Características de los 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.
TRANSFORMADORES DE POTENCIA
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

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) ytambién por el núcleo de fierro.

ABACO PARA LA DETERMINACIÓN DEL
RENDIMIENTO EN TRANSFORMADORES.
Es un ábaco que permite que se calcule el
rendimiento de transformadores tomando como
base la fracción de carga que está conectada a
su devanado secundario, las pérdidas en el
núcleo (fierro) como porcentaje de esta potencia.

Por ejemplo, para un transformador de
500 kVA que opera al 50% de su
capacidad nominal, que tiene como
pérdidas en el núcleo (vacío) Po = Pfe =
1900W y pérdidas en el cobre: Pcu=
4300 W, estas pérdidas como porcentaje
de la potencia nominal valen:

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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"SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE
POTENCIA"
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Núcleo

Núcleo

Núcleo
Cada una de las piernas están sujetas con flejes de acetato de celulosa, lo
que permite tener un bajo nivel de ruido .
Todo el conjunto queda soportado y presionado por un bastidor o herraje
de placa de acero de 16mm. (5/8”) de espesor.

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Núcleo

Núcleo
Los herrajes se diseñan para soportar los esfuerzos de corto circuito y
sobre cargas a los cuales son sometidos los devanados durante su vida
útil.
Estos herrajes contienen placas de apriete, lo cual permite presionar en
forma individual cada bobina.
-TRANSFORMADORES DE POTENCIA

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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POTENCIA"
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Núcleo
En las columnas se alojan las devanados y los yugos se unen entre si a las
columnas para cerrar el circuito magnético
Los núcleos de las bobinas son armadas en forma que son desmontables
para poder meter o sacar las bobinas de las columnas para efectos de
mantenimiento

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
Por razones de tipo económico y para equilibrar esfuerzos
electrodinámicos que se puden presentar entre conductores, los devanados
se construyen en forma casi circular.
Esto requiere que las columnas del núcleo debe tener sección circular,
como no es prácticamente realizable se busaca aproximarse haciendo la
sección de la columna en escalones.
(entre mas escalones mas costo)
Para transformadores pequeños se pude aceptar la sección cuadrada o
cruciforme.

Núcleo
Los yugos pueden ser rectangulares o escalonados solo para mejorar el
enfriamiento.
En transformadores grandes, se hace de columnas con un elevado número
de escalones con el objeto de obtener un mayor factor de utilización
geométrica de la sección.
A mayor capacidad del transformador, mayor es el número de escalones,
pudiendo llegar a ser de 10 o 12 escalones.

Núcleo
El núcleo determina características relevantes dependiendo de su forma,
pudiendo ser:
Núcleo tipo columna
Núcleo tipo acorazado

Núcleo
Tipo Columna:
Núcleo monofásico:
Se tienen dos columnas unidas en la parte inferior y superior por un yugo.
En cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del
devanado primario y la mitad del devanado secundario.

Núcleo
Tipo Columna:
Núcleo trifásico:
Se tienen tres columnas dispuestas sobre el mismo plano unidas en su
parte superior e inferior por yugos. Sobre cada columna se incrustan los
devanados primario y secundario de una fase.
Las corrientes magnetizantes de las tres fases son distintas entre si, el
circuito magnético de las columnas es mas largo que el correspondiente de
las internas.(en vacío)

Núcleo
Tipo Acorazado:
La dispersión magnética es menor que en
los tipo columna
Su uso mas común es en los
transformadores monofasicos
Los devanados se colocan en la columna
central

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.

POTENCIA"
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

POTENCIA"
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.

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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

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POTENCIA"
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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 Cilindrico.- para potencias
medianas
Tipo Galleta.- para potencias altas

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

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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 !5KV

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).

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.

• 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.

CLASIFICACION DE ENFRIAMIENTO
• 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

TANQUE CONSERVADOR
• 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.

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.

MONTAJE DEL INDICADOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE

BOQUILLAS
• Son los aisladores que atraviesan el tanque o la tapa del transformador.

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.

El relé tiene dos formas de detección. En caso de una pequeña sobrecarga, el
gas producido por la descomposición química del aceite se acumula en la parte
de arriba del relé y fuerza al nivel de aceite a que baje. Un switch flotante en el
relé es usado para disparar una señal de alarma. Este mismo switch también
opera cuando el nivel de aceite es bajo, como en el caso de una pequeña fuga
del refrigerante.
En caso de producirse un arco, la acumulación de gas es repentina, y el aceite
fluye rápidamente hacia el conservador. Este flujo de aceite opera sobre el
switch adjunto a una veleta ubicada en la trayectoria del aceite en movimiento.
Este switch normalmente activa un circuito interruptor automático que aísla el
aparato antes de que la falla cause un daño adicional.

UBICACIÓN DEL RELEVADOR BUCHHOLZ

VÁLVULA DE SOBREPRESIÓN
Este dispositivo tiene como función aliviar cualquier sobrepresion 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
sobrepresion.

para seleccionar un
transformador es
necesario conocer las
ventajas y desventajas
de cada una de las
conexiones mas
utilizadas
CONEXIONES EN LOS TRANSFORMADORES

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA
• Aislamiento mínimo.
• Cantidad de cobre mínimo.
• Circuito económico para baja carga y alto voltaje.
• Los dos neutros son accesibles.
• Alta capacitancia entre espiras, que reduce los esfuerzos dieléctricos
durante los transitorios debidos a tensión.
• Neutros inestables si no se conectan a tierra.

ESTRELLA-ESTRELLA CON TERCIARIO EN DELTA.
• La delta del terciario proporciona un camino cerrado para la tercera
armónica de la corriente magnetizante, lo cual elimina los voltajes de la
tercera armónica en los devanados principales.
• El terciario se puede utilizar para alimentar el servicio de estación, aunque
no es muy recomendable por las altas corrientes de corto circuito que se
obtienen.
• Aumenta el tamaño y costo del transformador.

CONEXIÓN DELTA-DELTA (RARAMENTE USADA)
SE UTILIZA EN TENSIONES BAJAS Y MEDIAS
• En caso de que a un banco de transformadores se le dañe una fase, se
puede operar utilizando la conexión delta abierta o V.
• Circuito económico para alta carga y bajo voltaje.
• Las dos deltas proporcionan un camino cerrado para la tercera armónica
de la corriente magnetizante, lo cual elimina los voltajes de tercera
armónica.

CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA
SE ACOSTUMBRA UTILIZAR EN TRANSFORMADORES ELEVADORES DE
TENSIÓN.
• Al aterrizarse el neutro del secundario se aislan las corrientes de tierra de
secuencia cero.
• Se eliminan los voltajes de tercera armónica, porque la corriente
magnetizante de tercera armónica se queda circulando dentro de la delta
del primario.
• La conexión estrella se usa con aislamiento graduado hasta el valor de la
tensión del neutro.

CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA
SE ACOSTUMBRA UTILIZAR EN TRANSFORMADORES REDUCTORES DE
TENSIÓN.
• No se puede conectar a tierra el lado secundario.
• Se eliminan los voltajes de tercera armónica porque la corriente
magnetizante de tercera armónica se queda circulando dentro de la delta
del secundario.

CONEXIÓN T-T (RARAMENTE USADA)
Solo se utiliza en casos especiales en que se alimenten cargas tri, bi y
monofásicas juntas.
• Comportamiento semejante a la conexión estrella-estrella.
• Tiene ambos neutros disponibles.
• Los voltajes y las corrientes de tercera armónica pueden ocasionar
problemas.
• Se necesitan dos transformadores monofásicos para la conexión.
• La capacidad debe ser 15 % mayor que la carga por alimentar.

CONEXIÓN ZIG-ZAG
Se utiliza en transformadores de tierra conectados a bancos con conexión
delta, para tener en forma artificial una corriente de tierra que energice las
protecciones de tierra correspondientes.

CONEXIÓN AUTOTRANSFORMADOR
Se utilizan cuando la relación de transformación es menor de dos. Son
más baratos que los transformadores equivalentes.
• Menor tamaño, peso y costo.
• Como la impedancia entre el primario y secundario es menor que en un
transformador, se presenta una posibilidad mayor de fallas.
• Debido a que solo existe una bobina, el devanado de baja tensión también
debe soportar las sobretensiones que recibe el devanado de alta tensión.
• Las conexiones en el primario y secundario deben ser siempre iguales o
sea estrella-estrella o delta-delta; estas últimas no son usuales.

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