Manual de transformadores

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Manual de transformadores

  1. 1. MAQUINAS ELÉCTRICASMANUAL DE TRANSFORMADORES Docente: Carlos González. Alumnos: Obed Jonny Asael Briceño Olalde. Antonio Romero Ortiz. Carrera: Mantenimiento Industrial (Área Instalaciones). Grado y grupo: TMI020204. Fecha de entrega: 26 de Septiembre del 2011. 1
  2. 2. ContenidoINTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 4CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS .............................................................. 5 CLASIFICACIÓN POR USOS .................................................................................................... 5 A. Generadores ..................................................................................................................... 5 B. Motores .............................................................................................................................. 5 C. Convertidores electromecánicos ................................................................................ 5 D. Compensadores electromecánicos ........................................................................... 5 E. Amplificadores electromecánicos .................................................................................. 5 F. Convertidores electromecánicos de señales ............................................................... 5 CLASIFICACIÓN POR TIPO DE CORRIENTE Y POR SU FUNCIONAMIENTO ............. 6 A. Transformadores .............................................................................................................. 6 B. Máquina de inducción ...................................................................................................... 6 C. Máquinas síncronas ..................................................................................................... 6 D. Máquinas colectoras .................................................................................................... 6 E. Máquina de C.C ................................................................................................................ 6 CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA........................................................................ 6  Micro máquinas................................................................................................................. 7  De pequeña potencia ....................................................................................................... 7  De potencia media............................................................................................................ 7  De gran potencia .............................................................................................................. 7TRANSFORMADOR. ....................................................................................................................... 7 TIPOS DE TRASFORMADORES. ............................................................................................. 8 Transformador de potencia ..................................................................................................... 8 Transformador de Distribución ............................................................................................... 9 Transformadores secos encapsulados en resina apoxi ..................................................... 9 Transformadores herméticos de llenado integral ................................................................ 9 Transformadores rurales ....................................................................................................... 10 Transformador subterráneo .................................................................................................. 10TRANSMISOR. ............................................................................................................................... 10DEVANADO. ................................................................................................................................... 10RECEPTOR. ................................................................................................................................... 11 2
  3. 3. PERDIDA DE POTENCIA EN LOS TRANSFORMADORES. ................................................. 11LA CONSTRUCCIÓN DEL NÚCLEO. ........................................................................................ 19 Elementos de los núcleos de transformadores. .................................................................... 20 Tipos de núcleos. ....................................................................................................................... 20 Núcleo de columnas............................................................................................................... 20 Núcleo monofásico ................................................................................................................. 20 Núcleo trifásico ....................................................................................................................... 20 Tipo acorazado ....................................................................................................................... 21HERRAJES O ARMADURA. ........................................................................................................ 21LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES.............................................................. 21 Devanados para transformadores de distribución. ............................................................... 22 Devanados de baja tensión. ..................................................................................................... 22 Devanados de alta tensión. ...................................................................................................... 22LA TEMPERATURA Y LOS MATERIALES AISLANTES. ....................................................... 23 Calificación de los materiales aislantes. ................................................................................. 23REFRIGERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES ............................................................... 24MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORES ELECTRICOS ................................................ 25CONCLUSIONES. .......................................................................................................................... 28BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 28 3
  4. 4. INTRODUCCIÓNEn el siguiente manual se presentaran algunos conceptos básicos demaquinas eléctricas, los tipos de transformadores que hay, las partesque lo componen así como las características que tiene cada uno y elmantenimiento que se debe realizar. 4
  5. 5. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICASCLASIFICACIÓN POR USOSLas máquinas eléctricas de acuerdo a sus usos se dividen en: A. Generadores.- Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se instalan en las centrales eléctricas (CC.EE.) y en los diferentes equipos de transporte como autos, aviones, barcos, etc. En las CC.EE. los generadores son accionados mecánicamente mediante turbinas que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los equipos de transporte mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor. En una serie de casos los generadores se usan como fuente de energía para equipos de comunicaciones, dispositivos automáticos, de medición, etc. B. Motores.- Son equipos eléctricos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica; sirven para accionar diferentes máquinas, mecanismos y dispositivos que son usados en la industria, agricultura, comunicaciones, y en los artefactos electrodomésticos. En los sistemas modernos de control los motores se usan en calidad de dispositivos gobernadores, de control, como reguladores y/o programables. C. Convertidores electromecánicos.- Transforman la c.a. en c.c. y viceversa, variando la magnitud de tensión (V), tanto de c.a. como c.c., frecuencia (f), número de fases y otros. Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas décadas ha disminuido su demanda debido al uso de los conversores semiconductores (dispositivos electrónicos de potencia). D. Compensadores electromecánicos.- Generan o absorben potencia reactiva (Q) en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar los índices energéticos (el factor de potencia ϕ, niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de carga. E. Amplificadores electromecánicos.- Se usan para el control de equipos de gran potencia, mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son transmitidos a los devanados de excitación (control). Su uso también ha disminuido. F. Convertidores electromecánicos de señales.- Generan, transforman amplifican diferentes señales. Se diseñan y proyectan en forma de micro motores y lo usan ampliamente diferentes equipos de control. 5
  6. 6. CLASIFICACIÓN POR TIPO DE CORRIENTE Y POR SUFUNCIONAMIENTOPor el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas endependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividenen transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinascolectoras. A. Transformadores.- Se usan ampliamente para la variación de tensión. En los sistemas de transmisión, distribución y utilización, en los rectificadores de corriente, en la automática y la electrónica. B. Máquina de inducción.- Se usan como motores trifásicos, habiendo también monofásicos. La simpleza de su diseño y su alta confiabilidad permiten su uso en diferentes campos de la ingeniería. En los sistemas de regulación automática. (SRA) se usan ampliamente motores de control mono y bifásico, taco generadores así también como selsynes. C. Máquinas síncronas.- Se usan como generadores de c.a. de frecuencia industrial (50 ó 60 Hz) en las CC. EE., así como generadores de alta frecuencia (en los barcos, aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico de gran potencia se usan motores síncronos. En los dispositivos automáticos se usan máquinas síncronos de histéresis, con imanes permanentes, de paso y otros. D. Máquinas colectoras.- Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento. E. Máquina de C.C..- Se usan como generadores y motores en los sistemas de mando eléctrico que requieran flexibilidad en la regulación de velocidad: en los ferrocarriles, en el transporte marítimo, en laminadores, en grúas; también en casos cuando la fuente de energía eléctrica son baterías acumuladoras.CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIAEn función a la potencia que absorben o generan las máquinas, se dividen enmicro máquinas, motores de pequeña, media y gran potencia. 6
  7. 7.  Micro máquinas.- Cuya potencia varía de décimas de watt hasta 500 w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C., así como a altas frecuencias (400 - 200 Hz).  De pequeña potencia.-. 0.5 - 10 kW. funcionan tanto en c.a. como en c.c. y, en frecuencia normal (50 - 60 Hz ó más).  De potencia media.- 10 kW hasta varios cientos de kW.  De gran potencia.- Mayor de 100 kW. Por lo general las máquinas de media y gran potencia funcionan a frecuencia industrial.TRANSFORMADOR.Sustancialmente se puede decir que un transformador esta constituido por unnucleo de material magnetico que forma un circuito cerrado, y sobre de cuyascolumnas o piernas se localizan los devanados, uno denominado “primario” querecibe la energia y el otro secundario, que se cierra sobre un circuito de utilizacional cual entrega la energia. Los devanados se encuentran electricamente aisladosentre si, un transformador consta de dos partes esenciales: 7
  8. 8. El nucleo magnetico. Los devanados.El transformador, es un dispositivo que no tiene partes moviles, el cual transfiereenergia de un circuito a otro bajo el principio de induccion electromagnetica. latransferencia de energia la hace por lo general con cambios en los de voltajes decorrientes.Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar odisminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo lafrecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformadorideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinasreales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño,tamaño, etc.El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de uncierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio deinteracción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de materialconductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededorde un mismo núcleo de material ferro magnético. La única conexión entre lasbobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducciónelectromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinasdevanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o deláminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujomagnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundariossegún correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión,respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en estecaso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.TIPOS DE TRASFORMADORES.Transformador de potencia:Se utilizan para la subtransmicion y transformación de energía eléctrica en alta ymedia tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales degeneración y en grandes estaciones.Características:Construcción en Potencias normalizadas de: 1.25 hasta 20 MVA (mega vatios)Tensión: 13.2, 33.66 y 132 KVFrecuencia: 50 y 60 HZ 8
  9. 9. Transformador de Distribución:Se denomina transformador de distribución generalmente a los transformadoresde potencias iguales o inferiores a 50KVA y de tensiones iguales o inferiores 67000V. Tanto monofásicos como trifásicos.la mayoría están proyectados para elmontaje sobre postes. Algunos superiores a 18KV están diseñados para montajeen estaciones.Se pueden utilizar en intemperie o en interior para la distribución de energíaeléctrica en media tensión. Su mayor aplicación en: zonas urbanas, industrias,grandes centros comerciales.Características:Potencias normalizadas de: 25 hasta 1000 KVA.Tensiones primarias de:13.2, 15, 25, 33 y 35 KV.Frecuencias de: 50 y 60 HZ.Transformadores secos encapsulados en resina apoxi:Se utilizan en interiores para distribución de energía eléctrica en media tensión, enlugares donde los espacios son reducidos y los requerimientos de seguridad sonnecesarios, en caso de un incendio no tiene ninguna consecuencia como lautilización de transformadores refrigerados en aceite.Grandes edificios, hospitales, industrias y grandes centros comerciales.Características:Su principal característica es que son refrigerados en aire con clasificación claseF. Utilizando la resina epoxi como medio de protección de los embobinados siendoinnecesario cualquier mantenimiento después de su instalación.Potencias normalizadas de:100 hasta 2500KVATensiones primarias de:13.2, 15.25 y 33. 35 KV.Frecuencias de: 60 y 60 HV.Transformadores herméticos de llenado integral:Se utilizan en intemperie para la distribución de media tensión. Utilizables tambiénen espacios reducidos y en lugares donde hay una intensiva actividad eléctrica.Características:Lo principal es que al no contar con tanque de expansión de aceite no necesitanmantenimiento, es más compacto que el tradicional.Potencias de: 100 a 1000 KVATensiones de: 13.2, 15.25 y 33.35 KV.Frecuencias de: 50 y 60 HZ. 9
  10. 10. Transformadores rurales:Están diseñados para la instalación mono poste en redes eléctricas suburbanasmono filares, bifilares y trifilares de 7.6, 13.2, y 15 KV.En redes trifilares se puede usar un transformador trifásico o en su defecto 3monofásicos.Transformador subterráneo:Es un transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras decualquier nivel, puede ser utilizado donde hay la posibilidad de inmersión decualquier naturaleza.Características:Potencia de: 150 a 2000 KVATrabajan solo alta tensión de: 15 a 24 KV.En baja tensión trabajan desde: 127 a 400V.Transformador autoprotegido:Incorpora componentes para la protección del sistema de distribución contrasobrecargas, cortocircuitos en la red secundaria y fallas internas en eltransformador para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensiónmontados internamente en el tanque.Potencia: 45 a 150 KVAAlta tensión: 15 a 24 KVBaja tensión: 380 a 220 V.TRANSMISOR.Es todo aquello por donde fluye la electricidad. Como pueden ser los cables.DEVANADO.Hay dos formas típicas de bobinados para transformadores los cilíndricos yplanos. Los núcleos, con su forma, son los que determinan la elección de uno uotro tipo, salvo que se requieran propiedades especiales, como ser baja capacidaddistribuida, para uso en telecomunicaciones u otros. a. Bobinado cilíndrico: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo núcleo. b. Bobinado plano: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo acorazado.Los dos bobinados primario y secundario, rara vez se apartan en dos simplesgrupos de espiras, encimándolas; generalmente se apartan en dos partes o más 10
  11. 11. envueltas uno encima del otro, con el embobinado de baja tensión en la parteinterna. Dicha conformación sirve para los siguientes propósitos: a. Simplifica el problema de aislar el embobinado de alto voltaje del núcleo. b. Causa mucho menos filtración de flujo, como seria el caso si los 2 embobinados estuvieran separados por alguna distancia del núcleo. c. Mejora la refrigeración.Los materiales aislantes para el bobinado, o para colocar entre capas, son: papelbarnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón impregnado, etc., paratransformadores con bobinados al aire, y para los sumergidos en baños de aceite,se utilizan los mismos materiales sin impregnarse; debe evitarse el uso del cauchoen los transformadores en baño de aceite, pues este lo ataca, y tiene efectosnocivos también sobre la micanita y aun sobre los barnices.Las piezas separadoras entre bobinados, secciones, o entre estas y el núcleopueden ser de madera, previamente cocida en aceite, aunque actualmente seprefieren los materiales duros a base de papel o similares (pertinax, etc.). Si seusa madera, no debe interpretarse como que se dispone de aislación, sinosolamente de un separador.En cuanto a los conductores para hacer bobinas, su tipo depende de la sección,pues hasta 6mm² pueden usarse alambre y más arriba de ese límite se usancables de muchos hilos, o bien cintas planas, para facilitar el bobinaje. La aislaciónpara los conductores pueden ser algodón, que luego se impregnará si no seemplea baño de aceite. Para transformadores de soldadura que trabajan contensiones muy bajas y corrientes muy fuertes , se suelen colocar las cintas decobre sin aislación, pues la resistencia de contacto entre ellas es suficiente paraevitar drenajes de corriente. Esta situación mejora aún debido a la oxidaciónsuperficial del cobre.RECEPTOR.Es todo aquel aparato o equipo que recibe la energía eléctrica como pueden serfocos y maquinas.PERDIDA DE POTENCIA EN LOS TRANSFORMADORES.Para analizar las pérdidas de potencia en un transformador es muy convenienteanalizar al circuito magnético y el circuito eléctrico por separado, puesto que cadauno de ellos presenta pérdidas por circunstancia totalmente diferentes. 11
  12. 12. Circuito magnéticoEl circuito magnético está relacionado con el núcleo del transformador y conel flujo inducido por el circuito eléctrico que analizaremos después.Las pérdidas producidas en un transformador por el circuito magnético sonconstantes, es decir estas no cambian por la carga, por la corriente en elbobinado, por las voltajes o por el número de espiras, puesto que el flujomagnético es constante y depende únicamente del material que obviamente yaestá construido y no sufrirá ninguna modificación durante su funcionamiento.Las pérdidas producidas en el circuito magnético del transformador son lassiguientes:  Flujos dispersos.  Ciclo de histéresis.  Corrientes parasitas.Flujos dispersosComo ya sabemos en el núcleo del transformador se produce un flujo magnéticodebido a la inducción magnética producida, dicho flujo circula por el núcleo, y ensu trayecto en un transformador real este se dispersa en pequeñas cantidadesdependiendo de la forma del núcleo, produciendo una pérdida de potencia, puestoque el flujo inducido no llega totalmente al segundo devanado si no que una partede este se pierde en el trayecto. 12
  13. 13. Estas pérdidas generalmente se producen en los bordes del núcleo magnético.Solución:Si tomamos en cuenta que el flujo circula por el núcleo, y que este flujo alencontrarse con un borde, parte de este se dispersa; la principal solución seríaun diseño adecuado del núcleo para evitar que una gran cantidad de flujo seencuentre con un borde; si no más bien darle al flujo otras opciones de trayectoriapara que el flujo se divida, y que este flujo ya dividido se encuentre con un borde,dando así lugar a una menor dispersión del flujo.Para poder entender mejor lo mencionado anteriormente utilizaremos comoejemplo dos transformadores con diferentes diseños y analizaremos que es lo quesucede con el flujo disperso en cada uno:El primer transformador tiene un diseño que comúnmente en llamadotransformador a columnas, en este como se puede ver en la figura el flujo inducidose dispersa en los bordes que son bordes a 90ª, donde se pierde gran cantidad deflujo debido a la gran cantidad de flujo que pasa por dicho borde.El segundo transformador de núcleo acorazado es un diseño muy adecuado paratener bajas perdidas por los flujos dispersos. Esto se debe a que el flujo inducidose divide en dos, y cuando el flujo ya está dividido pasa por un borde que no esrecto sino un poco ovalado para evitar que una gran parte de flujo se disperse.Es por esta razón que para reducir las perdidas por flujos dispersos la mejor lagran solución es un muy buen diseño del núcleo del transformador.Ciclo de histéresisDebido a que el núcleo del transformador pertenece a los materiales ferromagnéticos presentan la pérdida de potencia producida por el ciclo de histéresis.El ciclo de histéresis se puede explicar entendiendo que el núcleo deltransformador se encuentra ubicado dentro del campo magnético generado por elmismo y, en consecuencia, se imanta. Pero, ocurre que la corriente aplicada altransformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente su polaridad, 13
  14. 14. variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético, entonces lasmoléculas del material que forman el núcleo deben invertir en igual forma susentido de orientación, lo cual requiere energía, que es tomada de la fuente quesuministra la alimentación; lo cual representa, una pérdida de potencia.Solución:La solución para este problema que presentan los materiales ferro magnéticos quees el ciclo de histéresis es la calidad del material.La calidad del material depende de la capacidad de imantarse y desimanarse fácily rápidamente, y que su costo sea muy accesible; puesto que el oro presenta estacaracterística, pero es muy caro, y por ser demasiado caro se constituye enmaterial descartado para construir los núcleos de los transformadores.Un material que presenta dicha característica y que su precio no es caro esel hierro silicio.Un tipo especial de fierro obtenido a partir de la introducción de silicio enel proceso de fabricación es el fierro eléctrico. Éste tipo de fierro exhibe ciertaspropiedades magnéticas que lo hacen ideal para el uso en transformadores,generador y motores eléctricos. Se distinguen dos tipos de este tipo de material:de grano orientado y grano no-orientado.A continuación se coloca una tabla con los parámetros de algunos materiales paraconocer su ciclo de histéresis: 14
  15. 15. Corrientes parásitasCuando en un transformador se induce un campo magnético, por la ley deFaraday aparece en el material también una fem inducida la cual da lugar a unascorrientes parasitas que circularan por el material.Para entender mejor lo explicado miremos el siguiente grafico.El núcleo anterior es completamente macizo, donde hay un determinado flujovariable, originándose en dicho núcleo corrientes circulares que se opondrán entodo instante a la causa que las origina, como el núcleo es macizola resistencia que ofrecerá a dichas corrientes circulares será baja, lo cualprovocará el incremento de tales corrientes.Debido al incremento de tales corrientes la fuerza magnetizante se debilitará y enconsecuencia, provocará un incremento en la corriente que circula por el primario,la cual la obtendrá de la de la fuente que suministra la alimentación, lo cualrepresenta una pérdida de potencia. 15
  16. 16. Solución:Como las corrientes parasitas vienen de:Entonces para reducir al máximo posible las corrientes parasitas hay queaumentar al máximo resistencia.Para llegar a ofrecer máxima resistencia es posible integrar el núcleo magnéticomediante un conjunto de láminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre laotra y aisladas entre sí mediante un aislante, esto se ilustra en la siguiente figura:En la figura podemos mirar en forma el efecto de reducción de las corrientescirculares; debido a que el hierro tiene ya menor sección, el valor alcanzado porlas corrientes parasitas es ahora menor, y en consecuencia han disminuido laspérdidas.Es decir para que las pérdidas se vean muy reducidas por las corrientes parasitashay que construir el núcleo del transformador en laminas, o enchapado.Núcleo laminado diseñado para ser ensamblado fácilmente. 16
  17. 17. Circuito eléctricoEl circuito eléctrico está relacionado con el bobinado del transformador, con lacarga, con las corrientes y los voltajes, y es por esto mismo que estas pérdidas noson constantes sino que varían según las circunstancias.Las pérdidas en el trasformador producidas por el circuito eléctrico se deben albobinado del núcleo el cual examinaremos a continuación:En el transformador anterior podemos observar que las corriente i(t) pasan por lasbobinas con sus respectivas espiras, y es exactamente ahí en las bobinas dondese produce una pérdida de potencia que esta dado por:Entonces para reducir la potencia perdida, es claro que no podemos disminuir lacorriente puesto que esta llega a la carga, entonces lo que podemos haceres reducir al máximo la resistencia en las bobinas.Ahora examinemosEntonces para disminuir la resistencia en las bobinas el material debe ser un muybuen conductor, y también la sección transversal del mismo debe ser grande.Solución:La solución por ende es buscar un material conductor y de sección transversalgrande.Conductividad: 17
  18. 18. Los requerimientos para los materiales conductores es tener la mayorconductividad posible y el menor coeficiente de temperatura. La variación de laresistencia de acuerdo a la temperatura está dada por:Debido a su alta conductividad eléctrica y excelentes propiedades mecánicas,el cobre es ampliamente usado para la construcción de bobinados. Conductoresredondos, recubierto con barniz aislante.El Aluminio es más liviano y barato que el cobre y tiene menor temperatura defundición (Fácil de moldear), sin embargo su conductividad es solo un 60% de laconductividad del Cobre y posee menor rigidez mecánica por lo que no puede sermanufacturado en delgados conductores.Sección transversal:Para reducir las pérdidas en el cobre es conveniente que el conductor tenga unagran sección transversal, pero si hacemos esto, será muy complicado manipular elconductor al momento de construir un transformador, por lo que no es muyconveniente que el conductor sea de muy grande sección transversal.Convencionalmente, los alambres cobre y aluminio están especificados por laAmerican Wire Gauge (AWG) o la británica Standar Wire Gauge (SWG), sinembargo, actualmente existe una especificación internacional establecida por laInternational Electrotechnical Comission (IEC 182-1). En la Tabla de abajo estáincluida la transformación del numero AWG a pulgadas y milímetros.Adicionalmente se muestra la resistencia en Ohm/m a 20° para cada conductor. 18
  19. 19. LA CONSTRUCCIÓN DEL NÚCLEO.El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeñosporcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan "laminacionesmagnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidasrelativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes.Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma ydimensiones requeridas. La razón de usar laminaciones de acero al silicio en losnúcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad delmaterial y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas ocirculantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto. 19
  20. 20. Elementos de los núcleos de transformadores.En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen dospartes principales: "las columnas" o piernas y los yugos". En las columnas sealojan los devanados y los yugos unen entre si a las columnas para cerrar elcircuito magnético.Debido a que las bobinas se deben montar bajo un cierto procedimiento ydesmontar cuando sea necesario por trabajos de mantenimiento, los núcleos quecierran el circuito magnético, terminar al mismo nivel en la parte que está encontacto con los yugos, o bien con salientes, en ambos casos los núcleos searman con "juegos" de laminaciones para columnas y yugos que se arman porcapas de arreglos "pares" e "impares".Cuando se han armado los niveles a base de juegos de laminaciones colocadasen "pares" e "impares" el núcleo se sujeta usando tornillos opresores y separa pormedio de los tornillos tensores.En cuanto a los Yugos, se refiere, no estando vinculados estos con los devanados,pueden ser, entonces, rectangulares, aún cuando pueden tener también escalonespara mejorar el enfriamiento.Tipos de núcleos.Los núcleos para transformadores se agrupan básicamente en las siguientescategorías:  Tipo núcleo o de columnas.  Tipo acorazado.Núcleo de columnas.Existen distintos tipos de núcleos tipos columna, que están caracterizados por laposición relativa de las columnas y de los yugos.Núcleo monofásico.Se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de unyugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad deldevanado primario y la mitad del devanados secundario.Núcleo trifásico.Se tienen tres columnas dispuestas sabor el mismo plano unidas en sus partesinferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan losdevanados, primarios y secundario de una fase. Las corrientes magnetizantes delas tres fases son distintas entre sí, debido principalmente a que el circuito 20
  21. 21. magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a lacolumna central.Tipo acorazado.Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipocolumna, de reducir la dispersión magnética, su uso es más común en lostransformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizansobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeños, laslaminaciones se hacen en troqueles.HERRAJES O ARMADURA.Como se ha mencionado antes, los núcleos de los transformadores tienen partesque cumplen con funciones puramente mecánicas de sujeción de las laminacionesy estructuras, estas pares o elementos se conocen como “herrajes” o armadura yse complementan con componentes como fibra se vidrio o madera para protecciónde la sujeción de los yugos.LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES.Los devanados de los transformadores se pueden clasificar en baja y alta tensión,esta distinción es de tipo global y tiene importancia para los propósitos de elrealización práctica de los devanados debido a que los criterios constructivos parala realización de los devanados de baja tensión, son distintos de los usados paralos devanados de alta tensión.Para los fines constructivos, no tiene ninguna importancia la función de undevanado, es decir, que sea primario o el secundario, importa solo la tensión parala cual debe ser previsto.Otra clasificación de los devanados se puede hacer con relación a la potencia deltransformador, para tal fin existen devanados para transformadores de bajapotencia, por ejemplo de 1000 a 2000 VA y para transformadores de media y granpotencia. Los devanados para transformadores de pequeña potencia son los másfáciles de realizar.En este tipo de transformadores los devanados primario y secundario sonconcéntricos y bobinado sobre un soporte aislante único. Por lo general, se usanconductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobrepuestas.Por lo general, el devanado de menor tensión se instala más cerca del núcleointerponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores, se instala enforma concéntrica el devanado de tensión mayor. Los extremos de los devanados(denominados también principio y final del devanador) se protegen con aislante deforma de tubo conocido como “spaguetti”. 21
  22. 22. Devanados para transformadores de distribución.En estos transformador, las diferencia entre las tensiones primaria y secundaria esnotable, por ejemplo, los transformados para reces de distribución de 13200 voltsa las tensiones de utilización de 220/127 volts debido a estas diferencias, seemplean criterios constructivo distintos a os considerados en los transformadorespequeños de baja tensión y se dividen en devanados de baja tensión y de altatensión.Devanados de baja tensión.Están constituidos por lo general, de una sola espiral (algunas veces en dos o trescapas sobrepuestas), con alambres rectangular aislado. El conductor se usageneralmente para potencia pequeñas y tiene diámetros no superiores a 3 o 3.5mm. El aislamiento de los conductores, cuando son cilíndricos, puede ser dealgodón o de papel, más raramente conductor esmaltado en el caso que lostransformadores que no sean enfriados por aceite.Para transformadores de mediana y gran potencia, se recurre al uso de placa osolera de cobre aislada, el aislamiento es por lo general de papel.Devanados de alta tensión.Los devanados de alta tensión, tiene en comparación con los de baja tensión,muchos espiras, y la corriente que circula por ellos, es relativamente baja, por loque son de conductor de cobre de sección circular con diámetro de 2.5 a 3.0 mm.Con respecto a las características constructivas, se tienen variantes de fabricantea fabricante, hay básicamente dos tipos, el llamado “tipo bobina” formados devarias capas de conductores, estas bobinas tienen forma discoidal, estas bobinasse conectan, por lo general, en serie para dar el número total de espiras de unafase. El otro tipo es el llamado “de capas” constituido por una sola bobina convarias capas, esta bobina es de longitud equivalente a las varias bobinasdiscoidales que constituirían el devanado equivalente, por lo general, el número deespiras por capa en este tipo de devanado, es superior al constituido de variasbobinas discoidales.Como aspectos generales, se puede decir que el primer tipo (bobinas discoidales),da mayor facilidad de enfriamiento e impregnarse de aceite, debido a que disponecanales de circulación más numerosos, también tiene la ventaja de que requierede conductores de menor diámetro equivalente al otro tipo, da mayor facilidadconstructiva. Tiene la desventaja de ser más tardado en su construcción. 22
  23. 23. LA TEMPERATURA Y LOS MATERIALES AISLANTES.Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperaturade operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está producidaprincipalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores,durante su operación, estas pérdidas están localizadas en los siguienteselementos principales:  El núcleo o circuito magnético. Aquí las pérdidas son producidas por el efecto de histéresis y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la inducción, es decir, que influye el voltaje de operación.  Los devanados. Aquí las pérdidas se deben principalmente al efecto joule y en menos medida por corrientes de Foucault, estas pérdidas en los devanados son dependientes de la carga en el transformador.  Se presentan también pérdidas en las uniones o conexiones que se conocen también como “puntos calientes” así como en los cambiadores de derivaciones.Todas estas pérdidas producen calentamiento en los transformadores, y se debeeliminar este calentamiento a valores que no resultan peligrosos para losaislamientos, por medio de la aplicación de distintos medios de enfriamiento.Calificación de los materiales aislantes.La clasificación de los materiales aislantes para máquinas eléctricas con relación asu estabilidad terminal, cubre básicamente siete clases de materiales aislantesque se usan por lo general y que son los siguientes: CLASE TEMPERATURA Y 90 oC A 105 oC E 120 oC B 130 oC F 155 oC H 180 oC C Mayor a 180 oCA continuación una descripción breve de estos materiales:Clase Y. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales,tales como algodón, seda y papel sin impregnar.Clase A. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materialestales como el algodón, sed ya papel con alguna impregnación o recubrimiento ocuando se sumergen en dialécticos líquidos tales como aceite. Otros materiales o 23
  24. 24. combinación de materiales que caigan dentro de estos límites de temperatura,pueden caer dentro de esta categoría.Clase E. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materialesque por experiencia o por pruebas, pueden operar a temperaturas hasta de 5 oC,sobre el temperatura de los aislamientos Clase A.Clase B. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materialestales como la única, fibra de vidrio, asbestos, etc. con algunas substanciasaglutinantes, puede haber otros materiales inorgánicos.Clase F. Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materialestales como mica, fibra de vidrio, asbesto, etc., con sustancias aglutinables, asícomo otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamenteinorgánicos.Clase H. Este aislamiento consiste de materiales tales como el silicón,elastómetros y combinaciones de materiales tales como la mica, la fibra de vidrio,asbestos, etc., con sustancias aglutinables como son las resinas y siliconesapropiados.Clase C. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materialestales como la mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes.Métodos de enfriamiento dé transformadores de potencia.Como ya se mencionó antes, el calor producido por las pérdidas en lostransformadores afecta la vida de los aislamientos, por esta razón es importanteque este calor producidos disipe de manera que se mantenga dentro de los límitestolerables por los distintos tipos de aislamiento.La transmisión del calor puede las etapas siguientes en los transformadores:  Conducción a través del núcleo, bobinas y demás elementos hasta la superficie.  Transmisión por convección en el caso de los transformadores secos.  Para los transformadores en aceite, el calor se transmite por convección a través de/éste dieléctrico.REFRIGERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORESSi el calor que se produce en los transformadores no se evacua convenientementese puede producir la destrucción de los materiales aislantes de los devanados.Para evacuar este calor se emplean diferentes métodos de refrigeración enfunción de la potencia nominal del transformador y la ubicación del mismo, comopor ejemplo: 24
  25. 25.  Para transformadores de pequeña potencia (hasta 50 KVA): La refrigeración se realiza aprovechando el aire que envuelve a los mismos. Si no hay ventilación suficiente, se añadirán ventiladores.  Para transformadores de pequeña potencia (menos de 200KVA): Se sumergen en aceite mineral o silicona. El aceite transmite el calor de transformador al exterior por convección natural.  Para transformadores de gran potencia:Se añaden aletas de refrigeración en la cubierta exterior del mismo.Líquidos refrigerantes y aislantesEl calor producido por las pérdidas se transmite a través de un medio al exterior,este medio puede ser aire o bien liquido. La transmisión del calor se hace por un medio en forma más omenos eficiente, dependiendo de los siguientes factores:  La más volumétrica.  El coeficiente de dilatación térmica.  La viscosidad.  El calor específico.  La conductividad térmica.En condiciones geométricas y térmicas idénticas, el aceite es mejor conductortérmico que el aire, es decir resulta más eficiente para disipación del calor.MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORES ELECTRICOSTRANSFORMADORES ELECTRICOSLa necesidad del mantenimiento preventivo en las instalaciones eléctricas, tantoen las de Alta, Media y Baja tensión se multiplica en función de los daños quepodría ocasionar su parada por avería, tanto se trate de instalaciones públicascomo privadas. Tratándose de costosos equipos, su revisión debe efectuarse conla periodicidad establecida en su proyecto de instalación, adecuándola en todomomento a las especiales características de su utilización, ubicación, etc.NORMAS BASICAS PREVIASDetallamos unos consejos básicos y generales:  Planificar el trabajo con antelación a la parada y desconexión del transformador de la Red, solicitando los permisos y efectuando todos los avisos necesarios.  Recopilar toda la información técnica relativa al Transformador y sus equipos ( ventiladores, sistemas de control y seguridad, etc). 25
  26. 26.  Revisar todo el protocolo de seguridad necesario, incluyendo los equipos necesarios: puestas a tierra, señalizaciones, etc.  Seleccionar el personal necesario para la tarea de mantenimiento entre los capacitados para ello, así como los medios materiales y herramientas, vehículos, grúas, etc.TAREAS DE MANTENIMIENTOAunque cada instalación tendrá características específicas, intentaremosrelacionar las más habituales; resaltamos una vez más que todo trabajo deberácumplir con las normas y protocolos de seguridad pertinentes, por personalautorizado y formado para ello.  Desconectar el equipo de la Red de tensión, tomando todas las medidas necesarias establecidas en el protocolo. Las más habituales son: Puesta a tierra del equipo, Bloqueo de todas las posibles conexiones entrantes y salientes, delimitación y marcado del área de trabajo.  Comprobación del sistema de seguridad por sobre temperatura.  Comprobación del sistema de seguridad por sobre presión interna del transformador.  Comprobación de los sistemas de sobrecorriente, fuga a tierra, diferencial, etc. en función del tipo y modelo del transformador.  Comprobación del resto de indicadores, alarmas ópticas y/o acústicas.  Comprobación del nivel de aceite, así como posibles fugas.  Prueba de Rigidez Dieléctrica del Aceite; la muestra debe tomarse de la parte baja del transformador, mediante la válvula de muestreo.  Comprobación, limpieza y ajuste de todas las conexiones eléctricas, fijaciones, soportes, guías y ruedas, etc.  Comprobación y limpieza de los aisladores, buscando posible grietas o manchas donde pueda fijarse la suciedad y/o humedad.  Comprobación en su caso del funcionamiento de los ventiladores, así como limpieza de radiadores o demás elementos refrigerantes.  Limpieza y pintado del chasis, carcasas, depósito y demás elementos externos del transformador susceptibles de óxido o deterioro.MANTENIMIENTO DE LOS ACEITES AISLANTES PARATRANSFORMADORESACEITES AISLANTESEl Aceite Aislante cumple múltiples funciones en los transformadores eléctricos:mejora del aislamiento entre componentes del Transformador, homogenización dela temperatura interna y refrigeración, etc.DEGENERACION DEL ACEITE AISLANTEEl Aceite Aislante va degenerándose dentro del Transformador Eléctrico durante elfuncionamiento normal del mismo. La degeneración dependerá de muchos 26
  27. 27. factores, como el tipo de transformador, ubicación, carga y temperatura de trabajo,etc.La Contaminación de los Aceites Aislantes está básicamente relacionada con:• Presencia de humedad en el Aceite (agua): medida en PPM (partes por millón).El valor máx., según la norma IEC 296 para transformadores, no debe superar 30PPM, aunque algunos fabricantes pueden recomendar máximos de 10 PPM deagua, para transformadores eléctricos de Alta Tensión >170 KV• Partículas: la fabricación de los transformadores implica la utilización de papalesy celulosa, que pueden desprender pequeñas partes por vibración, etc. Además,los transformadores necesitan un respirador para poder compensar lasdilataciones del aceite, siendo foco de entrada de polvo, etc al interior deltransformador, y por lo tanto al aceite.• Oxidación: Esfuerzos de trabajo, puntos calientes, degeneración de las partículasy suciedad y descompensaciones provocan la generación de gases disueltos yoxidación del Aceite Aislante del transformador.ANALISIS ACEITES AISLANTESEl Mantenimiento Preventivo de los Aceites Aislantes debe incluir el Análisis delAceite, mediante diferentes pruebas que permitan conocer el estado funcional delmismo, que evite Fallas inesperadas de los Transformadores, con lasconsiguientes consecuencias económicas y de calidad en el servicio de suministroeléctrico. La necesidad de Mantenimiento de un Transformador Eléctrico es, por lotanto, directamente proporcional al valor del mismo, y a la importancia delsuministro de energía que ofrece.La toma de muestras para el análisis del Aceite Aislante desde ser realizada deforma segura y cuidadosa, para conseguir resultados reales. Las pruebas básicasque pueden hacerse a losACEITES AISLANTES PARA TRANSFORMADOR SON:  Test de Rigidez Dieléctrica: Consiste en la comprobación de la capacidad aislante del aceite del trasformador, mediante la extracción de una muestra y el uso de un aparato comprobador de Rigidez Dieléctrica (conocido vulgarmente como CHISPOMETRO).  Agua disuelta en el Aceite: Medida en PPM, partes por Millón, y de efecto directo en la pérdida de la Rigidez Dieléctrica de la muestra.  Neutralización/Acidez: Control de los niveles de ACIDO en el Aceite, como referencia del nivel de Oxidación del mismo.  Turbiedaz/Color: Tanto la presencia de Agua como de otras partículas disueltas produce turbiedad en el Aceite Aislante.  Partículas Disueltas: contaminación por todo tipo de suciedad.  Gases Disueltos: El envejecimiento, junto con la degradación de las partículas por la temperatura y posibles descargas internas, generan diferentes gases dentro de el. 27
  28. 28. CONCLUSIONES.Pude ver como es que estan constituidos los transformadores y cuales son lasperdidas que hay en estos asi como los refrigerntes y aislantes que ayudan altransformador a no calentarse, ademas de poder entender como es que se elijecada parte de los transformadores al momento de construirlos y cuales son lospasos que se deben seguir para darle mantenimiento.Observe que los transformadores tienen diferentes tipos de características segúnsea su uso así como el tratamiento correctivo y preventivo de los mismos.Tambien reafirme que las leyes electromagneticas estan presentes en la mayoriade las partes del transformador.Cada transformador tiene en particular diferentes modos de oprerar según sea suuso y definición como producto.BIBLIOGRAFIATRANSFORMADORES DE POTENCIA DE MEDIDA Y DE PROTECCIONEnrique Ras Oliva. Editorial AlfaOmega. 28

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