República Bolivariana de VenezuelaInstituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”Extensión Maturín

Escuela de Ingeniería Eléctrica

Tutor: Autor:

Mariángela Pollonais Laura Brito C.I.: (19.257.973)

Maturín, Agosto del 2.014

Transformador de potencia

Un transformador de potencia es aquel que maneja grandes magnitudes de voltio amperios VA, los cuales se expresan en KVA [kilo voltio amperios] o en MVA [mega voltio amperios].

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.

Generalmente estos transformadores están instalados en subestaciones para la distribución de la energía eléctrica. Efectuando la tarea intermediadora entre las grandes centrales de generación y los usuarios domiciliarios o industriales; que consiste en reducir los altos niveles de voltaje [con el cual es transmitida la energía] a magnitudes de voltaje inferiores, que permiten derivar circuitos a los usuarios en medias o bajas tensiones.

Otros transformadores de potencia, realizan una función dedicada o cautiva, cuando alimentan un solo equipo exclusivamente. Por ejemplo en una industria pesada, un transformador toma energía a nivel de 34.500 Voltios (34,5 KV) y la transforma a 4.160 Voltios (4.16 KV), para alimentar un motor especial de 5.000 caballos (HP).

Constitución del transformador de potencia

Todos los transformadores sin importar su tamaño, tienen tres partes fundamentales:

Bobinado de alta tensión:

Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de poca sección transversal (es más delgado), construido para recibir o entregar la tensión mayor nominal del transformador.

Bobinado de baja tensión:

Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de mayor sección transversal (es más grueso), construido para recibir o entregar la tensión menor nominal del transformador.

Cuando el transformador está instalado, al bobinado que está conectado a la fuente se le denomina primario y el bobinado que está conectado a la carga, se le denomina secundario.

Núcleo:

Construido con chapas magnéticas con alta proporción de silicio (4%), grano orientado y pérdidas por histéresis muy bajas, las cuales tienen por un lado un aislamiento impregnado en el proceso metalúrgico.

De acuerdo a su disposición, los núcleos pueden ser:

a- Simple o de columnas: Es estos los bobinados van dispuestos sobre las dos columnas. El flujo magnético se canaliza a través de las columnas y las culatas.

b- Doble o acorazado: La columna central tiene el doble de sección que las culatas laterales, los bobinados van dispuestos en la columna central. El flujo magnético se canaliza de la columna central hacia las culatas laterales. Las columnas de sección rectangular se usan en pequeños transformadores (hasta 50KVA).

En los transformadores de mayor potencia, se utiliza la sección escalonada, para aumentar la superficie de enfriamiento.

En los de alta potencia se utiliza el escalonado con canales de refrigeración. En el gráfico abajo a la derecha se muestra la parte exterior de un transformador real. En el se describen los nombres de las diferentes partes que son visibles. Internamente es posible observar el núcleo, los bobinados primario y secundario con sus respectivos terminales. Esto último sumergido en aceite dieléctrico (no conductor de la electricidad) que sirve como disipador de calor.

Principio de funcionamiento de un transformador de potencia

Funcionamiento de un transformador eléctrico de potencia

Para poder comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el de construcción más elemental.

Un circuito magnético simple constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos:

Uno constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de CA y recibe el nombre de Primario.

Orto constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario.

Al alimentar el bobinado primario con una fuente de tensión alterna, por él circulara una corriente alterna (I1), que produce una fuerza magneto motriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno Φ1 en el circuito magnético del transformador.

El flujo Φ1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz (E2).

Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. Por lo tanto en ellas se va a inducir una fuerza contra electromotriz (E1), que se opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de corriente I1

E1= 4,44 x Φ x F x N1 E2= 4,44 x Φ x F x N2

Cuando se le aplica carga (R) al bobinado secundario, circula por el la intensidad de corriente I2, la cual produce el flujo magnético Φ2, opuesto al Φ1, por lo tanto reduce el flujo resultante en el núcleo dando como resultado que la fuerza contra electromotriz disminuya y la intensidad de corriente I1 aumente.

Se observa como un aumento de la corriente en el secundario (I2) provoca un aumento de la corriente en el primario (I1), sin que exista conexión eléctrica entre ambos bobinados.

Dado que la fuerza contra electromotriz es directamente proporcional al flujo inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento en la corriente I1.

Autotransformador

Los autotransformadores son transformadores donde una parte del devanado es común tanto al primario como al secundario.

El principio de funcionamiento es el mismo que el del transformador común, entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el número de vueltas se mantiene.

Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que circula por las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del devanado de baja tensión y el devanado de alta tensión.

Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados deben tener el mismo sentido de bobinado.

Autotransformadores reductores

- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos A y B, y se mide la tensión de salida entre los puntos C y D, se dice que el autotransformador es reductor de tensión.

En este caso la relación de vueltas del autotransformador es: Ns / Np < 1

Autotransformadores elevadores

- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos C y D, y se mide la tensión de salida entre los puntos A y B, se dice que el autotransformador es elevador de tensión.

Funcionamiento

Al igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnéticos variantes en el tiempo, por lo que no pueden ser utilizados en circuitos de corriente continua. Para reducir al mínimo las pérdidas en el núcleo debidas a corrientes de Foucault y a la histéresis magnética, se suele utilizar acero eléctrico, laminado en finas chapas que luego se apilan y compactan. Las láminas del núcleo así construido se orientan haciendo coincidir la dirección del flujo magnético con la dirección de laminación, donde la permeabilidad magnética es mayor.

La relación de transformación de un autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie + común) y el número de vueltas del devanado común. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener una tensión de salida (en el devanado "común") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). Dependiendo de la aplicación, la porción del devanado que se utiliza sólo para el circuito de alta tensión se puede fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porción del devanado común a ambos circuitos; de esta manera la máquina resultante es aún más económica.

Equipo de maniobra y corte

Su función es la de permitir un servicio continuo y aislar eléctricamente partes del sistema que, por diferentes motivos, deban quedar libres de tensión. En las estaciones y subestaciones transformadoras nos encontraremos con los siguientes aparatos que realizan funciones de corte y maniobra.

Seccionadores: se usan para cortar tramos del circuito de forma visible. Para poder realizar la maniobra necesitan estar libres de carga, es decir, en el momento de la apertura no debe circular corriente alguna a través de él.

Interruptores: estos dispositivos son capaces de soportar grandes corrientes de cortocircuito durante un periodo determinado de tiempo, esto les permite realizar la maniobra con carga. Deben accionarse de forma manual y su apertura no es visible.

Interruptor-seccionador: realizan la misma función del interruptor con la peculiaridad de que su apertura se aprecia visualmente.

Interruptores automáticos o disyuntores: al igual que los interruptores, realizan la labor de maniobra en condiciones de carga. En realidad estos son los usados habitualmente y no los interruptores manuales, ya que estos actúan automáticamente en caso de anomalía eléctrica. Para este accionamiento automático se ayudan de unos aparatos llamados relés de protección. Deben incorporar un sistema de extinción del arco eléctrico para su correcto funcionamiento

Servicios generales de la subestación

Cuadro de corriente alterna y continua

Se dotará a la instalación de un cuadro de corriente continua y un cuadro de corriente alterna, ubicados en la sala de control. Desde estos cuadros se alimentarán los equipos de protección, control y señalización así como los circuitos de alumbrado exterior, alumbrado interior y emergencia.

Sistemas de mando y protección Alta tensión

Se dispondrán armarios de control y protección para las dos posiciones de línea, Transformadores y Acoplamiento de Barras.

Se instalarán relés maestros de tipo basculante para el bloqueo del cierre

de los interruptores ante una actuación de las protecciones propias del transformador.

Se instalará un relé específico de tecnología digital para la regulación de la tensión. Este relé se encargará de medir la tensión comparándola con un valor de consigna ajustado. Cuando la diferencia entre el valor medio y el valor de consigna sea superior al grado de sensibilidad se enviarán al cambiador de tomas órdenes de subir o bajar la toma en función del signo de la desviación de la tensión calculada. El objetivo será siempre mantener la tensión en las barras a las que se conecta el secundario del transformador de potencia.

Sistemas de mando y protección

Se instalará un único relé de protección y control en cada celda blindada que servirá de UCP para la posición correspondiente.

En las celdas de medida se instalará un relé de protección que servirá de respaldo a las protecciones sobre intensidad direccional que se instalen en las posiciones de línea.

Rectificadores-Batería

Para la alimentación de los equipos de protección, control y señalización, así como los circuitos de emergencia en caso de fallo de la corriente alterna, se dispondrá de dos equipos, cada uno de ellos compuesto por dos rectificadores con una batería independiente preparada para trabajar en paralelo. Dichos rectificadores irán ubicados en la sala de control.

Transformadores de servicios auxiliares Para atender las necesidades de los servicios auxiliares se instalarán

transformadores de potencia. La salida en Baja Tensión de estos transformadores se cableará directamente al cuadro de corriente alterna de la subestación.

Instalación de alumbrado y emergencia Se dotará a la subestaciones de instalaciones de alumbrado y fuerza.

Alumbrado de emergencia El alumbrado de emergencia estará formado por equipos autónomos de

interior. Estos equipos estarán alimentados de un circuito corriente alterna, que se alimentará del cuadro de corriente alterna.

Ventilación Con objeto de mantener la temperatura en la instalación por debajo de los

valores recomendados, será necesario instalar un sistema de ventilación que asegure la renovación del aire de forma que se consigan unas condiciones ambientales óptimas para el funcionamiento de los equipos.

Sistema de protección contra incendios e intrusos El objeto del sistema de detección de incendios será detectar de forma

automática, de manera precoz y sin ninguna intervención humana, conatos de incendio que puedan producirse en zonas predeterminadas con el fin de señalizar tales circunstancias mediante alarmas ópticas y acústicas locales y a distancia.