Este documento presenta un análisis de transformadores monofásicos y trifásicos. Explica cómo funcionan los transformadores y cómo se pueden clasificar. También describe las conexiones de transformadores monofásicos y trifásicos, así como posibles fallas y sistemas de refrigeración.

1. Análisis de
Transformadores
PRESENTADO POR:
JOSÉ LEONARDO MOLINA CHAMAT,
Escuela de Ingeniería Eléctrica (43).
Sección “S”, Diurno.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
UNIVERSITARIA, CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
CÁTEDRA: MAQUINAS ELÉCTRICAS II

2. Contenido
 Análisis de transformadores monofásicos y trifásicos
 Conexión de transformadores
 Fallas del transformador
 Refrigeración de los transformadores

3. Análisis de transformadores monofásicos y trifásicos
El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual
transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de
inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo
general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.
Sabiendo el concepto básico de lo que nos brinda un transformador
podemos analizar que un Transformador trifásico Tienen tres bobinados
en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella
(Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-
Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al
pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. En cuanto al
Transformador monofásico, donde se muestran dos devanados o
enrollados de alambre de cobre desnudo, protegido con barniz aislante.
Uno de esos corresponde al “enrollado primario” o de ENTRADA de la
corriente alterna y el otro al “enrollado secundario” o de SALIDA de la
propia corriente, una vez que el valor de la tensión ha sido aumentado o
disminuido, de acuerdo con el tipo de transformador que se utilice, decir, si
es “reductor de tensión” o si, por el contrario, es “elevador de tensión”.
Sabiendo esto los podríamos clasificar de la siguiente manera:

4. Clasificación de los Transformadores
Por su uso
Sistemas de Potencia
Sistemas de
Comunicaciones
Instrumentación
Tx de Potencia
Tx de Distribución
Tx de Potencial
Tx de Intensidad

5. Transformadores de Potencia
5000 kVA5000 kVA
Baño deBaño de
aceiteaceite
1250 kVA1250 kVA
Baño de aceiteBaño de aceite

6. Transformadores de Distribución

7. Transformadores de Corriente (CT)

8. Transformadores de Potencial (PT)

9. Autotransformadores

10. Conexión de los transformadores
En un Transformador monofásico a menudo, cuando se requiere
aumentar la potencia, se le acopla otro transformador en paralelo. Para
implementar esto, se debe respetar los valores del voltaje en el bobinado
primario, voltaje en el bobinado secundario, la impedancia de los
bobinados y que guarden una relación de 4:1 como máximo entre primario
y secundario. Para acoplar dos transformadores monofásicos se puede
seguir el siguiente procedimiento práctico:

11. Conexión de los transformadores
a) La conexión de los bobinados primarios se hace normalmente y en
forma definitiva, H1 con H1 y H2 con H2.
b) En el secundario, la conexión que une los bornes intermedios de estos
bobinados y que corresponden al neutro (N) también se puede hacer en
forma definitiva.
c) Se hace un puente provisional en los bornes del lado izquierdo y se
intercala un voltímetro en los bornes del lado derecho.
d) Luego se alimenta el banco.
Si los transformadores tienen polaridad distinta, el voltímetro indicará
algún valor de voltaje.
Si los transformadores tienen la misma polaridad, el voltímetro no indicará
ningún voltaje.
En este último caso se pueden hacer los puentes en forma definitiva. De lo
contrario se intercambian los puentes.

12. Conexión de los transformadores
Para las conexiones de los Transformadores trifásicos; Para obtener una
corriente eléctrica trifásica es necesario la implementación de un banco de
transfomadores trifásico. El valor de la corriente es determinado por el tipo
de conexión de transformadores que se utilice. El tipo de conexión en los
bobinados primarios de los transformadores dependerá del valor del voltaje
de la red y de los mismos bobinados primarios de los transformadores.
El tipo de conexión secundaria esta determinado por el valor de voltaje que
se desee. Hay las siguientes opciones de bancos trifásicos:

13. Conexión de los transformadores
Conexión Estrella
Conexión Delta
Conexión Estrella renca (solamente en el primario)

14. Conexión de los transformadores
Conexión Delta abierta (solamente en el primario)

15. Fallas del transformador
Existen una clasificación de los tipos de fallas que presentan los
transformadores, 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:
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.

16. Fallas del transformador
Los cuales ocasionan las fallas en transformadores, 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
Falla de sobrecarga: 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.
Falla de sobretensiones de origen atmosférico: Cortocircuito entre las
espiras pertenecientes a las dos primeras o dos últimas 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.
Falla de cortocircuito externo: se observa que las bobinas presentan
algunos devanados deformados o desplazados el uno con respecto al otro.
Falla de conexión errada en baja tensión: Las bobinas se presentan con
devanados deformados o desplazados el uno con respecto al otro y el
transformador puede quedar en buen estado de funcionamiento.

17. Fallas del transformador
Defecto de operación: Rotura del conmutador. Conexiones erradas en baja
tensión. Aceite con buena apariencia. Puede encontrarse bien la parte
activa del transformador.
Falla de humedad: Presencia de agua en el fondo del tanque, en la parte
superior de la estructura de soporte apreciables manchas de óxido en
algunas piezas metálicas. Puntos de oxidación en las partes que no se
encuentran sumergidas en el aceite. Cortocircuito entre capas de la bobina
en su parte superior.

18. Refrigeración de los transformadores
Podemos desarrollar lo necesario de los sistemas de refrigeración en los
transformadores tanto para la vida útil como para su capacidad de carga y
el buen funcionamiento de este.
Transformadores tipo seco con enfriamiento propio (AA), 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.
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y
con enfriamiento por aire forzado (OA/FA), es básicamente un
transformador OA con la adición de ventiladores para aumentar la
capacidad de disipación de calor en las superficies de enfriamiento.
Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural (OA), 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.

19. Refrigeración de los transformadores
Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por
aire forzado (AA/FA), es básicamente un transformador tipo AA al que se
le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de
calor.
La función de la refrigeración es mantener una temperatura de operación
suficientemente baja y mantener un buen funcionamiento en la
transformación de energía
TIPOS DE REFRIGERACIÓN
La selección del método de enfriamiento de un transformador es muy
importante, ya que influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de
carga, así como en el área de su instalación y su costo
Transferencia de Calor: Existen 3 métodos para ejercer el enfriamiento a
transformadores. Se caracteriza por que se produce en un flujo que
transporta el calor entre zonas de diferente temperatura:
Convección; basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin
intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor
temperatura a otro a menor temperatura.

20. Refrigeración de los transformadores
Conducción; es la emisión o absorción de ondas electromagnéticas que se
desplazan a la velocidad de la luz representan en temperaturas elevadas un
mecanismo de pérdidas de calor
Radiación:
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. 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.
Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire
forzado (OA/FA/FOA). 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.

21. Refrigeración de los transformadores
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.
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.