4.1 transformadores de potencia 2

TRANSFORMADORES DE POTENCIA*

*TRANSFORMADORES DE POTENCIA

"SUBESTACIONES ELCTRICAS DE POTENCIA"

Es un dispositivo elctrico que:Transforma energa elctrica de un circuito a otro sin variar la frecuencia.Opera bajo el principio de induccin electromagntica.Tiene dos circuitos elctricos aislados entre si pero eslabonados mediante un circuito magntico comn.Usualmente opera cambiando el voltaje.TRANSFORMADORES DE POTENCIAUsualmente se considera un transformador de potencia cuando su capacidad es de un valor a partir de: 500 KVA, 750 KVA, 1000 KVA, 1250 KVA o 1.25 MVA, hasta potencias del orden de 500 MVA monofsicos y de 650 MVA trifsicos, 900 MVA. Estos ltimos operan en niveles de voltaje de 500 KV, 525 KV y superiores


POTENCIA NOMINALLa potencia nominal de un transformador es el valor convencional de potencia aparente que sirve de bas para su diseo, las pruebas y las garantas del fabricante, que determinan la corriente nominal que circula a tensin nominal en las condiciones especficas.Caractersticas elctricas de los transformadores de potencia.

CORRIENTE NOMINALEs la corriente que circula en la terminal de lnea de losDevanado. Transformadores monofsicos (fase a neutro) obifsicos (fase a fase):

Donde:Pnt = Potencia nominal del transformador enkVA.Vn t = Tensin entre las terminales de lnea deltransformador en kV.

Frecuencia nominal:Es la frecuencia con la cual se determinarn todos los parmetros elctricos del transformador y debe ser la misma que la de la red de energa donde el transformador va a conectarse y operar.

PRDIDASLas prdidas y la potencia absorbida por el transformador se disipa en forma de calor por los devanados primario y secundario (terciario en su caso) ytambin por el ncleo de fierro.

ABACO PARA LA DETERMINACIN DEL RENDIMIENTO EN TRANSFORMADORES.

Es un baco que permite que se calcule el rendimiento de transformadores tomando como base la fraccin de carga que est conectada a su devanado secundario, las prdidas en el ncleo (fierro) como porcentaje de esta potencia.

Por ejemplo, para un transformador de 500 kVA que opera al 50% de su capacidad nominal, que tiene como prdidas en el ncleo (vaco) Po = Pfe = 1900W y prdidas en el cobre: Pcu= 4300 W, estas prdidas como porcentaje de la potencia nominal valen:

Parte Activa

Es formada por un conjunto de elementos separados del tanque principal y se agrupan en los siguientes elementos:

Ncleo

BobinasTRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

Es el medio fsico por el cual circula el flujo magntico formado por las lneas de fuerza.

Debe ser construido con material magntico de la mas alta permeabilidad, generalmente fabricado con lminas de acero al silicio de grano orientado, cortado y rolado automticamente.

La calidad comercial es del tipo M4(esto es 0.4 watts por libra a 15,000 lneas de fuerza por cm2) o tipo M6 y otros grado AISI..

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Ncleo

La seccin de los ncleos es rectangular para transformadores pequeos y cruciforme para tamaos grandes.

Los ncleos se fabrican utilizando cortes a 45 en lminas externas y al centro de los yugos, para mejorar la eficiencia de los transformadores al no utilizar traslapes de lminas , evitando flujos magnticos dispersos.TRANSFORMADORES DE POTENCIA


*"SUBESTACIONES ELCTRICAS DE POTENCIA"*


**NcleoTRANSFORMADORES DE POTENCIA


NcleoTRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

Cada una de las piernas estn sujetas con flejes de acetato de celulosa, lo que permite tener un bajo nivel de ruido .

Todo el conjunto queda soportado y presionado por un bastidor o herraje de placa de acero de 16mm. (5/8) de espesor. TRANSFORMADORES DE POTENCIA


**NcleoTRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

Los herrajes se disean para soportar los esfuerzos de corto circuito y sobre cargas a los cuales son sometidos los devanados durante su vida til.

Estos herrajes contienen placas de apriete, lo cual permite presionar en forma individual cada bobina. -TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

El ncleo puede ir unido a la tapa y levantarse con ella, o pude ir unido a la pared del tanque, lo que produce mayor resistencia durante las maniobras mecnicas de transporte.

En los ncleos magnticos de los transformadores tipo columna se distinguen dos partes:

Las columnas o piernas

los yugosTRANSFORMADORES DE POTENCIA


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Ncleo

En las columnas se alojan las devanados y los yugos se unen entre si a las columnas para cerrar el circuito magntico

Los ncleos de las bobinas son armadas en forma que son desmontables para poder meter o sacar las bobinas de las columnas para efectos de mantenimiento



Ncleo

En los transformadores de gran potencia, en las laminaciones destinadas a formar las columnas, se hacen agujeros en los que se colocan tornillos pasantes que se aslan con tubos de papel, cartn o baquelita y se sujetan a tuercas con roldanas aislantes para evitar corrientes inducidas que generen calentamientos inadmisibles.

Las secciones de las columnas determinan de forma automtica las secciones de los ncleos



Ncleo

Por razones de tipo econmico y para equilibrar esfuerzos electrodinmicos que se puden presentar entre conductores, los devanados se construyen en forma casi circular.

Esto requiere que las columnas del ncleo debe tener seccin circular, como no es prcticamente realizable se busaca aproximarse haciendo la seccin de la columna en escalones.(entre mas escalones mas costo)

Para transformadores pequeos se pude aceptar la seccin cuadrada o cruciforme.TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo



Ncleo

Los yugos pueden ser rectangulares o escalonados solo para mejorar el enfriamiento.

En transformadores grandes, se hace de columnas con un elevado nmero de escalones con el objeto de obtener un mayor factor de utilizacin geomtrica de la seccin.

A mayor capacidad del transformador, mayor es el nmero de escalones, pudiendo llegar a ser de 10 o 12 escalones.TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

El ncleo determina caractersticas relevantes dependiendo de su forma, pudiendo ser:

Ncleo tipo columna

Ncleo tipo acorazado TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

Tipo Columna:Ncleo monofsico: Se tienen dos columnas unidas en la parte inferior y superior por un yugo. En cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del devanado primario y la mitad del devanado secundario. TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

Tipo Columna:Ncleo trifsico: Se tienen tres columnas dispuestas sobre el mismo plano unidas en su parte superior e inferior por yugos. Sobre cada columna se incrustan los devanados primario y secundario de una fase.

Las corrientes magnetizantes de las tres fases son distintas entre si, el circuito magntico de las columnas es mas largo que el correspondiente de las internas.(en vaco) TRANSFORMADORES DE POTENCIA


NcleoTRANSFORMADORES DE POTENCIA


Ncleo

Tipo Acorazado:

La dispersin magntica es menor que en los tipo columna

Su uso mas comn es en los transformadores monofasicos

Los devanados se colocan en la columna centralTRANSFORMADORES DE POTENCIA


Devanados o Bobinas

Constituyen el circuito elctrico del transformador

Se construyen utilizando alambre o solera de cobre o de aluminio

Los conductores se forran de material aislante que puede tener diferentes caractersticas de acuerdo con la tensin de servicio. La temperatura y el medio en que van a estar sumergidos.TRANSFORMADORES DE POTENCIA


"SUBESTACIONES ELCTRICAS DE POTENCIA"Devanados o Bobinas

Las normas no establecen condiciones especificas quedando en manos de los diseadores el adoptar criterios que vayan de acuerdo con la capacidad y tensin y que incidan en la forma de las bobinas.

Los transformadores deben ser lo suficientemente robustos para que puedan soportar los esfuerzos mecnicos debido a un corto circuito.



Devanados o Bobinas

Cuando un transformador esta en operacin, la corriente en uno de los devanados fluye en sentido opuesto a la corriente en el otro devanado, esta condicin combinada con el hecho de que las bobinas se encuentran colocadas en campo magntico de dispersin, da como resultado que las bobinas estn sujetas a fuerzas mecnicas de autorrepulsin, siendo de poco valor cuando el transformador tiene corrientes de carga, sin embargo cuando esta en condiciones de corto circuito la corriente solo esta limitada por la impedancia del transformador.



Devanados o Bobinas

En el proceso de fabricacin de los transformadores, se acopla la bobina de alta tensin dentro de la de baja tensin (no necesariamente), con esto se logra que la bobina de alta quede autosoportada por la de baja al actuar sta como un flejeTRANSFORMADORES DE POTENCIA


**Devanados

Para el devanado de baja tensin casi siempre se utiliza conductor slido de seccin rectangular cubierto con varias capas de papel hecho a base de celulosa de algodn segn sea el voltaje de operacin.

El devanado de alta tensin es por lo general conductor slido redondoTRANSFORMADORES DE POTENCIA


"SUBESTACIONES ELCTRICAS DE POTENCIA"Devanados o Bobinas

Se instalan separadores, cuas, tiras y barreras de cartn aislante material similar que aslen fsica y elctricamente las bobinas entre si y con el ncleo.

Adems forman ductos que permiten la libre circulacin del aceite para contribuir a la dispersin del calor y eliminar puntos calientes que pueden deteriorar los aislamientos y a la vez ayuda a reducir el esfuerzo dielctrico.TRANSFORMADORES DE POTENCIA


**TRANSFORMADORES DE POTENCIADevanados o Bobinas

Todo el conjunto se hornea en un ciclo especial de atmsfera y temperatura controlada con el objeto de eliminar al mximo la humedad existente en los aislamientos


*"SUBESTACIONES ELCTRICAS DE POTENCIA"*Devanados

Se dividen en devanados de:

Alta tensin (Primario)Baja tensin (Secundario)

Las bobinas segn la capacidad y tensin del transformador pueden ser

Tipo Rectangular.- para pequeas potencias

Tipo Cilindrico.- para potencias medianas

Tipo Galleta.- para potencias altas TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Bobina Rectangular:

Se instala sobre un ncleo de seccin rectangular

Es la bobina mas barata

Se puede utilizar en transformadores trifsicos con potencias limitadas hasta 5MVA y tensiones de hasta 68KV



**Bobina Cilndrica:

Se forma con una serie de discos, con separaciones de cartn aislante para permitir el flujo de aceite.

Los discos se instalan sobre un tubo de material aislante

Cada disco consta de varias vueltas devanadas en espiral

Se utilizan en transformadores de potencias medianas de hasta 10MVA y !5KVTRANSFORMADORES DE POTENCIA


Bobinas tipo Galleta

El primario y el secundario se devanan en forma de galletas rectangulares, colocando las bobinas primaria y secundaria en forma alternada.

Se utilizan en transformadores de tipo acorazado para altas potencias y altas tensiones (230 o 400KV)TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Cambiador de derivaciones

Permite regular la tensin de la energa que fluye de un transformador.

Puede ser operado en forma automtica o manual.

Se puede instalar en el lado de alta o baja tensin (Es recomendable instalarlos en el lado de alta tensin debido a que disminuye el costo). TRANSFORMADORES DE POTENCIA


Cambiador de derivaciones

Se montan directamente en una posicin accesible.

Debe asegurar siempre un contacto firme y seguro en cada operacin

Se utiliza para efectuar cambios de tensin a voltajes adicionales. TRANSFORMADORES DE POTENCIA


BASTIDOREsta formado de elementos estructurales que rodean al ncleo y las bobinas y soportan los esfuerzos mecnicos y electromecnicos.PARTE PASIVA

Consiste en el tanque donde se aloja la parte activa. El tanque debe ser hermtico, proteger elctrica y mecnicamente el transformador, soportar los enfriadores, bombas de aceite, ventiladores y los accesorios especiales.

La base del tanque debe soportar las maniobras, el tanque y los radiadores deben tener el rea suficiente para disipar las perdidas de energa a temperaturas menores de 55 C.


CLASIFICACION DE ENFRIAMIENTOClase OA, enfriamiento por aire. Circulacin natural.Clase FOA, enfriamiento por aceite forzado.Clase OA/FA/FA, enfriamiento por aceite y enfriamiento por doble aire forzado.Clase OA/FA/FOA, enfriamiento por aceite, aire forzado y aceite forzado.Clase AA, enfriamiento por circulacin natural del aire.Clase AFA, enfriamiento por aire forzado.Clase AA/FA, enfriamiento por circulacin natural del aire y enfriamiento con aire forzado.Clase OW, enfriamiento por agua a travs de un serpentn. Circulacin naturalClase FOW, enfriamiento por circulacion de agua forzada

CLASE OA

CLASE OA/FA

CLASE OA/FA/FA

CLASE OA/FA/FOA

TANQUE CONSERVADORSu funcin es absorber la expansin de aceite debido a cambios de temperatura, por incrementos de carga. En el conservador no debe permanecer el aceite en contacto con el aire, debido a que este tiene humedad y esto lleva a la oxidacin del aceite y a perder sus propiedades dielctricas.


INDICADOR DE TEMPERATURA DEL ACEITETiene como funcin detectar la temperatura del aceite y el sensor se encuentra localizado en la parte donde el aceite se encuentra a la temperatura ms alta.

MONTAJE DEL INDICADOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE

BOQUILLASSon los aisladores que atraviesan el tanque o la tapa del transformador.

TABLEROParte donde se encuentran los controles y protecciones de bombas de aceite, ventiladores, calefaccin del tablero.


VLVULASSe utilizan para el llenado, vaciado, mantenimiento y muestreo del aceite del transformador

Conectores de tierraSon de cobre soldadas al tanque, donde se conecta el transformador a tierra.

Placa de caractersticasLleva los datos como potencia, tensin, % de impedancias, # de serie, diagramas vectoriales y de conexiones, nmero de fases, frecuencia, etc.Re levadores accionados por gasCuando ocurre una falla dentro del tanque de un transformador generalmente se genera gas, generacin que es lenta para una falla incipiente y violenta para fallas fuertes. La mayora de los cortocircuitos que se desarrollan, ya sea por una ruptura debida a los impulsos entre las vueltas adyacentes o como contactos iniciales de punto muy dbiles, se calientan inmediatamente hasta la temperatura del arco.

RELEVADORES BUCHHOLZ

El rel tiene dos formas de deteccin. En caso de una pequea sobrecarga, el gas producido por la descomposicin qumica del aceite se acumula en la parte de arriba del rel y fuerza al nivel de aceite a que baje. Un switch flotante en el rel es usado para disparar una seal de alarma. Este mismo switch tambin opera cuando el nivel de aceite es bajo, como en el caso de una pequea fuga del refrigerante.

En caso de producirse un arco, la acumulacin de gas es repentina, y el aceite fluye rpidamente hacia el conservador. Este flujo de aceite opera sobre el switch adjunto a una veleta ubicada en la trayectoria del aceite en movimiento. Este switch normalmente activa un circuito interruptor automtico que asla el aparato antes de que la falla cause un dao adicional.

UBICACIN DEL RELEVADOR BUCHHOLZ

VLVULA DE SOBREPRESINEste dispositivo tiene como funcin aliviar cualquier sobrepresion que se presente dentro del transformador, para evitar daos o deformaciones permanentes en sus componentes. Juega un papel muy importante en la proteccin de los transformadores y dispositivos a presin que requieren de este tipo de proteccin ya que estos son llenados con lquido aislante y refrigerante y al ocurrir una falla o corto circuito, el arco elctrico vaporiza instantneamente el lquido, produciendo una sbita sobrepresion.

para seleccionar un transformador es necesario conocer las ventajas y desventajas de cada una de las conexiones mas utilizadasCONEXIONES EN LOS TRANSFORMADORES


CONEXIN ESTRELLA-ESTRELLAAislamiento mnimo.Cantidad de cobre mnimo.Circuito econmico para baja carga y alto voltaje.Los dos neutros son accesibles.Alta capacitancia entre espiras, que reduce los esfuerzos dielctricos durante los transitorios debidos a tensin.Neutros inestables si no se conectan a tierra.

ESTRELLA-ESTRELLA CON TERCIARIO EN DELTA.La delta del terciario proporciona un camino cerrado para la tercera armnica de la corriente magnetizante, lo cual elimina los voltajes de la tercera armnica en los devanados principales.El terciario se puede utilizar para alimentar el servicio de estacin, aunque no es muy recomendable por las altas corrientes de corto circuito que se obtienen.Aumenta el tamao y costo del transformador.

CONEXIN DELTA-DELTA (RARAMENTE USADA)SE UTILIZA EN TENSIONES BAJAS Y MEDIASEn caso de que a un banco de transformadores se le dae una fase, se puede operar utilizando la conexin delta abierta o V.Circuito econmico para alta carga y bajo voltaje.Las dos deltas proporcionan un camino cerrado para la tercera armnica de la corriente magnetizante, lo cual elimina los voltajes de tercera armnica.

CONEXIN DELTA-ESTRELLASE ACOSTUMBRA UTILIZAR EN TRANSFORMADORES ELEVADORES DE TENSIN.

Al aterrizarse el neutro del secundario se aislan las corrientes de tierra de secuencia cero.Se eliminan los voltajes de tercera armnica, porque la corriente magnetizante de tercera armnica se queda circulando dentro de la delta del primario.La conexin estrella se usa con aislamiento graduado hasta el valor de la tensin del neutro.

CONEXIN ESTRELLA-DELTASE ACOSTUMBRA UTILIZAR EN TRANSFORMADORES REDUCTORES DE TENSIN.

No se puede conectar a tierra el lado secundario.Se eliminan los voltajes de tercera armnica porque la corriente magnetizante de tercera armnica se queda circulando dentro de la delta del secundario.

CONEXIN T-T (RARAMENTE USADA)Solo se utiliza en casos especiales en que se alimenten cargas tri, bi y monofsicas juntas.

Comportamiento semejante a la conexin estrella-estrella.Tiene ambos neutros disponibles.Los voltajes y las corrientes de tercera armnica pueden ocasionar problemas.Se necesitan dos transformadores monofsicos para la conexin.La capacidad debe ser 15 % mayor que la carga por alimentar.

CONEXIN ZIG-ZAG Se utiliza en transformadores de tierra conectados a bancos con conexin delta, para tener en forma artificial una corriente de tierra que energice las protecciones de tierra correspondientes.

CONEXIN AUTOTRANSFORMADOR Se utilizan cuando la relacin de transformacin es menor de dos. Son ms baratos que los transformadores equivalentes.

Menor tamao, peso y costo.Como la impedancia entre el primario y secundario es menor que en un transformador, se presenta una posibilidad mayor de fallas. Debido a que solo existe una bobina, el devanado de baja tensin tambin debe soportar las sobretensiones que recibe el devanado de alta tensin.Las conexiones en el primario y secundario deben ser siempre iguales o sea estrella-estrella o delta-delta; estas ltimas no son usuales.

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