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Transformador Transformador

Pequeño transformador eléctrico

Tipo

Pasivo

Principio de funcionamiento

Inducción electromagnética

Fecha de invención

Zipernowsky, Bláthy y Deri (1884)

Primera producción En 1886 Símbolo electrónico

Configuración

Dos terminales para el bobinado primario y dos para el bobinado secundario o tres si tiene tap o toma central

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Índice [ocultar] • 1 Funcionamiento • 2 Relación de Transformación • 3 Principio de funcionamiento


• • o o o • o      o o • o                 o       • • •

4 Corriente de inrush 5 Historia 5.1 Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción 5.2 El nacimiento del primer transformador 5.3 Otra información de interés 6 Transformador trifásico 6.1 Partes 6.1.1 El núcleo 6.1.2 Bobinas 6.1.3 Cambiador de taps 6.1.4 Relé de sobrepresión 6.1.5 Tablero de control 6.2 Configuraciones 6.3 Clases de ventilación 7 Tipos de transformadores 7.1 Según sus aplicaciones 7.1.1 Transformador elevador/reductor de tensión 7.1.2 Transformadores variables 7.1.3 Transformador de aislamiento 7.1.4 Transformador de alimentación 7.1.5 Transformador trifásico 7.1.6 Transformador de pulsos 7.1.7 Transformador de línea o Flyback 7.1.8 Transformador diferencial de variación lineal 7.1.9 Transformador con diodo dividido 7.1.10 Transformador de impedancia 7.1.11 Estabilizador de tensión 7.1.12 Transformador híbrido o bobina híbrida 7.1.13 Balun 7.1.14 Transformador electrónico 7.1.15 Transformador de frecuencia variable 7.1.16 Transformadores de medida 7.2 Según su construcción 7.2.1 Autotransformador 7.2.2 Transformador con núcleo toroidal o envolvente 7.2.3 Transformador de grano orientado 7.2.4 Bobina de núcleo de aire 7.2.5 Transformador de núcleo envolvente 7.2.6 Transformador piezoeléctrico 8 Véase también 9 Referencias 10 Enlaces externos

Funcionamiento[editar]


Representación esquemática del transformador.

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

Relación de Transformación[editar] Artículo principal: Diseño de transformadores

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. La relación 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 número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión 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 energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores. Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llamarelación de vueltas del transformador o relación de transformación. Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:


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 primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

Principio de funcionamiento[editar]

Transformador monofásico ideal.

El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teoría del electromagnetismo resumida en las ecuaciones de Maxwell

Corriente de inrush[editar] La corriente de inrush o corriente transitoria de magnetización 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

Historia[editar]

Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.


Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción[editar] El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético. La primera "bobina de inducción" fue inventada por el sacerdote Nicholas Joseph Callan en la Universidad de Maynooth en Irlanda en 1836. Callan fue uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la tensión eléctrica. Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores tensiones en las baterías. En lugar de corriente alterna (CA), su acción se basó en un "do&break" mecanismo vibrador que regularmente interrumpía el flujo de la corriente directa (DC) de las baterías. Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción, en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de las Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces. En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas de inducción en el cual el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias lámparas de arco, de su propio diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La patente alegó que el sistema podría, “proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”. En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría. En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecía un sistema que constaba de dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios. En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendieron la idea a la compañía estadounidense Westinghouse Electric. También este sistema fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adoptado para el sistema de alumbrado eléctrico.

El nacimiento del primer transformador[editar] Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y Miksa Déri, de la compañía Ganz, de ese país, crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores:

donde Vs es la tensión en el secundario y Ns es el número de espiras en el secundario; Vp y Np se corresponden al primario. Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra transformador, que había sido acuñada por Bláthy Ottó. En 1885, George Westinghouse compró las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. Él le encomendó a William Stanleyla construcción de un transformador de tipo ZBD para uso comercial. Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente en 1886.

Otra información de interés[editar]


Transformador de tres fases.

El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América. En ese mismo año, la electricidad se transmitió a 2.000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeña aplicación inicial, la industria eléctrica en el mundo ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de unruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con muchas más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus extremos. También da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford T, que poseía una por cada bujía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.

Transformador trifásico[editar] Existen muchos tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifásico tiene una importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, así como también en transmisión por líneas de transmisión y en distribución en donde se transporta la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercio e industria. Todos los transformadores desde la generadora hasta la entrada de nuestros hogares o industrias son transformadores trifásicos. Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un voltaje V debe haber una variación del flujo. V = N dΦ/dt donde N es el número de espiras del lado de alta o baja tensión del transformador. El término dΦ/dt es una derivada del flujo, o en términos simples la variación del flujo magnético. Faraday demostró en el siglo XIX que si se acerca un imán a una bobina moviendo el imán o la bobina se induce 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 imán permanente de neodimio fijo o estático sujeto a una bobina también fija, supuestamente al conectar una pequeña ampolleta esta daría luz. Esto es claramente un engaño pues no es posible generar corriente con un flujo magnético


constante, de hecho el voltaje es 0 en esta situación. El autor sin embargo ocupa otra bobina debajo de la mesa oculta a la cámara, creando un transformador sencillo monofásico (formado por dos bobinas, una oculta y otra visible) en el cual en la primera bobina oculta induce una corriente sinusoidal la cual genera un flujo variable que induce una corriente y enciende la bombilla.

Partes[editar] El núcleo[editar] El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La configuración por laminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre laminas, indeseadas pues favorecen las perdidas. Bobinas[editar] Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual para todas las fases. Cambiador de taps[editar] El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la razón de transformación en un transformador, típicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más o menos el 5%. Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema. Relé de sobrepresión[editar] Es un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el relé de presión súbita para presiones transitorias y el relé de sobrepresión para presiones más permanentes. Tablero de control[editar] Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, señales de control de válvulas de sobrepresión hacia dispositivos de protección.

Configuraciones[editar] Las bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o T. Se pueden hacer transformadores trifásicos de tres formas distintas: 1. Conectando tres transformadores monofásicos 2. Núcleo tipo acorazado 3. Transformador tipo núcleo.

Clases de ventilación[editar] Hay diferentes tipos de ventilación en un transformador. La ventilación puede ser por: • Convección natural (N). • Ventilación forzada (F). El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos: • Aceite (O del inglés Oil). • Agua (W, del inglés Water).


Gas (G). La nomenclatura que designa la ventilación es del tipo XXYY, donde XX indica el tipo de ventilación, y el YY el refrigerante usado. Según esto existen: • ONAN • ONAF • ONWF • OFAF

Tipos de transformadores[editar] Según sus aplicaciones[editar] Transformador elevador/reductor de tensión[editar]

Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle

Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. Este es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y computación. Transformadores variables[editar] También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores. Transformador de aislamiento[editar] Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes. Transformador de alimentación[editar] Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.


Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Transformador Flyback moderno.

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador trifásico[editar] Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre


ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. 1. Delta estrella: Se usa especialmente en distribución (baja tensión) con delta en alta y estrella en baja con neutro accesible. Esto permite que la onda sinusoidal de tercera armónica se mantenga circulando por la delta, pero no se transmita a las estrella. Transformador de pulsos[editar] Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia. Transformador de línea o Flyback[editar] Artículo principal: Transformador Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transformador diferencial de variación lineal[editar] Artículo principal: Transformador diferencial de variación lineal El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo. Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos. Transformador con diodo dividido[editar] Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. Transformador de impedancia[editar] Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Estabilizador de tensión[editar] Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.


Transformador híbrido o bobina híbrida[editar] Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. Balun[editar] Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Transformador electrónico[editar] Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. Transformador de frecuencia variable[editar] Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control. Transformadores de medida[editar] Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

Según su construcción[editar]

Pequeño transformador con núcleo toroidal.


Cómo caracterizar un núcleo toroidal.

Transformador de grano orientado.

Autotransformador[editar] Artículo principal: Autotransformador El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Transformador con núcleo toroidal o envolvente[editar] El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. Transformador de grano orientado[editar] El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Bobina de núcleo de aire[editar] En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia. Transformador de núcleo envolvente[editar] Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión. Transformador piezoeléctrico[editar] Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristalpiezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de led y TFT usados en computación y en televisión.


Transformador Transformador

Pequeño transformador eléctrico

Tipo

Pasivo

Principio de funcionamiento

Inducción electromagnética

Fecha de invención

Zipernowsky, Bláthy y Deri (1884)

Primera producción En 1886 Símbolo electrónico

Configuración

Dos terminales para el bobinado primario y dos para el bobinado secundario o tres si tiene tap o toma central

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Índice


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[ocultar] 1 Funcionamiento 2 Relación de Transformación 3 Principio de funcionamiento 4 Corriente de inrush 5 Historia 5.1 Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción 5.2 El nacimiento del primer transformador 5.3 Otra información de interés 6 Transformador trifásico 6.1 Partes 6.1.1 El núcleo 6.1.2 Bobinas 6.1.3 Cambiador de taps 6.1.4 Relé de sobrepresión 6.1.5 Tablero de control 6.2 Configuraciones 6.3 Clases de ventilación 7 Tipos de transformadores 7.1 Según sus aplicaciones 7.1.1 Transformador elevador/reductor de tensión 7.1.2 Transformadores variables 7.1.3 Transformador de aislamiento 7.1.4 Transformador de alimentación 7.1.5 Transformador trifásico 7.1.6 Transformador de pulsos 7.1.7 Transformador de línea o Flyback 7.1.8 Transformador diferencial de variación lineal 7.1.9 Transformador con diodo dividido 7.1.10 Transformador de impedancia 7.1.11 Estabilizador de tensión 7.1.12 Transformador híbrido o bobina híbrida 7.1.13 Balun 7.1.14 Transformador electrónico 7.1.15 Transformador de frecuencia variable 7.1.16 Transformadores de medida 7.2 Según su construcción 7.2.1 Autotransformador 7.2.2 Transformador con núcleo toroidal o envolvente 7.2.3 Transformador de grano orientado 7.2.4 Bobina de núcleo de aire 7.2.5 Transformador de núcleo envolvente 7.2.6 Transformador piezoeléctrico 8 Véase también 9 Referencias 10 Enlaces externos

Funcionamiento[editar]


Representación esquemática del transformador.

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

Relación de Transformación[editar] Artículo principal: Diseño de transformadores

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. La relación 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 número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión 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 energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores. Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llamarelación de vueltas del transformador o relación de transformación. Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:

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 primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

Principio de funcionamiento[editar]

Transformador monofásico ideal.

El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teoría del electromagnetismo resumida en las ecuaciones de Maxwell

Corriente de inrush[editar] La corriente de inrush o corriente transitoria de magnetización 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

Historia[editar]


Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.

Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción[editar] El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético. La primera "bobina de inducción" fue inventada por el sacerdote Nicholas Joseph Callan en la Universidad de Maynooth en Irlanda en 1836. Callan fue uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la tensión eléctrica. Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores tensiones en las baterías. En lugar de corriente alterna (CA), su acción se basó en un "do&break" mecanismo vibrador que regularmente interrumpía el flujo de la corriente directa (DC) de las baterías. Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción, en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de las Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces. En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas de inducción en el cual el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias lámparas de arco, de su propio diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La patente alegó que el sistema podría, “proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”.


En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría. En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecía un sistema que constaba de dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios. En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendieron la idea a la compañía estadounidense Westinghouse Electric. También este sistema fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adoptado para el sistema de alumbrado eléctrico.

El nacimiento del primer transformador[editar] Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y Miksa Déri, de la compañía Ganz, de ese país, crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores:

donde Vs es la tensión en el secundario y Ns es el número de espiras en el secundario; Vp y Np se corresponden al primario. Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra transformador, que había sido acuñada por Bláthy Ottó. En 1885, George Westinghouse compró las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. Él le encomendó a William Stanleyla construcción de un transformador de tipo ZBD para uso comercial. Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente en 1886.

Otra información de interés[editar]

Transformador de tres fases.

El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América. En ese mismo año, la electricidad se transmitió a 2.000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeña aplicación inicial, la industria eléctrica en el mundo ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una


bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de unruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con muchas más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus extremos. También da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford T, que poseía una por cada bujía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.

Transformador trifásico[editar] Existen muchos tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifásico tiene una importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, así como también en transmisión por líneas de transmisión y en distribución en donde se transporta la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercio e industria. Todos los transformadores desde la generadora hasta la entrada de nuestros hogares o industrias son transformadores trifásicos. Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un voltaje V debe haber una variación del flujo. V = N dΦ/dt donde N es el número de espiras del lado de alta o baja tensión del transformador. El término dΦ/dt es una derivada del flujo, o en términos simples la variación del flujo magnético. Faraday demostró en el siglo XIX que si se acerca un imán a una bobina moviendo el imán o la bobina se induce 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 imán permanente de neodimio fijo o estático sujeto a una bobina también fija, supuestamente al conectar una pequeña ampolleta esta daría luz. Esto es claramente un engaño pues no es posible generar corriente con un flujo magnético constante, de hecho el voltaje es 0 en esta situación. El autor sin embargo ocupa otra bobina debajo de la mesa oculta a la cámara, creando un transformador sencillo monofásico (formado por dos bobinas, una oculta y otra visible) en el cual en la primera bobina oculta induce una corriente sinusoidal la cual genera un flujo variable que induce una corriente y enciende la bombilla.

Partes[editar] El núcleo[editar] El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La configuración por laminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre laminas, indeseadas pues favorecen las perdidas. Bobinas[editar] Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual para todas las fases.


Cambiador de taps[editar] El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la razón de transformación en un transformador, típicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más o menos el 5%. Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema. Relé de sobrepresión[editar] Es un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el relé de presión súbita para presiones transitorias y el relé de sobrepresión para presiones más permanentes. Tablero de control[editar] Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, señales de control de válvulas de sobrepresión hacia dispositivos de protección.

Configuraciones[editar] Las bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o T. Se pueden hacer transformadores trifásicos de tres formas distintas: 1. Conectando tres transformadores monofásicos 2. Núcleo tipo acorazado 3. Transformador tipo núcleo.

Clases de ventilación[editar] Hay diferentes tipos de ventilación en un transformador. La ventilación puede ser por: • Convección natural (N). • Ventilación forzada (F). El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos: • Aceite (O del inglés Oil). • Agua (W, del inglés Water). • Gas (G). La nomenclatura que designa la ventilación es del tipo XXYY, donde XX indica el tipo de ventilación, y el YY el refrigerante usado. Según esto existen: • ONAN • ONAF • ONWF • OFAF

Tipos de transformadores[editar] Según sus aplicaciones[editar] Transformador elevador/reductor de tensión[editar]

Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle


Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. Este es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y computación. Transformadores variables[editar] También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores. Transformador de aislamiento[editar] Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes. Transformador de alimentación[editar] Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángul o.


Transformador Flyback moderno.

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador trifásico[editar] Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. 1. Delta estrella: Se usa especialmente en distribución (baja tensión) con delta en alta y estrella en baja con neutro accesible. Esto permite que la onda sinusoidal de tercera armónica se mantenga circulando por la delta, pero no se transmita a las estrella. Transformador de pulsos[editar] Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia.


Transformador de línea o Flyback[editar] Artículo principal: Transformador Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transformador diferencial de variación lineal[editar] Artículo principal: Transformador diferencial de variación lineal El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo. Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos. Transformador con diodo dividido[editar] Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. Transformador de impedancia[editar] Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Estabilizador de tensión[editar] Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética. Transformador híbrido o bobina híbrida[editar] Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. Balun[editar] Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Transformador electrónico[editar]


Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. Transformador de frecuencia variable[editar] Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control. Transformadores de medida[editar] Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

Según su construcción[editar]

Pequeño transformador con núcleo toroidal.

Cómo caracterizar un núcleo toroidal.


Transformador de grano orientado.

Autotransformador[editar] Artículo principal: Autotransformador El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Transformador con núcleo toroidal o envolvente[editar] El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. Transformador de grano orientado[editar] El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Bobina de núcleo de aire[editar] En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia. Transformador de núcleo envolvente[editar] Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión. Transformador piezoeléctrico[editar] Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristalpiezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de led y TFT usados en computación y en televisión.


Componentes[editar] Los sistemas de protección de un sistema de potencia se componen generalmente de los siguientes elementos: • Elementos de medición; que permiten saber en qué estado está el sistema. En esta categoría se clasifican lostransformadores de corriente y los transformadores de voltaje. Estos equipos son una interfaz entre el sistema de potencia y los relés de protección. Reducen la señales de intensidad de corriente y tensión, respectivamente, a valores adecuados que pueden se conectados a las entradas de los relés de protección. • Los relés de protección ó relevadores; que ordenan disparos automáticos en caso de falla. Son la parte principal del sistema de protección. Contienen la lógica que deben seguir los interruptores. Se comunican con el sistema de potencia por medio de los elementos de medida y ordenan operar a dispositivos tales como interruptores, reconectadores u otros. • Los interruptores; que hacen la conexión o desconexión de las redes eléctricas. Son gobernados por los relés y operan directamente el sistema de potencia. • Sistema de alimentación del sistema de protecciones. Se acostumbra alimentar, tanto interruptores como relés con un sistema de alimentación de energía eléctrica independiente del sistema protegido con el fin de garantizar autonomía en la operación. De esta forma los relés e interruptores puedan efectuar su trabajo sin interferir. Es común que estos sistemas sean de tensión continua y estén alimentados por baterías o pilas. • Sistema de comunicaciones. Es el que permite conocer el estado de interruptores y relés con el fin de poder realizar operaciones y analizar el estado del sistema eléctrico de potencia. Existen varios sistemas de comunicación. Algunos de estos son: • • Nivel 0. Sistema de comunicaciones para operación y control en sitio. • Nivel 1. Sistema de comunicaciones para operación y control en cercanías del sitio. • Nivel 2. Sistema de comunicaciones para operación y control desde el centro de control local. • Nivel 3. Sistema de comunicaciones para operación y control desde centros de control nacional.

Esquemas de protección con relés[editar] Los diseños y prestaciones específicas varían mucho con los requerimientos de aplicación, con las diferencias de construcción así como con el ciclo de vida del diseño en particular. Originalmente, todos los relevadores de protección fueron del tipo electromagnético y electromecánico, los que siguen estando en gran uso, pero los diseños de estado sólido están proliferando.

Características de los sistemas de protección por relés[editar] Fiabilidad[editar] Es el grado de certeza con el que el relé de protección actuará, para un estado pre diseñado. Es decir, un relé tendrá un grado de fiabilidad óptima, cuando éste actúe en el momento en que se requiere, desde el diseño.

Seguridad[editar] La seguridad, se refiere al grado de certeza en el cual un relé no actuará para casos en los cuales no tiene que actuar. Por lo que un dispositivo que no actúe cuando no es necesario,


tiene un grado de seguridad mayor que otros que actúan de forma inesperada, cuando son otras protecciones las que deben actuar.

Selectividad[editar] Este aspecto es importante en el diseño de un SP, ya que indica la secuencia en que los relés actuarán, de manera que si falla un elemento, sea la protección de este elemento la que actúe y no la protección de otros elementos. Asimismo, si no actúa esta protección, deberá actuar la protección de mayor capacidad interruptiva, en forma jerárquica, precedente a la protección que no actuó. Esto significa que la protección que espera un tiempo y actúa, se conoce como dispositivo de protección de respaldo.

Velocidad[editar] Se refiere al tiempo en que el relé tarda en completar el ciclo de detección-acción. Muchos dispositivos detectan instantáneamente la falla, pero tardan fracciones de segundo en enviar la señal de disparo al interruptor correspondiente. Por eso es muy importante la selección adecuada de una protección que no sobrepase el tiempo que tarda en dañarse el elemento a proteger de las posibles fallas.

Simplicidad[editar] Economía[editar] Cuando se diseña un SP lo primero que se debe tener en cuenta es el costo de los elementos a proteger. Mientras más elevado sea el costo de los elementos y la configuración de la interconexión de estos sea más compleja, el costo de los SP será de mayor magnitud. A veces el costo de un SP no es el punto a discutir, sino la importancia de la sección del SEP que debe proteger, lo recomendable es siempre analizar múltiples opciones para determinar cuál de ellas es la que satisface los requerimientos de protección al menor costo.

Protección de equipos eléctricos[editar] Protección de generadores[editar] Un generador eléctrico es una máquina rotatoria que gira gracias a la energía mecánica aplicada a su eje o flecha. La energía mecánica aplicada a este eje debe poseer la fuerza o torque adecuado para lograr un giro adecuado en el generador lo que se convertirá finalmente en energía eléctrica a través del fenómeno de inducción, donde luego se destinará esa energía a los centros de consum

Protecciones de motores[editar] El motor eléctrico es una máquina rotatoria, destinada al uso de la energía eléctrica para obtener energía mecánica, proceso opuesto al del generador. Los motores son la principal fuerza de trabajo industrial en el mundo, ya que no emiten residuos contaminantes al aire, su adaptabilidad es mucho mayor que la de los motores de combustión interna, y su control va de lo más simple a lo más complejo. En un sistema de potencia, su uso es, principalmente para el bombeo de líquidos y vapores en el sistema de alimetación de las calderas, donde las plantas generadoras lo requieran. De aquí radica la importancia de su adecuada protección, ya que si éstas máquinas fallan, seguramente lo hará el sistema de potencia en general, debido a un fenómeno llamado 'avalancha de frecuencia', creado por la baja de velocidad en los generadores, que a su vez dependen de la cantidad y de la intensidad de losflujos

Protecciones de transformadores[editar] Se dice que el transformador es el alma de un sistema de potencia, ya que es éste el que se encuentra en cada uno de los puntos donde las tensiones cambian de valor. Siempre


están dispuestos en una subestación, ya sea de interconexión, elevación, o reducción. El tipo de protección más comúnmente utilizado es la diferencial de corriente. Se basa en la aplicación de la ley de Kirchoff, según la cual el sumatorio de las corrientes entrantes y salientes debe ser igual a cero. En nuestro caso el relé de protección es alimentado por los transformadores de corriente instalados en los devanados principales (ya sean estos dos, tres o incluso más). Para eliminar posibles errores en la medición tanto de fase como de ángulo se le aplica un frenado a la protección. Este frenado se basa en la corriente a frecuencia fundamental, pero también en los armónicos segundo y quinto, para de ese modo evitar transitorios durante la excitación del transformador que se protege.

Protecciones de lineas de transmisión[editar] La Línea de Transmisión (LT) es el elemento del sistema eléctrico de potencia destinado a transportar la energía, desde su generación hasta el punto de distribución para su consumo, por lo que se considera como el elemento más importante en el suministro de energía eléctrica. Y forma parte de la Red de transporte de energía eléctrica. El esquema de protección de una LT está formado por una protección primaria y protecciones de respaldo, siendo la primaria de alta velocidad y las de respaldo con acción retardada. El objeto de la característica de alta velocidad de la protección primaria es debido a que ésta debe actuar en la menor cantidad de tiempo posible tratando de aislar la falla del sistema, las de respaldo son de acción retardada, ya que tienen que esperar a que la protección primaria actúe, si no es así lo harán éstas otras. Esto no significa que las de respaldo solo actuarán en caso de que la primaria no actúe. La gran desventaja es que la protección de respaldo aisla una sección de mayor dimensión que la primaria. Existen varios factores que afectan el diseño y operación de un SP en Líneas de Transmisión, los cuales son: configuración de la red y niveles de tensión, entre otros. Los esquemas de protección que se pueden utilizar en una LT, son: Protección contra sobre corriente (PSC), Protección de distancia (PD), Protección de hilo piloto (PHP), y la protección híbrida (PH). Las protecciones que se aplican a las líneas de transmisión se dividen en dos grupos principales, el de protecciones primarias y el de protecciones de respaldo como se describen a continuación: 1. Primaria (a) Diferencial con hilo piloto (b) Comparación de fase con onda portadora (carrier), o hilo piloto con tonos de audio (c) Comparación direccional con relevadores de distancia y onda portadora, o hilo piloto con tonos de audio 2. Respaldo (a) Distancia (b) Sobre corriente direccional de fases y tierra

Protecciones de barrajes[editar] Los barrajes o barras de colección son un conjunto de elementos mecánicos (estructuras metálicas), destinados a la estabilidad mecánica de los centros de interconexión de los demás elementos eléctricos que comprenden el sistema de potencia. 2. Tipos de transformadores. Tipo convencional de poste: Los transformadores de este tipo (fig. 1) constan de núcleo y bobinas montados, de manera segura, en un tanque cargado con aceite; llevan hacia fuera las terminales necesarias que pasan a través de bujes apropiados.


fig. 1 Los bujes de alto voltaje pueden ser dos, pero lo más común es usar un solo buje además de una terminal de tierra en la pared del tanque conectada al extremo de tierra del devanado de alto voltaje para usarse en circuitos de varias tierras. El tipo convencional incluye solo la estructura básica del transformador sin equipo de protección alguna. La protección deseada por sobre voltaje, sobrecarga y cortocircuito se obtiene usando apartarrayos e interrupciones primarias de fusibles montados separadamente en el poste o en la cruceta muy cerca del transformador. La interrupción primaria del fusible proporciona un medio para detectar a simple vista los fusibles quemados en el sistema primario, y sirve también para sacar el transformador de la línea de alto voltaje, ya sea manual, cuando así se desee, o automáticamente en el caso de falla interna de las bobinas. Transformador autoprotegido: el transformador autoprotegido (fig.2) tiene un cortocircuito secundario de protección por sobrecarga y cortocircuito, controlado térmicamente y montado en su interior; un eslabón protector de montaje interno conectado en serie con el devanado de alto voltaje para desconectar el transformador de la línea en caso de falla interna de las bobinas, y uno o más apartarrayos montados en forma integral en el exterior del tanque para protección por sobrevoltaje. En caso todos estos transformadores, excepto algunos con capacidad de 5KVA, el cortocircuito opera una lámpara de señal cuando se llega a una temperatura de devanado predeterminada, a manera de advertencia antes del disparo. Si no se atiende la señal y el cortocircuito dispara, puede restablecerse este y restaurarse la, carga por medio de una asa externa . Es común que esto se logre con el ajuste normal del cortocircuito, pero si la carga se a sostenido por un tiempo prolongado tal que haya permitido al aceite alcanzar una temperatura elevada, el cortacircuito podrá dispararse de nuevo en breve o podrá ser imposible restablecerlo par que permanezca cerrado. En tales casos, puede ajustarse la temperatura de disparo por medio de una asa externa auxiliar de control para que pueda volverse a cerrar el cortocircuito por la emergencia hasta que pueda instalarse un transformador más grande.


fig. 2 Transformador autoprotegido trifรกsicos. Estos transformadores son similares a las unidades monofรกsicas, con la excepciรณn de que emplea un cortocircuito de tres polos. El cortacircuito estรก dispuesto de manera que abra los tres polos en caso de una sobrecarga seria o de falla en alguna de las fases. (fig 3)


fig. 3 Transformador autoprotegido para bancos de secundarios. Esta en otra variante en la que se proporcionan los transformadores con los dos cortacircuitos secundarios paras seccionar los circuitos de bajo voltaje, confinar la salida de operación únicamente a la sección averiada o sobrecargada y dejar toda la capacidad del transformador disponible para alimentar las secciones restantes. Estos también se hacen para unidades monofásicas y trifásicas. Transformadores de distribución del "tipo estación": estos transformadores tienen, por lo general, capacidad para 250,333 ó 500KVA. En la figura 4 se ilustra un transformador de distribución del tipo de poste/estación. Para la distribución a redes de bajo voltaje de c.a. en áreas de alta densidad de carga, hay transformadores de red disponibles en capacidades aún mayores.


fig. 4

3. Instalación de los transformadores en los postes. Los transformadores se instalan en los postes en la forma siguiente: los de 100KVA y menores se sujetan directamente con pernos al poste y los de tamaño de 167 a 500KVA tienen zapatas de soporte sujetas al transformador diseñadas para atornillarse a placas adaptadoras para su montaje directo en los postes o para colgarse de crucetas por medio de suspensores de acero que están sujetos con firmeza al propio transformador. Los bancos de tres transformadores monofásicos se cuelgan juntos de fuertes brazos dobles, por lo común ubicados en una posición baja en el poste o bien, de un soporte "agrupador" que los espacia entorno al poste. Tres o más transformadores de 167KVA y mayores se instalan en una plataforma soportada por dos juegos de postes que se encuentran separados por una distancia de 10 a 15 pies.. A menudo la estructura de la plataforma de los transformadores se coloca sobre las propiedades de los consumidores, para reducir la distancia que deben recorrer los circuitos secundarios y evitar la congestión de postes en la vía pública. Transformadores para sistemas de distribución subterráneos. Como están instalando más circuitos de distribución subterráneo, se han desarrollado transformadores especiales para dichos sistemas. El tipo de uso más extendido es el transformador montado en base, así llamado por estar diseñado para instalarse sobre la superficie de una loza de concreto o sobre una base. En la fig.5 se muestra un transformador típico. Las diferencias esenciales respecto a los transformadores del tipo de poste de las figuras 1 y 2 se tienen únicamente en la disposición mecánicas.

fig.5 1.- Una caja rectangular dividida en dos compartimientos. 2._Un compartimiento que contiene el conjunto convencional de núcleo-bobinas. 3.-Un segundo compartimiento para terminaciones y conexiones de los cables. Los conductores de cable primario están conectados por medio de conectores de enchufe para la conexión y desconexión de la carga. Los conductores del secundario van, por lo general, atornillados a terminales de buje. 4.-Tienen fusibles de varias clases que van en un portafusibles colocado en un pozo que está al lado del


tanque, de manera que pueda secarse del mismo. Otro arreglo de transformador está diseñado para funcionar en un bóveda subterránea (fig 5 y 6).

Este se parece más a un transformador del tipo de poste, pero normalmente se fabrica con un tanque de acero resistente a la corrosión, conectores de enchufe en el primario y una elevación de la temperatura


en aire libre de solo 55˚C y dejar margen para la temperatura ambiente más alta que pueda realmente existir dentro de una bóveda. Otros tipos de instalaciones de transformadores. Los transformadores se instalan en bóveda debajo de las calles, en cajas de registro en plataformas al nivel del suelo, debajo de la superficie del piso, dentro de edificios o se entierran directamente cuando se emplea la construcción subterránea. Cuando se instalan dentro de edificios, en donde la posibilidad de que queden sumergidos en agua es remota, se usan transformadores y cortacircuitos del tipo aéreo o para interiores. La s bóvedas para transformadores dentro de un edificio se construyen a prueba de incendio, excepto cuando esos transformadores son del tipo seco o están llenos con líquido no inflamable. Transformadores sobre base de concreto Básicamente, es transformador de distribución, con la diferencia que va encerrado en un gabinete y montado sobre una base de concreto con facilidad para la entrada y la salida de conductores. Este tipo de instalaciones ha variado en el tamaño del gabinete, es decir, los fabricantes en competencia han reducido el volumen de los transformadores con el propósito de hacerlo más atractivo a la vista. Un transformador para instalaciones subterráneas residenciales se diferencia de uno aéreo, entre otras cosas, en que el equipo de protección y los desconectores forman parte integral del conjunto de transformadores y equipos. Es decir los fusibles y desconectores de entrada y salida son parte del transformador, esto cumple tanto en los pad mounted como los sumergibles. Los transformadores pad mounted presentan sus partes de alto voltaje accesible al operador, pero existen unidades con las partes de alto voltaje blindadas y con conexión a tierra. La protección eléctrica de estos transformadores consisten en pararrayos y fusibles. Un aditamento muy importante son los indicadores de fallas. Hay varios tipos pero su principal operación es el mismo. Actúan cuando circula por el cable en el cual están instalados una corriente superior a su ajuste. Esta corriente, bastante grande, solo es posible que se produzca bajo condiciones de cortocircuito en el cable primario. La indicación puede consistir en el encendido de una señal luminosa que indica que ha habido un cortocircuito. Instalaciones. Debido al rápido crecimiento de las instalaciones subterráneas, es lógico que deben estudiar y evaluar métodos apropiados para servir este tipo de cargas, con el fin de determinar el o los métodos más económicos, desde el punto de vista tanto del consumidor como de la empresa. Como resultado de estas investigaciones realizadas en los últimos años en EE.UU., se ha concluido que las instalaciones más económicas para servir cargas trifásicas por medio de sistemas subterráneos de distribución son: 1.- Sistemas completamente subterráneos : Se utilizan transformadores comerciales para instalaciones subterráneas en una tanquilla poco profunda, de bajo costo, y de concreto prevaciado, y un transformador(monofásico o trifásico)en túneles, con interruptores y fusibles en tanquillas similares. 2.- Sistemas parcialmente subterráneos: En este tipo de instalaciones los transformadores montado en la superficie o una base de concreto, los fusibles e interruptores subterráneos o montados con el transformador. 3.-Descripción de varios métodos alternativos: A continuación describiremos cuatro(4) métodos de servicio considerados como posibles alternativas para servir cargas trifásicas subterráneas y estas son: El primer sistema recomendado es una instalación completamente subterránea que utiliza transformadores comerciales subterráneos(TCS). El TCS es un banco de transformadores monofásicos con seccionadores y fusibles limitadores de corriente externamente reemplazables, todo esto en el mismo sótano. Los seccionadores y fusibles estarán instalados en las paredes del sótano y muy cerca de la puerta de acceso. Esto se hace con el fin de que el operador pueda realizar las operaciones del switcheo, operaciones de desconexión de terminales y reemplazó de fusibles limitadores de corriente sin penetrar al sótano. Los TCS son fabricados para ser usados en sótanos pequeños y permite una económica instalación. Hasta ahora lo TCS no son fabricados para capacidades mayores de 1000KVA y tensiones de 12 a 16 kilovoltios debido a las limitaciones que imponen los fusibles limitadores de corriente. La segunda instalación a considerar es básicamente la misma que la anterior, excepto que aquí se usa un transformador trifásico en vez de un banco de tres transformadores monofásicos. El gabinete para los interruptores en aceite los fusibles limitadores de corriente es similar al caso anterior. Este tipo de instalación en comparación con la primera se reduce en los costos del transformador trifásico ya que es mas pequeño y requiere menos espacio. El tercer tipo de instalaciones a considerar utiliza un interruptor de 200 amperios, trifásicos, e instalado subterráneamente y un transformador montado en la superficie sobre una base de concreto, además de fusibles limitadores de corriente montados en un gabinete e instalado de forma similar al transformador. El interruptor es completamente subterráneo y debe ser instalado en una tanquilla adyacente a la base de concreto del transformador. El transformador llevara fusibles limitadores de corriente en el compartimiento primario. Debido a las limitaciones existentes para los fusibles limitadores de corriente, este tipo de instalaciones no pueden usarse para capacidades mayores de 1000KVA. La última instalación a considerar es la de transformadores trifásicos montados sobre la superficie sobre


una base de concreto y un gabinete de metal donde se instalan los fusibles interruptores de corriente. Esta instalación es la más preferida debido a su bajo costo, poco mantenimiento y su seguridad de personal y estética. Los fusibles de interrupción son de 400 amperios y son usados para cargas superiores a los 500KVA. La base de concreto para una ins6talación simple( un interruptor con fusible y un transformador) es de 12 ´x15´x6" de concreto reforzado. La experiencia ha llevado a las compañías de servicio eléctrico a adoptar el montaje sobre la rasante del terreno, no existiendo en este tipo de montaje problemas de diseño, además, fácil operación y bajo costo. Sin embargo, este diseño no es recomendable desde el punto de vista estético o donde exista poco espacio para los equipos. Finalmente podemos citar algunas ventajas de los transformadores comerciales (TCS) frente los montajes en túneles, a saber: A.- Se requieren tanquillas de menor dimensión. B.- Unidades más compactas. C.- Bajo mantenimiento. D.- Rápida instalación. E.- Mayor seguridad. Según normas CADAFE los transformadores de distribución monofásicos tipo pedestal debe cumplir las siguientes normas: .-Los transformadores con capacidad nominal contínuas en KVA, basadas en una elevación máxima de 65˚C promedio en los devanados, plena carga:15,25 y 50KVA. .-Clase de aislamiento de 15KVA. .-Impedancia no mayor del 3%. .-Polaridad Aditiva. .-Derivaciones: ±2.5% y ±5% del voltaje nominal primario. .-Los fusibles deberán estar coordinados entre si para brindar el rango completo de protección. El fusible limitador operará solo en caso de fallas internas en el transformador. .-La cubierta de los transformadores tipo pedestal está integrada por un módulo donde se encuentra el tanque del transformador y el otro módulo donde de encuentran las conexiones, los cuales formarán un conjunto integrado. .-La unidad no presentará bordes, salientes ni aristas agudas o cortantes. No tendrá tuercas ni elementos de fijación que sean removibles externamente. .-Será construida a prueba de intrusos. .-El fabricante deberá presentar certificados de pruebas de la menos del 10% de los transformadores a adquirir. .- La placa característica será metálica e inoxidable fijada al fondo del compartimiento de conexiones. Tendrá la siguiente información en español: -Tipo de transformador(pedestal) -Nombre del fabricante. -Número de serial. -Año de fabricación. -Número de fases. -Frecuencia. -Capacidad (KVA). -Voltaje nominal primario(Voltios). -Voltaje nominal secundario(Voltios). -Voltaje nominal en cada derivación (Voltios). -Nivel básico de aislamiento-BIL(KV) -Aumento promedio de temperatura en devanados(˚C). -Temperatura ambiente promedio diaria (40˚C). -Impedancia (%) -Peso total aproximado (Kg) -Diagrama de conexión (Unifilar) -Identificación del líquido aislante. -Litros aproximados del líquido aislante. Según normas CADAFE los transformadores de distribución trifásicos tipo pedestal debe cumplir las siguientes normas: .-Los transformadores con capacidad nominal continuas en KVA, basadas en una elevación máxima de 65˚C promedio en los devanados, plena carga:75, 150, 300, 500 y 750 KVA .-Clase de aislamiento de 15KVA. .-Impedancia: según capacidad del transformador.


Tolerancia: ±7.5% .-Tipo de núcleo: 5 columnas. .-Tipo de conexión: Primario: estrella con el terminal común puesto a tierra. Secundario: estrella con el terminal común puesto a tierra. .-Derivaciones: ±2.5% y ±5% del voltaje nominal primario. .-Los fusibles deberán estar coordinados entre si para brindar el rango completo de protección. El fusible limitador operará solo en caso de fallas internas en el transformador. .-La cubierta de los transformadores tipo pedestal está integrada por un módulo donde se encuentra el tanque del transformador y el otro módulo donde de encuentran las conexiones, los cuales formarán un conjunto integrado. .-La unidad no presentará bordes, salientes ni aristas agudas o cortantes. No tendrá tuercas ni elementos de fijación que sean removibles externamente. .-Será construida a prueba de intrusos. .-El fabricante deberá presentar certificados de pruebas de la menos del 10% de los transformadores a adquirir. .- La placa característica será metálica e inoxidable fijada al fondo del compartimiento de conexiones. Tendrá la siguiente información en español: -Tipo de transformador(pedestal) -Nombre del fabricante. -Número de serial. -Año de fabricación. -Número de fases. -Frecuencia. -Capacidad (KVA). -Voltaje nominal primario(Voltios). -Voltaje nominal secundario(Voltios). -Voltaje nominal en cada derivación (Voltios). -Nivel básico de aislamiento-BIL(KV) -Aumento promedio de temperatura en devanados(˚C). -Temperatura ambiente promedio diaria (40˚C). -Impedancia (%) -Peso total aproximado (Kg) -Diagrama de conexión (Unifilar) -Identificación del líquido aislante. -Litros aproximados del líquido aislante. Filosofía de distribución. En la construcción o reparación de transformadores de distribución, al concluir el proceso de montaje se efectúa un protocolo de pruebas antes de entregarlo. Estas pruebas son conocidas como pruebas de control de calidad de la fabricación o reparación. Las pruebas en campo se hacen posteriormente para cerciorarse que el equipo recién instalado no ha sido dañado en el transporte o en su instalación. Con estas pruebas podemos exigir de ser necesario, un mantenimiento correctivo o devolver la máquina a la fábrica si el desperfecto es grave. También con estas pruebas podemos sentar el punto de partida de un buen mantenimiento, empezando un historial de pruebas con el fin de constatar en el futuro, el progresivo envejecimiento del equipo ya en uso y prepararle una parada correctiva, o cerciorarnos de que el equipo cumple con todas sus funciones de una manera segura y eficiente. Protocolo de pruebas de recepción. Esta prueba se efectúa normalmente en los equipos nuevos o reparados. Estas pruebas se hacen para determinar lo siguiente: a)Si el equipo cumple con las especificaciones y para establecer los parámetros de pruebas futuras. b)Para asegurarse que el equipo fue instalado correctamente y sin sufrir daños.

4. Comparación de grupo de transformadores monofásicos VS. Los transformadores trifásicos. Conceptos Generales Sobre Las Transformaciones Polifásicas. Los sistemas de energía eléctrica de corriente alterna, nunca son monofásicas. Actualmente, se utilizan casi exclusivamente los sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y la


distribución de la energía eléctrica. Por esta razón, resulta de ineludible interés el estudio de los transformadores trifásicosSe entiende por transformación polifásica, la de un sistema polifásico equilibrado de tensiones, en otro sistema polifásico de distintas características de tensiones e intensidades, pero también equilibrado. Toda la teoría aprendida en asignaturas anteriores sobre transformadores monofásicos, se aplica íntegramente y es válida para cualquier tipo de transformación polifásica, ya que basta considerar las fases una a una y nos encontramos con varios sistemas monofásicos. Pero al considerar el sistema trifásico como un conjunto, se plantean nuevos problemas , relacionados con los armónicos de flujo y de tensión, con las conexiones, polaridades y desfases, etc.. Elementos De Una Transformación Trifásica-Trifásica. Una transformación trifásica-trifásica consta de un primario, en conexión trifásica equilibrada, que alimenta un sistema trifásico. Para abreviar, a este tipo de transformación le llamaremos simplemente transformación trifásica. Una transformación trifásica puede efectuarse de dos formas: a)mediante tres transformadores monofásicos independientes, unidos entre si en conexión trifásica. b)mediante un solo transformador trifásico que, en cierto modo, reúne a tres transformadores monofásicos. En este caso, la interconexión magnética de los núcleos puede adoptar diversas disposiciones, que examinaremos más adelante. Transformación Trifásica mediante tres Transformadores Monofásicos. Para esta transformación, se utiliza tres transformadores monofásicos de igual relación de transformación. Los primarios se conectan a la red trifásica de donde toman la energía y los secundarios alimentan el sistema trifásico de utilización.

Los transformadores son completamente independientes entre si, por lo que los circuitos magnéticos también lo son, no produciéndose, por lo tanto, ninguna interferencia o interacción entre los flujos magnéticos producidos. Cada transformador lleva dos bornes de lata y dos de baja que se conectan entre si de forma que pueda obtenerse la transformación trifásica deseada, véase, por ejemplo, en la figura 2 las conexiones a realizar sobre los tres transformadores monofásicos, para obtener una transformación estrella-estrella, con neutro. El sistema es costoso y las pérdidas en vacío resultan elevadas, a causa de la presencia de tres circuitos magnéticos independientes; desde este punto de vista, es preferible la instalación de un solo transformador trifásico. Sin embargo, en muchas ocasiones pueden resultar más económicos los tres transformadores independientes; por ejemplo, cu8ando, por razones de seguridad en el servicio es necesario disponer de unidades de reserva: con tres transformadores monofásicos basta otro transformador monofásico, con potencia un tercio de la potencia total, mientras que un transformador trifásico necesitaría otro transformador trifásico de reserva, con potencia igual a la de la unidad instalada. Este sistema de transformación se emplea, sobre todo, en instalaciones de gran potencia, en las cuales, puede resultar determinante el coste de la unidad de reserva.


Conexión en paralelo de transformadores monofásicos. Si se necesita mayor capacidad pueden conectarse en paralelo dos transformadores de igual o distinta potencia nominal. Los transformadores monofásicos de polaridad aditiva o sustractiva pueden conectarse en paralelo satisfactoriamente si se conectan como se indica a continuación

Y se cumplen las condiciones siguientes:

1)Voltajes nominales idénticos. 2)Derivaciones idénticas. 3)El porcentaje de impedancia de uno de los transformadores debe estar comprendido entre 92.5% y el 107.5% del otro. 4)Las características de frecuencia deben ser idénticas. Transformación Trifásica Mediante un solo Transformador Trifásico. El transformador trifásico resulta siempre de la yuxtaposición de los circuitos magnéticos de tres transformadores monofásicos, aprovechando la composición de flujos en una u otra parte de dichos circuitos magnéticos para conseguir una reducción en sus dimensiones. Por lo tanto, resulta determinante el acoplamiento magnético de tres transformadores monofásicos, para lo que se emplean diversas disposiciones. Grupo de conexión de los transformadores. En los sistemas polifásicos, se entiende por conexión las forma de enlazar entre si, los arrollamientos de las distintas fases. En los transformadores trifásicos, los arrollamientos pueden estar montados en una


conexión abierta (III), conexión en triángulo (D), conexión en estrella (Y) y conexión zigzag (Z). Las conexiones D e Y son el empleo general y la Z se emplea solamente para baja tensión. El tipo abierto (III) tiene aplicación en el caso de transformadores suplementarios o adicionales, de los que hablaremos más adelante. En el sistema Z, cada fase va montado por la mitad sobre 2 columnas y estas mitades se montan en oposición, siguiendo un orden de permutación circular de núcleos. La tensión correspondiente a cada fase resulta de la composición de dos tensiones, desfasadas 60º entre sí. Las conexiones utilizadas en la práctica están normalizadas en grupos de conexión, que hemos representado en la figura 6. El grupo de conexión caracteriza las conexiones de los arrollamientos (alta y baja tensión) y la fase de las tensiones correspondientes a dichos arrollamientos. Cada grupo se identifica con una cifra que multiplica por 30º (véase Fig. 5) da como resultado el desfase δ, en retraso, que existe entre las tensiones del mismo gιnero (simples o compuestas), del secundario, respecto al primario del transformador en cuestión. La designación de los diversos tipos de conexiones, se hace tomando letras mayúsculas (D, Y, Z) para el lado de alta tensión, y letras minúsculas (d, y, z) para el lado de baja tensión. En la figura 6 se han indicado con trazo más yeso los grupos de conexión más en la práctica con indicación de sus aplicaciones más importantes. Para elegir el grupo de conexión más apropiado en cada particular, una de las condiciones más importantes que debe tenerse en cuenta es la determinación previa de si el arrollamiento de baja tensión ha de trabajar con carga desequilibrada y corriente en el neutro (esto último solo resulta posible en las conexiones y ó z). Desde el punto de vista del equilibriomagnético y atendiendo, por lo tanto, a la disposición y a las pérdidas adicionales, sino existe neutro en el lado de alta, la carga desequilibrada solamente será admisible dentro de ciertos límites. La carga, referida a la nominal, tolerable en el conductor neutro de un sistema trifásico no debe pasar de los siguientes valore: -Conexión Y y, sin devanado terciario: 1.Transformadores acorazados, transformadores de cinco columnas y bancos de 3 transformadores monofásicos:0% 2.Transformadores de tres columnas: 2.1 Sin bobina de puesta a tierra en el lado de alta:10% 2.1 Con bobina de puesta a tierra en el lado de alta:30% -Conexiones Y y, con devanado terciario:100% -Conexiones D y:100% -Conexiones Y z:100% Con pequeñas potencias y altas tensiones nominales, resulta inadecuada la conexión en triángulo para el lado de alta tensión, por razones constructivas. Cuando se prevé que el conductor neutro del lado de baja tensión, ha de tener carga, se adoptará preferentemente la conexión Yz. 5. Transformadores montados en base de concreto (pad mounted) Es muy importante que el inspector verifique en este tipo de transformadores lo siguiente a)Marca y Tipo: observará que sean los aprobados por la empresa. Para ello deberá solicitar del departamento correspondiente, una lista del equipo aprobado. b)Condición de Montura y Gabinete: Observará las condiciones interiores y exteriores del gabinete. La base de concreto deberá estar de acuerdo a las normas y correctamente niveladas sobre un terreno firmemente apisonado, para evitar que se incline en el futuro. c)Distancias de despeje: Aplicara las mismas consideraciones que en el caso de las unidades seccionadoras. d)Conexiones de los neutros: Igual que las unidades seccionadoras. e)Terminaciones de los cables: Igual que las unidades seccionadoras. f)Capacidad en KVA : la capacidad en KVA deberá ser la indicada en el plano. g)Indicaciones de fallas: El inspector deberá verificar que su instalación se haga correctamente. Puede hacerse sobre la cubierta semiconductora, pero no sobre el conductor neutral. Los indicadores pueden también ser parte integral de un desconector. h) Fusibles y cuchillas: Deberá verificar que cualquiera que sea el tipo de montura, estas estén de acuerdo al equipó aprobado y que su capacidad de carga en amperios sea la correcta. i) Conexiones de cables primarios: Igual que unidades seccionadoras. j) Conexiones de tomas secundarias y de servicio: El inspector verificara que las conexiones estén debidamente efectuadas. Deberá tener especial cuidado cuando se utilicen conductores de aluminio. Debe recordar que un conductor de aluminio no se puede conectar directamente a uno de cobre, sino que hay que utilizar un conector especial. k) Pararrayos: Debe verificar que se instalen los pararrayos del voltaje de operación en los puntos indicados en los planos. Terminales de los tubos: Observara que los tubos de entrada y salida de los cables estén debidamente terminados en campana u otro terminal aprobado. m) Identificación de los conductores: El inspector debe verificar que la identificación de los conductores


primarios y secundarios sea correcta y completa; que indique hacia donde cada cable y que se usen los métodos apropiados de acuerdo a la numeración indicada en el plano y procedimientos de la empresa.

Transformadores Sumergibles En este tipo de montaje se verificara lo siguiente: Cilindro de concreto o plástico: El inspector debe verificar que la proximidad a la cual se instala el cilindro sea de tal manera que el tope queda a ras con el nivel de terreno. Si el cilindro es de plástico se asegurara que mantiene su forma cilíndrica y que no ha sufrido roturas . Los cilindros de plástico deberán esta reforzados con un anillo de hormigón de 16*16 cm., a todo su alrededor y a ras con el terreno para evitar deformaciones. Para el sistema de drenaje se requiere una capa de 65 cm. . De piedra picada de 2.5cm. , sobre esta piedra se instalaran dos canales de acero galvanizado que se reduce el contacto del casco del transformador con la superficie húmeda, además de proveer espacio para la circulación de aire. Transformador sumergible: Se debe verificar que corresponda a la capacidad y tipo especificado en el plano. Es decir, si el transformador requiere desconectores en aceite o no. Conexiones: Primarias: Las conexiones primarias en estos transformadores deben ser cuidadosamente inspeccionadas en el momento de la instalación. El método utilizado es el de codos premoldeados; y una instalación deficiente de estos codos ha sido causa frecuente de interrupciones. Se debe verificar al momento de la instalación que el diámetro del cable corresponda al que acepta el codo, y que las medidas tomadas en la preparación del cable son las que especifica el fabricante. Secundaria: De igual manera, las conexiones secundarias deben ser cuidadosamente inspeccionadas. El conector tipo mole es uno del tipo de aluminio aun cuando los conductores sean de cobre. Debido a las diferencias en el coeficiente de expansión entre ambos metales, bajo condiciones de carga o corto circuito las conexiones tienden a aflojarse. Conexiones de neutro: Se harán de la misma forma que en los transformadores sobre bases de concreto. Todas las conexiones se harán con conectores a compresión y solo el conductor será el que se conecte a la varilla de tierra con un conector a tornillo. Identificación de conductores primarios y secundarios: En los conductores se debe indicar su procedencia o destino . n) Inspección final: Se verificara , que tanto la tapa de acero como el protector de plástico estén correctamente instalados y libres de desperfectos Paso De Aéreo A Subterráneo Anteriormente se ha mencionado las precauciones que se deben tomar para la instalación de los conductores en tomas primarios; nos referimos ahora a la instalación de los componentes de dicha toma. En este caso, el inspector debe verificar: a)Cajas y Porta cuchilla: El inspector verificará que las cajas cumplan con los requisitos en cuanto a voltajes, capacidad nominal en amperios y marca o tipo que aparezcan en los planos. La separación entre las cajas no será menor de 36 cm. Y de 18cm. De la parte viva de una caja a la estructura o poste. b)Pararrayos: Se debe verificar que el voltaje del sistema y que la separación de montura de éstos corresponda a la de las cajas. c)Terminaciones: Es muy importante que el inspector esté presente cuando se instalen las terminaciones de los cables y deberá verificar: -Marca y Tipo: La marca y tipo deberán ser los que aparezcan en los planos. Deberán ser del tipo resistente a los agentes atmosféricos. -Voltaje de la terminación: No será nunca menor que el voltaje de los cables. En los casos que la instalación esté cerca del mar su estructuración será de porcelana. -Conexión a tierra: Las partes metálicas de las terminaciones (o adaptadores metálicos) estarán conectadas entre si al neutro del sistema y a tierra por medio de conectores o compresión. -Tubos de protección de la toma: El inspector verificará que la clase y tipo del tubo o conducto que contiene los cables primarios, sea del tipo que aparecen en los planos. -El inspector debe verificar que ser realicen todas las pruebas que normalmente se hacen a los conductores, dichas pruebas son: -Pruebas de resistencias de puesta a tierra. -Pruebas de resistencia de aislamiento. -Pruebas de continuidad. Pruebas de laboratorio utilizadas para detectar, en su epata inicial las posibles fallas de transformadores. Si observamos el triangulo de causa y efectos podemos concluir que existen dos síntomas muy importantes que indican que algunos problema se gesta dentro del transformador y que pueden medirse con precisión sin que el transformador sea puesto fuera de servicio. Esos síntomas son: El recalentamiento del equipo. La producción de gases dentro del equipo. El primer síntoma es fácilmente detectable con solo ver los indicadores de temperatura instalados en el equipo y el segundo analizando los posibles gases disueltos e n el aceite aislante o los acumulados en el espacio libre en la parte superior de la caja del transformador. Cabe indicar que la mayoría de los


transformadores de distribución tienen hoy alarmas que indican recalentamiento del equipo por encima de una temperatura de operación predeterminada y la presencia de gases combustibles dentro del transformador. Sobrecalentamiento del equipo El sobrecalentamiento de un transformador de distribución es un síntoma que no necesariamente indica que algún problema se esta comenzando en el equipo, pues una sobrecarga temporal del transformador puede ser causa de recalentamiento. Lo que realmente debe preocupar son los aumentos de temperatura permanentes y continuados, ya que ello puede indicar algún sobrecalentamiento localizado o punto caliente dentro del equipo, que puede ser detectado con un analizador de rayos infrarrojos. Guía de Indicadores de deterioración. La cromatografía es una técnica empleada con constante éxito en la separación e identificación de diferentes tipos de hidrocarburos. En principio se utilizo preferentemente la cromatografía en fase gaseosa en la cual era necesario evaporar los diferentes componentes presentes en la mezcla de hidrocarburo para que luego pudiesen ser separados convenientemente. Esta técnica es la que se utiliza para los transformadores de distribución en operación. Interpretación de los resultados de las pruebas practicadas a un transformador de distribución. El análisis de las pruebas de laboratorio para determinar las fallas de transformadores, es una tarea difícil y delicada, ya que para ello se necesita tener un amplio conocimiento, tanto de la teoría y operación de los equipos utilizados en dichos análisis, como de todos los aspectos relacionados con las reacciones que normalmente hacen posible la obtención de los resultados logrados. Conviene recordar que la solubilidad de los gases en los líquidos decrece con los aumentos de temperatura y que, por otra parte, la reactividad química de ellos se incrementa considerablemente con los aumentos de temperatura, por lo cual la cantidad y la naturaleza misma de la mezcla de gases que se puede estar formando en un momento dado van a se diferentes de las que podíamos encontrar disueltas en el aceite o acumuladas en los espacios libres del transformador, tales como los colectores de gas. Entre los gases que se forman durante las fallas de operaciones anormales de los transformadores, muchos de ellos son de naturaleza química muy activa; las olefinas frente al hidrógeno y al oxigeno, el oxigeno frente al hidrógeno, el monóxido de carbono frente al oxigeno, etc. Esto significa que no todo el volumen de un determinado gas producido durante una falla momentánea de un transformador va a permanecer por mucho tiempo como tal dentro del equipo, sino que posiblemente su volumen va aumentar o disminuir de acuerdo con las reacciones posteriores que puedan ocurrir entre los gases que se produzcan, simultáneamente o en diferentes intervalos, como consecuencia de estas fallas. Además, parte de los gases , que se forman en el seno de dicho aceite y remanente se deposita en los colectores de gas, colocados en la parte externa superior del equipo. La proporción de cada gas que se quedara disuelta en el aceite dieléctrico es una función de la solubilidad de dichos gases en el aceite, por lo cual dos gases que se forman a la misma rata durante una falla que tiene diferentes solubilidades en el aceite, se distribuirán de una manera diferente entre lo que queda disuelto en el aceite y lo que se acumula en los colectores de gas. En vista de todas estas consideraciones es que se hacen mas complejas la interpretación de los análisis de los gases presentes en un transformador de distribución, para relacionarlos con la posible falla que pudiese estar en el equipo. Se puede ver además como es importante dejar claramente establecida la procedencia de la muestra y las condiciones en que fue tomada. Con relación a este punto conviene mencionar que las muestras de gases provenientes de los transformadores de distribución pueden provenir de las siguientes fuentes: Colectores de gas del transformador Relays . Aceite dieléctrico. Esta procedencia hay que dejarla claramente establecida pues de lo contrario el análisis no tendrá valor alguno para evaluar la condición del transformador. Protocolo de pruebas: Manual de ensayos para transformadores de distribución monofásicas. La verificación de las características técnicas de los transformadores, plantea la necesidad de desarrollar una estrategia especifica con el fin de: 1.- Garantizar que los transformadores cumplan con las especificaciones mínimas exigidas por partes de cadafe. 2.-minimizar las fallas en el sistema, cuando estos estén en servicio, lo cual redunda en beneficio del subscriptor y de la imagen de la empresa. Ensayos de rutina 1.-ensayo por tensión aplicada 1.1 Objeto: verificar que no exista falla en la llamada aislación principal, es decir, entre los devanados mismos y entre los devanados y tierra. 1.2 Equipos requeridos: Un autotransformador o transformador elevador. Un cronometro. Un kilo-voltimetro 1.3Esquema de conexión:


ver anexo #1 1.4 Generalidades 1.4.1 La tensión a ser aplicada en el devanado de alta debe ser de 34KV y en lado de baja debe ser de 10KV. 1.4.2 La duración del ensayo es de 60 seg. Para cada devanado. 1.4.3 Si se realiza nuevamente ensayos de recepción por tensión aplicada o por tensión inducida en un transformador que ya a satisfecho una vez estos ensayos de tensión aplicada en estos nuevos ensayos no deberá sobrepasar en un 75% de la tensión de ensayo original. 1.4.4 El devanado no ensayado y el tanque se conecta a tierra. 1.5 Procedimiento: 1.5.1 Comenzar el ensayo con una tensión no mayor a 1/3 de valor especificado para el devanado que se está ensayando. 1.5.2 Transcurrido el tiempo de ensayo se disminuye la tensión rápidamente momento menor a 1/3 de la tensión completa antes de la apertura del circuito de alimentación. 1.6 Criterio de aceptación: Una vez finalizado el ensayo se considera satisfactorio si durante el tiempo de duración del mismo no se presentan anomalías dentro del transformador tales como: 1.6.1 Ruido audible 1.6.2 Humo 1.6.3 Burbujas 1.6.4 Aumento súbito de la intensidad consumida. 1.7 causas frecuentes de fallas: Durante el ensayo la corriente aumenta bruscamente a consecuencia de: 1.7.1 Baja aislación entre la s espiras 1.7.2 Defecto del papel aislante. 1.7.3 Bajo nivel de aceite. 2.-Medición de las perdidas debido a las cargas. 2.1 Objeto: Este ensayo sirve para determinar las perdidas en los arrollados y la tensión de cortocircuito. 2.2 Equipos requeridos: Un voltímetro Un amperímetro Un Wattímetro Un termómetro Un transformador de tensión variable. 2.3 Esquema de conexión:ver anexo #2 2.4. Generalidades: 2.4.1 Determinar el valor de la corriente nominal: PP = VP *x IP PP Donde IP = VP VP: Tensión nominal del primario en voltios. PP: Potencia nominal en Voltamperios. IP: Corriente nominal del primario en amperios. 2.4.2 Cortocircuitar el lado de baja tensión. 2.4.3 Leer la temperatura ambiente del aceite, calcular a continuación el factor de relación de temperatura: Para devanado de cobre: 234,5 + 85°C. F.r.t.= 234,5 + T.A.(° C.) Para devanado de aluminio: 225 + 85°C. F.r.t.= 225 + T.A.(° C.) 2.5 Procedimiento: 2.5.1 Se aplica tensión al devanado de alta, hasta alcanzar la intensidad nominal de este devanado. 2.5.2 Se registra la lectura en el Wattímetro y voltímetro. Los valores obtenidos de potencia se multiplican por el factor de relación de temperatura a 85°C. Calculo de la impedancia de cortocircuito: Una vez obtenidas las perdidas a 85°C. Y la tensión de cortocircuito se determina la impedancia de cortocircuito en %: (Pcc 85°C.)2 – (Pcc A)2 (Vcc)2 Zcc%= 100 + (Pn)2 (Vnp)2 Pcc 85°C=Perdidas debidas a las cargas corregidas a 85°C.


Pcc A= Perdidas debidas a las cargas a temperatura ambiente. Pn= Potencia nominal en V:A: Vnp= Tensión nominal en el primario. Criterio de aceptación: Se utiliza la tabla que se muestra a continuación: Perdidas especificadas por cadafe para el ensayo de medición de las perdidas debidas a la carga Potencia nominal (KVA)

10

15

25

37,5 50

Perdidas especificadas (Vatios) 165 260 360 400 490 Máximas(vatios)

188 296 410 457 560

Causas frecuentes de fallas: 2.8.1 Se producen perdidas altas a consecuencias de: Cambiador de toma no esta en posición nominal, conexiones internas flojas, sección insuficiente de los conductores utilizados para cortocircuitar el devanado de baja tensión. 2.8.2 No se leen pérdidas como consecuencias de un circuito abierto en el devanado de baja tensión. Ensayos de medición de las perdidas y de la corriente en vacio. 3.1 Objeto: Este ensayo permite conocer las perdidas en el núcleo, así como las corriente de vacío del transformador. 3.2 Equipos requeridos: Un amperímetro. Un voltímetro Un Wattímetro Un transformador de tensión variable. 3.3 Esquema de conexión ver anexo #3 3.4 Generalidades: 3.4.1 Calcular el valor teórico de la corriente de devanado de baja tensión para determinar el porcentaje de la corriente de vacío. Pns = Vns *x Ins Pns Donde Ins = Vns Vns: Tensión nominal del secundario en voltios. Ins: Corriente nominal del secundario en amperios. El calculo del porcentaje de la corriente en vacío: Io1 Io% = x100 Ins Io% = Corriente en vacío en porcentaje. Io1 = Corriente en leída durante el ensayo en amperios. Procedimiento: 3.5.1 Se aplica por las terminales X1 y X4, la tensión nominal del secundario. 3.5.2 Se toman las lecturas del wattímetro y amperímetro. Luego se procede a calcular el porcentaje de la corriente en vacío. Criterio de aceptación. 3.6.1 Se utiliza como criterio de aceptación la tabla que se muestra a continuación. PERDIDAS ESPECIFICADAS POR CADAFE PARA EL ENSAYO EN VACIO. Potencia nominal (KVA)

10

15

25

Perdidas especificadas (Vatios) 60

80

112 150 180

Máximas(vatios)

91

128 171 206

69

37,5 50

3.6.2 Corriente en vacío no debe exceder en un 30% del valor especificado por el fabricante. Causas frecuentes de fallas: Se originan pérdidas altas en el núcleo y corriente de vacío alta a consecuencia de las laminas del núcleo flojas y corta exposición en el horno.. Cálculos de las perdidas totales. 4.1 Objetos: Determinación de las perdidas totales en el transformador mediante la suma de las perdidas en vacío y las perdidas debido a la carga. Se utiliza como criterio de aceptación la tabla que se muestra a continuación: PERDIDAS TOTALES ESPECIFICADAS POR CADAFE. Potencia nominal (KVA)

10

15

25

37,5 50

Perdidas especificadas (Vatios) 225 340 472 550 670 Máximas(vatios)

248 374 519 605 737


Ensayo por tensión inducida. 5.1. Objeto: Este ensayo nos permite comprobar el aislamiento entre espiras del devanado de baja tensión y aislación contra el tanque o cualquier elemento aterrado. Consiste en la aplicación de una tensión de ensayo que debe ser al doble de la tensión nominal a una frecuencia que sobrepasa suficientemente la secuencia nominal, a fin de evitar una corriente de excitación excesiva. Equipos requeridos: Un amperímetro Un voltímetro. Un transformador de tensión variable. Un frecuencíometro. Un convertidor de frecuencia. Un cronometro. Esquemas de conexión. Ver anexo #4 Generalidades : Conocer el valor de la frecuencia que se debe aplicar para el cálculo del tiempo: 120 Fn t= F Fn= frecuencia nominal en Hertz F= frecuencia de ensayo en Hertz T= tiempo de ensayo en segundos. Procedimiento: Se aplica por el devanado secundario una tensión igual al doble de la tensión nominal. La tensión se mantendrá por el tiempo determinado en el punto 5.4.1 del presente ensayo. Criterio de aceptación: El ensayo se considera satisfactorio si no se presentan anomalías tales como: Ruidos audibles Humo Burbujas Aumento brusco de la corriente de alimentación. Causas frecuentes de fallas: Si durante el ensayo se observa un aumento súbito de la corriente de alimentación y simultáneamente se dispara la protección (fusible o disyuntor) es indicio de que ocurrió un cortocircuito que pueda estar localizado entre el devanado de baja tensión contra el núcleo o el devanado de alta tensión contra algún otro elemento conectado a tierra. 6.Ensayo de relación de transformación. 6.1 Objeto: Este ensayo tiene por objeto determinar la polaridad y relación de transformación. 6.2 Equipos requeridos: Un medidor de relación de transformación(T.T.R.) 6.3 Esquemas de conexión. Ver anexo #5 6.4 Generalidades. 6.4.1 Calcular el valor teórico de la relación de transformación a partir de la tensión del primario con respecto a la tensión del secundario. Tensión Primario 13800V Ejemplo: = 57,5 Tensión secundario240V 6.5 Procedimiento. 6.5.1 En el equipo T.T.R. manual se activa la manivela del generador en el sentido de la s agujas del reloj hasta que el voltímetro indique 8 voltios, para que el equipo electrónico pueda activar la perilla del regulador de tensión hasta alcanzar el valor antes indicado. 6.5.2 Observar si la aguja del detector esta en cero, en caso contrario mover las perillas de selección hasta que dicho detector indique cero. 6.5.3 Dejar de girar las manillas del generador del equipo manual o regresar a poner la perilla del regulador de tensión en el equipo electrónico. 6.6 Criterio de aceptación: Se considera satisfactorio el ensayo si el valor de la relación esta dentro del valor nominal especificado por CADAFE con una tolerancia del 0,5%. 6.7 Causas frecuentes de fallas. 6.7.1 Los terminales del equipo están invertidos. 6.7.2 Uno de los terminales internos está descompuesto. 6.7.3 Hay un corto en las espiras. 7.0 Ensayo de rigidez dieléctrica del aceite 7.1 Objeto: Determinar la tensión de ruptura del aceite empleado en el transformador. La tensión de un liquido aislante sirve para indicar la presencia de agentes contaminantes tales como, agua, suciedad o partículas conductoras, las cuales pueden estar presentes en las oportunidades que se registran valores de la tensión de ruptura relativamente bajos. 7.2 Equipos requeridos:


Un equipo para medir la ruptura de líquidos aislantes con electrodos de discos. Un cronometro. Un frasco de vidrio transparente con tapa de vidrio. 7.3 Generalidades. La tensión de subida debe ser de 3000 V/seg. La separación de los electrodos deberá ser de 2,54 mm; dicha separación se verificara con un calibrador patrón tipo redondo. Se admite tolerancia de ± 0,013mm. Procedimiento. Se toma la muestra de aceite en un frasco de vidrio limpio y seco. Se lava la celda de ensayo con una parte del aceite de muestra. Se vierte el resto del aceite en la celda y se deja reposar por 5 minutos. Una vez transcurrido el tiempo de reposo, se realiza cinco lecturas de tensión de rupturas con intervalos de un minuto entre cada una de ellas. Criterio de aceptación: El promedio de los cincos valores se considera como la tensión de la muestra, siempre y cuando cumplan con los criterios de consistencia estadística especificada en el punto 7.8. En caso contrario el contenido del recipiente se descarta, tomando otra muestra y ejecutando cinco lecturas de tensión de ruptura. El promedio de los diez valores se toman en cuenta como la tensión de ruptura de la muestra, no se debe descartar ningún valor. Recopilación de datos: Todos los valores y promedios antes mencionados se registran en la planilla de ensayo de aceite, a su vez el promedio se registra en la planilla de ensayos de rutina. Causas frecuentes de fallas: En este ensayo, la tensión de ruptura puede tener valores muy bajos(menos de 25 KV.) Como consecuencia de burbujas de aire, humedad de la muestra, tiempo de reposo menor de 5 minutos, partículas contaminantes e intervalos entre cada disparo menor que un minuto. Criterio de consistencia estadística: considere los 5 valores de la tensión de ruptura y ordénelos en forma creciente, reste el valor más elevado, el valor mínimo y multiplique la diferencia por tres. Si este valor es mayor que el valor que el valor que le sigue al mismo, es probable una desviación normal de los cincos valores sea excesiva y por lo tanto también lo sea el error probable de un valor promedio. Ensayos prototipos 1 Ensayo de medición de la resistencia de los devanados. Objeto: Determinar la referencia de los devanados con el fin de calcular las perdidas en los arrollados. A su vez calcular el aumento de temperatura de un devanado a partir de la medición de la resistencia en caliente. Equipos requeridos Un puente Kelvin. Un termómetro. Esquema de conexión: Anexo #6 Generalidades: Se asumirá que la temperatura de los devanados y del aceite son iguales. El transformador debe estar sin excitación y sin corriente en un periodo de 8 horas antes de la medición de la resistencia. El ensayo de medición de la resistencia no es recomendable realizarlo como un ensayo de rutina, debido al tiempo que se emplea para su realización. Procedimiento: Para medir la resistencia se procede de la manera siguiente: Se conectan los terminales del puente de Kelvin a los terminales de los devanados a ensayar. Se deja abierto el otro devanado y debe anotarse el tiempo necesario para la estabilización de la corriente de medida, de esta manera de tenerlo en cuenta cuando se hacen las mediciones de resistencia en caliente. Simultáneamente se mide la temperatura ambiente del aceite. Recopilación de datos: Los valores obtenidos durante la medición de resistencia se coloca en la planilla de ensayo de aumento de temperatura. Causas frecuentes de fallas: Se producen falsas lecturas en la medición como consecuencia de: Batería de alimentación con poca carga, mal contacto de las puntas de prueba y mal apoyo del equipo de prueba. 2.Ensayo De Aumento De Temperatura 2.1 Objeto: Determinar el aumento de temperatura de los devanados y del aceite a verificar si esta dentro de los limites establecidos por la norma. 2.2 Equipo requerido: Un multímetro digital para registros de la temperatura. Un vatímetro. Un voltímetro. Un amperímetro. Un transformador de tensión variable. Cuatro termómetros(termistores) Un puente de Kelvin. Tres recipientes de aceite. 2.3 Esquema de conexión: Ver anexo#7 2.4 Generalidades: 2.4.1 Antes de ser sometido al ensayo de aumento de temperatura el transformador debe haber


satisfecho todos los ensayos de rutina. 2.4.2 El lugar de prueba debe estar en lo posible libre de corrientes de aire y cambios bruscos de temperatura. 2.4.3 Para reducir los errores se debe verificar que la temperatura del ambiente en los recipientes con aceite varíe en la misma proporción que en la temperatura del aceite en el transformador. 2.5 Procedimiento: Se energiza el devanado de alta tensión, tal que las perdidas ocasionadas sean iguales a la suma de las pérdidas en vacío más las pérdidas a la carga, en la toma que produce las mayores perdidas corregidas a la temperatura de 85°C.; dichas pérdidas deben ser mantenidas constantes durante el ensayo. Se toma registro de temperatura ambiente y de nivel superior de aceite cada 30 minutos, ajustando valores de pérdidas totales. El ensayo continuara con las condiciones mencionadas en el punto anterior hasta que la elevación de la temperatura con respecto al ambiente sea menor de 3°C. En 1 hora o 1°C: por hora durante cuatro lecturas horarias consecutivas. Una vez alcanzada la condición anterior se disminuye la alimentación de energía hasta alcanzar el valor de la corriente en la toma en que se realiza el ensayo y se mantiene por espacio de una hora. Transcurrido el tiempo anterior, se desconecta la alimentación y sucesivamente se retiran los puentes de los terminales de baja tensión. Se mide el tiempo que transcurre desde la desconexión hasta la medición de la primera resistencia. El tiempo transcurrido no deberá ser mayor de cuatro minutos. Después de la primera lectura se registran lecturas de resistencia cada 30 segundos hasta completar 15 lecturas en total. Curva de registros. Curva de los aumentos de temperatura del aceite. Se promedian los valores de temperatura ambiente. De la temperatura en al superficie del aceite se resta el promedio de la temperatura ambiente, obteniéndose el aumento de la temperatura del aceite. Con los valores de aumento de temperatura, se gráfica sobre un papel milimetrado este aumento respecto al tiempo. Se traza la curva con los pares de valores. Para determinar la recta de estabilización(L1), se mide los incrementos de temperatura (AT1,AT2,AT3,.........ATn). Con la longitud de cada uno de estos incrementos y a partir de los puntos de aumento de temperatura(T1,T 2,T 3 .............Tn)registradas sobre el eje vertical se trazan segmentos T1 , P1 ,T2, P2, ....Tn, Pn. Estos segmentos serán paralelos al eje horizontal. Se traza una recta que pase por la mayoría de los puntos P1,P2, ,P3,....... Pn y se prolonga la recta hasta que corte el eje vertical. Por este punto de corte y paralela al eje horizontal se traza finalmente la recta L1 la que indica la estabilización del aumento de temperatura del aceite, dicho valor no debe superar los 65°C. De elevación. Curva para la determinación de la resistencia en caliente. A partir de los valores de resistencia en caliente y tiempo se realiza la curva de resistencia contra tiempo. Se toma para la resistencia el eje de las ordenadas(vertical) Se representan los valores de tiempo en el eje de las abscisas(horizontal) Por los puntos originados por los pares(t,r), se traza la curva que debe pasar por la mayoría de estos puntos, extrapolando la curva hacia el momento de la desconexión. El punto de corte en el eje vertical indica el valor de la resistencia en caliente. Calculo del aumento de temperatura en el devanado. 2.7.1 Los datos que se mencionan anteriormente, se registrarán en la planilla calculo del ensayo de aumento de temperatura. Criterio de aceptación del ensayo: Se considera satisfactorio el ensayo, cuando el valor del aumento de temperatura en los devanados sea menor o igual a 65°C. Recomendaciones. Si durante el ensayo no se presenta ningún tipo de anomalía, se escribe la palabra "Bien" en la planilla de ensayo de rutina, de lo contrario se escribe la palabra rechazado y de hecho, no se debe proseguir con ningún otro ensayo.Los valores obtenidos se registran en la planilla de rutina. Los valores se registran en la planilla de ensayo de aumento de temperatura de los transformadores de distribución. NOTAS a.- Los valores se multiplican por factores de los instrumentos, cuando se usan transformadores de tensión y corriente. b.- No se debe exceder de los valores máximos.


6. Faseo, identificación y polaridad de los devanados de los transformadores Además de las pruebas de los circuitos abiertos y cortocircuito que se usaron para determinar la regulación, la eficiencia del día de los transformadores comerciales, se acostumbra a llevar a cabo varias pruebas antes de poner en servicio un transformador. Dos de esas pruebas están relacionadas con el faseo y la polaridad, respectiva del transformador terminado. El faseo es el proceso mediante el cual se identifican y se corrigen las terminales individuales de los devanados separados de un transformador. La prueba de polaridad se lleva a cabo de tal modo que las terminales individuales de los devanados de las bobinas separadas por un transformador se pueden marcar o identificar para saber cuales son las que tienen las mismas polaridades instantáneas. Primero describiremos la polaridad y después el faseo. Polaridad de las bobinas de un transformador. La figura (a) muestra un transformador de varios devanados que tiene dos bobinas de alto voltaje y dos de bajo voltaje. Los devanados de alto voltaje, que son los que tienen muchas vueltas de alambre delgado, se identifican en general con la letra H para designar sus terminales. Los de bajo voltaje como se ve en la figura (a) se identifican con la letra X . Estas bobinas contienen menos vueltas de alambre más grueso. También aparece en la figura (a) la polaridad instantánea, que esta identificada por el subíndice de numero. La clave particular que se muestra en la figura emplea el subíndice impar numérico para designar la polaridad instantánea positiva de cada devanado. Así, en el caso de que las bobinas se deban conectar en paralelo o en serie para obtener varias relaciones de voltaje, se puede hacer la conexión en forma correcta teniendo en cuenta la polaridad instantánea. Se deberá verificar la manera en la que se asigna un punto o un numero impar a los devanados de la figura (a). Supongamos que se energiza el primario H1-H2 y que H1 se conecta en forma instantánea en la dirección de las manecillas del reloj que se indica. De acuerdo a la ley de Lenz, se establece FEM. inducidas, en los devanados restantes en la dirección que se indica. Figura (a) Desdichadamente es imposible examinar un transformador comercial, deducir la dirección en que se han devanado las espiras para determinar ya sea el faseo la polaridad relativa de sus terminales. Un transformador de varios devanados puede tener desde 5 puntas hasta 50 puntas que van en una caja de terminales. Si es posible examinar los conductores desnudos de las bobinas, su diámetro puede dar alguna indicación acerca de cuales de las puntas o terminales están asociados a la bobina de alto o bajo voltaje. Las bobinas de bajo voltaje tendrán conductores de mayor sección transversal que las de alto voltaje. También las bobinas de alto voltaje pueden tener aislamiento de mayor capacidad que las de bajo voltaje. Sin embargo, este examen físico no da indicación alguna acerca de las polaridades o faseo de las salidas de las bobinas asociados con determinadas bobinas que estén aisladas entre si. Prueba de faseo del transformador. La figura (b) muestra un transformador cuyos extremos de bobina se han llevado a una caja de terminales cuyas puntas no se han identificado todavía en lo que respecta a faseo o polaridad. En esta figura se muestra un método sencillo para fasear los devanados de un transformador. El transformador medio de identificación es un foco de 115 V conectado en serie y un suministro de c.a. de 115V. Figura (b)


Si el lado de la carga del foco se conecta con la terminal H1, como se indica y la punta de exploración se conecta en la terminal X, el no enciende. Si se mueve la punta de exploración de izquierda a derecha a lo largo de la tablilla de terminales no se produce indicación en el foco hasta que se encuentre la terminal H4. El foco enciende en las terminales H4,H3 y H2, indicando que solo las cuatro terminales del lado izquierdo son parte de una bobina única. El brillo relativo del foco también puede dar algún indicativo acerca de las salidas. El foco brilla más cuando las puertas están a través de H1-H2 y brilla menos cuando están a través de H1-H4. Se puede hacer una prueba más sensible de faseo de las bobinas y puntas empleando un voltímetro C.A. (1000Ω/V) en lugar de focos, y estando conectado el instrumento a su escala de 150V. El aparato indicara el voltaje suministrado para cada salida de una bobina común, ya que su resistencia interna (150K Ω)es mucho mayor que la del devanado del transformador. A continuaciσn se puede emplear un ohmiσmetro de pilas para identificar las salidas por medio de mediciones de resistencia y también para comprobar los devanados de bobinas mediante la prueba de continuidad. Prueba de polaridad del transformador Habiendo identificado los extremos de bobina mediante la prueba de faseo, se determina la polaridad instantánea relativa mediante el método empleando un voltímetro C.A. y un suministro adecuado de C.A. (ya sea voltaje nominal o menor). La prueba de polaridad consiste en los siguientes pasos: Se selecciona cualquier devanado de alto voltaje y se emplea como bobina de referencia. Se conecta una punta de una terminal de la bobina de referencia con una de cualquier otro devanado de polaridad desconocida. Se identifica a la otra terminal de la bobina de referencia con un punto de polaridad(instantáneamente positiva). Se conecta un voltímetro de C.A. en su escala de mayor voltaje de la terminal con punto de la bobina de referencia a otra terminal de la bobina de polaridad instantánea conocida. Se aplica voltaje nominal o menor, a la bobina de referencia. Se anota el voltaje a través de la bobina de referencia Vr y el voltaje de prueba Vt entre las bobinas. Si el voltaje de prueba Vt es mayor que Vr, la polaridad es aditiva y se identifica el punto en la bobina que se prueba como se identifica en la figura . Si el voltaje de prueba en menor que Vr, la polaridad es sustractiva, y se identifican los puntos de la bobina que se prueba como se indica en la figura . Se identifican H1 a las terminales con los puntos de la bobina de referencia, y a la terminal conjunto de la bobina que se prueba con X1, o cualquier identificación. Se repiten los pasos de 2 al 9 con los restantes devanados del transformador.

Evaluación De Pruebas Pruebas para la verificación del diseño y la fabricación. La normas internacionales proveen tres grupos de pruebas para verificar el diseño de la fabricación y ciertos requisitos especiales exigidos por los clientes: Prueba "Tipo": Sirven para la verificación de la calidad del diseño de un determinado tipo de transformador. Prueba de "Rutina": Sirven para la verificación del proceso de fabricación de cada unidad(calidad de la materia prima, construcción de la parte activa, ensamblaje, secado, etc.) Pruebas "Especiales": Tiene por objeto confirmar los requisitos particulares convenidos entre el usuario y el fabricante(nivel de ruido, prueba de aumento de temperatura por sobrecargas, determinación del valor de impedancia para secuencia cero, etc.)


Trasformadores