Transformadores

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
I.U.P.”SANTIAGO MARIÑO” EXT. CIUDAD OJEDA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
BR. BENCOMO, ELIO
C.I.- 19.749.651

TRANSFORMADOR IDEAL Y REAL:
Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y
una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y
entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones
sencillas. La figura l muestra un transformador ideal.
Figura 1. a) Esquema de un transformador ideal. b) Símbolos esquemáticos de un
transformador ideal.
En el transformador que se muestra en la figura 1 tiene NP espiras de alambre
sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La
relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el
voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es:
VP(t) / VS(t) = NP / NS = a
En donde a se define como la relación de espiras del transformador
a = NP / NS
La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y
la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es
NP * iP(t) = NS * iS(t)
iP(t) / iS(t) = 1 / a
En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son
VP / VS = a
IP / IS = 1 / a

Nótese que el ángulo de la fase de VP es el mismo que el ángulo de VS y la fase
del ángulo IP es la misma que la fase del ángulo de IS. La relación de espiras del
transformador ideal afecta las magnitudes de los voltajes y corrientes, pero no sus
ángulos.
Las ecuaciones anteriores describen la relación entre las magnitudes y los ángulos
de los voltajes y las corrientes sobre los lados primarios y secundarios del
transformador, pero dejan una pregunta sin respuesta: dado que el voltaje del
circuito primario es positivo en un extremo específico de la espira, ¿cuál sería la
polaridad del voltaje del circuito secundario? En los transformadores reales sería
posible decir la polaridad secundaria, solo si el transformador estuviera abierto y
sus bobinas examinadas. Para evitar esto, los transformadores usan la convección
de puntos. Los puntos que aparecen en un extremo de cada bobina en la figura1
muestran la polaridad del voltaje y la corriente sobre el lado secundario del
transformador. La relación es como sigue:
1.- Si el voltaje primario es positivo en el extremo punteado de la bobina con
respecto al extremo no punteado, entonces el voltaje secundario será también
positivo en el extremo punteado. Las polaridades de voltaje son las mismas con
respecto al punteado en cada lado del núcleo.
2.- Si la corriente primaria del transformador fluye hacia dentro del extremo
punteado de la bobina primaria, la corriente secundaria fluirá hacía afuera del
extremo punteado de la bobina secundaria.
Potencia en un transformador ideal
La potencia suministrada al transformador por el circuito primario se expresa por
medio de la ecuación
Pent = VP * IP * cos P
En donde p es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundaria. La potencia
que el circuito secundario suministra a sus cargas se establece por la ecuación:
Psal = VS * IS * cos S
En donde s es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundarios. Puesto que
los ángulos entre el voltaje y la corriente no se afectan en un transformador
ideal, Las bobinas primaria y secundaria de un transformador ideal
tienen el mismo factor de potencia.
¿Cómo se compara la potencia que va al circuito primario del transformador ideal,
con la potencia que sale por el otro lado?

Es posible averiguarlo por medio de las ecuaciones de voltaje y corriente. La
potencia que sale de un transformador es:
Psal = VS *IS* cos
Aplicando las ecuaciones de relación de espiras nos resulta Vs = Vp / a y Is = a *
Ip así que
Psal = (VP/a) * a * IP * cos
Psal = VP * IP * cos ent
De donde, la potencia de salida de un transformador ideal es igual a su potencia
de entrada.
La misma relación se aplica a la potencia reactiva Q y la potencia aparente S.
Qent = VP *IP *sen = VS *IS *sen = Qsal
Sent = VP *IP = VS *IS = Ssal
TRANSFORMADOR REAL:
Se diferencia de un transformador ideal en que tiene unas pérdidas internas. Estas
pérdidas hacen que se pierda tensión e intensidad según la carga que apliquemos
al transformador. Sin embargo, a pesar de que externamente no se cumpla
rigurosamente la relación de transformación para las tensiones e intensidades, sí
que mantiene la relación de tensiones internas (fem y fcem). Puesto que las
pérdidas son pequeñas, matemáticamente expresamos:
Además, un transformador real, como toda máquina real, está preparada para
trabajar por debajo de unos valores máximos de potencia, tensión e intensidad,
llamados valores nominales. Así, definimos la tensión nominal del primario y del
secundario (V1N y V2N) como la tensión de trabajo que es capaz de soportar el
aislamiento, y la intensidad nominal de primario y del secundario (I1N y I2N) como
la máxima corriente que puede circular por los respectivos bobinados sin
sobrecalentarse. Asociado al primario tenemos la potencia nominal del
transformador, que mide la máxima potencia que es capaz de transformar.

Hay que destacar que la potencia nominal de un transformador se mide siempre
en potencia aparente, puesto que no sabe qué transforma, si potencia activa o
reactiva.
Definimos el índice de carga (C) como es la relación entre la potencia de consumo
y la nominal. Este número nos indica el grado de solicitación a que sometemos al
transformador.
TRANSFORMADOR MONOFÁSICO:
Un transformador es una máquina eléctrica estática capaz de convertir una
corriente alterna en otra corriente alterna de diferente tensión e intensidad. Un
transformador está compuesto por un núcleo de hierro con dos arrollamientos o
devanados separados y aislados entre sí, denominados primario y secundario.
Al conectar el devanado primario a una corriente alterna monofásica, se establece
un flujo magnético alterno dentro del núcleo. Este flujo atraviesa el devanado
secundario induciendo una fuerza electromotriz en el devanado secundario. A su
vez, al circular corriente alterna en el secundario, se contrarresta el flujo
magnético, induciendo sobre el primario una fuerza contraelectromotriz. Desde el
punto de vista energético, un transformador convierte energía eléctrica en
magnética en el primario, y en el secundario convierte energía magnética en
eléctrica. El primario se comporta como un receptor y el secundario como un
generador. Como el flujo circulando por el núcleo en único, las tensiones del
primario y secundario (fuerza contraelectromotriz y electromotriz respectivamente)
son proporcionales al número de vueltas da cada arrollamiento:
donde V1 y V2 son las tensiones en el primario y secundario y N1 y N2 son el
número de vueltas en el primario y secundario. A la relación entre el número de
vueltas en el primario y el secundario la llamamos relación de transformación, y la
representamos con la letra m.

Si el transformador fuese ideal y no tuviese pérdidas, la potencia eléctrica
consumida en el primario sería igual a la generada en el secundario, y puesto que
el flujo magnético y las corrientes están en faseϕ1 = ϕ 2 = ϕ (osea, que se
mantiene el desfase):
De esta fórmula deducimos que si el transformador es reductor, es decir que
reduce la tensión, la corriente aumenta, y si es elevador, la tensión aumenta y la
corriente disminuye.
Resumiendo, un transformador es una máquina que sirve para variar la tensión de
una corriente alterna, variando también la intensidad, dejando la misma frecuencia
y desfase. Hay que destacar que un transformador no sirve para corriente
continua.
Un autotransformador es un transformador con una sola bobina intermedia, en el
que el primario y el secundario tienen partes comunes. Al tener sólo una bobina es
más baratos, ligeros y tienen mayor rendimiento. Sólo se utilizan cuando no hay
mucha diferencia entre el primario y el secundario.
Existen los autotransformadores regulables, donde ajustando las espiras del
secundario regulamos la relación de transformación y por tanto la tensión de
salida.
TRIFASICO:

Los transformadores se manejan en un amplio campo sirven para compensar las
necesidades de los usuarios, los transformadores de distribución, acoplados sobre
los postes, facilitan a los consumidores domésticos, cantidades
de potencia relativamente pequeñas. Los transformadores de potencia se utilizan
en las plantas generadoras para elevar el valor de tensión generada a más altos
niveles para el transporte. La tensión de transporte se reduce mediante
transformadores en las subestaciones de distribución local. En estos
transformadores de potencia se produce fuertes calentamientos debido al efecto
Joule en las bobinas y por la histéresis, también debido a las corrientes
de Foucault del núcleo. Es por lo cual se requiere de refrigeración que puede ser,
por enfriamiento natural o forzado, o también por sistemas de circulación
de agua o aceite.
En la práctica se utiliza el aceite debido a su durabilidad y capacidad para disipar
del calor. Existen hoy en día transformadores de medida: de tensión, para medir
voltajes, y de intensidad para medir corrientes, pero estos son en gran parte
transformadores monofásicos. Los transformadores de corriente polifásicos
requieren tantos pares de arrollamientos o carretes elementales como fases,
también se hallan otros tipos de transformadores: de audio y video, que funcionan
a una amplia gama de frecuencias.
Cuando tenemos un sistema trifásico de tensiones, podemos convertirlo en otro
sistema trifásico de diferente tensión mediante dos sistemas: - banco de 3
transformadores monofásicos: A pesar de su menor rendimiento, mayor volumen y
mayor coste, presenta la ventaja de poder sustituirlo más fácilmente en caso de
avería. En España su uso está muy limitado.
- un transformador trifásico: Está compuesto por un núcleo con tres columnas,
donde arrollamos el primario y el secundario de cada fase en cada columna.
Presenta la ventaja de su economía, menor volumen y mayor rendimiento.

Ambas sistemas pueden conectarse en estrella o triángulo tanto el primario (en
mayúscula) como el secundario (en minúscula), quedando 4 configuraciones
básicas:
-Yy: Estrella-estrella
-Yd: Estrella-triángulo
-Dy: Triángulo-estrella
-Dd: Triángulo-triángulo
Las relaciones de transformación estudiadas en los transformadores monofásicos
también son válidas para los valores de fase del transformador trifásico, es decir,
que si fuese ideal serían:
Para obtener los valores de línea basta con aplicar las relaciones entre fase y
línea según sea estrella o triángulo.

APLICACIONES DE LOS TRANSFORMADORES
Los transformadores son elementos muy utilizados en la red eléctrica.
Una vez generada la electricidad en el generador de las centrales, y antes de
enviarla a la red, se utilizan los transformadores elevadores para elevar la tensión
y reducir así las pérdidas en el transporte producidas por el efecto Joule. Una vez
transportada se utilizan los transformadores reductores para darle a esta
electricidad unos valores con los que podamos trabajar.
Los transformadores también son usados por la mayoría de electrodomésticos y
aparatos electrónicos, ya que estos trabajan, normalmente, a tensiones de un
valor inferior al suministrado por la red.
Por último hacer mención a que uno de los elementos de seguridad eléctrica del
hogar utiliza transformadores. Se trata del diferencial. Este dispositivo utiliza
transformadores para comparar la intensidad que entra con la que sale del hogar.
Si la diferencia entre estos es mayor a 10 mA desconecta el circuito evitando que
podamos sufrir lesiones.
CIRCUITOS EQUIVALENTES DE UN TRANSFORMADOR
Normalmente en los diseños y análisis donde se utilizan transformadores, es muy
común utilizar las características de éste como si fuera transformador ideal. Esto
significa que:

– No tiene pérdidas por calor
– No hay caídas de voltaje en los bobinados de los arrollados
– No hay capacitancias debido a los bobinados
– No hay pérdidas por histéresis en el núcleo, etc.
Lo anterior no siempre es conveniente y a veces es necesario tomar en cuenta
estos parámetros. Para esto se utilizan circuitos equivalentes del transformador.
La gran ventaja del uso de circuitos equivalentes de máquinas eléctricas reside en
poder aplicar toda la potencia del cálculo de teoría de circuitos permitiendo
conocer la respuesta de una máquina frente a unas determinadas condiciones de
funcionamiento.
La obtención del circuito equivalente del transformador se inicia reduciendo ambos
devanados al mismo número de espiras. En el transformador real se tiene
En el transformador equivalente se tiene que al ser N′2=N1
Luego la relación entre E2 y E′2 es
Análogamente se puede obtener que
V′2=m⋅V2
Además, para que este nuevo transformador sea equivalente al original las
potencias activa y reactiva y, en consecuencia la potencia aparente, deben
conservarse.
Como el secundario del transformador equivalente debe consumir la misma
potencia aparente que el secundario del transformador real se tiene
V2⋅I2=V′2⋅I′2

de donde se puede obtener la relación entre la corriente real del secundario del
transformador y la corriente reducida del secundario del transformador
Procediendo de forma análoga para las potencia activa se tiene
Luego la relación entre la resistencia real y la reducida será
Repitiendo el cálculo para la potencia reactiva
En general, cualquier impedancia Z conectada al secundario del transformador se
reducirá al primario mediante
Tras reducir todos los valores de impedancias al primario y, dado que E1=E′2los
terminales A-a y A'-a' se pueden unir, sustituyendo ambos devanados por uno solo
como se muestra en la figura.

La corriente que circulará por el devanado será la diferencia entre I1 y I′2 que es
igual a la corriente de vacío, I0. Esta corriente a su vez tiene dos componentes,
una activa IFe y otra reactiva Iμ, que representan un circuito paralelo formado por
una resistencia RFe, que modela las pérdidas por efecto Joule en el hierro del
transformador y por una reactancia Xμ por la que se deriva la corriente de
magnetización de la máquina. De acuerdo con estos razonamientos, el circuito de
la figura 2 se transforma en el de la figura 3 que se conoce como el circuito
equivalente exacto del transformador reducido al primario.
Si se sigue el mismo proceso dejando inalterado el secundario y tomando el
número de espiras del primario N′1=N2 se obtiene el circuito equivalente del
transformador exacto reducido al secundario
En la práctica, debido al pequeño valor de I0 frente a las corrientes I1 e I′2, se
emplea el circuito equivalente aproximado del transformador. Este circuito se

obtiene trasladando la rama en paralelo por la que circula la corriente de vacío a
los bornes de la entrada del primario tal y como se muestra en la figura
El circuito simplificado permite resolver multitud de problemas prácticos tales como
el cálculo de la caída de tensión, el rendimiento del transformador, análisis de
estabilidad, cortocircuitos, etc., sin incurrir en grandes errores.
ENSAYOS
Determinación de los valores de los parámetros en el modelo de
transformador.
Es posible determinar experimentalmente los valores de las inductancias y
resistencias en el modelo de transformador. Una aproximación adecuada de estos
valores se puede obtener con dos ensayos solamente: el ensayo de circuito
abierto y el ensayo de corto circuito.
En el ensayo de circuito abierto, la bobina secundaria de transformador está en
circuito abierto y su bobina primaria está conectada a una línea con voltaje
nominal. Veamos el circuito equivalente en la figura que se muestra a
continuación. Bajo las condiciones descritas, toda la corriente de alimentación
debe estar fluyendo a través de la rama de excitación del transformador. Los
elementos en serie RP y XP son demasiado pequeños en comparación
con RC y XM para causar una caída significativa de voltaje así que esencialmente
todo el voltaje de alimentación se aplica a través de la rama de excitación.

Las conexiones del ensayo de circuito abierto se muestran en la próxima figura. El
voltaje total de la línea se aplica a la primaria del transformador y se miden voltaje
de alimentación, corriente de alimentación y potencia de entrada al transformador.
De esta información es posible determinar el factor de potencia de la corriente de
alimentación y por consiguiente, tanto la magnitud como el ángulo de la
impedancia de excitación.
La manera más fácil de calcular los valores de RC y XM es observar primero la
admitancia de la rama de excitación. La conductancia de la resistencia de las
pérdidas del núcleo se expresa por:
GC = 1 / RC
Y la susceptancia del inductor magnetomotriz se da por:
BM = 1 / XM
Puesto que estos dos elementos son paralelos, sus admitancias se suman y la
admitancia total de excitación es:
YE = GC - jBM
= 1 / RC - j1 / XC
La magnitud de la admitancia de excitación (referida al circuito primario) se puede
encontrar por medio del ensayo del circuito abierto de voltaje y corriente:
|YE| = IOC / VOC
El ángulo de la admitancia puede encontrarse conociendo el factor de potencia del
circuito.
El factor de potencia en circuito abierto (FP) se da por:
= POC / VOC IOC

Y el ángulo del factor de potencia se obtiene por:
= cos-1 POC / VOCIOC
El factor de potencia siempre está retardado en un transformador real, así que el
ángulo de la corriente retarda el ángulo del voltaje en grados. Por tanto, la
admitancia YE es:
YE =IOC/VOC -q
= IOC / VOC -cos-1FP
Por comparación de las ecuaciones siguientes:
Es posible determinar los valores de RC y XM, directamente de los datos del
ensayo de circuito abierto.
En el ensayo de cortocircuito, los terminales secundarios del transformador están
en cortocircuito y los terminales primarios están conectados justamente a una
fuente de bajo voltaje, como se ilustra en la siguiente figura. El voltaje de
alimentación se ajusta hasta que la corriente en la bobina, que está en
cortocircuito, sea igual a su valor nominal.
Asegúrese de mantener el voltaje primario en un nivel seguro. No sería una buena
idea quemar la bobina del transformador tratando de ensayarlo.
El voltaje, la corriente y la potencia de alimentación deberán medirse nuevamente.
Puesto que el voltaje de alimentación es tan bajo durante el ensayo de
cortocircuito, una corriente muy baja fluye a través de la rama de excitación. Si la
corriente de excitación se ignora, entonces la caída de voltaje en el transformador
se le puede atribuir a los elementos en serie en el circuito. La magnitud de las
impedancias en serie referidas al lado primario del transformador es:
|ZSE| = VSC / ISC
El factor de potencia se da por:

= PSC / VSCISC
Y está retardado. Así el ángulo de corriente es negativo, y el ángulo de
impedancia es positivo
=cos-1 PSC / VSCISC
Entonces,
ZSE = (VSC 0°) / (ISC - ) = (VSC / ISC)
ZSE = Req + jXeq
= (RP + a2 RS) + j(XP + a2 XS)
Es posible determinar la impedancia serie total, referida al lado primario, usando
esta técnica, pero no hay una manera fácil de dividir la impedancia serie entre
componentes primario y secundario. Afortunadamente, tal separación no es
necesaria para resolver problemas normales.
Estos mismos ensayos también pueden realizarse en el lado secundario del
transformador, si se piensa que es más conveniente hacerlos, bien por los niveles
de voltajes o por cualquier otra razón. Si los ensayos se hacen en el lado
secundario, los resultados, naturalmente, darán las impedancias del circuito
equivalente referidas al lado secundario del transformador y no al primario.
1. Ensayos normalizados
1.1 Las medidas de resistencia son necesarias para el cálculo de las pérdidas y
para el de las temperaturas de los devanados al final del ensayo de temperatura.
Normalmente las medidas se hacen mediante el método de caída de tensión o el
método del puente, requiriendo ambos el uso de corriente continua. El método de
caída de tensión es simple y en general resulta conveniente para las medidas
hechas sobre el terreno. Sin embargo, el método del puente, aunque requiere un
equipo algo más complicado, es más exacto y se adapta a una amplia gama de
resistencias. Al efectuar las medidas de la resistencia de un devanado, debe
hacerse simultáneamente una medida precisa de la temperatura del mismo.
1.2 Ensayos de relación de transformación. Normalmente se usan tres métodos
para realizar los ensayos de relación de transformación, según el tipo de
transformador y los medios disponibles. Un método conveniente es la aplicación
de una tensión conocida, generalmente menor que la normal, al devanado de
mayor tensión y la medida de las tensiones en los otros devanados, usando
voltímetros y transformadores de tensión adecuados. Las relaciones de las
lecturas de tensión indicarán las relaciones de espiras en los distintos devanados.
Deben tomarse lecturas para todas las posiciones de las tomas de los

transformadores. Un segundo método, usado principalmente como ensayo de
fábrica, consiste en la comparación del transformador con un transformador
normalizado calibrado, cuya relación es regulable en pequeños escalones. El
transformador que se ensaya y el transformador normalizado se conectan en
paralelo aplicando tensión a sus devanados de alta tensión; los devanados de baja
tensión, en paralelo, se conectan a un detector sensible al que se obliga a señalar
cero ajustando la relación de transformación del transformador normalizado. La
relación de transformación ajustada del transformador normalizado es entonces
igual a la relación de transformación del transformador que se está ensayando. En
el tercer método se emplea una resistencia potenciométrica conectada a los
devanados del transformador, que están conectados en serie como un
autotransformador. Se conecta un detector adecuado desde la unión de los dos
devanados a la rama ajustable de la resistencia potenciométrica. Cuando el
detector muestra un desvío cero, la relación de resistencias proporciona la relación
de espiras del transformador.
1.3 Ensayos de relación de fases; polaridad, desplazamiento angular y
secuencia de fase.
1.31Los ensayos de polaridad sirven para la conexión en paralelo de
transformadores. Existen tres métodos generales de determinación de polaridad:
1.31 Comparación con un transformador normalizado.
1.32. Respuesta inductiva con corriente continua.
1.33. Ensayo de tensión alterna.
1.31.a Ensayo de polaridad mediante un transformador normalizado. Cuando
se dispone de un transformador normalizado de polaridad conocida y de la misma
relación que la unidad que se está ensayando, se conectan en paralelo los
devanados de alta tensión de ambos transformadores uniendo los terminales
igualmente marcados. Se conectan también análogamente los terminales
marcados de un extremo de los devanados de baja tensión de ambos
transformadores, dejando los otros extremos libres. Se aplica un valor reducido de
tensión a los devanados de alta tensión y se mide la tensión entre los dos
terminales libres. Una lectura cero o despreciable del voltímetro indicará que las
polaridades de ambos transformadores son idénticas.
1.31.b Ensayo de polaridad por respuesta inductiva. Haciendo pasar corriente
continua a través del devanado de alta tensión, se conecta un voltímetro de c.c. de
alta tensión en bornes de los terminales del mismo devanado, de manera que se
obtenga una pequeña desviación positiva de la aguja cuando se cierre el circuito
de excitación. Entonces se transfieren las dos conexiones del voltímetro
directamente a través del transformador a los terminales opuestos de baja tensión.
La interrupción de la corriente de excitación de c.c. induce una tensión en el
devanado de baja tensión y provoca una desviación en el voltímetro. Si la aguja se

mueve en el mismo sentido que antes, la polaridad es aditiva. Si la aguja se
mueve en sentido opuesto, la polaridad es sustractiva.
1.31.c Ensayo de polaridad mediante el ensayo de tensión
alterna. Colocándose enfrente del lado de baja tensión del transformador, se unen
las conexiones adyacentes, de alta y baja tensión de la parte izquierda. Aplicar
cualquier valor conveniente de tensión de c.a. a todo el devanado de alta tensión y
tomar lecturas primero de la tensión aplicada y luego de la tensión entre los
terminales adyacentes de alta y baja tensión de la parte derecha. Si la última
lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva. Si es mayor que la
primera, la polaridad es aditiva.
1.32 El desplazamiento angular y la secuencia de fases de los devanados de
un transformador trifásico deben conocerse, si éste debe funcionar en paralelo con
otras unidades o si deben interconectarse sistemas. Todos los fabricantes de
transformadores siguen prácticas normalizadas reconocidas en relación con estas
características, y con el transformador se suministra un esquema que muestra el
desplazamiento angular y la secuencia de fases. Estas características pueden
comprobarse uniendo las conexiones H, y X, del transformador, excitando el
transformador con baja tensión trifásica y midiendo luego las tensiones entre los
distintos terminales restantes. Estas tensiones pueden compararse entonces con
el diagrama vectorial suministrado por el fabricante.
1.4 Perdidas en vacío y corriente de excitación.
Pérdidas del transformador. Las pérdidas de un transformador incluyen las
pérdidas en vacío (pérdidas en el núcleo y pérdidas por corriente de excitación) y
las pérdidas en carga (pérdidas por resistencia, pérdidas por corrientes parásitas
en los devanados y pérdidas adicionales).
Las pérdidas en vacío constan de pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas
de Foucault en el núcleo. Además, existen unas pequeñas pérdidas por
resistencia en el devanado de excitación debido a la corriente de excitación, pero
éstas son despreciables. Para las ondas de tensión reales que sólo contienen
armónicos impares, el valor máximo del flujo se determina por el valor medio de la
tensión. Por tanto, las pérdidas por histéresis dependen no del valor eficaz de la
tensión, sino de su valor medio. Las pérdidas por corrientes parásitas, por otra
parte, dependen del valor eficaz de la tensión. Para una onda senoidal pura el
valor eficaz es 1,11 veces el valor medio. Así, si las pérdidas del núcleo se miden
usando una onda senoidal pura de tensión o una tensión cuyo valor eficaz sea
1,11 veces el valor medio, debe aplicarse al transformador la tensión eficaz
nominal. Si la relación entre tensión eficaz y tensión media no es 1,11, debería
ajustarse apropiadamente la tensión aplicada usando una corrección empírica. Las
medidas de las pérdidas en el núcleo requieren el uso de un voltímetro de tensión
media, además de un voltímetro de tensión eficaz.

Ensayo de pérdidas en vacío y de corriente de excitación. Los
transformadores de tensión deben conectarse lo más cerca posible de la carga y
el transformador de intensidad lo más cerca posible de la alimentación. Como el
factor de potencia de la excitación de los transformadores puede ser menor del
5%, para asegurar la precisión adecuada deben usarse vatímetros de bajo factor
de potencia y transformadores de medida en un error de fase muy pequeño. Para
este ensayo puede usarse tanto el devanado de alta tensión como el de baja
tensión del transformador aplicando la tensión nominal de este devanado, pero en
general resulta más conveniente usar el devanado de baja tensión. En cualquier
caso, si es posible, debe usarse un devanado completo. Si por cualquier razón
especial se usa sólo una parte de un devanado, esta porción no debe ser menor
del 25% del devanado total. Hay que aplicar la potencia a la frecuencia nominal y
ajustar la tensión al valor deseado. Debe restringirse la frecuencia, la tensión
media, la tensión eficaz, la potencia y la corriente, haciendo las correcciones
adecuadas relativas a los transformadores y a los instrumentos de medida.
1.5 Perdidas en carga tensión y impedancia
Las pérdidas en carga son las pérdidas que aparecen debido a la circulación de
la corriente de carga. Incluyen las pérdidas por resistencia y las pérdidas por
corrientes parásitas, en los devanados y conexiones, debidas a las corrientes de
carga; las pérdidas adicionales en los devanados, las abrazaderas del núcleo, la
cuba, etc., causadas por flujos dispersos; y las pérdidas debidas a las corrientes
circulatorias, si las hay, en los devanados en paralelo.
La tensión de Impedancia de un transformador es la tensión necesaria para
hacer circular la corriente nominal a través de un devanado del transformador
cuando el otro devanado está cortocircuitado. Normalmente se expresa como
porcentaje de la tensión nominal del devanado al cual se aplica la tensión;
comprende una componente de resistencia correspondiente a las pérdidas de
carga y una componente de reactancia correspondiente a los flujos de dispersión
concatenados con los devanados. Las medidas de las pérdidas en carga y de la
tensión de impedancia pueden hacerse simultáneamente. Uno de los devanados
del transformador se cortocircuita, se aplica tensión, a la frecuencia nominal, al
otro devanado y se ajustan a fin de que circulen las corrientes nominales por los
devanados. Una vez ajustada la corriente y la frecuencia a los valores nominales,
se toman lecturas del amperímetro, voltímetro, vatímetro y frecuencímetro y se
hacen las correcciones adecuadas relativas a los transformadores y aparatos de
medida. Como el factor de potencia frecuentemente es menor del 5% en los
transformadores de potencia, para asegurar una precisión adecuada deben usarse
vatímetros de bajo factor de potencia y transformadores de medida con un error de
ángulo de fase muy pequeño. Inmediatamente después de la medida de
impedancia debe medirse la temperatura de los devanados.
Separación de las componentes de las pérdidas en carga y corrección a la
temperatura deseada. Las pérdidas por resistencia de los dos devanados se
calculan a partir de la medida de la resistencia óhmica (corregida a la temperatura

a la cual se hizo la medida de las pérdidas en carga) y las corrientes que se
usaron en la medida de las pérdidas en carga. Restando las pérdidas por
resistencia de las pérdidas en carga se obtienen las pérdidas por corrientes
parásitas y adicionales. La componente de resistencia de las pérdidas en carga
aumenta con la temperatura, mientras que la componente de las pérdidas por
corrientes parásitas y adicionales disminuye con la temperatura; por tanto, cuando
se desean pasar las pérdidas en carga de una temperatura a otra, por ejemplo, al
calcular el rendimiento a temperatura normal, las dos componentes de las
pérdidas de impedancia deben pasarse separadamente,
LR2 = LR1(234.5 + C2) / (234.5 + C1)
LS2 = LS1(234.5 + C2) / (234.5 + C1)
en la que C1 = temperaturas en ° C a la cual se conocen las pérdidas
C2 = temperatura en ° C a los cual quieren encontrarse las pérdidas
LR1 = pérdidas por resistencia a C1, en watt
LR2 = pérdidas por resistencia a C2, en watt
LS1 = pérdidas por corrientes parásitas y adicionales a C1, en watt
LS2 = pérdidas por corrientes parásitas y adicionales a C2, en watt
1.6 Los ensayos dieléctricos de tensión aplicada se hacen entre devanados y
entre devanados y tierra. E1 devanado que se ensaya, se cortocircuita y se
conecta al terminal de alta tensión de un transformador elevador de ensayo
adecuado y la cuba se conecta al circuito de retorno conectado a tierra. Todos los
terminales que no se ensayan deben conectarse a tierra con la cuba. La tensión
debe aumentarse gradualmente y sin interrupcíón desde cero al valor de ensayo,
en menos de 1 minuto, mediante un regulador de inducción o mediante el control
de excitación de generador. La tensión se mantiene durante 1 minuto. Si el
transformador tiene aislamiento graduado, el valor de la tensión aplicada se limita
al nivel de aislamiento más bajo del devanado. Si el aislamiento del borne del
neutro no es capaz de resistir el ensayo de tensión aplicado, debe desconectarse
del devanado 39.
1.7 El ensayo dieléctrico con tensión inducida sobreexcita el transformador y
requiere una frecuencia de 120 Hz o más para evitar una densidad de flujo y una
corriente de excitación excesivas. La tensión necesaria se mantiene a 2000 Hz.
Normalmente el ensayo se hace a 2 x (tensión nominal). En transformadores con
aislamiento graduado la tensión se ajusta para el ensayo del aislamiento entre el
terminal de línea y tierra. Este tipo de ensayo se hace con independencia sobre
cada fase de un devanado conectado en estrella. Para un transformador trifásico

de columnas es conveniente conectar a tierra el neutro o conectar los otros dos
terminales juntos y conectarlos a tierra: La tensión puede medirse mediante un
descargador de esferas o mediante una toma de capacidad en el borne de entrada
de línea.
1.8 Ensayo de temperatura. El ensayo de temperatura normalmente se hace por
el método de cortocircuito. Se cortocircuita un devanado (normalmente el
devanado de baja tensión) y se aplica una tensión adecuada al otro devanado
para generar unas pérdidas iguales a las pérdidas totales deseadas (pérdidas en
carga, corregidas a la temperatura normalizada de referencia, más pérdidas en
vacío). Estas pérdidas se mantienen hasta que la temperatura del aceite de la
parte superior sea constante, con una temperatura ambiente constante,
estableciendo así el calentamiento del aceite de la parte superior. El calentamiento
efectivo del aceite se determina, restando del calentamiento del aceite de la parte
superior el incremento del aceite medio, que es la mitad de la diferencia entre las
temperaturas del aceite de la parte superior y de la parte inferior. Luego se reduce
la tensión aplicada para proporcionar la corriente nominal, la cual se mantiene
durante 2 horas para establecer un calentamiento en el devanado por encima de
la temperatura efectiva del aceite. Se miden la temperatura del aceite de la parte
superior y la temperatura efectiva, se desconecta el transformador y se determinan
las temperaturas medias del devanado mediante medidas de resistencia. El
calentamiento total respecto al ambiente de un devanado es la suma del
calentamiento efectivo del aceite y del calentamiento del devanado respecto al
efectivo del aceite.
Las medidas de la temperatura del aceite se hacen mediante termopares o
termómetros colocados en el aceite en movimiento de encima del núcleo y de la
parte baja de la cuba. En los transformadores con refrigerantes externos el
incremento del aceite de la parte superior puede tomarse como la mitad de la
diferencia entre la temperatura de la superficie externa de las conexiones de
entrada y de salida, eliminando la necesidad de medir la temperatura del aceite en
movimiento de la parte inferior. Las temperaturas de los devanados se establecen
comparando las medidas de las resistencias en caliente al final de la transmisión
de calor con las resistencias en frío medidas antes de dicha transmisión. La
relación entre resistencias calientes y frías es la siguiente,
R2 = R1(234.5 + C2) / (234.5 + C1)
en la que C1 = ° C a los cuales se conoce la resistencia,
C2 = ° C a los cuales se desea la resistencia,
R1 = resistencia a C1 en omhs
R2 = resistencia a C2, en ohms.

Corrección de temperatura al instante de finalizar el ensayo. Al presentarse
una disminución de temperatura en los devanados del transformador desde el
instante de terminar el ensayo de temperatura hasta el instante de medir la
resistencia en caliente, deben añadirse correcciones a las temperaturas
determinadas por las medidas de resistencia en caliente para obtener las
temperaturas en el instante de finalizar el ensayo. La corrección para un devanado
en particular puede determinarse dibujando una curva tiempo-temperatura
obtenida a partir de una serie de medidas de resistencia tomadas después del
momento de finalizar y extrapolando posteriormente la curva hasta el punto de
finalización del ensayo. Otro método para la determinación de la corrección
posterior a la terminación del ensayo, si las pérdidas en un devanado no exceden
de 30 W/lb de cobre, para transformadores en baño de aceite, puede obtenerse
por interpolación de la Tabla 1.8. Por ejemplo, para 2 minutos y 15 W/lb la
corrección es 4,8°C.
Corrección al instante de finalización del ensayo
Tiempo después
de la
Finalización, min
Corrección
° C /(W/lb)
1 0.19
1.5 0.26
2 0.32
3.0 0.43
4.0 0.50
1.9 Regulación y rendimiento
La regulación de un transformador puede determinarse cargándolo de acuerdo
con las condiciones requeridas a la tensión nominal y midiendo la elevación de
tensión secundaria cuando se desconecta la carga. La elevación de tensión,
expresada como porcentaje de la tensión nominal, es la regulación porcentual del
transformador. Este ensayo se realiza raras veces, debido a que la regulación se
calcula fácilmente a partir de las características de impedancia medidas.
El rendimiento de un transformador se mide raras veces directamente, debido a
que el procedimiento es poco adecuado y a que el rendimiento puede calcularse
fácilmente
1.10 Ensayos accesorios. Se realizan ensayos apropiados del equipo auxiliar, tal
como transformadores de intensidad, indicadores de temperatura de los
devanados, equipo de cambios de tomas en carga, ventiladores, bombas y

elementos similares, con la finalidad de comprobar la calibración, el
funcionamiento y los controles.
2. Ensayos opcionales
2.1 Se realizan ensayos de tensión de impulso para determinar si el
transformador es adecuado para resistir las sobretensiones producidas por
descargas atmosféricas. Se aplican ondas de tensión con un frente nominal de
1,5 s y una cola nominal de amplitud mitad a los 40 m s, a cada terminal a
ensayar. La primera onda es una onda completa con un valor de cresta del 50%
del BIL (nivel de aislamiento básico). Está seguido por dos ondas truncadas de
115% del BIL. El truncado se consigue mediante un descargador de varillas en el
aire, ajustado para el cebado al valor de cresta de la onda de tensión. La
aplicación final es una onda completa al 100% del BIL. Se obtienen oscilogramas
de la tensión aplicada y de la corriente del neutro. La concordancia de la forma de
las ondas de tensión y de corriente entre el ensayo con onda completa inicial a
tensión reducida y el ensayo de onda completa final del 100% indican que el
transformador ha superado el ensayo sin daños. Las ondas truncadas someten a
esfuerzos al aislamiento entre espiras próximo al extremo de línea. Las ondas
completas someten a esfuerzos al aislamiento entre la parte media del devanado y
tierra.
2.2 Sobretensiones de maniobra. Para transformadores con niveles reducidos
de aislamiento las sobretensiones de maniobra pueden constituir un factor
limitativo. Se ha propuesto un ensayo para mostrar la resistencia a las
sobretensiones de maniobra, usando una onda de impulso con un valor de cresta
del 83% del BIL aumentando hasta el valor de cresta en no menos de 100 'As, con
una duración total no menor de 500 JÁs, y con, por lo menos 200 [xs, a una
tensión superior al 90% del valor de cresta. Las ondas se aplican con tensión
sucesivamente mayor hasta el valor total, usándose un generador de impulsos
normal de capacidad adecuada. La forma de la onda de tensión no debería
cambiar, excepto en el grado en que la saturación del núcleo tiene lugar a mayor
tensión. La interpretación de la onda de la corriente del neutro es más compleja.
2.3 Ensayos del efecto corona o de la tensión de radiointerferencia. El efecto
corona o las sobresolicitaciones locales, pueden interferir con las comunicaciones
de radio y pueden causar el deterioro del aislamiento. La tensión de
radiofrecuencia producida por el efecto corona se denomina tensión de
radiointerferencia o RIV, y se mide en microvolts. Con los niveles de aislamiento
reducido de los transformadores el margen entre la tensión de funcionamiento y la
tensión a la que se produce el efecto corona es reducido; por eso puede ser
conveniente comprobar la ausencia de un efecto corona excesivo.
Un método de medir la tensión de radiointerferencia o efecto corona para cualquier
tensión especificada se da en la Publ. 107 NEMA. Se ha propuesto y se usa un
método modificado en el que se emplea la toma capacitiva de los bornes para
acoplar con el devanado del transformador. La Publ. TR 1 de la NEMA da los

valores límites de RIV para alrededor de la tensión de funcionamiento del 110% a
fin de conseguir una seguridad razonable de ausencia de interferencia con las
comunicaciones de radio. Para asegurarse de la ausencia de deterioro en el
aislamiento provocado por el efecto corona durante el funcionamiento o durante
los ensayos, se requieren medidas de RIV a tensión superior. En algunos
transformadores de gran potencia y alta tensión conectados en estrella, las
medidas RIV se hacen al valor total de la tensión de prueba inducida. No se han
establecido límites para los valores RIV aceptables a dicho valor.
2.4 Factor de potencia del aislamiento. El desarrollo de condiciones no
convenientes del aislamiento puede detectarse mediante un aumento del factor de
potencia del aislamiento a 60 Hz. Por esta razón, a veces se efectúan medidas del
factor de potencia del aislamiento, en el aislamiento entre los devanados y otras
partes de la estructura del aislamiento en los transformadores nuevos y se repiten
periódicamente durante el servicio. Para obtener comparaciones útiles, las
medidas sucesivas deben hacerse con equipo similar y las lecturas deben
corregirse de acuerdo con la temperatura del aislamiento.
2.5 Ensayo del ruido audible. Los ensayos de ruido audible se realizan de
acuerdo con la Publicación NEMA, con aparatos de medida de acuerdo con
USAS, usándose la ponderación de 40 dB. Los límites normales se muestran en la
Publ. TR 1-0.11 de NEMA. Las lecturas se toman a intervalos de 1 metro (3 pies)
alrededor del transformador, normalmente a una tercera y a dos terceras partes de
la altura de la cuba. El micrófono se sitúa a 30 centímetros (1 pie) del perímetro
estructural de la cuba del transformador, excepto en casos necesarios en los que
el micrófono se coloca más lejos para obtener una distancia de 1,80 m (6 pies) de
la superficie más cercana refrigerada por ventiladores. Todas las lecturas del
micrófono se promedian para obtener el nivel de ruido del transformador. Durante
la medida el transformador está alimentado a la tensión y frecuencia nominales sin
carga. El nivel de ruido ambiente debe ser como mínimo 7 dB inferior al nivel de
ruido del transformador.
Las lecturas se toman a intervalos de 1 metro (3 pies) alrededor del transformador,
normalmente a una tercera y a dos terceras partes de la altura de la cuba. El
micrófono se sitúa a 30 centímetros (1 pie) del perímetro estructural de la cuba del
transformador, excepto en casos necesarios en los que el micrófono se coloca
más lejos para obtener una distancia de 1,80 m (6 pies) de la superficie más
cercana refrigerada por ventiladores. Todas las lecturas del micrófono se
promedian para obtener el nivel de ruido del transformador. Durante la medida el
transformador está alimentado a la tensión y frecuencia nominales sin carga. El
nivel de ruido ambiente debe ser como mínimo 7 dB inferior al nivel de ruido del
transformador.
TIPOS DE REFRIGERACIÓN
Los 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.
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.
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 corugadas 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.
2.1 - Refrigeración de los Transformadores en aceite
La eficiencia de la refrigeración es un factor fundamental, determinando la
seguridad operacional y el periodo de vida útil de un transformador natural.
La eliminación del calor provocado por las pérdidas, es necesario para evitar una
temperatura interna excesiva que podría acortar la vida del aislamiento.
Las flexibles paredes corrugadas de la cuba hacen posible una refrigeración
suficiente del transformador, compensando las variaciones del volumen de aceite
durante su explotación. Una ventaja de los transformadores herméticamente
cerrados es que el aceite nunca está en contacto con la atmósfera, haciendo de
este modo innecesario los análisis periódicos del aceite.
El régimen térmico de un transformador en aceite depende en sumo grado del
modo de su enfriamiento. Existen transformadores:
Con refrigeración natural en baño de aceite
Con refrigeración forzada con aire por soplado
Circulación forzada de aceite o enfriamiento de este con auxilio del refrigerante de
aire o de agua.
El tipo de refrigeración utilizado con mayor frecuencia en unidades menores es la
refrigeración natural. El calor es absorbido por el aceite del transformador y
disipado en el aire que circula alrededor del radiador.
En un núcleo de hierro macizo se producirían pérdidas por corrientes parásitas
excesivamente grandes que motivarían altas temperaturas, es por ello que se
utilizan delgadas chapas de material ferromagnético para la construcción del
núcleo.
2.2 - Refrigeración de los Transformadores en seco

Los transformadores secos de uso general se aplican en sistemas de distribución
de baja tensión donde parte de la carga tiene un voltaje diferente al suministrado
por la distribución general. Pueden ser sistemas de iluminación, aire
acondicionado, equipos médicos, etc.
• Se fabrican en capacidades desde 5 hasta 1000 kVA, con tensiones primarias y
secundarias clase 1.2 kV.
• Pueden ser fabricados como transformadores Reductores o Elevadores.
Los transformadores de aislamiento separan magnéticamente una carga especial
del sistema de distribución general, eliminando distorsiones de la onda senoidal,
garantizando una buena conversión de corriente alterna a corriente directa.
Estos transformadores se fabrican en las mismas capacidades y tensiones que los
de uso general.
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