TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Transformador de Potencia:

Primero que todo antes de empezar este trabajo hay que definir lo que es un transformador de potencia el cual es un dispositivo electromagnético el cual funciona a partir de las leyes de inducción de Faraday que permite aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico manteniendo la potencia. Por conservación de la energía esta debe permanecer constante para cumplir dicho principio, para esto la relación entre voltaje y corriente se ven afectados el uno al otro para mantener esta potencia. Como la mayoría de los dispositivos no alcanzan el 100% de las eficiencias, pueden haber pequeñas pérdidas pero suelen ser despreciables en la mayoría de los casos.

1. Tipos de transformadores de potencia y partes de un transformador

Existen muchos criterios para clasificar los tipos de transformadores de potencia. En la siguiente FIGURA  se muestran algunos ejemplos de trasformadores de potencia.

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FIGURA. Ejemplos de Transformadores de Potencia. Foto tomada de google imágenes.

En este caso el criterio que se utilizara es a partir de la construcción de los mismos:

1. Autotransformador: el devanado primario y secundario que constituyen el transformador se conecta en serie y forman un solo devanado. Este transformador puede llegar a costar un poco menos que un transformador convencional y ser menos pesado y se puede utilizar en aplicaciones para reducir voltajes en los cuales no hay mucha distancia entre ellos, es decir relaciones de voltajes cercanas.
2. Transformador Trifásico: este transformador como su nombre lo indica está constituido por tres fases del sistema eléctrico. Estos tres cables que conducen las fases se conectan al primario y otras tres al secundario. Estas fases pueden adoptar varios tipos de conexiones y a la vez brindarle ciertas características al sistema dependiendo del tipo de aplicación que se utilizara.
3. Transformador con núcleo toroidal o envolvente: como ya se mencionó su núcleo consiste en un anillo sobre el cual se enrollan los devanados primarios o secundarios. Tienen pocas pérdidas ya que el núcleo queda confinado en el anillo.
4. Transformador de grano orientado: este tipo de construcción de transformador difiere de la convencional en que el núcleo se enrolla sobre una chapa de hierro. Igualmente presenta pocas pérdidas pero su precio es algo elevado.
5. Transformadores de núcleo de aire: se utilizan bobinas sin núcleo o con un pequeño núcleo de ferrita, para ajustar la inductancia. Este se utiliza en aplicaciones de alta frecuencia y suele tener muchas pérdidas por dispersión.
6. Transformadores de núcleo envolvente: se compone de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que se envuelven como una especie concha. Esto es para evitar los flujos de dispersión.
7. Transformador piezoeléctrico: las nuevas tecnologías han permitido el desarrollo de este tipo de transformadores que no están basados en flujos magnéticos para transportar la energía entre los devanados, sino que estos usan vibraciones mecánicas en un cristal o material piezoeléctrico, de aquí su nombre. Su ventaja es que funcionan a altas frecuencias y son muy planos, es decir que ocupan algo menos de espacio en comparación con los otros.

Las Partes de un transformador de potencia se describirán a continuación, nuevamente existen diferentes tipos de configuraciones para la construcción de un transformador, por lo tanto pueden variar las partes de uno con respecto a otro, pero en este caso se mencionaran algunas de las partes básicas que conforman el transformador de potencia. También se adjuntarán algunas imágenes en la que se mostrarán algunas partes y algunos accesorios que se agregan dependiendo de los transformadores.

1. El núcleo: se conforma por varias láminas u hojas de metal, generalmente de materiales ferromagnéticos, que se apilan una encima de otras para que se vea sólido. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar las perdidas por dispersión en el aire. Y las laminaciones se hacen para evitar las pérdidas de Eddy.
2. Bobinas: son alambres, en la mayoría de los casos de cobre enrollados alrededor del núcleo. Estas son los que se encargan de provocar los campos magnéticos cuando pasan a través de estos la corriente. Dependiendo del número de espiras que son el número de vueltas el flujo magnético que se inducirá será mayor o menor.
3. Cambiadores de taps: dispositivo mecánico que puede ser girado para poder modificar lo que es la relación de transformación de un transformador.
4. Relé de sobrepresión: dispositivo que nivela la presión en un transformador. Este puede hacer el transformador explote aunque hay algunos que explotan a pesar de este dispositivo. Básicamente regula la presión en el mismo.
5. Tablero de control: contiene todas las conexiones eléctricas del transformador, señales, control de las válvulas de sobrepresión hacia los dispositivos de protección.
6. Boquillas terminales (Bushings): estas son las boquillas en donde se hacen las conexiones en los transformadores por parte de los conductores exteriores.
7. Sistemas de refrigeración del transformador: en ocasiones el aceite en el cual es sumergido el transformador para mantener sus temperaturas en niveles estables.
8. Partes mecánicas: pueden ser tornillos, ángulos, soportes y piezas que forman parte de la estructura del mismo.
9. Medidores de temperatura: como la palabra lo dice, indican la temperatura al cual se encuentra el líquido aislante en el cual está sumergido el trasformador.
10. Conmutadores y auxiliares: dispositivos colocados para compensar las pérdidas ocasionadas en el transformador en algunos casos por las pérdidas en el sistema.
11. Otras partes: estas pueden ser algunos medidores adicionales, válvulas de control de otros aditamentos del transformador, piezas mecánicas como ruedas, tapas, conectores, placas de información, etc.

En la siguiente FIGURA se muestra el transformador con sus partes señaladas.

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FIGURA. Transformador de potencia con sus partes señaladas. Foto tomada del libro de Enrique Ras de Transformadores de Potencia.

1. Tipos de Sistemas de Protección del Transformador de Potencia:

Dentro de los transformadores de potencia al igual que cualquier dispositivo pueden ocurrir fallas, las cuales pueden ser fatales o pueden ser controladas dependiendo de la gravedad de la misma. Estas fallas ocurren por múltiples factores ya que los transformadores manejan relaciones de voltajes altas, están expuestos al medio ambiente en la mayoría de los casos,  sobrecargas, etc.

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