EL TRANSFORMADOR
SSEE BACATA 500 KV PROPIEDAD DE ISA.
El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.
Consideraciones generales: un transformador consta de dos partes fundamentales: el núcleo de un material magnético el cual forma un circuito magnético cerrado, sobre sus columnas se localizan los devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el “secundario”, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente aislados entre sí; estos están relacionados con otros elementos destinados a las conexiones mecánicas y eléctricas entre las distintas partes al sistema de enfriamiento, al medio de transporte y a la protección de la máquina en general, en cuanto a las disposiciones constructivas, el núcleo determina características relevantes, de manera que se establece una diferencia fundamental en la construcción de transformadores, dependiendo de la forma del núcleo, pudiendo ser el llamado NUCLEO TIPO COLUMNAS y el NUCLEO TIPO ACORAZADO, existen otros aspectos que establecen diferencias entre tipos de transformadores, como es por ejemplo el sistema de enfriamiento, que establece la forma de disipación del calor producido en los mismos, o bien en términos de su potencia y voltaje para aplicaciones, como por ejemplo clasificarlos en transformadores de potencia ó tipo distribución.
La temperatura y los materiales aislantes: uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está producida principalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores, durante su operación, estas pérdidas están localizadas en los siguientes elementos principales:
El núcleo o circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto de histéresis y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la inducción, es decir, que influye el voltaje de operación.
Los devanados, aquí las pérdidas se deben principalmente al efecto joule y en menos medida por corrientes de Foucault, estas pérdidas en los devanados son dependientes de la carga en el transformador.
Se presentan también pérdidas en las uniones o conexiones que se conocen también como “puntos calientes” así como en los cambiadores de derivaciones o cambiador de tomas.
Todas estas pérdidas producen calentamiento en los transformadores, este calentamiento se debe controlar manteniéndolo en valores que no resultan peligrosos para los aislamientos, por medio de la aplicación de distintos medios de enfriamiento.
Con el propósito de mantener en forma confiable y satisfactoria la operación de las maquinas eléctricas, el calentamiento de cada una de sus partes, se debe controlar dentro de ciertos límites previamente definidos. Las perdidas en una máquina eléctrica son importantes no tanto porque constituyan una fuente de ineficiencia, sino porque pueden representar una fuente importante de elevación de temperatura para los devanado, esta elevación de temperatura puede producir efectos en los aislamientos de los propios devanados, o bien en los aislamientos entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los aislamientos entre devanados y el núcleo, se mantengan dentro de los límites de temperatura que garanticen su correcta operación, sin perder su efectividad.
La elevación en la temperatura depende también de la carga en las máquinas dentro de sus límites de carga o “cargabilidad” establecidos, para así respetar los límites de temperatura de sus aislamientos.
En su régimen nominal de operación, un transformador tiene estrechamente, ligado su voltaje y potencia a los límites impuestos por los aislamientos usados y en menor grado por las pérdidas por efecto joule.
Clasificación de los materiales aislantes: se establecen siete clases de materiales aislantes para máquinas eléctricas con relación a su estabilidad terminal.
CLASE | TEMPERATURA |
Y A E B F H C | 90 oC 105 oC 120 oC 130 oC 155 oC 180 oC Mayor a 180 oC |
Brevemente se describen a continuación estos materiales aislantes:
Clase Y.
Materiales o combinaciones de materiales, tales como algodón, seda y papel sin impregnar.
Clase A.
Materiales o combinaciones de materiales tales como el algodón, sed a y papel con alguna impregnación o recubrimiento o cuando se sumergen en dialécticos líquidos tales como aceite. Otros materiales o combinación de materiales que caigan dentro de estos límites de temperatura, pueden caer dentro de esta categoría.
Clase E
Materiales o combinaciones de materiales que por experiencia o por pruebas, pueden operar a temperaturas hasta de 5oC, sobre la temperatura de los aislamientos Clase A.
Clase B.
Materiales o combinaciones de materiales tales como la única fibra de vidrio, asbestos, etc. con algunas substancias aglutinantes, pueden haber otros materiales inorgánicos.
Clase F.
Materiales o combinaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, asbesto, etc., con sustancias aglutinables, así como otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamente inorgánicos.
Clase H.
Materiales tales como el silicón, elastómetros y combinaciones de materiales tales como la mica, la fibra de vidrio, asbestos, etc., con sustancias aglutinables como son las resinas y silicones apropiados.
Clase C.
Materiales o combinaciones de materiales tales como la mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes.
Métodos de enfriamiento de transformadores de potencia.
Como ya se mencionó antes, el calor producido por las pérdidas en los transformadores afecta la vida de los aislamientos, por esta razón es importante que este calor producido se disipe de manera que se mantenga dentro de los límites tolerables por los distintos tipos de aislamiento.
La transmisión del calor tiene las etapas siguientes en so transformadores:
v Conducción a través del núcleo, bobinas y demás elementos hasta la superficie.
v Transmisión por convección en el caso de los transformadores secos.
v Para los transformadores en aceite, el calor se transmite por convección a través de este dieléctrico.
Los límites de calentamiento para los transformadores se dan a continuación:
PARTE DEL TRANSFORMADOR | MODO DE ENFRIAMIENTO | CLASE DE AISLAMIENTO (POR TEMPERATURA) | CALENTAMIENTO oC |
Devanados | Por aire, natural o con ventilación rozada | A E B F H C | 60 75 80 100 125 150 |
a) Circuitos magnéticos y otras partes. b) Sin estar en contacto con los devanados. | a) Los mismos valores que para los devanados. b) Valores similares a las partes aislantes susceptibles de entrar en contacto con los devanados. |
Líquidos refrigerantes y aislantes.
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:
v La más volumétrica.
v El coeficiente de dilatación térmica.
v La viscosidad.
v 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.
Dignación de los métodos de enfriamiento.
Los transformadores están por lo general enfriados por aire o aceite y cualquier método de enfriamiento empleado debe ser capaz de mantener una temperatura de operación suficientemente baja y prevenir “puntos clientes” en cualquier parte del transformador. El aceite se considera uno de los mejores medios de refrigeración que tiene además buenas propiedades dieléctricas y que cumple con las siguientes funciones:
v Actúa como aislante eléctrico.
v Actúa como refrigerante.
v Protege a los aislamientos sólidos contra la humedad y el aire.
Con relación a la transferencia del calor específicamente, las formas en que se puede transferir por un transformador son las siguientes:
Radiación.
Es la emisión o absorción de ondas electromagnéticas que se desplazan a la velocidad de la luz y representa en temperaturas elevadas un mecanismo de pérdida de calor. En el caso de los transformadores, la transferencia del calor a través del tanque y los tubos radiadores hacia la atmósfera es por radiación.
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
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.
6. Tipo OA/FOA/FOA.
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio/con aceite forzado – aire forzado/con aceite forzado/aire forzado.
Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el régimen de operación (carga) de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos: en el primero se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA, con el segundo paso se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10000 kVA monofásicos 15000 kVA trifásicos.
7. Tipo FOA.
Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo.
8. Tipo OW.
Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los serpentines por convección natural.
Tipo FOW.
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es prácticamente igual que el FO, sólo que el cambiador de calor es del tipo agua – aceite y se hace el enfriamiento por agua sin.
BIBLIOGRAFIA
Máquinas Eléctricas y transformadores. Edwin Kosow
El ABC de las Máquinas Eléctricas. Enríquez Harper
http://www.alipso.com/monografias/transforma/
