BENEMERITA UNIBERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA
ALUMNO: GUEVARA MALDONADO RAÙL
201223746
MATERIA: TRANSFORMADORES Y MOTORES DE INDUCCIÒN
PROFESOR: LUIS JUAREZ PEREA
TRABAJO: PARTES DE UN TRANSFORMADOR
TRANSFORMADORES Y MOTORES DE INDUCCIÒN
PARTES DE UN TRANSFORMADOR
1.-NUCLEO MAGNETICO O ARMAZÒN
Sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un
núcleo de material magnético que forma un circuito cerrado, y sobre de cuyas
columnas o piernas se localizan los devanados, uno denominado “primario” que
recibe la energía y el otro secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización
al cual entrega la energía.
El núcleo determina características relevantes, de manera que se establece una
diferencia fundamental en la construcción de transformadores, dependiendo de la
forma del núcleo, y puede ser llamado “núcleo tipo columnas” y el “núcleo tipo
acorazado”,
Está construido por laminaciones de acero al silicio (4%) de un grueso del
orden de 0.355 mm de espesor.
El tipo de núcleo es enrollado o tipo acorazado de 5 piernas para los
transformadores trifásicos. Este tipo de núcleo con entre hierros
escalonados, minimiza las pérdidas sin carga. Este tipo de núcleo es
tratado térmicamente (en una atmósfera controlada) para revelar los
esfuerzos mecánicos y reestablecer sus propiedades electromagnéticas
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2.-ENROLLAMIENTO PRIMARIO, SECUNDARIO, TERCIARIO, ETC.
Bobina primaria
La bobina primaria, la primera parte integrante de un transformador de
distribución, se compone de cable de cobre recubierto con esmalte y enrollado
alrededor de un núcleo magnético. La corriente entrante de baja, de alta tensión
alterna a partir de la planta de energía fluye a través del cable y en el proceso
genera un flujo magnético.
Bobina secundaria
El flujo magnético producido en la bobina primaria (o devanado primario)
desarrolla un campo magnético en una bobina secundaria. Las bobinas
secundarias consisten en aluminio o cobre en una cinta de espesa, con un
aislamiento de papel impregnado con resina. Similar a la bobina primaria, estas
cintas de aluminio o de cobre se enrollan alrededor de un imán. El campo
magnético generado en la bobina secundaria induce una corriente de alta corriente
y baja tensión alterna en la cinta, que fluye hacia fuera del transformador como
energía lista para usar.
Los dos bobinados primario y secundario, rara vez se apartan en dos simples
grupos de espiras, encimándolas; generalmente se apartan en dos partes o más
envueltas uno encima del otro, con el embobinado de baja tensión en la parte
interna. Dicha conformación sirve para los siguientes propósitos:
o Simplifica el problema de aislar el embobinado de alto voltaje del núcleo.
o Causa mucho menos filtración de flujo, como sería el caso si los 2
embobinados estuvieran separados por alguna distancia del núcleo.
o Mejora la refrigeración
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Enrollamiento Terciario
Este arrollamiento de estabilización se le dotó con el nombre de Terciario, ya que,
además de confinar las corrientes homopolares, se utilizó y aún hoy se utiliza en
alguna ocasión (aunque rara), como arrollamiento para alimentar los servicios de
iluminación y fuerza que utilizaba el retén de las subestaciones, así como la
conexión de elementos de compensación de potencia reactiva (batería de
condensadores y reactancias inductivas).
La utilización como fuente de alimentación del Terciario está en desuso, ya que el
arrollamiento Terciario será más frágil ante un cortocircuito al no estar
dimensionado para ello4. Esto es especialmente cierto en transformadores en los
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que se tiene generación tanto en el primario del transformador como en el
secundario; en esos casos una falta en el Terciario es alimentada tanto desde el
lado de alta como desde el lado de baja, con lo que la corriente de defecto es muy
elevada.
Es por esto que si se utiliza dicho arrollamiento, se colocan entre las fases, unas
pantallas protectoras, y si no se utiliza, se les colocan a los terminales unas
caperuzas protectoras.
3.-BOQUILLAS TERMINALES (BUSHING)
Las boquillas se emplean para pasar de un conductor de alta tensión atreves de
una superficie aterrizada, como son el caso del tanque de un transformador o de
un reactor. Las boquillas deben ser capaces de transportar las corrientes de los
equipos en régimen nominal y de sobrecarga, de mantener el aislamiento tanto
para tensión nominal como para sobretensiones y de resistir también esfuerzos
mecánicos. Las boquillas de acuerdo a las funciones desempeñadas se pueden
clasificar en:
Boquillas de terminales de línea
Boquillas de terminales en neutro
Boquillas de terciario
Las boquillas para transformadores y reactores son del tipo exterior-inmersa, es
decir una extremidad está destinada a la exposición a la intemperie y la otra
inmersa en aceite aislante. Las boquillas de terminales de línea son en general de
papel impregnado con aceite con distribución capacitiva provista de derivaciones
para prueba y eventualmente de derivaciones de tensión.
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Las boquillas de terciario y neutro pueden ser de papel impregnado en aceite o
con resina, con o sin distribución capacitiva. Los transformadores trifásicos deben
estar provistos con tres (3) bornes en el lado primario (M.T.) y cuatro (4) en el lado
secundario (B.T.), incluyendo el neutro accesible. Las bornes del primario estarán
instaladas sobre el tanque mientras que las
bornes del secundario estarán instaladas en
el frontal de la cuba.
Las terminales de M.T. y de B.T. deben estar
designadas mediante una marca fácilmente
visible.
4.-TANQUE O CUBIERTA
Un tanque de acero con recubrimiento en
polvo y una junta sellada sirve como el
paquete mecánico o contenedor de
protección para las partes activas del transformador. Tiene un aceite mineral no
conductor inerte, que sirve de refrigeración y protección contra la humedad, y en el
que se sumerge el conjunto de la bobina de núcleo. El depósito también contiene
buje, y en algunos casos equipos auxiliares para el transformador. Una vez
sellado, el tanque está instalado en un poste de electricidad o en una base de
concreto de acero revestido colocado bajo la tierra.
Generalmente es cilíndrico, su finalidad es mantener el nivel del aceite en el
tanque principal del transformador; de acuerdo con su forma será dimensionado
para contener entre 10%y 20%del volumen total de aceite con lo cual se puede
hacer frente a cualquier variación del nivel de aceite debido a variación de
temperatura.
De acuerdo a su diseño hay tanques lisos, con aletas, con ondulaciones y con
radiadores, dependen del tipo de aceite y medio de refrigeración para su
selección.
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En general, consiste en una caja rectangular dividida en dos compartimientos.
1.-Un compartimiento que contiene el conjunto convencional de
núcleo-bobinas.
2.-Un segundo compartimiento para terminaciones y conexiones
de los cables. Los conductores de cable primario están conectados
por medio de conectores de enchufe para la conexión y
desconexión de la carga. Los conductores del secundario van, por
lo general, atornillados a terminales de buje.
3.-Tienen fusibles de varias clases que van en un porta fusibles
colocado en un pozo que está hallado del tanque, de manera
que pueda secarse del mismo.
5.-MEDIO REFRIGERANTE
El calor producido por las pérdidas se transmite a través de un medio al exterior,
este medio puede ser aire o bien líquido.
La transmisión del calor se hace por un medio en forma más o menos eficiente,
dependiendo de los siguientes factores:
i. La más volumétrica.
ii. El coeficiente de dilatación térmica.
iii. La viscosidad.
iv. El calor específico
v. La conductividad térmica.
En condiciones geométricas y térmicas idénticas, el aceite es mejor conductor
térmico que el aire, es decir resulta más eficiente para la disipación del calor.
la transferencia del calor a través del tanque y los tubos radiadores hacia la
atmósfera es por radiación.
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La selección del método de enfriamiento de un transformador es muy importante,
ya que la disipación del calor, como ya se mencionó antes, influye mucho en su
tiempo de vida y capacidad de carga, así como en el área de su instalación y su
costo,. De acuerdo a las normas americanas (ASA C57-1948) se han normalizado
y definido algunos métodos básicos de enfriamiento como son:
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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 corrugadas o bien provistos con tubos
radiadores. Esta solución se adopta para transformadores de más de 50 kVA con
voltajes superiores a 15 kV.
5. Tipo OA/FA
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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.
El aceite se considera uno de los mejores medios de refrigeración que tiene
además buenas propiedades dieléctricas y que cumple con las siguientes
funciones:
Actúa como aislante eléctrico.
Actúa como refrigerante.
Protege a los aislamientos sólidos contra la humedad y el aire.
6.-SERPENTINES Y APARATOS DE REFRIGERACION
Los transformadores en aceite poseen diferentes métodos de ventilación con el
objeto de mantener sus temperaturas de operación dentro de valores normales (no
excediendo los 55 o65°C sobre la temperatura ambiente). Para el efecto, en cada
método utiliza accesorios como radiadores, ventiladores, intercambiadores de
calor, bombas de circulación, etc., los cuales se encuentran instalados
generalmente en el tanque del transformador y son usados de forma individual o
en conjunto. Algunos de los métodos de ventilación usados en transformadores
son:
Refrigeración natural
Refrigeración por aire forzado
Refrigeración por aceite forzado
Refrigeración por agua
Combinación de los anteriores.
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La eliminación del calor, es necesario para evitar una temperatura interna
excesiva que podría acortar la vida del aislamiento, provocado por las
pérdidas generadas en los devanados, pero también estas pérdidas
dependen del diseño, la construcción, el tipo de transformador, sus
características de voltaje, corriente y potencia, empleando así los distintos
tipos de enfriamiento y diferentes equipos para poder disipar y eliminar el
calor generado. Figura 7 Transformador de potencia con radiadores,
bombas y ventiladores en conjunto para poder disipar el calor generado por
las perdidas.
7.-INDICADORES
La función del indicador magnético de nivel de aceite (figura 8) es la de indicar y
controlar el nivel del líquido aislante dentro del tanque de expansión del
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transformador. Se lo instala en la pared desmontable del tanque de expansión y
está constituido por una caja circular magnética cubierta por un frente de vidrio a
través del cual se observa un cuadrante graduado y un índice que señala el nivel
correspondiente al líquido aislante. La caja posee dos sectores: una
anterior hermética al aceite y a la humedad y otro posterior que se introduce en el
tanque y en el cual está montado un imán permanente el cual se encuentra
vinculado mediante un eje y una varilla a un flotante. En el sector anterior, dentro
de la caja, y en un eje coaxial al que tiene fijado el imán permanente, giran
solidarios un imán permanente, dos contactos de mercurio y la aguja indicadora.
De esta manera la variación del nivel de aceite captada por el flotante,
se transmite por acople magnético, en desplazamientos angulares del índice y los
contactos de mercurio los cuales al llegar a cierto ángulo se cierran.
Una caja de bornes, ubicada debajo del sector anterior, lleva una bornera que
recibe a los conductores que vienen de los contactos de mercurio y provee
la conexión de los cables del circuito exterior.
Los contactos al cerrarse accionan independientemente y en forma secuencial los
circuitos de alarma y desenganche. El indicador de nivel se fija en su posición por
medio de pernos roscados y soldados al tanque de expansión y una junta
de goma-sintética asegura la estanqueidad del sistema.
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8.-CONMUTADORES Y AUXILIARES
Los conmutadores, cambiadores de derivaciones o taps, son órganos destinados a
cambiar la relación de voltajes de entrada y salida, con el objeto de regular el
potencial de un sistema o la transferencia de energía activa o reactiva entre los
sistemas interconectados. Existen dos tipos de ellos: sencillo, de cambio sin carga,
y el perfeccionado, de cambio con carga pro medio de señal o automático.
El conmutador solamente se puede accionar estando desconectado el
transformador. En grandes transformadores, se emplean interruptores
escalonados, que conectan o desconectan espiras adicionales. Dichas espiras
están montadas separadamente, constituyendo una bobina de maniobra y se
puede conectar y desconectar también en carga y bajo tensión.
MEDIDORES DE TEMPERATURA
Con la finalidad de que el personal encargado de la operación y mantenimiento del
transformador pueda conocer la temperatura del líquido aislante, devanados, así
como la del transformador, los fabricantes del mismo instalan los medidores de
temperatura en el tanque del transformador.
MEDIDORES DE NIVEL
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El indicador de nivel de aceite señala el nivel del líquido aislante contenido en el
tanque principal del transformador o en comportamientos asociados. En los
transformadores con tanque de conservación el medidor de nivel se encuentra
instalado a un costado del mismo. En los transformadores sellados el medidor de
nivel está instalado justo a la altura del nivel de aceite.
9.-HERRAJES
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Como se ha mencionado antes, los núcleos de los transformadores tienen partes
que cumplen con funciones puramente mecánicas de sujeción de las laminaciones
y estructuras, estas partes o
Elementos se conocen como “herrajes” o armadura y se complementan con componentes
como:
Fibra de vidrio o
madera para protección de la sujeción de los yugos
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