Los transformadores se encargan de la transmisión y conversión eficientes de la energía eléctrica, regulando la tensión y minimizando las pérdidas de potencia. Por lo tanto, el diseño de los transformadores desempeña un papel fundamental a la hora de garantizar la fiabilidad del sistema y la seguridad operativa.
Este artículo ofrece una explicación exhaustiva de los fundamentos de los transformadores, incluyendo su estructura básica, clasificaciones, funciones, criterios de selección, procedimientos de diseño y aplicaciones típicas.
Índice
1. ¿Qué tipos de transformadores de potencia existen y cuáles son sus componentes principales?
Existen varios tipos de transformadores de potencia, como los transformadores de tipo seco, los transformadores sumergidos en aceite y los transformadores de distribución montados sobre plataforma.
Entre sus componentes principales suelen figurar: el núcleo, los devanados, el sistema de aislamiento, el depósito (en los modelos sumergidos en aceite), el sistema de refrigeración, el conmutador de tomas, los pasamuros y otros accesorios de protección.
2. ¿Qué es la corriente de magnetización (corriente de excitación)?
La corriente de magnetización es la corriente de excitación necesaria para generar flujo magnético en el núcleo.
Cuando se conecta un transformador a la red eléctrica, puede producirse una corriente de arranque elevada.
Si el flujo residual tiene la misma polaridad que la tensión aplicada, el flujo total puede superar la saturación del núcleo, lo que provocaría una sobrecarga de hasta 6-8 veces la corriente nominal.
Esta corriente transitoria contiene componentes de corriente continua y armónicos, y se atenúa con el tiempo; normalmente, tarda entre 5 y 10 segundos en desaparecer en el caso de los transformadores grandes y unos 0,2 segundos en el de las unidades más pequeñas.
3. ¿Por qué debe someterse un transformador nuevo o reacondicionado a “pruebas de impacto” de puesta en tensión antes de su puesta en servicio oficial? ¿Cuántas veces debe ponerse en tensión?
Antes de poner en servicio un transformador nuevo (o un transformador que haya sido devuelto tras una revisión en fábrica), es necesario realizar varias pruebas de impacto de energización para verificar la resistencia del aislamiento y la fiabilidad mecánica.
Para verificar la resistencia del aislamiento frente a la tensión nominal o a las sobretensiones de conmutación.
Cuando se desconecta un transformador sin carga, puede producirse una interrupción de una corriente de magnetización muy pequeña antes de que su intensidad llegue a cero. El corte de corriente resultante en el interruptor puede generar una sobretensión de conmutación.
En los transformadores sin conexión a tierra o en aquellos conectados a tierra a través de una bobina supresora de arcos, la sobretensión de conmutación puede alcanzar entre 4,0 y 4,5 veces la tensión de fase.
En el caso de los transformadores cuyo punto neutro se encuentra en con conexión a tierra directa, la sobretensión de conmutación suele ser menos de 3 veces la tensión de fase.
→ Por eso, los transformadores que deben someterse a ensayos de impacto deben tener su punto neutro conectado directamente a tierra.
Para comprobar la resistencia mecánica ante una corriente de arranque elevada.
Cuando se conecta a la red un transformador sin carga, se produce una corriente de arranque de hasta entre 6 y 8 veces puede producirse la corriente nominal. Esta sobretensión genera una fuerza electrodinámica considerable. Por lo tanto, el ensayo de impacto también confirma que la resistencia mecánica del transformador y los relés de protección no fallarán.
Número recomendado de ensayos de impacto:
Nuevo transformador: 5 efectos relacionados con la energización. Transformador reacondicionado: 3 efectos de la electrificación
4. ¿Cuáles son las condiciones para el funcionamiento en paralelo de los transformadores?
Los transformadores solo pueden funcionar en paralelo cuando se cumplen las siguientes condiciones:
Relación de vueltas idéntica (relación de tensión)
Impedancia de cortocircuito igual (tensión de cortocircuito)
Mismo grupo vectorial / mismo grupo de conexión de devanados
5. ¿Qué dispositivos de protección se instalan en el cuerpo de un transformador y cuáles son sus funciones principales?
Entre los dispositivos de protección habituales del cuerpo de un transformador se incluyen:
Conservador (ampliación del depósito de combustible)
Su capacidad es de aproximadamente 8–10% del volumen total de aceite del transformador.
Función: absorber las variaciones de volumen del aceite debidas a los cambios de temperatura, reducir el contacto directo entre el aceite y el aire, evitar la entrada de humedad y ralentizar la oxidación del aceite.
A filtrómero de gel de sílice se instala en el conservador para evitar que entre aire húmedo en el transformador.Desaireador (absorbente de humedad) y purificador de aceite
El respiradero contiene desecantes como gel de sílice y alúmina activada.
Se utiliza gel de sílice que cambia de color (azul → rojo) como indicador de saturación.
El purificador de aceite (filtro) también contiene desecantes que absorben la humedad, los ácidos y los productos de oxidación a medida que el aceite pasa a través de él, lo que mantiene el aceite limpio y prolonga su vida útil.Dispositivo de alivio de explosiones / Dispositivo de alivio de presión
Tradicionalmente, se instala un tubo a prueba de explosiones (válvula de seguridad) en la tapa del depósito para liberar el exceso de presión interna en caso de averías internas.
Los grandes transformadores modernos utilizan válvulas de alivio de presión en su lugar.
Cuando aumenta la presión interna, la válvula se activa y dispara señales de alarma o de desconexión.
Además, los transformadores están equipados con otros dispositivos de seguridad, tales como:
Relé de Buchholz (relé de gas)
Termómetros (indicadores de temperatura)
Indicadores de nivel de aceite
