DEFINICIONES
Qué es el transformador
Según la
Comisión Electrotécnica Internacional, CEI, el transformador es una máquina estática con dos o más
arrollamientos que, por inducción electromagnética, transforma un sistema de
tensión y corriente alternas, en otro sistema de tensión y corriente
normalmente diferentes y con la misma frecuencia, con el fin de transmitir
energía eléctrica. (CEI 60076 -1,3. 1. 1)
Función del
transformador
El transformador
es el elemento indispensable para que la transmisión de la energía eléctrica,
desde el lugar de su generación hasta el punto de su utilización, pueda
realizarse de forma fiable y económica.
El
transformador es una máquina eléctrica que permite la conexión del circuito del
generador a la línea de transmisión transformando la tensión del circuito del
que recibe energía al de la tensión del circuito que la transmite. La tensión
de éste último es, salvo excepciones, de una magnitud superior a la del circuito
de la generación para conseguir así una transmisión más eficaz y económica.
La
determinación del voltaje de los sistemas de transmisión se hace en función de
la cantidad de energía a transmitir y de la distancia a la que tiene que
transportarse. Cuando la línea de transmisión llega a un punto de bifurcación
de destinos, generalmente, al disminuir la cantidad de energía de cada uno de
los circuitos, se reduce la tensión y lo mismo ocurre en bifurcaciones
sucesivas hasta llegar al último escalón: la distribución al usuario doméstico o industrial.
Cada escalón
de tensión, necesita un transformador para elevarla o reducirla. El
transformador, por medio de la inducción electromagnética, realiza este cambio
de tensión.
Descripción
En forma
abreviada podríamos describir al transformador dividido en dos partes
fundamentales:
Parte activa.- Es en donde se producen los fenómenos electromagnéticos. Dependiendo de su aislamiento y refrigeración
podemos dividir a los transformadores en:
transformadores sumergidos en los cuales sus partes activas están sumergidas en un dieléctrico
líquido, al mismo tiempo estos fluidos son caloportadores, es decir, que
evacuan al exterior las calorías generadas por las pérdidas del transformador.
transformadores secos en los cuales los arrollamientos pueden estar barnizados, impregnados en
pintura aislante e ignifugante o encapsulados y moldeados en un aislante
apropiado (resinas epoxi, alhúmina trihidratada, etc.) donde la refrigeración
se realiza por el aire circundante.
Cuba y accesorios (transformadores
sumergidos).- En la cuba se contiene la parte
activa y el aceite mineral aislante u otro dieléctrico líquido. Los extremos de
los arrollamientos salen al exterior de la cuba por medio de aisladores
pasatapas, también llamados bornas.
Las paredes
de la cuba, suelen ser onduladas formando las aletas del equipo de
refrigeración (transformadores de llenado integral), o bien en ellas se
encuentran adosados los radiadores en los transformadores de mayor potencia.
En la tapa
están situados los accesorios de control y protección, como termómetro,
termostato relé de presión, DGPT2, etc.
En la cuba
están también situados los ganchos para la elevación del transformador y en su
fondo las ruedas para su desplazamiento.
La parte activa de los transformadores consta
de los siguientes elementos:
- Un circuito magnético
cerrado (CM):
Por el que
circula el flujo magnético inducido por el arrollamiento primario, y que, a su
vez, induce la nueva tensión en el arrollamiento secundario y de ahí al
circuito que demanda la energía o secundario.
Está formado
por chapas magnéticas de cristal orientado, laminadas en frío y aisladas sobre
las dos caras, su construcción debe ser tal que las pérdidas por histéresis y
corrientes de Foucault sean reducidas al mínimo lo que se consigue utilizando
un acero dulce especial conteniendo un 3,15 % de sílice, con ello se obtiene
una curva de histéresis estrecha y resistivilidad elevada.
- Arrollamiento
primario:
Es el
conjunto de espiras de cobre o aluminio, arrolladas alrededor del circuito
magnético que crean en él el flujo anteriormente mencionado, por él circula la
corriente que demanda la carga en el secundario. Su número de espiras lo denominamos N1 y su
tensión es U1. EL número de espiras puede ser variable en función de la tensión
de alimentación. Esto es posible gracias
a un Cambiador de tomas que puede
ser de funcionamiento en carga o en vacío y sin tensión en el
transformador, este segundo es el normalmente utilizado en transformadores de
distribución.
- Arrollamiento secundario:
Es otro
arrollamiento, de N2 espiras, concéntrico o alternado con el primario, y en el
que se induce una tensión cuyo valor U2 es igual a la tensión del primario
multiplicada por el cociente N2/N1.
TRANSFORMADORES
DE DISTRIBUCIÓN
Son aquellos
que realizan, generalmente, el último escalón de reducción a la tensión del
usuario.
Normalmente
el aislamiento de su parte activa se realiza por medio de un líquido
dieléctrico, principalmente aceite mineral.
En los
lugares en que el riesgo de incendio es elevado se utiliza transformadores con
líquidos dieléctricos tales como los aceites de silicona cuyo punto de
inflamación se encuentra alrededor de los 320 ºC, o mejor los transformadores
sin líquido dieléctrico por cuyo motivo se denominan transformadores secos.
Los
transformadores de distribución son los de uso más corriente y su tensión
primaria no supera los 36kV.
La tensión
secundaria, la utilizada por el usuario, ha de tener un valor que no suponga
riesgo para las personas. Esta tensión,
en la Unión Europea, es de 420/242 voltios en vacío. El valor nominal en carga suele ser de
400/231 V. Los transformadores de esta tensión secundaria suelen denominarse de
Clase B2.
En
algunos lugares de España aún se mantiene la tensión de 220/127 V, aunque
tiende a desaparecer. Los
transformadores de esta tensión secundaria se suelen denominar de Clase B1.
En las áreas en que se va a efectuar el cambio de tensión de la
Clase B1 a la Clase B2 se utilizan transformadores que puedan suministrar ambas
tensiones y por ese motivo se designan transformadores de Clase BlB2.
Este aumento,
a que se tiende desde hace unos años, se produce por el aumento del consumo y
exige que, sin riesgo para las personas, se pueda suministrar la corriente
eléctrica en mayor cuantía y con costes menores. Al mismo tiempo, los elementos aislantes de
los aparatos que se utilizan, tanto en el uso doméstico como en el industrial,
ha mejorado considerablemente y los elementos de protección son de total
garantía de seguridad.
Se consideran
Transformadores de Distribución los
de las siguientes características:
Relación de transformación:
<= 36/0,42,0,24
Potencia máxima según Norma UNE
21428, 2500 kVA y potencias
normalizadas:
25, 50, 63, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500,
630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 kVA
(Los valores en negrita son
preferentes)
Potencia máxima según Norma UNE
21538, 2500 kVA y potencias
normalizadas:
100, 160, 200, 250, 315, 400, 500,
630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 kVA
(Los valores
en negrita son preferentes)
(Los
transformadores de la Clase B1B2 sólo están normalizados para las potencias de
160, 250, 400 y 630 kVA (con coeficiente K de simultaneidad = 0.75) y 1000 kVA
con K = 0.75 ó K = 1).
Sistemas de aislamiento: Técnicas
actuales
En los
transformadores en aceite se utilizan actualmente dos sistemas - Transformadores que respiran -
Transformadores herméticos
En el
transformador el paso de la corriente eléctrica produce un aumento de la
temperatura de los arrollamientos, por efecto Joule, que se comunica al líquido
aislante y, por consiguiente, éste ultimo se dilata.
Transformadores que respiran
Esta
dilatación se hace en un depósito de expansión llamado conservador pudiendo
estar en contacto directo con el aire ambiente o bien protegido por un deposito
conteniendo una sal higroscópica (silicagel). Este sistema no se utiliza,
generalmente, en transformadores de potencia inferior a 1250 kVA.
Transformadores herméticos
En los
transformadores de distribución cada vez son más empleados los transformadores
herméticos. la norma UNE 21428 prohíbe la utilización de transformadores con
deposito conservador en potencias inferiores a 1250 kVA).
En los
transformadores herméticos la cantidad de líquido dieléctrico es reducida y la
técnica que impide el contacto directo con el aire es de dos tipos:
a) La
dilatación del dieléctrico es absorbida por un colchón de gas inerte situado
entre la superficie del líquido y la tapa del transformador. Esto exige que
haya que dimensionar las conexiones eléctricas más ampliamente que en el caso
anterior.
Por otra parte
hay que cuidar la situación del equipo de refrigeración teniendo muy en cuenta
las temperaturas que determinan el nivel mínimo del dieléctrico.
b) La
supresión del colchón de gas permite eliminar esos inconvenientes. Para ello es
necesario que el mayor volumen del dieléctrico sea absorbido por la deformación
del sistema de refrigeración que generalmente forma parte de la cuba. Estos transformadores se denominan de
"llenado total o integral'. Además
de las ventajas mencionadas anteriormente, en ellos el mantenimiento se reduce
al mínimo.
Este sistema está especialmente recomendado para los
transformadores con algunos dieléctricos sintéticos de alto punto de
combustión, muy higroscópicos, como es el caso de la silicona.
Los
transformadores sumergidos presentan riesgos de incendio y polución.
- Un defecto
interno puede provocar una sobrepresión capaz de deformar la cuba y dar lugar
al vertido del dieléctrico líquido y, según las circunstancias, a su
inflamación o explosión.
- Las fugas del
dieléctrico líquido pueden también ser motivadas por envejecimiento, deterioro
o defecto de las juntas de estanqueidad de la cuba, aisladores o
canalizaciones; los dieléctricos líquidos dispersos ocasionan la polución de la
capa freática, en caso de incendio o pirólisis, los gases producidos más o
menos tóxicos generan humos opacos que dificultan las intervenciones de
evacuación de personas en edificios y lugares de pública concurrencia.
Este es el
motivo por el cual la reglamentación de los distintos países de la comunidad
europea limita el uso de los transformadores sumergidos, prescribiendo las
medidas de protección que deberán observarse según la naturaleza, punto de
inflamación y poder calorífico del dieléctrico líquido utilizado.
Al margen de
las limitaciones impuestas por la utilización de transformadores con PCB, los
dieléctricos líquidos utilizados actualmente son de manera general el aceite
mineral y en aplicaciones particulares los de silicona. Estos dieléctricos
están clasificados como se indica en la tabla II, donde se describen además las
medidas de protección que deben tomarse contra el riesgo de incendio.
La mayoría de
los países europeos han prohibido la instalación de transformadores sumergidos:
- En inmuebles
de gran altura
- En locales de
pública concurrencia
- Depuradoras
de agua
Los transformadores secos encapsulados
presentan las ventajas siguientes con relación a los transformadores
sumergidos:
- No desprenden
productos polucionantes o tóxicos
- No presentan
riesgos de fuga o polución fría
- No producen
riesgos de incendio o polución caliente
- Se
autoextinguen rápidamente
- No necesitan
medidas de protección particulares
- Su
instalación es posible en todos los locales
- Mantenimiento
muy reducido
La
utilización de los transformadores secos encapsulados sólo precisa controlar la
temperatura de sus arrollamientos, control que puede efectuarse con la ayuda de
sondas PT 100 ó PTC asociadas a indicadores de temperatura o con convertidores
electrónicos respectivamente.
Los
transformadores secos encapsulados se identifican en función de su resistencia
a la humedad, condensación, polución, temperatura ambiente y comportamiento al
fuego.
4desde el
punto de vista de la humedad, condensación y polución, se definen tres clases
de entornos diferentes para su instalación:
E0: condiciones normales, ninguna
condensación y escasa polución
E1: posible condensación y polución
limitada
E2: condensación frecuente y polución
elevada
- desde el
punto de vista de la temperatura ambiente, dos clases son tomadas en
consideración:
C1: instalaciones con temperatura
ambiente comprendidas entre – 5 y + 40 ºC
C2: instalaciones con temperatura
ambiente comprendidas entre – 25 y + 40 ºC
- desde el punto
de vista del comportamiento al fuego, están definidas tres clases:
F0: salas sin riesgo de incendio
F1: el transformador puede estar
sometido al riesgo de incendio; su autoextinción debe producirse en un periodo
de tiempo específico, la emisión de humos opacos y productos tóxicos debe ser
muy reducida. Los materiales y productos de combustión no deben contener
halógenos.
F2: el transformador debe poder
funcionar durante un tiempo definido por el fabricante y comprador frente a un
fuego externo. No existe un ensayo normalizado para esta clase por lo que se
exigirá para este caso la aplicación de la clase F1
Si el precio
de un transformador seco encapsulado es superior al equivalente de un
transformador sumergido, la evaluación económica debe tener en cuenta los
costes de instalación resultantes de las medidas de protección contra incendios
para los transformadores sumergidos. Dicha valoración demuestra que el
transformador seco encapsulado puede representar un ahorro económico del 10 %.
Actualmente, un tercio de los transformadores de distribución instalados de
potencia hasta 2.500 kVA son transformadores secos encapsulados. En la
práctica, los transformadores secos encapsulados sólo se fabrican para
tensiones de aislamiento inferiores o iguales a
36 kV.
Texto completo en pdf en el siguiente link:
