En este capítulo vamos describir los componentes de un transformador y los accesorios necesarios para la correcta operación de un transformador. Las partes principales que integran el transformador son: los devanados de alta y baja tensión, el núcleo, las boquillas, el cambiador de derivaciones y el tanque. Dentro de los accesorios requeridos se pueden mencionar los sistemas de protección, los indicadores de temperatura y del nivel del aceite, y los ventiladores para forzar el enfriamiento.
Componentes principales de un transformador
Los transformadores están integrados por distintos componentes que cumplen con una función en particular. Se pueden agrupar en devanados, núcleo, cambiador de derivaciones y tanque conservador. En cuanto a los accesorios, se clasifican en aquellos que indican las condiciones de operación y los elementos de protección. En la figura 1.1 se ilustra un transformador con sus componentes y accesorios.
Devanados
Los devanados están formados por varias bobinas conectadas en serie o en paralelo, dependiendo del nivel del voltaje de operación o de la corriente requerida. Los devanados se encuentran acoplados por un circuito magnético. Las bobinas se fabrican con material conductor de cobre o de aluminio y se encuentran aisladas entre sí. En el transformador se identifican dos tipos de devanados: el devanado que está conectado a la fuente (al que se le denomina devanado primario) y el que está conectado a la carga (al que se le denomina devanado secundario).
Núcleo
El núcleo está construido con láminas de acero al silicio aisladas entre sí, de grano orientado, que facilita la trayectoria del flujo magnético, presentando una baja reluctancia. De esta manera, se logra que la corriente requerida para inducir el flujo sea pequeña. Con esta construcción, se logran altas eficiencias y se disminuyen las pérdidas debidas a las corrientes circulantes.
Boquillas (Bushings)
La función de las boquillas es permitir la conexión eléctrica entre las terminales de los devanados del transformador y la red eléctrica. Los tipos básicos de construcción son: de aislamiento sólido, de tipo capacitivo, con sistema de aislamiento papel-aceite en distintas modalidades, papel impregnado con aceite, papel impregnado con resina, papel devanado con resina y con envolventes de porcelana o compuestos poliméricos.
Tanque
El tanque cumple con la función
de contener el aceite aislante y proteger las partes energizadas del
transformador. Sirve también como estructura de montaje para los accesorios y
equipo de control. La cubierta del tanque puede estar empotrada o soldada al
marco del tanque, el cual está diseñado para soportar la presión de la
expansión térmica del aceite aislante. La presión a la que puede ser sometido
el tanque del transformador, no debe exceder 2 atmósferas (29.4 psi) de presión
absoluta, para evitar deformaciones permanentes, fisuras o fracturas.
Tanque conservador
La tarea de este tanque es
absorber la expansión térmica del aceite, que se produce al incrementar la
temperatura en el tanque principal del transformador, originada por un aumento
de carga o de la temperatura ambiente. La capacidad de este tanque debe ser
entre el 10% y el 20% de la capacidad del tanque principal.
Radiadores
Estos dispositivos permiten
disipar el calor generado en el transformador. El aceite se hace circular por
convección natural o por circulación forzada del mismo. El aceite caliente
ingresa en la parte superior de los radiadores, intercambia el calor con el
medio ambiente y retorna nuevamente al tanque, en la conexión inferior de los
radiadores con el tanque principal.
Ventiladores
Dispositivos que se utilizan para generar un flujo de aire sobre la superficie de los radiadores e incrementar el nivel de disipación del calor.
Accesorios del transformador
Indicador magnético de nivel de aceite
Es un dispositivo que indica el
nivel de aceite del tanque. Cuando existe un bajo nivel de aceite, se activa
una alarma.
Relevador Buchholz
Dispositivo que aprovecha el
incremento súbito de la presión del aceite o la generación de gases por una
falla incipiente, para emitir una alarma o para accionar un disparo. Para
cumplir su función, requiere que se instale en la tapa superior del tanque.
Válvula de sobrepresión
Este accesorio tiene la función
de aliviar cualquier sobrepresión que se presente en el transformador, evitando
daños o deformaciones en sus componentes, y se calibra para operar a una
presión determinada.
Indicador de temperatura del aceite
Su función es detectar la
temperatura del aceite que se encuentra en la parte superior del tanque
principal. En esta sección existe un gradiente mayor de temperatura, y es donde
se localiza el sensor.
Figura
1.1. Partes de un Transformador trifásico
Indicador de temperatura del devanado
Los devanados son una de las fuentes de generación de calor (la otra fuente es el núcleo). En operación normal, la corriente nominal es la que genera el calor, la cual se excede considerablemente en condiciones de falla. Un incremento de temperatura en los devanados provoca el envejecimiento de los aislamientos, por lo que es necesario mantener el nivel adecuado. Para monitorear esta temperatura, se utiliza un transformador de corriente conectado a una resistencia en derivación y a su vez a un indicador de temperatura. La función de este indicador es medir indirectamente la temperatura media de los devanados (Winding Temperature Indicator).
Indicador de la temperatura máxima de operación hot spot
Su función es indicar la temperatura máxima de los devanados. Los sensores convencionales miden los cambios de temperatura en la parte superior e inferior del aceite. Estos sensores no pueden conectarse directamente a los devanados del transformador, por lo que la indicación de la temperatura máxima se determina de manera indirecta, utilizando la temperatura superior del aceite y el nivel de corriente del transformador.
Indicadores y registradores de temperatura remotos
Estos indicadores miden la temperatura del aceite y en forma indirecta la de los devanados. Los transformadores de gran potencia tienen sensores resistivos de cobre que se calibran para detectar variaciones de temperatura entre 10ºC y 25ºC. Estos sensores se conectan a un registrador de temperatura que se encuentra ubicado en la sala de control.
Gabinete de control o centralizador
Este gabinete
tiene la finalidad de concentrar las terminales de los dispositivos, las
alarmas, los controles de los ventiladores de enfriamiento, las señales de los
transformadores de corriente y de las resistencias calefactoras, entre otros.
Transformadores de corriente
Generalmente
tienen construcción tipo dona y se instalan en las boquillas en una región, en
el lado aceite, que tiene referencia de tierra expresamente preparada para esta
función. Su finalidad es proveer una señal de corriente proporcional a la
corriente del transformador para medición y protección.
Cambiador de derivaciones
La finalidad
del cambiador de derivaciones es la de modificar la relación del voltaje, de
acuerdo con las necesidades del sistema. Existen dos tipos:
• Cambiador de
derivaciones con operación sin carga. Se opera manualmente con una manivela,
cuando el transformador se encuentra fuera de operación. Para evitar daños y
accidentes, tiene un seguro que impide operarlo cuando el transformador está
energizado.
• Cambiador de
derivaciones con operación bajo carga. Se puede operar en cualquier condición
de carga del transformador, estando energizado. La operación se puede hacer con
un control local o remoto. También puede operarse en forma automática, si se
fija el nivel de voltaje requerido. El cambiador bajo carga también se puede
operar manualmente.
Sistemas de preservación del aceite
Su función es
evitar la oxidación y contaminación del aceite provocada por la humedad, el
polvo y otros contaminantes sólidos que se encuentran en el medio ambiente. Los
sistemas más utilizados son los siguientes:
• Respiración a
través del material deshidratante, usualmente sílica gel, que es un material
compuesto por aluminato de calcio con un indicador de color
• Con sello de gas inerte (generalmente nitrógeno) • Con sello a través de una membrana o bolsa elástica
Bombas e indicadores de flujo
Estos
accesorios se utilizan para incrementar el flujo del aceite, a través de los
radiadores para acelerar la disipación de calor generado en el transformador.
Este equipo tiene un indicador que permite observar la operación de la bomba y
el sentido del flujo.
Placa de datos
Es una placa
metálica instalada en un lugar visible del transformador, donde se graban sus
características más importantes como son: marca, número de serie, potencias,
tensiones, número de fases, frecuencia, tipo de enfriamiento, por ciento de
impedancia, diagramas de conexiones y vectoriales, sobre elevación de
temperatura, altura de operación, por ciento de variación de tensión en los
diferentes pasos del cambiador de derivaciones, cantidad de aceite, peso de los
componentes, ubicación, número de transformadores de corriente y año de
fabricación.
Empaques
Su función es
mantener la hermeticidad del transformador. En la especificación de CFE No.
K0000-06, se recomienda que los empaques se fabriquen con corcho o neopreno.
Existe la alternativa de utilizar nitrilo y butilo neopreno, pero se han tenido
experiencias con resultados negativos, por lo que no se recomienda su uso. Es
aconsejable que, al cambiar un radiador, boquilla o destapar algún registro, se
cambien los empaques.
Punto de conexión a tierra
El tanque del
transformador se conecta a tierra, con la finalidad de eliminar la posibilidad
de que exista una diferencia de potencial en el tanque, es decir, debe estar en
la condición de frente muerto. De manera similar, la conexión a tierra del
neutro del transformador, tiene como finalidad drenar las corrientes de falla y
de desbalance de las fases. De esta forma y considerando un buen diseño de la
red de tierra, se garantiza la seguridad del personal y del equipo de la
subestación.
1.2.16 Pintura
La pintura tiene como función proteger el transformador contra la corrosión y
permitir con facilidad la transferencia de calor.
Bibliografía:
1) Electric Power Transformer
Engineering, James H. Harlow, Ed. CRC Press, 2004.
2) Manual de
Transformadores de Potencia, Tomo I, Comisión Federal de Electricidad, febrero
1997.
3) Diseño de
Subestaciones Eléctricas, José Raúl Martín, Ed. McGraw Hill, 1987.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario