Transformadores

1. Autor:
TSU Bendryx Bello
C.I. 15938382
Semestre: 8vo.
Carrera: Ingeniería Eléctrica

2. A través de la siguiente presentación se tratará el tema sobre Transformadores trifásicos,
tipos de conexiones, uso de cada una de ellas, tipos de pruebas realizadas para garantizar
la calidad de dichas maquinas estáticas para el cumplimiento final de sus funciones, también
se determinara la importancia de su finalidad tanto a nivel de transmisión, distribución, indus-
trial, comercial, y residencial.

3. CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES Y PARA QUÉ SE USA CADA CONEXIÓN (INCLUYA 2 EJEMPLOS)
Las tensiones y las corrientes primarias respecto a las secundarias, de los sistemas trifásicos
con la relación de transformación, deben indicar los desfases relativos entre las tensiones de
una misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión.
Para establecer estos desfases se deben construir los diagramas fasoriales de tensiones y
corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión (estrella, triángulo o zig zag), las
polaridades de los arrollamientos en un mismo circuito magnético o fase, y las
designaciones de los bornes.
A continuación se tratará los tipos de conexiones para transformadores trifásicos: Delta-
delta, delta-estrella, estrella-delta, estrella-estrella y estrella-zig zag; también se mostrará
mediante gráficas el cambio que sufren los valores de corriente y voltaje a lo largo de las
líneas y fases del circuito.
De esta manera se mostrará como están conectados los distintos transformadores

4. Conexión Delta - Delta:
Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema.
Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que las
corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados.
La conexión delta-delta de transformadores monofásicos se usa generalmente en
sistemas cuyos voltajes no son muy elevados especialmente en aquellos en que se
debe mantener la continuidad de unos sistemas. Esta conexión se emplea tanto para
elevar la tensión como para reducirla. En caso de falla o reparación de la conexión
delta-delta se puede convertir en una conexión delta abierta-delta abierta.

5. Circuito Estrella - Delta:
La conexión estrella-delta es contraria a la conexión delta-estrella; por ejemplo en
sistema de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la
conexión estrella-delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectados
en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por
razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta conexión es poco usual,
salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos.

6. Circuito Delta - Estrella:
La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia
para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a
4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado.

7. Circuito Estrella - Estrella:
Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las
corrientes en la línea. Si las tensiones entre línea y neutro
están equilibradas y son sinuosidades, el valor eficaz de las
tensiones respecto al neutro es igual al producto de 1/1.732
por el valor eficaz de las tensiones entre línea y línea y existe
un desfase de 30º entre las tensiones de línea a línea y de
línea a neutro más próxima.
Las tensiones entre línea y línea de los primarios y secundarios
correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en
concordancia de fase. Por tanto, la conexión en estrella será
particularmente adecuada para devanados de alta tensión, en
los que el aislamiento es el problema principal, ya que para
una tensión de línea determinada las tensiones de fase de la
estrella sólo serían iguales al producto 1/1.732 por las
tensiones en el triángulo.

8. Circuito Estrella Zig-Zag
Los transformadores con conexión estrella-zig zag (Y-z) se emplean principalmente
en redes de distribución ya que la conexión zig-zag permite el uso del conductor de
neutro en el secundario.
El comportamiento de los transformadores con conexión estrella-zig zag antecargas
desequilibradas es bueno.
El principal inconveniente de este tipo de transformadores es que necesita
alrededor de un 15% más de espiras que un transformador con conexión en
estrella en el secundario.

9. Pruebas que realiza el fabricante
Prueba de Vacío: En esta prueba se energiza al transformador su voltaje nominal por el
lado secundario mas el 10% del mismo para conocer las perdidas del hierro y la corriente
de excitación. La medición de la corriente de excitación en transformadores, determina la
existencia de espiras en cortocircuito, detecta daños o desplazamiento de devanados y
núcleo, conexiones defectuosas, problemas en el cambiador de tomas, etc. Se obtiene en
el devanado primario al aplicar a éste un voltaje a frecuencia nominal, manteniendo el
devanado secundario en circuito abierto. La corriente de excitación consta de dos
componentes: una en cuadratura (IL) y la otra en fase (IR). La componente en cuadratura
corresponde a la corriente reactiva magnetizante del núcleo, mientras que la componente
en fase incluye pérdidas en el núcleo y cobre. La magnitud de la corriente de excitación
depende en parte del voltaje aplicado, del número de vueltas y las dimensiones en el
devanado, de la reluctancia y de otras condiciones tanto geométricas como eléctricas que
existen en el transformador. Las pruebas de corriente de excitación se realizan con el
medidor de factor de potencia que se disponga.

10. Prueba de Corto Circuito: En esta prueba se energiza el transformador
por el lado primario
con su corriente nominal para así obtener el voltaje de impedancia y
las perdidas del cobre.
El objetivo de esta prueba es verificar que los valores de impedancia
cumplen con los de diseño y de forma indirecta verificar el cambiador
de tomas. Los valores de impedancia de cortocircuito son de gran
utilidad ya que es el parámetro que determina la capacidad de
cortocircuito de un equipo en condiciones de falla, así como la puesta
en servicio de equipos similares en paralelo. Ya que es una prueba
especial dentro del taller, el mismo no cuenta con una fuente variable
alterna capaz de suministrar la corriente nominal del transformador,
por lo que se realizo a tensión reducida con una fuente de voltaje
alterna monofásica de valor fijo, para aquellos pasos del cambiador de
tomas con información del valor de la impedancia de cortocircuito en
la placa; mediante el método voltiamperimétrico.

11. Prueba de Inducida: Se mide y se observa el aislamiento entre la bobina primaria y secundaria a nivel
de tierra o carcasa del transformador para así valorar su aislamiento.
El objetivo de esta prueba es verificar el aislamiento entre espiras, secciones de la bobina y entre
devanados de diferentes fases a frecuencia superiores a la nominal para evitar la saturación del núcleo
al ser sometido a tensiones superiores. La prueba debe realizarse según lo establecido en la norma IEC
60076-3: 2000, cláusula 12, subcláusula 12.2 para aislamiento uniforme y subcláusula 12.3 y 12.4 para
aislamiento no uniforme [18]. La forma de voltaje deberá ser lo más cercana a una onda sinusoidal y su
frecuencia suficientemente por encima de la frecuencia nominal. Al final de la prueba el voltaje debe
ser reducido rápidamente a un valor menor del valor de prueba.
Prueba de Aplicada: Consiste en medir el aislamiento entre capas y devanados de las bobinas primarias
y secundaria de los transformadores. Esta prueba es utilizada para conocer el valor de la resistencia
óhmica de los devanados de un transformador cuando es sometida a una corriente continua. Es auxiliar
para conocer el valor de las pérdidas en el cobre (I2R) y detectar falsos contactos en conexiones de
bushings, cambiadores de tomas, soldaduras deficientes y hasta alguna falla inicial en los devanados. La
corriente empleada en la medición no debe exceder el 15 % del valor nominal del devanado, ya que
con valores mayores pueden obtenerse resultados inexactos causados por variación en la resistencia
debido al calentamiento del devanado. Los factores que afectan la prueba son: cables inapropiados,
suciedad en los terminales del equipo bajo prueba y contactos mal hechos que generan puntos de alta
resistencia.

12. La resistencia de aislamiento varía inversamente con la temperatura en la mayor parte de
los materiales aislantes; para comparar adecuadamente las mediciones periódicas de
resistencia de aislamiento, es necesario efectuar mediciones a la misma temperatura, o
convertir cada medición a una misma base.
La base de temperatura recomendada, es de 20 ºC para transformadores y 40 ºC para
maquinas rotatorias.
Prueba de Relación de Transformación: La relación de transformación se define como la
relación de vueltas o de voltajes del primario al secundario, o la relación de corrientes del
secundario al primario en los transformadores. Mediante la aplicación de esta prueba es
posible determinar: a) Las condiciones del transformador después de la operación de
protecciones primarias tales como: relé diferencial, relé Buchholz, fusibles de potencia, etc.
b) Identificación de espiras en cortocircuito c) Investigación de problemas relacionados con
corrientes circulantes y distribución de carga en transformadores en paralelo. d) Cantidad
de espiras en bobinas de transformadores. e) Circuitos abiertos (espiras, cambiadores,
conexiones hacia los pasatapas, etc.).

13. Se debe realizar la prueba de relación de transformación en todas las posiciones del
cambiador de tomas antes de la puesta en servicio del transformador. Para
transformadores en servicio, efectuar la prueba en la posición de operación o cuando se
lleva a cabo un cambio en la derivación. También se realiza cada vez que las conexiones
internas son removidas debido a la reparación de los devanados, reemplazo de
bushings, mantenimiento al cambiador de tomas, etc. Para determinar el grupo de
conexión y poder realizar la prueba de relación de transformación en transformadores
trifásicos se puede utilizar el método del reloj.
Recepción y/o verificación: Se realizan a todo el equipo nuevo o reparado,
considerando las condiciones de traslado: efectuando primeramente una inspección
detallada de cada una de sus partes.

14. Pruebas de Mantenimiento de rutina (Medición de Resistencia de los Devanados,
Medición de las Pérdidas, Ensayo de la Rigidez Eléctrica del Aceite).
Cuando se realiza la inspección de un transformador, bien sea por rutina o por
mantenimiento, se aplican en primera instancia una serie de pruebas preliminares que
indican el estado en que se encuentra la unidad. En base a los resultados de estas
pruebas, se tienen que tomar decisiones respecto al transformador, la de dejarlo fuera
de servicio debido a que las condiciones en que se encuentra no es prudente que
continúe en operación y por lo tanto debe someterse a un mantenimiento o la de
dejarlo en operación y programar un mantenimiento preventivo. Las decisiones sobre las
condiciones del transformador, las acciones a seguir y el envió de una subestación móvil
como relevo se realizará de acuerdo al análisis de los resultados de las pruebas
eléctricas.
A continuación, a través de la guía de la Comisión Federal de Electricidad
“Procedimientos de Prueba de campo para Mantenimiento Eléctrico en Subestaciones
de Distribución” se realizará una descripción de las principales pruebas eléctricas a los
transformadores de potencia.

15. Recomendaciones generales para realizar pruebas eléctricas al equipo primario
a) Para equipos en operación, con base en los programas de mantenimiento, tramitar los
registros y permisos correspondientes. b) Tener la seguridad de que el equipo a probar
no esté energizado. Verificando la apertura física de interruptores y/o cuchillas
seccionadoras. c) El tanque o estructura a probar debe estar puesto a tierra. d)
Desconectar de la línea o de la barra los terminales del equipo a probar. e) En todos los
casos, ya sea equipo nuevo, reparado o en operación, las pruebas que se realicen
siempre deben estar precedidas de actividades de inspección o diagnostico visual. f)
Preparar los recursos de prueba indispensables como son: Instrumentos, Herramientas,
Mesas de Prueba, etc. g) Preparar el área de trabajo a lo estrictamente necesario,
delimitar el área de trabajo para evitar el paso de personas ajenas a la prueba,
procurando se tengan fuentes accesibles y apropiadas de energía. h) Colocar los
instrumentos de prueba sobre bases firmes y niveladas, verificando además la posición
de trabajo de los equipos. i) Comprobar que los terminales de prueba estén en buenas
condiciones y que sean las apropiadas

16. j) No aplicar voltajes de prueba superiores al voltaje nominal del equipo a probar. k)
Durante las pruebas deben tomarse todas las medidas de seguridad personal y para el
equipo. l) Anotar o capturar las lecturas de la prueba con todos aquellos datos que
requiere el formato correspondiente (multiplicadores, condiciones climatológicas, etc.).
m) Al terminar la prueba poner fuera de servicio el instrumento de prueba y poner a
tierra nuevamente el equipo probado.
Prueba de Resistencia de Aislamiento: El modelo circuital de un material aislante cuando
se le aplica un campo eléctrico está compuesto por una resistencia en paralelo con un
capacitor. Cuando se le somete a un campo eléctrico, aparecen dos corrientes: una
corriente capacitiva proveniente de la polarización de las cargas eléctricas y otra
corriente resistiva producto del movimiento de los electrones por conducción de un lado
del material al otro. En régimen permanente el capacitor se carga y se comporta como un
circuito abierto (ya que él depende de una función en el tiempo) quedando solamente la
resistencia pura del modelo.

17. Graficando los valores de resistencia de aislamiento contra el tiempo, se obtiene una curva
denominada absorción dieléctrica; indicando su pendiente el grado relativo de secado y
limpieza 29 o suciedad del aislamiento. Si el aislamiento está sucio o húmedo, se alcanzara
un valor estable en uno o dos minutos después de haber iniciado la prueba y como
resultado se obtendrá una curva con baja pendiente.

18. La pendiente de la curva puede expresarse mediante la relación de dos lecturas de
resistencia de aislamiento, tomadas a diferentes intervalos de tiempo durante la misma
prueba. A la relación de 60 a 30 segundos se le conoce como “Índice de Absorción”, y a
la relación de 10 a 1 minuto como “Índice de Polarización”. Los índices mencionados, son
útiles para la evaluación del estado del aislamiento de devanados de transformadores de
potencia y generadores. Esta prueba es de gran utilidad para dar una idea rápida y
confiable de las condiciones del aislamiento total del transformador bajo prueba. La
medición de esta resistencia independientemente de ser cuantitativa también es
relativa, ya que el hecho de estar influenciada por aislamientos, tales como porcelana,
papel, barnices, etc., la convierte en indicadora de la presencia de humedad y suciedad
en los materiales.

19. Prueba de Rigidez Dieléctrica del Aceite la Rigidez Dieléctrica: Es el valor de la
diferencia de potencial máxima aplicada entre dos electrodos sumergidos en aceite,
separados a una distancia determinada antes de que ocurra un arco eléctrico entre
ellos. Esta prueba refleja la resistencia del aceite al paso de una corriente eléctrica,
es decir su capacidad como aislante. Indica la presencia de partículas polares
conductoras y especialmente la presencia de agua disuelta en el aceite. Entre los
factores que afectan la rigidez dieléctrica, tenemos: a. Presencia de compuestos
polares: Agua disuelta. Contaminantes orgánicos. Productos de la degradación
del aceite. b. Presencia de partículas sólidas: Contaminantes sólidos: polvo,
partículas metálicas. Lodos provenientes de la degradación del aceite Aditivos
sólidos en exceso. c. Presencia de gases disueltos: Aire disuelto durante el manejo
del aceite. Gases emitidos por el transformador. 53 De acuerdo con la ASTM
existen dos métodos para las pruebas de rigidez dieléctrica: el establecido por la
norma D-877 y la D-1816. El aparato utilizado de acuerdo a la norma D-877- ASTM,
consiste en un equipo integrado con: un transformador, un regulador de voltaje, un
interruptor, un voltímetro y una copa de pruebas que contiene dos electrodos
separados a una distancia de 2.54 mm para la norma (D-877) y 1mm para la norma
(D-1816).

20. Prueba de Rigidez Dieléctrica del Aceite la Rigidez Dieléctrica
(Imágenes):