TRANSFORMADORES MONOFASICOS

EL TRANSFORMADOR

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.

Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo, tambien existen los trafos de relacion uno a uno que es cuando el voltaje secundario es igual al voltaje primario.

Partes Principales

 Núcleo magnético

El núcleo constituye el circuito magnético que transfiere la energía de un circuito a otro y su función principal es la de conducir el flujo magnético. Esta construido por laminaciones de acero al silicio (4%) de un grueso del orden de 0.355 mm de espesor con un aislante de 0.0254 mm.

 Bobinados Primario, secundario, terciario, etc.

 

Interior de un transformador en el que se ven los bobinados.

Los bobinados o devanados constituyen los circuitos de alimentación y carga. La función principal del devanado primario es crear un campo magnético con una pérdida de energía muy pequeña. El devanado secundario debe aprovechar el flujo magnético para producir una fuerza electromotriz.
Los bobinados pueden ser monofásicos o trifásicos.
Dependiendo de la corriente pueden ser desde alambre delgado, grueso o barra. los materiales comúnmente utilizados son cobre y aluminio.

 Partes Auxiliares

 Tanque, recipiente o cubierta

El material utilizado en la fabricación de los tanques es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad, el cual es preparado en máquina de corte, punzonadoras, troqueladoras y dobladoras, las cuales son unidas posteriormente en un proceso de soldadura MIG.
Adicional a lo anterior, generalmente es utilizado en el área de las boquillas de baja tensión, acero inoxidable según código AISI-304, para servir como medio diamagnético al paso de corrientes superiores a los 1000 A.
La mayoría cuentan con un sistema mecánico de preparación de superficie, utilizando el proceso de limpieza por medio de balanceo de granalla angular, con el cual se obtiene el anclaje adecuado para la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos y de acabado, los cuales consisten en varias capas aplicadas por aspersión.

 Boquillas terminales

La boquilla permite el paso de la corriente a través del transformador y evita que haya un escape indebido de corriente.

 Medio Refrigerante

La eficiencia de la refrigeración es un factor fundamental que determina la seguridad operacional y el tiempo de vida útil de un transformador de potencia.
El sistema utilizado con mayor frecuencia en transformadores menores es la refrigeración natural, donde el calor es absorbido por el aceite y disipado en el aire a través de radiadores. En otros sistemas los radiadores son adicionalmente refrigerados por medio de ventiladores. El sistema de refrigeración puede también consistir de varios radiadores separados y/o con intercambiadores aceite/agua. La refrigeración puede aún ser incrementada por medio del flujo direccionado del aceite.

 Conmutadores y auxiliares

Para adecuar la relación de tensión a las condiciones del sistema, los transformadores están provistos de una bobina especial con derivaciones. La relación de tensión puede ser alterada a través de un conmutador en vacío estando el transformador desenergizado, o por un conmutador de derivaciones en carga con el transformador energizado. Accionamientos motorizados son usados para operar los conmutadores, posibilitando comando local o a la distancia, inclusive con control automático de tensión.

 Indicadores.

Los indicadores son aparatos que nos señalan el estado del transformador. Por ejemplo, marcan el nivel del líquido, la temperatura, la presión, etc.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRAFO

Para poder comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el de construcción más elemental.

Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos:

- Uno, constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de corriente alterna y recibe el nombre de primario.

- Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario.

Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador.

El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz (E2).

Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. por lo tanto en ellas se va a inducir una fuerza contraelectromotriz (E1), que se opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de corriente I1

 

Dado que la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional al flujo inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento en la corriente I1.

¿ COMO SE MIDEN LAS PERDIDAS EN EL TRANSFORMADOR ?

Las perdidas de un transformador se pueden calcular de la siguiente manera…

Método de prueba al vacio

Al usar este método a través de la medición de la tensión, intensidad de corriente y potencia solamente en el bobinado primario y dejando el bobinado secundario abierto es decir el bobinado secundario no será recorrido por ninguna intensidad y de esta manera obtenemos directamente la potencia perdida en hierro

Las perdidas en el hierro las podemos medir fácilmente, leyendo la entrada en vatios por medio de un vatímetro.

Perdida en los devanados a plena carga.

Debido a que el flujo es directamente proporcional al voltaje, el flujo mutuo en el transformador bajo las condiciones de prueba de corto circuito es muy pequeño, de manera que las pérdidas en el núcleo son despreciables. Sin embargo, la corriente que circula a través de la resistencia de los devanados produce las mismas pérdidas en estos, que cuando opera en condiciones de plena carga, esto se debe a que en ambos devanados e hace circular la corriente nominal

Se deben tener siempre en mente, que el valor de la resistencia Rt, no es la suma aritmética de las resistencias en los devanados primario y secundario. Es un valor que se determina del circuito equivalente y por tal motivo se le denomina "“la resistencia equivalente del transformador”.

La impedancia equivalente de un transformador se puede expresar en términos de la resistencia y reactancia equivalente como:

de tal forma, que la reactancia equivalente del transformador se calcula como:

 



Estos valores están por lo general referidos al devanado de alto voltaje, debido a que se acostumbra poner en corto circuito el devanado de bajo voltaje, es decir las mediciones se hacen en el devanado de alto voltaje. Esto es por lo general el método normal de prueba. Las razones principales para esto:

  La corriente nominal en le devanado de alto voltaje es menor que la corriente nominal en el devanado de bajo voltaje. Por lo tanto, son menos peligrosas y por otra parte es más fácil encontrar instrumentos de medición dentro del rango.

  Debido a que el voltaje aplicado es por lo general menor que el 5% del valor del voltaje nominal del devanado alimentado, se obtiene una lectura del vóltimeto con una de flexión apropiada para el rango de voltajes que se miden.

LA PRUEBA DE  CORTO CIRCUITO EN EL TRANSFORMADOR
Con este método en corto circuito conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al bobinado primario y cortocircuitando el bobinado secundario con un amperímetro.

El método consiste en aplicar progresivamente una tensión voltio a voltio, hasta llegar a las intensidades nominales en los bobinados

La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de corto circuito. Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga.

Estas pérdidas las podemos determinar directamente con el vatímetro conectándolo en el bobinado primario.

Debido a que la tension aplicada es pequeña en comparación con la tension nominal, las perdidas en vacio o en el nucleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia absorbida es debido a las perdidad por el efecto joule en los devanados primario y secundario.

EL EFECTO JOULE

Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".

RELACION DE  VOLTAJES, CORRIENTES, POTENCIAS EN UN TRAFO

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.

Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor.

Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:

Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y

Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.

La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.

Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.

Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)

La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La fórmula:

Entonces: Vs = Ns x Vp / Np

Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:

Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps

Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula:

Potencia = voltaje x corriente

P = V x I (en watts) 

Aplicando este concepto al transformador y como

P(bobinado pri) = P(bobinado sec) 

entonces...

La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma proporción y viceversa. Entonces:

Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:
- Ip (la corriente en el primario),
- Np (espiras en el primario) y
- Ns (espiras en el secundario)
se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns

Tipos de transformadores
Según sus aplicaciones
Transformador elevador/reductor de voltaje

Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle.

Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.

 Transformadores elevadores Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.

 Transformadores variables También llamados "Variacs", toman una línea de voltaje fijo (en la entrada) y proveen de voltaje de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

Transformador de aislamiento Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.

 Transformador de alimentación Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

 Transformador trifásico Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.

 Transformador de pulsos Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V.

 Transformador de línea o Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transformador diferencial de variación lineal

El transformador diferencial de variación lineal  (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.

Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.

 Transformador con diodo dividido Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

 Transformador de impedancia Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².

 Estabilizador de tensión Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

 Transformador híbrido o bobina híbrida Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.

 Balun Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

 Transformador electrónico Esta compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.

 Transformador de frecuencia variable Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

 Transformadores de medida Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

Según su construcción

 Autotransformador

: Autotransformador

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

 Transformador con núcleo toroidal

El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

 Transformador de grano orientado

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

 Transformador de núcleo de aire

En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

 Transformador de núcleo envolvente

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

Transformador piezoeléctrico

Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.

TIPOS DE AISLAMIENTOS

AISLAMIENTO FUNCIONAL: Es el necesario para el funcionamiento normal de un aparato y la protección contra contactos directos.

AISLADOR: Elemento de mínima conductividad eléctrica, diseñado de tal forma que permita dar soporte rígido o flexible a conductores o a equipos eléctricos y aislarlos eléctricamente de otros conductores o de tierra.

AISLANTE ELÉCTRICO: Material de baja conductividad eléctrica que puede ser tomado como no conductor o aislador.

AISLAMIENTO ELÉCTRICO BÁSICO: Aislamiento aplicado a las partes vivas para prevenir choque eléctrico.

AISLAMIENTO REFORZADO: Sistema de aislamiento único que se aplica a las partes vivas peligrosas y provee un grado de protección contra el choque eléctrico y es equivalente al doble aislamiento.

AISLAMIENTO SUPLEMENTARIO: Aislamiento independiente aplicado de manera adicional al aislamiento básico, con el objeto de brindar protección contra choque eléctrico en caso de falla del aislamiento básico.

Dieléctricos líquidos

Aislantes líquidos. Propiedades. Características. Aceites vegetales, resinosos, minerales, sintéticos. Obtención. Tratamiento. Cables. Interruptores. Transformadores. Condensadores.

Un material aislante polar esta caracterizado por un desequilibrio permanente en las cargas eléctricas dentro de cada molécula. En electrotecnia, este sistema de cargas desequilibrada se denomina dipolo y tiende a girar en un campo eléctrico.

En un material aislante no polar, no existe desequilibrio permanente de carga; puesto que la molécula no puede ser distorsionada por la aplicación de un campo eléctrico. Los materiales no polares están exentos de variación de la temperatura o de la frecuencia, y cualquier variación de la constante dieléctrica o del factor de potencia, se produce gradualmente.

Por su estructura química, se puede predecir si un material es polar o no polar. La mayoría de los hidrocarburos son no polares y, por consiguiente, los hidrocarburos líquidos y sus derivados serán los mejores aislantes líquidos, o sea, que conservaran de forma permanente sus propiedades dieléctricas a cualquier temperatura y frecuencia.

PROPIEDADES ELECTRICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LIQUIDOS

Conductividad electrica. La conductividad electrica en corriente continua de los dielectricos liquidos, es de naturaleza ionica y tiene alto coeficiente de temperatura ( es decir, que cuanto mas se eleva la temperatura mas conductor se hace el material considerado ). El cambio de conductividad en función de la temperatura, esta expresado por:

G = G E

G = conductividad a 20°C, en siemens / cm

A = constante, distinta para cada liquido.

T = temperatura absoluta, en K°

El aumento de conductividad con la temperatura es el resultado de un aumento en la movilidad de los iones, que se produce por la disminución de la viscosidad. La conductividad de los líquidos puros puede ser incrementada por pequeñas cantidades de impurezas o de humedad, que se ionizan rápidamente en el líquido.

RIGIDEZ DIELECTRICA

La perforación en líquidos puros se produce probablemente, por un proceso de ionizacion similar al de los gases. Los cambios de presión no ejercen prácticamente ningún efecto, pero el aumento de temperatura disminuye la resistencia a la perforación…

En los líquidos impuros, la perforación se produce con tensiones mucho menores, la mas importante de ellas es la presencia de fibras u otras partículas sólidas en suspensión, que absorben las impurezas, provocando "puentes" o "canales" si su constante dieléctrica es mayor que la del liquido.

La presión aumenta la rigidez dieléctrica por impedir la eliminación de los gases o la vaporización de los líquidos. El factor potencia de la mayoría de aislantes líquidos no polares, esta comprendido entre 0,0001 y 0,01. El factor de potencia a 50Hz esta influenciado por la conductividad eléctrica en corriente continua y su valor acostumbra a duplicarse cada 10 - 20°C de elevación de la temperatura. En el campo de las altas frecuencias el factor de potencia de los dieléctricos no polares apenas varia con la temperatura.

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LIQUIDOS.

Viscosidad. Es la resistencia de los líquidos a fluir..La viscosidad depende de:

·         Es proporcional a la superficie S de la lámina.

·         Es proporcional a la velocidad de traslación v.

·         Es inversamente proporcional al espesor h de la lámina.

Fv = u S(v / h)

F = fuerza de rozamiento.

S = superficie de la lamina.

v = velocidad de traslación.

h = espesor de la lamina.

U = coeficiente de viscosidad absoluta.

La unidad de viscosidad absoluta es el poise. ( 1 poise = (dina x seg.) / cm ). La viscosidad de los aislantes líquidos disminuye al elevar su temperatura y, en muchos casos, resulta conveniente conocer esta variación cuando dichos líquidos han de trabajar a temperaturas relativamente elevadas.

PUNTOS DE INFLAMACION Y DE COMBUSTION.

Se denomina punto de inflamación de un líquido, a la temperatura minima a la cual los vapores desprendidos por el liquido se inflaman en presencia de una llama. Y punto de combustión es la temperatura partir de la cual, el líquido arde ininterrumpidamente durante 5 segundos, por lo menos.

PUNTOS DE CONGELACION Y DESCONGELACION.

A bajas temperaturas, los aislantes líquidos se vuelven más viscosos. La primera anormalidad que se observa al descender la temperatura, es la aparición de una especie de niebla en la masa del líquido; la temperatura a que tiene lugar este fenómeno, se denomina, punto de niebla. Si continuamos el descenso de la temperatura, llega un momento en que el liquido se solidifica (punto de congelación) o sea la temperatura en que la masa liquida se ha convertido en un cuerpo sólido. Y cuando el líquido con masa sólida se vuelve a convertir en líquido a esa temperatura específica se denomina punto de descongelación.

Oxidación y polimerización. En presencia de oxigeno y bajo los efectos de temperaturas elevadas muchos materiales aislantes líquidos tienden a oxidarse, formando deposito granulosos o de consistencia bituminosa. Esta alteración es tanto mas pronunciada cuando mas elevada es la temperatura.

La oxidación de un ailante líquido se traduce por un aumento de viscosidad, de la temperatura de inflamación de los vapores y del contenido de ácidos.

El fenómeno de polimerización o aglomeración de varias moléculas en una sola se presenta en algunos aislantes líquidos cuya composición química no es estable. Por efecto de esto, el aislante líquido se vuelve más viscoso y disminuye su poder refrigerante.

Los fenómenos de oxidación y de polimerización provocan, sobre todo, la formación del alquitrán y de asfalto, por lo que los materiales aislantes líquidos que pueden provocar la formación de estas sustancias, no son aptos para su empleo como dieléctricos ya que con ello quedan disminuidos su poder refrigerante y su rigidez dieléctrica.

Los efectos de oxidación y de polimerización pueden estar provocándoos por la presencia de oxigeno, por las temperaturas elevadas de funcionamiento, por la acción de los arcos eléctricos y subsiguientes fenómenos de ionización y de formación de ozono, etc. Estos procesos progresan con el tiempo, provocando el envejecimiento de los materiales aislantes líquidos que pierden, progresivamente, sus buenas cualidades físicas, químicas y eléctricas.

Contenido de ácidos. Los depósitos sólidos contenidos en los materiales aislantes líquidos producen diversos productos ácidos que tienen un efecto corrosivo sobre los metales y constituyen un peligro para los devanados y piezas metálicas, que pueden quedar destruidos por perforación rápida de los aislantes que a su vez se descomponen y disgregan.

Materiales aislantes líquidos empleados en Eltrotecnia

Para la utilización de un material líquidos como dieléctrico, es necesario que tenga buena estabilidad química, de forma permanente.

Los materiales líquidos que reúnen buenas cualidades dieléctricas y buena estabilidad química son, casi todos, aceites vegetales y minerales, convenientemente tratados, que reciben el nombre general de aceites aislantes. Además se emplean otros materiales sintéticos, como hidrocarburos clorados y las siliconas liquidas; finalmente, algunos productos como el tetracloruro de carbono y el agua pura, deben considerarse también como líquidos aislantes aunque, por diversas circunstancias, que se examinaran en su momento, no tienen aplicación directa como tales materiales aislantes.

ACEITES AISLANTES

Los aceites aislantes se emplean de diversas maneras: en los transformadores e interruptores, por inmersión de estos aparatos; en la impregnación de materiales fibrosos y otros materiales como, por ejemplo, en la fabricación de conductores eléctricos. Los aceites secantes (aceite de linaza y otros) se emplean en la fabricación de barnices aislantes y como recubrimiento de papeles y materiales textiles. Finalmente, se emplean también como dieléctricos de condensadores.

Prácticamente, todas las variedades de aceite tienen buenas propiedades dieléctricas. Los aceites que pueden emplearse como materiales aislantes deben tenerse en cuenta las siguientes características:

·         Tendencia a la sedimentación

·         Perdidas por evaporación

·         Viscosidad a diferentes temperaturas

·         Estabilidad química

·         Peso especifico y coeficiente de dilatación

·         Temperatura de congelación

·         Absorción de humedad

·         Rigidez dieléctrica

·         resistividad eléctrica

·         conductividad térmica

·         calor especifico

Una de las principales ventajas de todos los aceites aislantes es su propiedad de autorregenerarse después de una perforación dieléctrica o una descarga disruptiva; sin embargo, hay que tener en cuenta, que esta propiedad no es independiente de la energía de descarga y, si esta es muy elevada, puede sobrecalentar el aceite, provocando su combustión.

La mayor desventaja de los aceites aislantes es que son inflamables y pueden provocarse acciones químicas por arcos eléctricos o por descarga estática, por desprendimiento de gases combustibles, como el hidrogeno e hidrocarburos ligeros (metano, etc.), que se vuelven explosivos al mezclarse con aire.

Los aceites utilizados en aplicaciones electrotécnicas se clasifican en:

  Aceites vegetales

  Aceites resinosos

  Aceites minerales

  Aceites minerales mezclados con resinas.

Polaridad de un transformador

¿Qué es polaridad en un transformador?

Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, según el criterio del fabricante.

Debido a esto, podría ser que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la de la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.

Polaridad Aditiva:

La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario.

Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen.

Los terminales “H1” y “X1” están cruzados.

Polaridad Sustractiva:

La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario.

Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos opuestos y se resten.

Los terminales “H1” y “X1” están en línea. Ver diagrama.

Como determinar la polaridad de un transformador

Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltímetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx). Ver el diagrama.

Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

PRUEBAS A TRANSFORMADORES.

 Las pruebas se hacen en los transformadores y sus accesorios por distintas razones, durante su fabricación, para verificar la condición de sus componentes, durante la entrega, durante su operación como parte del mantenimiento, después de su reparación, etc.

 Algunas de las pruebas que se hacen en los transformadores e consideran como básicas y algunas otras varían de acuerdo a la condición individual de los transformadores y pueden cambiar de acuerdo al tipo de transformador, por lo que existen distintas formas de clasificación de las pruebas a transformadores, por ejemplo algunos las clasifican en prueba de baja tensión y prueba de alta tensión. También se pueden agrupar como pruebas preliminares, intermedias y de verificación (Finales).

 Las pruebas preliminares se realizan cuando un  transformador se ha puesto fuera de servicio para mantenimiento programado o para revisión programada o bien ha tenido alguna falla. Las pruebas se realizan antes de “abrir” el transformador y tienen el propósito general de encontrar el tipo y naturaleza de la falla. Las llamadas pruebas preliminares incluyen:

1. Prueba al aceite del transformador.
2. Medición de la resistencia de aislamiento de los devanados.
3. Medición de la resistencia ohmica de los devanados.
4. Determinación de las características del aislamiento.

Las llamadas pruebas intermedias, como su nombre lo indican se realizan durante el transcurso de una reparación o bien en las etapas intermedias de la fabricación, cuando el transformador está en proceso de armado o bien desarmado (según sea el caso) y el tipo de pruebas depende del propósito de la reparación o la etapa de fabricación, por lo general se hacen cuando las bobinas \no han sido montadas o desmontadas (según sea el caso) y son principalmente las siguientes:

1. Medición de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes contra el núcleo.
2. Prueba de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes por voltaje aplicado.
3. Prueba de las boquillas por medio de voltajes aplicado.

Cuando se han desmontado las bobinas durante un trabajo de reparación, entonces las pruebas se incrementan.

Las pruebas finales se hacen sobre transformadores terminados de fabricación o armados totalmente después de una reparación e incluyen las siguientes:

1. Prueba al aceite del transformador.
2. Medición de la resistencia de aislamiento.
3. Prueba de relación de transformación.
4. Determinación del desplazamiento de fase de los grupos de bobinas.
5. Determinación de las características del aislamiento.
6. Prueba del aislamiento por voltaje aplicado.
7. Prueba para la determinación de las pérdidas en vacío y en corto circuito (determinación de impedancia).
8. Prueba del aislamiento entre espiras por voltaje inducido.
9. Medición de la corriente de vacío y la corriente de excitación.

El orden de las pruebas no es necesariamente el mencionado anteriormente,. Y de hecho existen normas nacionales e internacionales que recomiendan que pruebas y en que orden se deben realizar, así como cuando se deben efectuar.

Pruebas al aceite del transformador.

 El aceite de los transformadores se somete por lo general a pruebas de rigidez dieléctrica, prueba de pérdidas dielétricas y eventualmente análisis químico.

 Cuando se trata de pruebas de campo, la condición del aceite se puede determinar por dos pruebas relativamente simples. Una que compra el color de una muestra de aceite del transformador bajo prueba, con un conjunto o panel de colores de referencia que dan un indicación de la emulsificación que puede tener lugar. El recipiente en que se toma la muestra debe enjuagar primero con el propio aceite de la muestra ya debe ser tomado de la parte inferior del transformador de la válvula de drenaje.

 Cuando se usa un probador de color, al muestra de aceite se debe colocar en tubo de vidrio transparente que se introduce en una pare del probador diseñada ahora tal fin. Se tiene un pequeño disco que gira y que tiene distintos colores de referencia, cuando el color le disco es similar al de la muestra, aparece la designación numérica del color de la muestra de aceite. De hecho esta prueba sirve para verificar el grado de oxidación de la aceite y debe marcar 0.5 para aceites nuevos y 5 máximo para aceites usados.

 En el rango de color amarillo, naranja y rojo indican que el transformador puede tener daños severos.

Prueba de rigidez dieléctrica del aceite.

 Esta prueba se hace en un probador especial denominado “probador de rigidez dieléctrica del aceite”. En este caso, la muestra de aceite también se toma de la parte inferior del transformador, por medio de la llamada válvula de drenaje y se vacía en un recipiente denominado “copa  estándar” que puede ser de porcelana o de vidrio y que tiene una capacidad del orden de ½ litro. En ocasiones el aceite se toma en un recipiente de vidrio y después se vacía a la copa estándar que tiene dos electrodos que pueden ser planos o esféricos y cuyo diámetro y separación está normalizado de acuerdo al tipo de prueba. El voltaje aplicado entre electrodos se hace por medio de un transformador regulador integrado al propio aparato probador. Después de llenada la copa estándar se debe esperar alrededor de 20 minutos para permitir que se eliminen las burbujas de aire del aceite antes de aplicar el voltaje; el voltaje se aplica energizando el aparato por medio de un switch que previamente se ha conectado ya un contacto o fuente de alimentación común y corriente. El voltaje se eleva gradualmente por medio de la perilla o manija del regulador de voltaje, la tensión o voltaje se ruptura se mide por medio de un voltímetro graduado en kilovolts.

 Existen de cuerdo distintos criterios de prueba, pero en general se puede afirmar que se pueden aplicar seis rupturas dieléctricas con intervalos de 10 minutos., la primero no se toma en cuenta, y el promedio de las otras cinco se toma como la tensión de ruptura o rigidez dieléctrica. Normalmente la rigidez dieléctrica en los aceites aislantes se debe comportar en la forma siguiente:

Aceites degradados y contaminados  De 10 a 28 kV
Aceites carbonizados no degradados  De 28 a 33 kV
Aceites Nuevo sin desgasificar  De 33 a 44 kV
Aceite Nuevo desgasificado   De 40 a 50 kV
Aceite regenerado     De 50 a 60 kV

Prueba de resistencia de aislamiento.

 La prueba de resistencia de aislamiento en transformadores sirve no solo ara verificar la calidad del aislamiento en transformadores, también permite verificar el grado de humedad y en ocasiones defectos severos en el aislamiento.

 La resistencia de aislamiento se mide por medio de un aparato conocido como “MEGGER”. El megger consiste de una fuente de alimentación en corriente directa y un sistema de medición. La fuente es un pequeño generador que se puede accionar en forma manual o eléctricamente. El voltaje en terminales de un megger varía de acuerdo al fabricante y a si se trata de accionamiento manual o eléctrico, pero en general se pueden encontrar en forma comercial megger de 250 votls, 1000 volts y 2500 volts. La escala del instrumento está graduada para leer resistencias de aislamiento en el rango de 0 a 10,000 megohms.

 La resistencia de aislamiento de un transformador se mide entre los devanados conectados todos entre sí, contra el tanque conectado a tierra y entre cada devanado y el tanque, con el resto de  los devanados conectados a tierra.
Para un transformador de dos devanados se deben tomar las siguientes medidas:
Entre el devanado de alto voltaje y el tanque con el devanado de bajo voltaje conectado a tierra.
Entre los devanados de lato voltaje y bajo voltaje conectado entre si, contra el tanque.
Estas mediciones se pueden expresar en forma sintetizada como:
Alto Voltaje Vs. Tanque + bajo voltaje a tierra.
Bajo voltaje Vs. Tanque + alto voltaje a tierra.
Alto voltaje + bajo voltaje Vs. Tanque a tierra.
 Cuando se trata de transformadores con tres devanados las mediciones que se deben efectuar son las siguientes:
Alto voltaje (primario) Vs. Tanque con los devanados de bajo voltaje (secundario) y medio voltaje (terciario) a tierra.
Medio voltaje (terciario) Vs. Tanque con los devanados e alto voltaje y bajo voltaje a tierra.

Bajo voltaje (secundario) Vs. Tanque, con los devanados de alto voltaje y medio voltaje a tierra.

Alto voltaje y medio voltaje juntos Vs. Tanque, con el devanado de bajo voltaje a
tierra.

Alto voltaje + medio voltaje + bajo voltaje Vs. Tanque.

Megóhmetro o “Megger”

El término megóhmetro hace referencia a un instrumento para la medida del aislamiento eléctrico en alta tensión. Se conoce también como "Megger", aunque este término corresponde a la marca comercial del primer instrumento portátil medidor de aislamiento introducido en la industria eléctrica en 1889. El nombre de este instrumento, megóhmetro, deriva de que la medida del aislamiento de cables, transformadores, aisladores, etc se expresa en megohmios (MΩ). Es por tanto incorrecto el utilizar el término "Megger" como verbo en expresiones tales como: se debe realizar el megado del cable... y otras similares.

En realidad estos aparatos son un tipo especial de óhmetro en el que la batería de baja tensión, de la que normalmente están dotados estos, se sustituye por un generador de alta tensión, de forma que la medida de la resistencia se efectúa con voltajes muy elevados.