El núcleo de transformador crea un camino de baja reluctancia para el flujo magnético alterno, mientras que los devanados transfieren energía entre niveles de voltaje. Un transformador de potencia completo también necesita aislamiento, tanque, refrigeración por aceite o aire, pasatapas, cambio de tomas, monitoreo y protección. Esta guía explica los principales componentes del transformador, sus funciones y los modos de fallo que están diseñados para controlar.
Núcleo de transformador
El núcleo transporta un flujo magnético alterno que enlaza los devanados primario y secundario. Los transformadores de potencia comúnmente utilizan acero eléctrico de grano orientado con alta permeabilidad y bajas pérdidas específicas. Las hojas delgadas se recubren con aislamiento y se apilan para reducir la circulación de corrientes parásitas.
Las juntas del núcleo son a menudo disposiciones de junta escalonada que reducen la concentración de flujo local, el ruido y las pérdidas. Las columnas soportan los devanados y los yugos cierran el camino magnético. Las abrazaderas proporcionan estabilidad mecánica, pero requieren un aislamiento y una puesta a tierra cuidadosos para evitar corrientes circulantes.
Pérdidas en el núcleo y sonido
Las pérdidas en vacío incluyen las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas, y existen siempre que se aplica la tensión nominal. Dependen del material, la densidad de flujo, la frecuencia, las juntas y las tensiones de fabricación. La magnetostricción hace que el núcleo vibre y contribuye al zumbido del transformador. Una sujeción correcta y un diseño de baja densidad de flujo ayudan a controlar el sonido.
Tabla de comparación rápida y selección
Utilice esta tabla como un repaso rápido de las principales decisiones de ingeniería y adquisiciones explicadas en el artículo.
| Área de decisión | Significado práctico | Qué verificar |
|---|---|---|
| Núcleo de transformador | El núcleo transporta un flujo magnético alterno que enlaza los devanados primario y secundario. | Los transformadores de potencia comúnmente utilizan acero eléctrico de grano orientado con alta permeabilidad y baja pérdida específica. |
| Pérdidas en el núcleo y sonido | La pérdida en vacío incluye la pérdida por histéresis y por corrientes parásitas y existe siempre que se aplica la tensión nominal. | Depende del material, la densidad de flujo, la frecuencia, las uniones y el esfuerzo de fabricación. |
| Devidados del transformador | Los devanados utilizan conductores de cobre o aluminio dispuestos en capas, discos, hélices o láminas según la tensión, la corriente y la capacidad frente a cortocircuitos. | El devanado de menor tensión se coloca a menudo más cerca del núcleo para simplificar el aislamiento, con el devanado de alta tensión en el exterior, aunque las necesidades de diseño pueden variar. |
| Sistema de aislamiento | Los transformadores llenados de líquido utilizan papel de celulosa/cartón prensado con líquido aislante. | Las unidades de tipo seco utilizan resina, barniz, aislamiento sólido y aire. |
| Tanque y aceite de transformador | El tanque contiene la parte activa y el líquido aislante, proporciona protección mecánica y actúa como superficie de transferencia de calor. | Debe soportar el vacío, la presión interna, las cargas de transporte y las fuerzas sísmicas según lo especificado. |
Devidados del transformador
Los devanados utilizan conductores de cobre o aluminio dispuestos en capas, discos, hélices o láminas según la tensión, la corriente y el régimen de cortocircuito. El devanado de menor tensión suele colocarse más cerca del núcleo para simplificar el aislamiento, con el devanado de alta tensión en el exterior, aunque las necesidades de diseño pueden variar.
Los conductores se pueden transponer para reducir las pérdidas circulantes y por corrientes parásitas. Los espaciadores axiales y radiales crean conductos de enfriamiento y soportan las bobinas contra las fuerzas electromagnéticas durante las fallas.
Sistema de aislamiento
Los transformadores sumergidos en líquido utilizan papel/cartón prensado de celulosa con líquido aislante. Las unidades de tipo seco utilizan resina, barniz, aislamiento sólido y aire. El aislamiento debe soportar la tensión de funcionamiento, los impulsos, la temperatura, la humedad y el esfuerzo mecánico. El envejecimiento se acelera a medida que aumentan la temperatura del punto caliente del devanado y la humedad.
Tanque y aceite de transformador
El tanque contiene la parte activa y el líquido aislante, proporciona protección mecánica y actúa como superficie de transferencia de calor. Debe soportar el vacío, la presión interna, las cargas de transporte y las fuerzas sísmicas según lo especificado. Los derivadores magnéticos pueden controlar el flujo disperso en las paredes del tanque.
El aceite mineral proporciona aislamiento y refrigeración. Los fluidos alternativos pueden ofrecer un punto de inflamación más alto o beneficios ambientales. La calidad del fluido se supervisa mediante pruebas de rigidez dieléctrica, humedad, acidez y gases disueltos.
Equipos de refrigeración
Los radiadores aumentan la superficie para la disipación de calor. Los ventiladores forzan el aire a través de los radiadores y las bombas hacen circular el aceite en etapas de refrigeración de mayor capacidad. Las denominaciones comunes describen los modos de circulación de aceite y aire. Los sensores de temperatura y los controles ponen en marcha los grupos de refrigeración y activan una alarma o un disparo si se superan los límites.
Conservador y respiradero
Un conservador absorbe la expansión y contracción del aceite mientras mantiene lleno el tanque principal. Una vejiga o diafragma puede reducir el contacto del aceite con el aire. Un respirador de gel de sílice seca el aire que entra al conservador. En su lugar, los transformadores de tanque sellado absorben los cambios de presión dentro del diseño del tanque.
Boquillas y terminales
Los pasatapas transportan conductores a través del tanque conectado a tierra mientras mantienen el aislamiento. Su diseño depende del voltaje y la corriente y puede utilizar porcelana, carcasas compuestas o aislamiento graduado por capacitancia. La línea de fuga correcta, el par de apriete, el sellado y el monitoreo de condición son fundamentales.
Conmutadores de tomas
Un cambiador de derivaciones sin carga cambia la relación de transformación solo cuando está desenergizado. Un cambiador de derivaciones bajo carga cambia de derivación mientras transporta carga utilizando una impedancia de transición para evitar interrumpir la corriente o poner en cortocircuito las espiras. Los OLTC incluyen mecanismos selectores o conmutadores, accionamiento, indicación de posición y un armario de control, y requieren un mantenimiento específico.
Accesorios de protección y monitoreo
- Relé Buchholz detecta acumulación de gas y sobretensión de aceite entre el tanque y el conservador.
- Dispositivo de alivio de presión: alivia la peligrosa presión interna.
- Indicadores de temperatura del aceite y de los devanados: alarma, disparo y control de refrigeración.
- Indicador de nivel de aceite: muestra el nivel de líquido y las condiciones anormales.
- Relé de presión súbita: responde al cambio rápido de presión interna.
- Monitores en línea: puede rastrear gas disuelto, humedad, boquillas o descargas parciales.
Gabinete de conexiones
El armario de distribución agrupa bloques de terminales, controles de refrigeración, calefacción, relés, indicadores e interfaces con la protección/SCADA. Debe proporcionar sellado ambiental, sistema anticondensación, cableado claro y separación segura de circuitos.
Calidad del conjunto de núcleo y bobina
El control de fabricación regula la tensión del conductor, las dimensiones del bobinado, el secado, la compresión, el soporte de los terminales y la contaminación. Las fuerzas de cortocircuito pueden desplazar los bobinados si el diseño mecánico o la sujeción son inadecuados. Las pruebas de fábrica verifican la resistencia, la relación, el grupo vectorial, las pérdidas, la impedancia y el rendimiento del aislamiento.
Aplicación del producto
De la LBAJI transformador de potencia en baño de aceite de 35 kV integra estos componentes activos y auxiliares para calificaciones específicas del proyecto. Se puede combinar con Aparamenta KYN61-40.5 o envasado en un subestación de nueva energía de 35 kV.
Lista de inspección
- Verificar placa de características, planos y lista de accesorios.
- Inspeccionar tanque, radiadores, bujes y sellos.
- Verifique las conexiones de puesta a tierra y del neutro de la cuba y del núcleo.
- Probar los grupos de refrigeración, las alarmas y los disparos.
- Confirme la operación y la posición del conmutador de tomas.
- Obtener los resultados iniciales de aceite, eléctricos y de protección.
- Registrar las comprobaciones de par de apriete, cableado y armario de repartidores.
Núcleos tipo núcleo, tipo acorazado y amorfos
En un transformador de tipo núcleo, los devanados rodean las columnas del núcleo; en un diseño de tipo acorazado, el circuito magnético rodea más completamente a los devanados. El acero al silicio de grano orientado es común a la frecuencia industrial, mientras que el metal amorfo puede reducir las pérdidas en vacío. La elección afecta a las pérdidas, el ruido, la resistencia mecánica, la fabricación y el costo.
Bobinas de cobre frente a bobinas de aluminio
Cualquiera de los dos conductores puede ofrecer un servicio fiable cuando la densidad de corriente, las uniones, la resistencia mecánica y el diseño térmico se proyectan correctamente. El cobre suele ofrecer mayor conductividad y compacidad; el aluminio reduce la masa y el costo de material. Los compradores deben comparar las pérdidas garantizadas, el aumento de temperatura y el rendimiento ante cortocircuitos en lugar del nombre del conductor por sí solo.
Referencias técnicas y lecturas adicionales
Las siguientes fuentes independientes respaldan las normas, la terminología, los cálculos y el contexto de seguridad analizados en esta guía:
- norma para transformadores de potencia IEC 60076-1 — Alcance, terminología, clasificaciones, símbolos de conexión, ensayos, seguridad y requisitos generales para transformadores de potencia.
- Departamento de Energía de EE. UU.: Transformadores de distribución — Definiciones oficiales, requisitos de eficiencia, procedimientos de prueba y recursos normativos para transformadores de distribución.
- Requisitos de OSHA para la transmisión y distribución de energía eléctrica — Requisitos de seguridad aplicables a la construcción y al trabajo en torno a equipos de transmisión y distribución de energía eléctrica.
