Transformadores de potencia: características y componentes

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IESP FRANCISCO DE PAULA
GONZALES VIGIL
ELECTRICIDAD INDUSTRIAL
TRANSFORMADOR DE POTENCIA
LINEAS DE TRANSMISION Y SUBESTACIONES
DE POTENCIA
TRANSFORMADORES
Un transformador es una máquina estática de corriente
alterna que permite variar alguna función de la corriente como
el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la
potencia, en el caso de un transformador ideal.
TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Es un dispositivo eléctrico que:
1. Transforma energía eléctrica de un circuito a otro sin variar la frecuencia.
2. Opera bajo el principio de inducción electromagnética.
3. Tiene dos circuitos eléctricos aislados entre si pero eslabonados
mediante un circuito magnético común.
4. Usualmente opera cambiando el voltaje.
Usualmente se considera un transformador de potencia cuando su
capacidad es de un valor a partir de: 500 KVA, 750 KVA, 1000 KVA,
1250 KVA o 1.25 MVA, hasta potencias del orden de 500 MVA
monofásicos y de 650 MVA trifásicos, 900 MVA. Estos últimos operan en
niveles de voltaje de 500 KV, 525 KV y superiores

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POTENCIA NOMINAL
La potencia nominal de un transformador es el valor
convencional de potencia aparente que sirve de bas para su
diseño, las pruebas y las garantías del fabricante, que
determinan la corriente nominal que circula a tensión nominal
en las condiciones específicas.
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS
TRANSFORMADORES DE POTENCIA.
CORRIENTE NOMINAL
Es la corriente que circula en la terminal de línea de los Devanado.
Transformadores monofásicos (fase a neutro) o bifásicos (fase a fase):
Donde:
Pnt = Potencia nominal del transformador en kVA.
Vn t = Tensión entre las terminales de línea del transformador en kV.
FRECUENCIA NOMINAL:
Es la frecuencia con la cual se determinarán todos los
parámetros eléctricos del transformador y debe ser la
misma que la de la red de energía donde el transformador
va a conectarse y operar.
PÉRDIDAS
Las pérdidas y la potencia absorbida por el transformador
se disipa en forma de calor por los devanados primario y
secundario (terciario en su caso) y también por el núcleo de
fierro.
- COLUMNAS
- ACORAZADOS
- POTENCIA
- DISTRIBUCIÓN
- COMUNICACIÓN
- MONOFÁSICO
- TRIFÁSICO
- BAÑO DE ACEITE
- EN SECO
SEGÚN EL CIRCUITO
MAGNÉTICO
TIPOS DE
TRANSFORMADORES
SEGÚN EL SISTEMA DE
TENSIONES
SEGÚN EL SERVICIO
SEGÚN LA
REFRIGERACIÓN

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EL NUCLEO
• Circuito magnético
• Chapas de acero al
silicio
• Cubierto por material
aislante
Compuesto por:
• Columnas
• Culatas
• Ventanas del núcleo
DEVANADO O BOBINAS
Las bobinas son fabricadas con lamina
de aluminio o cobre en baja tensión y
con alambre de sección redonda o
rectangular con un recubrimiento
aislante de resinas de polivinilo formal
modificado, las cuales les da un
elevado punto de ruptura dieléctrica,
así como una adecuada resistencia a
la exposición del liquido aislante del
transformador, tal que no se deterioren
sus propiedades o contamine el liquido
aislante. Estos conductores son de
clase térmica 120º C

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Los transformadores eléctricos de potencia se utilizan
generalmente para variar los valores de tensión de un circuito
de corriente alterna, manteniendo su potencia. Su
funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción
electromagnética.
CONSTITUCIÓN DE UN TRANSFORMADOR
MONOFÁSICO
Un transformador esta constituido
por dos circuitos eléctricos
acoplados mediante un circuito
magnético. El funcionamiento del
transformador se basa en la ley
de inducción de Faraday, de
manera que un circuito eléctrico
influye sobre el otro a través del
flujo generado en el circuito
magnético.
POTENCIA NOMINAL DE UN TRANSFORMADOR
La potencia nominal o aparente de un
transformador es la potencia máxima
que puede proporcionar sin que se
produzca un calentamiento en régimen
de trabajo
Este es un valor relevante de los
transformadores de energía eléctrica
de potencia
Usualmente se lo expresa en kVA o en
MVA (miles o millones de volt-ampere) y
define el "tamaño" del transformador o los
valores máximos de corriente
correspondiente a cada arrollamiento.
Para calcular el rendimiento de un transformador se
aplica la siguiente ecuación en donde se registran
todos los valores medidos y calculados de las
pérdidas de potencia en el hierro y en el cobre .
Dónde:
n= Rendimiento del transformador
P nominal = Potencia de dato de placa del
transformador
Ppérdidas= Pérdidas en el cobre +
pérdidas en el hierro Cos Ø = Factor de
potencia
CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DEL
TRANSFORMADOR

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Transformadores
trifásicos
Los transformadores eléctricos de potencia se utilizan
generalmente para variar los valores de tensión de un circuito
de corriente alterna, manteniendo su potencia. Su
funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción
electromagnética.
- COLUMNAS
- ACORAZADOS
- POTENCIA
- DISTRIBUCIÓN
- COMUNICACIÓN
- MONOFÁSICO
- TRIFÁSICO
- BAÑO DE ACEITE
- EN SECO
SEGÚN EL CIRCUITO
MAGNÉTICO
TIPOS DE
TRANSFORMADORES
SEGÚN EL SISTEMA DE
TENSIONES
SEGÚN EL SERVICIO
SEGÚN LA
REFRIGERACIÓN
Transformadores
trifásicos

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Parte Activa
Es formada por un conjunto de elementos separados del
tanque principal y se agrupan en los siguientes elementos:
Núcleo
Bobinas
Núcleo
Es el medio físico por el cual circula el
flujo magnético formado por las líneas
de fuerza.
Debe ser construido con material
magnético de la mas alta
permeabilidad, generalmente
fabricado con láminas de acero al
silicio de grano orientado, cortado y
rolado automáticamente.
La calidad comercial es del tipo
M4(esto es 0.4 watts por libra a
15,000 líneas de fuerza por cm2) o
tipo M6 y otros grado AISI..
Núcleo
La sección de los núcleos es rectangular para transformadores
pequeños y cruciforme para tamaños grandes.
Los núcleos se fabrican utilizando cortes a 45° en láminas
externas y al centro de los yugos, para mejorar la eficiencia de
los transformadores al no utilizar traslapes de láminas ,
evitando flujos magnéticos dispersos.

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Núcleo
Núcleo
Núcleo
Núcleo
El núcleo puede ir unido a la tapa y levantarse con ella, o
pude ir unido a la pared del tanque, lo que produce mayor
resistencia durante las maniobras mecánicas de transporte.
En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo
columna se distinguen dos partes:
Las columnas o piernas
los yugos

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Núcleo
En los transformadores de gran potencia, en las laminaciones
destinadas a formar las columnas, se hacen agujeros en los
que se colocan tornillos pasantes que se aíslan con tubos de
papel, cartón o baquelita y se sujetan a tuercas con roldanas
aislantes para evitar corrientes inducidas que generen
calentamientos inadmisibles.
Las secciones de las columnas determinan de forma
automática las secciones de los núcleos
Núcleo
Núcleo

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Devanados o Bobinas
Constituyen el circuito eléctrico del
transformador
Se construyen utilizando alambre o
solera de cobre o de aluminio
Los conductores se forran de material
aislante que puede tener diferentes
características de acuerdo con la tensión
de servicio. La temperatura y el medio
en que van a estar sumergidos.
Devanados o Bobinas
Las normas no establecen
condiciones especificas quedando en
manos de los diseñadores el adoptar
criterios que vayan de acuerdo con la
capacidad y tensión y que incidan en
la forma de las bobinas.
Los transformadores deben ser lo
suficientemente robustos para que
puedan soportar los esfuerzos
mecánicos debido a un corto circuito.
Devanados o Bobinas
Cuando un transformador esta en
operación, la corriente en uno de los
devanados fluye en sentido opuesto a la
corriente en el otro devanado, esta
condición combinada con el hecho de que
las bobinas se encuentran colocadas en
campo magnético de dispersión, da como
resultado que las bobinas estén sujetas a
fuerzas mecánicas de autorrepulsión,
siendo de poco valor cuando el
transformador tiene corrientes de carga, sin
embargo cuando esta en condiciones de
corto circuito la corriente solo esta limitada
por la impedancia del transformador.
Devanados o Bobinas
En el proceso de
fabricación de los
transformadores, se
acopla la bobina de alta
tensión dentro de la de
baja tensión (no
necesariamente), con
esto se logra que la
bobina de alta quede
autosoportada por la de
baja al actuar ésta como
un fleje

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Devanados
Para el devanado de baja tensión
casi siempre se utiliza conductor
sólido de sección rectangular
cubierto con varias capas de papel
hecho a base de celulosa de
algodón según sea el voltaje de
operación.
El devanado de alta tensión es por
lo general conductor sólido
redondo
Devanados o Bobinas
Se instalan separadores, cuñas, tiras y
barreras de cartón aislante ó material
similar que aíslen física y
eléctricamente las bobinas entre si y
con el núcleo.
Además forman ductos que permiten la
libre circulación del aceite para
contribuir a la dispersión del calor y
eliminar puntos calientes que pueden
deteriorar los aislamientos y a la vez
ayuda a reducir el esfuerzo dieléctrico.
Devanados o Bobinas
Todo el conjunto se hornea
en un ciclo especial de
atmósfera y temperatura
controlada con el objeto de
eliminar al máximo la
humedad existente en los
aislamientos
TRANSFORMADORES DE POTENCIA TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Devanados
Se dividen en devanados de:
Alta tensión (Primario)
Baja tensión (Secundario)
Las bobinas según la capacidad y
tensión del transformador pueden ser
Tipo Rectangular.- para pequeñas
potencias
Tipo Cilíndrico.- para potencias
medianas
Tipo Galleta.- para potencias altas

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Bobina Rectangular:
Se instala sobre un núcleo de
sección rectangular
Es la bobina mas barata
Se puede utilizar en
transformadores trifásicos con
potencias limitadas hasta 5MVA
y tensiones de hasta 68KV
Bobina Cilíndrica:
Se forma con una serie de
discos, con separaciones de
cartón aislante para permitir el
flujo de aceite.
Los discos se instalan sobre
un tubo de material aislante
Cada disco consta de varias
vueltas devanadas en espiral
Se utilizan en transformadores
de potencias medianas de
hasta 10MVA y 15KV
Bobinas tipo Galleta
El primario y el secundario se
devanan en forma de galletas
rectangulares, colocando las
bobinas primaria y secundaria en
forma alternada.
Se utilizan en transformadores de
tipo acorazado para altas
potencias y altas tensiones (230 o
400KV)
Cambiador de derivaciones
Permite regular la tensión de la energía que fluye de un transformador.
Puede ser operado en forma automática o manual.
Se puede instalar en el lado de alta o baja tensión
(Es recomendable instalarlos en el lado de alta tensión debido a que disminuye el
costo).

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Cambiador de derivaciones
Se montan directamente en una
posición accesible.
Debe asegurar siempre un
contacto firme y seguro en cada
operación
Se utiliza para efectuar cambios
de tensión a voltajes adicionales.
BASTIDOR
Esta formado de elementos estructurales que rodean al núcleo y las bobinas y
soportan los esfuerzos mecánicos y electromecánicos.
PARTE PASIVA
Consiste en el tanque donde se aloja la parte activa. El tanque debe ser
hermético, proteger eléctrica y mecánicamente el transformador, soportar los
enfriadores, bombas de aceite, ventiladores y los accesorios especiales.
VÁLVULA DE SOBREPRESIÓN
✓Este dispositivo tiene como función aliviar cualquier
sobrepresión que se presente dentro del transformador, para
evitar daños o deformaciones permanentes en sus componentes.
Juega un papel muy importante en la protección de los
transformadores y dispositivos a presión que requieren de este
tipo de protección ya que estos son llenados con líquido aislante y
refrigerante y al ocurrir una falla o corto circuito, el arco eléctrico
vaporiza instantáneamente el líquido, produciendo una súbita
sobrepresión.
La base del tanque debe
soportar las maniobras,
el tanque y los
radiadores deben tener
el área suficiente para
disipar las perdidas de
energía a temperaturas
menores de 55 ºC.

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Clase OA, enfriamiento por aire. Circulación natural.
Clase FOA, enfriamiento por aceite forzado.
Clase OA/FA/FA, enfriamiento por aceite y enfriamiento por
doble aire forzado.
Clase OA/FA/FOA, enfriamiento por aceite, aire forzado y
aceite forzado.
Clase AA, enfriamiento por circulación natural del aire.
Clase AFA, enfriamiento por aire forzado.
Clase AA/FA, enfriamiento por circulación natural del aire y
enfriamiento con aire forzado.
Clase OW, enfriamiento por agua a través de un serpentín.
Circulación natural
Clase FOW, enfriamiento por circulacion de agua forzada
Clase OA
Clase OA/FA
Clase OA/FA/FA

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Clase OA/FA/FOA
Su función es absorber la
expansión de aceite debido a
cambios de temperatura, por
incrementos de carga. En el
conservador no debe permanecer
el aceite en contacto con el aire,
debido a que este tiene humedad
y esto lleva a la oxidación del
aceite y a perder sus propiedades
dieléctricas.
Tanque conservador
INDICADOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE
Tiene como función detectar la temperatura del aceite y el sensor se
encuentra localizado en la parte donde el aceite se encuentra a la
temperatura más alta.
BOQUILLAS
Son los aisladores que atraviesan el tanque o la tapa del transformador.

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TABLERO
Parte donde se
encuentran los
controles y
protecciones de
bombas de aceite,
ventiladores,
calefacción del
tablero.
VÁLVULAS
Se utilizan para el llenado, vaciado, mantenimiento y muestreo del aceite del
transformador
CONECTORES DE TIERRA
Son de cobre soldadas al tanque, donde se conecta el transformador a tierra.
PLACA DE CARACTERÍSTICAS
Lleva los datos como potencia, tensión, % de impedancias, # de serie, diagramas
vectoriales y de conexiones, número de fases, frecuencia, etc.
RE LEVADORES ACCIONADOS POR GAS
Cuando ocurre una falla dentro del tanque de un transformador generalmente se
genera gas, generación que es lenta para una falla incipiente y violenta para fallas
fuertes. La mayoría de los cortocircuitos que se desarrollan, ya sea por una ruptura
debida a los impulsos entre las vueltas adyacentes o como contactos iniciales de
punto muy débiles, se calientan inmediatamente hasta la temperatura del arco.
RELEVADORES BUCHHOLZ
UBICACIÓN DEL RELEVADOR BUCHHOLZ

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TRAFOMIX
En el año 1989, CEA desarrolla el
TRAFOMIX, esto como una alternativa a la
medición tradicional de la energía eléctrica
en MT, que utilizan 4 o 6 transformadores
de medición independientes.
CEA registro el nombre de TRAFOMIX, en
Marzo de 1996
1.- Introducción
Medida Tradicional Medida con Trafomix
ANTES AHORA
Definición de Trafomix
Es un transformador combinado, registrado
por CEA, que se utiliza para realizar la
medición, control y protección en media
tensión y es fabricado de acuerdo a las
prescripciones de las normas IEC y ANSI.
Para realizar esta función, el TRAFOMIX
reúne en un solo recipiente los
Transformadores de Tensión e Intensidad,
requeridos, los cuales se interconectan
internamente entre si de acuerdo al
esquema deseado. (delta abierto, estrella o
monofásico).
NORMAS DE FABRICACIÓN
Norma Actualizada
IEC 61869-1 (Requerimiento General)
IEC 61869-2 (Transformadores de Intensidad medida y protección)
IEC 61869-3 (Transformadores de Tensión Inductivos, medida y protección)
IEC 61869-4 (Transformadores combinados)
ANSI Std C57.13-2008_ Requerimiento para Transformadores de Medida.
ASTM D1816: Aceites Dieléctricos
Norma Anterior
IEC 60044-1 (TI) IEC 60044-2 (TT) IEC 60044-3 (T. Combinados)

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Conceptos Generales
Transformador de intensidad
para medida: Transformador
destinado a transmitir una señal
informativa a aparatos de medida o
contadores.
Transformador de intensidad
para protección: Transformador
destinado a transmitir una señal
informativa a dispositivos de
protección o de mando.
Conceptos Generales
Transformador de Tensión para medida: Transformador destinado a transmitir una señal
informativa a aparatos de medida o contadores.
Transformador de Tensión para protección: Transformador destinado a transmitir una
señal informativa a dispositivos de proteccióno de mando.
Transformador Combinado de Medida: Transformador de Medida compuesto por los
Transformadores de Intensidad y Tensión, necesarios para la medición,alojados en un
recipiente común.
Componentes principales del TRAFOMIX
1. Terminales discontinuos
2. Aisladores de porcelana
3. Tubo de llenado con tapón
con sello hermético.
4. Visor del Nivel del Aceite.
5. Válvula de presión.
6. Orejas de izamiento.
7. Válvula de vaciado.
8. Caja de bornes
9. Placa de Características
10. Armella para candado
11. Pernos de puesta a tierra
12. Canal U para fijación.
13. Soporte para sujeción.
2
4
9
3
13
11
10
1
7
5
6
8
K L K L
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Ventajas del TRAFOMIX
Diseño compacto, funcional y
económico.
Peso y volumen reducidos.
Se garantiza la clase de
precisión en las tres fases.
Tablero de salidas en BT con
grado de protección IP55.
Ideal para trabajar en zonas de alta
contaminación.
Elevada capacidad a las
sobretensiones y corrientes de
cortocircuitos.
Diseño hermético
(mantenimiento mínimo).
Med. Tradicional Med. con Trafomix

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Por el N° de Fases
Por el tipo de conexión
Por el montaje
Por la posición de los Aisladores
: Monofásicos o Trifásicos.
: Delta o Estrella.
: Exterior o Interior.
: A o B.
Denominación Generalizada : TMI (E)A(B) X Y
TM : Denominación General de Trafomix.
I : Uso Interior .
E : Uso Exterior.
A. : Aisladores Primarios sobre la tapa.
B. : Aisladores Primarios laterales.
X. : Cantidad de bobinas de tensión.
Y. : Cantidad de bobinas de corriente.
TMEA-33
TMEB-33
TMEA-22
TMEA-11

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