Transformadores
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Este documento presenta un análisis de transformadores monofásicos y trifásicos. Explica cómo funcionan los transformadores y cómo se pueden clasificar. También describe las conexiones de transformadores monofásicos y trifásicos, así como posibles fallas y sistemas de refrigeración.
Transformadores
- 1. Análisis de Transformadores PRESENTADO POR: JOSÉ LEONARDO MOLINA CHAMAT, Escuela de Ingeniería Eléctrica (43). Sección “S”, Diurno. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIAS Y TECNOLOGÍA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” CÁTEDRA: MAQUINAS ELÉCTRICAS II
- 2. Contenido Análisis de transformadores monofásicos y trifásicos Conexión de transformadores Fallas del transformador Refrigeración de los transformadores
- 3. Análisis de transformadores monofásicos y trifásicos El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Sabiendo el concepto básico de lo que nos brinda un transformador podemos analizar que un Transformador trifásico Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ- Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. En cuanto al Transformador monofásico, donde se muestran dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo, protegido con barniz aislante. Uno de esos corresponde al “enrollado primario” o de ENTRADA de la corriente alterna y el otro al “enrollado secundario” o de SALIDA de la propia corriente, una vez que el valor de la tensión ha sido aumentado o disminuido, de acuerdo con el tipo de transformador que se utilice, decir, si es “reductor de tensión” o si, por el contrario, es “elevador de tensión”. Sabiendo esto los podríamos clasificar de la siguiente manera:
- 4. Clasificación de los Transformadores Por su uso Sistemas de Potencia Sistemas de Comunicaciones Instrumentación Tx de Potencia Tx de Distribución Tx de Potencial Tx de Intensidad
- 5. Transformadores de Potencia 5000 kVA5000 kVA Baño deBaño de aceiteaceite 1250 kVA1250 kVA Baño de aceiteBaño de aceite
- 7. Transformadores de Corriente (CT)
- 8. Transformadores de Potencial (PT)
- 10. Conexión de los transformadores En un Transformador monofásico a menudo, cuando se requiere aumentar la potencia, se le acopla otro transformador en paralelo. Para implementar esto, se debe respetar los valores del voltaje en el bobinado primario, voltaje en el bobinado secundario, la impedancia de los bobinados y que guarden una relación de 4:1 como máximo entre primario y secundario. Para acoplar dos transformadores monofásicos se puede seguir el siguiente procedimiento práctico:
- 11. Conexión de los transformadores a) La conexión de los bobinados primarios se hace normalmente y en forma definitiva, H1 con H1 y H2 con H2. b) En el secundario, la conexión que une los bornes intermedios de estos bobinados y que corresponden al neutro (N) también se puede hacer en forma definitiva. c) Se hace un puente provisional en los bornes del lado izquierdo y se intercala un voltímetro en los bornes del lado derecho. d) Luego se alimenta el banco. Si los transformadores tienen polaridad distinta, el voltímetro indicará algún valor de voltaje. Si los transformadores tienen la misma polaridad, el voltímetro no indicará ningún voltaje. En este último caso se pueden hacer los puentes en forma definitiva. De lo contrario se intercambian los puentes.
- 12. Conexión de los transformadores Para las conexiones de los Transformadores trifásicos; Para obtener una corriente eléctrica trifásica es necesario la implementación de un banco de transfomadores trifásico. El valor de la corriente es determinado por el tipo de conexión de transformadores que se utilice. El tipo de conexión en los bobinados primarios de los transformadores dependerá del valor del voltaje de la red y de los mismos bobinados primarios de los transformadores. El tipo de conexión secundaria esta determinado por el valor de voltaje que se desee. Hay las siguientes opciones de bancos trifásicos:
- 13. Conexión de los transformadores Conexión Estrella Conexión Delta Conexión Estrella renca (solamente en el primario)
- 14. Conexión de los transformadores Conexión Delta abierta (solamente en el primario)
- 15. Fallas del transformador Existen una clasificación de los tipos de fallas que presentan los transformadores, las cuales se indican a continuación: Térmicas: las mismas ocurren, cuando la temperatura de trabajo sobrepasa la establecida por el fabricante, ocasionando degradación del aceite dieléctrico de manera progresiva, lo que trae como: 1. Recipiente metálico o cuba del transformador 2. Aisladores 3. Chapa de acero al silicio 4. Bobina de baja tensión 5. Bobina de alta tensión 6. Papel aislante Arco Eléctrico: las mismas ocurren, cuando fallan las protecciones del transformador, lo que trae como consecuencia, cortocircuitos externos que dañan internamente el equipo, dejando esa parte de la red eléctrica fuera de servicio en forma imprevista. Descargas Parciales: son pequeñas descargas eléctricas que se producen en el seno de cavidades con gas presente en un medio aislante solido o líquido. En los transformadores de distribución están asociadas a condiciones de sobretensión ocasionando daños en el aislamiento del equipo.
- 16. Fallas del transformador Los cuales ocasionan las fallas en transformadores, de las causas y efectos que originan los diferentes tipos de fallas sobre el transformador y que sirven de referencia al personal que realiza labores de reparación y/o mantenimiento Falla de sobrecarga: En la conexión de baja tensión hay salidas de cobre descoloridas. El papel aislante de la bobina y salidas es quebradizo. Aceite dieléctrico ennegrecido o quemado con gran formación de lodo. Paredes del tanque descoloridas. Falla de sobretensiones de origen atmosférico: Cortocircuito entre las espiras pertenecientes a las dos primeras o dos últimas capas o más. A veces se observa también, ennegrecimiento de uno de los aisladores de alta tensión. A menudo la bobina descarga la sobretensión sobre el núcleo, o sobre el tanque, pudiendo estar los mismos parcialmente fundidos. Falla de cortocircuito externo: se observa que las bobinas presentan algunos devanados deformados o desplazados el uno con respecto al otro. Falla de conexión errada en baja tensión: Las bobinas se presentan con devanados deformados o desplazados el uno con respecto al otro y el transformador puede quedar en buen estado de funcionamiento.
- 17. Fallas del transformador Defecto de operación: Rotura del conmutador. Conexiones erradas en baja tensión. Aceite con buena apariencia. Puede encontrarse bien la parte activa del transformador. Falla de humedad: Presencia de agua en el fondo del tanque, en la parte superior de la estructura de soporte apreciables manchas de óxido en algunas piezas metálicas. Puntos de oxidación en las partes que no se encuentran sumergidas en el aceite. Cortocircuito entre capas de la bobina en su parte superior.
- 18. Refrigeración de los transformadores Podemos desarrollar lo necesario de los sistemas de refrigeración en los transformadores tanto para la vida útil como para su capacidad de carga y el buen funcionamiento de este. Transformadores tipo seco con enfriamiento propio (AA), estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2000 kVA y voltajes menores de 15 kV. Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado (OA/FA), es básicamente un transformador OA con la adición de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de calor en las superficies de enfriamiento. Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural (OA), en estos transformadores el aceite aislante circula por convección natural dentro de una tanque que tiene paredes lisas o corrugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta solución se adopta para transformadores de más de 50 kVA con voltajes superiores a 15 kV.
- 19. Refrigeración de los transformadores Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por aire forzado (AA/FA), es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor. La función de la refrigeración es mantener una temperatura de operación suficientemente baja y mantener un buen funcionamiento en la transformación de energía TIPOS DE REFRIGERACIÓN La selección del método de enfriamiento de un transformador es muy importante, ya que influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga, así como en el área de su instalación y su costo Transferencia de Calor: Existen 3 métodos para ejercer el enfriamiento a transformadores. Se caracteriza por que se produce en un flujo que transporta el calor entre zonas de diferente temperatura: Convección; basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura.
- 20. Refrigeración de los transformadores Conducción; es la emisión o absorción de ondas electromagnéticas que se desplazan a la velocidad de la luz representan en temperaturas elevadas un mecanismo de pérdidas de calor Radiación: Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la posibilidad de disipación de calor por medio de ventiladores o sopladores. Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el régimen de operación (carga) de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores. Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado (OA/FA/FOA). Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo.
- 21. Refrigeración de los transformadores Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los serpentines por convección natural. Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es prácticamente igual que el FO, sólo que el cambiador de calor es del tipo agua – aceite y se hace el enfriamiento por agua.