porcin del

devanado comn a ambos circuitos; de es ta manera la mquina resultante es an ms econmica.

Tipos de construccin

Existen autotransformadores con varias tomas en el secundario y por lo tanto, con varias relaciones

de transformacin. De la misma manera que los transformadores, los autotransfor madores tambin

pueden equiparse con cambiadores de toma automticos y utilizarlos en sistemas de transmisin y

distribucin para regular la tensin de la red elctrica .

Con la incorporacin de varias tomas, es posible obtener ms de un valor para la tensin del

secundario e incluso es posible obtener tensiones ligeramente mayores a los de la fuente -para ello,

el devanado debe construirse para que su tensin nominal sea ligeramente mayor que el del lado

fijo o primario -. Tambin existen autotransformadores en los que la toma secundaria se logra a travs

de una escobilla de slizante, permitiendo una gama continua de tensiones secundarias que van

desde cero hasta la tensin de la fuente. Este ltimo diseo se comercializ en Estados Unidos bajo el

nombre genrico de Variac y en la prctica funciona como una fuente de corrien te alterna

regulable en tensin, de esta manera tenemos una mquina de CA ms eficaz.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faradayhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faradayhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corrientes_de_Foucaulthttp://es.wikipedia.org/wiki/Corrientes_de_Foucaulthttp://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resishttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Chapahttp://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cambiador_de_tomashttp://es.wikipedia.org/wiki/Escobilla_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos

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Aplicaciones

Los autotransformadores se utilizan a menudo en sistemas elctricos de potencia , para interconectar

circuitos que funcionan a tensiones diferentes, pero en una relacin cercana a 2:1 (por ejemplo, 400

kV / 230 kV 138 kV / 66 kV). En la industria, se utilizan para conectar mquinas fabricadas para

tensiones nominales diferentes a la de la fuente de alimentacin (por ejemplo, motores de 480 V

conectados a una alimentacin de 600 V). Se utilizan tambin para conecta r aparatos ,

electrodomsticos y cargas menores en cualquiera de las dos alim entaciones ms comunes a nivel

mundial (100 -130 V a 200 -250 V).

En sistemas de distribucin rural, donde las distancias son largas, se pueden utilizar

autotransformadores especiales con relaciones alrededor de 1:1, aprovechando la multiplicidad de

tomas pa ra variar la tensin de alimentacin y as compensar las apreciables cadas de tensin en

los extremos de la lnea.

Se utilizan autotransformadores tambin como mtodo de arranque suave para motores de

induccin tipo jaula de ardilla , los cuales se caracterizan por demandar una alta corriente durante el

arranque. Si se alimenta el motor c onectndolo a la toma menor de un autotransformador, la

tensin reducida de la alimentacin resultar en una menor corriente de arranque y por lo tanto en

condiciones ms seguras de operacin, tanto para el motor como para la instalacin elctrica. Una

vez que el motor ha alcanzado suficiente velocidad, se puede ir aumentando la tensin de

alimentacin (en tantos pasos como tomas posea el autotransformador) gradualmente, hasta llegar

a la tensin de la red (cuando la relacin de tomas es 1:1).

En sistemas ferroviarios de Alta velocidad existen mtodos de alimentacin duales tales como el

conocido como 2x25 kV. En este, los transformadores de las subestaciones alimentan a +25 kV a la

catenaria, a -25 kV (en realidad 25 kV desfasados 180) al feeder o alimentador negativo y con la

toma intermedia o neutro puesta al carril. Cada cierto tiempo, 10 km tpicamente, se conectan

autotransformadores con 50 kV en el primario (entre catenari a y feeder negativo) y 25 kV en el

secundario (entre feeder negativo y carril). De esta manera, la carga (trenes) se encuentra

alimentada a 25 kV entre catenaria y carril pero la energa se transporta a 50 kV, reduciendo las

prdidas.

Limitaciones

Una fall a en el aislamiento de los devanados de un autotransformador puede producir que la carga

quede expuesta a recibir plena tensin (la de la fuente). Se debe tener en cuenta esta situacin al

decidir utilizar un autotransformador para una determinada aplicaci n.

Las ventajas en ahorro de material (tanto en los devanados como en el ncleo) tienen una

limitacin fsica, que en la prctica es una relacin de tensiones de 3:1. Para relaciones de tensin

mayores a sta, o bien el transformador convencional de dos d evanados es ms compacto y

econmico, o bien resulta imposible construir el autotransformador.

En sistemas de transmisi n de energa elctrica , los autotransformadores tienen la desventaja de no

filtrar el contenido armnico de las corrientes y de actuar como otra fuente de corrientes de falla a

tierra. Sin embargo, existe una conexin especial -llamada "conexin en zig -zag" - que se emplea en

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_suministro_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aparato_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncronohttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncronohttp://es.wikipedia.org/wiki/Jaula_de_ardillahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alta_velocidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_transporte_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

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sistemas trifsicos para abrir un camino de retorno a la corriente de tierra que de otra manera no

sera posible lograr, manteniendo la referencia de tierra.

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PRINCIPALES CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES

Introduccin.

Dependiendo d el propsito de la instalacin, un transformador se puede conectar de distintas

formas. En el caso de los transformadores monofsicos, hay distintas formas de conectarlos a la

fuente de alimentacin y a la carga. Dos o ms transformadores se pueden conecta r en distintas

formas para cumplir con distintos requerimientos.

El concepto de polaridad.

A diferencia de la corriente directa, no hay polaridad positiva o negativa fija en la corriente alterna,

de aqu que los transformadores no pueden tener polaridad fi ja en sus terminales.

La direccin relativa en la cual los devanados primarios y secundario de un transformador. Se

devanan alrededor del ncleo, determina la direccin relativa del voltaje a travs de los

devanados. Por ejemplo, si en la figura siguiente, se supone que el voltaje aplicado en cualquier

instante tiene direccin de A a B, al direccin del voltaje en el secundario ser de C a De de D a

C, dependiendo de la direccin relativa de los devanados.

Polaridad en un transformador monofsico.

Polarid ad aditiva.

Polaridad sustractiva.

Dado que es importante, cuando dos o ms transformadores se conectan juntos, conocer la

direccin relativa del voltaje de cada transformador, se han establecido ciertas convenciones para

designar la llamada POLARIDAD de u n transformador. Esta designacin de polaridad se puede

obtener de la figura anterior.

Si una de las terminales del devanado de alto voltaje se conecta al lado adyacente opuesto del

devanado de bajo voltaje (por ejemplo de A a C), el voltaje en las termina les restantes (B y D) es, o

la suma o la diferencia de los voltajes primario y secundario, dependiendo de las direcciones

relativas de los devanados. Si el voltaje de B a De es la suma, se dice que el transformador tiene

polaridad ADITIVA y si es la difere ncia, entonces se dice que tiene polaridad SUSTRACTIVA.

Si los devanados de los lados de alto y bajo voltaje estn en direcciones opuestas, los voltajes

sustra

lado de bajo voltaje hacia el lado de alto voltaje.

Si los devanados de los lados de alto y bajo voltaje estn en la misma direccin, los voltajes aplicado

e indu

bajo voltaje hacia el lado de alto voltaje.

Cuando se desea conecta r en paralelo los secundarios de dos (o ms) transformadores, se

conectan en forma similar, las terminales que tiene la misma marca de polaridad.

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La prueba de polaridad.

Cuando en un transformador no est especificada la polaridad o se desconoce, se puede

determinar por una simple medicin de voltaje como se indica a continuacin:

Hacer una conexin entre las terminales de alto voltaje y bajo voltaje del lado derecho

cuando se ve al transformador desde el lado de las boquillas y de bajo voltaje.

Aplicar un voltaje bajo, por ejemplo 120 volts a las terminales de alto voltaje y medir este

voltaje con un voltmetro .

Medir el voltaje de la terminal del lado izquierdo del lado de alto voltaje al terminal del lado Iz

quiero de bajo voltaje.

Si el voltaje anterior es menor que el voltaje a travs de las terminales de alto voltaje, el

transformador tiene polaridad sustractiva. Si este voltaje es mayor, entonces la polaridad es aditiva.

Conexin de los transformadores monofsicos.

La conexin ms simple de las conexio nes de los transformadores es la conexin monofsica.

Un mtodo sencillo de llevar las terminales de los devanados primarios y secundario a las boquillas

que llevan al exterior del tanque del transformador dos indic en la figura anterior. Para proporciona r

flexibilidad en las conexiones, las bobinas de los devanados primario y secundario, se arreglan en

dos secciones, cada seccin de una bobina tiene el mismo nmero de espiras, por lo tanto, genera

el mismo voltaje. Las dos primeras secciones se conectan p or lo general juntas, dentro del tanque y

nicamente dos son llevadas al exterior del tanque a travs de las boquillas, las cuales las aslan de

la tapa.

Se pueden sacar cuatro conductores secundarios de cada bobina del secundario, con los dos

conductores o terminales transpuestos del interior, antes de ser llevado al exterior. En transformadores

nuevos del tipo distribucin. Es prctica comn estas dos terminales transpuestas, se conecta dentro

del tanque uy slo un conductor comn se lleva al exterior.

La

casos es una tuerca que conecta tambin a la pared del tanque proporcionando un medio de

conexin a tierra al tanque del transformador.

Sistemas polifsicos.

Como se sabe, en corriente alterna hay dos tipos de circuitos: los denominados circuitos monofsicos

y los circuitos polifsicos (los ms comunes son los trifsicos). En los circuitos monofsicos slo una

fase o conjunto de voltajes de onda de forma senoidal se aplican a los circuitos y nicamente en

una fase circula corriente senoidal.

En un sistema polifsico se aplican dos o ms voltajes senoidales a las diferentes partes del circuito y

circulan en las mismas artes las correspondientes corrientes senoidales.

e A, corriente de la fase B, etc.

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Los voltajes aplicados a un sistema polifsico se obtienen de una fuente de suministro plolifsica,

tambin, de manera que cada fase est siempre separada, por ejemplo, en un sistema trifsico se

tienen tres fases separada s. Los mtodos ms comunes de conectar los devanados de una mquina

elctrica trifsica son en delta y en estrella, como se muestra a continuacin:

Conexin tringulo o delta.

Conexin estrella.

Vectores de voltaje.

Se puede observar que en tanto los volta jes en las terminales A, B y C, son los mismos para las

conexiones delta y estrella.

Los voltajes a travs de los devanados 1, 2 y 3 en los dos sistemas, no slo son de diferente magnitud,

tambin se observa que sus direcciones no coinciden. Este hecho es importante en la conexin de

transformadores, ya que puede provocar dificultades en al conexin de transformadores cuando no

se tiene cuidado en esto.

Conexin trifsica de transformadores.

La transformacin trifsica se puede realizar por medio de tres tr ansformadores monofsicos en

conexin trifsica o por medio de transformadores trifsicos. Los mtodos de conexin de los

devanados par a la conexin trifsica son los mismos, ya sea que se usen tres devanados en un

transformador trifsico, o bien tres tra nsformadores monofsicos por separado, en conexin trifsica .

Las conexiones trifsicas ms comunes son las denominadas DELTA y ESTRELLA.

Conexin DELTA-DELTA.

Esta conexin se usa con frecuencia para alimentar cargas de alumbrado pequeas y cargas

trifsica simultneamente. Para esto se puede localizar una derivacin o Tap en el punto medio del

devanado secundario de uno de los transformadores conectndose a tierra y se conecta tambin

al neutro del secundario. De esta manera, las cargas monofsicas se con ectan entre los

conductores de fase y neutro, por lo tanto, el transformador con la derivacin en el punto medio

toma dos terceras partes de la carga monofsica y una tercera parte de la carga trifsica. Los otros

dos transformadores cada uno toman un terc io de las cargas monofsicas y trifsicas .

Para poder cargar al banco trifsico en forma balanceada, se deben cumplir con las siguientes

condiciones:

Todos los transformadores deben tener idntica relacin de transformacin.

Todos los transformadores deben tener el mismo valor de impedancia.

Todos los transformadores deben conectar en el mismo tap o derivacin.

Conexin delta abierta -delta abierta.

La conexin delta -delta representa en cierto modo la ms flexible de las conexiones trifsicas. Una

de las ven tajas de esta conexin, es que si uno de los transformadores se daa o se retira de servicio,

-

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conexin se suministra aproximadamente el 58% de la potencia que en trega un banco en conexin

delta -delta.

En la conexin delta abierta, las impedancias de los transformadores no necesitan ser iguales

necesariamente, aunque esta situacin es preferible cuando es necesario cerrar la delta con un

tercer transformador.

La co nexin delta abierta, se usa normalmente para condiciones de emergencia, cuando en una

conexin delta -delta uno de los transformadores del banco se desconecta por alguna razn. En

forma similar a la conexin delta -delta, del punto medio del secundario de u no de los

transformadores se puede tomar una derivacin para alimentar pequeas cargas de alumbrado o

bien otros tipos de cargas.

Conexin estrella -delta.

Esta conexin se usa con frecuencia para alimentar cargas trifsicas grandes de un sistema trifsico

de alimentacin conectado en estrella. Tiene la limitante de que para alimentar cargas monofsicas

y trifsicas en forma simultnea, no dispone del neutro.

Por otra parte, tiene la ventaja relativa de que la impedancia de los tres transformadores no necesi ta

ser la misma en esta conexin.

Las relaciones entre corrientes y voltajes de fase de lnea a lnea para la conexin estrella delta, son

las mimas que se tienen en la conexin delta -estrella estudiada en el prrafo anterior.

Conexin estrella -estrella.

Esta conexin se usa cuando se requiere alimentar grandes cargas monofsicas en forma

simultnea, con cargas trifsicas . Tambin se usa slo si el neutro del primario se puede conectar

slidamente al neutro de la fuente de alimentacin ya sea con un neutro comn o a travs de tierra.

Cuando los neutros de ambos lados del banco de transformadores no se unen, el voltaje de lnea a

neutro tiende a distorsionarse (no es senoidal). La conexin estrella -estrella, se puede usar tambin

sin unir los neutros, a condi cin de que cada transformador tenga un tercer devanado que se

Con frecuencia, el devanado terciario se usa para alimentar los servicios de la Subestacin.

Transformadores de una sola boquilla.

En la conexin estrella -estrella, los transformadores que tienen slo la boquilla de tal tensin o

primaria, esta boquilla se conecta a la lnea de alimentacin. La conexin especial en al parte

externa del tanque del transform ador, toma el lugar de la segunda boquilla de alta tensin y se

debe conectar entre los tres transformadores y al hilo de neutro o tierra.

Los transformadores de distribucin tienen una conexin instalada entre la boquilla de bajo voltaje

del neutro y el t anque.

Transformadores trifsicos.

En trminos generales, un banco formado por tres transformadores monofsicos, se puede

reemplazar por un transformador trifsico. Estos transformadores trifsicos, como se ha descrito en

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captulos anteriores, tienen un n cleo magntico con tres piernas, en donde se alojan los devanados

primario y secundario de cada una de las fases. Los devanados se conectan internamente, en

forma similar a los bancos de transformadores monofsicos, en cualquiera de las conexiones

trifsic as, en cualquiera de las conexiones trifsicas, es decir, estrella -delta, delta abierta, etc.

Para una capacidad dada, un transformador trifsico es siempre de menor tamao y ms barato

que un banco formado por tres transformadores monofsicos con la misma capacidad. En alunas

ocasiones, aun con lo mencionado antes, se prefiere el uso de bancos de transformadores

monofsicos, especialmente cuando por mantenimiento y confiabilidad resulta importante la

facilidad para reemplazar a una de las unidades.

Conexi n de transformadores en paralelo.

Los transformadores se pueden conectar en paralelo por distintas razones, las principales estn

relacionadas con problemas de confiabilidad y de incremento en la demanda. Cuando se excede

o se est a punto de exceder la ca pacidad de un transformador ya en operacin.

Para conectar los transformadores en paralelo y garantizar su correcta operacin, se deben cumplir

ciertas condiciones como son:

Deben tener los mismos voltajes primarios y secundarios.

Deben tener los mismo val or de impedancia expresado en porciento o en por unidad.

Se debe verificar que la polaridad de los transformadores sea la misma.

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ENSAYOS A TRANSFORMADORES

Introduccin.

Las pruebas se hacen en los transformadores y sus accesorios por distintas razones, d urante su

fabricacin, para verificar la condicin de sus componentes, durante la entrega, durante su

operacin como parte del mantenimiento, despus de su reparacin, etc.

Algunas de las pruebas que se hacen en los transformadores e consideran como bsica s y algunas

otras varan de acuerdo a la condicin individual de los transformadores y pueden cambiar de

acuerdo al tipo de transformador, por lo que existen distintas formas de clasificacin de las pruebas

a transformadores, por ejemplo algunos las clasif ican en prueba de baja tensin y prueba de alta

tensin. Tambin se pueden agrupar como pruebas preliminares, intermedias y de verificacin

(Finales).

Las pruebas preliminares se realizan cuando un transformador se ha puesto fuera de servicio para

mantenim iento programado o para revisin programada o bien ha tenido aluna falla. Las pruebas

naturaleza de la falla. Las llamadas pruebas preliminares incluyen:

Prueba al aceite del transformador.

Medicin de la resistencia de aislamiento de los devanados.

Medicin de la resistencia hmica de los devanados.

Determinacin de las caractersticas del aislamiento.

Las llamadas pruebas intermedias, como su nombre lo indic an se realizan durante el transcurso de

una reparacin o bien en las etapas intermedias de la fabricacin, cuando el transformador est en

proceso de armado o bien desarmado (segn sea el caso) y el tipo de pruebas depende del

propsito de la reparacin o la etapa de fabricacin, por lo general se hacen cuando las bobinas

\ no han sido montadas o desmontadas (segn sea el caso) y son principalmente las siguientes:

Medicin de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes contra el ncleo.

Prueba de l a resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes por voltaje aplicado.

Prueba de las boquillas por medio de voltaje aplicado.

Cuando se han desmontado las bobinas durante un trabajo de reparacin, entonces las pruebas se

incrementan.

Las pruebas finale s se hacen sobre transformadores terminados de fabricacin o armados

totalmente despus de una reparacin e incluyen las siguientes:

Prueba al aceite del transformador.

Medicin de la resistencia de aislamiento.

Prueba de relacin de transformacin.

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Determ inacin del desplazamiento de fase de los grupos de bobinas.

Determinacin de las caractersticas del aislamiento.

Prueba del aislamiento por voltaje aplicado.

Prueba para la determinacin de las prdidas en vaco y en corto circuito (determinacin de

impe dancia).

Prueba del aislamiento entre espiras por voltaje inducido.

Medicin de la corriente de vaco y la corriente de excitacin.

El orden de las pruebas no es necesariame nte el mencionado anteriormente . Y de hecho existen

normas nacionales e internacion ales que recomiendan que pruebas y en qu orden se deben

realizar, as como cuando se deben efectuar.

Pruebas al aceite del transformador.

El aceite de los transformadores se somete por lo general a pruebas de rigidez dielctrica, prueba

de prdidas dielc tricas y eventualmente anlisis qumico.

Cuando se trata de pruebas de campo, la condicin del aceite se puede determinar por dos

pruebas relativamente simples. Una que compra el color de una muestra de aceite del

transformador bajo prueba, con un conjunto o panel de colores de referencia que dan un

indicacin de la emulsificacin que puede tener lugar. El recipiente en que se toma la muestra debe

enjuagar primero con el propio aceite de la muestra ya debe ser tomado de la parte inferior del

transformador d e la vlvula de drenaje.

Cuand o se usa un probador de color, la muestra de aceite se debe colocar en tubo de vidrio

transparente que se introduce en una par te del probador diseada ahora tal fin. Se tiene un

pequeo disco que gira y que tiene distintos col ores de referencia, cuando el color le disco es similar

al de la muestra, aparece la designacin numrica del color de la muestra de aceite. De hecho

esta prueba sirve para verificar el grado de oxidacin de la aceite y debe marcar 0.5 para aceites

nuevos y 5 mximo para aceites usados.

En el rango de color amarillo, naranja y rojo indican que el transformador puede tener daos

severos.

Prueba de rigidez dielctrica del aceite.

ctrica del

iene una capacidad del orden de litro.

En ocasiones el aceite se toma en un recipiente de vidrio y despus se vaca a la copa estndar que

tiene dos electrodos que pueden ser planos o esfricos y cuyo dimetro y separacin est

normalizado de acuerdo al tipo de prueba. El voltaje aplicado entre electrodos se hace por medio

de un transformador regulador integrado al propio aparato probador. Despus de llenada la copa

estndar se debe esperar alrededor de 20 minutos para permitir que se eliminen las burbuja s de aire

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del aceite antes de aplicar el voltaje; el voltaje se aplica energizando el aparato por medio de un

switch que previamente se ha conectado ya un contacto o fuente de alimentacin comn y

corriente. El voltaje se eleva gradualmente por medio de la perilla o manija del regulador de voltaje,

la tensin o voltaje se ruptura se mide por medio de un voltmetro graduado en kilovolts.

Existen de cuerdo distintos criterios de prueba, pero en general se puede afirmar que se pueden

aplicar seis rupturas diel ctricas con intervalos de 10 minutos., la primero no se toma en cuenta, y el

promedio de las otras cinco se toma como la tensin de ruptura o rigidez dielctrica. Normalmente

la rigidez dielctrica en los aceites aislantes se debe comportar en la forma si guiente:

Aceites degradados y contaminados De 10 a 28 kV

Aceites carbonizados no degradados De 28 a 33 kV

Aceites Nuevo sin desgasificar De 33 a 44 kV

Aceite Nuevo desgasificado De 40 a 50 kV

Aceite regenerado De 50 a 60 kV

Prueba de resistencia de aislami ento.

La prueba de resistencia de aislamiento en transformadores sirve no solo para verificar la calidad del

aislamiento en transformadores, tambin permite verificar el grado de humedad y en ocasiones

defectos severos en el aislamiento.

La resistencia de

megger consiste de una fuente de alimentacin en corriente directa y un sistema de medicin. La

fuente es un pequeo generador que se puede accionar en forma manual o elctricamente. El

voltaje en terminales de un megger vara de acuerdo al fabricante y a si se trata de accionamiento

manual o elctrico, pero en general se pueden encontrar en forma comercial megger de 250 votls,

1000 volts y 2500 volts. La escala del instrumento est grad uada para leer resistencias de aislamiento

en el rango de 0 a 10,000 megohms.

La resistencia de aislamiento de un transformador se mide entre los devanados conectados todos

entre s, contra el tanque conectado a tierra y entre cada devanado y el tanque, co n el resto de los

devanados conectados a tierra.

Para un transformador de dos devanados se deben tomar las siguientes medidas:

Entre el devanado de alto voltaje y el tanque con el devanado de bajo voltaje conectado a

tierra.

Entre los devanados de alto vol taje y bajo voltaje conectado entre si, contra el tanque.

Estas mediciones se pueden expresar en forma sintetizada como:

Alto Voltaje Vs. Tanque + bajo voltaje a tierra.

Bajo voltaje Vs. Tanque + alto voltaje a tierra.

Alto voltaje + bajo voltaje Vs. Tanque a tierra.

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Cuando se trata de transformadores con tres devanados las mediciones que se deben efectuar son

las siguientes:

Alto voltaje (primario) Vs. Tanque con los devanados de bajo voltaje (secundario) y medio

voltaj e (terciario) a tierra.

Medio voltaje (terciario) Vs. Tanque con los devanados e alto voltaje y bajo voltaje a tierra.

Bajo voltaje (secundario) Vs. Tanque, con los devanados de alto voltaje y medio voltaje a

tierra.

Alto voltaje y medio voltaje juntos Vs. Tanque, con el devanado de bajo voltaje a tierra.

Alto voltaje + medio voltaje + bajo voltaje Vs. Tanque.