CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

Para seleccionar un transformador es necesario conocer las ventajas y desventajas de cada una de las conexiones más utilizadas. 

Dichas conexiones son:

ESTRELLA – ESTRELLA

Características principales:

• Aislamiento mínimo.
• Cantidad de cobre mínimo.
• Circuito económico para baja carga y alto voltaje.
• Los dos neutros son accesibles.
• Alta capacidad entre espiras, que reduce los esfuerzos dieléctricos durante los transistorios debidos a tensión.
• Neutros inestables, sino se conectan a tierra.

DELTA – ESTRELLA

Se acostumbra a utilizar en transformadores elevadores de tensión. Sus características son:

• Al aterrizarse el neutro del secundario se aíslan las corrientes de la tierra de secuencia cero.
• Se eliminan los voltajes de tercera armónica, porque la corriente magnetizante de tercera armónica se queda circulando dentro de la delta del primario.
• La conexión estrella se usa con aislamiento graduado hasta el valor de la tensión del neutro.

ESTRELLA – DELTA 

Se acostumbra a utilizar en transformadores reductores de tensión. Sus características son: 

• No se puede conectar a tierra del lado del secundario. 
• Se eliminan los voltajes de tercera armónica porque la corriente magnetizante de la tercera armónica se queda circulando dentro de la delta del secundario.

DELTA –DELTA

Es una conexión raramente usada. Se utiliza en tensiones bajas y medias. Sus características son:

• En caso de que a un banco de transformadores que se le dañe una fase, se puede operar utilizando la conexión delta abierta o V.
• Circuito económico para alta carga y bajo voltaje.
• Las dos deltas proporcionan un camino cerrado para la tercera armónica de la corriente magnetizante, lo cual elimina los voltajes de la tercera armónica.
• No se pueden conectar los puntos neutros. Se necesita utilizar un banco de tierra, lo cual encarece más el banco.
• Se necesitan mayores cantidades de aislamiento y de cobre.

La conexión delta se usa en aislamiento total y rara vez se usa en tensiones superiores a 138 KV por el alto costo de aislamiento.

ESTRELLA – ESTRELLA CON TERCIARIO EN DELTA

Sus características son:

• La delta del terciario proporciona un camino cerrado para la tercera armónica de la corriente magnetizante, lo cual elimina los voltajes de la tercera armónica en los devanados principales.
• El terciario se puede utilizar para alimentar el servicio de estación, aunque no es muy recomendable por las altas corrientes de corto circuito que se obtienen. 
• Aumentar el tamaño y costo del transformador.

T-T

Es una conexión raramente usada. Solo se utiliza en casos especiales en que alimentan cargas trifásicas, bifásicas y monofásicas juntas, sus características son:

• Comportamiento semejante a la conexión estrella – estrella.
• Tiene ambos neutros disponibles.
• Los voltajes y corrientes de tercero armónica pueden ocasionar problemas
• Se necesitan dos transformadores monofásicos para la conexión.
• La capacidad debe ser de 15% mayor que la carga por alimentar.

ZIG-ZAG

Se utiliza en trasformadores de tierra conectados a bancos con conexión delta, para tener en forma artificial una corriente de tierra que energice las protecciones de tierra correspondientes.

EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA Y SUS PARTES

 En el siguiente dibujo se encuentra las partes de un transformador de potencia.

Las partes o componentes del Transformador de Potencia son:
1.   Núcleo de Tres Columnas
2.   Bobinados de Baja Tensión BT
3.   Bobinados de Alta Tensión AT
4.   Bobinados de Regulación
5.   Terminales de derivación.
6.   Aisladores de Baja Tension BT
7.   Aisladores de Alta Tensión AT
8.   Vigas de presando del núcleo
9.   Conmutador de derivaciones con carga.
10. Accionamiento motorizado
11. Cuba o Tanque
12. Tanque de expansión
13. Radiadores

Partes Auxiliares de un transformador de distribución monofásico

Las partes auxiliares corresponden a los accesorios que deben llevar los transformadores de distribución monofásicos.

Estos elementos no son necesarios para su funcionamiento, no obstante, sirven para identificar, ensamblar y montar el transformador en su sitio de trabajo.

Entre las partes auxiliares más importantes, se tienen:

A.  Placa de Características

B.  Cambiador Interno de Derivaciones o TAPS

C.  Dispositivo de Puesta a tierra del tanque

D.  Dispositivo de Puesta a tierra del terminal neutro de baja tensión

E.  Bujes o pasatapas de Alta tensión

F.  Bujes o pasatapas de Baja Tensión}

G. Terminales de Alta Tensión

H. Terminales de Baja Tensión

I.   Orejas de Levantamiento

J.  Soporte para colgar en poste

K.  Dispositivo de Alivio de Sobrepresión

L.  Tanque o cuba

M. Tapa principal

N. Tapa auxiliar

O.  Radiadores.

Rigidez Dieléctrica del Aceite

Para efectuar la prueba de rigidez dieléctrica del aceite se emplea un equipo denominado Chispómetro, Espintómetro o probador de rigidez dieléctrica.

La prueba se realiza de la siguiente manera:
1. Enjuague la copa del chispómetro con un poco del mismo aceite que se va a probar
2. Calibre los electrodos a una separación de 1/10" (2,5mm)
3. Lleve el recipiente con el aceite, cubriendo los electrodos con el mismo y déjelo reposar unos 10".
4. Aplique tensión, regulando muy lentamente, hasta lograr la ruptura y el salto de la protección del aparato.
5. Repita la operación Cinco (5) veces, con intervalos de dos (2) minutos entre las pruebas.
6. Promedie los valores obtenidos.
7. Determine si el aceite tiene o no buena rigidez dieléctrica.

El valor obtenido debe estar por encima de 25kV. Si el resultado final promediado , esta por debajo de este valor, significa que el aceite no esta en condiciones para trabajar en un transformador, ya que este resultado bajo es señal de la existencia de carbones, humedad, u otros, en el aceite. Video

Caso experimental.

Aislamientos

Una parte primodial para el buen funcionamiento de los transformadores son los aislamientos. Debido a la potencia que desarrolla el transformador , se produce calor tanto en las bobinas como en el núcleo, por tal motivo se requieren estar bien aislados con el fin de evitar el daño en dicha máquina eléctrica.

De la calidad del aislamiento depende la vida útil del transformador.

Los aislamientos mas importantes en el transformador se pueden clasificar como:

a. Entre laminas: Las laminas que constituyen el núcleo se encuentran aisladas en sus dos caras por medio de baños derivados de los fosfatos, elementos que son aislantes, cuyo proceso se denomina fosfatización.

b. Entre laminas y bobinas: Llamada formaleta. Generalmente se fabrica en cartón, plástico, baquelita o fibras.Esta da la forma a las bobinas brindando constitución mecánica a las mismas. Cabe resaltar que la formaleta tiene la misma forma que la sección del núcleo.

c. Entre espiras: El aislamiento entre espiras se encuentra constituido por esmaltes aislantes horneados o barnices, algunos alambres fuera de la capa de esmalte pueden llevar recubrimientos de sedas o algodón o papel presspam.

d. Entre capas: Pueden ser papeles, cartón o tela barnizada. Los papeles mas utilizados son: Presspam, chelac, crepé. El grosor del papel va de acuerdo al calibre del alambre conductor de la bobina.

e. Entre bobinas: Se emplear materiales como los usados entre capas, pero de un mayor espesor.

f. Impregnacion de bobinas: Se usa para transformadores tipo seco. Son barnices dielectricos, los cuales pueden ser para secar por circulacion natural de aire o para secar por calor, generalmente utilizando hornos para el secado de las bobinas.

g. Aceite dieléctrico: se emplean en transformadores sumergidos en aceite. Este tipo de aceite es exclusivamente mineral obtenido mediante el proceso de destilación del petroleo. Fuera del aceite mineral también se encuentran los aceites sintéticos. Para profundizar puede analizar el documento anexo de la brettis.

Al trabajar en un transformador se requiere que el aceite sirva simultáneamente como aislante y como refrigerante. Para cumplir con estas condiciones debe cumplir con los siguientes requisitos:

- Tener una baja viscosidad para obtener una buena transferencia de calor

- Ausencia de ácidos, alcalis, azufre

- Resistencia a la oxidación

- Resistencia a la formación de lodos

- Resistencia a emulsionarse con el agua

- Bajo punto de congelación

- No atacar a los barnices protectores de las bobinas, los papeles o las pinturas

- Tener bajo punto de congelación

- Tener alto punto de inflamación

- Tener alta resistencia dieléctrica (Rigidez dieléctrica)

Megger de Aislamiento

El megger de aislamiento, es un instrumento de medida, utilizado para efectuar pruebas de continuidad y de aislamientos en máquinas eléctricas estáticas: transformadores, autotransformadores, así también para la prueba de máquinas eléctricas giratorias: Generadores y motores eléctricos.

El megger de aislamiento consiste en una fuente de alimentación de corriente directa y un sistema de medición. La fuente es un pequeño generador que se puede accionar en forma manual cuando es mecánico o por teclados o botón de test cuando es eléctrico o electrónico.

Las tensiones en terminales dependen del fabricante, modelo de megger, y con diferentes escalas de tensión para la prueba: 250V, 500V, 1000V, 2000V, 5000V. Hay que tener en cuenta que la tensión de prueba no puede por ningún motivo superar la capacidad de aislamiento real del elemento en prueba.

Prueba de Resistencia de Aislamiento

La prueba de Resistencia de aislamiento se efectua después de verificar la continuidad de las bobinas del transformador.

Con esta prueba se establece:

- Una medida de la calidad o estado de los aislamientos del transformador en verificación.

- El grado de humedad que contiene la parte activa del transformador.

- Los posibles defectos en sus aislamientos.

Prueba de Aislamiento

La prueba de resistencia de aislamiento, también se mide con el megger de aislamiento.

Esta prueba se mide entre todos los devanados que las componen, y entre cada devanado y el chasis del tanque o cuba del transformador.

En los transformadores tipo seco, el megger análogo debe marca infinito (∞) o la aguja debe quedar muy próxima a esta indicación, en caso contrario es una medida que manifiesta la presencia de humedad entre los componentes de la parte activa del transformador.

En los transformadores sumergidos en aceite, el megger debe marcar como mínimo 2000 megaohmios (2000MΩ), si esta lectura se satisface se puede considerar que el aislamiento del transformador se encuentra en buen estado.

La lectura con un valor inferior a este indica la presencia de humedad entre los aislamientos o falla entre los aislamientos. Si se presenta humedad en los aislamientos, el transformador requiere de un proceso de secado  (horneado) para lo cual las resistencia de aislamiento va llegando a una valor aproximado de 2000MΩ cuando va desapareciendo la humedad.

Procedimiento

1. Efectuar el cuadro de aislamiento. Donde se relacionan las bobinas y el núcleo en las filas y las bobinas en las columnas, tomando solamente un borne o terminal de cada una de las bobinas.

2. Se mide aislamiento entre los bornes de cada bobina.

3. Se mide aislamiento entre bobinas y núcleo.

4. Los resultados obtenidos se consignan en el cuadro de aislamiento.

Analizando el cuadro de aislamiento, se sacan las conclusiones y se toman las acciones a tomar según los resultados obtenidos.

Prueba de Continuidad

Antes de efectuar cualquier prueba o conexión de un transformador eléctrico, se debe realizar la prueba de continuidad y de Resistencia de aislamiento. Después de llevar a cabo estas pruebas se establece si el transformador eléctrico esta en condiciones de recibir o suministrar tensiones nominales, realizar acoplamientos con otros transformadores, aplicar la carga para el cual fue diseñado.

Prueba de Continuidad

La prueba de continuidad sirve para determinar si las bobinas están abiertas o en buen estado de continuidad. Esta prueba se efectúa con el Megger de Aislamiento, y se tiene que efectuar entre todos los terminales o bornes del transformador en verificación.

Esta prueba también sirve para determinar el numero de bobinas y de Taps o derivaciones que tiene cada bobina.
Esta prueba debe realizarse con todas y cada una de las bobinas que constituyen el transformador.
Si el megger es digital debe pulsar el boton de prueba, si el megger es análogo con manija, este debe girarse a un máximo de 200 revoluciones por minuto r.p.m.
Cuando el display o visualizador digital marque cero, o la aguja del megger análogo marque cero (0), significa que hay continuidad entre los bornes a probar o la bobina se encuentra bien de continuidad. Si la aguja del megger indica un valor muy alto de resistencia o en el megger análogo indica infinito (∞), es información o señal de que la bobina se encuentra abierta o no hay continuidad entre los bornes a probar.

Procedimiento para prueba de continuidad
1. Se marcan cada uno de los bornes del transformador con un numero único e irrepetible.
2. Se establece un cuadro de continuidad, donde aparecen tantas columnas como bornes tenga el transformador.
3. Una punta del megger de aislamiento se colocar en el borne 1 (o en cualquier otro) y la otra puntase va colocando en los demás bornes al tiempo se acciona la palanca del megger y se observa que resultado muestra el instrumento de medida. El numero o los números de bornes que den continuidad con el borne #1 se van trasladando a su respectiva columna.
4. Se repite la misma operación con los demás bornes restantes.
5. Analizando los resultados obtenidos en la tabla de continuidad, se observa las bobinas en las respectivas columnas y los taps o derivaciones existentes en las bobinas.
6. Se elabora el esquema tentativo del transformador con sus bobinas, taps y sus respectivos números de bornes.
Nota: Para definir el esquema real se requiere verificar los datos y el esquema con la parte física del transformador.

Pérdidas en el Transformador

Según la Norma Técnica Colombiana NTC317 se encuentran conceptos como el de PÉRDIDAS

Eficiencia: La relación entre la potencia de salida útil y la potencia total de entrada

Las PÉRDIDAS en el transformador

Pérdidas totales (transformador o regulador). La suma de las pérdidas de carga y las pérdidas sin carga excluyendo las debidas a accesorios. 

Pérdidas sin carga (excitación). Pérdidas que están relacionadas con la excitación del transformador. Las pérdidas sin carga (excitación) incluyen pérdidas en el núcleo, pérdidas dieléctricas, pérdidas en el conductor del devanado debido a la corriente de excitación y pérdidas en el conductor debido a la corriente de circulación en los devanados paralelos. Estas pérdidas cambian con la tensión de excitación. 

Pérdidas con carga. Pérdidas que se presentan al suministrar una carga especificada.

Las pérdidas con carga incluyen las I²R en los devanados debido a las corrientes de carga y a las parásitas; pérdidas adicionales debidas a flujos de dispersión en los devanados , soportes del núcleo y otras partes, y las pérdidas debidas a las corrientes circulantes en devanados paralelos (si los hay), o en conductores conectores en paralelo en un devanado. 

Pérdidas en el núcleo. La potencia disipada en un núcleo magnético sujeto a esfuerzos de magnetización variantes con el tiempo. Las pérdidas en el núcleo incluyen las pérdidas por histéresis y las parásitas del núcleo.