Partes constructivas de los transformadores

Los transformadores están construidos de distintas partes cada una con características específicas, una descripción breve de algunas de estas se da a continuación:

El área de disipación de los radiadores sumada al área del tanque propiamente dicho debe ser suficiente para disipar todo el calor generado por las pérdidas internas del transformador, el espesor mínimo de los tubos radiadores es de 16 mm para transformadores normalizados.

El tanque de los transformadores está sujeto a un proceso acelerado de corrosión, principalmente cuando están cercanos al mar, en estos casos se usan chapas de acero apropiadas con recubrimientos adecuados a las condiciones ambientales, es decir, con acabados anticorrosivos.

EL TANQUE CONSERVADOR DE LÍQUIDO AISLANTE
Este tanque consiste de un recipiente fijo a la parte superior del transformador sobre el tanque o carcaza. Está destinado a recibir el aceite del tanque cuando éste se expande, debido al efecto del calentamiento por pérdidas internas. Por lo tanto, algunos transformadores de potencia necesitan una cámara de compensación de expansión del líquido aislante.

En unidades en general superiores a 2000 kVA el tanque se construye para permanecer completamente lleno, lo que implica la utilización del conservador de líquido. En unidades de menor potencia, generalmente el tanque recibe el líquido aislante hasta aproximadamente 15 cm de su nivel o borde, dejando un espacio vacío destinado a la cámara de compensación.

Los transformadores que no poseen el tanque de expansión se denominan transformadores sellados.

Los transformadores sellados son aquellos que tienen una capa de gas inerte entre la tapa y el nivel del líquido aislante, y cuando éste se expande, como consecuencia de un calentamiento debido a la carga, la capa de gas se comprime ejerciendo un gran esfuerzo sobre el tanque. El límite práctico para la construcción de 2000 kVA, son propios para operar en ambientes agresivos o extremadamente húmedos, donde el uso de secador de aire no es recomendable.

La penetración de la humedad en el interior del transformador reduce sustancialmente las características dieléctricas del líquido aislante, dando como resultado pérdida de aislamiento de las partes activas, y en consecuencia, quema de equipo. Para evitar la penetración de aire húmedo en el interior del transformador, se instala un recipiente que contiene silica-gel, que sirve de comunicación entre el interior del tanque y el ambiente exterior, de manera que durante el proceso de respiración del transformador, la humedad del aire que penetra en el secador es absorbida por la silica-gel, que es un producto químico con una gran capacidad de absorción de humedad.

SECADOR DE AIRE
Los transformadores operan normalmente con un ciclo de carga variable, produciendo calentamiento del líquido aislante en los periodos de carga máxima y de enfriamiento del mismo en periodos de carga ligera, de esta manera siempre que el líquido aislante se ha calentado, se expande, expulsando el aire que queda contenido en la cámara de compensación o en el conservador de aceite. Por el contrario, durante el periodo de baja carga, el líquido se enfría provocando la entrada de aire en el interior del tanque, excepto en los transformadores sellados que son en baja potencia, de esta forma se puede decir que respira el transformador.

EL NÚCLEO
El núcleo de un transformador de potencia consiste básicamente de un laminado de acero al silicio, los devanados primario y secundario, los accesorios para cambio de tensión (cambiador de derivaciones) y básicamente las siguientes partes:

a) Núcleo de acero
Este núcleo está constituido de una gran cantidad de placas de acero al silicio de granos orientados,montadas en superposición, estas chapas de acero tienen un espesor variable y se fabrican de acuerdo con estándares internacionales, cuya nomenclatura más común es la de la Armco, que presentan códigos dados por los números 5, 6, 7 y 8. El número más bajo expresa placas que requieren menor corriente de excitación y menores pérdidas por histéresis. Las placas de acero al silicio son aleaciones que contienenalrededor del 5% de silicio, cuya función es reducir las pérdidas por histéresis y aumentar la resistencia del acero, permitiendo con esto reducir las corrientes parásitas.

Las placas de acero al silicio son laminadas en frío, seguidas de un tratamiento térmico adecuado que permite que los granos magnéticos se orienten en el sentido de la laminación, están cubiertas por una fina capa de material aislante y se fabrican dentro de los límites máximos de pérdidas electromagnéticas, que varían entre 1.28 W/Kg y una densidad de flujo de 1.50 Tesla a 1.83 W/Kg, que corresponde a una densidad de flujo de 1.7 Tesla a la frecuencia industrial (60 Hz).

En la tabla siguiente, se muestran las pérdidas específicas de las placas de acero al silicio de Armco usadas en la fabricación de transformadores y referidas a una inducción magnética de 15000 Gauss (15000 líneas/cm2) o bien 1.5 T. La eficiencia magnética del transformador depende en mucho de la calidad de la mano de obra en el armado del núcleo, el corte de la laminación y de las uniones. En transformadores de gran potencia se aplica un baño de un compuesto de resina epóxica para reducir las vibraciones magnéticas que pueden producir daños a la fina capa aislante que cubre a las placas; las vibraciones se detectan por lo general por un ruido intermitente en el interior del transformador.

Cuando el aislamiento de las placas se ve afectado, las pérdidas del transformador aumentan en forma significativa debido a las corrientes de Foucault.

Las dimensiones del núcleo magnético se deben hacer equilibrando el número de espiras de la bobina con las dimensiones del núcleo de fierro. Si se usan bobinas con pocas espiras, entonces se debe emplear un núcleo magnético de grandes dimensiones. Por el contrario, si se usan bobinas con muchas espiras entonces el núcleo de acero reduce sus dimensiones.

DEVANADOS
Estos devanados están formados por bobinas primaria y secundaria, y en algunos casos de terciarias. Los conductores son normalmente de cobre electrolítica, aislados con esmalte y cubiertos con cintas de algodón o papel especial, eventualmente se usa conductor de aluminio.

De acuerdo con la clase de aislamiento pueden ser:

Clase A – Límite 105°C
Clase E – Límite 120°C
Clase B – Límite 130°C
Clase F – Límite 155°C
Clase H – Límite 180°C

EL CAMBIADOR DE DERIVACIONES
El cambiador de derivaciones (Taps) tiene la función básica de elevar o reducir la tensión secundaria del transformador de acuerdo al nivel de tensión en el primario. El cambiador de derivaciones no corrige la falta de regulación de un sistema, cuando la variación de tensión es muy grande en una red, considerando los distintos puntos de la curva de carga diaria, el cambio de derivación se debe tomar con cautela, para que no se tenga en un determinado momento niveles de tensión intolerables en el secundario del transformador. Por lo tanto, la utilización correcta del cambiador de derivaciones, se hace cuando la tensión está permanentemente baja. Los cambiadores de derivación se clasifican como: con carga y sin carga. Los cambiadores con carga sólo se usan en transformadores de gran potencia en las redes de transmisión, en tanto que los cambiadores sin carga se usan en los transformadores de potencias bajas usados en las redes de distribución o en aplicaciones industriales.

TERMÓMETRO
Normalmente los transformadores de potencia con potencias mayores de 500kVA disponen de un termómetro localizado en su parte superior, para que se tenga información de la potencia instantánea y de la máxima que se registre en el período de operación.

Los termómetros tienen contactos auxiliares que posibilitan el accionamiento de la señalización de advertencia o de la apertura del interruptor cuando la temperatura supera los niveles preestablecidos.

INDICADOR DE NIVEL DE ACEITE
Los indicadores magnéticos de nivel tienen como finalidad indicar el nivel de los líquidos y también cuando están previstos de contactos para alarma sirve también como protección para los transformadores con los que operan los transformadores de potencia están generalmente dotados de dispositivos externos que permiten indicar el nivel de aceite en el tanque, por lo general se construyen con cubierta de aluminio con las partes móviles de latón, las agujas establecen dos contactos, siendo uno para el nivel mínimo y el otro para el nivel máximo.

BASE PARA ARRASTRES
Los transformadores de distribución tienen una base con las laterales dobladas de manera que no permita que el
fondo del mismo toque el piso. Los transformadores de potencia tienen unas trabes transversales fijas a su base, permitiendo con esto que se puedan arrastrar sin afectar su base.

BASE CON RUEDAS BIDIRECCIONALES
Con el fin de permitir el desplazamiento de los transformadores de potencia elevada (Mayores de 1000kVA) estos equipos se dotan de ruedas orientables hechas de acero y cuyo propósito es facilitar los movimientos bidireccionales sobre gatos, cuya distancia entre centros está normalizada.

DISPOSITIVO PARA TOMA DE MUESTRA DE ACEITE
Los transformadores generalmente están dotados por medio de un dispositivo para retirar muestras de aceite, este dispositivo está localizado en la parte inferior, que es donde se concentra el volumen de aceite contaminado este dispositivo consta de una válvula de drenaje.

VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN
Los transformadores de potencia deben poseer un dispositivo que sea accionado cuando la presión interna del equipo alcance un valor superior al límite máximo admisible, permitiendo una eventual descarga del aceite.

Las válvulas utilizadas para esta finalidad deben tener contactos eléctricos auxiliares con el fin de permitir la desconexión del interruptor de protección. La diferencia entre un relevador de súbita presión y una válvula de alivio de presión, es que el primero actúa durante la ocurrencia de una variación instantánea de presión interna, en tanto que la segunda opera en la eventualidad de que la presión rebase un límite establecido.

Las válvulas de alivio de presión de cierre automático se instalan en transformadores inmersos en líquido aislante
con la finalidad de proteger los contra posibles deformaciones o ruptura de tanque, en casos de fallas internas con presencia de presión elevada, son muy rápidas y operan aproximadamente en 2 m segundos, cerrándose en forma automática después de su operación e impidiendo así la entrada de cualquier agente externo al transformador.

PLACA DE CARACTERÍSTICAS
Todos los transformadores deben tener una placa que identifique sus principales características eléctricas y funcionales, esta placa de características en general tiene un formato rectangular con un espesor de 0.8 mm y debiendo tener los datos impresos bastante legibles, debe ser resistente a la corrosión, por lo que pueden ser de aluminio anodizado o de acero inoxidable y estar montadas en una base que impida su deformación. Las características preferentes para transformadores monofásicos y trifásicos para transformadores de distribución y de potencia.

 

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