PARTES DE UN TRANSFORMADOR EN ACEITE.
Sabemos que existe una amplia variedad en el diseño de los transformadores, el mismo que se ve influenciado por sus KvA, función, etc. Sin embargo, queremos compartir con ustedes las partes básicas y elementales que componen un transformador.
TANQUE.
El tanque debe ser hermético, soportar el vacío absoluto sin presentar deformación permanente, proteger eléctrica y mecánicamente el transformador, ofrecer puntos de apoyo para el transporte y la carga del mismo, soportar los enfriadores, bombas de aceite, ventiladores y los accesorios especiales. La base del tanque debe ser lo suficientemente reforzada para soportar las maniobras de levantamiento de la carga del mismo.
Su función es proteger mecánicamente los devanados, así como todos los componentes que se encuentren en el interior del transformador, además evita la entrada de contaminantes y mantener el aceite dentro del transformador.
Tipos de tanque.
- Tipo respiración libre. En este tipo de construcción el interior del tanque está en contacto con el medio ambiente por medio de una tubería, la cual está doblada hacia abajo para evitar la entrada de lluvia, además cuenta con una rejilla para que no ingresen animales. Debido a que puede ingresar humedad del ambiente se instala un removedor de humedad, el cual consiste en un tanque lleno de sílica gel.
- Tipo tanque conservador. Este tanque consiste de un recipiente fijo a la parte superior del transformador sobre el tanque o carcasa. Está destinado a recibir el aceite del tanque cuando éste se expande, debido al efecto del calentamiento por pérdidas internas. Por lo tanto, algunos transformadores de potencia necesitan una cámara de compensación de expansión del líquido aislante.
- Tipo tanque sellado. No cuenta con una tubería para respiración, ya que tiene la tapa soldada. La presión dentro del tanque se mantiene dentro de un rango definido mediante una válvula de alivio de presión. En el momento de instalarlo se introduce un gas (aire limpio o nitrógeno) de manera que se forme un colchón de gas sobre el aceite, existe poca contaminación con el medio ambiente debido a la válvula de presión.
En unidades con capacidad superior a 2000 kVA el tanque se construye para permanecer completamente lleno, lo que implica la utilización del conservador de líquido. En unidades de menor potencia, generalmente el tanque recibe el líquido aislante hasta aproximadamente 15 cm de su nivel o borde, dejando un espacio vacío destinado a la cámara de compensación. Los transformadores que no poseen el tanque de expansión se denominan transformadores sellados.
NÚCLEO
El núcleo de un transformador de potencia consiste básicamente de un laminado de acero al silicio, está constituido por dos circuitos eléctricos acoplados mediante un circuito magnético. El funcionamiento del transformador se basa en la Ley de inducción de Faraday, de manera que un circuito eléctrico influye sobre el otro a través del flujo generado por este. Al conectar el devanado primario a una corriente alterna, se establece un flujo magnético alterno dentro del núcleo. Este flujo atraviesa el devanado secundario induciendo una fuerza electromotriz en el devanado secundario. A su vez, al circular corriente alterna en el secundario, se contrarresta el flujo magnético, induciendo sobre el primario una fuerza contra electromotriz.
Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo núcleo y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación:
- Tipo núcleo. En el cual dos grupos de devanados abrazan a un núcleo único. El diseño del Tipo Núcleo es usado en transformadores de potencia con valores de corriente y tensión bajos.
- Tipo acorazado. En el cual el flujo que atraviesa a un único grupo de devanados está formado, al menos, por dos componentes existentes en circuitos magnéticos en paralelo. El tipo acorazado es usado en transformadores con potencias iguales o mayores a 50 MVA.
El núcleo de un transformador está formado por chapas, las cuales están hechas con una aleación de hierro de grano orientado y silicio (con esta aleación se reducen las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas). Las chapas que forman el núcleo están aisladas eléctricamente unas de otras con un revestimiento a prueba de aceite (tradicionalmente barniz) para reducir las pérdidas por corrientes parásitas.
PASATAPAS O BUSHING
Su función es transportar los conductores del interior del transformador hacia la parte exterior. Estos deben ser capaces de soportar los esfuerzos eléctricos a tensión nominal, así como los que puedan ocurrir en caso de una falla.
Los pasatapas se fabrican de diferentes materiales como:
- Porcelana (tensiones hasta 25 kV).
- Porcelana – aceite (tensiones entre 25 y 69 kV).
- Porcelana – compuesto epóxico.
- Porcelana – resina sintética (tensiones 34,5 a 115 kV).
- Porcelana – papel impregnado de aceite (tensiones mayores a 275 kV).
DEVANADOS
El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará la relación de transformación. El nombre de primario y secundario es totalmente simbólico, por definición donde se aplica la tensión de entrada será el primario y donde se obtenga la tensión de salida será el secundario.
- Bobinado cilíndrico Este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo núcleo, en el cual dos grupos de devanados abrazan a un núcleo único.
- Bobinado plano Este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo acorazado. En el cual el flujo que atraviesa a un único grupo de devanados está formado, al menos, por dos componentes existentes en circuitos magnéticos en paralelo.
SISTEMA DE AISLAMIENTO
El sistema de aislamiento tiene como función aislar los devanados del transformador entre sí y de tierra, es decir, los elementos de este sistema aíslan las partes conductoras de corriente del núcleo y de las estructuras de acero. El sistema de aislamiento de un transformador en aceite consta principalmente de 2 tipos de materiales aislantes: aceite y papel. A continuación, se enunciará las funciones y propiedades de ambos materiales.
Aceite aislante El aceite usado en los transformadores desempeña básicamente cuatro funciones:
- Aislar eléctricamente todos los componentes del transformador.
- Proveer de refrigeración eficiente al transformador.
- Previene la acumulación de lodo en el transformador.
- Proteger al conjunto núcleo-bobinas del ataque químico.
Aislamiento sólido (de celulosa) El papel Kraft usado como aislamiento en un transformador debe desempeñar 3 funciones específicas:
- Soportar los esfuerzos eléctricos producidos por las tensiones en condiciones normales y anormales durante la operación del transformador.
- Soportar los esfuerzos mecánicos y térmicos que acompañan a un cortocircuito.
- Prevenir una acumulación excesiva de calor, esto lo realiza el papel gracias a sus componentes vegetales que están formados por varias unidades de glucosa.
EQUIPOS AUXILIARES
- Medidores de temperatura: La finalidad de los medidores de temperatura es mantener informado al personal de mantenimiento y operación sobre la temperatura del líquido aislante, y los devanados, los fabricantes de transformadores instalan los medidores de temperatura en el tanque.
- Medidores de nivel: El indicador de nivel de aceite señala el nivel del líquido aislante contenido en el tanque principal del transformador o en compartimentos asociados. En los transformadores con tanque de conservación el medidor de nivel se encuentra instalado a un costado del mismo. En los transformadores sellados el medidor de nivel es instalado a un costado del tanque, justo a la altura del nivel de aceite.
- Dispositivo contra sobrepresiones: El dispositivo contra sobrepresiones es un equipo de protección que permite verificar la presión interna del tanque del transformador, es decir, este dispositivo sirve para aliviar la presión interna del tanque cuando esta excede un valor predeterminado. Este dispositivo es normalmente encontrado en transformadores de tipo sellado.
RELÉ DE BUCHHOLZ
La protección que presta este dispositivo es simple y eficaz. El Relé Buchholz es empleado en transformadores que poseen tanque de conservación.
El Relé Buchholz es un dispositivo que posee dos cámaras llenas de aceite con flotadores dispuestos verticalmente uno encima del otro. Si existiesen corrientes parásitas, sobrecalentamiento o descargas parciales dentro del transformador, se producirán burbujas de gas, las cuales se dirigirán hacia el tanque de conservación. En su camino hacia dicho tanque, las burbujas de gas pasan por la tubería que conecta el tanque principal con el tanque de conservación, ingresando al Relé Buchholz y localizándose en la cámara superior del mismo. A medida que la cantidad de gas aumenta en la cámara, el aceite es desplazado y por ende el nivel de aceite en el relé disminuye. Al ser desplazado el aceite, el flotador superior desciende hasta que se cierra el interruptor magnético que activa una alarma.
RADIADORES, VENTILADORES Y BOMBAS DE CIRCULACION
Los transformadores en aceite poseen diferentes métodos de ventilación con el objeto de mantener sus temperaturas de operación dentro de valores normales (no excediendo los 55°C o 65°C sobre la temperatura ambiente). Para el efecto, en cada método (Refrigeración natural, Refrigeración por aire forzado, Refrigeración por aceite forzado, Refrigeración por agua) utiliza accesorios como radiadores, ventiladores, intercambiadores de calor, bombas de circulación, etc., los cuales se encuentran instalados generalmente en el tanque del transformador y son usados de forma individual o en conjunto.
RESPIRADOR DE SÍLICA GEL
Los respiradores de Sílica-gel los llevan todos los transformadores que cuentan con tanque de expansión. Este debe estar lleno de Sílica-gel que por lo general son de color naranja o azul. Su función es la de asegurar que el aire que ingresa al interior del transformador no contenga humedad la cual es dañina para el líquido refrigerante (aceite). Durante el funcionamiento del transformador, el aceite aislante sufre variaciones en su volumen debido al cambio en la temperatura, esto produce expulsión de aire por el tanque de expansión y así es como se humidifica el aceite.
VÁLVULA DE VACÍO
Esta es una válvula que se encuentra localizada en la cubierta del transformador, a un costado del tanque o en su parte superior. Normalmente es del tipo diafragma y a ella deberá conectarse el ducto para hacer vacío de la máquina de tratamiento de aceite (El sistema de la regeneración del aceite se ha diseñado especialmente para que en el uso del sitio regenere totalmente los aceites aisladores en transformadores energizados o desenergizados. Este sistema proporciona la purificación de aceite regular tal como desgasificación, sequedad y retiro de partículas, pero también puede quitar acidez, el lodo, otros productos y la descoloración de decaimiento solubles del aceite). Esta válvula es de accionamiento manual mediante volante.
VÁLVULA COMBINADA PARA DRENAJE, FILTRADO Y MUESTREO
Esta es una válvula del tipo compuerta que se encuentra ubicada en la parte inferior, a un costado del tanque. Dispone de una pequeña válvula que debe accionarse mediante una llave de boca apropiada