Transformador elevador reductor de tensión

TEMA 3 EL TRANSFORMADOR

FINALIDAD Y USO DEL TRANSFORMADOR

Adaptar los valores de tensión e intensidad.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Máquina eléctrica estática y reversible, modifica tensión e intensidad para una potencia dada, manteniendo constante la frecuencia de la red. 

Al conectar el devanado primario a una fuente de tensión alterna, origina un campo magnético que afecta al devanado secundario, inducíéndose en él una fuerza electromotriz

CONSTITUCIÓN Y ELEMENTOS DEL TRANSFORMADOR

2.1-CONFIGURACIÓN INTERNA

A-Un circuito magnético y dos circuitos eléctricos.

Circuito magnético ( Conjunto de chapas de acero de bajo espesor, núcleo.
Siempre estará conectado a tierra, dos tipos de núcleos EN COLUMNA o ACORAZADO.

Circuito eléctrico ( básicamente 2 bobinas “primario y secundario” devanados sobre el núcleo magnético.

B-Otra clasificación según el valor de la tensión en cada devanado, bobinado de AT al arrollamiento con mayor tensión, bobinado de BT al de menor tensión. Dos tipos de disposición de los devanados.

Concéntricos ( Distribuido a lo largo de toda la columna, el devanado de tensión inferior, se encuentra en la parte más cercana al núcleo, aislado de este y del devanado de más tensión.

Alternados ( Devanados dividido en un núcleo de bobinas dispuestas de forma alternada en las columnas del núcleo. 

C-Elemento refrigerante ( El núcleo como los bobinados van inmersos, alivia altas temperaturas. Designación del sistema de refrigeración.

Primera letra ( Medio de refrigeración interno.

O ( Aceite “oíl” punto inflamación <300ºC

K ( Líquido aislante, punto inflamación >300ºC

L ( Líquido aislante, punto inflamación no medible.

Segunda letra ( Modo de circulación del medio de refrigeración interno.

N ( Circulación natural

F ( Circulación forzada

D ( Circulación forzada dirigida.

Tercera letra ( Medio de refrigeración externo

A ( aire “air”

B ( agua “wáter”

Cuarta letra ( Circulación del fluido externo

N ( Convección natural

F ( Circulación forzada.

El tipo de fluido depende del tipo de transformador.

Poca potencia y baja tensión aislamiento seco y el aire hace de refrigerante

Gran potencia y AT, las bobinas en aceite mineral o encapsuladas en resina.

2.2-CONFIGURACIÓN EXTERNA

Cuba ( depósito que contiene el líquido refrigerante

Bornes o pasatapas ( Elementos de conexión eléctrica con la red, 3 bornes MT y 4 bornes BT

Depósito de expansión de aceite 

Placa de carácterísticas

Conmutador de tensiones en vacío ( 5 posiciones en AT.

CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES

Según su función ( Para aumentar o para reducir, transformador elevador tensión mayor en el secundario, transformador reductor, tensión mayor en el primario.

Según su potencia transformada ( 3 tipos

De potencia ( Transporte de energía eléctrica

De medida ( Reducir valores proporcionales

De comunicaciones ( 

Según su refrigerante ( secos o de baño

Según el tipo de refrigeración ( Natural o forzada

Según el sistema de corrientes ( monofásicos o trifásicos.

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN

MT/BT en seco o baño de aceite. Refrigerantes más comunes:

Aceite mineral 

Aceite de silicona

Resina

4.1-DESIGNACIÓN DE BORNES

      1U  1V  1WA  B  C

2n   2u  2v  2w    na   b   c

4.2-FUNCIONAMIENTO EN RÉGIMEN DE VACÍO

Cuando el primario está conectado a una fuente de tensión alterna y no tiene ninguna carga. La relación entre las tensiones primaria y secundaria, viene dada por la relación entre el número de espiras de los devanados, relación de transformación (m) 

4.3-FUNCIONAMIENTO EN RÉGIMEN DE CARGA

Al secundario del transformador N2, se le conecta una carga Z = régimen de carga

4.4-CarácterÍSTICAS GENERALES DE LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

Potencia nominal ( Valor de potencia aparente que puede suministrar 

Tensión nominal primaria ( Alimentación del transformador

Tensión máxima de servicio ( Máxima tensión funcionando en régimen permanente

Tensión nominal del secundario ( Cuando el transformador opera en vacío.

Clase B1 ( 230V

Clase B2 ( 400V

Intensidad nominal primaria ( Devanado primario con el transformador a plena carga.

Intensidad nominal secundaria ( Devanado secundario transformador a potencia nominal.

Tensión de cortocircuito ( Tensión que hay que aplicar al bobinado primario para que, estando en cortocircuito el devanado secundario, circule por cada uno de ellos su intensidad nominal. Ucc se expresa en % de la tensión nominal del primario.

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

El transformador trifásico puede considerarse como la conexión entre sí de tres transformadores monofásicos idénticos, se emplea un núcleo con tres columnas alineadas donde se arrollan los bobinados.

5.2-CONEXIÓN DE DEVANADOS

Estrella, triángulo o zigzag

Conexión en estrella ( Cada fase soporta una tensión menor que la de la red, menos espirar aunque mayor sección. Y

Conexión triángulo ( Cada bobinado soporta la tensión de línea, mayor número de espiras y menor sección. D

Conexión en zig-zag ( Para evitar deswequilibrios, dividir el cableado de cada fase en dos mitades y bobinarlos en sentido contrario, conectándolos en serie por columnas consecutivas y cerrando en estrella Z

5.3-GRUPOS DE CONEXIÓN E ÍNDICE HORARIO

Grupo de conexión, conjunto de letras que designa las conexiones del primario y del secundario. Índice horario es el número que, multiplicado por 30º, define el ángulo de desfase entre las tensiones primarias y secundarias. La aguja del minutero = tensión primaria, la aguja de las horas = tensión secundaria.

DISPOSITIVOS PARA LA PROTECCIÓN DEL TRANSFORMADOR.

Principales defectos que pueden afectar a un transformador:

Condiciones externas:

Sobrecarga

Cortocircuito

Sobretensión / reducción de frecuencia

Fallos internos ( Mal funcionamiento, cortocircuito entre espiras, defectos fase-carcasa, en el circuito magnético…

7.1-ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DEL TRANSFORMADOR

Fusibles, interruptor automático, termómetro, relé Buchholz, relé integrado DGPT, desecador de silicagel y válvula de sobrepresión.

10-PÉRDIDAS EN EL TRANSFORMADOR

Nivel de pérdidas muy bajo.

Pérdidas por el efecto Joule en los devanados Pcu “pérdidas en el cobre”

Pérdidas en el núcleo o pérdidas en el hierra Pfe.

10.1-PÉRDIDAS EN EL COBRE Pcu

-Bobinado primario ( Pcu1 = R1 * I12 

-Bobinado secundario ( Pcu2 =R2 * I22 

PcuT = Pcu1 + Pcu2 = R1 * I12 * R2 * I22 

10.2  PÉRDIDAS EN EL HIERRO Pfe

-Corrientes de Foucault

-Histéresis

Pérdidas por corrientes parásitas de Foucault.

Material conductor, sometido a variaciones de campo magnético, se inducen unas corrientes parásitas que originan el calentamiento en el núcleo y pérdidas por calor. Si aumenta la frecuencia y el espesor de la chapa, aumentan las pérdidas por Foucault. 3 tipos de núcleo.

NÚCLEOS DE CHAPA ( Una serie de chapas ferromagnéticas de pequeño grosor, para bajas frecuencias. Las chapas permiten el paso del flujo magnético pero no de las corrientes de Foucault ya que son perpendiculares al campo magnético.

NÚCLEOS DE FERRITA ( Para frecuencias altas, materiales con alta permeabilidad magnética.

NÚCLEOS DE AIRE ( Para frecuencias muy altas se recurre a dejar la bobina sin núcleo.

Pérdidas por histéresis magnética

Cuando un campo magnético ha estado actuando sobre un material ferromagnético, este presenta una magnetización que se mantiene mientras duran los efectos de dicho campo. Cuando el campo cesa, los materiales presentan indicios de imantación la histéresis magnética, conocerlo y representarlo gráficamente es el ciclo de histéresis, la evolución de la inducción magnética en función de la intensidad del campo magnético. La pérdida de potencia por histéresis depende del tipo de chapa magnética empleada.