Fundamentos Esenciales y Ensayos de Transformadores Eléctricos
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Pérdidas en el Hierro (Pérdidas en Vacío)
Las pérdidas en el hierro, también conocidas como pérdidas en vacío, se realizan dejando el circuito secundario del transformador abierto (en vacío) mientras se alimenta el circuito primario a su tensión nominal.
Estas pérdidas se deben principalmente a la corriente reactiva o magnetizante, y a las pérdidas en vacío por histéresis y corrientes de Foucault en el núcleo magnético.
Relación de Transformación en Vacío
Para determinar la relación de transformación en vacío (m0), basta con conectar dos voltímetros: uno entre dos fases del primario y otro entre dos fases del secundario, estando este último en vacío.
La fórmula para la relación de transformación en vacío es:
m0 = U1 / U2
Ensayo de Cortocircuito
El ensayo de cortocircuito se realiza a través de un amperímetro en el secundario, alimentando el primario con corriente alterna (CA) regulable desde cero hasta el valor que haga circular la intensidad nominal por el secundario.
Pérdidas en el Cobre (Pérdidas por Efecto Joule)
Las pérdidas en el cobre ocurren cuando la potencia absorbida en el primario se debe al efecto Joule, que afecta a los arrollamientos primario y secundario. Dado que el secundario está en cortocircuito durante el ensayo, la potencia perdida variará en función de la corriente.
Tensión de Cortocircuito
La tensión de cortocircuito es la tensión que es necesario aplicar al primario de un transformador que tiene el secundario en cortocircuito para que circule por él una intensidad nominal.
Rendimiento del Transformador
El rendimiento de un transformador es variable y depende del valor de la potencia suministrada. Un transformador funciona a máximo rendimiento cuando la intensidad de la corriente de carga es de tal valor que las pérdidas de potencia en el hierro y en el cobre resultan iguales.
Tipos de Medición de Rendimiento
- Directo: Se carga el transformador con una carga real en el secundario y se mide la potencia absorbida y la potencia cedida.
- Indirecto: Se tienen en cuenta todas las pérdidas. Este método es comúnmente utilizado para transformadores de media y gran potencia.
Temperatura y Equilibrio Térmico
Cuando una máquina produce calor, su temperatura se eleva. Si esta temperatura es mayor que la del exterior, la máquina cede calor al ambiente. Con esta transferencia de calor, la máquina se estabiliza hasta que alcanza el equilibrio térmico. Para su medición, se utilizan termómetros con rangos de -70ºC a 1370ºC.
Calentamiento del Transformador
El calentamiento del transformador (ΔT) es la diferencia entre la temperatura alcanzada por una de las partes del transformador y la temperatura ambiente.
ΔT = Tmáquina - Tambiente
Tipos de Calentamiento
Se pueden distinguir el calentamiento local o de punto determinado y el calentamiento medio.
ΔT = (Rcaliente - Rfrío) / Rfrío * (235 + Tambiente)
Sistemas de Refrigeración de Transformadores
Transformadores Secos
Los transformadores secos se refrigeran mediante el aire en contacto con su estructura. En algunos casos, la refrigeración puede ser forzada mediante ventiladores.
Transformadores Sumergidos en Aceite
Estos transformadores poseen un circuito magnético y eléctrico que está sumergido en aceite dieléctrico. El calor generado se cede al aceite, que a su vez lo transfiere al exterior a través de radiadores de refrigeración. Estos sistemas se emplean comúnmente en transformadores de alta potencia.
Medición de Aislamiento y Continuidad
La medición de aislamiento y continuidad se realiza entre bobinados, y entre estos y masa, lo que nos indica el estado de la máquina, como un transformador.
Para determinar la resistencia de aislamiento, esta debe tener un valor muy elevado. Se emplea un megaóhmetro. Al conectar un circuito con una resistencia, nos indicará una diferencia de potencial entre dos puntos. Si hay tensión en el circuito, es imprescindible cortarla antes de realizar la medida. Algunos equipos incorporan un pulsador para realizar una función específica.
La resistencia mínima de aislamiento será de 0,5 MΩ, según la norma UNE.
Rigidez Dieléctrica
La rigidez dieléctrica es la intensidad del campo eléctrico para el cual un material deja de ser un aislador para convertirse en un material conductor.
Se mide en kilovoltios (kV) y el espesor en centímetros (cm). La fórmula es:
Rd = Up / C