233924431-transformadores-130828223914-phpapp01-copia (2)

8/10/2019 233924431-Transformadores-130828223914-Phpapp01-Copia (2)

1/107

29 de noviembre de 2014

Transformadores


2/107

TransformadoresTernium | Capacitacin

2

Captulo 1

Introduccin


3/107


4/107


4

1.1 Usos del Transformador

1 2 3

Smbolo deltransformador

Bobina Secundariao Secundario.

Ncleo o Marcode hierro

Bobina Primariao Primario.

Lostransformadoreselctricos slo

pueden funcionarcon corrientealterna (CA).

La corriente cuyo voltaje se deseatransformar circula por la bobinaprimaria que se encuentra

enrollada al ncleo.

El campo magntico induceuna corriente alterna en labobina secundaria, desde

donde la corriente saletransformada.

Se produce un campomagntico variable en el ncleodel hierro.

Cmo funciona un transformador?


5/107


5

1.1 Usos del Transformador

Capacidad de los transformadores

MVA(megavoltamperes)

kVA(kilovoltamperes)

+ 1.000 VA

VA

(voltamperes)

EspirasLa corriente recorre las espiras del transformador;as, el nmero de espiras en cada bobina determinael voltaje final: si las espiras del primario es menorque el del secundario, el voltaje de la corriente

aumenta, mientras que, si es superior, el voltajedisminuye.

Mayor voltaje

Menor voltaje

+ 1.000.000 VA


6/107


6

1.2 Leyes Fsicas para los Transformadores

La ley de Oersted-Ampereestablece que unconductor que lleva una corriente elctricaproduce un campo magntico alrededor del. De esta forma se relaciona una cualidadelctrica (corriente) con una magntica(campo magntico).

La ley de induccin electromagntica deFaradayes uno de los principios fsicos msutilizados. Permite entender una grancantidad de fenmenos relacionados con la

electricidad y la operacin de las mquinaselctricas. La ley de la induccinelectromagntica de Faraday dice que si setiene un conductor en un campo magnticovariable, ste produce un voltaje.


7/107


7

1.3 Partes del Transformador

Fuente de CA

Carga

Ncleo

Son laminaciones de material ferromagntico que enlaza lasbobinas del primario y del secundario a travs del campomagntico generado por la bobina del primario.

Bobina o devanado primarioEs el que recibe el suministro de corrientealterna y es en donde se determina elsentido de flujo de energa debido a que esla entrada del transformador.

Bobina o devanado secundarioEs donde se induce el voltaje y seconecta a la carga, as, el sentido deflujo de energa es la salida deltransformador.


8/107


8


Clasificacin de los aceros utilizados en el ncleoAceros Elctricos

De grano no orientadoDe grano orientado de

alta direccionalidad

De grano orientado de

alta permeabilidadLos aceros elctricosde grano noorientado presentanuna saturacinmagntica elevada.Son dctiles, poseenpropiedades deestampado buenas yadems tienen unabuena permeabilidaden altas, moderadasy bajas inducciones.

Los aceros de granoorientado de altadireccionalidad tienenuna alta propiedadmagntica deprdidas de ncleomuy inferior y altapermeabilidad.

Los aceros de granoorientado de altapermeabilidadpresentan una bajaprdida de ncleo a

altas inducciones deoperacin.


9/107


9


Componentes internos de un transformador

1

2

34

5

6

7

8

1Conjunto o paquetesde bobinas

2 Herrajes superiores

3 Herrajes inferiores

4 Soportes de maderade haya

5 Lneas de cables dealta tensin

6

Lneas de cables deregulacin tensinS/N. Lneas decables de bajatensin

7 Bases para izar laparte viva.

8 Orejas para izar laparte viva.


10/107


10

Estn compuestos generalmente por alambre de cobrebarnizado y, en su caso, cuando son transformadores de grantamao, por pletinas de cobre; aqu es por donde se conduce laenerga elctrica y donde se genera el magnetismo quedespus es, de nueva cuenta,transformado a energa elctrica.

Conjunto opaquete de

bobinas


Son estructuras de acero que, como su nombre lo indica, vanarriba y abajo del conjunto de bobinas, y esto es con lafinalidad de sujetar el conjunto de bobinas y, con este mismoherraje, afianzarlo a la caja del transformador.

Herrajessuperiores e

inferiores

Estos son para cubrir la parte frontal del conjunto de bobinas yson para proteger la parte viva y que no golpee nada contraellas. En la actualidad se utiliza tambin triplay de maderacontrachapado.

Soportes demadera de

haya


11/107


11

Estos cables son los que hacen contacto conlas boquillas y con las bobinas de la parteviva.

Lneas de cables de alta,baja y regulacin de

tensin


Bases y

orejas paraizar la parteviva

Esta estructura esta diseada para afianzar y cargar la parteviva.


12/107


13/107


13

1 Boquillas de alta tensin -

2 Boquillas de bajatensin

Tambin llamados aisladores, estos casquillos sirven comoacoplamiento para que entren los cables de alta o bajatensin segn sea el caso y a la vez los asla de algncorto o algn agente extrao que los pueda afectar.

3 Tapa superior

En el transformador es la tapa donde tambin se localizanlas boquillas de alta tensin y sirve para soportar lasmismas y adems para cubrir la parte viva o generadorade la transformacin.

4 Refuerzos principales dela tapa superiorSirve para sujetar firmemente a la tapa superior y que nose tengan movimientos.

5 Paredes de lados largos Las paredes, tanto de los lados largos como cortos, son

estructuras de acero que sirven para completar la caja deltransformador junto con las tapas superior e inferior. Estoslados sirven de igual manera para la proteccin de la parteviva y sus refuerzos son para asegurar unas con otras lasparedes.

6 Refuerzos de pared delados largos7 Paredes de lados cortos

8 Refuerzos de pared delados cortos



14/107


14


9 Base deslizable yruedas

El transformador cuenta con un sistema mecnico de

movimiento para el rpido y fcil movimiento deltransformador ya sea para pruebas o mantenimiento oincluso hasta para un cambio.

10 Tanque conservador

Es un segundo tanque de aceite en el transformador (yaque en donde se encuentra la parte viva del transformadortambin es). Es un depsito de repuesto que cumple lafuncin de conservar las impurezas del aceite, liberarpresiones y tener ms espacio de alojamiento del aceitecuando se tengan grandes volmenes. Se cuentan con 2registros de presiones de aceites que uno es para los TAPsy el otro es para el contenido de aceite de la parte viva.

11 Banco de radiadores

Son los encargados de disipar el calor mediante el fluido(aceite) y con esto aumentar la eficiencia deltransformador. El mtodo que utiliza el radiador paraenfriar es por el sistema de FOA (Aire Forzado) y es por

medio de turbinas que hacen pasar aire para enfriar elaceite.12 Orejas de izaje -

13 Intercambiador devoltaje o TAPs -


15/107


15

Captulo 2

Dispositivos de proteccin


16/107


16

2.1 Dispositivos de Proteccin Mecnicos yElectromecnicos

Existe una gran cantidad de fallas o anormalidades que pueden ocurrir en lostransformadores. stas pueden ocasionar daos tanto al equipo (transformador) comoa personas.

Un dispositivo de proteccin de un transformador es un accesorio que se agrega a sus

componentes bsicos y cuya funcin es detectar una condicin de falla, interrumpir (enese caso) el suministro de alimentacin elctrica y evitar que se dae el transformador.

Algunos de estos dispositivos de proteccin slo generan una seal de alarma que enciertos casos producen una accin de interrupcin, si despus de cierto tiempo se hamantenido la condicin de falla.


17/107


17

Tanqueconservador

Tanque deltransformador

RelevadorBuchholz

Instalacin del relevador Buchholz

El relevador Buchholz es uno de losdispositivos de proteccin paratransformadores de potencia msimportantes. Slo se instala entransformadores cuya importancia y costolo justifiquen. Su funcin es detectar la

acumulacin de gas producida alpresentarse un arco elctrico ocortocircuito dentro del transformador.

El relevador Buchholz se instala en latubera que conecta al cuerpo deltransformador con su tanqueconservador. Este relevador produce unaseal de alarma o desconexin, es decir,desenergiza al transformador cuando sedetecta produccin de gases generadospor condiciones anormales a la operacindel transformador.

Relevador Buchholz



18/107


18


Flotador

Vlvula paraensayo mecnico

Grifo de descarga

Ensayo mecnico TapaCaja de

bornes

Abrazaderapara cables

Interruptores

Lado deltransformador

Lado delconservador

Tapn dedescarga

Vlvulade flujo

Ejemplo de un relevador Buchholz y sus partes


19/107


19

Los transformadores de potencia estnnormalmente equipados con indicadoresvisuales de nivel de aceite. En estosmismos indicadores se tienen contactos(para alarma o desconexin) que indicanniveles anormales del aceite.

El indicador muestra el nivel del lquido pormedio de una aguja en una escalagraduada, y la posicin de la aguja en lacartula se encuentra directamenteacoplada con la posicin de un flotador.

Cuando el nivel de aceite baja, el flotadorcae y produce la rotacin de la aguja haciala indicacin LOW (bajo). Cuando sealcanza la LOW, se cierran los contactos queactivan el circuito de alarma.

Medidor de nivel


MANTENIMIENTO

En un transformador es muy importantemantener una supervisin cercana del niveldel aceite. Un bajo nivel de aceite puedeocasionar un aumento en la temperatura deltransformador, produciendo una alarma o ladesconexin del transformador.


20/107


20

Este dispositivo indica, mediante una agujaen una escala graduada, la temperatura delaceite en la parte superior deltransformador. Cuando pasa de un lmitepreestablecido, se puede optar por operarlos ventiladores o dar una indicacin dealarma.

El indicador de temperatura de lquidoconsiste en un detector de temperatura, un

tubo capilar con lquido y una unidadindicadora resistente al ambiente.

Generalmente el nivel de alarma se fija a85C (185 F) y el nivel de desconexin en90C (194 F).

Indicador de temperaturadel aceite


Cartula

Agujaindicadora

Caja deconexiones

Conector

Detector detemperatura

Tubo capilar

Valor de altatemperatura

Escala graduada

Temperatura

del fluido

C

30 90

120


21/107


21

Durante el proceso de fabricacin deltransformador se agregan variosindicadores de temperatura que estn

prcticamente en contacto con losdevanados del transformador. Estosgeneralmente vienen como equipo estndaren transformadores tipo seco e incluyen almenos un interruptor por devanado.

El indicador de temperatura (termostato)

est precalibrado a un cierto nivel. Al llegara este nivel generalmente opera unasecuencia de desconexin para proteger altransformador de un deterioro en suaislamiento o un dao mayor.

Indicador de temperaturade devanados



22/107


22

Es un dispositivo hermticamente sellado queindica el flujo de aceite en un transformadorque opera con flujo forzado de aceite. Elmedidor/indicador se encuentra provisto de

interruptores (contactos) para alarma queoperan cuando el flujo cae aproximadamenteun 50% del normal. El flujo de aceite, atravs del sistema de enfriamiento, ejerceuna presin sobre una paleta instalada enuna flecha. La paleta se mantiene en suposicin mediante un resorte. Cuando hay

flujo de aceite la flecha se mueve en contradel resorte, este movimiento es proporcionala la magnitud del flujo de aceite. Elmovimiento de la flecha es transmitido a laaguja de indicacin a travs de unacoplamiento magntico.

Medidor / Indicador de flujo



23/107


23

El relevador de presin sbita es undispositivo utilizado en transformadores paradetectar cambios bruscos en la presininterna del tanque, las cuales pueden serprovocadas por un arqueo interno.

Una ventaja de este relevador es el hecho deque no es susceptible a disparo (activacin)por vibracin, impacto (golpe) mecnico ovariaciones de presin debido a cambios detemperatura.

Este relevador normalmente est montado enlas paredes del transformador. Un incrementoen la presin del transformador causa unacontraccin de los fuelles sensores, as sefuerza una porcin de su aceite de silicndentro de los fuelles de control, produciendosu expansin

Relevador de presin sbita


Interruptor

Brazo balancn

Fuelle decontrol

Orificio ycompensador

Vlvula

Plugde prueba

Caja deconexiones

Actuador

Resorte

Fuelle decontrol

Aceitede silicn

LquidoFuelles deresortes


24/107


24

El relevador de sobrepresin se instala por logeneral en la cubierta del transformador, esterelevador es del tipo de resorte y adems sepuede restablecer. El relevador bsicamente seforma de una cubierta protectora, sellos y unaalarma visual (dispositivo indicador).

La presin normal de operacin del relevador seencuentra indicada en su placa de datos. Si lapresin a la que se encuentra el transformadores mayor a 10 psi (0.7 kg/cm 2), cuando lafuerza aplicada por la presin del aceite a losresortes del medidor es mayor que la fuerza delos resortes, se libera un gas o un lquido atravs del espacio entre el diafragma y la tapa.Esto hace que el elemento se abra rpidamentey permanezca abierto hasta que searestablecido manualmente, cuando la presinen el transformador lo permita.

Relevador de sobrepesin



25/107


25

2.2 Dispositivos de proteccin electrnicos

Estos dispositivos tienen las siguientes caractersticas:

Son especficamente diseados para proteger lneas de transmisin,transformadores y motores.

Cuentan con terminales de salida, las cuales generalmente son conectadas a lasbobinas de disparo de los interruptores de potencia o a una alarma o algn sistema

de monitoreo.Las seales que reciben son procesadas por el dispositivo y se determina si existeuna condicin anormal o de falla.

En caso de que exista una condicin anormal o de falla, el dispositivo manda aenergizar una salida correspondiente a una bobina de disparo o a una alarma. De talmanera que se comporta como un relevador.

Su operacin se realiza en base a un procesador digital, su ajuste se realizamediante la introduccin de parmetros, usando un teclado y un display digital o laconexin a una computadora, y con la correcta seleccin de las curvas de operacinque den los tiempos adecuados para una correcta coordinacin de las protecciones.


26/107


26

EJEMPLO

Multilin SR745En la figura se puede observar lo siguiente: Las conexiones entre la lnea y el MULTILIN

mediante transformadores de corriente. Estassirven para sensar (checar) la corriente en lalnea.

La conexin entre un circuito de salida y labobina de disparo de un interruptor.

Los puntos de alimentacin para el MULTILIN.

El puerto serie para la comunicacin entre elMULTILIN y una computadora personal.

Alimentacin

Tierra

Bobina dedisparo delinterruptor

Computadorapersonal

Circuitode salida

Puertoserie

Entradaspara

voltaje ycorriente

MultilinSR745

Curva de dao trmico del transformador

Curva de sobrecorriente temporizada derels seleccionados

Margen de proteccintrmica del transformador

Corriente

Tiempo

Instalacin de captacin de sobrecorriente,basada en la capacidad de carga mximaadmisible

Instalacin de captacin desobrecorriente ajustada,basada en la capacidad decarga calculada por factor dearmnicos



27/107


27

EJEMPLO

SISTEMA DE PROTECCIN DELTRANSFORMADOR 745

PANTALLA GRANDEPantalla de cuarenta caracteres que permite visualizar losvalores de consigna y los mensajes de valores reales. Losmensajes de diagnstico aparecen cuando se presenta unobstculo o una alarma. Despus de un periodo deinactividad, la pantalla muestra mensajes predeterminados.

TECLAS DE CONTROL YPROGRAMACIN

Las teclas Men, Salir,Restaurar, Intro, Subirmen y Bajar menbrindan pleno accesosin necesidad de utilizaruna computadora.

INTERFAZ DEL PUERTO DEL PROGRAMARS232 permite conectarse a una computadora,9600 baudios.

INDICADORES DE ESTADO 745Estado 745;Estado del transformador;Rel de salida.

TECLADO NUMRICOLas teclas numricas facilitan elingreso de los valores de consigna.Las teclas de control hacen que seaposible navegar fcilmente por losdistintos valores de consigna yestructuras de mensaje de valorreales. La tecla de ayuda proporcionamensajes de ayuda segn el

contexto.TECLAS DE VALORLas teclas Subir y Bajar sirven paramodificar los valores de consigna.

PALANCA DE CONTROL DE EXTRACCINPermite utilizar un alambre paraprecinto de plomo a fin de evitar que seextraiga sin la autorizacincorrespondiente.



28/107


28

Actividad 3

ACTIVIDAD 3

De acuerdo a lo estudiado, responda a las siguientes consignas:

Enuncie las caractersticas principales de los dispositivosmecnicos/electromecnicos y los dispositivos electrnicos en un cuadrocomparativo.

Mecnicos / Electromecnicos Electrnicos


29/107


29

Captulo 3

Funcionamiento


30/107


31/107


31

3.2 Principio de funcionamiento

Cmotrabajaun

transformador?

La energa elctrica de corriente alterna se introduce por la bobina deentrada o primariadel transformador, ah se convierte en energamagntica. La energa magntica fluye por el ncleo laminado de hierroa la salida o bobina secundaria. En la bobina secundaria se convierte deenerga magntica a elctrica por induccin electromagntica.

Siempre se pierde algo de energa en el proceso de transformacin.

Aumenta voltaje Disminuye corriente

Reduce voltaje Aumenta corriente


32/107


32

Dos bobinas cercanas

Bobina 1 Bobina 2

Bobina 1 Bobina 2

Bobina 1 Bobina 2 v

Produccin de un campo magntico variable

Campo magntico variable

Voltaje inducido en la bobina 2

Considere dos bobinas que seencuentran muy cercanas, donde a labobina 1 se le aplica un voltaje decorriente alterna.

sta generar un campo magnticovariable.

Si este campo magntico variableinteracta con la bobina 2, en ella se

inducir un voltaje de corriente alterna.Bajo esta condicin se tiene un voltajeen la bobina 2, el cual se obtiene sintener conexin elctrica entre lasbobinas, ya que entre ellas se tienenicamente un enlace magntico. A esteefecto se denomina induccin.



33/107


33


Si la bobina 2 no tiene carga (sucorriente es cero), la corriente en labobina 1 (corriente de magnetizacin)es la necesaria para generar el campomagntico.

En el interior de las bobinas secoloca un material ferromagnticopara producir un amplio campomagntico que entrelaza ambasbobinas.

Corriente demagnetizacin Campo magntico

variable

Corriente de magnetizacin

Bobina 1 Bobina 2

Material ferromagntico

Ncleo para producir un campo magntico amplio(robusto)


34/107


34

Con este arreglo se obtiene unamenor corriente de magnetizacinque cuando no se tiene un ncleode material ferromagntico. Esto sedebe a que el materialferromagntico es mejor conductor(menor reluctancia) del campomagntico que el aire.

Campo magnticoCampo de

magnetizacin

Ncleoferromagntico Menor corriente de

magnetizacin

V

El ncleo reduce la corriente de magnetizacin



35/107


35

Captulo 4

Prdidas


36/107


36

4.1 Prdidas

Las prdidas en los transformadores pueden clasificarse en dos grupos:

Prdidas

Prdidas en elcobre Prdidas en elncleo

a. Prdidas en el cobre

Se producen por el flujo de corriente a travs de la resistencia de los conductoresdel devanado primario y secundario. Estas prdidas son menores a medida que seutiliza cable con una mayor rea transversal en los devanados, ya que estodisminuye la resistencia de los mismos. Sin embargo, esta prctica incrementa elcosto y tamao del transformador.


37/107


37

b. Prdidas en el ncleo

1 Prdidas por corrientes parsitas (corrientes de Eddy)

Las corrientes parsitas son aquellas que se generan por induccin en el ncleo dehierro del transformador, a estas corrientes tambin se les conoce con el nombre decorrientes de Eddy.

2 Prdidas por histresis

Las prdidas por histresis se deben a la agitacin magntica de las molculas en elncleo y a su resistencia o inercia a ser movidas, lo cual origina la produccin de calorpor friccin y prdidas de energa.

3 Prdidas de fuga de flujo magntico

As como en el caso de la corriente elctrica, en donde la mayor parte de la corrientefluye por el camino que ofrece una menor resistencia, en el magnetismo la mayorparte de las lneas de flujo siguen la trayectoria de menor reluctancia, que es elncleo. Sin embargo, existen algunas lneas de flujo que siguen otra trayectoria.

4.1 Prdidas


38/107


38

4 Prdidas por saturacin del ncleo

Las prdidas por saturacin ocurren generalmente cuando los transformadores sonoperados con voltajes mayores a los nominales. Cuando el ncleo no permite mslneas de flujo, se dice que est saturado. As, cuando se incrementa la corriente nosucede nada o slo se convierte en un incremento muy reducido de lneas de flujo,aumentando, significativamente, las prdidas en el cobre

Nmero delneas de

flujo

Punto de saturacin

Corriente en amperes

Relacin entre la corriente y nmerode lneas de fuerza, mostrando la

regin de saturacin

4.1 Prdidas


39/107


39

4.2 Mtodos de enfriamientoTIPOS DE ENFRIAMIENTO EN TRANSFORMADORES

Designacinantigua Designacin nueva Descripcin

Altas capacidades

OA/FOA ONAN/OFAO

Aceite-aire,conveccinnatural, aceite-aire, conveccinforzada

FOW OFWF

Aceite-agua,

conveccinforzada

Medianas y bajascapacidades

OA ONAN Aceite-aire,conveccin natural

OA/FA ONAN/ONAF

Aceite-aire,conveccin naturaly conveccinforzada de aire

ATENCIN!

Para la nueva designacin se utiliza un par de grupos de 2 letras donde:

La primer letra determina el material O: Oil(aceite) A: Air (aire) W:Water(agua).

La segunda letra determina la forma N: Natural, F: Forzada.


40/107


40

Los transformadores de potencia de alta capacidad son frecuentemente equipados conenfriadores del tipo agua-aceite con circulacin forzada.

Este sistema de enfriamiento cuentacon un intercambiador de calor, a

travs del cual se fuerza el flujo deagua y de aceite del transformador

por medio de una bomba.

1. Enfriamiento agua / aceite

Los transformadores a veces sonenfriados con aire forzado hacia

arriba desde abajo. El aire circulaalrededor del ncleo y los devanados

y elimina el exceso de calor por laparte superior

1. Enfriamiento conveccinforzada

4.2 Mtodos de enfriamiento


41/107


41

Actividad 6

ACTIVIDAD 6

De acuerdo a lo estudiado en este captulo sobre las prdidas, por favor responda a lassiguientes consignas:

1

2

Qu significa una refrigeracin OFWF? y una ONAN? Cul utilizara enun transformador de 10 MVA?

Supongamos que usted debe verificar que el transformador de un equipono recaliente ms de lo aceptable, A qu parmetros cree necesarioprestar atencin?


42/107


42

Captulo 5

Parmetros principales


43/107


43

5.1 Relacin entre parmetros principales

Los parmetros principales deltransformador se muestran en suplaca y permiten asegurar que su

aplicacin se llevar a cabo enforma adecuada. Se indican lasconexiones de los devanadosprimario y secundario, voltajes dealimentacin y salida, impedancia,etc.

Placa de datos de un transformador

Transformadorde Potencia

kVA 25 Aumento de Temp. 115C Independencia 2.2%

Voltaje Primario 600 Voltaje Secundario 120/240Hertz 60 Fase simple Tipo Seco

Modelo No. XGT

Serie No. 101 - 1233WT.LBS.450

PRIMARIO SECUNDARIOVolts Sobre Lneas600 H1 & H2

Sobre Lneas X1 & X4Volts Conectar120 X1-X3, X2-X4240 X2 X3

UL

TU

H1 H2

X4 X3 X2 X1


44/107


44

Analizaremos los siguientes parmetros de los transformadores:


1 Relacin de potencia entre los devanados

La potencia o capacidad de un transformador, determina el voltaje y la corriente que eltransformador es capaz de suministrar a la carga, sin que se presente unsobrecalentamiento. Un transformador no genera potencia elctrica, simplemente la

transfiere o convierte de una bobina a otra por induccin electromagntica.

Potencia del primario = Potencia del secundario

Parmetros para determinacin de la potencia

Ip Is

Vp Vs

Bobina Primaria Bobina Secundaria

La potencia de los transformadores seespecifica en volt-amperes (VA), y esel producto del voltaje por la corrienteque circula en sus devanados.

VA = Vp * Ip = Vs * Isdonde:

Vp: Voltaje bobina del primarioVs: Voltaje bobina delsecundarioIp: Corriente bobina delprimarioIs: Corriente bobina delsecundario


45/107


45

Relacin de potencia entredevanados

Bobina primariaFuente de 220 VCA

Bobinasecundaria110 VCA

IsVs

Ip

Vp

En el transformador de la figura se aplican 220 VCA en la bobinadel primario y se tiene una corriente nominal de 10 amperes, el

voltaje en la bobina del secundario es de 110 VCA.A) Para obtener los volt-amperes del transformador simplementese multiplica el voltaje y la corriente del devanado primario, asse obtiene la potencia:

VA = Vp * Ip = 220 V *10 A = 2200 VA

Cuando la potencia es mayor a 1000 VA se cambian las unidadesa kilovolt-amperes (kVA). As, la potencia del transformador es de2.2 kVA.

EJEMPLO



46/107


46

EJEMPLO

B) Qu corriente circula en la bobina del secundario?Utilizando la consideracin de cero prdidas, la potencia en el secundario es igual a la delprimario, as:

VA = Vp * Ip = Vs * Is

Despejando para la corriente del secundario Is, tenemos:

Sustituyendo los datos en la ecuacin:

C) Si ahora en la bobina del secundario circularan 2 A, cul sera la corriente en el primario?Una vez ms, considerando la igualdad de potencia entre primario y secundario:

VA = Vp*Ip = Vs*Is

Despejando para la corriente del primario Ip, tenemos:

Sustituyendo los datos en la ecuacin, Ip = 1 A

Vs

)Ip)(Vp(Is

A20V110

)V10)(V220(Is

Vp

)Is)(Vs(Ip



47/107


48/107


48

3 Relacin de voltaje entre devanados

La relacin de transformacin o relacin de espiras define cunto va a ser el voltaje en elsecundario cuando se la aplica un voltaje en el primario. En el transformador, el voltajepor espira es constante tanto en primario como en el secundario, as, el devanado quetenga ms espiras ser el que presente un voltaje ms alto en sus terminales

Transformador elevadorVoltaje en el secundario > Voltaje en el primario

BobinaPrimaria 900

vueltas

BobinaSecundari

a 1800vueltas

1:2Vp = 120 VCAVs = 240 VCATransformador elevador


La relacin entre el voltaje del primario, el voltaje en el secundario yel nmero de espiras en cada devanado se determina con la

siguiente ecuacin:

Ns

Vs

Np

Vp

donde:Vp: Voltaje en el primarioVs: Voltaje del secundarioNp: Nmero de espiras del primarioNs: Nmero de espiras del secundario


49/107


49


EJEMPLOConsidere un transformador con 50 espiras en labobina del primario y 1000 espiras en la bobina delsecundario, si se aplica un voltaje de 110 VCA a labobina del primario Qu voltaje se tendr enterminales de la bobina del secundario?

Sustituyendo los valores en la ecuacin:

En este caso se tiene un transformador elevador

Bobinasecundaria

1000vueltas

Bobinaprimaria 50

vueltas

Vp = 110 VCAClculo de voltaje en el secundario

4 Relacin de corriente entre devanados

As, la bobina que tiene ms voltaje, tiene mayor nmero de espiras y porconsiguiente tendr una corriente ms baja. En forma similar, la bobina de voltaje msbajo, con menor nmero de espiras, tendr la corriente ms alta. La relacin entre elnmero de espiras y la corriente en las bobinas es:

Ip * Np = Is * Ns

donde:Ip: Corriente en la bobina del primarioIs: Corriente en la bobina del secundarioNp: Nmero de espiras del primarioNs: Nmero de espiras del secundario


50/107


50

Considere un transformador con 500 espiras en la bobina del primario, donde se le aplican 110 VCA.Se tiene tambin un devanado secundario con 1000 espiras que al conectarse a la carga, circula unacorriente de 1 A.

A) Cul es la corriente en la bobina delprimario?

De la ecuacin:

Despejando:

Sustituyendo:

B) Cul es el voltaje en la bobina del secundario?

EJEMPLO

Clculo de corriente y voltaje

BobinaPrimaria500

vueltas

BobinaSecundaria

1000 vueltas

Ip = ?

1 A

Vp = 110 VCA 1:2Vs = ?

Ns

Np

Ip

Is

Np

NsIsIp

A2

500

1000)A1(Ip

Ns

Np

Vs

Vp



51/107


51

EJEMPLO

Despejando:

Sustituyendo:

C) Con los valores obtenidos, verificar que la potencia en el primario sea igual a la delsecundario.

Usando la ecuacin de potencia: P= VI

Para el Primario : Pp=(110VCA)(2)= 220VA

Para el Secundario: Ps=(220VCA)(1)= 220VCA

El transformador tiene una potencia de 220 VA. Los resultados son correctos pues la potencia delprimario es igual a la del secundario.

Ns

Np)Vp(Vs

VCA220500

1000)V110(Vs



52/107


52

se considera a la impedancia del transformador como una impedancia equivalente,donde se agrupan las caractersticas de ambos devanados del transformador.

5.2 Impedancia

se define como la oposicin total del transformador al flujo decorriente. En el devanado de un transformador la impedanciadepende del calibre del conductor y de su nmero de vueltas.En ambientes industriales, aun cuando el devanado primario yel secundario tienen cada uno una impedancia caracterstica,

Impedancia

Ip nominal

Bobina primariaBobina secundaria

Corto circuitoVp

Determinacin de impedancia del transformador

Clculo de laimpedancia

)100(Vp

Vpcc%Ze

donde:

Vpcc: Voltaje en el primario con elsecundario en cortoVp: Voltaje nominal del primarioZe%: Impedancia equivalente enporcentaje


53/107


53

Se tienen dos transformadores con los siguientes datos de placa:

Cul es el voltaje del secundario de estos transformadores cuando seencuentran operando a su capacidad nominal?

Para el transformador 1 se tiene una cada de voltaje de:

Para obtener el voltaje real en el secundario se resta voltaje obtenido al voltajenominal.

Para el transformador 2 se tiene una cada de voltaje de:

EJEMPLO

Transformador 1Potencia: 200 kVA Vp: 13,800 VImpedancia del 2% Vs: 440 V

Transformador 2Potencia: 200 kVA Vp: 13,800 VImpedancia del 0.2% Vs: 440 V

VCA8.81

)02.0)(VCA440(

%100

%)2)(VCA440(

VC2.431VCA8.8VCA440

VCA88.01

)002.0)(VCA440(

%100

%)2.0)(VCA440(

5.2 Impedancia


54/107


54

EJEMPLO

De igual forma, se resta voltaje obtenido al voltaje nominal.

VCA12.439VCA88.0VCA440

5.2 Impedancia

En base al ejemplo, se concluye que el transformador que tiene mayor impedanciatiene una mayor cada de voltaje en el secundario cuando est a la carga nominal.


55/107

5 3 Caso prctico: especificaciones en la


56/107


56

# Referencia

1 Nombre del fabricante y tipo de transformador (en este caso de potencia).

2 Lugar donde se fabric el transformador y se localiza la compaa.

3 Especifica la potencia del transformador en kVA. La cantidad de corriente en elsecundario se calcula dividiendo los volt-amperes por el voltaje del secundarioIs=KVA/Vs.

4

Incremento de temperatura permitido en los devanados. Este valor usualmentese basa para una temperatura ambiente de 40 grados centgrados (104 F). Lasuma de la temperatura ambiente y el incremento de temperatura da comoresultado la temperatura mxima de operacin. En este caso, una temperaturaambiente de 40 C y un incremento de 115 C (239 F), dando como resultadoun valor de temperatura mxima de 155 C (311 F). El valor de latemperatura mxima de operacin de un transformador depende del tipo deaislamiento con que cuenten los devanados, ya que cada tipo de aislamientosoporta una mxima temperatura sin sufrir deterioro.

5.3 Caso prctico: especificaciones en laplaca



57/107


57

# Referencia5 Es el voltaje nominal para la bobina del primario.

6 Es el voltaje nominal para la bobina del secundario.

7 Es el nmero de fases del transformador. Este valor es uno si el transformadores monofsico o tres si el transformador es trifsico.8 Es la frecuencia a la que opera el transformador.

9 Nmero de modelo, nmero de serie y peso del transformador.

El modelo normalmente est dado en forma de cdigo y depende delfabricante.

10

11

12 Dan informacin acerca de las posibles conexiones de los devanados delprimario y secundario. (Ver ejemplo Posibles conexiones de los devanados delprimario y secundario.13

14Diagrama esquemtico del transformador que sirve como referencia para el

tcnico de instalacin.

15Define el tipo de transformador. En este caso es del tipo seco, tambin puedeser en aceite (se especifica el tipo de aceite y la cantidad de aceite quenecesita el transformador).

16 Es la impedancia equivalente del transformador. Este valor se expresa enporcentaje.17 Se refiere a una norma que depende de cada pas.



58/107



59/107


59

Sea un transformador cuyos datos de placa son:

El transformador es alimentado por un suministro cuyo voltaje es:Vf=570 VCA

Dado que el porcentaje de variacin del voltaje de la fuente respecto al primariose determina mediante la ecuacin:

Se tiene que:

EJEMPLO

Potencia: 25 kVAVoltaje del primario: 600 VVoltaje del secundario: 120 VImpedancia del 2%

Indicacin de los TAPs

2 a 7590.0

2 a 6492.5

3 a 6395.0

3 a 5297.5

4 a 51100.0

ConectarPosicin

Indicador del TAP% Alto voltaje

Indicacin de los TAPs

2 a 7590.0

2 a 6492.5

3 a 6395.0

3 a 5297.5

4 a 51100.0

ConectarPosicin

Indicador del TAP% Alto voltaje

)100(

Vp

Vf%

%95)100(600

570%

El indicador de TAPs se deber

colocar en la posicin 3 o bien,conectar el terminal 3 con elterminal 6.




60/107


60

Posibles conexiones de losdevanados del primario ysecundario.

EJEMPLO

En el caso del ejemplo: Las terminales H1 y H2 son para el devanado del primario y su

alimentacin es de 600 V. Las terminales del secundario que van a la carga son X1 y X4, el devanado

del secundario puede operar en dos voltajes de 120 V y/o 240 V.

Si se requieren nicamente 120 V se

unen las terminales X1 con X3 y X2con X4.

Primario

Volts Sobrelneas

600 H1 & H2

SecundarioSobre lneas X1 &

X2Volts Conectar

120 X1-X3,X2-X4240 X2-X3

Conexin de secundarios para 120 VCA




61/107

TransformadoresTernium | Capacitacin 61

EJEMPLO

Si se necesitan nicamente 240 V seunen las terminales X2 y X3 y lasterminales X1 y X4 se conectan a lacarga.

Si se requiere tener ambos voltajesse une X2 con X3, as tenemos 240 Ventre X1 y X4, 120V entre X1 y la

unin entre X2, X3 o X4 y la unin X2y X3.

Conexin de secundarios para 240 VCA

Conexin de secundarios para 120 y 240VCA



62/107


Captulo 6

Caractersticas principales


63/107


6.1 Sistemas monofsicos y trifsicos

Existen algunas cargas que,por sus caractersticas,requieren de un sistema dealimentacin monofsico,ste es el caso de algunos

de los sistemas dealimentacin de usodomstico.

Existen otros casos endonde las caractersticas delas cargas requieren de un

sistema de alimentacintrifsico. Estos tipos desistemas emplean trescables conductores quellevan energa hacia lacarga y que, adems, nocuentan con cable deretorno.

RECUERDE

La expresin fase elctricase refiere a un solo conductor en un circuitomltiple de conductores.


64/107


6.2 Conexiones

Para tener un determinado voltaje o rango de corriente se debe conocer el tipo de

conexin que hay que realizar en las bobinas del transformador.

Conexin Delta - Delta

Conexin Delta-Estrella

Conexin Uso Diagrama

Delta Delta

D - D

Esta conexin se utiliza entransformadores trifsicos.Esta conexin es empleadapara alimentarlo contensiones bajas y poder as

obtener tensiones altas dedistribucin. Tiene un solorango de voltaje ya que notiene hilo de derivacin.

Delta

EstrellaD - Y

Se aplica con gran frecuenciaen la industria debido a que laestrella en el secundariopresenta dos rangos devoltajes y con esto se puede

alimentar a diferentesmaquinarias. Es muy utilizadocomo transformador dedistribucin reductor y en lassubestaciones elevadoras devoltaje.


65/107


Conexin Estrella-Estrella

Conexin Estrella-Delta

Conexin Uso Diagrama

Estrella Estrella

Y - Y

Es empleada para tensionesmuy elevadas ya que reducela cantidad de aislamiento.Posee un hilo de derivacinpara tener dos rangos devoltajes. Una de lasdesventajas que tiene es quese presentan armnicas con

facilidad.

Estrella Delta

Y - D

Se utiliza como receptora enlos sistemas que contienensubestaciones y cuyo objetivoes reducir el voltaje.

6.2 Conexiones

ATENCIN!

Es posible conectar tres transformadores monofsicos con el objetivo deformar un banco de transformadortrifsico de cualquiera de los cuatro tipos.


66/107


Conexin Delta abierta Delta abierta

La conexin Delta-Delta presenta la ventaja de poder eliminar un transformador parareparacin o mantenimiento, mientras que los otros dos restantes continanfuncionando como un banco trifsico con una capacidad reducida a 58% con respectoal banco original.

La conexin se originacon los 3transformadoresmonofsicosfuncionando.

Uno de lostransformadores salede lnea.

Conexin Delta Delta

Conexin Delta abierta Delta abierta

EJEMPLO

6.2 Conexiones


67/107


6.3 Polaridad

TRANSFORMADORDE POLARIDADSUSTRACTIVA

TRANSFORMADORDE POLARIDAD

ADITIVA

Cuando las corrientes circulan en sentidocontrario en ambos embobinados, su accinelectromagntica se contrarresta, se trata deun

Cuando el efecto electromagntico de las

corrientes se suman se trata de un

Cmo determinar la polaridad?

Conectar un extremo del devanado de altovoltaje con un extremo del devanado debajo voltaje.

Conectar un voltmetro entre ambosextremos abiertos. El voltmetro tiene que

poder medir hasta la suma de la tensin delprimario ms la del secundario.

Aplicar un voltaje no mayor que el voltajepermitido del devanado, ya sea eldevanado de alto voltaje o el de bajovoltaje como se muestra en la figura.

1

2

3

Conexiones para la prueba de polaridad


68/107


Captulo 7

Tipos de transformadores


69/107


7.1 Clasificacin de los transformadores

Los transformadores principales o bsicosson:

Transformadores con derivaciones oTAPs

Autotransformadores

Transformadores para instrumentos

Transformadores Buck-Boost

Transformadores de control

Transformadores de distribucin

Los transformadores tambin se pueden clasificar de acuerdo a sus caractersticas:

Por la construccin de su ncleo

Por su polaridad

Por su utilizacin

Por su potencia

Aislamiento - Refrigeracin

Por el Sistema de Alimentacin

Localizacin


70/107


7.2 Transformadores con derivaciones o TAPs

Con frecuencia se extraen conexiones enpartes intermedias de los devanadosprimario y/o secundario deltransformador, estas conexiones salen deldevanado y se conectan a una tablilla oborne de conexiones. Las opciones deconexin que ofrece el TAP permiten

modificar el nmero de espiras a utilizar.Esto, como hemos visto antes en estecurso, modifica la relacin detransformacin del transformador y as suvoltaje de salida.

Para cambiar de derivacin, hay que procederas:

1. Desconectar el transformador de las lneas dealimentacin,2. Hacer el cambio de derivaciones,3. Energizar el transformador nuevamente.El interruptor instalado en las lneas dealimentacin al primario facilita y proporcionaseguridad a esta operacin.


71/107


7.3 Autotransformadores

El autotransformador difiere deltransformador en que slo tiene undevanado. En este devanado, unaparte sirve tanto para el primariocomo para el secundario.

En el autotransformador, la relacin del voltaje, como en un transformador,es igual a la relacin entre las espiras del primario y las del secundario (NP/NS ).

Si se desprecia la corriente de excitacin, las espiras por amper del primarioy del secundario en un autotransformador son iguales. As, la ecuacin de larelacin de transformacin o vueltas (EP /ES = N P /N S) tambin se aplicaa los autotransformadores.


72/107


Reducir el voltaje, durante el perodo de arranque, en motores de CA.

Compensar pequeas cadas de voltaje en lneas de suministro elctrico.

Producir pequeos cambios de la amplitud del voltaje por requerimiento de carga.

Adaptar el voltaje de alimentacin de equipos especiales a voltajes de suministro

estndar (por ejemplo: 440 a 380 VCA, 230 a 208 VCA, etc.). Equipos de potencia limitada con requerimientos de salida de voltaje variable

(VARIACs).

Aplicaciones

7.3 Autotransformadores


73/107


7.4 Transformadores para instrumentos

La principal funcin del transformador para instrumento es aislar alinstrumento o relevador del alto voltaje. Adems hace posibleestandarizar las seales para la mayora de los instrumentos elctricosy en esta forma operar en valores bajos de voltaje y corriente, como120V y 5A. Los transformadores para instrumentos se dividen en:

Transformador de potencial (TP) Transformador de corriente (TC)


74/107



Los transformadores de voltaje, tambin llamados

transformadores de potencial (TP) estn diseadospara hacer grandes cambios de tensin, tanto de altacomo de baja. Por lo tanto, este tipo detransformadores maneja un potencial de voltaje muyalto que tambin es denominado alta tensin y susvoltajes pueden variar de acuerdo a las necesidades.

Transformadores de Potencial

Los transformadores de potencial, debido asu uso, tienen una razn de transformacin

o voltaje muy precisa.El porcentaje de error en un transformadorde potencial, depender de la aplicacin. Enla mayora, el porcentaje de error es menoral 0.5%


75/107


EJEMPLO

Como ejemplo, se utilizar un transformador de potencial que se utiliza para reducir el voltaje deuna lnea de alta tensin de 2,400 volts a 120 volts (relacin 20 a 1).Se conecta un voltmetro al devanado de secundario o de bajo voltaje 120 volts. La lectura quese lea en el voltmetro se multiplica por 20 para obtener el voltaje en alta tensin.Si existiera un error del 4% en la relacin de transformacin o voltaje, el voltmetro indicara115.2 volts, as 20 x 115.2 = 2,304 volts, (produciendo un resultado con un error de 96 volts)

cuando en realidad se tiene 2400 volts.

Para medir niveles de corriente en CA generalmentese utiliza un transformador para instrumentoconocido como transformador de corriente (TC). Enun transformador de corriente, como el que semuestra en la figura, el devanado primario consistede una o ms espiras de alambre grueso enrolladoen un ncleo de hierro/acero y conectado en seriecon la lnea donde se desea medir la corriente. Transformadores de Corriente



76/107


Los tipos de transformadores de corriente son:

Tipo primario devanado1 Tipo barra2

Tipo toroidal (ventana)3 Tipo para bornes4

Para especificar completamente untransformador de corriente para elservicio de proteccin, se debe

designar por su clase de precisin,tipo y tensin mxima secundaria.Estos valores definen completamentesu comportamiento.

EJEMPLO

Un transformador de corriente2.5H800, indica un transformador

con clase de precisin de 2.5%,clase de funcionamiento H y tensinmxima secundaria en bornessecundarios de 800 V.



77/107


7.5 Transformador Buck- Boost

Un transformador Buck-Boost es un

transformador con dos devanados en donde

ambos se conectan para operar como un

autotransformador.

El transformador Buck-Boost se utiliza paraincrementar o disminuir el voltaje de

alimentacin en pequeas cantidades.

Definicin

Diagrama esquemtico de untransformador Buck - Boost

EJEMPLOEl transformador Buck - Boost se puede utilizar para incrementar elvoltaje de 208 volts a 240 volts. Otros cambios de voltaje comunesson de 440 volts a 480 volts y viceversa y de 240 volts a 277 volts.


78/107


7.6 Transformadores de control

Un transformador de control es untransformador de dos devanados queprovee una fuente de bajo voltaje paracircuitos de control (generalmente120VCA).

Los transformadores de control se utilizan eninstalaciones industriales para proporcionarvoltaje a los circuitos de control tales comorelevacin, fuentes de poder, bobinas dearrancadores y controladores de motores.

Definicin

Los niveles de suministro de voltajems comunes (en instalacionesindustriales) son 208, 240, 277, 480y 575 volts.

Transformador de control dederivaciones (TAPs) en el primariopara conexin a varios niveles de

voltaje


79/107


7.6 Transformadores de control

EJEMPLO

En la figura se muestra un transformador con dosdevanados en el primario, lo cual permite operarlotanto con un voltaje de alimentacin de 240 volts(en caso de conectarse en paralelo) como de 480volts (conectndose en serie).

Transformador de control con dos

devanados de 240 volts, que al serconectados en serie permiten unvoltaje de alimentacin de 480

volts.


80/107


7.7 Transformadores de distribucin

En esta clasificacin se engloban a lostransformadores que manejan voltajes demedia y baja tensin. Sus rangos deoperacin estn entre 34.5 kV comomximo y desde ese voltaje hasta voltajescomerciales y residenciales.

Este tipo de transformadores son utilizadospara reducir o aumentar voltajes y

corrientes para poder utilizar la energadespus de que se hizo la generacin y lapotencia de la energa elctrica. Lostransformadores de distribucin son de dostipos:

Definicin

Tipo pedestal o estante

Tipo poste


81/107


7.8 Transformadores segn su ncleo

En relacin con el tipo de ncleo, existen dos tipos de transformadores:

Si el ncleo tiene forma de rectngulo,como se muestra en la figura, con labobina del primario enrollado a unextremos y la bobina del secundario en el

otro, se le llama transformador tiponcleo (core).

Tipo ncleo (core)Si el ncleo forma una figura de unocho rectangular, como se muestraen la figura, con las bobinas delprimario y secundario enrolladas enforma concntrica, es decir, que

comparten el mismo centro, sobre larama del medio se le denominatransformador acorazado (shell).

Tipo acorazado (shell)


82/107


Captulo 8

Anlisis de circuitos


83/107


8.1 Circuitos equivalentes

Prdida

Prdidas (FR) en el cobrePrdidas de corrientes parsitasPrdidas por histresis

Flujo de dispersin El modelo que representa estas prdidas es:

Circuito equivalente del transformador referido a su lado primario

Los principales detalles que deben tenerse en cuenta para la construccin de un

modelo que refleje el comportamiento de un transformador son:

Para analizar circuitos prcticos que contengan transformadores, normalmente esnecesario convertir el circuito entero en un circuito equivalente, con un nivel devoltaje nico.

8 1 Ci i i l


84/107


Figura a:

Reqp = Rp + a2Rs

Xeqp = Xp + a2Xs

Figura b:

Reqs = Rp/a2+ Rs

Xeqs = Xp/a2+ Xs

Figura c Figura d

Circuitos equivalentes aproximados de un transformador

Se puede producir uncircuito equivalentesimplificado que trabajecasi tan bien como elmodelo original. Larama de excitacinsimplemente se mueve

hacia la entrada deltransformador y lasimpedancias primaria ysecundaria se dejan enserie entre s. Estasimpedancias slo seadicionan, creando loscircuitos equivalentes

aproximados, como seve en las siguientesfiguras a y b .

En algunas aplicaciones, la rama de excitacin puede desecharse totalmente sin causarningn error serio. En estos casos, el circuito equivalente del transformador se reducea los circuitos sencillos de las figuras c y d.

8.1 Circuitos equivalentes


85/107

8 3 E d t f d t if i


86/107


8.3 Ensayos de transformadores trifsicos

Diagrama de ensayo en vaco

Circuito equivalente

Se utiliza para encontrar las prdidas en el hierro en un transformador. Podemosobtener:

2

1

2

1

V

V

E

Em

Fc1 PPW

11

11

IV

Pcos

0

10

I

VZ

La relacin detransformacin

Las prdidasen el hierro

El factorde potencia

La impedanciaequivalente Zo

Ensayo en vaco

8 3 E d t f d t if i


87/107


8.3 Ensayos de transformadores trifsicos

Se utiliza para encontrar las prdidas en el cobre en un transformador. Podemosobtener:

La potencia decorto circuito

El factor depotencia encortocircuito

La impedanciaequivalente de

cortocircuito

Los doscomponentes de Zcc

Ensayo en corto circuito

Medicin en el ensayo en cortocircuito

Circuito equivalente para el ensayo en

cortocircuito

Cucc PPW

n1cc

Cucc

IV

Pcos

n1

cccc

I

VZ

cccc cosZR

cccc cosZX

8 4 P l l d t f d


88/107


8.4 Paralelo de transformadores

El paralelo de transformadores se utiliza cuando dos transformadores de igual

capacidad deben operar al doble de capacidad en kVA de cualquiera de ellos enforma individual. En otras palabras, la capacidad en kilovolt-ampers (kVA) detransformadores conectados en paralelo es igual a la suma de sus capacidadesindividuales.

Para dividir la carga de

acuerdo con la capacidad delos transformadores y evitarcorrientes circulantes, esnecesario cumplir con lossiguientes requerimientos:

Sus rangos de voltajedeben ser iguales.Sus impedancias(porcentaje deimpedancia) tambindeben ser iguales.

Alimentacin primaria de 4800 Volts

Conexiones finales para dostransformadores en paralelo

C t l 9


89/107


Captulo 9

Mantenimiento


90/107

9 1 T f d ti


91/107


9.1 Transformadores tipo secos

Mediantela

aplicacind

e

calorextern

o

Es el procedimiento de secado ms comn. Se lleva a cabo aplicando

aire caliente en los conductos presentes entre los devanados.

El aire caliente se puede obtener usando resistencias o calentadores.Otra forma de calentamiento externo es introduciendo al transformadoren un horno. En ste horno la temperatura de secado no debe excederlos110C (230F).

Mediantela

aplicacinde

calorinterno

Es te proceso de secado esms lento. El calentamientointerno se logracortocircuitando un devanadoy aplicando un voltajereducido al otro devanadopara obtener

aproximadamente la corrientenominal del transformador,como se aprecia en elsiguiente diagrama.

Conexin para secado por calentamientointerno

9 1 T f d ti


92/107


Mediantela

aplicacinde

una

combinacin

de

calorextern

oe

interno

Constituye una forma rpida desacado de los devanados. Latemperatura del devanado nodebe exceder los 100C (230F) yse debe medir en los conductosque se tienen entre losdevanados. Para la medicin de latemperatura no se deben utilizartermmetros de mercurio, debidoa que se inducen corrientes en elmismo causando lecturas

errneas.

Medicin de resistencia de

aislamiento, conexin delMegger y los devanados del

transformador

9.1 Transformadores tipo secos

9 2 T f d it


93/107


9.2 Transformadores en aceite

Los transformadores en aceite requieren ms atencin que los de tipo seco. El lquidoque se utiliza como aislante es aceite mineral o un lquido sinttico. La acumulacin desedimentos en los serpentines y conductos de enfriamiento del transformador reducen lacapacidad de transferencia de calor, ocasionando un incremento en la temperatura deoperacin. Los transformadores en aceite, generalmente tienen dos tipos deenfriamiento :

1 Autoenfriado

Este tipo de enfriamiento depende de la circulacin del aire alrededor del tanque y deque sus disipadores se encuentren limpios.

2 Enfriado por agua

El transformador enfriado con agua utiliza conductos o serpentines de enfriamiento atravs de los cuales circula el agua.

Captulo 10


94/107

Transformadores

Ternium | Capacitacin 94

Captulo 10

Fallas

10 1 Fallas en el aceite aislante


95/107

Transformadores


10.1 Fallas en el aceite aislante

El aceite en el transformador se deteriora por la accin de la humedad, el oxgeno, la

presencia de catalizadores (cobre) y el incremento de su temperatura.

Si se detecta humedad, sedeben revisar todos losempaques y terminales deconexin (bushings) paradeterminar el acceso de la

humedad.

Si se encuentra demasiadosedimento, se debe drenar elaceite as como limpiar apresin la parte interior deltanque y devanados.

MANTENIMIENTO

Los transformadores en aceite, en los cuales ha

entrado agua o se han inundado, se deben secar.Para realizar el secado se debe drenar el aceite enotro contenedor y seguir el procedimiento indicadopara los transformadores tipo seco, en relacin conlas bobinas y el ncleo.

El aceite debe secarse con un filtro a presin. Alterminar se hace una prueba para determinar surigidez dielctrica, antes de que se bombee denuevo dentro del tanque del transformador.



96/107

Transformadores


Circuito hidrulico que se utiliza entransformadores pequeos en loscuales re circula el aceite medianteuna bomba y, al pasarlo a travs de un

filtro, reduce su contenido dehumedad.Para transformadoresgrandes se disean diagramas de flujomas complejos pues es mayor elcontenido de aceite que almacenan, ypor lo tanto es necesario un procesode purificacin del aceite masdetallado.




97/107

Transformadores

Ternium | Capacitacin97

Diagrama de flujo que muestra el proceso depurificacin de aceite en transformadores

grandes

En la figura se muestra un ejemplo de este tipo de diagrama utilizado por unamquina llamada desgasificadora para purificar el aceite.

EJEMPLO




98/107

Transformadores


Qu sucede al romperse la condicin de equilibrio?

Al romperse la condicin de equilibrio, es decir, al aumentar el valor de contenido dehumedad en el aceite, resultan los siguientes problemas:


El aceite cede su humedad a los aislamientos, lo cual da por resultado que el aislamientoenvejezca ms rpido y, por tanto, falle y se dae.

1

El incremento de humedad del aceite, se manifiesta en una disminucin en el valor de voltaje deruptura o rigidez dielctrica. El aceite se satura cuando su contenido de humedad es de 100 ppm(0.01%). Bajo esta condicin, cualquier adicin ser absorbida por los materiales fibrosos deltransformador, como son: cartn, papel aislante y madera.

2

MANTENIMIENTOBajo estas condiciones de contaminacin, en transformadores pequeos (y hastadonde es prctico realizarlo) es recomendable sustituir el aceite, para lo cual se debe hacer lo

siguiente:1. Sacar el ncleo y los devanados;2. Sacar y desechar el aceite;3. Limpiar el interior del tanque;4. Limpiar el ncleo y los devanados y secarlos;5. Introducir el ncleo y los devanados en el tanque;6. Sellar y llenar a vaco con aceite nuevo.



99/107

Transformadores


Prensa de filtrar

La prensa de filtrar es un dispositivo que puede usarse para reacondicionar el aceite deltransformador. Una prensa de filtrar esta compuesta por una bomba y una serie defiltros. Se usa una manguera para conectar la prensa de filtrar a la vlvula de muestreode aceite en el transformador. La bomba fuerza al aceite del transformador a travs delos filtros. Este tratamiento se realiza estando el transformador desenergizado.

Prensa de filtrar


10 2 Fallas en el equipo auxiliar


100/107

Transformadores


10.2 Fallas en el equipo auxiliar

Cmo evitar una falla en el equipo auxiliar?

Se debe tener la certeza que el equipo auxiliar, de proteccin y medicin funcionecorrectamente.

1

Debe revisarse y apretarse la tornillera en cuanto haya oportunidad, dado que lavibracin natural del transformador en operacin tambin favorece que se aflojenlas conexiones.

2

Los aisladores o bushings deben estar limpios y, al menor signo de deterioro,deben reemplazarse.

3

El tanque debe estar limpio, no debe presentar signos de envejecimiento y se debecorregir de inmediato cualquier fuga.

4

10 2 Fallas en el equipo auxiliar


101/107

Transformadores


10.2 Fallas en el equipo auxiliar

Es conveniente insistir en que, en operacin normal, el aceite se dilate o secontraiga segn la carga del transformador y la temperatura ambiente.

5

Se debe revisar que no existan rastros de carbonizacin en la superficie del tanquey que tampoco presente seales de abombamiento.

6

Si se observan rastros de carbn o seales de abombamiento, se debe desconectarel transformador y determinar las causas que lo han generado.7

10 3 Fallas en devanados


102/107

Transformadores


10.3 Fallas en devanados

Este tipo de fallas pueden ser ocasionadas por:

Falsos contactos

Corto circuito externo

Corto circuito entre espiras

Sobretensiones por descargas atmosfricas

Sobretensiones por transitorios

Sobrecargas

Vibracin que provoca desplazamiento en las bobinas

MANTENIMIENTO

Despus de una falla de este tipoy antes de poner en servicio nuevamente al transformador, se debe tener la certeza de que seha eliminado el cortocircuito y se debe revisar exhaustivamente el transformador paradeterminar si est, o no, daado.



103/107

Transformadores


Es producida por un cortocircuito externo al transformador. La

posibilidad de producir un dao al transformador depender desu intensidad y de su tiempo de duracin. Esta falla semanifiesta con la presencia de carbn en las terminales,terminales carcomidas y un cambio a una coloracin oscura enaislamientos y conductores.

Falsocontacto

Este tipo de fallas son el resultado de aislamientos que pierdensus caractersticas por exceso de humedad, sobrecalentamientoconstante, exceso de voltaje, etc. Se manifiestan por undevanado regular excepto en el punto de falla

Corto circuitoentre espiras

La manifestacin de este tipo de fallas son bobinas

deterioradas en la parte ms cercana del transformador, osea, en las conexiones o herrajes. En caso de que lasobretensin causada por la descarga atmosfrica exceda ellmite de aislamiento del transformador, el devanado sujetoa este esfuerzo fallar.

Sobretensionespor descargasatmosfricas




104/107

Transformadores


Este tipo de sobretensiones son producidas por operaciones

de switcheo (conexin y desconexin de cargasimportantes), por puesta de servicio y desconexin debancos de capacitores, etc. Los sobrevoltajes que seproducen por estas causas pueden ser del orden de hastados veces el voltaje de operacin.

Sobretensionespor transitorios

Si las sobrecargas a que se somete el transformador no hansido tomadas en cuenta durante el diseo del aparato, stetendr un envejecimiento acelerado que destruir susaislamientos y su falla se presentar como un cortocircuitoentre espiras.

Sobrecargas

La manifestacin de este tipo de fallas son bobinas

deterioradas en la parte ms cercana del transformador, osea, en las conexiones o herrajes. En caso de que lasobretensin causada por la descarga atmosfrica exceda ellmite de aislamiento del transformador, el devanado sujetoa este esfuerzo fallar.

Sobretensionespor

descargastra




105/107

Transformadores


Se recomienda que las rutinas de mantenimiento preventivo se realicen cada seis meses y en granparte el xito del mantenimiento depender de si se lleva o no un registro de actividades yresultados.

Entre las actividades de mantenimiento se deben verificar: Relacin de transformacin. Resistencia de aislamiento. Resistencia hmica de los devanados. Operacin del termmetro.

Nivel de aceite. Limpieza del tanque y bushings. Inexistencia de fugas. Buen sellado y estado de juntas. Apriete general de tornillera y conexiones. Buena ventilacin del cuarto en el que se aloja el transformador. Inexistencia de rastros de carbonizacin, y de produccin de gases o humos. Toma de una muestra adecuada de aceite para verificar sus caractersticas. Verificacin del sistema de enfriamiento cuando exista en el transformador.

Mantenimiento al tablero de control.Por supuesto que la labor de mantenimiento predictivo y/o preventivo, basada en una periodicidadadecuada y del anlisis de sus resultados, contribuir a lograr que el transformador alargue su vidatil y se prevengan posibles fallas.

Esto ltimo es muy importante, pues tener un transformador fuera de servicio se traduce, almenos, en una paralizacin parcial del proceso y por lo tanto, en prdidas de produccin.

MANTENIMIENTO


10.4 Deteccin de fallas mediante el anlisisde gases


106/107

Transformadores


de gases

Este diagnstico est basado principalmente en el anlisis de los gases muestreadosen el relevador Buchholz.

Esto es, cuando un transformador de potencia es sometido a condiciones decortocircuito, arcos elctricos y sobrecalentamiento, se generan ciertos gasescombustibles debido a la degradacin del aceite y los materiales aislantes. El tipo y lasconcentraciones de gases generados son importantes, ya que el envejecimientonormal produce cantidades extremadamente pequeas de gases mientras que las

condiciones de falla generan grandes cantidades de los mismos.

ATENCIN!

Se utiliza la tcnica de cromatografa de gases para identificar los gases

combustibles, ya que determina tanto el tipo como la concentracin (cantidad)de los gases disueltos en el aceite del transformador.


107/107

233924431-transformadores-130828223914-phpapp01-copia (2)

Documents