Manual de transformadores

MAQUINAS ELÉCTRICAS

MANUAL 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

Contenido
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 4
CLASIFICACIÓN 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 .............................................................................................................. 7
TRANSFORMADOR. ....................................................................................................................... 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 .................................................................................................. 10
TRANSMISOR. ............................................................................................................................... 10
DEVANADO. ................................................................................................................................... 10
RECEPTOR. ................................................................................................................................... 11

2

PERDIDA DE POTENCIA EN LOS TRANSFORMADORES. ................................................. 11
LA 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 ....................................................................................................................... 21
HERRAJES O ARMADURA. ........................................................................................................ 21
LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES.............................................................. 21
Devanados para transformadores de distribución. ............................................................... 22
Devanados de baja tensión. ..................................................................................................... 22
Devanados de alta tensión. ...................................................................................................... 22
LA TEMPERATURA Y LOS MATERIALES AISLANTES. ....................................................... 23
Calificación de los materiales aislantes. ................................................................................. 23
REFRIGERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES ............................................................... 24
MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORES ELECTRICOS ................................................ 25
CONCLUSIONES. .......................................................................................................................... 28
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 28

3

INTRODUCCIÓN

En el siguiente manual se presentaran algunos conceptos básicos de
maquinas eléctricas, los tipos de transformadores que hay, las partes
que lo componen así como las características que tiene cada uno y el
mantenimiento que se debe realizar.

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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN POR USOS

Las 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.

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CLASIFICACIÓN POR TIPO DE CORRIENTE Y POR SU
FUNCIONAMIENTO

Por el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas en
dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividen
en transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinas
colectoras.

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 POTENCIA

En función a la potencia que absorben o generan las máquinas, se dividen en
micro máquinas, motores de pequeña, media y gran potencia.

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 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 un
nucleo de material magnetico que forma un circuito cerrado, y sobre de cuyas
columnas o piernas se localizan los devanados, uno denominado “primario” que
recibe la energia y el otro secundario, que se cierra sobre un circuito de utilizacion
al cual entrega la energia. Los devanados se encuentran electricamente aislados
entre si, un transformador consta de dos partes esenciales:

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El nucleo magnetico.
Los devanados.
El transformador, es un dispositivo que no tiene partes moviles, el cual transfiere
energia de un circuito a otro bajo el principio de induccion electromagnetica. la
transferencia de energia la hace por lo general con cambios en los de voltajes de
corrientes.
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o
disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la
frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador
ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas
reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño,
tamaño, etc.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un
cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de
interacción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material
conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor
de un mismo núcleo de material ferro magnético. La única conexión entre las
bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de
láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo
magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios
según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión,
respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este
caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

TIPOS DE TRASFORMADORES.

Transformador de potencia:
Se utilizan para la subtransmicion y transformación de energía eléctrica en alta y
media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de
generación y en grandes estaciones.
Características:
Construcción en Potencias normalizadas de: 1.25 hasta 20 MVA (mega vatios)
Tensión: 13.2, 33.66 y 132 KV
Frecuencia: 50 y 60 HZ

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Transformador de Distribución:
Se denomina transformador de distribución generalmente a los transformadores
de potencias iguales o inferiores a 50KVA y de tensiones iguales o inferiores 67000
V. Tanto monofásicos como trifásicos.la mayoría están proyectados para el
montaje sobre postes. Algunos superiores a 18KV están diseñados para montaje
en estaciones.
Se pueden utilizar en intemperie o en interior para la distribución de energía
eléctrica 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, en
lugares donde los espacios son reducidos y los requerimientos de seguridad son
necesarios, en caso de un incendio no tiene ninguna consecuencia como la
utilización 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 clase
F. Utilizando la resina epoxi como medio de protección de los embobinados siendo
innecesario cualquier mantenimiento después de su instalación.
Potencias normalizadas de:
100 hasta 2500KVA
Tensiones 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 también
en 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 necesitan
mantenimiento, es más compacto que el tradicional.
Potencias de: 100 a 1000 KVA
Tensiones de: 13.2, 15.25 y 33.35 KV.
Frecuencias de: 50 y 60 HZ.

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Transformadores rurales:
Están diseñados para la instalación mono poste en redes eléctricas suburbanas
mono 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 3
monofásicos.

Transformador subterráneo:
Es un transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras de
cualquier nivel, puede ser utilizado donde hay la posibilidad de inmersión de
cualquier naturaleza.
Características:
Potencia de: 150 a 2000 KVA
Trabajan 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 contra
sobrecargas, cortocircuitos en la red secundaria y fallas internas en el
transformador para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión
montados internamente en el tanque.
Potencia: 45 a 150 KVA
Alta tensión: 15 a 24 KV
Baja 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 y
planos. Los núcleos, con su forma, son los que determinan la elección de uno u
otro tipo, salvo que se requieran propiedades especiales, como ser baja capacidad
distribuida, 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 simples
grupos de espiras, encimándolas; generalmente se apartan en dos partes o más

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envueltas uno encima del otro, con el embobinado de baja tensión en la parte
interna. 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: papel
barnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón impregnado, etc., para
transformadores con bobinados al aire, y para los sumergidos en baños de aceite,
se utilizan los mismos materiales sin impregnarse; debe evitarse el uso del caucho
en los transformadores en baño de aceite, pues este lo ataca, y tiene efectos
nocivos también sobre la micanita y aun sobre los barnices.
Las piezas separadoras entre bobinados, secciones, o entre estas y el núcleo
pueden ser de madera, previamente cocida en aceite, aunque actualmente se
prefieren los materiales duros a base de papel o similares (pertinax, etc.). Si se
usa madera, no debe interpretarse como que se dispone de aislación, sino
solamente 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 usan
cables de muchos hilos, o bien cintas planas, para facilitar el bobinaje. La aislación
para los conductores pueden ser algodón, que luego se impregnará si no se
emplea baño de aceite. Para transformadores de soldadura que trabajan con
tensiones muy bajas y corrientes muy fuertes , se suelen colocar las cintas de
cobre sin aislación, pues la resistencia de contacto entre ellas es suficiente para
evitar drenajes de corriente. Esta situación mejora aún debido a la oxidación
superficial del cobre.

RECEPTOR.
Es todo aquel aparato o equipo que recibe la energía eléctrica como pueden ser
focos y maquinas.

PERDIDA DE POTENCIA EN LOS TRANSFORMADORES.
Para analizar las pérdidas de potencia en un transformador es muy conveniente
analizar al circuito magnético y el circuito eléctrico por separado, puesto que cada
uno de ellos presenta pérdidas por circunstancia totalmente diferentes.

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Circuito magnético

El circuito magnético está relacionado con el núcleo del transformador y con
el flujo inducido por el circuito eléctrico que analizaremos después.
Las pérdidas producidas en un transformador por el circuito magnético son
constantes, es decir estas no cambian por la carga, por la corriente en el
bobinado, por las voltajes o por el número de espiras, puesto que el flujo
magnético es constante y depende únicamente del material que obviamente ya
está construido y no sufrirá ninguna modificación durante su funcionamiento.

Las pérdidas producidas en el circuito magnético del transformador son las
siguientes:

 Flujos dispersos.
 Ciclo de histéresis.
 Corrientes parasitas.

Flujos dispersos
Como ya sabemos en el núcleo del transformador se produce un flujo magnético
debido a la inducción magnética producida, dicho flujo circula por el núcleo, y en
su trayecto en un transformador real este se dispersa en pequeñas cantidades
dependiendo de la forma del núcleo, produciendo una pérdida de potencia, puesto
que el flujo inducido no llega totalmente al segundo devanado si no que una parte
de este se pierde en el trayecto.

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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 al
encontrarse con un borde, parte de este se dispersa; la principal solución sería
un diseño adecuado del núcleo para evitar que una gran cantidad de flujo se
encuentre con un borde; si no más bien darle al flujo otras opciones de trayectoria
para 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 como
ejemplo dos transformadores con diferentes diseños y analizaremos que es lo que
sucede con el flujo disperso en cada uno:

El primer transformador tiene un diseño que comúnmente en llamado
transformador a columnas, en este como se puede ver en la figura el flujo inducido
se dispersa en los bordes que son bordes a 90ª, donde se pierde gran cantidad de
flujo debido a la gran cantidad de flujo que pasa por dicho borde.
El segundo transformador de núcleo acorazado es un diseño muy adecuado para
tener bajas perdidas por los flujos dispersos. Esto se debe a que el flujo inducido
se divide en dos, y cuando el flujo ya está dividido pasa por un borde que no es
recto 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 la
gran solución es un muy buen diseño del núcleo del transformador.

Ciclo de histéresis
Debido a que el núcleo del transformador pertenece a los materiales ferro
magnéticos presentan la pérdida de potencia producida por el ciclo de histéresis.
El ciclo de histéresis se puede explicar entendiendo que el núcleo del
transformador se encuentra ubicado dentro del campo magnético generado por el
mismo y, en consecuencia, se imanta. Pero, ocurre que la corriente aplicada al
transformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente su polaridad,

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variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético, entonces las
moléculas del material que forman el núcleo deben invertir en igual forma su
sentido de orientación, lo cual requiere energía, que es tomada de la fuente que
suministra la alimentación; lo cual representa, una pérdida de potencia.

Solución:
La solución para este problema que presentan los materiales ferro magnéticos que
es el ciclo de histéresis es la calidad del material.
La calidad del material depende de la capacidad de imantarse y desimanarse fácil
y rápidamente, y que su costo sea muy accesible; puesto que el oro presenta esta
característica, pero es muy caro, y por ser demasiado caro se constituye en
material descartado para construir los núcleos de los transformadores.
Un material que presenta dicha característica y que su precio no es caro es
el hierro silicio.
Un tipo especial de fierro obtenido a partir de la introducción de silicio en
el proceso de fabricación es el fierro eléctrico. Éste tipo de fierro exhibe ciertas
propiedades 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 para
conocer su ciclo de histéresis:

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Corrientes parásitas

Cuando en un transformador se induce un campo magnético, por la ley de
Faraday aparece en el material también una fem inducida la cual da lugar a unas
corrientes 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 flujo
variable, originándose en dicho núcleo corrientes circulares que se opondrán en
todo instante a la causa que las origina, como el núcleo es macizo
la resistencia que ofrecerá a dichas corrientes circulares será baja, lo cual
provocará el incremento de tales corrientes.
Debido al incremento de tales corrientes la fuerza magnetizante se debilitará y en
consecuencia, 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 cual
representa una pérdida de potencia.

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Solución:
Como las corrientes parasitas vienen de:

Entonces para reducir al máximo posible las corrientes parasitas hay que
aumentar al máximo resistencia.
Para llegar a ofrecer máxima resistencia es posible integrar el núcleo magnético
mediante un conjunto de láminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre la
otra 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 corrientes
circulares; debido a que el hierro tiene ya menor sección, el valor alcanzado por
las corrientes parasitas es ahora menor, y en consecuencia han disminuido las
pérdidas.
Es decir para que las pérdidas se vean muy reducidas por las corrientes parasitas
hay que construir el núcleo del transformador en laminas, o enchapado.
Núcleo laminado diseñado para ser ensamblado fácilmente.

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Circuito eléctrico

El circuito eléctrico está relacionado con el bobinado del transformador, con la
carga, con las corrientes y los voltajes, y es por esto mismo que estas pérdidas no
son constantes sino que varían según las circunstancias.
Las pérdidas en el trasformador producidas por el circuito eléctrico se deben al
bobinado del núcleo el cual examinaremos a continuación:

En el transformador anterior podemos observar que las corriente i(t) pasan por las
bobinas con sus respectivas espiras, y es exactamente ahí en las bobinas donde
se produce una pérdida de potencia que esta dado por:

Entonces para reducir la potencia perdida, es claro que no podemos disminuir la
corriente puesto que esta llega a la carga, entonces lo que podemos hacer
es reducir al máximo la resistencia en las bobinas.
Ahora examinemos

Entonces para disminuir la resistencia en las bobinas el material debe ser un muy
buen conductor, y también la sección transversal del mismo debe ser grande.
Solución:
La solución por ende es buscar un material conductor y de sección transversal
grande.
Conductividad:

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Los requerimientos para los materiales conductores es tener la mayor
conductividad posible y el menor coeficiente de temperatura. La variación de la
resistencia 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. Conductores
redondos, recubierto con barniz aislante.

El Aluminio es más liviano y barato que el cobre y tiene menor temperatura de
fundición (Fácil de moldear), sin embargo su conductividad es solo un 60% de la
conductividad del Cobre y posee menor rigidez mecánica por lo que no puede ser
manufacturado en delgados conductores.

Sección transversal:
Para reducir las pérdidas en el cobre es conveniente que el conductor tenga una
gran sección transversal, pero si hacemos esto, será muy complicado manipular el
conductor al momento de construir un transformador, por lo que no es muy
conveniente que el conductor sea de muy grande sección transversal.
Convencionalmente, los alambres cobre y aluminio están especificados por la
American Wire Gauge (AWG) o la británica Standar Wire Gauge (SWG), sin
embargo, actualmente existe una especificación internacional establecida por la
International Electrotechnical Comission (IEC 182-1). En la Tabla de abajo está
incluida la transformación del numero AWG a pulgadas y milímetros.
Adicionalmente se muestra la resistencia en Ohm/m a 20° para cada conductor.

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LA CONSTRUCCIÓN DEL NÚCLEO.
El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeños
porcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan "laminaciones
magnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas
relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes.
Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y
dimensiones requeridas. La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los
núcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del
material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o
circulantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto.

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Elementos de los núcleos de transformadores.

En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen dos
partes principales: "las columnas" o piernas y los yugos". En las columnas se
alojan los devanados y los yugos unen entre si a las columnas para cerrar el
circuito magnético.
Debido a que las bobinas se deben montar bajo un cierto procedimiento y
desmontar cuando sea necesario por trabajos de mantenimiento, los núcleos que
cierran el circuito magnético, terminar al mismo nivel en la parte que está en
contacto con los yugos, o bien con salientes, en ambos casos los núcleos se
arman con "juegos" de laminaciones para columnas y yugos que se arman por
capas de arreglos "pares" e "impares".
Cuando se han armado los niveles a base de juegos de laminaciones colocadas
en "pares" e "impares" el núcleo se sujeta usando tornillos opresores y separa por
medio 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 escalones
para mejorar el enfriamiento.

Tipos de núcleos.

Los núcleos para transformadores se agrupan básicamente en las siguientes
categorías:
 Tipo núcleo o de columnas.
 Tipo acorazado.

Núcleo de columnas.
Existen distintos tipos de núcleos tipos columna, que están caracterizados por la
posición relativa de las columnas y de los yugos.

Núcleo monofásico.
Se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un
yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del
devanado primario y la mitad del devanados secundario.

Núcleo trifásico.
Se tienen tres columnas dispuestas sabor el mismo plano unidas en sus partes
inferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan los
devanados, primarios y secundario de una fase. Las corrientes magnetizantes de
las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente a que el circuito

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magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la
columna central.

Tipo acorazado.
Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo
columna, de reducir la dispersión magnética, su uso es más común en los
transformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizan
sobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeños, las
laminaciones se hacen en troqueles.

HERRAJES O ARMADURA.
Como se ha mencionado antes, los núcleos de los transformadores tienen partes
que cumplen con funciones puramente mecánicas de sujeción de las laminaciones
y estructuras, estas pares o elementos se conocen como “herrajes” o armadura y
se complementan con componentes como fibra se vidrio o madera para protección
de 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 el
realización práctica de los devanados debido a que los criterios constructivos para
la realización de los devanados de baja tensión, son distintos de los usados para
los devanados de alta tensión.
Para los fines constructivos, no tiene ninguna importancia la función de un
devanado, es decir, que sea primario o el secundario, importa solo la tensión para
la cual debe ser previsto.
Otra clasificación de los devanados se puede hacer con relación a la potencia del
transformador, para tal fin existen devanados para transformadores de baja
potencia, por ejemplo de 1000 a 2000 VA y para transformadores de media y gran
potencia. Los devanados para transformadores de pequeña potencia son los más
fáciles de realizar.
En este tipo de transformadores los devanados primario y secundario son
concéntricos y bobinado sobre un soporte aislante único. Por lo general, se usan
conductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobrepuestas.
Por lo general, el devanado de menor tensión se instala más cerca del núcleo
interponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores, se instala en
forma concéntrica el devanado de tensión mayor. Los extremos de los devanados
(denominados también principio y final del devanador) se protegen con aislante de
forma de tubo conocido como “spaguetti”.

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Devanados para transformadores de distribución.

En estos transformador, las diferencia entre las tensiones primaria y secundaria es
notable, por ejemplo, los transformados para reces de distribución de 13200 volts
a las tensiones de utilización de 220/127 volts debido a estas diferencias, se
emplean criterios constructivo distintos a os considerados en los transformadores
pequeños de baja tensión y se dividen en devanados de baja tensión y de alta
tensión.

Devanados de baja tensión.

Están constituidos por lo general, de una sola espiral (algunas veces en dos o tres
capas sobrepuestas), con alambres rectangular aislado. El conductor se usa
generalmente para potencia pequeñas y tiene diámetros no superiores a 3 o 3.5
mm. El aislamiento de los conductores, cuando son cilíndricos, puede ser de
algodón o de papel, más raramente conductor esmaltado en el caso que los
transformadores que no sean enfriados por aceite.
Para transformadores de mediana y gran potencia, se recurre al uso de placa o
solera 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 lo
que 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 fabricante
a fabricante, hay básicamente dos tipos, el llamado “tipo bobina” formados de
varias capas de conductores, estas bobinas tienen forma discoidal, estas bobinas
se conectan, por lo general, en serie para dar el número total de espiras de una
fase. El otro tipo es el llamado “de capas” constituido por una sola bobina con
varias capas, esta bobina es de longitud equivalente a las varias bobinas
discoidales que constituirían el devanado equivalente, por lo general, el número de
espiras por capa en este tipo de devanado, es superior al constituido de varias
bobinas 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 dispone
canales de circulación más numerosos, también tiene la ventaja de que requiere
de conductores de menor diámetro equivalente al otro tipo, da mayor facilidad
constructiva. Tiene la desventaja de ser más tardado en su construcción.

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LA TEMPERATURA Y LOS MATERIALES AISLANTES.
Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura
de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está producida
principalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores,
durante su operación, estas pérdidas están localizadas en los siguientes
elementos 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 debe
eliminar este calentamiento a valores que no resultan peligrosos para los
aislamientos, 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 a
su estabilidad terminal, cubre básicamente siete clases de materiales aislantes
que 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 oC

A 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 materiales
tales como el algodón, sed ya papel con alguna impregnación o recubrimiento o
cuando se sumergen en dialécticos líquidos tales como aceite. Otros materiales o

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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 materiales
que 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 materiales
tales como la única, fibra de vidrio, asbestos, etc. con algunas substancias
aglutinantes, puede haber otros materiales inorgánicos.
Clase F. Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales
tales como mica, fibra de vidrio, asbesto, etc., con sustancias aglutinables, así
como otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamente
inorgánicos.
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 silicones
apropiados.
Clase C. Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales
tales 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 los
transformadores afecta la vida de los aislamientos, por esta razón es importante
que este calor producidos disipe de manera que se mantenga dentro de los límites
tolerables 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 TRANSFORMADORES
Si el calor que se produce en los transformadores no se evacua convenientemente
se puede producir la destrucción de los materiales aislantes de los devanados.
Para evacuar este calor se emplean diferentes métodos de refrigeración en
función de la potencia nominal del transformador y la ubicación del mismo, como
por ejemplo:

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 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 aislantes
El 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 o
menos 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 conductor
térmico que el aire, es decir resulta más eficiente para disipación del calor.

MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORES ELECTRICOS

TRANSFORMADORES ELECTRICOS
La necesidad del mantenimiento preventivo en las instalaciones eléctricas, tanto
en las de Alta, Media y Baja tensión se multiplica en función de los daños que
podría ocasionar su parada por avería, tanto se trate de instalaciones públicas
como privadas. Tratándose de costosos equipos, su revisión debe efectuarse con
la periodicidad establecida en su proyecto de instalación, adecuándola en todo
momento a las especiales características de su utilización, ubicación, etc.

NORMAS BASICAS PREVIAS
Detallamos 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).

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 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 MANTENIMIENTO
Aunque cada instalación tendrá características específicas, intentaremos
relacionar las más habituales; resaltamos una vez más que todo trabajo deberá
cumplir con las normas y protocolos de seguridad pertinentes, por personal
autorizado 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 PARA
TRANSFORMADORES

ACEITES AISLANTES
El Aceite Aislante cumple múltiples funciones en los transformadores eléctricos:
mejora del aislamiento entre componentes del Transformador, homogenización de
la temperatura interna y refrigeración, etc.

DEGENERACION DEL ACEITE AISLANTE
El Aceite Aislante va degenerándose dentro del Transformador Eléctrico durante el
funcionamiento normal del mismo. La degeneración dependerá de muchos

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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 30
PPM, aunque algunos fabricantes pueden recomendar máximos de 10 PPM de
agua, para transformadores eléctricos de Alta Tensión >170 KV
• Partículas: la fabricación de los transformadores implica la utilización de papales
y celulosa, que pueden desprender pequeñas partes por vibración, etc. Además,
los transformadores necesitan un respirador para poder compensar las
dilataciones del aceite, siendo foco de entrada de polvo, etc al interior del
transformador, y por lo tanto al aceite.
• Oxidación: Esfuerzos de trabajo, puntos calientes, degeneración de las partículas
y suciedad y descompensaciones provocan la generación de gases disueltos y
oxidación del Aceite Aislante del transformador.

ANALISIS ACEITES AISLANTES
El Mantenimiento Preventivo de los Aceites Aislantes debe incluir el Análisis del
Aceite, mediante diferentes pruebas que permitan conocer el estado funcional del
mismo, que evite Fallas inesperadas de los Transformadores, con las
consiguientes consecuencias económicas y de calidad en el servicio de suministro
eléctrico. La necesidad de Mantenimiento de un Transformador Eléctrico es, por lo
tanto, directamente proporcional al valor del mismo, y a la importancia del
suministro de energía que ofrece.
La toma de muestras para el análisis del Aceite Aislante desde ser realizada de
forma segura y cuidadosa, para conseguir resultados reales. Las pruebas básicas
que pueden hacerse a los

ACEITES 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.

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CONCLUSIONES.

Pude ver como es que estan constituidos los transformadores y cuales son las
perdidas que hay en estos asi como los refrigerntes y aislantes que ayudan al
transformador a no calentarse, ademas de poder entender como es que se elije
cada parte de los transformadores al momento de construirlos y cuales son los
pasos que se deben seguir para darle mantenimiento.

Observe que los transformadores tienen diferentes tipos de características según
sea su uso así como el tratamiento correctivo y preventivo de los mismos.
Tambien reafirme que las leyes electromagneticas estan presentes en la mayoria
de las partes del transformador.
Cada transformador tiene en particular diferentes modos de oprerar según sea su
uso y definición como producto.

BIBLIOGRAFIA

TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE MEDIDA Y DE PROTECCION
Enrique Ras Oliva. Editorial AlfaOmega.

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