Autor: David Sanchez C.I: 23.864.730Sección: S

EL TRANSFORMADOR REAL

EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

Básicamente esta formado por un núcleo compuesto de laminas de hierro y dos bobinados, a los cuales se les denomina primario y secundario. El bobinado primario con “N1” espiras es aquel por el cual ingresa la energía y el secundario con “N2” espiras es aquel por el cual se suministra dicha energía.

En un transformador del tipo acorazado, los dos bobinados se ubican en la rama central, logrando con este sistema reducir el flujo magnético disperso de ambos bobinados, colocando generalmente el bobinado de baja tensión en la parte interna y el de mayor tensión rodeando a este en la parte externa.

EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

A partir de ciertas potencias, los transformadores son trifásicos, pudiéndose armar un conjunto o “banco” trifásico, mediante el uso de tres transformadores monofásicos o bien un solo transformador trifásico, el cual se forma mediante un núcleo magnético y las bobinas necesarias para armar tres fases.

De acuerdo a esta imagen, las bobinas tanto primarias como secundarias, pueden ser conectadas en forma de estrella o triangulo, con lo cual se obtienen diferencias de fase entre las tensiones primarias y secundarias.

CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORESDe acuerdo a la forma en que se conectan los bobinados, los conjuntos trifásicos, están definidos por un grupo de conexión que los identifica mediante una nomenclatura que se determina por dos letras y un numero según el siguiente detalle:

• La primera letra mayúscula, define la forma de conexión de los bobinados de alta tensión, la cual puede ser D (triangulo o delta) o Y (estrella).

• La segunda letra minúscula, define la forma de conexión de los bobinados de baja tensión, la cual puede ser d (triangulo o delta) o y (estrella).

• El numero multiplicado por 30, define el angulo de desfasaje entre la tensiones de fase equivalentes de alta y baja tensión.

Los tipos de conexiones que se pueden dar en un transformador son:

Conexión Delta-Delta: Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados.

Se usa generalmente en sistemas cuyos voltajes no son muy elevados especialmente en aquellos en que se debe mantener la continuidad de unos sistemas.

Conexión estrella-delta: La conexión estrella-delta es contraria a la conexión delta-estrella; por ejemplo en sistema de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la conexión estrella-delta para reducirlos.

En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos.

Conexión delta-estrella: de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado.

Conexión estrella-estrella: Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las corrientes en la línea. Las tensiones entre línea y línea de los primarios y secundarios correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en concordancia de fase. Por tanto, la conexión en estrella será particularmente adecuada para devanados de alta tensión, en los que el aislamiento es el problema principal

FALLAS DEL TRANSFORMADORLa clasificación de fallas de un transformador incluye no sólo las fallas dentro del tanque del transformador,

sino también las fallas externas que se producen dentro de los lugares de los transformadores de corriente. Las fallas internas se dividen en dos clasificaciones:

• Las fallas incipientes: son las fallas que se desarrollan lentamente, pero que pueden convertirse en grandes fallas, si la causa no se detecta y corrige.

• Las fallas activas: son causadas por la avería en el aislamiento u otros componentes que crean una situación de estrés repentino que requiere una acción inmediata para limitar el daño y prevenir una fuerza destructiva adicional.

Tipos de Fallas incipientes:

Sobrecalentamiento: el sobrecalentamiento puede ser debido a varias condiciones como:1. Malas conexiones internas, ya sea en el circuito eléctrico o magnético.2. La pérdida de refrigerante (aceite) debido a fugas.3. El bloqueo del flujo de refrigerante.4. La pérdida de ventiladores o bombas que están diseñados para proporcionar el enfriamiento.

En general, los relevadores térmicos de sobrecarga y relevadores de temperatura, son utilizados para proporcionar protección contra sobrecalentamiento dando una alarma. También se proporcionan indicadores de temperatura

Sobreflujo Magnético: la densidad de flujo magnético en el núcleo del transformador es proporcional a la relación de la tensión y frecuencia, es decir, V/f. Los Transformadores de potencia están diseñados para trabajar con cierto valor de densidad de flujo magnético en el núcleo. Mayor flujo en el núcleo significa más pérdidas y sobrecalentamiento del núcleo. El relevador de V/f llamado “relevador voltios / hertz” se ofrece para dar la protección contra el sobreflujo.

Sobrepresión: la sobrepresión en el tanque del transformador se produce debido a la emisión de gases o productos que acompañan al calentamiento local debido a cualquier causa. Por ejemplo, una falla entre vueltas del devanado puede quemarse lentamente, liberando gases de calentamiento en el proceso. Estos gases se acumulan en el tanque cerrado del transformador aumentando la presión, lo cual puede suceder repentinamente o durante un largo período de tiempo.

Tipos de fallas activas:

1. Los cortocircuitos en los devanados conectados en estrella:• Aterrizado a través de una resistencia.• Sólidamente aterrizado.• Sin conexión a tierra.2. Los cortocircuitos en bobinas conectadas en delta.3. Cortos circuitos fase a fase cortocircuitos (transformadores trifásicos).4. Cortos en vueltas del devanado.5. Fallas en el núcleo.6. Fallas del tanque.

Además de estas fallas, algunas otras fallas, como las fallas del cambiador de taps, sobrevoltaje debido a descargas eléctricas y aperturas/cierres de interruptores son comunes en los transformadores.

REFRIGERACION DE LOS TRANSFORMADORESLa selección del método de enfriamiento de un transformador es muy importante, ya que influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga, así como en el área de su instalación y su costo.

Existen 3 métodos para ejercer el enfriamiento a transformadores:

• Convección: se caracteriza por que se produce en un flujo que transporta el calor entre zonas de diferente temperatura.

• Conducción: basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura.

• Radiación: es la emisión o absorción de ondas electromagnéticas que se desplazan a la velocidad de la luz representan en temperaturas elevadas un mecanismo de pérdidas de calor.

La función de la refrigeración es mantener una temperatura de operación suficientemente baja y mantener un buen funcionamiento en la transformación de energía. Los tipos de sistemas de refrigeración en transformadores son:

Tipo AA: Transformadores tipo seco con enfriamiento propio, estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2000 kVA y voltajes menores de 15 kV.

Tipo OA/FA: Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador OA con la adición de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de calor en las superficies de enfriamiento.

Tipo OA: Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, en estos transformadores el aceite aislante circula por convección natural dentro de una tanque que tiene paredes lisas o corrugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta solución se adopta para transformadores de más de 50 kVA con voltajes superiores a 15 kV.

Tipo AA/FA: Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor.

• Tipo AFA: Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la posibilidad de disipación de calor por medio de ventiladores o sopladores.

• Tipo OA/FA/FOA: Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el régimen de operación (carga) de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos: en el primero se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA, con el segundo paso se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10000 kVA monofásicos 15000 kVA trifásicos.

• Tipo FOA: Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo.

• Tipo OW: Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los serpentines por convección natural.

• Tipo FOW: Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es prácticamente igual que el FO, sólo que el cambiador de calor es del tipo agua – aceite y se hace el enfriamiento por agua.