Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: Devanados de Transformadores (y Parte 2ª)

Devanados de transformadores en baño de aceite

Tipos de bobinados

Existen diversos tipos de bobinados, dependiendo de las diferentes tensiones e intensidades de los transformadores, se describen seguidamente los bobinados para transformadores de columnas:

● Bobinados tipo “CILINDRICO” de 1 capa: se utilizan para arrollamientos de “Baja Tensión” y “Terciarios” para intensidades bajas y medias así como para algunos tipos de “Regulación”.

Las espiras se disponen unas sobre otras, y pueden estar formadas por uno o varios conductores.

Tienen una buena resistencia mecánica, pero al carecer de separadores entre las espiras presentan una escasa refrigeración.

COMPOSICIÓN: (Figura 10)

Un mazo con 2 o más conductores radial y/o axialmente
Una espira por vuelta
Sin cuñas separadoras entre espiras
Transposiciones entre conductores radiales
La altura bobinada = al número de espiras + 1

Figura 10: Bobinado cilíndrico de 1 capa

El caso de arrollamientos cilíndricos de regulación todos los escalones (dispuestos unos sobre otros) se bobinan conjuntamente.

COMPOSICIÓN: (Figura 11)

Número de mazos de conductores igual al número de escalones
Los escalones se bobinan a la vez en paralelo
Los escalones superiores e inferiores se unen con la misma numeración y se llevan al regulador de tomas
Una espira por vuelta
Sin cuñas separadoras entre espiras

Figura 11

Bobinados tipo “CILINDRICO” de 2 capas: se usan para arrollamientos de “Baja Tensión” y muy fuertes intensidades. Cada capa está formada por varios conductores en paralelo dispuestos axialmente; cada capa se bobina en un sentido, y al pasar de una capa a otra es preciso transponer los conductores.

El principio y final del bobinado queda siempre en la parte superior del arrollamiento.

COMPOSICIÓN: (Figura 12)

Conductores en paralelo en sentido axial
Una espira por vuelta
Sin cuñas separadoras entre espiras
Separación entre capas, regletas y tubo aislante
Transposiciones entre los conductores radiales al paso entre capas
Distinto sentido de bobinado en las capas
La altura bobinada = número de espiras por capa + 1
Principio y final de bobina en la parte superior

Figura 12: Bobinado cilíndrico de 2 capas

Bobinados tipo “CILINDRICO” multicapa: se utilizan para arrollamientos de Alta Tensión.

Son bobinados con alta resistencia mecánica, entre capas llevan separadores y varios estratos de papel para subdividir el espacio entre capas y obtener tanto un buen aislamiento como una eficaz refrigeración.

COMPOSICIÓN: (Figura 13)

Un mazo con dos o más conductores en sentido radial
Una espira por vuelta
Sin cuñas separadoras entre espira
Transposiciones entre los conductores radiales al paso entre capas
Capas pares en un sentido e impares en sentido inverso
La altura bobinada = número de espiras por capa +1

Figura 13: Bobinado cilíndrico multicapa

Bobinados tipo “HÉLICE”: se utilizan en arrollamientos de baja tensión y grandes intensidades. Pueden fabricarse con uno o dos mazos de conductores y disponen de separadores entre espiras y mazos. Para muy altas intensidades se fabrican con dos “hélices”, el paso de una hélice a otra se realiza en la parte inferior del bobinado.

COMPOSICIÓN: (Figura 14)

Uno o dos mazos de conductores (2 o más conductores)
Una espira por vuelta
Cuñas separadoras entre mazos y entre espiras
Transposición entre conductores de un mismo mazo
Altura bobinada = número de espiras + 1

Figura 14: Bobinado tipo hélice

Bobinados de “DISCO” tipo “CONTINUO”: se utilizan en arrollamientos de Media Tensión, presentan buenas resistencia mecánica y refrigeración.

COMPOSICIÓN: (Figura 15)

Cada disco es un conjunto de espiras planas, radialmente unas junto a otras
Conductores alternativamente unidos por dentro y por fuera
Los pasos entre discos (cableados) repartidos en la circunferencia
Conductor continuo sin soldaduras
Uno o más conductores en paralelo

Figura 15: Bobinado de disco tipo continuo

Bobinados de “DISCO” tipo “ENTRELAZADO” (total o parcialmente): se utilizan para bobinados de Alta Tensión, ya que al ser tener una mayor capacidad serie mejora notablemente la distribución de las tensiones de impulso.

COMPOSICIÓN: (Figura 16)

Cada disco es un conjunto de espiras planas, radialmente unas junto a otras
Conductores alternativamente unidos por dentro y por fuera
Los pasos entre discos (cableados) repartidos en la circunferencia
Los conductores se cortan para permitir el intercalar las espiras, después se sueldan

Figura 16: Bobinado de discos tipo entrelazado

Finalizada la fabricación de bobinas, éstas se comprimen entre placas metálicas y se introducen en una estufa donde se les aplica calor y vacío con objeto de extraer la humedad contenida en los aislantes; en una prensa se comprimen hasta llevarlas a la dimensión axial requerida. Comprimidas, se mantienen hasta el momento de ser montadas (“caladas”) en el circuito magnético.

Figura 17: Torno vertical para bobinas de columnas

Figura 18: Torno horizontal para bobinas de columnas

Montaje de bobinas, conexionado y tratamiento

Una vez el circuito magnético levantado, se procede a “calar” en las columnas los distintos bobinados con los aislantes entre bobinas que precisen (figura 19).

La disposición normal de los bobinados (contados desde el más próximo al núcleo magnético hacia el exterior) es la siguiente:

Terciario (caso de existir)
Baja Tensión
Alta Tensión
Regulación (caso de llevarla).

Figura 19: Calado de Bobinas en el circuito magnético

Una vez montadas todas las bobinas se procede a la colocación de las piezas de apriete de culata superiores y al ensamblaje con las columnas de la chapa magnética de la culata superior. Una vez montada la tapa se comprimen las bobinas para dejarlas a la altura conveniente.

El siguiente paso consiste en el montaje del bastidor aislante que soporta el conexionado interno y el cableado a: bornas, cierre de estrellas, cierre de triángulos y conexiones a los cambiadores de tomas.

Finalizadas las operaciones anteriores se procede al tratamiento de secado de la parte activa; para ello se introduce todo el conjunto (parte activa+tapa) en una estufa donde se somete al siguiente proceso (Figura 20):

Figura 20: Estufa de secado de partes activas

● En una primera etapa se aplica calor y vacío con objeto de extraer la humedad a los aislantes. Este proceso puede durar algunos días, ya que debe conseguirse que la humedad extraída durante tres horas consecutivas se mantenga por debajo de un cierto valor, generalmente < 0,1 litros/hora.

● Una vez conseguido lo anterior se inunda la estufa con aceite caliente debidamente tratado, con objeto de que los poros de los aislantes dilatados por el calor se impregnen de aceite y se evite la absorción de humedad.

Encubado y montaje de accesorios

Finalizado el proceso de secado, y en el período de tiempo más corto posible, se encuba el transformador, se atornilla la tapa, se montan las bornas, equipo de refrigeración, conservador y tuberías, y en general se procede a cerrar cualquier abertura en cuba y tapa con objeto de iniciar seguidamente el llenado de aceite.

Con el aceite ya tratado previamente, comienza el llenado del transformador bajo vacío; generalmente se realizan dos o tres pasadas por el filtro hasta que se consigan los valores prefijados de rigidez dieléctrica, contenido de humedad y recuento de partículas en suspensión.

Figura 21: Campana de vacío para el llenado de aceite en el transformador

Seguidamente se montan el resto de accesorios: termómetros, sondas termométricas cabinas de control de la refrigeración y mandos a motor de los cambiadores de tomas en carga, cableado exterior de los aparatos de protección etc.

Tras un período de reposo con objeto de que el posible aire ocluido pueda aflorar a las partes más altas de transformador, se efectúa una purga de todos los elementos susceptibles de almacenar aire en la parte superior: bornas, torretas, cabezas de cambiadores, etc.

Así queda el transformador dispuesto para los ensayos finales

FUENTES:

Schneider Electric: Catálogo Transformador Trihal

Siemens: Catálogo Transformador Geafol

ABB: Curso de Transformadores de Potencia

Andrés Granero: Manual de Transformadores de Potencia

POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

http://www.mediafire.com/file/hisxqhk7d3cnihf/Devanados_de_Transformadores_%28y_Parte_2%C2%AA%29.pdf