Transformador Trifsico: GeneralidadesMquinas Elctricas IProf. Agustn R. Marulanda Guerra

ContenidoCaractersticas FsicasNcleosDevanadosAislamientoRefrigeracinTransformador de Tres DevanadosTransformador de Tomas VariablesTransformadores en ParaleloArmnicos en transformadoresFactor KConexionesDelta AbiertoScott

Caractersticas Fsicas: DevanadosTipo NcleoTipo Acorazado

Caractersticas Fsicas: NcleosTipo ncleo y Tipo Acorazado

En ambos casos los ncleos se construyen con hierro laminado especial con alto contenido de silicio, laminaciones que estn barnizadas y revestidas para aislarlas entre s y reducir las corrientes parsitas de circulacin. Forman un circuito magntico de alta permeabilidad y bajas prdidas con entrehierros mnimos (laminaciones trabadas en forma alternada)

Tipo Ncleo

Ncleo: Tipo Acorazado

Configuracin Bsica

Devanado del TransformadorSuelen consistir en bobinas devanadas sobre hormas y cubiertas de cinta aislante, tratadas al vaco, impregnadas de barniz aislante y cocidas. Dependiendo el tamao, pueden ser hilos o laminas rectangulares.

Proceso de Embobinado

Proceso de Embobinado

DevanadosDevanados pueden ser: concntricos (coaxiales) o alternados. Circulares: cuando el ncleo del tx es de tipo ncleoRectangulares: cuando el ncleo del tx es de tipo acorazado

Pueden ser:De cobre. De aluminio

Caractersticas Fsicas: Aislamiento Los sistemas de aislamiento usados en transformadores de potencia comprenden sistemas lquidos y sistemas gaseosos. En ambos casos se usa tambin algo de aislamiento slido.

Los sistemas lquidos incluyen aceite, que es el ms usado, y askarel, que se usa para evitar la combustibilidad.

Los sistemas gaseosos incluyen nitrgeno, aire y gases fluorados (por ejemplo, exafluoruro de azufre). Los gases fluorados se usan para evitar la combustibilidad y limitar los efectos secundarios de defectos internos.

Caractersticas Fsicas: AislamientoEl aislamiento principal separa el devanado de alta tensin del devanado de baja tensin. Este aislamiento soporta la tensin ms elevada y ocupa el espacio ms limitado; por esta razn, generalmente funciona con las solicitaciones ms elevadas. Segn la construccin, puede utilizarse el aislamiento de capas o el aislamiento de bobinas entre las distintas secciones de los devanados.

Aislamiento de aceiteAislamiento de askarelAislados mediante gases de fluorAislamiento de nitrgeno y aire

Caractersticas Fsicas: RefrigeracinLa eliminacin del calor provocado por las prdidas, es necesario para evitar una temperatura interna excesiva que podra acortar la vida del aislamiento.La temperatura media de un devanado es la temperatura determinada midiendo la resistencia en c.c. del devanado y comparndola con la medida obtenida anteriormente para una temperatura conocida.

Caractersticas Fsicas: RefrigeracinRefrigeracin por Aire

Transformadores Inmersos en Aceite

Refrigeracin por AireAun cuando el aire es un mal conductor del calor, todo cuerpo caliente sumergido en una atmsfera fra crear corrientes naturales de conveccin que ayudaran materialmente a la refrigeracin.

Consiste en hacer circular por el ncleo y devanado corrientes de aire, bien sea en forma natural o forzada, con el fin de reducir los riesgos asociados con el uso del aceite.

Refrigeracin por Aire

La cantidad de calor disipada por la conveccin natural del aire es del mismo orden de magnitud que la disipada por radiacin, para diferencias de temperatura como las existentes ordinariamente en la maquinaria elctrica. Sin embargo, utilizando corrientes forzadas de aire u otros gases, o utilizando fluidos tales como el aceite y el agua que tienen una capacidad calorfica (en volumen) mucho mayor que el aire, puede incrementarse mucho la disipacin de calor.

Refrigeracin por AirePor Convencin Natural: Las dimensiones de un transformador refrigerado por convencin son mayores que la de un transformador de igual potencia refrigerado por aceite. Su uso lo limita el tamao del transformador, a mayor volumen en necesario disipar ms calor.

Por Corriente de Aire: Para tensiones menores de 4 kV. y convenga reducir el peso y el espacio requerido, puede refrigerarse el transformador mediante la colocacin de ventiladores.

Refrigeracin por AceiteCirculacin del aceite. El aceite se mueve generalmente hacia arriba a travs de los conductos del ncleo y de las bobinas, elevndose su temperatura al ir circulando. Generalmente se mueve hacia abajo, a travs de los radiadores, disminuyendo la temperatura conforme baja.

La refrigeracin por aceite permite extraer el calor de los devanados y ncleo, adems de proveer unas propiedades aislantes apreciablemente buenas. Consiste en sumergir las partes del transformador en aceite. Los aceites, a pesar de su rigidez dielctrica, son materiales combustibles.

Transformador Inmersos en AceiteInmersos en Aceite, refrigeracin por aire forzado: Utilizan un pequeo nmero de ventiladores regulados por termostato. Tienen dos potencias caractersticas; la menor corresponde a la autorefrigeracin por convencin natural y la mayor a la forzada.

Inmersos en Aceite, refrigeracin por agua: Puede refrigerarse el aceite mediante agua que circule por un intercambiador de calor.

Refrigeracin por aceite forzado: El aceite caliente puede hacerse circular mediante bombas por un refrigerador exterior, el cual suele estar refrigerador por agua.

Inmersin en Aceite

Inmersin en Aceite, Refrigeracin por aire forzado

Caractersticas Fsicas

Caractersticas de Construccin

Transformador Seco

Caractersticas Fsicas

Caractersticas Fsicas: Protecciones

Placa de Caractersticas

Transformador de Potencia

Transformador de Tres DevanadosPara los transformadores de tres arrollamientos, uno de los arrollamientos se conecta generalmente en tringulo (normalmente de compensacin para las armnicas o bien para ser cargado) y dos en estrella.Por razones de economa, y cuando se trata de interconectar redes de tres tensiones diferentes, se utilizan transformadores de tres devanados acoplados magnticamente en torno a un mismo ncleo magnticoYY

Transformadores con Tomas de Regulacin (Taps)

Cambiador de Tomas (Taps)

Acoplamiento en Paralelo de Transformadores Trifsicos

Conexin en Paralelo

ArmnicosEl incremento en el uso de las cargas no lineales principalmente, la incorporacin de sistemas de transmisin de CD y la proliferacin de diversas fuentes de generacin de armnicos est causando un incremento de problemas armnicos en los sistemas de potencia. El efecto de distorsin de voltaje puede ser dividido de manera general en 3 categoras:

Esfuerzos en el aislamiento debido a los efectos de voltaje. Esfuerzos trmicos debido al flujo de corriente. Trastornos en la carga.

Armnicos en la Corriente

ArmnicosUna distorsin peridica de la forma de onda del voltaje o la corriente puede ser expresada en trminos de la serie de Fourier como sigue:

(1)

donde:V1, I1 valor de voltaje y corriente pico fundamentalVn, In ; n = 2,3,4,... valor pico del voltaje y la corriente de la n-sima armnica. ; n = 2,3,4,... fase del voltaje y la corriente de la n-sima armnica.

Factor de Distorsin Armnica Total (THD)

Determina el grado de distorsin de una seal peridica con respecto a la senoidal y se define en trminos de la amplitud de los armnicos.

THD para voltaje (THDV) (2)

THD para Corriente (THDI): (3)

Determinar el THDV del nodo 1 de un sistema trifsico balanceado

Efectos de los ArmnicosLos efectos de las armnicas en los transformadores son:

Incremento en las prdidas del cobre

2. Incremento en las prdidas del hierro

3. Posible resonancia entre las bobinas del transformador y la capacitancia de la lnea

4. Esfuerzos de aislamiento

Factor KEn los casos en que un transformador alimenta cargas no lineales, se presenta un sobrecalentamiento aun cuando no ha alcanzado sus KVA nominales, este sobrecalentamiento debido a la presencia de las armnicas es directamente proporcional al cuadrado de la armnica multiplicado por las prdidas que esta produce. De esta manera aparece el factor K aplicado a transformadores y se define como:

(11)

Donde:

Factor K

Conexiones: Delta-delta

Conexiones: Delta-estrella

Conexiones: Estrella-estrella

Conexiones: Delta Abierto

Conexiones: Conexin Scott

Transformador Trifsico: GeneralidadesMquinas Elctricas IProf. Agustn R. Marulanda Guerra