transformadores monofasicos y trifasicos, sus conexiones fallas

1. Edwuyn Oquendo
C.I 17293138

2. TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
Los transformadores son máquinas estáticas que se utilizan para variar los
valores de tensión (V) e intensidad (I) en C.A.Son utilizados en las líneas de
transporte y distribución para elevar o reducir los valores de tensión
eléctrica.
FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen
de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo
magnético, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que
se denominan primarios y secundarios.
Al conectar el bobinado primario de N1
espiras a una tensión alterna, se
crea un flujo magnético alterno. Este flujo magnético, que se establece en
todo el circuito magnético, recorre el bobinado secundario de N2
espiras
induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la tensión en bornes
V2
.
A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama relación
de transformación, para un transformador ideal se cumple:
dónde:
m = relación de transformación
V1 = tensión del primario (V)
V2 = tensión del secundario (V)
N1 = número de espiras del primario
N2 = número de espiras del secundario

3. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO
Los transformadores trifásicos son muy importantes ya que están presentes en
muchas partes del sistema eléctrico. Este tipo de transformadores se ocupa de la
elevación y reducción de la tensión en diversas partes del sistema eléctrico:
En generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos,
así como también en las líneas de transmisión y, por último, en distribución en
donde se distribuye la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercios e
industrias. Todos los transformadores desde el generador hasta la entrada a
nuestros hogares o industrias son transformadores trifásicos.
Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados
eléctricos, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un
polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna.
Las diferentes formas de conexión de los bobinados trifásicos de un transformador,
recibe el nombre de grupo de conexionado. Además de identificar las conexiones de
los bobinados primario y secundario (estrella, triángulo o zigzag), el grupo de
conexionado indica el desfasaje entre las tensiones de línea primaria y secundaria,
de los sistemas trifásicos vinculados por el transformador. Los grupos de
conexionado más comúnmente utilizados en la distribución de energía eléctrica son
Dy5 (primario en triángulo, secundario en estrella, desfasaje 150 grados) y Dy11
(triángulo, estrella, 330 grados), Yy0 (estrella, estrella, 0 grados), Yd11 (estrella,
triángulo, 330 grados), entre otros. El concepto práctico de grupo de conexionado
adquiere relevancia para realizar una operación segura, durante la puesta en paralelo
de transformadores.

4. CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES
Transformadores Trifásicos:
Transformadores Trifásicos Un transformador trifásico conste de tres transformadores, separados o combinados,
sobre un núcleo. Los primarios y secundarios de todo transformador trifásico pueden ser conectados
independientemente en estrella ( Y ) o delta ( Δ ). Esto da un total de cuatro conexiones posibles para un banco
trifásico: Estrella – Estrella ( Y - Y ) Estrella – Delta ( Y - Δ ) Delta – Estrella ( Δ - Y ) Delta – Delta ( Δ - Δ )
conexión Y-y:
conexión Y-y La conexión Y – y se considera ventajosa cuando han de enlazarse dos sistemas de tensiones
relativamente altas. No existe desplazamiento de fase entre las tensiones del primario y el secundario. La
desventaja si la carga esta desbalanceada, los voltajes de las fases del transformador pueden llegar a
desbalancear severamente. Los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes.
Conexión Y - Δ :
Conexión Y - Δ No tiene problemas con los componentes de tercer armónico de tensión, puesto que estos dan
lugar a una corriente circulante en el lado conectado de delta. La conexión se comporta razonablemente bien bajo
cargas desequilibradas, ya que el triangulo redistribuye parcialmente cualquier desequilibrio que se presente.
Desventaja: debido a su conexión en delta en el secundario sufre un desplazamiento de 30°, en el secundario con
respecto al primario. Este tipo de conexión se adapta particularmente bien a transformadores en sistemas de alta
tensión en el extremo reductor de tensión de la línea.
Conexión Δ - y :
Conexión Δ - y Esta conexión presenta las misma ventajas y el mismo desplazamiento de fase que se la conexión
Y-d. Se utiliza como transformador elevador en las redes de A.T. el empleo de la conexión Y en la parte de A.T.
permite poner a tierra el punto neutro, con lo que queda limitado el potencial sobre cualquiera de las fases a la
tensión simple, reduciendo costos de los devanados A.T. Esta conexión es también muy utilizada en los
transformadores de distribución, correspondiendo la Y a B.A. de modo de alimentar cargas trifásicas y
monofásicas. La conexión D en A.T. compensa los desequilibrios en cargas monofásicas.
Conexión Δ - Δ :
Conexión Δ - Δ Esta conexión se utiliza en transformadores de B.T., ya que se necesita mas espiras/fase de menor
sección. Se comporta bien frente a cagas desequilibradas. La ausencia de neutro puede ser a veces una
desventajas.

6. FALLAS EN TRANSFORMADORES
Existe una clasificación de los tipos de fallas que presentan los transformadores de
distribución [2], 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 consecuencia a mediano plazo, el deterioro del equipo, por efecto de una
sobrecarga.
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. En la Tabla 1 se indican algunas características de los
transformadores fallados cuyas muestras fueron utilizadas en las pruebas experimentales de
la presente investigación.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Existen características nominales indicadas por los
fabricantes, que deben corresponder a la carga requerida por la red de distribución eléctrica,
dentro de las cuales es importante considerar lo siguiente:
•Nivel básico de aislamiento (BIL) (del valor requerido).
•Impedancia de cortocircuito del valor nominal: si la misma es demasiado alta, afecta la
regulación del sistema; y si es demasiado baja, da lugar a elevadas corrientes de corto
circuito.
•El conmutador de derivaciones debe ser de accionamiento interno

7. DEFECTOS DE FABRICACIÓN Aunque hay formas de construcción preestablecidas, las mismas
no están exentas de errores que pudieran presentarse, ocasionando fallas en los transformadores
de distribución, por lo tanto, se recomienda tener en cuenta lo indicado a continuación, a fin de
evitar estos defectos:
•No es recomendable trabajar a niveles de inducción demasiados altos, porque dan lugar a la
magnetostriccion o deformación del núcleo y producen efectos vibratorios en la parte activa.
•En la fabricación del núcleo se debe evitar la reducción de las distancias internas a niveles críticos.
Seleccionar materiales que satisfagan las normas y/o valores exigidos para operar a determinados
niveles de esfuerzos dieléctricos.
•Seleccionar láminas, pinturas, refuerzos, aisladores, herrajes, empaques de caucho, etc. que
soporten condiciones del medio ambiente u otros esfuerzos internos, originados en el
transformador.
Defectos de Operación Los errores humanos que se presentan en la operación de equipos son
inevitables, a pesar de la preparación que reciben los operadores del sistema eléctrico. Se
recomienda tener en cuenta lo indicado a continuación, a fin de minimizar la ocurrencia de estos
efectos:
•Realizar adecuado sistema de selección y montaje utilizando sistemas de movilización y
almacenaje apropiados.
•Evaluar el sistema de protecciones existente, a fin de disminuir la condición de falla que pudiera
presentarse motivado a: sobretensiones (directas: por rayos y/o de maniobra), sobrecargas y/o
fallas en la red (líneas a tierra, cortocircuitos en la red, desbalances de carga).
•Implementar rutinas de inspección que eviten el vandalismo hacia los transformadores de
distribución.

8. EFECTOS QUE OCASIONAN LAS FALLAS EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
Utilizando las definiciones indicadas en el manual de CORPOELEC (CADAFE) [6], que fueron
desarrolladas por el Ing. Raúl Cabrera actual Gerente General de la Empresa Transformadores del
Centro (Valencia, Venezuela), 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 para apoyar los diagnósticos, a continuación se indican las mismas.
SOBRECARGA
Cuando un transformador falla debido a una sobrecarga se presentan los siguientes efectos: 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.
•Formaleta con gran contenido de lodo.
SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFÉRICO Cuando un transformador falla debido a
sobretensiones se pueden observar algunos de los siguientes daños:
•Cortocircuito entre las espiras pertenecientes a las dos primeras o dos ultimas 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.
•Evidencia de descarga entre los devanados de alta tensión y baja tension.

9. REFRIGERACION DE TRANSFORMADORES
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES
Al igual que en todas las demás máquinas eléctricas, las pérdidas por dispersión en el núcleo y en los
devanados del transformador durante su funcionamiento se convierten en energía térmica y calientan las
partes correspondientes del transformador. Bajo el efecto de los gradientes térmicos el calor se dirige desde el
lugar de su origen hacia los sitios en los que puede ser transferido al medio refrigerante, o sea, al aire o agua,
según el método de refrigeración del transformador. La difusión del calor transcurre de la misma forma que en
las máquinas eléctricas, es decir, por radiación y convección. La capacidad de carga de un transformador está
limitada por la temperatura máxima admisible en el interior de los arrollamientos y en el fluido refrigerante.
Un valor excesivo de la temperatura de los arrollamientos provoca la carbonización lenta de los aislamientos
en contacto con el cobre; por otra parte, el aceite calentado mucho tiempo por encima de ciertos límites, se
descompone formando sobre los arrollamientos, depósitos de reacción ácida, que impiden la evacuación del
calor y elevan extraordinariamente la temperatura interior del transformador. Por todas estas razones, se han
establecido normas nacionales e incluso internacionales para fijar los calentamientos admisibles en los
arrollamientos y en los fluidos refrigerantes.
Los transformadores están por lo general enfriados por aire o aceite y cualquier método de enfriamiento
empleado debe ser capaz de mantener una temperatura de operación suficientemente baja y prevenir “puntos
clientes” en cualquier parte del transformador. El aceite se considera uno de los mejores medios de
refrigeración que tiene además buenas propiedades dieléctricas
La selección del método de enfriamiento de un transformador es muy importante, ya que la disipación del
calor, como ya se mencionó antes, influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga, así como en el
área de su instalación y su costo. De acuerdo a las normas americanas (ASA C57-1948) se han normalizado y
definido algunos métodos básicos de enfriamiento y son los siguientes:
Tipo AA.
Transformadores tipo seco con enfriamiento propio, 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.
Tipo AFA.
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.

10. Tipo OA
Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, 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.
Tipo OA/FA
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado, es
básicamente un transformador OA con la adición de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de
calor en las superficies de enfriamiento.
Tipo OA/FOA/FOA.
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio/con aceite forzado - aire forzado/con aceite
forzado/aire forzado.
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. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos:
en el primero se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33
veces la capacidad del tipo OA, con el segundo paso se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas
con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10000 kVA
monofásicos 15000 kVA trifásicos.
Tipo FOA.
Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado. 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.
Tipo OW.
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.
Tipo FOW.
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 sin tener ventiladores.
Tipo AA/FA.
Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un
transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor.