TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

En algunas circunstancias, ya sea por tratarse de potencias elevadas o por las características de la red de distribución, es necesario tomar la energía eléctrica en media tensión (33 ó 13,2 kV) y reducirla con un transformador a baja tensión (380/220 volt). Estas subestaciones deben componerse del dispositivo de transformación propiamente dicho y de los elementos auxiliares de maniobra, protección y medición.

En la figura de la izquierda se observan los componentes fundamentales de las instalaciones que, tomando energía de media tensión, la reducen mediante un transformador, a la tensión de utilización.

Actualmente se aplica el criterio de construir centrales de generación equivalentes a las necesidades de carga de las localidades y centros de consumo equidistantes, para que a través de líneas de alta tensión se puedan alimentar subestaciones de transformación de potencias adecuadas a las necesidades de consumo.

Como la potencia viene dada por la expresión:

Para un valor (P) de la misma, al aumentar la tensión (U) el valor de la intensidad ( I ) se reduce, por lo cual con una línea de alta tensión construida con conductor de 16 o 35 mm2 es posible empleando tensiones de 33 o 13,2 KV transmitir valores de potencia muy considerables con relativa economía de cobre y gastos de mantenimiento y operativos.

Cuando es necesario tomar la energía eléctrica en media tensión (33 o 13,2 KV), y reducirla con un transformador, a baja tensión (380 / 220 V) se debe disponer de subestaciones, compuestas por:

• Dispositivo de transformación

• Elementos auxiliares de maniobra, protección y medición

La alimentación se realiza a través de un seccionador con fusibles para 13200 V, que permite efectuar las maniobras para conectar y desconectar el sistema y a su vez proteger el mismo . Luego se encuentran los transformadores de medida que puedan necesitar los medidores, siguiendo luego el transformador de potencia. Después sigue un interruptor automático termo-magnético que alimenta el tablero de baja tensión desde donde se efectúa la distribución.

El elemento fundamental, es decir el transformador, para los usos referidos (viviendas, edificios públicos, comerciales o deportivos e industrias) suele ser trifásico:

• Terminales de alta tensión U V W X Y Z se pueden conectar en estrella o triángulo siendo lo más frecuente en triángulo.

• Terminales de baja tensión u v w x y z se conectan en estrella con el neutro accesible.

De este modo, desde el exterior se observan tres aisladores de entrada para el primario y cuatro aisladores de salida para el secundario. Además en cada columna del núcleo existe un primario de alta y un secundario de baja para cada fase.

Todo este equipo está colocado en un tanque lleno de aceite mineral especial, que actúa como refrigerante y aislante eléctrico.

También se emplean transformadores del tipo encapsulado o "secos", en los cuales las bobinas están moldeadas y aisladas con resina epoxi, para evitar peligro de incendio como ocurre con los de aceite.

Las cajas o "cubas" de los transformadores pueden ser lisas, con tubos refrigerantes, o con aletas.

En la misma, se puede apreciar que el transformador tiene un pequeño tanque en la parte superior, para permitir la expansión del líquido refrigerante cuando en marcha aumenta su temperatura.

A efectos de tener una idea sobre dimensiones, la tabla 10.1 permite observar las indicadas en la figura. Debe indicarse que estos datos sirven para transformadores cuyas tensiones de entrada y de salida, no superan los 20.000 volt.

Así como una central eléctrica es un conjunto de máquinas y equipos que permiten transformar la energía latente de una fuente de energía eléctrica para aplicar a una red, una estación transformadora es un puesto en donde transformadores y equipos permiten recibir energía de una o más líneas de las redes, a una determinada tensión y la entrega a una o más líneas de otras redes, por lo regular con cambio de tensión.

Repasaremos -mediante esquemas unifilares- la configuración de estaciones transformadoras, comenzando por la figura 1.53 que representa un caso muy sencillo. Ingresa energía por una sola línea de alta tensión (o media tensión). Desde allí pasa por el transformador T que se encarga de modificar la tensión bajándola y la entrega a las barras de baja tensión BBT para, desde allí, partir otras líneas.

La figura 1.54 representa una estación transformadora para servicio urbano, que recibe alimentación desde dos direcciones, rebaja la tensión y después distribuye a los circuitos simples de clientes. Obsérvese que este tipo de estación emplea seccionadores bajo carga SBC y fusibles F en los circuitos de alta tensión, mientras que las salidas son Seccionadores-fusibles SF.

Son muy empleados las transformaciones trifásicas en las redes de energía eléctrica, las que se logran de dos maneras, como sigue:

Por medio de tres transformadores monofásicos (a flujos independientes) Por medio de un transformador trifásico (a flujos dependientes)

Un transformador trifásico está formado por tres transformadores monofásicos dispuestos sobre una misma armazón magnética.

El circuito magnético tiene dos culatas y tres columnas. Sobre cada una de estas va arrollado un devanado primario y otro secundario.

Los tres devanados primarios y también los tres secundarios, pueden conectarse en estrella (conexión Y;y), triángulo (conexión Δ;D) o zigzag (conexión z).

En grandes potencias y muy altas tensiones se utilizan tres transformadores monofásicos iguales conectados entre sí, de forma que sea posible la transformación de un sistema trifásico de tensiones. Se utilizan en sistemas equilibrados sin neutro, con la ventaja de fácil sustitución en caso de avería.

En algunos transformadores trifásicos se usan devanados terciarios para alimentación de circuitos auxiliares de mando y maniobra.

Se fabrican transformadores de gran potencia con dos o más circuitos primarios o secundarios independientes para alimentación de dos o más líneas de transporte.

Según la Comisión Electrotécnica Internacional (C.E.I.) los transformadores se clasifican en grupos de conexión y se deben preferir los transformadores siguientes:

YyO Para la transferencia de grandes potencias en las redes de distribución sin neutro.

Dy5 Para transformadores elevadores de principio de línea y como transformador de distribución de elevada potencia.

Yz5 Para transformadores de distribución de potencia reducida.

El número que acompaña a la indicación de la conexión es el índice horario que, multiplicado por 30, indica el desfase entre las tensiones compuestas o de línea de primario y secundario en el sentido de giro de las agujas del reloj.

Banco de transformación trifásica: Está formado por tres transformadores monofásicos, disposición que se emplea en grandes estaciones de transformación de redes importantes de energía eléctrica. Mediante esta disposición es posible instalar un cuarto transformador fuera de servicio como reserva, y en caso de avería o grandes revisiones, se saca uno del servicio y se conecta el de reserva.

Transformador trifásico c/núcleo tipo ventana: Desde el punto de vista eléctrico cumple las mismas funciones que el banco de transformadores monofásicos.

En el esquema anterior, se observa con simples trazos lineales como se llega a un núcleo trifásico partiendo de tres núcleos monofásicos tipo ventana:

Se disponen los tres núcleos en estrella, notándose que las tres columnas del centro se eliminan, ya que la suma de los valores instantáneos de los flujos magnéticos será constantemente nula en sistemas equilibrados.

Conexión zig - zag: La importancia de las conexiones trifásicas ha obligado a que todas las normas las hayan estandarizado, tomando las diversas formas de conectar primarios y secundarios y la orientación relativa de los fasores de tensiones entre sí, señalando el desfasaje angular el retardo de la alta tensión respecto de la baja tensión.

En la conexión en zig – zag se observa la particularidad de que el secundario se divide en dos tramos iguales, empleándosela en redes trifásicas con grandes desequilibrios (ej: iluminación). En ella en cada carga monofásica de una fase secundaria es bastante diferente a la de las otras dos, repercutiendo sobre dos fases primarias en vez de una con lo que se reparten mejor los efectos desequilibrantes sobre la red primaria.