El ABC de las máquinas eléctricas I. Transformadores.pdf
Descripción
Otras obras del autor: • E l A B C d e las in sta la cio n e s eléctricas residencíeles •
E l A B C d e las in sta la cio n e s eléctricas in d u stria le s
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F u n d a m e n t o s d e in stala cion e s e lé c tri cas d e m e d ia n a y a lta te n sió n
'•
M a n u a l d e in stala cion e s e lé ctrica s resi d e n cia le s e in d u s tria le s
• C u r s o d e m á q u in a s s ín c r o n a s • C u r s o d e m á q u in a s d e c o r r ie n t e c o n t i n ua • A n á lis is m o d e r n o d e sistem as e lé c tri c o s d e p o te n c ia • C u r s o d é tr a n s f o r m a d o r e s y m o to re s trifá s ic o s d e i n d u c c ió n • E l e m e n t o s d e c e n tra le s e lé ctrica s I y II •
E le m e n t o s d e d is e ñ o d e subestaciones e lé c trica s
•
L í n e a s de t r a n s m is ió n y redes d e d is tri b u c i ó n d e p o t e n c ia e lé c tric a I y II
• T é c n i c a d e las altas te n s io n e s I y II •
F u n d a m e n t o s d e p r o t e c c ió n d e siste m a s e lé c tric o s p o r re le va d o re s
•
I n t r o d u c c i ó n al análisis d e los sistemas e lé c tric o s d e p o te n c ia
•
I n t r o d u c c i ó n al análisis d e redes e lé c t ric a s e n sistem as d e p o te n c ia
EL ABC DE LAS M ÁQUINAS ELÉCTRICAS
I. TRANSFORMADORES
EL ABC DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
I. TRANSFORMADORES
GILBERTO ENRÍQUEZ HARPER
Profesor titular de la ESlME-iPN
!ü
NORIEGA
E D IT O R E S
EDITORIAL LIMUSA MÉXICO • ESPAÑA • VENEZUELA • ARGENTINA COLOMBIA * PUERTO RICO
l a presentación y disposición en c o n ju n to de t i A B C D E L A S M Á Q U I N A S E L E C T R I C A S /- T R A N S F O R M A D O R E S non p ropie da d d e l editor. N in g u n a p a rle de esta o b ra p u e d e ser re prod ucida o transm itida, m edia nte n in g ú n sistema o m é to d o , e le c fró n k o o m ecánico (i.ic lu y e n d o e l f o lo c o piado, la grabación o cualquier sistemo d e recuperación y uim acena m iem o d e inform a ción) . sin c o n se n tim ie n to p o r escrito d e l editor.
Derechos reservados €> 19R9. E D I T O R I A L L l M U S A . S . A . d c C . V . Balde ras 9 S . Prim er piso, 0f>040. M c x k o . D . Ir. M ie m b ro de Ja C a n u ta N acional di* la Industria E d ito ria l. R c#isU o N ú m 1?|
Primera edición. 1987 Primera reimpresión. 1989 Im preso en M éxico 18014)
IS B N 968 -
18 - 2570 - S
PRO LO G O
El e s t u d i o d e
l a s m á q u i n a s e l é c t r i c a s h a s i d o un t e m a d e
rés d e s d e q u e e s t a s a p a r e c i e r o n c o m o p a r t e sistemas eléctricosda m o d e r n a ,
Dada
integrante de
la i m p o r t a n c i a q u e
por sus aplicaciones
inie
tienen en
Ios -
la v i
industriales y domesticas,
-
se ha cons i d e r a t í c q u e e s de u t i l i d a d d i s p o n e r d e u n a g u i a --práctica en
la s e l e c c i ó n ,
i n s t a l a c i ó n , o p e r a c i ó n y m a n t e n ! --
miento de las máquinas eléctricas mientes
incluyendo algunos conocí -
básicos de teoría que permitan comprender m e j o r
los -
tenas prácticos.
Este t r a b a j o e s t a d i r i g i d o a los t é c n i c o s y e l e c t r i c i s t a s — prácticos,
pero desde
luego que puede ser
p e r s o n a s r e l a c i o n a d a s c o n el Cubrir cada capitulo con ejemplos de i l u s t r a c i o n e s ,
tema,
utilizado por
por
lo q u e s e
todas
t r a t a de
resueltos y un buen número-
de manera que a cada
tema se
le d e la m a y o r
claridad posible.
Lomo en o t r a s p u b l i c a c i o n es ,
en esta ocasión he c o n t a d o nueva
* * n t e c o n l a v a l i o s a c o l a b o r a c i ó n d e m i s a m i g o s y compafi e r o sla C - F - E . g
en las
ilustraciones a
•2 B e n i t o y P a t r i c i o B e y e s T. r,ad© a i a
Magda
los S e ñ o r e s
y e n el
P o n c e Z.
trabajo de mecanogra -
y la fira.
•• a q u i e n e s a g r a d e z c o s u a y u d a v a l i o s a
5
Adolfo Frias
Ana Haría
Fernández-
y desinteresada-
A MI QUERIDA HIJA PAOLA
C O N T E N I D O
CAPITULO 1 .
CONCEPTOS GENERALES DE LOS TRflHSFQRBflDORES.
In t r o d u c c i ó n
17
...............
20
Principio c e inducción electromagnética.... Principio E fectos
.....
25
.........
29
d e funcionamiento d e l transformador
d e l a frecuencia y el fllíjo
tL DIAGRAMA FASGRIAL DEL TRANSFORMADOR EN VACIO. . . .
33
Relación
..
37
...
51
de c o r r i e n t e .........................
El
diagrama fasorial c o n
CAR6A . . . . . . . .
El
circuito equivalente de
un
54
transformador
Diagrama fasorial a plena carga
..........
L a aplicación de l o s circuitos e q u i v a l e n t e s .
55 59
Determinación d e las constantes del transformador . . . .
66
Pérdidas
68
en l o s devanados a plena carga
..........
74
potencia d e los transformadores .............
83
Regulación
del transformador
m E & m . La
Contenido 11 La
eficiencia en los t ra n s f o r m a d o r e s .........
Eficiencia
85 , -
diaria d e los tran sforma dores
Transformadores
.............
trifásicos
* .*-
para l a selección d e c o n e x i o n e s ....
Criterios
Defasamilnto
92 94 99
entre las f a s e s ................
100
LATXlOTmCfLiBJMffiMB. Consideraciones
generales
.
.............
115
La
Da
.
.....................
115
construcción
núcleo
Elementos
de los núcleos de t r a n s f o r m a d o r e s ..
119
S ecciones
de las
c o u m A S ..................
123
T ipos
de núcleos
H errajes
o armadura
..........
124
. . . ................... .
128
LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES . . . . . . . . . .
128
Devanados
130
para transformadores de distribución
Construcción Conexiones
......
d e los d e v a n a d o s ........
de los d e v a n a d o s ............
rlATERIALES ELÉCTRICOS USADOS EN
LA
TRANSFCRIADORES..............
138 ......
CONSTRUCCIÓN
144
DE
1Í2
10 Comenido CorctcTOREs - M ateriales -
e l é c t r i c o s ............
157 ...
157
los materiales aislantes . . . . . . . .
158
.......
160
eléctricas de los materiales aislantes
La temperatura Clasificación
CAPITULO
152
a i s l a n t e s .........
Propiedades
Métodos
.
y
de los materiales aislantes
..
d e enfriamiento d e transformadores de potencia .
.
162
P IM IE N T O S DE CALCULO DE TIWSFOíWDQRES.
...........
177
las partes activas del transformador .
177
Introducción DlMENSIONAMIENTO de Determinación Cálculo
d e número de espiras
Densidad d e Relación
178
del flujo
corriente
.................. -
.............................
184' 186.
entre las pérdidas en el fierro y las pérdidas
EN EL COBRE
..............
186
>
LOS AMPERE-ESP1RA POR UNIDAD DE LONGITUD EN LA COLUMNA .
187
-
Aislamiento entre devanados y entre devanados y el - NÚCLEO , , ...............................
188
- D istancias dos
entre devanados y e l yugo y entre los devana
Y EL TANQUE
...............................
190
12
Contenido
CAPITULO 6 .
D imensionamiento de los transformadores trifásicos en - A I R E ............................. * . . , ........
191
D imensionamiento d e los transformadores trifásicos de dis tribución ENFRIADOS POR ACEITE ...............
193
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
231
EL
CONCEPTO D E POLARIDAD .
........................
231
La
prueba d e polaridad
.................
234
Conexión
d e los transformadores m o n o f á s i c o s ..........
235
S istemas
polifásicos
...................
236
Conexión
trifásica d e los t r a n s f o r m a d o r e s ............
238
Conexión
de transformadores en paralelo
. ..
.......
253
PRUEBAS A TRANSFQRfflTORFS.
Introducción
.....
......
Pruebas
a l aceite d el transformador
Pruebas
d e rigidéz dieléctrica del aceite
Prueba
267 269 . . , , ,
, ,
271
de factor d e p o t b e i a del a c e i t e ..........
274
d e a c e i t e s ...............
276
Rehabilitación
Contenido 13 Prueba
de resistencia d e aislamiento
. . , ,
M edición d e l a resistencia d e u d s d e v a n a d o s
Prueba
de p o l a r i d a d
Prueba
de desplazamiento d e fase
Pruebas Prueba
de
Prueba de v o l t a j e Prueba d e
..........
279 283
.....................
284
............
287
.......
289
aplicado................. ........
289
aislamiento
de voltaje
....
de
los transformadores
inducido
i m p u l s o
.
......................
...........
291 294
P r u e b a d e f a c t o r d e p o t e n c i a a l a s bo q u i l l a s d e l t r á n s e o s .
m x x t .................
297
MEDICION DE LAS PÉRDIDAS EN VACÍO V LAS CARACTERÍSTICAS DE CORTO C I R C U I T O .................................
299
Pr u eb a
de
vacío del transformador
.. . . . . . . . . . .
299
FfcUEBA DE CORTO CIRCUITO................... .
300
Trabajos
302
d e mantenimiento en los transformadores
C
A
P
I
T
U
L
O
1
CO N CEPTO S GENERALES DE TRANSFORMADORES
LOS
CA E H J J L O
I
CONCEPTOS GENERALES DE LOS TRANSFORMADORES
Para las personas no familiarizadas
con
la electricidad y que de -
UNA U OTRA FORMA HACEN USO DE ELLA EN LA VIDA COTIDIANA, RESULTANATURAL ENCENDER UN FOCO- ACCIONAR UNA L1CUAD0RA, CONECTAR UNA — PLANCHA, HACER FUNCIONAR UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO, ETC. ~ Y EN REALIDAD. SÓLO SABE EN FORMA MUY GENERAL, QUE POR EJEMPLO, UNA LICUADORA ES ACCIONADA POR UN MOTOR ELÉCTRICO Y LO MISMO OCU RRE CON UNA ASPIRADORA O UNA BATIDORA- O BIEN OTROS APARATOS DO MÉSTICOS.
Pa r a
a l g u i e n q u e tien e c o n t a c t o c o n c ier tos tipo s de
industrias,
COMO LAS DE MANUFACTURAS POR EJEMPLO, ES COMÚN OBSERVAR MAQUINA RIA ACCIONADA POR MOTORES ELÉCTRICOS DE MEDIANO Y GRAN TAMAÑO, CON EQUIPO AUXILIAR DE CONTROL Y PROTECCIÓN MÁS O MENOS COMPLEJA. To d o s
estos elementos q u e
intervienen en las
instalaciones eléc
-
TRICAS RESIDENCIALES. COMERCIALES O INDUSTRIALES, OPERAN BA j O -CIERTOS PRINCIPIOS GENERALES Y ESTÁN CONSTRUIDOS CON ELEMENTOS — MÁS O MENOS COMUNES. ESTOS ELEMENTOS SE DISEÑAN Y CONSTRUYEN EN LAS FÁBRICAS DE APARATOS Y MÁQUINAS ELÉCTRICAS, SE DEBEN INSTALAR Y OPERAR Y EVENTUALMENTE MANTENER Y REPARAR. ESTO HACE NECESARIOQUE EXISTAN PERSONAS CON CONOCIMIENTOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS, —
“QUE COMPRENDAN SUS PRINCIPIOS Y ESTEN EN POSIBILIDAD DE RESOLVERDISTINTOS PROBLEMAS QUE PLANTEA EL USO Y CONSERVACIÓN DE LAS MIS MAS.
17
Conceptos generales de los transformadores Una
de las m aqu inas eléctricas que dese mpeña un papel fundamen
TAL EN EL PROCESO PRODUCCIÓN-UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRIC; es el llamado genérica
TRANSFORMADME
Aq u í ,
conviene hacer una revisión-
SOBRE LAS FORMAS DE OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
EN LAS LLAMADAS CENTRALES ELÉCTRICAS, MEDIANTE UN PROCESO DE COI VERSIÓN DE LA ENERGÍA Y EN DONDE LAS FUENTES PRIMARIAS PUEDEN SER EL AGUA EN FORMA DE CAÍDAS DE AGUA O CAUDAL EN LOS RÍOS, DE nominadas
HIDROELECTRICAS,
t a m b i é n p u e d e n t e n e r c o m o e n e r g í a pr
MARIA ELEMENTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO QUE ACCIONAN PRIMO MOTO RES MEDIANTE VAPOR OBTENIDO DE UN PROCESO TERMICO Y QUE SE CONO CEN
como
TERMOELECTRICAS, o
b i e n a q u e l l a s q u e u s a n v a p o r naturaí
OBTENIDO DEL SUBSUELO Y QUE SE CONOCEN COMO GEOTERMOELECTRICAS AQUELLAS QUE TIENEN COMO FUENTE PRIMARIA DE ENERGÍA, MATERIALESNUCLEARES COMO EL URANIO. SE DENOMINAN NUCLEOEIECTRICAS.
Pa r a
c a d a uno de estos ti p o s , existen variantes en cuanto a pr o
cipi o d e f u n c i o n a m i e n t o y t a m a ñ o , el estu dio d e este te m a e s ma teria de otras publicaciones.
Lo
que se d e b e hace r n o t a r , es
-
QUE EN LA MAYORÍA DE LOS CASOS. LOS CENTROS DE PRODUCCIÓN DE LAENERGÍA ELÉCTRICA, SE ENCUENTRAN DISTANTES DE LOS CENTROS DE COI SUMO, LO QUE HACE NECESARIO QUE ESTA ENERGÍA% SE TRANSMITA HASTACIENTOS Y EN OCASIONES LLEGAN A MILES DE KILÓMETROS, PARA PODERHACER ESTO, ES NECESARIO EL USO DE LOS LLAMADOS TRANSFORMADORES’ QUE EN ESTE CASO TIENEN LA FUNCIÓN DE ELEVAR LOS VOLTAJES DE GE NERACIÓN A VOLTAJES APROPIADOS PARA LA TRANSMISIÓN.
Dt IGUAL FORMA, LOS VOLTAJES USADOS EN LA TRANSMISIÓN NO SON APf PIADOS PARA SU UTILIZACIÓN EN LAS DISTINTAS APLICACIONES DE LA *
Introducción 19 ENERGÍA e l é c t r i c a y
es
niveles
cada
adecuados
T£A^i5p A r m a d o r e s nomina el
en
a
necesario
aplicación
reductores
general
como
entonces
, esto
, éstos, como
transformadores
, reducirlos a requiere
los de
del
uso
elevadores
potencia
.
distintos
se
de les
de
Ex i s t e n b a j o
MISMO PRINCIPIO DE OPERACIÓN OTROS TIPOS DE TRANSFORMADORES,
QUE SE LLAMAN DE
-
-
INSTRUMENTO O PARA APLICACIONES ESPECÍFICAS.
LA INVENCIÓN DEL TRANSFORMADOR. DATA DEL AÑO DE 1884 PARA SER APLICADO EN LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN QUE EN ESA ÉPOCA ERAN DECORRIENTE CAS.
DIRECTA Y PRESENTABAN LIMITACIONES TÉCNICAS V ECONÓM! -
El PRIMER SISTEMA COMERCIAL DE CORRIENTE ALTERNA CON FINES
DE DISTRIBUCIÓN SE PUSO E N DE
DE
LA ENERGÍA ELÉCTRICA QUE USABA TRANSFORMADORES,
OPERACIÓN EN LOS ESTADOS L'nIDOS
DE
AMÉRICA,
1886 en Great Barrington, Mass., en ese mismo año,
ELÉCTRICA SE TRANSMITIÓ
A
EN la
EL AÑOpotencia
2000 VOLTS EN CORRIENTE ALTERNA A UNA -
DISTANCIA DE 30 KILÓMETROS. EN UNA LlNEA CONSTRUIDA EN CERCHI. — It a l i a . A p a r t i r dustria
de
estas
pequeñas
aplicaciones
iniciales
, la
in
ELÉCTRICA EN EL MUNDO. HA CRECIDO DE TAL FORMA, QUE EN LA
ACTUALIDAD
ES FACTOR DE DESARROLLO DE LOS PUEBLOS, FORMANDO PARTE
IMPORTANTE
EN ESTA INDUSTRIA EL TRANSFORMADOR.
EL TRANSFORMADOR, ES UN DISPOSITIVO QUE NO TIENE PARTES MÓVILES, EL
CUAL TRANSFIERE LA ENERGÍA ELÉCTRICA DE UN CIRCUITO U OTRO
JO
EL
PRINCIPIO DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
La TRANSFERENCIA
DE ENERGÍA LA HACE POR LO GENERAL CON CAMBIOS EN LOS VALORES DEVOLTAJES Y CORRIENTES. „ Ü N TRANSFORMADOR ELEVADOR RECIBE LA POTENCIA ELÉCTRICA
A UN
VA -
LOR DE VOLTAJE Y LA ENTREGA A UN VALOR MÁS ELEVADO, EN TANTO QU
//>
Conceptos generales de los transformadores
UN TRANSFORMADOR REDUCTOR RECIBE LA POTENCIA A UN VALOR ALTO DE VOLTAJE Y LA ENTREGA A UN VALOR BAJO.
. PRINCIPIOS DE INDUCCION ELECTROMAGNETICA. Co m o
se s a b e , l a e l e c t r i c i d a d p r o d u c e m a g n e t i s m o e n u n e l e c t r o
-
IMÁN, QUE ES DISTINTO DE UN IMÁN PERMANENTE, YA QUE EL CAMPO MA; NÉTICO SE PRODUCE SÓLO CUANDO LAS ESPIRAS DE ALAMBRE ARROLLADASALREDEDOR DEL NÚCLEO MAGNÉTICO, TRANSPORTAN CORRIENTE ELÉCTRICA, Pa r a
d e t e r m i n a r l a pola r i d a d de un e l e c t r o i m á n se p u e d e u s a r la
LLAMADA REGLA DE LA MANO IZQUIERDA.
M E T O D O P A R A E N C O N T R A R L A P O L A R ID A D R E G L A D E L A M A M O IZ Q U IE R D A
POR
LA
Principios de inducción electromagnética
21
El
proceso de
inducción electromagnética se puede explicar en for
ma
SIMPLIFICADA CON LA FIGURA SIGUIENTE- EN DONDE SE MUESTRA COMO-
SE INDUCE UN VOLTAJE EN UNA BOBINA CUANDO UN IMÁN PERMANENTE SE — MUEVE ALTERNATIVAMENTE HACIA ADENTRO Y HACIA FUERA DE LA BOBINA. A ESTE PROCESO SE LE CONOCE EN EL ESTUDIO DEL ELECTROMAGNETISMO COMO "In d u c c i ó n E l e c t r o m a g n é t i c a "-
se pued en d e st acar t r e s importante s-
hechos.
1.
Cu a n d o
e l imán p e r m anente n o se mueve d e n t r o de l a b o b i n a -
-
no se produce voltaje.
2.
Si
el imán p e r m a n e n t e s e m u e v e h a c i a a f u e r a de l a b o b i n a ,
-
EL VÓLTMETRO MUESTRA UN VOLTAJE EN UNA POLARIDAD (SE DICE QUE LA CORRIENTE FLUYE EN UNA DIRECCIÓN.)
3.
Si
el imán p e r m anente se mueve h a c i a e l interior de la b o b l
NA. EL VÓLTMETRO MUESTRA UN VOLTAJE EN LA OTRA POLARIDAD — (SE DICE QUE LA CORRIENTE FLUYE EN LA OTRA DIRECCIÓN),
Cu a n d o
el
se mueve el
c a m p o se hace
lita,
Po r
imán p e r m a n e n t e h a c i a e l interior d e l a b o b i n a ,
intenso y cuan do se
MUEVE HACIA
afuera- se debi
s u p u e s t o q u e si e l i m á n n o s e m u e v e e n l a b o b i n a , n o
existe c a m b i o en el c a m p o m a g n é t i c o y no se
EN LA BOBINA.
induce ning ún voltaje
ESTE HECHO CONSTITUYE UNA DE LAS LEYES BÁSICAS
LA ELECTRICIDAD.
-
DE
Conceptos generales de los transformadores IMAN DE B A R R A
P R I N C I P I O D E IN D U C C IO N E L E C T R O M A G N E T IC A
Otro
aspecto
importante de la inducción elec tromag nética, es lo
-
QUE SE CONOCE COMO LA AUTOINDUCCIÓN DE UNA BOBINA, UNA FORMA DE EXPLICAR POR MEDIO DE UNA DEMOSTRACIÓN EL FENÓMENO DE AUTOINDUC CIÓN CONSISTE EN CONECTAR UNA LÁMPARA DE NEÓN A TRAVÉS DE LO QUESE CONOCE COMO UN ELECTROMAGNETO COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA.
A U T O IN D U C C IO N D E U N E L E C T R O M A G N E T O
En
la figura anterior,
UN SW1TCH
que
SE OBSERVA
q u e se ti e n e u n a b a t e r í a c o n
-
SE USA PARA APLICAR UN VOLTAJE A TRAVÉS DE LA LÁM
PARA Y LA BOBINA. SIGUIENTES HECHOS;
ÜE UN EXPERIMENTO COMO ÉSTE, SE OBSERVAN LOS-
CAM PO
M A G N E T I C O A L R E D E D O R D E U N E L E C T R O IM A N
E L F E N O M E N O D E AU TO IN D U C C IO N C W JS A U N A R C O E L E C T R I C O E N T R E LO S CO NTACTO S
B O B IN A
IN D U C C IO N D E C O R R I E N T E S P O R M E D IO D E U N E L E C T R O M A G N E T O M O V IL
Principio de funcionamiento del transformador 25 1.
Cu a n d o
el switch
se c i e r r a , la l e p a r a
permanece ap a g a d a ,
-
ESTO QUIERE DECIR QUE LA BATERÍA NO TIENE SUFICIENTE VOLTA JE COMO PARA HACER QUE LA LÁMPARA ENCIENDA.
2.
Cu a n d o
e s abrf . e l s w i t c h , l a l á m p a r a p a r p a d e a l i g e r a m e n t e
-
POR UN INSTANTE.ESTO MUESTRA QUE UN VOLTAJE DE AUTOINDUC CIÓN ES MUCHO MAYOR QUE EL DE LA BATERÍA.
3.
Si SE COLOCA UNA
ARMADURA DE FIERRO DULCE A TRAVÉS DE LOS -
POLOS DEL ELECTROMAGNETO, LA LÁMPARA PARPADEA EN FORMA AÚNMÁS BRILLANTE, ESTO PRUEBA QUE EL NÚCLEO A ARMADURA INCRE MENTA LA INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO.
DE ESTE EXPERIMENTO SE PUEDE NOTAR QUE EL VOLTAJE INDUCIDO CUANDO EL SWITCH ES ABIERTO ES MUCHO MAYOR QUE AQUEL DE LA BATERÍA, DEBI DO A QUE EL CAMPO MAGNÉTICO SE COLAPSA EN UN PERÍODO DE TIEMPO — muy
corto.
Entre mayor es el número de líneas de flujo que cor -
TAN LA BOBINA, MAYOR ES EL VOLTAJE INDUCIDO.
Esta
es l a razón por la que a mayor corriente en la bobina o a ma
YOR NÚMERO DE ESPIRAS EN LA MISMA. SE TENDRÁ UN MAYOR VOLTAJE IN DUCIDO.
El principio de funcionamiento DEL TRANSFORMADOR, se PUEDE EXPL1 CAR POR MEDIO DEL LLAMADO TRANSFORMADOR IDEAL MONOFÁSICO, ES DE CIR, UNA MÁQUINA QUE SE ALIMENTA POR MEDIO DE UNA CORRIENTE AL TERNA MONOFÁSICA.
Conceptos generales de los transformadores A RESERVA D E ESTUDIOS CON MAYOR DETALLE, LA CONSTRUCCIÓN DEL TRANS FORMADOR,
S U S T A N C IALMENTE SE PUEDE DECIR QUE UN TRANSFORMADOR ESTÁ
C O NSTITUIDO POR UN NÚCLEO DE M A T E R I A L MAGNÉTICO QUE FORMA UN CIR CUITO MAGNÉTICO CERRADO, Y SOBRE DE CUYAS COLUMNAS O PIERNAS SE L Q CALIZAN DOS DEVANADOS, UNO DENOMINADO "PRIMARIO" CUE RECIBE LA - ENER G Í A Y E L O T R O EL SECUNDARIO, Q U E SE C I E R R A SOBRE UN C I R C U I T O D E U T ILIZACIÓN AL CUAL ENTR E G A L A ENERGÍA.
LOS D O S D E V ANADOS SE
ENCUENTRAN ELÉCTRICAMENTE AISLADOS ENTRE S i .
0
E l V O L T A J E E N UN G E N E R A D O R E L É C T R I C O SE INDUCE.
YA SEA CUANDO —
UNA B O B I N A SE M U E V E A T R A V É S DE UN C A M P O M A G NÉTICO O BIEN CUANDO EL CAMPO PRODUCIDO EN LOS POLOS EN MOVIMIENTO CORTAN UNA BOBINAESTACIONARIA. CONSTANTE,
En AMBOS CASOS,
EL FLUJO T O T A L ES SUSTANCIALMENTE
PERO H A Y UN C A M B I O EN LA CANTIDAD DE FLUJO Q U E ESLABO
N A A LA BOBINA.
ESTE M I S M O PRINCIPIO ES V Á L I D O PARA E L T R A N S F O R
-
Principio de funcionamiento del transformador 27 MADOR, SOCO GUE EN ESTE CASO LAS BOBINAS Y EL CIRCUITO MAGNÉTICOSON ESTACIONARIOS (NO TIENEN MOVIMIENTO), EN TANTO QUE EL FLUJO MAGNÉTICO CAMBIA CONTINUAMENTE.
EL CAMBIO EN EL FLUJO SE PUEDE OBTENER APLICANDO UNA CORRIENTE AL TERNA EN LA BOBINA. I.A CORRIENTE, A TRAVÉS DE LA BOBINA, VARÍA — EN MAGNITUD CON EL TIEMPO, Y POR LO TANTO, EL FLUJO PRODUCIDO POR ESTA CORRIENTE. VARÍA TAMBIÉN EN MAGNITUD CON EL TIEMPO.
E l FLUJO CAMBIANTE CON EL TIEMPO QUE SE APLICA EN UNO DE LOS DEVA NADOS, INDUCE UN VOLTAJE El ÍEN EL PRIMARIO).
Sí SE DESPRECIA —
POR FACILIDAD. LA CAÍDA DE VOLTAJE POR RESISTENCIA DE EL DEVANADO PRIMARIO, EL VALOR DE El SERÁ IGUAL Y DE SENTIDO OPUESTO AL VOLTfl. JE APLICADO Vi.
De LA LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. SE SABE
QUE ESTE VOLTAJE INDUCIDO El EN EL DEVANADO PRIMARIO Y TAMBIÉN AL ÍNDICE DE CAMBIO DEL FLUJO EN LA BOBINA.
S e TIENEN DOS RELACIONES
IMPORTANTES. Vi
=
-
El c* Mi
El ( -G- ) T
A l MISMO TIEMPO QUE EL FLUJO CAMBIA EN LA BOBINA PRIMARIA, TAM BIÉN CAMBIA EN LA BOBINA SECUNDARIA. DADO QUE AMBAS BOBINAS SE ENCUENTRAN DENTRO DEL MISMO MEDIO MAGNÉTICO, Y ENTONCES EL ÍNDI CE DE CAMBIO DEL FLUJO MAGNÉTICO EN AMBAS BOBINAS ES EXACTAMENTE el
m i sm o
.
Este c a m b i o e n
el
flujo
inducirá
un
flujo
E2 e n l a b q
BINA SECUNDARIA QUE SERÁ PROPORCIONAL AL NÚMERO DE ESPIRAS EN EL DEVANADO SECUNDARIO N2.
Si SE CONSIDERA QUE NO SE TIENE CARGA "
Conceptos generales de los transformadores CONECTADA AL CIRCUITO SECUNDARIO, EL VOLTAJE INDUCIDO Í2 ES EL — VOLTAJE QUE APARECE EN
LAS TERMINALES DEL SECUNDARIO, POR LO QUE
SE TIENEN DOS RELACIONES ADICIONALES.
En
E2
oí
N2
E2
=
V2
( -f- )
virtud d e que ambas bobinas se encuentran devanadas
en el-
MISMO CIRCUITO MAGNÉTICO# LOS FACTORES DE PROPORCIONALIDAD PARA LAS ECUACIONES DE VOLTAJE SON IGUALES# DE MANERA QUE SI SE DIVI DEN LAS ECUACIONES PARA El Y E2 SE TIENE: El
=
£2
NI N2
Además como numéricamente deben ser iguales El y Vi y E2 con V2 A ECUACIÓN ANTERIOR SE PUEDE ESCRIBIR COMO: Vi V2
*
Ni N2
EJENPLO 1,1. Se TIENE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO QUE SE USA PARA CONVERTIR UN VOLTAJE DE 13200 VOLTS A 127 VOLTS EN UN SISTEMA DE DISTRIBU CIÓN, SI SE TIENEN 2000 ESPIRAS EN EL DEVANADO DE ALTO VOLTAJE # CALCULAR EL NÚMERO DE ESPIRAS DEL DEVANADO SECUNDARIO.
Efectos de la frecuencia y el flujo 29 SOLUCION
El
De
transformador
13200/127
es d e
Vi
= 13200 v o l t s
Ni
=
N2
= ?
2000
\¡2
= 127 volts
espiras
la ecuación para la relación de transformación:
VI
=
Ni
V2
13200 127
N2
=
2000 N2
N 2 » 2000 (-J2L ,
1.9
v o l t s , e s de c i r :
= 1 9 .2 9 e s p i r a s
EFECTOS DF IA FRECUENCIA Y Fl FLUJO. En
las ecuaciones para voltaje
indicadas a n t e r i o r m e n t e , no se h a
HECHO MENCION DEL TIPO DE ONDA DE CORRIENTE ALTERNA QUE SE APLI CA AL TRANSFORMADOR.
SlN EMBARGO. 0 SE TOMÓ COMO
UN
CAMBIO DE -
FLUJO Y T COMO EL TIEMPO TOTAL DURANTE EL CUAL ESTE TIEMPO OCU RRE.
E l VOLTAJE INDUCIDO DEBE SER POR LO TANTO EL PROMEDIO.
Sí
SE APLICA UNA ONDA SENOIDAL DE VOLTAJE EN EL DEVANADO PRIMARIO, EL FLUJO VARÍA TAMBIÉN EN FORMA SENOIDAL. INDUCIDO ESTÁ DADO COMO Eprom.
=
H
(0 ) T
El VOLTAJE PROMEDIO-
30 Conceptos generales de los transformadores
DONDE:
Cu a n d o MA
N
=
Nú m e r o
0
=
Fl u j o
t
=
T iempo
de e s p i r a s , en
We b e r s .
en segundos.
el f l u j o se e x p r e s a en líne as o
INGLÉS DE UNIDADES,
Ma x w e l l ,
como en el sisté.
L A ECUACIÓN A N T E R I O R SE PUEDE EXPRESAR CO
MO:
Ep r o m . = N ( 2 ) x 10 “8 V0LTS T
La variación senoidal del flujo ccn respecto TRA EN LA FIGURA SIGUIENTE:
A L TIEMPO SE M U E S -
Efectos de la frecuencia y el flujo Si
Ií e r t z .
t es la frecuencia de la onda expresada en
un ciclo
31 COfcl
PLETO OCURRE EN 1/F SEGUNDOS» DE MANERA QUE UN CICLO DE UNA ONDADE 60 Hz OCURRE EN 1/60 Hz» EL.TIEMPO QUE TOMA PARA 1/4f O 1/240 S£ GUNDOS.
De LA FIGURA ANTERIOR SE OBSERVA QUE EL CAMBIO EN EL FLU
JO DURANTE EL PRIMER CUARTO DE CICLO VA DE CERO LÍNEAS AL MÁXIMODE LÍNEAS 0 MÁX. Esta CANTIDAD EN EL CAMBIO OCURRE DURANTE CADA CUARTO DE CICLO O DURANTE EL TIEMPO T = 1/4 F.
El VOLTAJE PROME
DIO INDUCIDO TIENE POR LO TANTO EL MISMO VALOR DURANTE CADA CUAR TO DEL CICLO da.
V
ES NECESARIO CONSIDERAR SÓLO ESTA PORCIÓN DE LA ON
Su s t i t u y e n d o
esta consideración en l a ecuación para e l volta
JE PROMEDIO: Ep r o m =
(JLaÁx-. ) 1/4 F
Ep r o m =
N 4f 0
máx.
Como por lo general no se miden los valores promedio de los volta JES EN APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD DE POTENCIA O SISTEMAS DE FUERZA, ES MÁS CONVENIENTE EXPRESAR LA ECUACIÓN ANTERIOR, DE MANg. RA
QUE SE APLIQUEN LOS VALORES EFECTIVOS O CUADRÁTICOS MEDIOS
RA
EL VOLTAJE.
PA
En EL CASO PARTICULAR DE UNA ONDA SENOIDAL, LA R£
LACIÓN DEL VALOR EFICAZ DEL VOLTAJE AL VALOR PROMEDIO ES 1.11 ENOTRAS PALABRAS EL VALOR EFICAZ DE E ES IGUAL FORMA QUE LA ECUACIÓN PARA EL VOLTAJE ES: E
=
4.44 N F 0MÁX
A
1.11 EPROM, DE
TAL
32 Conceptos generales de los transformadores Si ESTA ECUACIÓN SE APLICA A LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIODE UN TRANSFORMADOR, QUEDAN COMO: El
= 4.44
NlF 0 MÁX.
E2
= 4.44
N2F 0
máx.
EJEMPLO 1 . 2 .
Si
la frecuencia del voltaje aplicado a l transformador del ejem
-
PLO 1.1 ES 60 H z , CALCULAR EL MÁXIMO FLUJO EN EL HIERRO.
SOLUCION Co n s i d e r a n d o
que e l voltaje aplicado e s el valor eficaz, entonces
la ecuación:
Ei
= 4.44
Ni
4 .4 4 x
f
0 MÁx.
13200
=
2000
x
60
x
0 M Áx.
0MÁX.
= ------ 1 2 2 0 0 ---------= 0 2 4 7 7 W e b e r
DE DONDE:
4 . 4 4 x 2000 x 60
0MÁX.
= 2 4 . 7 7 x 1 0 " 3 WEBER
S i el flujo se expresa en Maxwell o lIneas E l = 4 .4 4 N lF 0
m áx.
0 m á x = 24.77 x 10~3 x 108= 2.477,000
líneas o
Ma x w e l l
El diagrama fasorial del transformador en vacío 33 EJEMPLO 1.3. S i EL VOLTAJE APLICADO A L TRANSFORMADOR D E L EJEMPLO 1 .1 TIENE E L MISMO VALOR PERO L A FRECUENCIA E S D E 25HZ. C U Á L SERÍA E L M Á X I M O FLUJO REQUERIDO?.
SOLUCION
El
= 4,94 Ni
13200
=
0 máx
=
0
f
4 . 4 4 (2000)
máx. (25)
----------- 4 . 4 4 ( 2 0 0 0 ) (25)
0 máx.
= 0.05945 =
59.45 x 10"5
wb
S E OBS E R VA DE ESTE EJEMPLO, QUE E L FLUJO VARÍA E N FORMA INVERSA CON LA FRECUENCIA.
EL DIAGRAMA FASORIAL J £ L JRANSFQR^DQR EN VACIO. Cu a n d o u n t r a n s f o r n a d o r e s t á e n e r g i z a d o e n s u d e v a n a d o
primario
POR UNA FUENTE DE VOLTAJE Y E L DEVANADO SECUNDARIO ESTÁ EN CIR CUITO ABIERTO, CIRCULA POR SU DEVANADO PRIMARIO UNA CORRIENTE de
v a cí o
.
Esta corriente
es
CORRIENTE A PLENA CARGA.
normalmente
inferior
al
5Z d e l a
-
DEBIDO A QUE NO CIRCULA CORRIENTE POR
E L DEVANADO SECUNDARIO, EL PRIMARIO SE PUEDE CONSIDERAR COMO ~ UNA BOBINA CON UNA REACTANCIA DE VALOR ELEVADO DEBIDO AL NÚCLEO DE HIERRO, Po r o t r a
Es t o CAUSA LA CIRCULACIÓN DE
parte,
si
se
EN EL TRANSFORMADOR,
hace
LA
la
suposición
UNA C O R R I E N T E PEQUEÑA. de
que
no
hay
pérdidas
CORRIENTE EN EL PRIMARIO SÓLO SE
PARA PRODUCIR EL FLUJO 0 EN EL NÚCLEO
Y
USA -
ENTONCES E N TÉRMINOS V E £
TOR1ALES SE ATRA S A 9 0 CON RESPECTO A L VOLTAJE APLICADO.
Conceptos generales de los transformadores La
corriente pequeña
Im
e s t a r á en f a s e c o n e l f l u j o
0
en
el hie
-
RRO, SI EL HIERRO NO SE SATURA Y SE PUEDE ESTABLECER ESTO COMO — UNA SUPOSICIÓN VÁLIDA.
ESTAS RELACIONES SE MUESTRAN EN LA SI --
GUIENTE FIGURA:
r Er
V,
D IA G R A M A F A S O R IA L
0 Im
EN
E z = V2
V A C IO
= FLUJO MUTUO =
CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN.
Vi
= VOLTAJE APLICADO.
El
= VOLTAJE INDUCIDO EN EL PRIMARIO.
E2
= VOLTAJE INDUCIDO EN EL SECUNDARIO.
EL VOLTAJE INDUCIDO
EN EL DEVANADO PRIMARIO. DEBE SER IGUAL Y-
OPUESTO AL VOLTAJE APLICADO Vi Y POR LO TANTO ESTÁ DRFASADO 180° CON RESPECTO A ÉSTE.
AÚN CUANDO NO CIRCULA CORRIENTE POR EL SE -
CUNDARIO. SE INDUCE UN VOLTAJE £2 DEBIDO AL FLUJO MUTUO 0. QUE Iti DUCE TAMBIÉN
AL
VOLTAJE El, POR LO TANTO. ESTÁN EN FASE Y SOLO DI
FIEREN EN MAGNITUD DEBIDO AL NÚMERO DE ESPIRAS,
LOS VOLTAJES TEB.
MINALES Vi Y V2 SE ENCUENTRAN DEFASADOS 180° TAMBIÉN.
El diagrama fasorial del transformador en vacío 35 En
l a p r á c t i c a , cu a n d o se ti e n e un f l u j o v a r i a n t e en u n n ú c l e o d e
MATERIAL MAGNÉTICO, SE PRESENTAN PÉRDIDAS.
UNA PARTE DE ESTAS —
PÉRDIDAS SON DEBIDAS A LAS CORRIENTES CIRCULANTES EN EL NÚCLEO — MAGNÉTICO, Y LA OTRA ES DEBIDA AL LLAMADO EFECTO DE H1STERÉSIS. Es t a s
d o s p é r d i d a s s e c o m b i n a n y se d e n o m i n a n e n c o n j u n t o
"Pé r d i
DAS EN EL FIERRO* O "PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO". CUANDO UN TRANSFORMA DOR OPERA EN VACÍO. ESTAS PÉRDIDAS LAS SUMINISTRA SOLO EL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN.
CONSIDERANDO AHORA LA CORRIENTE DE VACÍO CON ES
TAS DOS COMPONENTES: lo = Im + ÍH + C DONDE I H + C = CORRIENTE
DE
HISTÉRESIS MÁS CORRIENTES CIRCULANTES:
ÍH +"C =
CORRIENTE DE PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO,
lo
=
CORRIENTE DE VACÍO O DE ENERGIZACIÓN.
©O
=
FACTOR DE POTENCIA DE VACIO,
EJEM PLO 1 . 4 . Un transformador de 1 0 0 KVA de 1 2 0 0 /1 2 7 volts, 6 0 H z se energiza
POR EL LADO DE BAJO VOLTAJE CON EL DEVANADO DE ALTO VOLTAJE ABIERTO.
La POTENCIA OUE DEMANDA DE LA LÍNEA DE ALIMENTACIÓN ES
DE A0GW Y LA CORRIENTE ES DE 15A, SE DESEA CALCULAR:
36 Conceptos generales de los transformadores
a
)
El A
factor de potencia en vació y el
An g u l o
correspondiente
este factor de potencia.
b)
La componente de magnetización de la CORRIENTE.
c)
La
componente d e corriente de pérdidas en el núcl eo .
SOLUCION a
)
el factor de potencia
eos 80 = 0 VI
127 x!5
= 0.21
E l Angulo correspondiente: 0o
b
)
La
-
AN6.
eos
(0.21)
- 77.87°
componente de magnetización d e l a corriente d e va c í o .
Im
Im
=
lo SEN 00
-
15
=
14.66 Amp.
x SEN
(77.87°)
% c)
La
componente d e corriente d e pérdidas en e l n ú c l e o .
Ih«-C
Ih+c
00
=
¡O eos
=
15 x eos
=
3.15A
( 7 7 . 8 f)
= 15 x 0.21
Relación de comente 37 RELACION DE CORRIENTE. Si
se c o n e c t a una c a r g a a l s e c u n d a r i o d e l
TRANSFORMADOR. EL VOLTfi.
JE INDUCIDO E2 HACE GUE CIRCULE UNA CORRIENTE ¡2 EN EL DEVANADO SECUNDARIO.
Z
i
Debido
a l a circulación d e corrientes, se tiene en el devanado
-
SECUNDARIO UNA FUERZA MAGNETOMQTRI7 (FMM) N2 12 OPUESTA A LA DEL PRIMARIO Ni II.
tS CONVENIENTE RECORDAR GUE EL VOLTAJE INDUCIDO
EN EL PRIMARIO El ES SIEMPRE DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL FLUJO0 Y TAMBIÉN ES IGUAL AL VOLTAJE APLICADO Vi, CONSIDERANDO COMO ANTES, TODOS ESTOS VALORES COMO EFICACES.
DADO QUE EL VOLTAJE -
APLICADO NO CAMBIA, EL FLUJO EN EL NÚCLEO DEBE SER CONSTANTE. Cu a l q u i e r
incremento en la corriente s e c u n d a r i a , s e r á ba l a n c e a d o
POR UN INCREMENTO EN LA CORRIENTE PRIMARIA. DE MANERA GUE EL FL]¿ JO DE ENERGIZACIÓN PRODUCIDO POR LA CORRIENTE EN EL PRIMARIO TEN DRÁ UN VALOR EFECTIVO CONSTANTE DURANTE LA OPERACIÓN DEL TRANS FORMADOR.
E n LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE VALOR RELATIVA
MENTE PEQUEÑO, SE PUEDE DECIR QUE
PRÁCTICAMENTE EL FLUJO QUE ES
LABONA AL DEVANADO PRIMARIO. ES EL MISMO QUE ESLABONA AL SECUNDA
38 Conceptos generales de los transformadores RIO Y DE AQUÍ QUE LA CORRIENTE DE VACÍO O DE ENERGIZAC1ÓN REPRE SENTA SÓLO EL 2% Ó 32 DE LA CORRIENTE PRIMARIA DE PLENA CARGA Y SE PUEDE DECIR QUE LOS AMPERF
ESPIRA DEL PRIMARIO SON IGUALES A-
LOS AMPERE-ESPIRA DEL SECUNDARIO. ES DECIR:
= N2 12
Ni I I U
»
12
Se dor
N2 NI
p u e d e o b s e r v a r que l a rela ción d e corr ientes en el t r a n s f o r m a
ES
inversamente proporcional a la relación entre e s p i r a s .
LESELQ-L5
Se
100D
tiene un transformador monofásico que tiene
devanado primario y dor elevador.
Se
250
e n e l s e c u n d a r i o y se u s a c o m o t r a n s f o r m a
alimenta a
127
volts,
60 Hz
c i r c u l a e n e l s e c u n d a r i o a la c a r g a e s d e
a
)
B)
El
y la corriente que-
ISA
Ca l c u l a r :
v o l t a j e e n el devanado s e c u n d a r i o .
La corriente en el devanado primario.
SOLUCION = 2 5 0 espiras
u
=
«2
= 1 0 0 0 ESPIRAS
II
VI
= 1 2 7 VOLTS
V2
= 9 ■
?
U-\
Ni
CN
a)
e s p i r a s e n su
Relación de corriente 39 Ee la
b)
ecuación
Vi V2
=
V'2
=
De
para
la
Ni N2
=
de
121 V2
9rn
=
Z_>U
la relación
\1 12
relación
de
transformación
=
250. 1000
508 VOLTS
transformación para corrientes
N2 Ni
ll = 12 ( ¡p ) 1*1
=15
(™ ) ¿ JU
=
60A
EJEM PLO 1 . 6
Se
tiene
un
transformador
monofásico
de 220/127
v o lt s
,
60 Hz que
SE USA COM O REDUCTOR Y SE LE CONECTA COM O CARGA U N A RESISTE N C I A D E 1 0 O H M S E N E L S E C U N D A R I O / QuÉ C O R R I E N T E C I R C U L A R Á E N E L D E V A NADO PRIMARIO?
La
CO R RIENTE EN EL D E V A N A D O SECUNDARIO.
12
=
ü2-
=
R CARGA
12Z ,
12.7 A
10
D e LA RELACIÓN PARA LAS POTENCIAS PRIMARIO Y SECUNDARIO.
V i II
-
V2 12
INVARIANTES EN L O S DEVANADOS
Conceptos generales de los transformadores
U - 12 < | >
U
Un
=
12.7 (
=
7 .3 3 A
220
)
tr a n s f o r m a d o r t i p o n ú c l e o se c o n s t r u y ó con lámi nas de
DE GRUESO QUE TIENEN UN ANCHO UNIFORME DE 7 CM. ES
de
6.2 x 105 M a x w e l l
M a XWELL/Cm 2,
el
0.355
mm
E l FLUJO MÁXIMO-
y la densidad de fluj o e s d e
1.01
por
104
ESPACIO ENTRE LAMINACIONES OCUPA EL 8G? DEL NÚCLEO
ARMADO.
Ca l c u l a r
e l n ú m e r o de laminaciones e n e l t r a n s f o r m a d o r .
E l área del núcleo es: = B
El
cm2
1 . 0 1 x 10^
área de cada lámina e s :
Al =
Po r
61.38
7 x 0 .0 3 5 5
=
0 .2 4 8 5
cm 2
ser e l e s p a c i o o c u p a d o por las l a m i n a c i o n e s el
8%
del núcleo
ARMADO. RESULTA QUE EL AREA NETA SE REDUCE EN ESTA PROPORCIÓN — POR TANTO:
Relación de comente 41 Aesp
El Ar e a
= O.OSA = 0.03
61.38 = 4.9104
x
2
neta del núcleo e s :
Aneta = A - Aesp = 61.38 - 4.9104 =
Po r
cm
55.47 c m 2
t a n t o , el número de laminaciones e s :
No. La m . = t o
= 5MZ
Al
=
227
0.2485
EJEMPLO 1x8 Un y
t ransformador
250
de
60
c .p .s .t i e n e
2250
e s p i r a s e n e l s e c u n d a r i o , si e l
tuo es
de
a)
6 x 105
Lo s
Maxwell.
voltajes
espiras
en
el primario
valor máximo d el
flujo mu
Calcular:
inducidos e n e l p r i m a r i o y e n el secun
DARIO.
b)
La
relación de transformación
SOLUCION La
fuerza electromotriz
inducida en e l primario y en el secunda
R I O DE UN TRANSFORMADOR ESTÁ DADA POR LAS SIGUIENTES:
Ep
= 4.44 NPF0
x 10-8 (Volts)
Es
- 4.44 NSF0
x 10"8 2 *
=
^ 2
reactancia equivalente
Xt
-
Xt
=
/ Zt2
-
6.53
-
—
ES:
Rt2
=
^ (7.25)2 - (3.14)2
ohms
EJfcBELfl. U S Ca l c u l e
el camb io en el voltaje primario ne c e s ari o para
—
que el voltaje terminal secundario del siguiente transfor mador
SE
mantenga constante
a vacío.
60 Hz
y
Da t o s
A 230 VOLTS
del transformador:
Rl = 2.50
ohms,
Xi = 10.1
desde plena carga-
15 KVA, 2300/230
ohms, r2
X2 = 0.09
ohms.
De s p r e c i e
l a c o r r i e n t e l e v a c Io y c o n s i d e r e
potencia
= 0.02
volts.
ohms.
-
un factor d e -
0.8 ATRASADO EN LAS JERMINALES DEL SECUNDARIO.
Conceptos generales de los transformadores SOLUCION
La RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN A =
2300 = 230
10
LA CORRIENTE QUE DEMANDA LA CARGA ES:
11 '
-
2Ü -
■
6 '5 2 A B P E R E E
LA RESISTENCIA Y REACTANCIA EQUIVALENTE REFERIDAS AL PRIMA RIO SON:
1
Rt =
R + a2r2 =
Xt =
X i + a 2 X2 = 1 0 . 1 0
La s
2 .5
102 x
0 .0 2
= 4 . 5 ohms
10 0 x
0 .0 9
= 1 9 . 1 0 ohms
c a Id a s d e v o l t a j e s o n :
11 Rl
=
6.52 x 4.5
- 29.23 volts.
II XI
=
6.52 x 19.10 =
124.53 volts
E l voltaje primario en vacío para factor de potencia 0.8ATRASADO
Determinación de las constantes del transformador 73 El = / (Vicos36.8 + IlR )2 + (Visen -
36.8+UXtÉ~
=
^ (2300 x 0.8 + 29.28)2+ (2300 x 0.6 + 124.532)2 =
=
2640
volts
Por TANTO. EL VOLTAJE EN EL PRIMARIO CAMBIA DESDE 2640 ENVACÍO HASTA 2300 VOLTS A PLENA CARGA.
EJB1PL0L20 Ca l c u l e
e l p o r c i e n t o de c a í d a s d e v o l t a j e por r e s i s t e n c i a -
reactancia E IMPEDANCIA REFERIDAS AL PRIMARIO DE UN TRANS FORMADOR CON LOS DATOS SIGUIENTES' 10 KVA, 2^0/120 VOLTS , 60
Hz y Rl = 0.13 ohms. Xl - 0.20 ohms, R2 = 0.03 ohms y -
X2 = 0.05 ohms
La
corriente en el primario e s :
II =
La
— — 1
=
resistencia.
0.24
=
41.66 amperes
REACTANCIA
e
IMPEDANCIA,
las refe r i m o s al
PRIMARIO: Rt = R + a2 R2
1
-
0.013 *• 22 x 0.03 = 0.133 n
X t = X ! + a 2 x2
=
0.20 +
ZT =/rt2
= / ( 0 . 133)2 + ( 0 . 4 ) 2 = 0 .4 2 2
+ Xt2
4
x 0.05 = 0.04 n Í1
Conceptos generales de los transformadores La s
caídas de voltaje
II Rt
= 41.66
x 0.133 = 13.78
volts
II XT
= *11.66
x 0.4
volts
II 1T
= *11.66
x 0.422 = 17.58 volts
Po r
*= 16.66
definición:
% Ti Rt =
i l ü Vi
% ], XT = T
U - X i 100 Vi
í h Z T
1
=
100 =
100
T
2*10 = M
100
= 5.7*1
= 6.94 2*10
= IZ a S S
VI
= 7 .3 2
2*10
. REGULACION DEL TRANSFORMADOR. L a REGULACIÓN DE UN TRANSFORMADOR SE DEFINE COMO LA DIFERENCIA EN TRE LOS VOLTAJES SECUNDARIOS EN VACIO Y A PLENA CARGA, MEDIDOS EN TERMINALES- EXPRESADA ESTA DIFERENCIA COMO UN PORCENTAJE DEL VOL TAJE A PLENA CARGA.
PARA EL CÁLCULO DEL VOLTAJE EN VACÍO SE DE
BE TOMAR EN CONSIDERACIÓN EL FACTOR DE POTENCIA DE LA CARGA. % REG. =
V'VACtO,- V_CARGA V CARGA
x
100
Regulación del transformador 75
Un
transformador monofásico de
lación.
2300/230
volts tiene
de regu
Ca l c u l a r :
)
El
v olt aje de v a c í o en el s e c u n d a r i o .
b)
La
relación de e s p i r a s .
a
2.6%
SQLÜCM
1
V (Vacio)= &rec. Vi -ÍPlena carga) t V j (Plena carga) x 100 1 0 o = VI (plena 1 0 3
La
=
2300 (2.6 *100) 1 0 0
=
2359.8
volts
relación de transformación e s :
N
-
H1
-
22QQ .
230
io
Conceptos generales de los transformadores E J EH ELQ L 22 Un transformador monofásico de 1 0 0 K V A , 2 2 0 0 / 2 2 0 volts. 6 0 Hz, tie
NE LAS SIGUIENTES CONSTANTES «1 = Ü.42 OHMS, Xl = 0.72 OHMS, R2 = 0 . 0 0 3 5 ohms. X 2 = 0 . 0 7 0 ohms.
Ca l c u l a r
e l porciento de regulación para los siguientes ca s o s :
A)
A FACTOR DE POTENCIA UNITARIO.
b)
A factor DE POTENCIA 0 . 8 ATRASADO.
c)
A FACTOR DE POTENCIA 0 . 8 ADELANTADO.
S OLUC I ON
La corriente en la carga es:
u
La « e l a c i ó n N =
«*P.
de transformación e s :
Ne
=
A
Ns
Po r
2200
=
10
220
lo tanto, la resistencia y reactancia equivalente referida
AL PRIMARIO ES:R t = R l + a2 R2 = 0.-42 + 1 02 x 0 . 0 0 3 5
2=
XT = X i + a2 x
El
0.72 * 102 x 0.070
v o l t a j e en v a c í o a fp
= 1
ES
= 0 . 7 7 ohms = 7 . 7 2 ohms
-
Regulación del transformador 77
i . x-
E l = I (Vi + U R t ) 2 "+ ( U X t )2
= if(2206♦- 0 . 7 7 x 4 5 . 4 5 ) 2 ♦ (45.45 x 7.71)2
2 2 3 0 volts
Y LA REGULACIÓN: % Reg =
X 100 = Vl
b)
_
1 0 0 =*
2200
Para un factor de potencia 0 . 8 (-) R-j Ii = 0 . 7 7 x 4 5 . 4 5 = 3 4 . 9 9 volts XT II = 7,72 x 4 5 . 4 5 = 350.87 volts
D e acuerdo con el diagrama:
1.363,
78 Conceptos generales de los transformadores
El *
* (Vicos 36.8 + Ii Rt)2 +(Visen 36.8 + I] XT )2
= A22Ó0 x =
0.8+ 34.99)2
+ (2200 >To
.6+ 350.87)2
2452.20 volts
La REGULACIÓN ES: %R eg = ElJÜ. 100 = 2452.2^2200 Vi 2200
c)
Pa r a
un factor de potencia
2oo =
11.46
0.8 t+) :
El = /(Vicos 36.8 * IiRT)2 + (Visen 36.8 -IlXT)2 = •^0794.95)2
e
Í 969.13)2 = 2040
volts *
La
regulación e s :
% Reg = El ---Vi x Vi
100 = 2040
-_2200 2200
100 = - 7
Regulación del transformador 79 EJEMPLO 1.23
Co n s i d e r a n d o
q u e e l v o l t a j e t e r m i n a l e n ei s e c u n d a r i o a p l e n a c a r
GA DEL TRANSFORMADOR DEL EJEMPLO ANTERIOR ES DE 100 KVñ:
Ca l c u l e
la regulación a
:
a)
A FACTOR
POTENCIA UNITARIO.
b)
A FACTOR DE POTENCIA 0.8 ADELANTADO.
de
SOLUCION a)
Co r r i e n t e
en el secundario
I? = ^ ¿
=
KV2
a carga plena:
100 AMPERES.
0.10
La RESISTENCIA Y REACTANCIA EQUIVALENTES REFERIDAS AL SE CUNDARIO SON: RT = R2 + — A2
=
0,03 + % ^ 22
=
0.06
ohms
XT
= Xl + H
=
0-06 + M 2¿
=
o.Oll
ohms
Las
c a Id a d e v o l t a j e p r o d u c i d a s p o r l a r e s i s t e n c i a y r e a c
a2
tancia
Rt
EQUIVALENTES SON:
12
=
0.06 x
2
=
0-11 x 100 = 11 volts
XT I
100 = 6 volts
80 Conceptos generales de los transformadores
El voltaje en vacIo es: E2 = 2 +
B
a b e
A B C
a b e
1
aL c A
C O
DEFASAM IENTO A N G U L A R
AV B
A
A B C
DEFASAM IENTO ANGULAR 1 5 0 °
ÁA
Q
C
C
180°
B
b
A
C
0
b
a b o
a b e
a b e
a b e
A B C
ÁV
A
C
A B C
A B C
b
a b e
a b e
102
Potencia y rendimiento de los transformadores ES DECIR/ A 180°
En
c a m b i o , l o s t r a n s f o r m a d o r e s .t r i f á s i c o s c o n c o n e x i ó n
-
MIXTA EN LOS DEVANADOS (POR EJEMPLO ESTRELLA/DELTA. DELTA/ESTRELLA. ESTRELLA/ZIG-ZAG), ESTE DEFASAMIENTO ANGU LAR NO PUEDE SER NUNCA 0° O 180° PERO DEBE SER MÚLTIPLODE 30!
Ex a m i n a n d o NEXIONES
v e c t o r i a l me nte to d a s las comb inacio nes de co H
TRIFÁSICAS. RESULTA QUE INCLUYENDO EL DEFASA -J
MIENTO DE 0° , PUEDEN HABER 12 DISTINTOS VALORES DE DEFfl SAM1ENTO ANGULAR DE 30 GRADOS EN 30 GRADOS.
LOS VALORE^
MÁS USUALES DE DEFASAMIENTO ANGULAR SE DAN EN LA TABLA -
2 .2 .
EJEMPLO 2 . 5 . SE TIENE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO ENFRIADO POR ACEITEQUt
EN SU DEVANADO PRIMARIO ESTÁ CONECTADO EN DELTA Y -
TIENE 13 800 VOLTS CON 2 866 ESPIRAS.
CALCULAR EL NÚME
RO DE ESPIRAS QUE DEBE TENER EL SECUNDARIO CONECTADO ENESTRELLA. PARA TENER ENTRE TERMINALES UNA TENSIÓN DE - W 0 VOLTS.
SOLUCION Co m o
el devanado primario está conectado en delt a .
V i = VÍ
=
13 800 VOLTS.
Transformadores trifásicos 103 PARA EL DEVANADO SECUNDARIO CONECTADO EN ESTRELLA: V20
La
=
V20/1.732
^77 la / 32
=
254.04 VOLTS
relación de transformación:
A
-
. V2Ü
El
=
D800__
.
M
^
254.04
número de espiras en el deva nado s e c u n d a r i o :
t¡2 = ¿
^ a
54.32
=
53 ESPIRAS
EJEMPLO 2.6 S e tiene un pequeño transformador trifásico
de
5 KVA con
TENSIÓN NOMINAL D£ 6000/230 VOLTS EN CONEXIÓN DELTA/ES TRELLA.
Revisando el devanado secundario, se encuentra que estAformado por 120 ESPiras/fase de conductor de cobre de ~ 2.8 MM DE DIAMETRO que consultando tablas, tiene una sec CIÓN DE 6.2 mm2.
S i se quiere operar el devanado secunda
RIO A 440 VOLTS, INDICAR QUÉ MODIFICACIONES SE DEBEN HA CER.
104 Potencia y rendimiento de los transformadores SOLUCION Pa r a
n o v a r i a r la i n d u c c i ó n , se d e b e dejar sin modificar"
EL DEVANADO PRIMARIO.
En CAMBIO. ES NECESARIO AUMFNTAR
EL NÚMERO DE ESPIRAS EN EL DEVANADO SECUNDARIO EN PROPOg CIÓN AL AUMENTO DE VOLTAJES POR IASE.
U
SECCIÓN DEL CONDUCTOR DEL DEVANADO SECUNDARIO SE PUE
DE REDUCIR ALREDEDOR DE UNA PROPORCIÓN INVERSA. DEBIDO A QUE EN ESTA PROPORCIÓN DISMINUYE LA CORRIENTE.
E l NÚMERO DE ESPIRAS EN EL SECUNDARIO PARA EL NUEVO DEV» NADO ES! N2
=
N2
=
120 x
^
- 230 espiras
La SECCIÓN DEL CONDUCTOR DEL NUEVO DEVANADO ES: S2
=
S2
V2
=
6.2 x
223 440
=
3.24 mm2
EJEMPLO ! ,Z LOS DATOS DE PRUEBA DE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE 75 KVA, 3000/216-125 volts 60 llz conexión delta-estrella SON LOS SIGUIENTES: Pr u e b a
de v a c í o .
Vo
=
216 VOLTS,
lo
=
15.3 AMPERES.
Po
=
800 WATTS.
Transformadores trifásicos 105 Pr u e b a
de corto circuito.
Vc c
=
65 VOLTS.
Ice
=
19.6
Pee
=
1350 WATTS.
AMPERES.
La resistencia medida entre terminales del devanado de al T0 VOLTAJE A UNA TEMPERATURA AMBIENTE DE 0.0058
1 0 °C
FUE DE -
ohms.
Ca l c u l e : a)
Z t . R t - X t a 2 0 °C (r e f e r i d o s a l p r i m a r i o )
b)
Co r r e g i r rior a
los v a l o r e s o b t e n i d o s en el inciso a n t e
75 C.
c)
%R, %L. IX .
d)
Ef i c i e n c i a
a
75%
de c a r g a
y
fp
- 1.0
e)
Ef i c i e n c i a
a
50%
de c a r g a
y
fp
= 0.8
f)
Re g u l a c i ó n a
g)
Re g u l a c i ó n
h)
Ob t e n e r
plena carga
a plena carga
y fp
atrasado.
= 1.0
y fp= 0 . 8
atrasado
los valores de resistencia por fase
■
a 20”
C EN LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO.
SOLUCION
A)
Pee * l? c Rt Rt
=
Vcc =
“ 3S IfSz c---------P ” - 2 .1 2 c 3 x ( 1 9 .6 ) 2
2 . 1 2 OHMS
lee
Z T .'. Z T =
lee
19.6
= 9.95 ohms
I
106
Potencia y rendimiento de los transformadores Zeq-
=
XT
= tf^5j2-T(2.i2)2
XT
=
3.9 OHMS
R t 75° =
1,22 x 2.12 = 2.58 ohms
ZjTS" =
1.22 x 4,45 = 5.42 ohms
ll
=
X R
=
XX
ffQOO / J 3000
= 14,4
AM P.
Z_._5a_jLl4,4 m 3000
= 4,.76.,x _14 ,Ü 3000
X
x
=
100
1,24
=
2.28
= 2.28 %
ll
= 5 ,42__x_1*l 4 100 = 2.61 3000
Z
b)
4.45 OHMS
= 2.61%
Psal = 75 x 0.75 x 103 = 56,200 W P
= 800 W
Pd w
= ( — - )2 x 1350 = 760 W
Efic 3/4
PSAL =
=
5.6200 x 10Q_ = %% 56200 + 800+ 760
0.5 x 75,000 x 0.8 = 30 OODW
Transformadores trifásicos 107 Po
- 800 W o
P
= < -L )
1350 = 3 3 5 W
2 Ef i c
1 /2 =
3 0 ,0 0 0 y . 100------- = 3 0 ,0 0 0 + 8 0 0 + 335
96 5
*
Ef i c 1 / 2 = 9 6 . 5 % R Ij
= 1 9 .9 9 x 2 5 8
=
3 7 .9 V o l t s
X Il
= 1 9 .9 9 x 9 . 7 6 =
6 8 . 6 Vo l t s
% Re g .
=
x 100 VI
ÍP
= /(3 0 3 7 )2 + (6 8 .6 ) 2
% Re g .
= 303.Z -
3 0 0 0 100
= 3087 V o l t s
= li2 3
3037 c)
R Ii X Ix
-
1 9 .9 x 2 .5 8 = = 1 9 .9 x
Z Re g .=
El
3 7 .9 V
9 . 7 6 = 6 8 .6 V
V l 100 Vi
= / C 3 0 3 7 ) :¿ + < 6 8 .6 ) 2
% Re g
=
?037 - 3000 100 = 100366
ohms
transformador trifásico tiene una potencia entregad/
EN EL SECUNDARIO A PLENA CARGA DE 16 KVA, DE DATOS DE PRUEBAS, SE SABE QUE LAS PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO SON DE 140 WATTS Y LAS PÉRDIDAS EN LOS DEVANADOS SON DE 520 — WATTS, CALCULAR LA EFICIENCIA A PLENA CARGA Y FP = 1.0Y A 1/2 CARGA Y FP = 0.7 ATRASADO.
SQLÜCiQM LA EFICIENCIA A PLENA CARGA Y FP - 1.0
Transformadores trifásicos 109 Ef
ic
. =
PSA L I PA
, ico
PSALIDA + P0 +Pcc Efic‘ =
. C o n 1/2 La
— ■ ron 1600 +190 + 520 ca r g a y fp
X 100
= 0.7
=
96.05%
atrasado
potencia de salida e s :
PSALIDA =
i ESAUM
2
PSALIDA =
x COS 0
x 0.7
= 5600 WATTS
LAS PÉRDIDAS EN VACIO SON IGUALES CON CUALQUIER CARGA. Po
=
Po
190 WATTS
L a s PÉRDIDAS EN LOS DEVANADOS
Pee = P cc/2^ = P cc/9 =
La
= 150
WATTS
eficiencia:
E f ,c - =
5600 + 190+• 150 X 100 = 95.9%
EJEMPLO 2.9 S e DEBE ALIMENTAR UN MOTOR EN 1DUCC1ÓN TRIFASICO A 990 VOLTS, 60 Hz
QUE DEMANDARA UNA POTENCIA DE 6 K’.í CON
FACTOR DE POTENCIA DE 0.85 ATRASADO.
UN
Si SE TIENE DISPO-
110 Potencia y rendimiento de los transformadores NIBLE UNA RED DE ALIMENTACIÓN TRIFÁSICA DE 220 VOLTS. SE DEBE CONECTAR UN TRANSFORMADOR QUE PERMITE EL ARRANQUE DEL MOTOR. INDICAN LAS CARACTERÍSTICAS QUE DEBE TENER EL TRANSFORMADOR.
SOLUCION S iendo do
l a carga de un motor eléctrico de tipo
balancea
SE PUEDE SELECCIONAR UNA CONEXIÓN PARA EL TRANSFORMA
DOR QUE SEA SIMPLE V ECONÓMICA COMO ES EL CASO DE LA ESTRELLA/ESTRELLA.
L a CORRIENTE SECUNDARIA ES: l7 =
Pa___________ = 1.732 x cosB x V2
12 =
9.26A
6 x 1000 1732 x 0.85 x 440
E l VOLTAJE EN EL SECUNDARIO. SUPONIENDO UNA CAÍDA DE TEN SIÓN MÁXIMA ADMISIBLE DEL 5% ES: V20 =
V? -- — 1 -E
V20 =
— 1—0 .05
E = CAÍDA DE TENSIÓN ADMISIBLE
=
463.15
volts
La POTENCIA REQUERIDA PARA EL TRANSFORMADOR S
=
1.732 x V20 X 12 1000
=
1.732 x 463.15 x 9.26 = 7 1000
Transformadores trifásicos 111 La
relación de
Tr a n s f o r m a c i ó n :
L O E L O 2.10. Un transformador monofásico tiene una potencia nominal de 15 KVA, toma en vacio una corriente de 0.65A con un FACTOR DE POTENCIA EN VACIO DE 0.25. transformación es de
440/220
volts.
LA RELACIÓN DE - La
resistencia del-
DEVANADO PRIMARIO ES Rl = 0 . 1 2 OHMS.
E n LA HIPOTESIS DE QUE LAS PÉRDIDAS EN LOS DOS DEVANADOS SEAN IGUALES.
CALCULAR LA RESISTENCIA DEL DEVANADO SE -
CUNDARIO Y EL RENDIMIENTO A PLENA CARGA Y UN FACTOR DE POTENCIA UNITARIO
SOLUCION Las pérdidas en vacío. P o = V o lo c o s O o = 440 x 0.65 x 0.25 = 71.5 watts
La corriente secundaria I2 =
L
iSQQQ =
68.18 A
220
La corriente primaria U
=
x ll , U
=
x 68.1a = 34A
112 Potencia y rendimiento de ios transformadores La s
p é r d i d a s en e l d e v a n a d o prim ario
PRl - Ri Ii2 = 0.12 x (34)2 =
La s
1 3 8 .7 2
volts.
pérdidas totales en los devanados
PpERD = PR2+ PRl
Como se parte de la hipótesis de que las pérdidas en am bos DEVANADOS SON IGUALES (PRl = PR2). Pperd. » 138.72-*-138.72 = 277.44 watts.
La
resistencia en el secundario se calcula c o m o :
P r 2 = R2 122 . R2~
La
¡ 2¿
= 0.029 ohms ( 6 0 « lo !
eficiencia:
F p j r = ------------ 1 5 0 0 9 _________ = 07 7 %
15000+277.44+71.5
3
C A P I T U L O 1A CONSTRUCCION DEL
3
TRANSFORMADOR
.1. CONSIDERACIONES GENERALES. Como se ha mencionado anteriormente, un transformador constade DOS PARTES ESENCIALES: El NÚCLEO MAGNÉTICO Y LOS DEVANADOS. Estos están relacionados con otros elementos destinados a lasconexiones MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS ENTRE LAS DISTINTAS PARTES AL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO. AL MEDIO DE TRANSPORTE Y A LA PRO TECCIÓN DE LA MÁQUINA EN GENERAL.
E« CUANTO A LAS DISPOSICIO
NES CONSTRUCTIVAS, EL NÚCLEO DETERMINA CARACTERÍSTICAS RELEVAN TES, DE MANERA QUE SE ESTABLECE UNA DIFERENCIA FUNDAMENTAL ENLA CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES, DEPENDIENDO DE LA FORMA — DEL NÚCLEO, PUDIENDO SER EL LLAMADO NUCLEO TIPO COLUMNAS Y ELNUCLEO TIPO ACORAZADO. diferencias
Existen otros aspectos que establecen-
ENTRE TIPOS DE TRANSFORMADORES, COMO ES POR EJEM -
PLO EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO. QUE ESTABLECE LA FORMA DE DISI PACIÓN DEL CALOR PRODUCIDO EN LOS MISMOS, O BIEN EN TÉRMINOS DE SU POTENCIA Y VOLTAJE PARA APLICACIONES, COMO POR EJEMPLO CLASIFICAR EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA O TIPO DISTRIBUCIÓN.
.2. LA CONSTRUCCION DEL NUCLEO. E l NÚCLEO MAGNÉTICO ESTÁ FORMADO POR LAMINACIONES DE ACERO QUE TIENEN PEQUEÑOS PORCENTAJES DE SILICIO (ALREDEDOR DEL 4%) Y — QUE SE DENOMINAN "LAMINACIONES MAGNÉTICAS”, ESTAS LAMINACIONES TIENEN LA PROPIED^u DE TENER PÉRDIDAS RELATÍVAMENTE BAJAS POREFECTO DE HISTÉRESIS Y DE CORRIENTES CIRCULANTES. LAS LAMINACIONES SE DISPONEN O COLOCAN EN LA DIRECCIÓN DEL FLU JO MAGNÉTICO, DE MANERA QUE LOS NÚCLEOS PARA
115
TRANSFORMADORES-
116 La construcción del transformador ESTAN FORMADOS POR UN CONJUNTO
de
LA FORMA Y DIMENSIONES REQUERIDAS.
LAMINACIONES ACOMODADAS EN La RAZÓN DE USAR LAMINACIJ»
NES DE ACERO AL SILICIO EN LOS NÚCLEOS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTR1 CAS, ES QUE EL SILICIO AUMENTA LA RESISTIVIDAD DEL MATERIAL Y ENTONCES HACE DISMINUIR LA MAGNITUD DE LAS CORRIENTES PARÁSI TAS O CIRCULANTES Y EN CONSECUENCIA LAS PÉRDIDAS POR ESTE CON CEPTO.
EN GENERAL, LAS LAMINACIONES AL SILICIO SE SATURAN PARA VALO RES DE INDUCCIÓN MÁS BAJOS DE AQUELLOS RELATIVOS A LAS LAMINA CIONES NORMALES, TALES VALORES VAN DISMINUYENDO AL AUMENTAR EL CONTENIDO DE SILICIO.
E n EL CASO DE TRANSFORMADORES DE GRAN POTENCIA. SE USAN LAS — LLAMADAS "LAMINACIONES DE CRISTAL ORIENTADO" CUYO ESPESOR ES DE ALGUNOS MILIMETROS Y CONTIENEN ENTRE 3% Y 9% DE SILICIO. SE OBTIENEN DE MATERIAL LAMINADO EN CALIENTE- DESPUÉS SE HACE ELLAMINADO EN FRIO, DANDO UN TRATAMIENTO TÉRMICO FINAL A LA SU PERFICIE DE LAS MISMAS.
ESTE TIPO DE LAMINACIÓN CUANDO SE SU
JETAN AL FLUJO EN LA DIRECCIÓN DE LAS LAMINACIONES, PRESENTANPROPIEDADES MAGNÉTICAS MEJORES QUE LA LAMINACIÓN "NORMAL" DE ACERO AL SILICIO USADA PARA OTRO TIPO DE TRANSFORMADORES.
L a construcción del núcleo
CONTENIDO DE SILICIO EN -
ESPESOR
MM
EN
PERDIDAS EN EN WATTS/
KG
PORCIENTO
] 17
PESO
KG/ M 3
3.8-4.0
0.35
1.3
7550
4.0-4.5
0. 35
1.1-1.0
7500
4.C-4.5
0.35
1.7-0.6
7500
IABLA_ t e . COMPORTAMIENTO MAGNETICO INDUCCION (wb/ai2)
VALORES MEDIOS LE XA TUERZA MAGNETICA EN AMP-ESPIRA/Q4 LAMINACION AL SILI CIO 0.5 NM 2.5W/kG
0.8
LAMINACION AL SILI LAMINACION CON CRIS CIO 0.35 m . TALES ORIENTADOS 1.IW/kG 0.35 M A C.6W/kG.
1.2 1.6
1.4
0.4
2.0
0.8
2.4 3.4
2.9 4.3
1.4 2.3
6.8
3.2
1.3
5.1 7.8
11.5
4.6
1.4
13.2
6.3
1.5 1.6
23.6 37.2
19.6 32.4
1.7
56.7
54.3 71.6
11.1 15.6
1.8
84.5
90.0
20.6
0.8 1.0 1.1 1.2
i
8.4
B O Q U IL L A S
D E A L T A T E N S IO N
B O Q U IL L A S D E B A J A T E N S IO N
C O N E X IO N E S O E A L T A T E N S lO
S U JE C IO N POR C A N A L DEVANADOS DE B A JO V O L TA JE Y A LTO V O L Y J U f \ (C O N C E N T R IC O S )
B A S E 0 £ M A D ER A
TA N Q U E
VISTA
DE L A S P R I N C I P A L E S C O M P O N E N T E S DE UN T R A N S F O R M A D O R
118
Elementos de los núcleos de transformadores 119 DE TRANSFORMADORES En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna SE DISTINGUEN DOS PARTES PRINCIPALES: "LAS COLUMNAS* O PIER ÑAS V LOS *YUGOS".
E n LAS COLUMNAS SE ALOJAN LOS DEVANADOS -
Y LOS-YUGOS UNEN ENTRE St A LAS COLUMNAS PARA CERRAR EL CIR CUITO MAGNÉTICO.
Debido a qu e la s bo bin as se de ben mo n t a r b a j o u n c i e r t o proce dimiento y desmontar cuando sea necesario por
trabajos de
man
TENIMIENTO, LOS NÚCLEOS MAGNÉTICOS SON ARMADOS EN TAL FORMA QUE SON DESMONTABLES, PARA PODER METER Y SACAR LAS BOBINAS DE LAS COLUMNAS. PUDIENDO LOS NÚCLEOS QUE CIERRAN EL CIRCUITO — MAGNÉTICO. TERMINAR AL MISMO NIVEL EN LA PARTE QUE ESTA EN — CONTACTO CON LOS YUGOS. O BIEN CON SALIENTES.
EN AMBOS CASOS
LOS NÚCIEOS SE ARMAN CON "JUEGOS* DE LAMINACIONES PARA COLUM NAS Y YUGOS QUE SE ARMAN POR CAPAS DE ARREGLOS "PARES* E "IM PARES".
Eje m p l o
di
C o l u m n a
Ar
m ado
d*
un
n ú c leo
t ip o
co lu m n a s
2 Devanaros 3 ARWACXJRA ( H t W A J f 5 J 4 TORNILLOS OC LAS TmMiNAcl 5
Ej DE
e mpl os
LOS
ot
l a
oisposicccn
TRANSFORMADORES
oe
las
B ase
#*« t e s
MONOFASICOS Y
nc
apoyo
constitutivas
TRIFASICOS EN AIRE
Yuyo Yugo superior
I
COlUf^F'Ol Núcleo
monofásico
NUCLEO
TRIFASICO
Elementos de los núcleos de transformadores 121 M u c ie o f o h m a d o d e la w in a c iO n i* * DlSPVJCSTAS E N FO R M A ALr£RNAI)A
"TT I
J u ic o S
JU F O O S IM PA N C 9
PARES
Co m o s e h a m e n c i o n a d o a n t e r i o r m e n t e / c u a n d o s e e m p l e a n l a m i n a CIONES DE CRISTAL ORIENTADO, ES NECESARIO QUE LAS UNIONES EN TRE YUGOS Y COLUMNAS SE REALICEN CON CORTES INCLINADOS PARA EVITAR TRAYECTORIAS TRANSVERSALES DE LAS LfNEAS DE FLUJO RES PECTO A TALES DIRECCIONES.
Cu a n d o s e h a n a r m a d o l o s n i v e l e s a b a s e d e j u e g o s d e l a m i n a CIONES COLOCADAS EN "PARES" E “ IMPARES" EL NÚCLEO SE SUJETA USANDO TORNILLOS OPRESORES Y SEPARA
POR MEDIO DE LOS TCRNI -
LLOS TENSORES.
NUCLEO
ARM AD O DE UN TRANSFORM ADOR T R IFA S IC O
122 La construcción del transformador El m o n t a j e d e l n ú c l e o e n l o s t r a n s f o r m a d o r e s d e m e d i a p o t e n c i a (h a s t a a l g u n o s c i e n t o s d e KVA), s e h a c e c o m o s e h a m e n c i o n a d o antes.
FORMANDO PAQUETES DE LAMINACIONES QUE SE SUJETAN EN Dl§
TINTAS FORMAS, PERO USANDO ELEMENTOS QUE NO DANEN A LAS LAMINA C IONES COMO MADERA O FIBRAS DE PEQUEÑO ESPESOR (2 A 3 MM.) CO MO ES EL CASO DE LA FIBRA DE VIDRIO.
E n TRANSFORMADORES DE GRAN POTENCIA, EN LAS LAMINACIONES DESTI NADAS A FORMAR LAS COLUMNAS, SE HACEN AGUJEROS EN LOS QUE SE COLOCAN TORNILLOS PASANTES, ESTOS TORNILLOS SE AISLAN CON TU BOS DE PAPEL, CARTÓN O BAQUELITA Y SE SUJETAN A LAS TUERCAS — CON RONDANAS AISLANTES.
ESTOS ELEMENTOS AISLANTES NO REQU1E -
REN PROPIEDADES DIELÉCTRICAS PARTICULARES. DADO QUE LOS VALO RES DE TENSIÓN QUE PUEDEN SER INDUCIDOS EN EL NÚCLEO SON BAJOS. Cu a n d o s e u s a n t o r n i l l o s n o a i s l a d o s s e i n d u c e n e n e s t a s c o -
RR1ENTES QUE PRODUCEN CALENTAMIENTOS QUE SON INADMISIBLES.
I — P L A C A M E T A L IC A P A R A D I S - j M INum UNIFORMENTE L A C A N » DE S U JE C IO N 2 - A IS L A M IE N T O
e l-— C C * U N A P L A C A METALICA
3 — TD R N TLLO DE S U JE C IO N . SUJCf| CON RONDANA Y T U E R C A
E JE M P L O P E
S U JE C 1Q M
P E L A S L A M IN A C IO N E S
D E L N U CLEO
Secciones de las columnas
123
3.2.1. SECC1ON£S_D.E LAS COLUMNAS■ La s
secc i o n e s de l a s c o l u m n a s d e t e r m i n a n auto m á t i c a m e n
TE LAS SECCIONES DE LOS NÚCLEOS.
POR RAZONES DE TIPO-
ECONÓMICO Y TAMBIÉN PARA EQUILIBRAR LOS ESFUERZOS ELEQ TROD1NAMICOS QUE SE PUEDEN PRESENTAR ENTRE LOS CONDUC% TORES, LOS DEVANADOS SE CONSTRUYEN CASI SIEMPRE EN FOR MA CIRCULAR
Es t o
requiere, al menos técnicamente, que las columnas
DEL NÚCLEO DEBAN TENER SECCION CIRCULAR.
ÜEBIDO A QUE
ESTA CONDICIÓN NO ES PRÁCTICAMENTE REALIZABLE, SE BUS CA APROXIMARSE HACIENDO LA SECCIÓN DE LA COLUMNA EN ES calones.
SA,
Do n d e
l u e g o q u e l a c o n s t r u c c i ó n e s m As c o s t o
m i e n t r a s m a y o r s e a e l n u m e r o de e s c a l o n e s , d e b i d o -
A QUE CADA ESCALÓN REQUIERE DE DIMENSIONES DISTINTAS DE LAS LAMINACIONES.
PARA TRANSFORMADORES PEQUEÑOS, -
SE PUEDEN ACEPTAR EL USO DE SECCIÓN CUADRADA O CRUC1 FORME (SECCIÓN EN CRUZ).
En
t ra n s f o r m a d o r e s g r a n d e s , se h a c e n l a s c o l u m n a s c o n -
u n n ú m e r o e l e v a d o de esca l o n e s c o n el o b j e t o de o b t e
-
NER UN MAYOR "FACTOR DE UTILIZACIÓN GEOMÉTRICA" DE LASECCIÓN.
A MAYOR CAPACIDAD DEL TRANSFORMADOR, MAYOR
ES EL NUMERO DE ESCALONES, PUDIENDO LLEGAR A SER HAS TA 10 Ó 12 ESCALONES.
E n CUANTO A LOS YUGOS . SE REFIERE. NO ESTANDO VINCU -
124 La construcción de) transformador LADOS ESTOS CON LOS DEVANADOS, PUEDEN SER, ENTONCES, RECTANGULARES, AÚN CUANDO PUEDEN TENER TAMBIÉN ESCALO NES PARA MEJORAR EL ENFRIAMIENTO.
CUADRADA
C R U C IF O R M E
DC E S C A L O N E S
F O R M A S DE L A S SECCIONES DE L A S COLUMNAS
3.2.2.
Tipos
de núcleos.
Cu a n d o para
se ha mencionado con ante riorid ad, los núcleos-
TRANSFORMADORES SE AGRUPAN BASICAMENTE EN LAS SI
GUIENTES CATEGORÍAS: a) b
)
a)
Tipo
núcleo o de columnas.
Tipo acorazado. T ipo
n ú c l e o o de c o l u m n a s .
Ex i s t e n
d i s t i n t o s tipo s de n úcl eos ti p o c o l u m n a ,
-
q u e e s t An c a r a c t e r i z a d o s p o r l a p o s i c i ó n r e l a t i v a d e las co lu mnas y de los y u g o s .
TO R N ’LLO A IS LA D O D E L NUCLEO
PLACA DE SUJECION
NUCLEO
CANCHO DE S U JE C IO N
P LAC A D E A JU STE D U C TO S DE ENFRIAMIEN TO AISLAM IENTO EN TR E BOBINAS
C O LLA R DE AISLAMI PLACA E STA TIC A DEVANADO D E ALTO V O LTA JE DEVANADO D E B A JO V O L TA JE A IS L A M IE N T O P LA C A DE A J U S T E CON A ISLA M IEN TO
BASE
SUJECION N U C LEO A IS LA M IE N TO DEL NUCLEO C A N A L D E S U JE C IO N
C O N S T R U C C IO N T IP IC A D E U N T R A N S F O R M A D O R T IP O
125
CO LUM NAS
126 La construcción del transformador NÚCLEO -M Q N P F A S K Q .
Se t i e n e n d o s c o l u m n a s u n i d a s e n l a s p a r t e s i n f e r i o r Y SUPERIOR POR MEDIO DE UN YUGO, EN CADA UNA DE ES » TAS COLUMNAS SE ENCUENTRAN INCRUSTADOS LA MITAD DELDEVANADO PRIMARIO Y LA MITAD DEL DEVANADO SECUNDARIO
Núcleo Tr i f á s i c o
Se t i e n e n t r e s c o l u m n a s d i s p u e s t a s s o b r e e l m i s m o ~ PLANO UNIDAS EN SUS PARTES INFERIOR Y SUPERIOR POR MEDIO DE YUGOS. SOBRE CADA COLUMNA SE INCRUSTAN LOS” DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO DE UNA FASE.
LAS -
CORRIENTES MAGNETIZANTES DE LAS TRES FASES SON DIS TINTAS ENTRE SÍ. DEBIDO PRINCIPALMENTE A QUE EL CIR CUITO MAGNÉTICO DE LAS COLUMNAS EXTERNAS ES MAS GO QUE EL CORRESPONDIENTE A LA COLUMNA CENTRAL.
Es»
TE DESEQUILIBRIO. TOMANDO EN CUENTA QUE LA CORRIENTE DE VACÍO ES BASTANTE BAJA, TIENE INFLUENCIA SOLAMEN TE PARA LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN EN VACÍO.
b
) Tipo ACORAZADO. E s t e t i p o d e n ú c l e o a c o r a z a d o , t i e n e l a v e n t a j a cc *RESPECTO AL LLAMADO TIPO COLUMNA, DE REDUCIR LA DIS PERSIÓN MAGNETICA. SU USO ES MÍS COMUN EN LOS TRANS FORMADORES MONOFASICOS.
En EL NUCLEO ACORAZADO, U
DEVANADOS SE LOCALIZAN SOBRE LA COLUMNA CENTRAL, Y CUANDO SE TRATA DE TRANSFORMADORES PEQUEÑOS, LAS L
r»r
T1*>0 LAIVIMI.IUHC5 P A h A M J C L F C & AíX'RmZADOS Mtl^AJE DE LAkl .ACIONrS f A R A Muca. E O S TI1*0 ACORAZADOS
T|f»C COLUMNAS P a R a
TRANSFORMADOR MONOFASICO
TIPO C O L U M N A S
RARA TRANSFORMADOR T R | F A 5ICO
N U C L E O T C P O ACOR AZAD O .
1 — N U f.LLO M ONTADO
2
xolümna central
3 -PIERNAS LATERALES
«•..TUSOS SUPERIOR r IN F E R IO R 3 -V E N T A N A
*— DEVANADO
F O R M A S Y T IP O S D E N U C L E O S
La construcción del transformador DE LOS DEVANADOS DEBIDO A QUE LOS CRITERIOS CONSTRUCTIVOS PARA LA REALIZACIÓN DE LOS DEVANADOS DE BAJA TENSIÓN/ SON DISTINTOS DE LOS USADOS PARA LOS DEVANADOS DE ALTA TENSIÓN.
Pa r a
los fines constructivos, no tiene ninguna
función
importancia la-
DE UN DEVANADO. ES DECIR. QUE SEA PRIMARIO O EL SECUN
DARIO. IMPORTA SOLO LA TENSIÓN PARA LA CUAL DEBE SER PREVISTO.
Ot r a
cl a s i f i c a c i ó n de los d e v a n a d o s se pued e hace r c o n re l a
-
CIÓN A LA POTENCIA DEL TRANSFORMADOR. PARA TAL FIN EXISTEN DE VANADOS PARA TRANSFORMADORES DE BAJA POTENCIA. POR EJEMPLO DE 1000 A 2000 VA CIA.
Y PARA TRANSFORMADORES DE MEDIA Y GRAN POTEN
L o s DEVANADOS PARA TRANSFORMADORES DE PEQUEÑA POTENCIA-
SON LOS MÁS FÁCILES DE REALIZAR.
En ESTE TIPO DE TRANSFORMADORES LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUN DARIO SON CONCÉNTRICOS Y BOBINADOS SOBRE UN SOPORTE AISLANTEÚNICO.
Por LO GENERAL, SE USAN CONDUCTORES DE COBRE ESMALTA
DO, DEVANADOS EN ESPIRAL Y CON CAPAS SOBREPUESTAS.
PoR LO GE
NERAL, EL DEVANADO DE MENOR TENSIÓN SE INSTALA MÁS CERCA DELNÚCLEO INTERPONIENDO UN CILINDRO DE PAPEL AISLANTE Y MEDIANTE SEPARADORES, SE INSTALA EN FORMA CONCÉNTRICA EL DEVANADO DE TENSION MAYOR.
LOS EXTREMOS DE LOS DEVANADOS (DENOMINADOS —
TAMBIEN PRINCIPIO Y FINAL DEL DEVANADO) SE PROTEGEN CON AIS LANTE DE FORMA DE TUBO CONOCIDO COMO "SPAGUETTl".
E n ESTOS TRANSFORMADORES, LA DIFERENCIA ENTRE LAS TEN
Los devanados de los transformadores 131 SIGNES PRIMARIA Y SECUNDARIA ES NOTABLE, POR EJEMPLO, LOS TRANSFORMADORES PARA REDES DE DISTRIBUCION DE 13200 VOLTS A LAS TENSIONES DE UTILIZACION DE 220/127 VOLTS DEBIDO A ESTAS DIFERENCIAS, SE EMPLEAN CRITERIOS CONS TRUCTIVOS DISTINTOS A LOS CONSIDERADOS EN LOS TRANSFOR MADORES PEQUEÑOS DE BAJA TENSION Y SE DIVIDEN EN DEVANA DOS DE BAJA TENSIÓN Y DE ALTA TENSIÓN.
De v a n a d o s
df. b a j a t e n s i ó n
ESTAN CONSTITUIDOS POR LO GENERAL, DE UNA SOLA ESPIRAL ( ALGUNAS VECES EN DOS O TRES CAPAS SOBREPUESTAS >, CON ALAMBRE RECTANGULAR AISLADO. El CONDUCTOR SE USA GENE RALMENTE PARA POTENCIAS PEQUEÑAS Y TIENE DIAMETROS NO SUPERIORES A 3 O 3.5 MM. El AISLAMIENTO DE LOS CONDUCTA RES, CUANDO SON CILINDRICOS, PÜEDt SER DE ALGODÓN O DE PAPEL, MÁS RARAMENTE CONDUCTOR ESMALTADO EN EL CASO
-
QUE LOS TRANSFORMADORES QUE NO SEAN ENFRIADOS POR ACEI TE.
Para transformadores de mediana y gran potencia, se
re
curre AL USO DE PLACA O SOLERA DE COBRE AISLADA, EL AI£ LAMIENTO ES POR LO GENERAL DE PAPEL. EN EL CASO DE QUE LAS CORRIENTES QUE TRANSPORTE EL DEVANADO SEAN ELEVADAS YA SEA POR FACILIDAD DE MANIPULACIÓN EN LA CONSTRUCCIÓN O BIEN PARA REDUCIR LAS CORRIENTES PARÁSITAS, SE PUEDE CONSTRUIR EL DEVANADO CON MÁS DE UNA SOLERA O PLACA EN PARALELO.
B O B IN A
DE D IS C O
C O N T IN U O
(H E LIC O ID A L)
132
Los devanados de los transformadores 133
LOS DEVANADOS DE ALTA TENSIÓN, TIENEN EN COMPARACIÓN — CON LOS DE BAJA TENSIÓN, MUCHAS ESPIRAS, Y LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR ELLOS, ES RELATIVAMENTE BAJA, POR LO
-
QUE SON DE CONDUCTOR DE COBRE DE SECCIÓN CIRCULAR CON ClÁMLIRO DE 2.5 A 3.0 MM.
C o n RESPECTO A LAS CARACTERÍSTICAS
constructivas, se
--
TIENEN VARIANTES DE FABRICANTE A FABRICANTE. HAY BÁSICA MENTE DOS TIPOS, EL LLAMADO "TIPO BOBINA" FORMADOS DE VARIAS CAPAS DE CONDUCTORES, ESTAS BOBINAS TIENEN FORMA DISCOIDAL, ESTAS BOBINAS SE CONECTAN. POR LO GENERAL, EN SERIE PARA DAR EL NÚMERO TOTAL DE ESPIRAS DE UNA FA SE.
E l OTRO TIPO ES EL LLAMADO "DE CAPAS" CONSTITUlDO-
POR UNA SOLA BOBINA CON VARIAS CAPAS, ESTA BOBINA ES DE LONGITUD EQUIVALENTE A LAS VARIAS BOBINAS DISCOIDALES QUE CONSTITUIRÍAN EL DEVANADO EQUIVALENTE, POR LO GENE RAL. EL NÚMERO DE ESPIRAS POR CAPA EN ESTE TIPO DE DEVfl ■
NADO, 'ES SUPERIOR AL CONSTITUIDO DE VARIAS BOBINAS DIS COIDALES.
Co m o
a s p e c t o s g e n e r a l e s , se puede de c i r q u e el primer
TIPO (b o b i n a s
d i s c o i d a l e s ), d a m a y o r
-
f a c i l i d a d de en
f r i a m i e n t o e impregnarse de a c e i t e , d e b i d o a que
DISPONE
CANALES DE CIRCULACIÓN MÁS NUMEROSOS, TAMBIÉN TIENE LAVENTAJA DE QUE REQUIERE DE CONDUCTORES DE MENOR DIAME TRO EQUIVALENTE AL OTRO TIPO, DA MAYOR FACILIDAD CONS -
134 La construcción del transformador tructiva.
T iene l a d e s v e n t a j a de se r m á s t a r d a d o e n
sti
CONSTRUCCIÓN.
La s b o b i n a s d i s c o i d a l e s s e c o n o c e n t a m b i é n c o m o "t i p o galleta" en algunos
c a s o s , se forman c a d a u n a , de un
—
CIERTO NÚMERO DE CONDUCTORES DISPUESTOS EN CAPAS Y AISLADAS ESTAS CAPAS ENTRE Sf POR PAPEL AISLANTE. CADA BO BINA AL TERMINAR SE "AMARRA* CON CINTA DE LINO O ALGO DÓN PARA DARLE CONSISTENCIA MECÁNICA Y POSTERIORMENTE SE LES DA UN BAÑO DE BARNIZ Y SE HORNEAN A UNA CIERTA TEMPERATURA, CON LO CUAL ADQUIERE LA RIGIDEZ MECÁNICA NECESARIA.
CADA BOBINA, ESTÁ DISEÑADA PARA TENER UNA
TENSIÓN NO SUPERIOR A 1000-1500 VOLTS, POR LO QUE PARA DAR LA TENSIÓN NECESARIA PARA UNA FASE, SE DEBEN COLO CAR VARIAS BOBINAS EN SERIE.
Po s i c i ó n
p e h s j íb m h a p o s .
L a DISPOSICIÓN DE LOS DEVANADOS EN LOS TRANSFORMADO DEBE SER HECHA DE TAL FORMA, QUE SE CONCILIEN EN LA JOR FORMA LAS DOS EXIGENCIAS QUE SON CONTRASTENTES EN TRE Si, DEL AISLAMIENTO Y DE LA MENOR DISPERSIÓN DEL * FLUJO.
La PRIMERA REQUIERE DE LA MAYOR SEPARACIÓN EN
TRE DEVANADOS, EN TANTO QUE LA SEGUNDA, REQUIERE QUE El PRIMARIO SE ENCUENTRA LO MÁS CERCANO POSIBLE DEL SECUN DARIO.
En LA PRÁCTICA, SE ALCANZA UNA SOLUCIÓN CONVE "i
NI ENTE DEL PROBLEMA CON LA DISPOSICIÓN DE LOS DEVANADOj DENTRO DE LOS SIGUIENTES TIPOS:
Los devanados de los transformadores 135 .
Co n c é n t r i c o .
.
Co n c é n t r i c o d o b l e
.
Al t e r n a d o .
En e l t i p o c o n c é n t r i c o , c a d a u n o d e l o s d e v a n a d o s e s t á DISTRIBUÍDO A LO LARGO DE TODA LA COLUMNA' EL DEVANADODE TENSIÓN MÁS BAJA SE ENCUENTRA EN LA PARTE INTERNA — (MÁS CERCANA AL NÚCLEO) Y AISLADO DEL NÚCLEO, Y DEL DE TENSIÓN MÁS ELEVADA. POR MEDIO DE TUBOS AISLANTES (CAR TÓN BAQUELIZADO, BAGUELITA, ETC.)
En LA DISPOSICIÓN DE CONCÉNTRICO DOBLE, EL DEVANADO DE TENSIÓN MÁS BAJA SE DIVIDE EN DOS MITADES DISPUESTAS — RESPECTIVAMENTE AL INTERIOR Y A L EXTERIOR UNO DE OTRO.
En EL LLAMADO TIPO ALTERNADO, LOS DOS DEVANADOS ESTÁN SUBDIVIDIDOS CADA UNO EN UNA CINTA NÚMERO DE BOBINAS — GUE ESTÁN DISPUESTAS EN LAS COLUMNAS EN FORMA ALTERNADA.
LAS CONSIDERACIONES QUE ORIENTAN DESDE EL PUNTO DE VISTA DE DISEÑO, LA DISPOSICIÓN DE LOS DEVANADOS, SON AQUELLOS REFERENTES AL ENFRIAMIENTO, EL AISLAMIENTO, A LA REACTAfc CIA DE DISPERSIÓN Y A LOS ESFUERZOS MECÁNICOS.
Co n r e l a c i ó n a l o s a i s l a m i e n t o s , l a s o l u c i ó n m á s c o n v e NI ENTE LA REPRESENTA EL TIPO CONCÉNTRICO SIMPLE, PORQUEREQUIERE DE UNA SOLA CAPA AISLANTE ENTRE LOS DOS DEVANA-
136 La construcción del transformador DOS, POR LO QUE ESTA DISPOSICIÓN ES VENTAJOSA EN EL CASO DE
TENSIONES ELEVADAS.
EL LLAMADO CONCÉNTRICO DOBLE TIENE LA PRERROGATIVA DE — DAR LUGAR A LA REACTANCIA DE DISPERSIÓN
CON VALOR DE AL
REDEDOR DE LA MITAD DE AQUEL RELATIVO AL CONCÉNTRICO SI« PLE.
EL TIPO ALTERNADO. EN CAMBIO, PERMITE VARIAR TALES
REACTANCIAS, REPARTIENDO EN FORMA DISTINTA LAS POSICIO NES DE LAS BOBINAS DE LOS DOS DEVANADOS.
PARA LOS ES —
FUERZOS MECÁNICOS SON MEJOR LAS DISPOSICIONES DE TI PC A L TERNADO, PUES PERMITE QUE EL TRANSFORMADOR SOPORTE MEJOR LOS ESFUERZOS MECÁNICOS
o)
c)
bt
D IS P O S IC IO N D E L O S D E V A N A D O S o }.— C oncéntrico
b ).— D oble Concéntrico
c ) — A llo m a d o
OERECHO
IZQUIERDO
IZQ UIER DO
IZQUIERDO
DEVAN ADO S
DEVANADO o)
V IS T A
D E R EC H O
C IL IN D R IC O
IZQ U IERDO
V A R IA S
EX TER N A
b)
A IS L A M IE N T O
C>
CIAGRAMA E L E C T R IC O
A L F IN A L
DE
O ER EC H O
LA
CON TAP S
B O e iN A
CAPAS
La construcción del transformador 3.3.3. Co n s t r u c c i ó n
p e . lo
? GEV a m b SS.
Co m o s e i n d i c ó a n t e r i o r m e n t e , l o s c o n d u c t o r e s u s a d o s p¿ RA LA CONSTRUCCIÓN DE LOS DEVANADOS, PUEDEN SER DE ALAfl BRE CIRCULAR (CON UN DIÁMETRO COMPRENDIDO ENTRE 0.2 Y O.*! HM) O BIEN SOLERA DE DISTINTAS MEDIDAS.
Se g ú n s e a e l t i p o d e l a s e s p i r a s d e l a s b o b i n a s , s e pu£ DEN CONSTRUIR EN DOS FORMAS:
,
H e l i c o i d a d l CONTINUA.
.
C o n b o b i n a s s e p a r a d a s (d i s c o i d a l e s )
L a s b o b i n a s h e l i c o i d a l e s s e h a c e n , p o r LO GENERAL. CUAfl DO EL CONDUCTOR EMPLEADO ES DE SOLERA, LO ÚNICO QUE SEDEBE TENER CUIDADO ES EN LA FORMA DEL AISLAMIENTO CON RESPECTO A L NÚCLEO Y EVENTUALMENTE SU CONSTITUCIÓN ME cánica.
Este tipo de construcción tiene cierto tipo de
limitaciones, EN CUANTO AL AISLAMIENTO SE REFIERE, AÚN* -CUANDO SE PUEDA CONSTRUIR EN VARIAS CAPAS, POR LO QUE J SU PRÁCTICA SE LIMITA A LOS DEVANADOS DE BAJA TENSIÓN.
LA CONSTRUCCIÓN DE BOBINAS DISCOIDALES (PARA DEVANADOSCON BOBINAS SEPARADAS), GENERALMENTE SE HACE CON EL MIS.
•
MO NÚMERO DE ESPIRAS POR
BOBINA Y DE CAPAS SE HACE DE
MANERA QUE SE LIMITE LA TENSIÓN MÁXIMA
ENTRE ESPIRAS
DE CAPAS ADYACENTES A UN VALOR ENTRE 200 Y 300 VOLTS, J CON ESTO SE ESPERA QUE EN GENERAL, Y SÓLO EN CASOS
VISTA EN PLANTA DE L A BOBtNADORA
GUIA D EL ALAMBRE
J - ROLLO D€ ALAM BRE
M AQ U IN A
B O B IN A D O R A
1 -
M O TO R E L E C TR IC O
2
BANDA
-
3 .-
C U B IE R TA
4 -
CONTADOR DE VUELTAS
5 - cunrcH 6 -
E JE
7 -
B A S E DE P A P E L O
B -
M O LD E
9 -
T U E R C A OE A J U S T E
10
P ED A L O E C O N T R O L
-
CARTON
DE M ADERA
M O LDE OE L A BOBíNP T IP O DISCO IDAL
139
La constiucción del transformador EXCEPCIONALES, EL VOLTAJE POR BOBINA SEA CUANDO MUCHO 1000 VOLTS ENTRE CAPAS SEPARADAS POR PAPEL AISLANTE.
Co n
r e l a c i ó n a l a p o s i c i ó n d e los d e v a n a d o s , los t r a n s
formadores
SON DE DOS
tipos:
DE DEVANADOS CONCÉNTRICOS-
Y DE DEVANADOS ALTERNADOS,
t.N EL CASO DE LOS TRANSFORMADORES CON DEVANADOS CONCÉN1 RICOS, ESTOS, LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO, SON COMPLETAMENTE DISTINTOS Y SE ENCUENTRAN MONTADOS UNO — DLNTRO DEL OTRO SOBRE EL NÚCLEO, ESTANDO, POR RAZONES DE AISLAMIENTO, PRINC!PALMENTE EL DEVANADO DE MENOR VOL TAJE MAS CERCA DEL NÚCLEO.
EN TRANSFORMADORES DE MAYOR POTENCIA
Y SÓLO EXCEPCIO-
NALMENTE, SE PUEDE DIVIDIR EL DEVANADO DE BAJO VOLTAJEFN DOS PARTES, DE MANERA GUE UNO QUEDE CERCANO AL NÚ — CLEO Y LA OTRA SE COLOQUE SOBRE EL DEVANADO DE ALTA TEN SIÓN, ES DECIR, ES UN BOELE CONCÉNTRICO.
LA DISPOSICIÓN DE LOS DEVANADOS CONCÉNTRICA, ES LA GUETIENE UN MAYOR CAMPO DE APLICACIÓN.
Cu a l q u i e r a
que
sea el tipo de devanado, la construcción
DE LAS BOBINAS SE HACE NORMALMENTE SOBRE MOLDES DE MAD£ RA O METALICOS MONTADOS SOBRE BOBINADORAS O DEVANADORAS CUYO TIPO ES DISTINTO, DEPENDIENDO PRINCIPALMENTE DEL -
* BOBINA C ILIN D R IC A O E CAPA SEN C IL L A CON DOS CONDUCTORES E N PARALELO
3 BOBINA C ILIN D R IC A DE CAPA DOBLE CON DOS C O N D U C TO R ES E N PARALELO
•rWWVNVMV o^f 2p¡V¡¡WA¡y
M E TO D O DE CONEXION E N TR E BOBINAS o ) CO N EXIO N NORMAL b ) CONEXION INVERTIDA
D IS P O S IC IO N CONCENTRICA DE LA S BOBINAS
142 La construcción del transformador TAMAÑO DE BOBINAS POR CONSTRUIR.
E n EL CASO D E BOBINAS
PARA TRANSFORMADORES PEQUEÑOS, QUE SE PUEDEN HACER EN TALLERES DE BOBINADO, ESTAS BOBINAS SON DE TIPO MANUAL, V EVENTUALMENTE SE PUEDEN LLEGAR A USAR TORNOS.
Cu a n d o s e t e r m i n a d e d e v a n a r u n a b o b i n a , a n t e s d e s u mojj TAJE SE LE DEBE DAR UN TRATAMIENTO COMO SECARLA EN VACÍO PARA QUITAR POSIBLES RESTOS DE HUMEDAD, Y TAMBIÉN UN PRQ CESO DE IMPREGNACIÓN D E BARNIZ AISLANTE Y HORNEADO A UNA TEMPERATURA QUE DEPENDE DEL TIPO DE BARNIZ Y CUYO OBJETI VO ES DAR CONSISTENCIA MECÁNICA.
A is l a m ie n t o
extern o d e
l o s d eva n ad o s.
Los DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO, DEBEN ESTAR AISLA DOS ENTRE SÍ, GENERALMENTE ESTE AISLAMIENTO SE HACE POR MEDIO DE SEPARADORES DE MADERA, BAQUELITA O MATERIALESAISLANTES SIMILARES QUE ADEMÁS CUMPLAN CON FUNCIONES RE FRIGERANTES.
S IS T E M A D E ARMADO A X jA L jX ; UPS DEVANADOS P O R M E D 10 J3E TO R N ILLO S DE PRESIO N
ANILLO DE A IS L A M IE N T O
Los devanados de los transformadores 143 SISTEMA DE A M B RE .AXIAU 3EJ.0 S DEVANADOS MEDIANTE T O C H O S OPUESTOS DE PRESION, De
la
figura
1. * 2.
Yu g o
del n ú c l e o ,
3.
A n g u l o (o
solera) de sujeción
To r n i l l o s
de presión,
Co l u m n a
del n ú c l e o .
5.
Se p a r a d o r e s
6.
An i l l o s
7.
Devan ado
de a l t a t e n s i ó n .
8.
De v a n a d o
de baja tensión.
(h e r r a j e )
aislantes.
de material aislante,
} - NuClAO 2 u r m o a u r o o Yogo 3- Tornillo firpnie 4 - Anillo pora fijw •*>»«l^wrotto»
5-Bobino*
Uni on
oel
y u g o
a
las
piernas d e l
núcleo
La construcción del transformador El a i s l a m i e n t o e n t r e l a s f a s e s d e l o s t r a n s f o r m a d o r e s TRIFÁSICOS SE EFECTUA SEPARANDO CONVENIENTEMENTE LAS # « ld ^ E r r '
C O N E X IO N E N R A R A L E L O D E D E V A N A D O S
146
qV -
Devenado da dto voltoja
bV =
Devonodo d a
bajo
voltaje
A R R E G L O DE L O S D E V A N A D O S D E U N T R A N S F O R M A D O R T IP O
COLUMNAS o).— Vista externa
b).— Clcgramo esquemático
1— Devanado da elfo voltaje
2—
Devanado da boje vottoje
3 — Núcleo 4 — Yugo superior 5 - Yugo Inf
D IA G R A M A S
DE
C O N EX IO N P A R A T R A N S F O R M A D O R E S MONO F A S IC O S
üV-Diogroma esquemático b). D iagram a de conexiones
I
I — Dlcgram c
Z -
Ce veno do secundario
Conexión serle del mismo lado
I I Conexión serie de lodos opuestos
3 — Devanado primario
I I I Conexión parólelo latos cpuestos
4 — Plerno
I V Conexión paralelo del mismo lado
147
A R M A D O D E L A IS L A M I E N T O D E L N U C L E O M O N T A JE D E B O C IN A S
C O N E X IO N E S E N T R E B O B I N A S
I — T U B O A IS L A N T E 2 — B O B IN A S 3 — SEPARADOR ES 4 —
G U IA D E M O N T A JE
148
PARA
M
ontaje
de
i
las
bobinas
/ . 1
v
ei
aislamiento
/ t * l o r r . I * * i i c c> * l a b o b i n a c o n m \ f i n a l UENT£ IM PORTANTE DE ELEVACIÓN DE TEMPERATURA PARA LOS DEVANA DOS. ESTA ELEVACIÓN DE TEMPERATURA PUEDE PRODUCIR EFE£ TOS EN LOS AISLAMIENTOS DE LOS PROPIOS DEVANADOS,*0 — BIEN EN LOS AISLAMIENTOS ENTRE DEVANADOS Y EL NÚCLEO . PCR ESTA RAZÓN. ES SIEMPRE IMPORTANTE QUE TODOS LOS — AISLAMIENTOS SE MANTENGAN DENTRO DE LOS LÍMITES DE TE« PERATUPA QUE GARANTICEN SU CORRECTA OPERACIÓN, SIN PER DER SU EFECTIVIDAD.
Co m o
l a e l e v a c i ó n e n l a t e m p e r a t u r a depe nde t a m b i é n de
LA CARGA EN LAS MÁCUINAS, SE DEBE TENER CUIDADO DE MAN TENER TAMBIÉN A LAS MÁQUINAS DENTRO DE SUS LÍMITES
160 La construcción del transformador DE CARGA 0 "CARGABILIDAD* ESTABLECIDOS, PARA ASÍ RES PETAR LOS LÍMITES DE TEMPERATURA DE SUS AISLAMIENTOS.
E n SL REGIMEN NOMINAL DE OPERACIÓN, UN TRANSFORMADORTIENE ESTRECHAMENTE LIGADOS SU VOLTAJE V POTENCIA A LOS LÍMITES IMPUESTOS POR LOS AISLAMIENTOS USADOS Y EN MENOR GRADO POR LAS PÉRDIDAS POR EFECTO JOULE.
3 ,H.5. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES AISLANTES. LA CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES AISLANTES PARA M¿ QUINAS ELÉCTRICAS CON RELACIÓN A SU ESTABILIDAD TÉR MICA, CUBRE BÁSICAMENTE SIETE CLASES DE MATERIALES AISLANTES QUE SE USAN POR LO GENERAL Y QUE SON LOS SIGUIENTES:
C L A S E Y A E B F H C
TEMPERATURA 90 °C 105 "C IZO "C 130 *C 155 °C 180 tíC Mayor a 180 °C
U n a DESCRIPCIÓN BREVE DE ESTOS MATERIALES SE DAN A CONTINUACIÓN:
Materiales eléctricos usados en la construcción 161 CLASE Y Es t e a i s l a m i e n t o c o n s i s t e d e m a t e r i a l e s o c o m b i n a c i o n e s DE MATERIALES. TALES COMO ALGODÓN. SEDA Y PAPEL SIN IM PREGNAR
CLASE A. Es t e a i s l a m i e n t o c o n s i s t e d e n a t e r i a l e s o c o m b i n a c i o n e s DE MATERIALES TALES COMO EL ALGODÓN, SEDA Y PAPEL CON ALGUNA IMPREGNACIÓN O RECUBRIMIENTO O CUANDO SE SUMER GEN EN DIELÉCTRICOS LÍQUIDOS TALES COMO ACEITE.
ÜTROS-
MATERIALES O COMBINACIÓN DE MATERIALES QUE CAIGAN DEN TRO DE ESTOS LIMITES DE TEMPERATURA, PUEDEN CAER DENTRO DE ESTA CATEGORÍA.
CLASE E. Es t e a i s l a m i e n t o c o n s i s t e d e m a t e r i a l e s o c o m b i n a c i o n e s DE MATERIALES QUE POR EXPERIENCIA O POR PRUEBAS. PUEDEN OPERAR A TEMPERATURAS HASTA DE
5 °C. SOBRE LA T E M P E R A
TURA DE LOS AISLAMIENTOS CLASE A.
CLASE 8. E s t e a i s l a m i e n t o c o n s i s t e d e m a t e r i a l e s o c o m b i n a c i o -NES DE MATERIALES TALES COMO LA ÚNICA, FIBRA DE VIDRIO. ASBESTOS. ETC.
CON ALGUNAS SUBSTANCIAS AGLUTINANTES, -
PUEDEN HABER OTROS MATERIALES INORGANICOS.
162 La construcción del transformador C L A S L .E
ESTF AISLAMIENTO CONSISTE EN MATERIALES 0 COMBINACIO NES >DE MATERIALES TALES COMO MICA, FIBRA DE VIDRIO, ASBESTO, ETC., CON SUSTANCIAS AGLUTINABLES, ASI COMO OTROS MATERIALES O COMBINACIONES EE MATERIALES NO NE CESARIAMENTE INORGANICOS.
C L A SE H
Es t e
a i s l a m i e n t o cons iste de mat e riales tales c o m o el
SILICÓN, ELAST&MEROS Y COMBINACIONES )DE MATERIALES TA LES COMO LA MICA, LA FIBRA DE VIDRIO# ASBESTOS# ETC.CON SUSTANCIAS AGLUTINABLES COMO SON LAS RESINAS Y Si LICONES APROPIADOS.
C LA S L-C
Es t e nes
aislamiento consiste de materiales o combinacio
DE MATERIALES TALES COMO LA MICA, LA PORCELANA, -
VIDRIO, CUARZO CON O SIN AGLUTINANTES.
3 f5 .
METODOS DE ENFRIAM IENTO DE TRANSFORMADORE S DE POTENCIA
Co m o das
ya se m e n c i o n o a n t e s # e l calor p r o d u c i d o por las p e r d i
EN LOS TRANSFORMADORES AFECTA LA VIDA DE LOS AISLAM1EN-
Métodos de enfriamiento 163 TOS. POR ESTA RAZÓN ES IMPORTANTE QUE ESTE CALOR PRODUCIDO SE DISIPE DE MANERA QUE SE MANTENGA DENTRO DE LOS LÍMITES T Q LERABLES POR LOS DISTINTOS TIPOS DE AISLAMIENTO. LA TRANSMISIÓN DEL CALOR TIENE LAS ETAPAS SIGUIENTES EN LOSTRANSFORMADORES: Co n d u c c i ó n a t r a v é s d e l n ó c l e o . b o b i n a s y d e m á s e l e m e n t o s — HASTA LA SUPERFICIE. Tr a n s m i s i ó n p o r c o n v e c c i ó n e n e l c a s o d e l o s t r a n s f o r m a d o r e s SECOS. P a r a l o s t r a n s f o r m a d o r e s e n a c e i t e , e l c a l o r s e t r a n s m i t e -POR CONVECCION A TRAVÉS DE ESTE DIELÉCTRICO.
Los LIMITES DE CALENTAMIENTO PARA LOS TRANSFORMADORES SE DAN A CONTINUACIÓN:
PARTE DEL tran SKMMA UK
Devanados
K)DO DE ENFRIA CLASE DE AISLA MIENTO MIENTO (POR TEMPERATU RA) Por aire, natu ral o con ven tilación forza da
A E B F H C
CALENTAMIENTO °C
60 7S 80 100 12S 150
a) Circuitos magpéti eos y otras par tes.
a) Los misaos valores que para los deva nados.
b} Sin estar en con tacto con los de vanados.
b) Valores similaresa las partes ais lant.es suscepti bles de entrar encontacto con los devanados.
164 La construcción del transformador
en LU cr O o —1 < UJ cr z o UJ U z z CD <
1
cr < *z < o UJ
n o Hz LU • —
Q UJ -J a> fr eí. UJ o
< —1 en —« < en o _J
Métodos de enfriamiento 165 3.5.1. L í q u i d o s
refrigerantes y aislantes
E l CALOR PRODUCIDO POR LAS PÉRDIDAS SE TRANSMITE A TRAVÉS DE UN MEDIO AL EXTERIOR, ESTE MEDIO PUEDE SER AIRE 0 BIEN LiGUI DO
LA TRANSMISIÓN DEL CALOR SE HACE POR UN MEDIO EN FORMA MÁS O MENOS EFICIENTE, DEPENDIENDO DE LOS SIGUIENTES FACTORES:
. LA MASA VOLUMÉTRICA . E l COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA. .
LA VISCOSIDAD E l CALOR ESPECÍFICO LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
E n CONDICIONES GEOMÉTRICAS Y TÉRMICAS IDÉNTICAS, EL ACEITE ES MEJOR CONDUCTOR TÉRMICO QUE EL AIRE, ES DECIR RESULTA MÁS EFICIENTE PARA LA DISIPACIÓN DEL CALOR.
CESIGNACIÓN 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 SUFICIEN TEMENTE BAJA Y PREVENIR "PUNTOS CALIENTES" EN CUALQUIER PAR TE DEL TRANSFORMADOR. E l ACEITE SE CONSIDERA UNO DE LOS MEJfi RES MEDIOS DE REFRIGERACIÓN QUE TIENE ADEMÁS BUENAS PROPIED¿ DES DIELÉCTRICAS Y QUE CUMPLE CON LAS SIGUIENTES FUNCIONES:
166 La construcción del transformador .
fiCTUA COMO AISLANTE ELECTRICO
.
flCTUA COMO REFRIGERANTE
.
PROTEGE A LOS AISLAMIENTOS SOLIDOS CONTRA LA HUMEDAD Y EL AIRE
Co n RELACION A LA TRANSFERENCIA DELCALOR ESPECIFICAMENTE, LAS FORMAS EN QUE SE PUEDETRANSFERIR
POR UN TRANSFORMADOR
SON LAS SIGUIENTES:
.
Co n v e c c i ó n
.
Ra d i a c i ó n
.
CONDUCCION
Co n v e c c i ó n
L a TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCION SE PUEDE HACER EN * DOS FORMAS:
.
Po r c o n v e c c i ó n n a t u r a l
.
POR CONVECCION FORZADA
CONDUCCION
L a CONDUCCION ES NORMALMENTE UN PROCESO LENTO POR EL CUAL S' TRANSMITE EL CALOR A TRAVÉS DE UNA SUBSTANCIA POR ACTIVIDAD J MOLECULAR. LA CAPACIDAD QUE TIENE UNA SUBSTANCIA PARA CONDL«j CIR CALOR SE MIDE POR SU "CONDUCTIVIDAD TÉRMICA". ESTA FOFM* DE TRANSFERENCIA DEL CALOR SE PRESENTA EN EL TRANSFORMADOR H
Métodos de enfriamiento 167 EN MAYOR 0 MENOR GRADO EN ALGUNAS PARTES DEL TRANSFORMADOR, COMO POR EJEMPLO, DEL PAPEL AISLANTE AL ACEITE AISLANTE ES POR CONVECCION NATURAL.
Es LA EMISION O ABSORCION DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS QUE SE DESPLAZAN A LA VELOCIDAD DE LA LUZ Y REPRESENTA EN TEMPERATE! RAS 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 ATMOSFERA ES POR RA DIACION.
L a SELECCION DEL MÉTODO DE ENFRIAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR ES MUY IMPORTANTE, YA QUE LA DISIPACION DEL CALOR, COMO YA SE MENCIONO ANTES, INFLUYE MUCHO EN SU TIEMPO DE VIDA Y CAPA CIDAD DE CARGA, ASÍ COMO EN EL AREA DE SU INSTALACION V SU COSTO. ÜE ACUERDO A LAS NORMAS AMERICANAS ( ASA C57-19
171
172 La construcción del transformador ABSORBER CUALQUIER CARGA DE PICO A PLENA CAPACIDAD YA QUE SE USA CON LOS VENTILADORES V LAS BOMBAS DE ACEITE TRABA JANDO AL MISMO TIEMPO.
8 . T IP O OW
Su m e r g i d o en l í q u i d o a i s l a n t e c o n e n f r i a m i e n t o p o r a g u a . En ESTOS TRANSFORMADORES EL AGUA DE ENFRIAMIENTO ES CONDU CIDA 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. E l ACEITE CIRCULA ALREDEDOR DE LOS SERPENTINES POR CONVECCION NATURAL.
9. TIPO FOW
TRANSFORMADOR SUMERGIDO EN LÍQUIDO AISLANTE CON ENFRIA MIENTO DE ACEITE FORZADO Y CON ENFRIADORES DE AGUA FORZA DA. E s t e ripo d e t r a n s f o r m a d o r e s e s p r á c t i c a m e n t e i g u a l QUE EL F O A , SÓLO QUE EL CAMBIADOR DE CALOR ES DEL TIPO
-
AGUA - ACEITE Y SE HACE EL ENFRIAMIENTO POR AGUA SIN TE NER VENTILADORES.
NUCLEO A l t o » » * U fc i Q 5 O tW ’ íA D O S V K L I W
R IG E **A N T E
C A i.E N T A W .E N T O
ruaos»
D EVANADO D E B A JO \ O ^ T * Jf
D IA G R A M A D E T E M P E R A T U R A S
R A G liD O R tS D f» A N A D O D E ALTO
A© ■ ACEITE REFRIGERANTE
V O L T A JF
A C ■ A C E IT E E N L O S D EVAN AD O S D E a E X T R A C C IO N D E L O S D E V A N A D O S
C IR C U L A C IO N N A T U R A L . D E L A C E IT E Y D E L A IR E C O A )
E
* A i< n r o C A L IE N T E
A D - C E * O R A D IE N T E D E L A C O R V A D E L A C E ( T E © ■
C A L E N T A M IE N T O
M E O IO D E L A CURVM
N uCLED A L T U R A D E LO *
DEVANADOSYDEL REfrJKirftANTC
CALEN TA M »EN TO
d ia g r a m a d e t e m p c r a t a r a s D EV A N A D O DE B A J O V O L T A JE
MvCl O
C IR C U L A C IO N N A T U R A L D E L A C E I T E C O N C IR C U L A C IO N F O R ZA O A D E A IR E
A l U l A t t L O S
D E V A / iA lx . D E
OEVANAuOSY CCL
REFRIGERANTE
B A X V a tA Jt ÜO M UADC AC» l 'L AL'
C A L E N -A M IE N T E ,
B A JA A M B IE N T E
Dia g r a m O EXAXAD O D E A lto vo ltao E
C IR C U L A C IO N F O R Z A D A D E A C E I T E Y D E L A IR E
173
a d e tem p er a tu r a s
CAPI TULO
FUNDAM ENTOS
DE
CALCULO
4
DE TRAN SFO RM AD O RES
C A P ITU LO
, SUBDIVIDIENDO LA POTENCIA DE LA MÁQUINA EN LAS TRES COLUM NAS Y FIJANDO UN VALOR DE LA CONSTANTE K QUE EE SELECCIONA ENTRE 1.0 V
1.6 S = K / p T TOMANDO; K = 1.15
■»
S = 1.15
El
/ S/3
y d e la s e c c i ó n d e LOS CONDUCTORES PA RA LA FABRICACION DE LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO SE HACE TOMAN DO COMO BASE "LAS TENSIONES Y CORRIENTES DE FASE". DE ESTA MANERA. POR EJEMPLO. SI LOS DEVANADOS ESTÁN CONECTADOS EN ESTRELLA Y LA TENSIÓN EN TRE FASES ES DE 440 VOLTS. LOS DEVANADOS SE CALCULAN PARA UNA TENSION DE 440/ / T = 254 V TRATÁNDOSE DE TRANSFORMADORES PEQUEROS ENTRE 3 Y 10 KVA. EL RENDIMIENTO O EFICIENCIA SE PUEDE TOMAR ENTRE 0.85 Y 0.95. cálculo del número de
4.4.
espiras
DIHENSIONAMIENTQ DE LOS TRANSFORMADORES TRIFASICOS DE DISTRIBU CION ENFRIADOS POR ACEITE
De n t r o d e e s t a c a t e g o r í a s e p u e d e n u b i c a r l o s t r a n s f o r m a d o r e s q u e c o m
POTENCIAS QUE VAN DESDE ALGUNAS DECENAS HASTA ALGUNAS CENTENAS DE KVA Y CON TENSIONES PRIMARIAS HASTA DE 34.5 KV O VALORES ALREDEDOR DE ÉSTE. LAS TENSIONES SECUNDARIAS NORMALIZADAS DEPENDEN EN CIERTA ME DIDA DE LA APLICACION ESPECÍFICA Y PUEDEN SER POR EJEMPLO 4 160 VOLTS, 440 VOLTS 6 220 VOLTS ENTRE FASES, CON UNA FRECUENCIA NORMALIZADA QUE EN EL CASO DE MÉXICO ES DE 60 HZ. POR ÉSTE Y ALGUNOS OTROS PROBLEMAS COMO SON LAS PÉRDIDAS, EL CALENTAMIENTO QUE ES COMÚN A TODAS LAS MÁQUJL ÑAS, ADQUIERE IMPORTANCIA EL PROBLEMA DEL AISLAMIENTO. prenden
POR LO GENERAL EN LOS PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO DE LOS TRANSFORMADORES SE HACE USO DE FÓRMULAS Y EXPRESIONES QUE ALGUNAS VECES NO TIENEN DE DUCCIÓN MATEMÁTICA ALGUNA, MÁS BIEN SON RESULTADO DEL PRODUCTO DE LA EXPERIENCIA, DEL TIPO DE MATERIALES USADOS Y SU CALIDAD, ETC., Y QUE -
194 Fundamentos de cálculo de transformadores ADEMÁS NO SON APLICABLES A TODOS LOS CASOS# POR LO QUE NO EXISTE UN PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO ÚNICO V GENERAL# ESTO HACE NECESARIO QUE EL LECTOR TENGA UN POCO DE CAUTELA EN CUANTO A LAS METODOLOGÍAS DEL DISEÑO DE TRANSFORMADORES SE REFIERE.
M.l.
Da t o s
d e partida para el cálculo
LOS ELEMENTOS DE PARTIDA NECESARIOS PARA LA INICIACIÓN DE UN CÁLCULO SON: LA POTENCIA NOMINAL EN KVA, LAS TENSIONES DE VACIO PRIMARIA Y SE CUNDARIA# LOS TAPS PARA REGULACIÓN DE LA TENSIÓN PRIMARIA# LA CONEXIÓN ENTRE LAS FESF.S. EL PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO SE PUEDE ILUSTRAR A TRA VÉS DE UN EJEMPLO.
E J E M P L O H.l.
Da t o s
para un transformador trifásico
Po t e n c i a
nominal
2 5 KVA
Fr e c u e n c i a
60 Hz
Te n s i ó n
nominal primaria
13 800 v o l t s DE ± 5%
Te n s i ón
nominal secundaria
940
Las
con regulación
volts
características nominales de los aislamientos son los siguientes
Te n s i ó n
máxima de diseño
15 KV
N i v e l b á s i c o d e a i s l a m i e n t o a l im PULSO POR RAYO EN ALTA TENSIÓN ( CON ONDA DF 1.2/50 MICROSEG. )
95 KV
Co n e x i ó n
del devanado primario
De l t a
Co n e x i ó n
del devanado secundario
Es tre lla
con neutro aterrizad^
Dunensionainiento de los transformadores trifásicos 195 SE FIJAN COMO DATOS LIMITE DE DISEÑO LOS SIGUIENTES: PÉRDIDAS EN VACIO A 60 HZ Y TEN SIÓN NOMINAL
150 VOLTS
PÉRDIDAS EN LOS DEVANADOS A 75® C Y 60 HZ
600 WATTS
IMPEDANCIA
52
Te m p e r a t u r a m e d i a d e l o s d e v a n a d o s
( 65°C > Y MAXIMA
a
del aceite
60® C
) De t e r m i n a c i ó n d e l o s v a l o r e s d e t e n s i o n e s y c o r r i e n t e s
El p r i m e r p a s o p a r a e l c a l c u l o y l a d e t e r m i n a c i ó n d e l o s v a l o r e s d e
-
TENSIONES Y CORRIENTES DE FASE ES TOMAR EN CONSIDERACIÓN LA CONEXIÓN PREVISTA. EN ESTE EJEMPLO EL DEVANADO PRIMARIO ESTÁ EN CONEXIÓN DELTA Y EL SECUNDARIO EN ESTRELLA, POR LO QUE: Vp FASE = 13 800
VOLTS
VS FASE = ^
= 254 VOLTS
La s CORRIENTES:
IP FASE = — 2— — = 0.60 A 13 800 X 3 i
FASE =
25 °°QW Q
= 32.80 A
X S J
SIENDO:
Vp FASE, IP FASE, LA TENSIÓN Y CORRIENTE DE FASE DEL DEVANADO PRIMA RIO Vs FASE, Is FASE, LA TENSIÓN Y CORRIENTE DE FASE DEL DEVANADO SECUN DARIO
196 b
Fundamentos de cálculo de transformadores
) Fl u j o p o r c o l u m n a y s e c c i ó n d e l a c o l u m b a
D e l a EXPRESION:
♦m = io-2 c / p ¡ r SELECCIONANDO C = 0.18 SE OBTIENE ♦M =
10 2 X 0.18 X
/"Üf
-
0.009 WEBER
LA SECCION DE LA COLUMNA, SI SE SELECCIONA DE LA TABLA DE DENSIDAD DE FLUJO EN VALOR Bm t:
= 1.2 WEBER/M2, SE TIENE GUE:
s
„ m = QjOQ9 = o.oo75 m2 Bm 1.2
Si PARA LA FORMA DE LA SECCION DEL NÚCLEO SE SELECCIONAN 2 PASOS O ES CALONES y se usa O m i n a d e acero al silicio d e 0.35 mm de espesor ais lada CON BARNIZ, Y CONSIDERANDO UN COEFICIENTE DE EMPAQUETAMIENTO DE ■ 0.9, LA SECCIÓN GEOMÉTRICA DE LA COLUMNA ES: s
= 0.0075 = 0.00853 M2 G 0.9
Pa r a u n a s e c c i ó n d e d o s e s c a l o n e s s e t i e n e u n a r e l a c i ó n e n t r e s e c c i o nes
DE 0.850, POR LO QUE EL AREA ES AHORA c = 0J30833 = C 0.850
0.0098 m2
E l DIAMETRO CORRESPONDIENTE ES:
d = / /
0.0098 3.19
= 0 1 1 1 M = llti CM
LAS DISTINTAS DIMENSIONES DE LOS ESCALONES SE CALCULAN COMO EN LA SI GUIENTE FIGURA:
Dimensionamiento de los iransformadores trifásicos 197 Sc = 0.855 = 0.00S8 = 98 c m ? d
= 11.1
a = «2 = aj =
CM
0.907d = 10.067 CM 0.707d = 7.898 CM 0.923 d = 9.69 c m
C) SECCIÓN d e l o s y u g o s Co m u n m e n t e t a l s e c c i ó n s e h a c e t a n t o m a y o r c o m o s e p u e d a d e a q u e l l a d e
LA COLUMNA. Si SE CONSIDERA UNA AMPLIFICACIÓN DEL 20* Y CONSIDERANDO UN COEFICIENTE DE EMPAQUETAMIENTO IGUAL AL USADO PARA LA COLUMNA, SE TIENE LA SECCIÓN GEOMÉTRICA SY = 1.2 x 0.00833 = 0.009996 m2 = 99.96 Cm2
TAL SECCION SERA RECTANGULAR Y SU ANCHO SIMILAR A AQUEL DE LAS COLUM NAS, ES DECIR h = 99^6. = 9>95 CM a 10.067 d) Al t u r a
de
la c o l um n a y a n c h o de
la ventana
To m a n d o e n c o n s i d e r a c i ó n l a s r e l a c i o n e s d e l a f i g u r a s i g u i e n t e c o m o m e DIDA DE ORIENTACIÓN
198 Fundamentos de cálculo de transformadora
I J. e
c T
T
•To m a n d o l o s r a n g o s i n d i c a d o s e n l a f i g u r a a n t e r i o r , l a a l t u r a d e l a c o
L.UMNA SE PUEDE TOMAR COMO: h = 3.5
a = 3.5 x 10.067 = 35.2H crt
HABIENDO SELECCIONADO LA RELACIÓN:
i - M E n FORMA SIMILAR, SI SE SELECCIONA EL ANCHO DE LA VENTANA ALREDEDOR DE 1.5a , SE OBTIENE: b = 1.5 X 10.067 = 15.10 CM Es t o s v a l o r e s p u e d e n s u f r i r
a l g u n a m o d i f i c a c i ó n a l ve r i f i c a r s e
A LOS VALORES DE LOS AMPERE VANADOS
-
en base
ESPIRA/CM Y DEL ESPESOR RADIAL DE LOS
DE
Dimenstonamiento de los transformadores trifásicos 199 é) Número de espiras DEVANADO PRIMARIO
E n v i r t u d d e q u e e s t e DEVANADO e s t e DEVANADO ESTA c o n e c t a d o e n d e l t a # LA TENSIÓN DE FASE V pf ES LA MISMA QUE LA NOMINAL DE LÍNEA# DE MANERA QUE DE LA ECUACIÓN GENERAL: E = A.M
Npf
SE OBTIENE:
= iOQQ = 5 756 ESPIRAS X 0.009 X 60 -
N
*M
DE ESTA FORMA EL NÚMERO DE VOLTS/ESPIRA RESULTA COMO: 13 800/5 756 = 2.90, q u e e s u n v a l o r a c e p t a b l e .
DEVANADO SECUNDARIO
De b i d o a q u e e l d e v a n a d o s e c u n d a r i o s e l l a # EL VALOR DEL VOLTAJE DE FASE ES: V sf
=
/»
encuentra conectado en estre
= 2 5 9 VOLTS
E l NÚMERO DE ESPIRAS EN ESTE DEVANADO RESULTA ENTONCES: Ns = --------— ------ » 106 ESPIRAS k M X 0.009 x 60
F) VALORES DE LAS CORRIENTES Y SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES PRIMARIO
V
SECUNDARIO D e l INCISO ( A ) SE DETERMINÓ QUE LAS CORRIENTES PRIMARIA Y SECUNDARIA DE FASE SON:
200 Fundamentos de cálculo de transformadores I P FASE =* 0.60 A
Is FASE = 32.80 A SI SE CONSIDERA PARA ESTA CAPACIDAD QUE SE PUEDE CONSIDERAR UN TRANS FORMADOR CON ENFRIAMIENTO NATURAL POR AIRE* SE PUEDE TOMAR UNA DENSI DAD DE CORRIENTE DE 1.5A/MM2 CON LO QUE LAS SECCIONES DE LOS DEVANA DOS RESULTAN: Pa r a .e l
primario:
0.6/1.5 = 0.4
mm2
PARA EL SECUNDARIO: 32.8/1.5 = 21.9
mm2
Si se usa alambre comercial corresponde al devanado primario un No. 21AWG ( REDONDO ) Y PARA EL SECUNDARIO UN CONDUCTOR DE SECCION RECTAN GULAR DE 5 X 44 MM.
G) AMPERE - ESPIRA/CM Y VERIFICACION DE LA ALTURA DE LA COLUMNA LOS AMPERE - ESPIRA DE UNA COLUMNA RESULTAN: 0.6 X 5 736 = 3 442 AMPERE - ESPIRA Y LA RELACIÓN CON RESPECTO A LA ALTURA DE LA COLUMNA QUE YA SE HA FIJA DO ES: 3 442735.21» = 9 7 . 7 AMPERE - ESPIRA/CM QUE RESULTA UN VALOR ACEPTABLE CONSIDERANDO LA POTENCIA Y EL TIPO DE TRANSFORMADOR.
Dimensionainiento de los transformadores trifásicos 201 h) Dimensiones de los devanados A LTO V O LTA JE
SE REQUIERE ESTABLECER AHORA LA ALTURA ( LONGITUD AXIAL ) DE LA BOBINA DE ALTA TENSIÓN# ESTE VALOR DEPENDE PRINCIPALMENTE DE LA TENSIÓN DE CORTO CIRCUITO ( IMPEDANCIA PORCENTUAL DEL TRANSFORMADOR > Y TIENE LA LIMITANTE DE LA ALTURA DEL NÚCLEO. PARA FINES DE CÁLCULO PRELIMINAR# SE PUEDE PARTIR DE UNA ALTURA DE BOBINA DE ALREDEDOR DE 3 A 9 VECES EL DIÁMETRO DEL NÚCLEO# EL VALOR MÁS EXACTO SE TOMA DE LOS RESULTADOS DEL CÁLCULO FINALES. I_A ALTURA DE LA VENTANA SE CÁLCULO EN EL INCISO ( D ) COMO d = 35.29 CM# Y EL DIÁMETRO DEL NÚCLEO RESULTÓ SER d = 1 1 . 1 CM Si SE TOMA UN VALOR DE 3.0# LA LONGITUD AXIAL DE LA BOBINA DE ALTA TEN SIÓN RESULTA SER; i’AT = 3.0 x 11.1 = 33.3 CM EL AISLAMIENTO DE LOS CONDUCTORES DEPENDE DE LA CLASE DE TENSIÓN DE LOS DEVANADOS -Y POR CONSIDERACIONES DE RESISTENCIA MECÁNICA# DE LAS Di MENSIONES DEL CONDUCTOR MISMO. PARA EL CASO DEL DEVANADO DE ALTO VOLTA JE EN DONDE SE USA ALAMBRE# NORMALMENTE SE EMPLEA CONDUCTOR ESMALTADO ( CON ESMALTADO SENCILLO# DOBLE O TRIPLE SEGÚN SEA EL CASO ) O EVEN TUALMENTE CON AISLAMIENTO DE PAPEL. Pa r a
e l d e v a n a d o d e b a j o v o l t a j e # en d o n d e se e m p l e a c o n d u c t o r d e sec
RECTANGULAR# EL AISLAMIENTO NORMALMENTE ES DE PAPEL APLICADO EN TRES O CUATRO CAPAS. ción
Para nuestro ejemplo el devanado de alto voltaje tiene un conductor CALIBRE No. 21 AWG# CON UN DIÁMETRO DE 0 .7 2 2 9 MM. C o n ESTOS DATOS# SE ESTÁ EN POSIBILIDAD DE ESTABLECER EL NÚMERO DE ES PIRAS POR CAPA# EL NÚMERO DE CAPAS Y LAS DIMENSIONES DE LA BOBINA DE ALTA TENSIÓN.
202 Fundamentos de cálculo de transformadores Co n v i e n e
por otra lado, tener presente que es conveniente que las dos
LOS DE LAS ESPIRAS DE REGULACIÓN, DE ESTA MANERA LAS BOBINAS SUPERIO RES O BIEN LA PARTE SUPERIOR DE LA BOBINA ( CUANDO ES HELICOIDAL ) SE PUEDE SOBREAISLAR INTERCALANDO EN EL BOBINADO ALAMBRE CON HILO DE AL GODÓN, CON ESTO SE SOPORTAN MEJOR LAS SOBRETENSIONES POR RAYO.
últimas capas de la bobi na sean d e un núme ro de espiras similares a
Si SE CONSIDERAN LAS ESPIRAS PARA LA REGULACIÓN DE VOLTAJE ( TAPS ) QUE REPRESENTAN DE LOS DATOS DE PARTIDA EL 5% EE LAS ESPIRAS A TENSIÓN NOMINAL, SE TIENE UN NÚMERO DE ESPIRAS ADICIONAL DE: = 288 ESPIRAS 100 Co n
esto el devanado primario tiene un total de
5 756 + 288 = 6 044
es
PIRAS.
Si SE ESTABLECE ( A CRITERIO ) TENER 5 CAPAS ( DOS AL INTERIOR Y 3 AL EXTERIOR ) DE 288 ESPIRAS CON AISLAMIENTO DE PAPEL ENTRE CAPA DE 0.4 MM Y SUPONIENDO UN COEFICIENTE DE DEVANADO DEL 55»' ( ESTE COEFICIENTE SIGNIFICA UN SOBREDIMENSIONAMIENTO ) ESTAS CAPAS TIENEN UNA LONGITUD AXIAL DE: 1.2 x 288 X 1.05 = 362.88 MM FALTAN DE DEVANAR AHORA: 6 044 ESPIRAS - ( 5 X 288 ) = 4 604 ESPIRAS QUE SIGNIFICAN 16 CAPAS DE 288 ESPIRAS ( EN REALIDAD 11 CAPAS DE 288 ■ ESPIRAS Y 5 CAPAS DE 287 ESPIRAS }. Pa r a
los e f e c t o s de l a s d i m e n s i o n e s se c o n s i d e r a n las c a p a s d e
piras.
La
longitud axial
DE ÉSTAS RESULTA DE:
H = 1.0 X 288 X 1.05 = 302.4 MM
283
es
Dimensionamienio de los transformadores trifásicos 203 tSTA CANTIDAD REPRESENTA LA ALTURA DEFINITIVA DE L A BOBINA DE ALTA TEN SIÓN
CAP* JMT£RM« DISPOSICION D E L OEVANADO
CSPiflAS
5756
¿66
2&8
TrnrrrrrrmmTTrrr
I CAPA
CAPA IN T E R N A
E X TER N A
S A L ID A S D E TA P S
D IM E N S IO N E S E N
MM
Pa r a e l e s p e s o r r a d i a l e s c o n v e n i e n t e t o m a r e n c o n s i d e r a c i ó n u n a i s l a miento
( ES DECIR UN AISLAMIENTO ENTRE CAPAS SUCESIVAS ), ESTO NATURAL
MENTE INCREMENTA LAS DIMENSIONES QUE SE OBTIENEN SOLO CON LOS CONDUCTO RES. Si SE INTERCALAN CUATRO VUELTAS DE PAPEL DE 0.05 MM DE ESPESOR# SE TIENE UN TOTAL DE 0.2 MM, DE MODO QUE EL ESPESOR RADIAL RESULTA: 5 x 1.2 + 16 x 1.0 + ( 16 + 5 - 1 ) x 0.2 = 26 MM
BAJO V O LTA JE
La s DIMENSIONES AXIALES DE LA BOBINA DE BAJA TENSIÓN SERÁN DE HECHO
-
IGUALES A LAS DE LA BOBINA DE ALTA. LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR SE DETER MINÓ QUE ERA DE 21.9 MM2 CON SECCIÓN RECTANGULAR DE 2.032 X 10.16 MM.
206 Fundamentos de cálculo de transformadores
D l M m
medio:
Ra d i o d e l n ú c l e o = + DUCTO DE ACEITE CON SECCIO NES AISLANTES DE CARTÓN
111/2 =
55.5
57.5 ♦ De v a n a d o
de b a j a tensión
+ DUCTOS DE ACEITE CON TIRAS DE CARTÓN
ILS 69.0 -LO 72.0
+ CILINDROS DE CARTÓN BAQUELJ. ZADO
( DIÁMETRO MEDIO DEL DUCTO ENTRE DE VANADOS ) 69 x 2 + 3 = = 191 MM
75.0 + DUCTO DE ACEITE CON TIRAS DE CARTÓN + DEVANADO DE ALTA TENSIÓN X RADIO EXTERNO DEL DEVANADO DE ALTA TENSIÓN
78.0 -26^0 109.0 X 2 208.0 D i á m e t r o e x t e r n o d e l DEVANADO DE ALTA TEN SIÓN
Dimensionaimento de los transformadores trifásicos 207
\
NUCLEO
DEVANADO DE BAJA T E N S IO N
OEV A N A O O DE A L T A TEN S IO N
CILINDRO DE £/VRTON BAQUELIZADO
SECCION OE LOS N U C L E O S Y DE LOS DEVANADOS
La
distancia
entre las fases se puede
tomar
COMO 12 MM
La a l t u r a d e l a c o l u m n a d e l n ú c l e o Hc d e b e s e r c a s i i g u a l a l a a l t u r a DEL DEVANADO DE ALTA TENSIÓN, CONSIDERANDO LAS DOS DISTANCIAS DE AISLA MIENTO CON RESPECTO A LOS YUGOS. ESTAS DISTANCIAS SE FIJAN EN FUNCIÓN DE LAS TENSIONES DE PRUEBA, PERO COMO REGLA SIMPLIFICADA SE PUEDE CON SIDERAR 1 MM POR CADA KV DE PRUEBA A LA FRECUENCIA INDUSTRIAL ( PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO ). EN ESTE CASO PARA UNA TENSIÓN DE PRUEBADE 33 KV ( VALOR DE NORMA ) ES SUFICIENTE CONSIDERAR DOS DISTANCIAS ( SU PERIOR E INFERIOR ) DE 36 MM CADA UNA. LA ALTURA DEL NÚCLEO ES ENTONCES 3G2.4 + 2 X 35 = 377.U MM, EN LA FIGU RA SIGUIENTE SE MUESTRAN LAS DIMENSIONES PRINCIPALES DEL NÚCLEO.
-
208 Fundamentos de cálculo de transformadores t>=151.0
b = 151.0-
D IM EN S IO N ES
G E N E R A LE S
DEL
NUCLEO
j) P e s o d e l n Gc l e o El p e s o d e l a s l a m i n a c i o n e s s e p u e d e o b t e n e r e n b a s e a l a s d i m e n s i o n e s PRINCIPALES; ALTURA DE LA COLUMNA/ DISTANCIA ENTRE EJES/ DIÁMETRO, SEQ C IONES DE LA COLUMNA Y DEL YUGO CON ALGUNAS IMPRECISIONES EN LAS ZONAS DE INTERSECCION. CONSIDERANDO GUE EL NÚCLEO SE HACE CON LAMINACION DE CRISTALES ORIENTADOS SE TIENE; G fe -
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Xz *3 *« SECUNDARIO)
X,
X z X3
P O L A R ID A D
1 I ^POLARIDAD
5 U S T f? A C T | V A
X.»
Si los devanados de los lados de alto y bajo voltaje es tán en direcciones opuestas, los voltajes aplicado e in ducido tendrán direcciones opuestas y se dice gue el — transformador tiene "polaridad sustractiva".
Las termí
NALES Hl Y Xl ESTARAN DEL LADO IZQUIERDO CUANDO SE "VE" AL TRANSFORMADOR DEL LADO DE BAJO VOLTAJE HACIA EL LADO DE ALTO VOLTAJE.
Si tán
los d eva n a d o s d e los lado s de a l t o y b a j o v o l t a j e es
EN LA MISMA DIRECCIÓN. LOS VOLTAJES APLICADO E INDU
CIDO TENDRÁN LA MISMA DIRECCIÓN Y SE DICE ENTONCES QUE~ EL TRANSFORMADOR TIENE "POLARIDAD ADITIVA". LA TERMINAL
234 Principales conexiones de los transformadores Xl SE ENCONTRARÁ DEL LADO DERLCHO CUANDO SE "VE" AL - TRANSFORMADOR DEL LADO DE BAJO VOLTAJE HACIA EL LADO DE ALTO VOLTAJE.
Cu a n d o
s e d e s e a c o n e c t a r e n p a r a l e l o l o s s e c u n d a r i o s de
(o
m á s ) t r a n s f o r m a d o r e s # se c o n e c t a n e n f o r m a s i m i
dos
l a r ,l a s
TERMINALES QUE TIENE LA MISMA MARCA. DE POLARI -
DAD.
Cu a n d o
en un t r a n s f o r m a d o r n o e s t á e s p e c i f i c a d a l a pola
RIDAD O SE DESCONOCE# SE PUEDE DETERMINAR POR UNA SIM PLE MEDICIÓN DE VOLTAJE COMO SE INDICA A CONTINUACIÓN.
1. Ha c e r taje
u n a c o n e x i ó n e n t r e l a *: t e r m i n a l e s d e a l t o v o l
Y BAJO VOLTAJE DEL LADO DERECHO CUANDO SE VE AL
TRANSFORMADOR DESDE EL LADO DE LAS BOQUILLAS Y DE BA JO VOLTAJE.
2. A p l i c a r
un voltaje ba j o # por ejemplo
120
volt s a las
TERMINALES DE ALTO VOLTAJE Y MEDIR ESTE VOLTAJE CONUN VÓL7METRO.
3. M e d i r
e l vo l t aj e de la t e r m i n a l d e l lado
izquierdo
-
DEL LADO DE ALTO VOLTAJE A LA TERMINAL DEL LADO IZ GU1ERDO DE BAJO VOLTAJE..
Conexión de los transformadores monofásicos 235 Si e l v o l t a j e a n t e r i o r e s m e n o r q u e e l v o l t a j e a t r a vés
DE LAS TERMINALES DE ALTO VOLTAJE. EL TRANSFORMA
DOR TIENE POLARIDAD SUSTRACTIVA.
Si ESTE VOLTAJE ES-
MAYOR. ENTONCES LA POLARIDAD ES ADITIVA.
5.2. CONEXION DE LOS TRANSFORMADORES MONOFASICOS. L a CONEXIÓN MAS SIMPLE DE LAS CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADO RES ES LA CONEXIÓN MONOFASICA.
ÜN MÉTODO SENCILLO DE LLEVAR LAS TERMINALES DE LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO A LAS BOQUILLAS QUE LLEVAN AL EXTERIOR DEL TANQUE DEL TRANSFORMADOR SE INDICÓ
EN LA FIGURA ANTERIOR.
Pa r a p r o p o r c i o n a r f l e x i b i l i d a d e n l a s c o n e x i o n e s , l a s b o b i n a s DE LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO, SE ARREGLAN EN DOS SEC CIONES, CADA SECCIÓN DE UNA BOBINA TIENE EL MISMO NÚMERO DE ES PIRAS, Y POR LO TANTO, GENERA EL MISMO VOLTAJE.
LAS DOS PRIME
RAS SECCIONES SE CONECTAN POR LO GENERAL JUNTAS. DENTRO DEL — TANQUE Y ÚNICAMENTE DOS SON LLEVADAS AL EXTERIOR DEL TANQUE A~ TRAVÉS DE LAS BOQUILLAS, LAS CUALES LAS AISLAN DE LA TAPA.
Se p u e d e n s a c a r c u a t r o c o n d u c t o r e s s e c u n d a r i o s d e c a d a b o b i n a DEL SECUNDARIO, CON LOS DOS CONDUCTORES O TERMINALES TRANSPUES TOS DEL INTERIOR, ANTES DE SER LLEVADOS AL EXTERIOR.
E n TRANS
FORMADORES NUEVOS DEL TIPO DISTRIBUCIÓN, ES PRÁCTICA COMÚN ES TAS DOS TERMINALES TRANSPUESTAS. SE CONECTAN DENTRO DEL TANQUE Y SÓLO UN CONDUCTOR COMÚN SE LLEVA A L EXTERIOR.
236 Principales conexiones de los transformadores La b o q u i l l a s e c u n d a r i a c e n t r a l s e l e d e n o m i n a p o r l o g e n e r a l "B o q u i l l a d e l n e u t r o " y e n m u c h o s c a s o s e s u n a t u e r c a q u e c o NECTA TAMBIÉN A LA PARED DEL TANQUE PROPORCIONANDO UN MEDIO DE CONEXIÓN A TIERRA AL TANQUE DEL TRANSFORMADOR.
TRES DISTINTAS
FORMAS DE CONEXIÓN SE MUESTRAN EN l_A SIGUIENTE FIGURA: PRIMARIO
PR IM A R IO
Hi
H2 AAAA
X,
X*
X3
S E C U N D A R IO S E C U N D A R IO
P R IM A R IO
i':
Hz
Lu a a a a a a j . -rryyj *2 S E C U N D A R IO
5.2.1.
SISTEflftS POLIFASICOS. Co m o s e s a b e , e n c o r r i e n t e a l t e r n a h a y d o s t i p o s d e CIRCUITOS: LOS DENOMINADOS CIRCUITOS MONOFASICOS Y — LOS CIRCUITOS POLIFÁSICOS (LOS MÁS COMUNES SON LOS — TRIFÁSICOS).
E n LOS CIRCUITOS MONOFÁSICOS SÓLO UNA -
FASE O CONJUNTO DE VOLTAJES DE ONDA DE FORMA SENOIDAL SE APLICAN A LOS CIRCUITOS Y ÚNICAMENTE EN UNA FASE CIRCULA CORRIENTE SENOIDAL.
En u n s i s t e m a * p o l i f á s i c o s e a p l i c a n d o s a m á s v o l t a JES SENOIDALES A L A S DIFERENTES PARTES D E L CIRCUITO Y CIRCULAN EN L A S MISMAS PARTES LAS CORRESPONDI ENTES Cfi RRI ENTES SENOIDALES..
Cada parte d e l sistema polifásico se conoce como "fa se1" Y PRÁCTICAMENTE SE DENOMINAN FASE A» FASE B Y FA SE C Y EN LA MISMA forma SE DESIGNAN LOS VOLTAJES IN DICANDO "voltajes de la fase A", "voltaje de la fase-
“B". ETC. Y LAS CORRIENTES,- CORRIENTE D E LA FASE A, CORRIENTE D E LA FASE B- ETC.
LOS VOLTAJES APLICADOS A UN SISTEMA POLIFÁSICO S E OB TIENEN DE UNA FUENTE DE SUMINISTRO POLIFÁSICA, TAM- BIÉN, D E MANERA QUE CADA FASE ESTÁ SIEMPRE SEPARADA . POR EJEMPLO, EN UN SISTEMA TRIFÁSICO SE TIENEN TRES FASES SEPARADAS.
Los
MÉTODOS MÁS COMUNES DE CONECTAR
LOS DEVANADOS DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA TRIFÁSICA SONEN DELTA Y EN ESTRELLA, COMO SE MUESTRA A CONTINUA- c ió n
: C
c G
C O N E X IO N E S T R IF A S IC A S
238 Principales conexiones de los transformadores a
) Co n e x i ó n D e l t a .
b
) Co n e x i ó n E s t r e l l a .
c) V e c t o r e s d e v o l t a j e .
Se puede observar que en tanto los voltajes en las — TERMINALES fi, B y C, son los mismos para las conexio nes delta y estrella.
Los VOLTAJES A TRAVÉS D E LOS DEVANADOS 1. 2 Y 3 EN
-
LOS DOS SISTEMAS, NO SÓLO SON DE DIFERENTE MAGNITUD , TAMBIÉN SE OBSERVA QUE SUS DIRECCIONES NO COINCIDEN . Este hecho es importante en la conexión de transforma DORES. YA QUE PUEDE PROVOCAR DIFICULTADES EN LA CONE XIÓN DE TRANSFORMADORES CUANDO NO SE TIENE CUIDADO EN ESTO.
5.2.2.
CONEXION TRIFASICA DE TRANSFORMADORES. LA TRANSFORMACIÓN TRIFÁSICA
SE PUEDE REALIZAR POR ME
DIO DE TRES TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA O POR MEDIO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS . LOS MÉTODOS
DE CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS PARA LA C O
NEXIÓN TRIFÁSICA SON LOS MISMOS, YA SEA QUE SE USEN TRES DEVANADOS EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO. O BIENTRES TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS POR SEPARADO, EN CO NEXIÓN TRIFÁSICA.
Las CONEXIONES TRIFÁSICAS MÁS CO -
MUÑES SON LAS DENOMINADAS DELTA Y ESTRELLA;
Conexión de los transformadores monofásicos 239 C o n e x i ó n DELTA-DELTA. Es t a
c o n e x i ó n se u s a c o n f r e c u e n c i a p a r a a l i m e n t a r
cAg
GAS DE ALUMBRADO PEGUENAS Y CARGAS TRIFÁSICAS SIMULTÁ NEAMENTE. o
Ta p
Pa r a
esto se puede localizar una derivación
en el punto medio del devanado secundario d e uno
DE LOS TRANSFORMADORES, CONECTÁNDOSE A TIERRA Y SE CO NECTA TAMBIÉN AL NEUTRO DEL SECUNDARIO.
De ESTA MANE
RA. LAS CARGAS MONOFÁSICAS SE CONECTAN ENTRE LOS CON DUCTORES DE FASE Y NEUTRO. POR LO TANTO, EL TRANSFOR MADOR CON LA DERIVACIÓN EN EL PUNTO MEDIO TOMA DOS TER CERAS PARTES DE LA CARGA MONOFÁSICA Y UNA TERCERA PAR TE DE LA CARGA TRIFÁSICA.
LOS OTROS DOS TRANSFORMADO
RES CADA UNO TOMA UN TERCIO DE LAS CARGAS MONOFÁSICASY TRIFÁSICA.
Pa r a
p o d e r c a r g a r a l b a n c o t r i f á s i c o e n f o r m a b a l a n*c e a
DA, SE DEBEN CUMPLIR CON LAS SIGUIENTES CONDICIONES:
1.
To d o s lación
2.
To d o s lor
3.
los transformadores deben tener
idéntica r e
DE TRANSFORMACIÓN. los transformadores deben tener el mismo v a
DE 1MPEDANCIA .
To d o s
l o s t r a n s f o r m a d o r e s d e b e n c o n e c t a r e n e l mis.
MO TAP O DERIVACIÓN.
240 Principak» conexiones de los transformadores c6AH,
N¡>
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X2
He
H.
w
PRIMARIO
p r v “Yin X,
X3
X*
Xt
x3
C-
*x*
X,
SECUNDAR»
B A-
NÜÜTRO
De s p l a z a m i e n t o a n g u l a r C E R O CRABOS
SECU NCARrC
Tr e s t r a n s f o r m a d o r e s m o n o f á s i c o s e n c o n e x i ó n T R IF A S IC A , P O L A R ID A D
A D I T I V A , C O N E X IÓ N
D E L T A -D E L T A .
Conexión de los transformadores monofásicos 241 Co n e x i ó n d e l t a a b i e r t a -d e l t a a b i e r t a . La CONEXIÓN DELTA-DELTA REPRESENTA EN CIERTO MODO LA-
MÁS FLEXIBLE DE LAS CONEXIONES TRIFASICAS.
UNA DE —
LAS VENTAJAS DE ESTA CONEXIÓN. ES QUE SI UNO DE LOS TRANSFORMADORES SE DAÑA O SE RETIRA DE SERVICIO, LOSOTROS DOS PUEDEN CONTINUAR OPERANDO EN LA LLAMADA CO NEXIÓN "d e l t a -a b i e r t a "
o
"V".
Co n e s t a c o n e x i ó n s e -
SUMINISTRA APROXIMADAMENTE EL 58% DE LA POTENCIA QUEENTREGA UN BANCO EN CONEXIÓN DELTA-DELTA.
EN LA CONEXIÓN DELTA ABIERTA, LAS IMPEDANCIAS DE LOSTRANSFORMADORES NO NECESITAN SER IGUALES NECESARIAMEN TE. AUNQUE ESTA SITUACIÓN ES PREFERIBLE CUANDO ES NE CESARIO CERRAR LA DELTA CON UN TERCER TRANSFORMADOR.
La CONEXIÓN DELTA ABIERTA, SE USA NORMALMENTE PARA — CONDICIONES DE EMERGENCIA, CUANDO EN UNA CONEXIÓN DEL TA-DELTA UNO DE LOS TRANSFORMADORES DEL BANCO SE 'DES CONECTA POR ALGUNA RA7ÓN.
En FORMA SIMILAR A LA CO -
NEXIÓN DELTA-DELTA, DEL PUNTO MEDIO DEL SECUNDARIO DE UNO DE LOS TRANSFORMADORES SE PUEDE TOMAR UNA DERIVA CIÓN PARA ALIMENTAR PEQUEÑAS CARGAS DE ALUMBRADO O — BIEN OTROS TIPOS DE CARGAS
242 Principales conexiones de los transformadores
DOS TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXION DELTA ABIERTA
EJEflPLO 5.1 Se tienen TRES TRANSFORMADORES MONOFASICOS en cone -
XIÓN DELTA-DELTA PARA REDUCIR UN VOLTAJE DE 115 KV A 9160 VOLTS.
La CARGA GUE ALIMENTAN DEMANDA UNA PO -
TENCIA DE 20 MW A UN FACTOR DE POTENCIA DE 0.9 ATRA SADO
Ca l c u l a r . a
)
B>
La POTENCIA APARENTE QUE DEMANDA LA CARGA. La POTENCIA APARENTE QUE SE SUMINISTRA AL DEVANA DO DE ALTA TENSIÓN.
c)
La CORRIENTE EN LA LÍNEA DE ALIMENTACIÓN DE ALTA TENSIÓN.
Conexión de los transformadores monofásicos 243 d)
La
corriente en las líneas d e b a j a tens ión a l a
-
CARGA. e)
f)
La s
c o r r i e n t e s en los deva n a d o s p r i m a r i o y secunda
RIO
del transformador.
La
carga oue toma cada tran sforma dor.
SJLUJ C I o a)
La
potencia aparente que demanda la carga e s :
JL Cose b
)
n
=
2Q_
_
22.22 UVA.
0.9
La
pote ncia a p a r e n t e que se su mi nistra a l deva na
do
DE ALTO VOLTAJE ES PRÁCTICAMENTE LA MISMA QUE-
DEMANDA AL TRANSFORMADOR, SI SE CONSIDERAN DESPRE y CIABLES LAS PÉRDIDAS RI¿ Y LAS PÉRDIDAS DE VACÍO, POR LO TANTO, LA LlNEA DE ALIMENTACIÓN TRANSPORTA UNA POTENCIA DE 22.22 MVA: C)
L a CORRIENTE EN CADA LÍNEA DEL LADO DE ALTA TEN SIÓN SE CALCULA COMO SIGUE:
244 Principales conexiones de los transformadores
1A 1j
d)
La
- S/ =
/TE
p
22.22 x 106/
T 5 x 115000 - 111.55 A
co r r i ent e en las líneas d e l lado de baj a ten
-
SIÓN ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LOS VOLTAJESES i
¿ e)
La s
decir:
= Ü — El = 111,55 -X 115000 = E2 'íleo
corrientes en los devanados primario y secun
dario
dor
DEL TRANSFORMADOR
Ip
= iAkp
= b*í.37
i s
= M
. 1780.^3 A
De b i d o
3083 g A
I V 3
A
a que la carga es balanceada, cada transforma
TOMA UNA TERCERA PARTE DE LA CARGA. ES DECIR: 22.22 / 3
=
7.^06 MVA
Conexión de los transformadores monofásicos 245 La
ca r g a d e l tra n s fo rma do r se puede o b te n er también
COMO EL
producto del voltaje primario
Y LA
-
corrí e n t e -
PRIMARIA. s “ Eplp
= 115000 x 64.37 = 7.402 UVA
EJEMPLO 5.2. Dos transformadores monofásicos de 150 se conectan en delta abierta.
ls
H.
Xi
B
2
Hi C
X,
*2
7200/440V
Calcular la máxima po
tencia QUE PUEDEN ENTREGAR.
A
k VA,
3
246 Principales conexiones de los transformadores Aún cuando los dos transformadores tienen una poten CIA DE 150 KVA CADA UNO, LOS DOS JUNTOS NO PUEDEN EN TREGAR UNA CARGA DE 300 KVA, POR LO SIGUIENTE:
La CORRIENTE NOMINAL SECUNDARIA DE CADA TRANSFORMADOR es:
Is - 150/440 = 150000/440 - 540.0 A
U
CORRIENTE EN LAS LINEAS 1, 2 Y 3 NO PUEDE POR LO -
TANTO EXCEDER A 340.9 A, POR LO QUE LA MÁXIMA CARGA ES: S - 1.73 El = 1.73 x 440 x 340.9 = 259493 VA S = 259.49 KVA
QUE REPRESENTA:
=
carGA
Ca p a c i d a d =
instalada de tr an sf orm a dor
86.49%
300
Co n e x i ó n D e l t a -Es t r e l l a . Es t e
t ipo de conexión se hace frecuentemente para ali
mentar en forma combinada, cargas trifásicas y cargas
MONOFÁSICAS EN DONDE LAS CARGAS MONOFÁSICAS PUEDEN — ■ SER COMPARATIVAMENTE GRANDES.
LOS DEVANADOS SECUNDA
RIOS PUEDEN TENER UNA DERIVACIÓN O TAP, PARA OBTENERVALORES DE VOLTAJE DISTINTOS.
Conexión de los transformadores monofásicos 247 En
transformadores de gra n p o t e n c i a , la cone xión delta
-ESTRELLA, SE USA FRECUENTEMENTE PARA ELEVAR VOLTAJE,COMO ES EL CASO DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS.
1_A CO —
NEXIÓN EN ESTRELLA PERMITE LA FACILIDAD DE DISPONER — DE UN NEUTRO PARA CONEXIÓN A TIERRA.
TlENE EL INCONV£
NI ENTE DE GUE CUANDO SE CONECTAN EN PARALELO TRANSFOR MADORES TRIFASICOS EN CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA, SE DEBE TOMAR EN CONSIDERACIÓN EL DESPLAZAMIENTO ANGULAR ENTRE LA DELTA Y LA ESTRELLA
C O N E X IO N TR ES
D E L T A -E S T R E L L A
DE
T R A N S F O R M A D O R E S M O N O F A S IC O S
248 Principales conexiones de los transformadores LiEBEUm Se
tienen tres transformadores monofásicos de 40,000
KVA QUE SE USAN COMO ELEVADORES EN CONEXIÓN DELTA/EStrella y CON RELACIÓN DE 13.2/66.4
kV
si alimentan —
UNA CARGA DE 90 MVA CALCULAR:
a
)
b)
El
v o l t a j e d e l In e a s e c u n d a r i o ,
L a corriente en los devanados de los transformado
RES. c)
La s
co r r i e n t e s en los c o n d u c t o r e s de e n t r a d a y s&
LIDA A LOS TRANSFORMADORES.
S O L U C I O N La rar
f o r m a s i m p l e d e r e s o l v e r este p r o b l e m a es c o n s i d e
SÓLO UNA FASE
a
LA VEZ
Conexión de los transformadores monofásicos 249 A.l. El voltaje a través de cada devanado primario es13.2 a
.2. E l
k V.
voltaje e n el devanado secundario d e cada
TRANSFORMADOR ES a
.3. E l
voltaje
- -
66.4 *V.
SECUNDARIO
entre
FASES
o
ENTRE LINEAS
1-2, 2-3. 1-3 ES ENTONCES; Es
B)
\ T J x 66.4 = 115 kV.
=
La POTENCIA GUE TRANSPORTA CADA TRANSFORMADOR ES: 90/3
«
30 m
La CORRIENTE EN CADA DEVANADO PRIMARIO ES: lp
=
300GO/13.2 = 22/2.7 A
La CORRIENTE EN CADA DEVANADO SECUNDARIO ES: ls
C.l
-
30000/66.4 = 451.8 A
La CORRIENTE EN
CADA LÍNEA DE ALIMENTACIÓN LEI LADO
DE 13.2 KV *A
c.2
La
=
*B
=
lC
^
* 2 2 7 2 J = 59 56‘íí A
corriente en cada línea de salida a la carga-
EN EL LADO DE 115 Il =
n
~
í2
=
k V.
í3 = 451.8 A
250 Principales conexiones de los transformadores Co n e x i ó n E s t r e l l a -D e l t a . Es t a c o n e x i ó n s e u s a c o n f r e c u e n c i a p a r a a l i m e n t a r c a r GAS TRIFASICAS GRANDES DE UN SISTEMA TRIFASICO DE ALI MENTACIÓN CONECTADO EN ESTRELLA.
TlENE LA LIMITANTE -
DE QUE PARA ALIMENTAR CARGAS MONOFASICAS V TRIFASICAS EN FORMA SIMULTÁNEA, NO DISPONE DEL NEUTRO.
Po r o t r a p a r t e , t i e n e l a v e n t a j a r e l a t i v a d e q u e l a IMPEDANCIA DE LOS TRES TRANSFORMADORES NO NECESITA — SER LA MISMA EN ESTA CONEXIÓN.
La s RELACIONES ENTRE CORRIENTES Y VOLTAJES DE FASE DE LlNEA A LlNEA PARA LA CONEXIÓN ESTRELLA DELTA, SON — LAS MISMAS QUE SE TIENEN EN LA CONEXIÓN DELTA/ESTRE LLA ESTUDIADA EN EL PÁRRAFO ANTERIOR.
Conexión de los transformadores monofásicos
251
CONEXJ 6 tl f STRELLfciESIBELkfi Es t a c o n e x i ó n s e u s a c u a n d o s e r e q u i e r e a l i m e n t a r g r a n d e s CARGAS MONOFASICAS EN FORMA SIMULTÁNEA CON CARGAS TRIFÁSL cas.
Ta m b i é n s e u s a s ó l o si e l n e u t r o e e l p r i m a r i o s e —
PUEDE CONECTAR SÓLIDAMENTE AL NEUTRO DE LA FUENTE DE ALI MENTACIÓN YA SEA CON UN NEUTRO COMÚN O A TRAVÉS DE TIERRA Cu a n d o l o s n e u t r o s d e a m b o s l a d o s d e l b a n c o d e t r a n s f o r m a DORES NO SE UNEN, EL VOLTAJE DE LlNEA A NEUTRO TIENDE A DISTORSIONARSE (NO ES SENOIDAL).
La CONEXIÓN ESTRELLA-ES
TRELLA, SE PUEDE USAR TAMBIÉN SIN UNIR LOS NEUTROS, A CON DICIÓN DE QUE CADA TRANSFORMADOR TENGA UN TERCER DEVANADO QUE SE CONOCE COMO "DEVANADO TERCIARIO."
ESTE DEVANADO -
TERCIARIO ESTÁ SIEMPRE CONECTADO EN DELTA. C o n FRECUENCIA, EL DEVANADO TERCIARIO SE USA PARA ALIMEN TAR LOS SERVICIOS DE LA SUBESTACIÓN.
SECUNDARIO C O N E X IO N
E S T R E L L A -E S T R E L L A
252 Principales conexiones de los transformadores
C O N E X IO N
E S T R E L L A -E S T R E L L A
C O N D E V A N A D O T E R C IA R IO
Transformadores de un a so l a b o q u i l l a . En l a c o n e x i ó n e s t r e l l a - e s t r e l l a , l o s t r a n s f o r m a d o r e s QUE TIENEN SÓLO LA BOQUILLA DE ALTA TENSIÓN O PRIMA RIA- ESTA BOQUILLA SE CONECTA A LA LfNEA DE ALIMENTA CIÓN.
L a CONEXIÓN ESPECIAL EN LA PARTE EXTERNA DEL -
TANQUE DEL TRANSFORMADOR, TOMA EL LUGAR DE LA SEGUNDA BOQUILLA DE ALTA TENSIÓN Y SE DEBE CONECTAR ENTRE LOS TRES TRANSFORMADORES Y AL HILO DE NEUTRO O TIERRA.
LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN TIENEN UNA CONE XIÓN INSTALADA ENTRE LA BOQUILLA DE BAJO VOLTAJE DELNEUTRO Y EL TANQUE.
Conexión de transformadores en paralelo 253 Tr a n s f o r m a d o r e s T r i f á s i c o s . E n TÉRMINOS GENERALES, UN BANCO FORMADO POR TRES TRAN£ FORMADORES MONOFÁSICOS,
SE PUEDE REEMPLAZAR POR UN -
TRANSFORMADOR TRIFÁSICO.
ESTOS TRANSFORMADORES TRIFA
SICOS, COMO SE HA DESCRITO EN CAPITULOS ANTERIORES, TIENEN UN NÚCLEO MAGNÉTICO CON TRES PIERNAS, EN DONDE SE ALOJAN LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO DE CADA UNA DE LAS FASES.
LOS DEVANADOS SE CONECTAN INTERNA
MENTE, EN FORMA SIMILAR A LOS BANCOS D E TRANSFORMADO RES MONOFÁSICOS, EN CUALQUIERA DE LAS CONEXIONES TRI FÁSICAS, ES DECIR, ESTRELLA-DELTA, DELTA ABIERTA, ETC.
Pa r a u n a c a p a c i d a d d a d a , u n t r a n s f o r m a d o r t r i f á s i c o ES SIEMPRE DE MENOR TAMAÑO Y MÁS BARATO QUE UN BANCO FORMADO POR TRES TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS CON LAMISMA CAPACIDAD,
E(I ALGUNAS OCASIONES. AÚN CON LO -
MENCIONADO ANTES, SE PREFIERE EL USO DE BANCOS DE “ TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS. ESPECIALMENTE CUANQO — POR MANTENIMIENTO Y CONFIABILIDAD RESULTA IMPORTANTE LA FACILIDAD PARA REEMPLAZAR A UNA DE LAS UNIDADES.
5.3. CONEXION DE TRANSFORMADORES EN PARALELO. LOS TRANSFORMADORES SE PUEDEN CONECTAR EN PARALELO POR DISTIN TAS RAZONES, U S PRINCIPALES ESTÁN R E U C I O N A D A S CON PROBLEMAS DE CONFIABILIDAD Y DE INCREMENTO EN LA DEMANDA. CUANDO SE --EXCEDE O SE ESTÁ
A PUNTO DE EXCEDER U
FORMADOR YA EN OPERACIÓN.
CAPACIDAD DE UN TRANS
Principales conexiones de los transformadores Pa r a c o n e c t a r l o s t r a n s f o r m a d o r e s e n p a r a l e l o y g a r a n t i z a r s u CORRECTA OPERACIÓN, SE DEBEN CUMPLIR CIERTAS CONDICIONES COMOSON: a
)
De b e n t e n e r l o s m i s m o s v o l t a j e s p r i m a r i o s y s e c u n d a r i o s .
b
)
De b e n t e n e r e l m i s m o v a l o r d e i m p e d a n c i a e x p r e s a d o e n p o r ciento
c)
o en por unidad.
S e debe verificar que la polaridad de los transformadores sea la misma.
C O N E X IO N E N PARA
P AR ALELO D E A L IM E N T A R
A
TR A N S F O R M A D O R E S U N A CARGA
EJEMPLO 5.
De t e r m i n a c i ó n
al aceite del transformador
d e las características d e l aislamiento
267
268 Pruebas a transformadores La s
llamadas prucbas
i n t e rm e d i a s , c o m o s u n o m b r e l o
indican se r e a l i
DURANTE EL TRANSCURSO DE UNA REPARACION O BIEN EN LAS ETAPAS INTER MEDIAS DE LA FABRICACION. CUANDO EL TRANSFORMADOR ESTA EN PROCESO DE ARMADO O BIEN DESARMADO ( SEGÚN SEA EL CASO ) Y EL TIPO-DE PRUEBAS DE PENDE DEL PROPOSITO DE LA REPARACION O LA ETAPA DE FABRICACION. POR LO GENERAL SE HACEN CUANDO LAS BOBINAS NO HAN SIDO MONTADAS O -DESMONTADAS < SEGÚN SEA EL CASO ) Y SON PRINCIPALMENTE LAS SIGUIENTES: zan
1)
Me d i c i ó n d e l a r e s i s t e n c i a CONTRA EL NÚCLEO
2)
Pr u e b a d e l a r e s i s t e n c i a POR VOLTAJE a p l i c a d o
3)
Pr u e b a
Cuand o
de
de aislamiento de tornillos y herrajes
de ai sl am ien t o de t o rn il los y herrajes
las b o q u i l l a s por m e d i o de v o l t a j e a p li cado
se h a n d e s m o n t a d o las b o b i n a s d u r a n t e u n t r a b a j o d e r e p a r a c i ó n ,
entonces las pruebas se
incrementan.
La s p r u e b a s f i n a l e s s e h a c e n s o b r e t r a n s f o r m a d o r e s t e r m i n a d o s d e f a b r i CACIOn o ARMADOS TOTALMENTE DESPUÉS DE UNA REPARACION E INCLUYEN LAS SIGUIENTES: 1)
Pr u e b a
2)
MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
al aceite del transformador
3 ¡ Prueba de relación de transformación 4)
De t e r m i n a c i ó n
5)
Determinación de las características
6)
Pr
ueba
d e l
del desplazamiento de fase de los grupos d e bobinas
a is l a m ie n t o
por
v o lta je
d e l
aislamiento
a p l ic a d o
Pruebas al aceite del transformador 269 7)
Pruebas para la determinación de las pérdidas CIRCUITO ( DETERMINACIÓN DE IMPEDANCIA >
8)
Pr u e b a
9)
Me d i c i ó n
en
vacio
y en
corto
d e l a i s l a m i e n t o entre espiras por v o l t a j e inducido
de la c o r r i e n t e de v a c i o y l a c o r r i e n t e de exci tación
El orden de las pruebas no es necesariamente el MENCIONADO ANTERIORMECÍ TE. Y DE HECHO EXISTEN NORMAS NACIONALES E INTERNACIONALES QUE RECO MIENDAN QUE PRUEBAS Y EN QUE ORDEN SE DEBEN REALIZAR. ASÍ COMO CUANDO SE DEBEN EFECTUAR
6 .2 .
PRUEBAS AL A C E I T E D a TRANSFORMADOR
El ACEITE DE LOS TRANSFORMADORES se somete por l o general a pruebas de RIGIDEZ DIELÉCTRICA. PRUEBA DE PÉRDIDAS DIELÉCTRICAS Y EVENTUALMENTE ANALISIS QUÍMICO.
Cu a n d o s e t r a t a d e p r u e b a s d e c a m p o , l a c o n d i c i ó n d e l a c e i t e s e p u e d e DETERMINAR POR DOS PRUEBAS RELATIVAMENTE SIMPLES. UNA QUE COMPARA EL * COLOR DE UNA MUESTRA DE ACEITE DEL TRANSFORMADOR BAJO PRUEBA. C-ON UN CONJUNTO O PANEL DE COLORES DE REFERENCIA QUE DAN UNA INDICACIÓN DE LA EMULSIFICAC1ÓN QUE PUEDE TENER LUGAR. El RECIPIENTE EN QUE SE TOMA LA MUESTRA DEBE ENJUAGAR PRIMERO CON EL PROPIO ACEITE DE LA MUESTRA Y DE BE SER TOMADO DE LA PARTE INFERIOR DEL TRANSFORMADOR DE LA VALVULA DE DRENAJE.
Cuando se usa un probador de color, la muestra de aceite se debe colo car EN TUBO DE VIDRIO TRANSPARENTE QUE SE INTRODUCE EN UNA PARTE LEL PROBADOR DISEÑADA PARA TAL FIN. Se TIENE UN PEQUEÑO DISCO QUE GIRA Y QUE TIENE DISTINTOS COLORES DE REFERENCIA. CUANDO EL COLOR DEL DISCO ES SIMILAR AL DE LA MUESTRA. APARECE LA DESIGNACIÓN NUMÉRICA DEL COLOR DE LA MUESTRA DE ACEITE. DE HECHO ESTA PRUEBA SIRVE PARA VERIFICAR EL
C r* K L H A N B D De C O L O R AMARILLO, N A R A N J A y H O JO INDICA Q U E
IL
r n A N a r o ^ M A D O M pyeoc TCNCR DANOS SEVEROS
P R O B A D O R D E CO LO R D E L A C E IT E
V IS T A D E UN P R O B A D O R D E D E R IG ID E Z D IE L E C T R IC A D E L A C E IT E
270
Pruebas al aceite del transformador 271 GRADO DE OXIDACION DEL ACEITE Y DEBE MARCAR 0.5 PARA ACEITES NUEVOS Y 5 MAXIMO PARA ACEITES USADOS
E n EL RANGO DE COLOR AMARILLO, NARANJA MADOR PUEDE TENER DAÑOS SEVEROS.
6.2.1.
Pr u e b a
y
ROJO INDICAN QUE EL TRANSFOR
de rigidez d i e léctrica d e l aceite
E s t a p r u e b a s e h a c e e n u n p r o b a d o r e s p e c i a l d e n o m i n a d o "p r o b a d o r d e r i GIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE". En ESTE CASO, LA MUESTRA DE ACEITE TAM BIÉN SE TOMA DE LA PARTE INFERIOR DEL TRANSFORMADOR, POR MEDIO DE LA LLAMADA VÍLVULA DE DRENAJE Y SE VACIA EN UN RECIPIENTE DENOMINADO "CO PA ESTANDAR" QUE PUEDE SER DE PORCELANA O DE VIDRIO Y QUE TIENE UNA CA PACIDAD DEL ORDEN DE h LITRO. Fn OCASIONES EL ACEITE SE TOMA EN UN R£ CIPIENTE DE VIDRIO Y DESPUÉS SE VACIA A LA COPA ESTANDAR QUE TIENE DOS ELECTRODOS QUE PUEDEN SER PLANOS O ESFÉRICOS Y CUYO DIAMETRO Y SEPARA CION ESTA NORMALIZADO DE ACUERDO AL TIPO DE PRUEBA. El VOLTAJE APLICA DO ENTRE ELECTRODOS SE HACE POR MEDIO DE UN TRANSFORMADOR REGULADOR 1N TEGRADO AL PROPIO APARATO PROBADOR. DESPUÉS DE LLENADA LA COPA ESTAN DAR SE DEBE ESPERAR ALREDEDOR DE 20 MINUTOS PARA PERMITIR QUE SE ELIMJ. NEN LAS BURBUJAS DE AIRE DEL ACEITE ANTES DE APLICAR EL VOLTAJE; EL VOLTAJE SE APLICA ENERGIZANDO EL APARATO POR MEDIO DE UN SWITCH QUE PREVIAMENTE SE NA CONECTADO A UN CONTACTO O FUENTE DE ALIMENTACION CO MÚN Y CORRIENTE. El VOLTAJE SE ELEVA GRADUALMENTE POR MEDIO DE LA PERJL LLA O MANIJA DEL REGULADOR DE VOLTAJE, LA TENSION O VOLTAJE SE RUPTURA SE MIDE POR MEDIO DE UN VQLTMETRO GRADUADO EN KILOVOLTS.
Ex i s t e n d e a c u e r d o d i s t i n t o s c r i t e r i o s d e p r u e b a , p e r o e n g e n e r a l s e PUEDE AFIRMAR QUE SE PUEDEN APLICAR SEIS RUPTURAS DIELÉCTRICAS CON IN TERVALOS DE 10 MINUTOS. I_A PRIMERO NO SE TOMA EN CUENTA, Y EL PROMEDIO DE LAS OTRAS CINCO SE TOMA COMO LA TENSION DE RUPTURA O RIGIDEZ DIMJÉ£ t r i c a . No r m a l m e n t e l a r i g i d e z d i e l é c t r i c a e n l o s a c e i t e s a i s l a n t e s se DEBE COMPORTAR EN LA FORMA SIGUIENTE:
{«> ESTANDAR
COPA
P R O B A D O R D E R I G I D E Z D IE L E C T R IC A D E L A C E IT E
|—
V A S IJA
2—
ELEC TR O D O S
O R E C IP IE N T E
3— 4—
CO N D U C TO R C O N T R O L D E L TR A N S FO R M A D O R R EG ULAD O R
5
M E D ID O R
6 :—
C L A V IJA
7.—
L A M P A R A DE C O N TR O L
B.—
CABLE
9 .—
PALANCA
DE M L O V O L TS
P R IN C IP A L
IO — T E R M IN A L
D E L IN T E R R U P T O R DE
T IE R R A
272
VALORES MINIMOS
VALORES MINIMOS P E RIGIDEZ DIELECTRICA
C O N E L E C TR O D O S SE M I E S F E R IC O S Y SEPARACION DE l-OI6rom 2 0 K V PARA A C E IT E S USADOS 3 0 K V PARA A C E IT E S NUEVO S
2 5 K V PARA ACEITES USADOS 3 5 K V PARA A C E ITE S NUEVOS CON E L E C TR O D O S D E 2 5 .4 mm D E DIAMETRO Y 2 .3 4 D E SEPARACION \ ELECTRODOS S E M IES FER IC O S
COPA ESTAND AR PARA P R U E B A DE R IG ID E Z DIELECTRICA D EL A C E IT É
273
274 Pruebas a transformadores Ac e i t e s d e g r a d a d o s y c o n t a m i n a d o s
DE 10 A 28 KV
Aceites carbonizados no degradados
DE 28 A 33
Aceit e
DE 33 A NO KV
nuevo sin desgasificar
kV v
aceite nuevo desgasificado
DE NO A 50 KV
Aceite regenerado
DE 50 A 60
kV
Lo s v a l o r e s a n t e r i o r e s s e r e f i e r e n a n o r m a s d e p r u e b a s d e a c u e r d o a LOS ELECTRODOS. S i SE USAN ELECTRODOS DE 25.N MM DE DIAMETRO CON UNA SEPARACION DE 2.5N M M LA TENSION DE RUPTURA DEBE SER CUANDO MENOS -25 KV EN ACEITES USADOS Y 35 KV EN ACEITES NUEVOS
Cu a n d o s e u s a n e l e c t r o d o s d e d i s c o s s e m i e s f é r i c o s c o n s e p a r a c i ó n d e 1.016 MM LA TENSION DE RUPTURA MÍNIMA EN ACEITES USADOS ES DE 20 KV Y DE 30 KV MÍNIMO EN ACEITES NUEVOS
6.2.2.
PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA DEL ACEITE
Esta
prueba permite obtener
ción
o
deterioro del aceite.
información relacionada con la contamina
El
c o n c e p t o de factor de p o t e n c i a es e l
m i s m o e m p l e a d o p a r a los c i r c u i t o s e l é c t r i c o s en g e n e r a l , es d e c i r el cose no d e l
An g u l o
-
es
f o rm ado entre la p o t e n c i a a p a r e n t e e x pr esada en
-
k VA y l a p o t e n c i a r e a l e x p r e s a d a e n k W.
Es t o d a l a m e d i c i ó n d e l a c o r r i e n t e DE FUGA A TRAVES DEL ACEITE. LA CUAL A SU VEZ SE INTERPRETA CO MO UNA MEDICIÓN DE CONTAMINACIÓN O DETERIORO DEL ACEITE.
No r m a l m e n t e u n a c e i t e n u e v o , s e c o y d e s g a s i f i c a d o a l c a n z a v a l o r e s t a n b a j o s COMO 0.05% r e f e r i d o s a 20°C. y a g u e c o m o s e s a b e u n VALOR a l t o DE FACTOR DF POTENCIA INDICA DETERIORO C CONTAMINACIÓN CON HUMEDAD. CARBÓN MATERIAS CONDUCTORAS. BARNIZ O COMPUESTOS ASFALTICOS. TAMBIÉN -
Pruebas al aceite del transformador 275 PUEDE INDICAR DETERIORO DE COMPUESTOS AISLANTES.
Pa r a l o s f i n e s d e d e c í s i O n s o b r e c o n d i c i o n e s d e u n a c e i t e , u n v a l o r d e FACTOR DE POTENCIA DE 0.52 ES CONSIDERADO SATISFACTORIO PARA OPERA CION. Cuando el factor de potencia se encuentra entre 0.6 y 21, el - ACEITE SE DEBE CONSIDERAR COMO RIESGOSO, POR LO QUE SE RECOMIENDA QUE SEA REACONDICIONADO O REEMPLAZADO.
E n FORMA GENERAL SE PUEDE DECIR QUE LOS VALORES MÁXIMOS ACEPTABLES SON 0.5 PORCIENTO DE FACTOR DE POTENCIA REFERIDOS A 20°C PARA TRANS FORMADORES NUEVOS 1 ( UNO ) PORCIENTO DE FACTOR DE POTENCIA REFERIDOS A 20‘C PARA TRANSFORMADORES USADOS
6.2.5.
AMllSlS W f M i c o
del
*gLlI£
Este análisis tiene c o m o proposito observar si las características q u í
MICAS DEL ACEITE DE U« TRANSFORMADOR CUMPLE CON LAS ESPECIFICACIONES DE NORMA. EL ANÁLISIS ES ESENCIAL DEBIDO A OUE CUALQUIER CAMBIO EN LAS CARACTERÍSTICAS DEL ACEITE PUEDE DEBILITAR LA CONDICION DEL TRANSFOR MADOR. POR EJEMPLO, UN INCREMENTO EN EL NÚMERO ACIDO DEL ACEITE, DENO MINADO TAMBIEN ACIDEZ O NÚMERO DE NEUTRALIZACION DEL ACEITE O UN DECRE MENTO EN SU PUNTO DE FLAMEO INDICA OUE EL ACEITE SE HA DESCOMPUESTO CO MO RESULTADO DE UN SOBRECALENTAMIENTO LOCAL EN EL TRANSFORMADOR.
Cu a n d o s e t r a t a d e r e p a r a c i ó n d e t r a n s f o r m a d o r e s , e l a n á l i s i s q u í m i c o
DEL ACEITE PUEDE SER HECHO EN FORMA BREVE, ES DECIR NO COMO CUANDO SE TRATA DE GRANDLS VOLÚMENES PARA LLENADO DE TRANSFORMADORES NUEVOS. ES~ TE ANÁLISIS BREVE DESDE LUEGO INCLUYEN LA DETERMINACION DE LA ACIDEZ, PUNTO DE ESCURRIMIENTO, CONTENIDO DE AGUA, CONTENIDO DE PARTÍCULAS DE CARBON, IMPUREZAS MECÁNICAS Y TRANSPARENCIA. LOS CONTENIDOS ADMISI-
276 Pruebas a transformadores BLES DE ALGUNOS DE ESTOS ELEMENTOS SE DAN EN LAS NORMAS CORRESPONDIEN TES.
LA ACIDEZ INDICA CUANTOS MILIGRAMOS DE HIDROX1DO DE POTASIO ( KOH > SE REQUIEREN PARA NEUTRALIZAR LOS ÁCIDOS CONTENIDOS EN UN GRAMO DE ACEITE LA TEMPERATURA DEL PUNTO DE ESCURRIMIENTO PARA UN ACEITE NUEVO Y SECO NO DEBE SER INFERIOR A 1 3 5 “ C Y PUEDE PERMITIRSE QUE BAOE DURANTE LA OPERACION NO MÍS DE 5°C. ADICIONALMENTE SE DEBEN HACER PRUEBAS AL ACEi TE DE TRANSFORMADORES DE VISCOSIDAD, ESTABILIDAD, DENSIDAD, PUNTO DE CONGELACIÓN, ETC.
La s PRUEBAS A LOS ACEITES DE LOS TRANSFORMADORES TIENEN COMO PROPOSITO DETERMINAR SU ESTADO PARA SU UTILIZACION EN TRANSFORMADORES NUEVOS 0 CUANDO SE HAN REPARADO DURANTE LAS ETAPAS DE MANTENIMIENTO O FALLAS QUE PUEDAN TENER.
Cuando l a s características del aceite no cumplen con las especifjcacio NES DE NORMAS, ENTONCES ES NECESARIO QUE SE SOMETAN A PROCESOS DE REHABI LITACION, PARA TRATAR DE OBTENER LAS CARACTERÍSTICAS DESEADAS.
6.2.4.1.
Limpieza de mezclas e impurezas mecánicas en los aceites
SEPARACION POR CENTRIFUGADO
Existen básicamente dos métodos para remover mezclas e impurezas en LOS ACEITES DE TRANSFORMADORES, ESTOS MÉTODOS SON: SEPARACION POR CEN TRIFUGADO Y POR FILTRADO
Po r e l m é t o d o d e c e n t r i f u g a d o s e l i m p i a e l a c e i t e d e a g u a e i m p u r e z a s , AGITANDOLO A ALTA VELOCIDAD EN UN APARATO DENOMINADO CENTRIFUGADOR DE
Pruebas al aceite del transformador 277 ACEITE 0 PURIFICADOR. ESTE APARATO CONSISTE PRINCIPALMENTE DE UN TAM BOR PURIF1CAD0R O SEPARADOR ( 1 ) QUE EN SU INTERIOR TrENE UN CIERTO NÚMERO DE PLACAS EN FORMA DE CONOS CON PERFORACIONES. LAS PLACAS SE C£ LOCAN EN FORMA DE PAGUETES, UNA JUNTO A OTRA EN PARALELO SOBRE UN EJE COMÚN ( LA SEPARACIÓN ES DEL ORDEN DE MILÍMETROS 0 FRACCIONES DE MILÍ METROS ). EL PROPÓSITO DE LAS PLACAS ES SEPARAR EL ACEITE DE MANERA 3UE SE INTENSIFIQUE LA PURIFICACIÓN.
El ACEITE ENTRA AL SEPARADOR A TRAVÉS DE UN INGRESO CENTRAL. El ACEITE A SER PURIFICADO SE BOMBEA AL INTERIOR DEL SEPARADOR Y SE EXTRAE POR MEDIO DE DOS BOMBAS ( 2 ). LAS IMPUREZAS SE REMUEVEN DEL ACEITE EN FOR MA 1NTESIVA A UNA TEMPERATURA DE 50*0 A 55°C, EL SEPARADOR DE ACEITE ESTA EQUIPADO CON UN CALENTADOR ELÉCTRICO ( 4 ). SE TIENE UN FILTRO ME TAlICO DE MALLA MUY FINA < 5 ) QUE ESTA CONECTADO EN LA TUBERÍA DE EN TRADA DEL ACEITE Y SIRVE PARA CAPTURAR PARTICULAS Y PREVENIR SU ENTRA DA AL APARATO. El TAMBARO SEPARADOR ESTA ACCIONADO POR UN MOTOR ELÉC TRICO ( 3 ) POR MEDIO DE BANDAS O ENGRANES. POR EJEMPLO, SI EL TAMBOR SE ACCIONA A 6800 RPM, SE ENTREGAN DEL ORDEN DE 1500 LITROS POR HORA.
Si EL ACEITE CONTIENE DEMASIADAS IMPUREZAS EL PURIFICADOR DEL ACEITE SE REAJUSTA PARA SEPARAR EL AGUA EN FORMA PRELIMINAR, SE HACE ESTO RE£ RREGLANDO LAS PLACAS DEL TAMBOR SEPARADOR. Si EL CONTENIDO DE IMPURE ZAS NO ES MUY ALTO, EL APARATO SE DEBE AJUSTAR NORMALMENTE, ES"DECIR, PARA SEPARAR SIMULTANEAMENTE EL AGUA Y LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN.
F iltrado Po r m e d i o d e e s t e m é t o d o , e l a c e i t e s e l i m p i a f o r z á n d o l o a c i r c u l a r a
TRAVÉS DE UN MEDIO POROSO CON UN ELEVADO NÚMERO DE PEQUEÑAS PERFORACIO NES EN LAS CUALES SE ATRAPAN EL AGUA EN SUSPENSIÓN Y LAS IMPUREZAS, TAL MEDIO PUEDE SER CARTÓN PRENSADO 0 TELA.
EL APARATO PARA FILTRAR EL ACEITE SE LE CONOCE COMO "FILTRO - PRENSA"
C O M P O N E N T E S D E L F IL T R O
( i) —MARCO
b ) _ PLACA
A — EN T R A D A DE A C E IT E SUCJO
6 — SA LID A DE A C E IT E LIM PIO *— M A N IV ELA V TORNILLO S IN P IN DE A JU S T E C - GRUHO DE PL ACAS V M ATERIAL OE FILTRADO 3 —MEDIDOR DE P R E SIO N 4 —S A L D A DE A C EITE 9 .-E N T R A D A O E A C EITE « -B O M B A T - FIL TR O O E A IR E « -M O T O R E L E C T R IC O D E L A BOM BA © — M ARCO O SO P O R T E
LA BOM BA A .-F IL T R O O.—P IL T R O DE MALLA METALICA
V I S T A E X T E R N A D E U N P U R IF IC A D O *
278
Pruebas de resistencia de aislamiento 279 Y CONSISTE DE UN CONJUNTO DE MARCOS METÍLICOS Y PLACAS CON PAPEL FIL TRO COLOCADO ENTRE ELLOS, LOS MARCOS Y PLACAS SE COLOCAN EN FORMA A L TERNADA, AL GRUPO TOTAL DE PLACAS Y MARCOS SE LE SUJETA POR MEDIO DE DOS PLACAS Y UN TORNILLO SIN-FIN DE AJUSTE.
LOS MARCOS,^PLACAS Y FILTROS DF. PAPEL TIENEN CADA UNO DOS AGUJEROS EN LAS ESQUINAS INFERIORES. UNO SIRVE PARA EL INGRESO DEL ACEITE QUE VA A SER LIMPIADO Y EL OTRO PARA LA SALIDA DEL ACEITE LIMPIO. El ACEITE A LIMPIAR SE BOMBEA AL "FILTRO PRENSA" A UNA PRESION DE 't A 6 X 1(15 PA Y UN INCREMENTO EN LA PRESIÓN DURANTE EL PROCESO DE FILTRADO, INDICA QUE LOS FILTROS < PAFEL FILTRO ) DEBEN SER REEMPLAZADOS.
6.3
PRUEBA DF RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
La PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES SIRVE NO SO LO PARA VERIFICAR LA CALIDAD DEL AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES, TAM BIÉN PERMITE VERIFICAR EL GRADO DE HUMEDAD V EN OCASIONES DEFECTOS SE VEROS EN EL AISLAMIENTO.
LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO SE MIDE POR MEDIO DF- UN APARATO CONOCIDO COMO "REGGER". E l MEGGER CONSISTE DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN £N CO RRIENTE DIRECTA Y UN SISTEMA DE MEDICIÓN. La FUENTE ES UN PEQUEÑO GENE RADOR QUE SE PUEDE ACCIONAR EN FORMA MANUAL O ELÉCTRICAMENTE. E l VOLTA JE EN TERMINALES DE UN MEGGER VARIA DE ACUERDO AL FABRICANTE Y A SI SE TRATA DE ACCIONAMIENTO MANUAL O ELÉCTRICO. PERO F.N GENERAL SE PUEDEN ENCONTRAR EN FORMA COMERCIAL MEGGER DE 250 VOLTS, 1COO VOLTS Y 2500 VOLTS. LA ESCALA DEL INSTRUMENTO ESTA GRADUADA PARA LEER RESISTENCIAS DE AISLAMIENTO EN EL RANGO DE 0 A 10,000 MEGOHMS.
LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO DE UN TRAFORMADOR SE MIDE ENTRE LOS DEVfi NADOS CONECTADOS TODOS ENTRE SI, CONTRA EL TANQUE CONECTADO A TIERRA Y ENTRE CADA DEVANADO Y EL TANQUE, CON EL RESTO DE LOS DEVANADOS CONECTA DOS A TIERRA.
280 Pruebas a transformadores Pa r a u n t r a n s f o r m a d o r d e d o s d e v a n a d o s s e d e b e n t o m a r l a s s i g u i e n t e s MEDIDAS: -
En t r e e l d e v a n a d o d e a l t o v o l t a j e y e l t a n q u e c o n e l d e v a n a d o d e b a J O VOLTAJE CONECTADO A TIERRA
-
En t r e l o s d e v a n a d o s d e a l t o v o l t a j e y b a j o v o l t a j e c o n e c t a d o s e n t r e SI, c o n t r a e l t a n o u e
Es t a s m e d i c i o n e s s e p u e d e n e x p r e s a r e n f o r m a s i n t e t i z a d a c o m o : Alto v o lta je Vs . tanque + ba jo voltaje a tierra Ba j o v o l t a j e Vs . t a n q u e + a l t o v o l t a j e a i i e p r a A l t o v o l t a j e + b a j o v o l t a j e Vs . t a n q u e a t i e r r a
Cu a n d o s e t r a t a d e t r a n s f o r m a d o r e s c o n t r e s d e v a n a d o s l a s m e d i c i o n e s QUE s e d e b e n e f e c t u a r s o n l a s s i g u i e n t e s : -
Alto voltaje ( primario ) V s . tanque con los devanados de bajo vol taje ( secundario ) V MEDIO VOLTAJE ( TERCIARIO ) A tierra
-
Medio voltaje ( terciario i V s . tanque con los devanados de alto VOLTAJE Y BAJO VOLTAJE A TIERRA
-
Bajo voltaje ( secundario ) V S . tanque, con los devanados de alto VOLTAJE Y MEDIO VOLTAJE A TIERRA
-
A l t o v o l t a j e y m e d i o v o l t a j e j u n t o s Vs . t a n q u e , c o n e l d e v a n a d o d e BAJO VOLTAJE a TIERRA
-
Alto voltaje + medio voltaje * bajo voltaje Vs. tanque
LE C TU R A M IN IM A . I MEQOMM POR CA O A IO 0 0 V O L T S OE PRUEBA O 25 VE C E S E L V O L TA JE DE FASE A FA SE EXP R ESAD O EN K V- APLICADOS D U R A N TE I M IN U T O
CABLES D6
V IST A DE UN M E 6G E R CON ACCIONAMIENTO MANUAL PARA
P R O B A R R E SIST E N C IA DE A ISLA M IE N T O
I — NUCLEO Z — T O R N IL L O DE SUJECION 3.— M EGGER
MEDICION H E R R A JE
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