EL TRANSFORMADOR

El transformador estático transmite energía de un circuito a otro sin alterar la frecuencia y variando, por lo general, la tensión. La cesión de energía a través del medio, de realiza mediante un flujo alterno. El transformador no tiene partes móviles, es de mantenimiento barato y de gran rendimiento; es de bajo costo y puede aislarse para tensiones muy elevadas. Como puede elevar o reducir eficazmente la tensión, da una gran flexibilidad a los sistemas eléctricos.

Los transformadores de corriente constante

Un transformador de corriente constante es un transformador que automáticamente mantiene una corriente aproximadamente constante en su circuito secundario, bajo condiciones variables de impedancia de carga, cuando su primario se alimenta de una fuente de tensión aproximadamente constante. El tipo más usual, la disposición de «bobina móvil», tiene separadas las bobinas del primario y secundario, que tienen libertad para moverse entre sí, variando por tanto la reactancia de dispersión magnética del transformador.

Existen disponibles tipos para subestación que proporcionan unos modelos compactos integrales, que llevan incluidas los accesorios necesarios para el control y protección del transformador. Los accesorios normales comprenden un interruptor a solenoide primario, una protección. contra apertura del circuito, fusibles o cortacircuitos con fusibles en el primario y descargadores de sobretensiones en el primario y en el secundario.

Los transformadores de corriente constante de tipo estático no tienen partes móviles y funcionan según el principio de una red resonante. Esta red normalmente consta de dos reactancias inductivas y dos capacitivas, cada una de igual reactancia para la frecuencia de alimentación. Con tal red, la corriente secundaria es independiente de la impedancia de la carga conectada, pero es directamente proporcional a la tensión del primario.

Un transformador consiste en un devanado primario, que recibe la energía, y uno o varios secundarios que la suministran, estando entrelazados primario y secundarios por un mismo núcleo magnético. La variación temporal dl flujo induce en todos los devanados una fem. La fem inducida, E =4.44/ N O max, es proporcional a la frecuencia, al numero de espiras y al flujo. La fem inducida por espira es la misma en el primario que en el secundario, por lo que E1/E2= N1/N2. La fem inducida en el primario es una fuerza contraelectromotriz. Los amperio-vueltas del primario crean el flujo mutuo y por la ley de Lenz, los amperio-vueltas del secundario se oponen a este flujo. Como la tensión en bornes y por tanto la fcem varían poco con las variaciones de carga, el flujo se mantiene esencialmente constante. Por tanto, a todo aumento de las amper-vueltas del secundario debido a un aumento de la carga se opone un numero igual y opuesto a los amperios-vuelta del primario. Así pues, despreciando la pequeña corriente de excitación, I1/I2=N2/N1.

El flujo mutuo lo produce la acción conjunta de los amperios-vuelta de primario y secundario. El devanado primario es atravesado, además, por un flujo que se dispersa no atravesando al secundario y que esta en fase con la corriente de primario. A través del secundario circula otro flujo disperso análogo que esta en fase con la corriente del secundario. Estos flujos de perdida originan tensiones reactivas I1X1 e I2X2 perpendiculares a sus respectivas corrientes.

Como las perdidas de los transformadores son tan pequeñas, resulta mucho más preciso determinar su rendimiento midiendo sus pérdidas, que midiendo las potencias entregadas y útil. Hay dos tipos de perdidas, las perdidas en el núcleo y las perdidas en el cobre. Las primeras se determinan midiendo la potencia suministrada en el vacío a cada devanado a su tensión nominal y se mantienen prácticamente constantes. Se puede medir la resistencia de cada devanado con corriente continua y se incrementa en un 10% para admitir las pérdidas de la corriente alterna. La impedancia equivalente Z01,referida al primario, por ejemplo, se determina cortocircuitando el secundario y midiendo la tensión, intensidad y potencia entregada al primero.

Z=V'/ I' · X01 = a la raíz de Z012 - R012 · Z02 = Z01 (N2/N1)2, etc. Si se efectúan las medidas en el secundario, se sigue el mismo procedimiento.

El rendimiento = potencia útil/(potencia útil + I12 R01 + Pc), siendo Pc constante.(I12 R01puede ser sustituido por I22 R02). el rendimiento cotidiano es igual a (vatios-hora útiles)/(vatios-hora entregados a primario)durante 24 horas de regulación se determina calculando una tensión V1' o V2'por adición fasorial de las caídas en la resistencia y reactancia equivalentes, para tensión del primario o secundario. La impedancia porcentual es el cociente entre la caída de la impedancia a la tensión nominal, referida a uno u otro devanado, y a la tensión nominal de dicho devanado.

TIPOS DE TRANSFORMADORES

• En transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi,

Descripción:

Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales:
Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

• El transformador acorazado

El núcleo rodea al devanado.

• El transformador de núcleo distribuido

Tiene un núcleo central y cuatro ramas exteriores. Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales

• En el transformador de núcleo arrollado

El núcleo consiste en una tira de hierro arrollado en forma de espiral en torno a bobina preformadas.

Los transformadores se pueden refrigerar con circulación natural o forzada de aire, pero su tensión nominal viene limitada por la baja rigidez dieléctrica del aire. El aire (o el Askerol o Pyranol) sirve tanto para aislante como para refrigerante. Los transformadores se pueden refrigerar mediante circulación natural o forzada en aceite. Para aumentar la superficie disipadora del calor, se sueldan los tubos de la cubierta o se empernan radiadores a ella. Para gobernar la tensión y la fase, algunos transformadores están equipados de mecanismos de tomas variables. Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o gas que se halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se enfría el transformador, se contrae el aire o gas y penetra aire del exterior que contiene oxigeno y humedad. A este efecto se le da el nombre de respiración. La humedad y el oxigeno deterioran el sistema y ensucian el aceite. Para evitar esto, se emplea nitrógeno y un respirador elimina el oxigeno y la humedad del aire que penetra. Un pequeño tanque de expansión, llamado conservador, montado sobre la cubierta del transformador, reduce mucho la superficie del aceite expuesta al gas.

• Los transformadores Auto Protegidos

Aplicaciones

El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto poseee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque.

Características

Potencia: 45 a 150KVA

Alta Tensión: 15 o 24,2KV

Baja Tensión: 380/220 o 220/127V

• Los transformadores Rurales

Descripción:
Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV.
En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

• El transformadores Herméticos de Llenado Integral,

Descripción:
Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales:
Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

• En el transformador de núcleo

Los devanados rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de L que se ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes.

En los transformadores trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante un yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el secundario de cada fase. Este dispositivo es posible porque, en todo momento, la suma de los flujos es nula. Invirtiendo las conexiones de las bobinas centrales en el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las ventanas es igual al valor que se obtendría sin invertir las conexiones dividido por raiz de 3. El transformador trifásico mas compacto y ligero que los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la flexibilidad del sistema. En un auto transformador, parte del devanado es común a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la potencia, yendo la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es próxima ala unidad o es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando este sistema en vez del transformador clásico aparente.

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