Transformadores Eléctricos: Funcionamiento, Pérdidas, Ensayos y Sistemas de Protección

El Transformador Eléctrico: Conceptos Fundamentales

El transformador es una máquina eléctrica estática cuya misión es elevar o reducir la tensión alterna entre el circuito primario y otro secundario, manteniendo constante la potencia que recibe.

Pérdidas de Potencia en Transformadores

Pérdidas en el Hierro (Pérdidas en el Núcleo)

• Por histéresis: El núcleo magnético presenta una resistencia a ser magnetizado. Parte de la potencia que recibe la máquina ha de ser empleada en vencer esta resistencia.
• Por corrientes parásitas (o de Foucault): Al estar sometido el núcleo a un campo magnético variable, se inducen corrientes en el mismo. Estas pérdidas se manifiestan en forma de calor.

Pérdidas en el Cobre (Pérdidas en los Devanados)

Al funcionar el transformador en carga, por los devanados circulan sendas corrientes. Puesto que las bobinas están hechas de hilo de cobre, poseen una cierta resistencia. Estas pérdidas son las producidas por la resistencia óhmica de los devanados.

Ensayos de Transformadores

• En vacío: Permite determinar la relación de transformación, la corriente que consume en vacío y las pérdidas en el hierro.
• En cortocircuito: Permite determinar la tensión de cortocircuito, las pérdidas en el cobre y otros parámetros para el circuito equivalente del transformador.

Tipos de Transformadores según su Sistema de Refrigeración

• Secos: Se utilizan en interiores para la distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Prácticamente no requieren mantenimiento.
• En cuba de aceite: Los devanados se introducen en una cuba llena de aceite. Dispone de un depósito de expansión para cuando el aceite se calienta por el efecto de la intensidad de corriente. Pueden estar ventilados por ventilación natural o forzada.
• Herméticos de llenado integral: Son parecidos a los de cuba de aceite, pero no tienen depósito de expansión. Las chapas de la cuba están arrugadas de forma que, cuando se expande el aceite, permiten el aumento de volumen.

Sistemas de Protección de Transformadores

• En cuba de aceite: Se utiliza el relé de Buchholz. Se coloca en la tubería que une la cuba con el depósito de expansión. Al existir una sobrecarga, la temperatura hace que parte del aceite se queme, despidiendo unas burbujas. Las burbujas hacen que el nivel de aceite dentro del Buchholz baje, activando un interruptor que da una señal de alerta.
• En seco: Al no llevar aceite, no puede emplearse el relé Buchholz para controlar su temperatura, por lo que se recurre al uso de termistancias, que son unas resistencias variables que se introducen en los devanados en el momento de su fabricación y detectan el exceso de temperatura, dando una respectiva señal.

Dependiendo del tipo de instalación, los transformadores también son protegidos mediante el uso de fusibles limitadores de corriente.

Conexión de Transformadores Trifásicos

Los devanados de los transformadores trifásicos pueden ser conectados en estrella, triángulo o en zig-zag.

• La conexión zig-zag consigue un mejor equilibrio entre fases al estar cada bobina repartida en dos fases distintas.

Índice Horario

Representa el ángulo entre la tensión en el primario y en el secundario.

Condiciones para la Conexión en Paralelo de Transformadores

En ocasiones es necesario repartir la carga en varios transformadores en paralelo, para lo cual hay que cumplir una serie de requisitos:

• Las tensiones secundarias deben ser iguales, por lo que tienen que tener la misma relación de transformación.
• Las caídas de tensión en el transformador deben ser aproximadamente iguales. Si esto no se cumple, no será equitativo el reparto de carga.
• El índice horario ha de ser el mismo.
• La secuencia de fases ha de ser la misma.