Transformadores

Transformadores

El transformador de potencia

El transformador es un aparato que realiza una función muy poco vistosa –no realiza ningún trabajo mecánico (salvo vibrar)– pero en cambio sí muy útil para el transporte de la energía eléctrica. La función de los transformadores es la de cambiar los parámetros de la energía eléctrica.

De forma tal, que no sea preciso generar, transportar y consumir la energía a una misma tensión. El primer sistema de distribución de electricidad lo puso en servicio Edison, en Nueva York, en el año 1882. Se trataba de una pequeña central eléctrica que suministraba corriente continua a 120V.

Esta tensión tan baja requería que por los cables circulasen grandes corrientes, lo que daba lugar a enormes caídas de tensión y enormes pérdidas. De modo que en la práctica una central sólo podía alimentar a una manzana de edificios. La invención del transformador y los desarrollos de las fuentes de corriente alterna, resolvieron los graves problemas que tenía la distribución de energía eléctrica en corriente continua. Si se eleva por ejemplo en diez veces la tensión en la distribución, la corriente se reduce justamente en esas diez veces, con lo que las caídas de tensión también se reducen en ese factor, y las pérdidas en los cables en 100 veces (102 ). En los sistemas de generación modernos, la tensión oscila entre 15kV y 30kV, el transporte se puede hacer hasta los 380kV, mientras que los consumos más usuales son en 380V. La relación entre las tensiones de consumo y la de transporte puede llegar a ser, por tanto, de 1000; con lo que las pérdidas en los cables de transporte se reducen un millón de veces, respecto de las que se tendrían si el transporte se realizase en baja tensión.

Constitución

Núcleo.

  • Columnas.
  • Culatas.
  • Transformadores acorazados y transformadores de columnas.
  • Chapas magnéticas.

Devanados.

  • Alta y Baja.
  • Concéntricos o alternados.

Refrigeración.

  • Seco.
  • Baño de aceite. (Depósito de expansión).
  • Pirelanos prohibidos. Ahora aceite de siliconas.
  • Radiadores para potencias grandes (más de 200kVA).

Aislantes y Otros.

Aisladores pasantes.

(pasa-tapas o pasa-muros).

Relé de gas (relé Buchholtz), para detectar el aceite vaporizado en los transformadores de gran potencia. Designaciones. Alta: A, B, C. Baja: a, b, c. Puntos homólogos:

  • Dos puntos (h) situados en uno de los extremos de cada bobina.
  • Si la tensión en el primario es más positiva en el extremo que tiene el punto que en el que no lo tiene, entonces, la tensión en el secundario es también más positiva en el extremo punteado. Si la corriente en el primario entra en el transformador por el extremo punteado, en el secundario la corriente saldrá del transformador precisamente por el extremo donde se sitúa el punto. (Es decir, se ha tomado el criterio de transporte de energía: lo que entra por un lado sale por otro.)

Potencias comerciales: (múltiplos de 21/3) (nominal equivale a plena carga):

TRANSFORMADORES

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Placa de características:

  • Potencia nominal.
  • Tensiones nominales.
  • Frecuencia e impedancia equivalente en tanto por ciento, o caída de tensión relativa de cortocircuito.
  • Tensiones de las derivaciones (si las hay) Esquema de conexión interna.
  • Tipo de transformador, clase de refrigerante, fabricante, serie, código, etc.

Normas:

  • CEI-76
  • UNE 20-101-75.

 

transformadores de tensión

transformadores de tensión

Transformadores de tensión

Si consideramos un Transformadores de tensión con neutro aislado o puesto a tierra a través de una impedancia muy elevada con transformadores de medida entre cada fase y tierra instalados para permitir controlar el potencial de cada fase, se puede decir que cada uno de estos transformadores son inductancias con núcleo saturable. Por otro lado, cada línea de la red presenta, con relación a tierra, una cierta capacidad.

Se observa, por ello, que pueda aparecer entre cada fase y tierra un circuito paralelo inductivo-capacitivo susceptible de dar lugar a una ferroresonancia.

En los circuitos de MT con el neutro aislado o conectado a tierra por medio de una impedancia de valor elevado, si se produce un cortocircuito a tierra en una de las fases, la tensión respecto a tierra de las otras dos fases, aumenta pudiendo llegar a ser de valor próximo al de la tensión entre fases es decir 1,73 Vo (Vo tensión simple fase-neutro).

Si en el circuito hay transformadores de tensión (TT) conectados entre fase y tierra, pueden producirse por esta causa (cortocircuito a tierra) unas importantes sobretensiones en dichos TT, debidos a un fenómeno de resonancia entre la inductancia L del TT y la capacidad C respecto a tierra. Dichas inductancia L y capacidad C están en paralelo. Este sería el fenómeno denominado “ferrorresonancia” y puede provocar graves averías en los TT’s.”Transformadores de tensión

Para evitarlo es usual la siguiente solución, posible cuando hay tres TT con los segundos secundarios (“arrollamientos de tensión residual”) conectados entre sí formando un triángulo abierto:

Se conecta una resistencia óhmica entre los bornes de dicho triángulo abierto. En situación normal (sin defecto a tierra) no hay tensión entre los bornes del triángulo abierto y por tanto no circula corriente por la resistencia. Ahora bien en caso de defecto a tierra de una de las fases, aparece una tensión entre los bornes del triángulo abierto y la consiguiente corriente por la resistencia. Esta corriente produce un efecto amortiguador de la ferrorresonancia. El valor de esta resistencia, por ejemplo, en el caso de TT’s de potencia 150 VA y arrollamiento de tensión residual = 100/3 V,  sería:  R = 3 raiz 3 (100/3)^2 /150 = 38,5 ohmios y su potencia de: (3×100/3)^2 / 38,5 = 26 W.

Un síntoma característico de la destrucción de los TT por ferrorresonancia es que el arrollamiento primario estaría completamente destruido y el secundario intacto,

 

Transformadores de potencia

Un transformador está constituido por conductores bobinados alrededor de un núcleo magnético. Su conjunto está formado por resistencias (la de los conductores), reactancias (las bobinas) y capacidades (entre espiras, entre arrollamientos y entre estos y masa).

En baja frecuencia es fácil calcular un valor global de este conjunto de impedancias donde las capacidades suelen tener un valor muy reducido. Sin embargo, en frecuencias elevadas no sucede lo mismo.

Los efectos capacitivos suelen ser importantes y por tanto, se hace necesario descomponer el transformador en un cierto número de circuitos elementales compuestos cada uno de resistencia, inductancia y capacidad.

El conjunto puede ser considerado como un ensamblaje complejo de circuitos resonantes en paralelo. La impedancia global de un sistema así es una función compleja

En una parte elemental de este complejo circuito, puede verse incrementada su impedancia hasta el infinito para una determinada frecuencia, los otros elementos conservan sus valores de impedancia más bajos, el resultado es que la tensión no se reparte uniformemente a lo largo del bobinado sino que se concentra casi en su totalidad en la parte en resonancia.

Una tensión elevada puede aparecer exclusivamente entre dos conductores muy próximos y ser superior a la tensión de ruptura entre estos dos conductores. La repartición de la tensión debida a una corriente armónica puede no ser lineal a lo largo de una bobina y concentrarse en un punto superando, igualmente su tensión de ruptura.

La puesta en tensión de un Transformadores de tensión en vacío puede ser el fenómeno transitorio que provoque la ferroresonancia. En efecto, según el instante de conexión puede registrarse una fuerte asimetría de corriente magnetizante. La onda de corriente presentará puntas muy importantes en un sentido y nulas en sentido inverso así como un descenso exponencial de la componente continua. La amplitud de la corriente es aproximadamente 100 veces la corriente nominal. Estas puntas de corriente de una determinada polaridad, corresponden a un estado de saturación importante del circuito magnético del Transformadores de tensión. La componente continua de la corriente cargaría las capacidades de la red, provocando la aparición de una tensión entre el punto neutro y tierra permitiendo su oscilación y entrar en régimen de ferroresonancia.

 

Transformador de corriente

transformador de voltaje

Transformador de Voltaje

La palabra transformador proviene de transformar. Y ésta proviene del latín, del verbo transformo, transformare, transformavi, transformatum. Está formado por la voz latina forma, formae cuya raíz hace referencia a la figura o imagen y por el verbo transeo, transere, transii, transitum cuyo concepto indica transitar, ir al otro lado. A esa base se la añade el sufijo –dor que significa instrumento o agente.

La palabra voltaje proviene de voltio. Y ésta fue acuñada en honor de Alessandro Volta, científico que inventó la pila voltaica, la primera batería química. A la raíz volt se le agrega el sufijo –aje cuyo significado es pluralidad o conjunto.

Clase: sustantivo, masculino, singular (transformador); preposición (de) y sustantivo, masculino, singular (voltaje).

transformador de voltaje

transformador de voltaje

Definición de transformador de voltaje

La Real Academia Española da como su definición “aparato eléctrico para convertir la corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad, o viceversa.”

En cuanto a voltaje, lo define como: “cantidad de voltios que actúan en un aparato o sistema eléctrico.”

Para la Enciclopedia Universal 2012, transformador es: “un dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida).”

Lo define también, como “dispositivo que transfiere energía eléctrica de un circuito de corriente alterna a otro u otros circuitos, ya sea aumentando o reduciendo el voltaje”. “Los transformadores se usan ya sea para reducir el voltaje de una red de distribución para operar dispositivos de bajo voltaje (timbres de puertas o trenes eléctricos de juguete) o bien para aumentar el voltaje proveniente de generadores eléctricos, de modo que la energía eléctrica pueda ser transmitida a lo largo de grandes distancias. Los transformadores actúan a través de la inducción electromagnética; la corriente de la bobina primaria del transformador induce corriente en la bobina secundaria. El voltaje secundario (inducido) se calcula multiplicando el voltaje primario por la razón entre el número de espiras en la bobina secundaria y el número de espiras en la bobina primaria.”

Sinónimos de transformador de voltaje

Convertidor de voltaje; transformador de tensión.

Ejemplos de uso y frases

“Debido a una falla en un transformador de voltaje, se ha quedado sin energía eléctrica una parte de la ciudad”. En este ejemplo, se usa con el sentido de grandes convertidores utilizados por las compañías de electricidad.

“Le han recomendado que para su viaje al exterior, lleve un transformador de voltaje para poder utilizar sus aparatos eléctricos”. Aquí, se refiere a la diferencia que hay entre países, donde algunos usan 220V y otros 110V.

“Quedó sumamente impresionado con los transformadores de voltaje de la gran central hidroeléctrica por eso, les ha sacado varias fotos”. Se aplica en este caso, a los transformadores que se utilizan en un tipo específico de centrales.