disefto y del de tension aplitrada ,$s
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DISEftO Y CONSTRUCCION
LA PRUEBA
DEL TRANSFORI.IADtrR PARA REALIZAR
DE TENSION APLItrADA
JULIETA .ESPERANZA DtrRADO SOTO/l
LUIS DANTEL EONZALEZ LOPEZ
CALI
UNIVERSITARIA AUTBNOI'IA DE
DIVISION DE INBENIERIAS
FROERAI.IA ELECTRICA
'Uniurcioad . ..iilni rlr'c?,.:¡4 !;h ,rL:r9
CORFtrRACION
lllv2itrCCIDENTE
DISEftTI Y CONSTRUCCION DEL TRANSFtrRT.IADOR PARA REALIZAR
LA PRUEBA DE TENSION APLICADA
JULTETA ESFERANZA DoDlDo soro
LUIS DANIEL GONZALEZ LOPEZ
Trabajo de Erado presentado coloorequisito parcial pare optar altítulo de Ingeniero Eléctricista
Director¡ FELIX t'lUfiOZIngeniero ElÉctricista
CALI
CORPtrRACION UNIVERSITARIA AUTONOI.IA DE trCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROERA]'IA ELECTRICA
1990
+IJl,jtlD6qúfxe'l
Nota de aceptación
Aorobado oor el Cor¡itÉ de trabaio de
Grado en cumolimiento de los reouisitos
exioidos trclr la tr.U.4.8. 6ere ootar al
título de Inoenieno Electricista
Jurado
trali, Diciembre de l??O
11
AERADECII,IIENTOS
Los autore€ exFresan sus agFadecimientos:
A ABEL trRUZ, Ingeni.ero Electricista, Eenf eccionesElÉctricas.
A HARIA VIÉTORIA DE TBRRES, Jefe de Departamento deServicios Técnicos, El'ltrALI.
A I'IELEA EALEANO, Dibujante de Energía, El",ltrALL
A ALBERTB JflSE l'lEZA, Jefe de Eiistema Eompuclub.
A Todas aquel las Fersonas qilel de Lrna u otra formacalaboraron Hn la realizaciÉn clel presente Trabajo.
iii
A
DEDICATtrRIA
Nuestros padres, corto tributo de aclmiraciónr cariño y
Eln retribución F¡c¡r Fu val ioso aporte en nutestra
iormacir5n.
A Nuestro hijor For ese cariño que nos anima los
fiomentos de nuestras vidas y que determinó la razón
de superarnÉs. Glue este logre sea un incentivo más
pará su futuro.
IV
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCtrION
1. T]CINCEPTtrS GENERALES SüBRE TRAhISFTRI''IADÍ]HES
1.1. ¿tlUE ES UN TRAFISFORI'IADÉR? . ¡
1.1.1. Fundamento deI transformador de corrientealterna. . ¡ ¡
1.1.?. Utílidad de las trensformadores
1.1.5. Aplicacione:; de un tranEformador
I.?. FLEXIBILIDAD DEL SISTEHA DE C-A
1.?.1. Flexibilidad en el diseÍío. .
L.2.?. Eonexiones pol if ásicas. . ¡ .
I.3. TRANSFORI'IADIIRES EN LA INDUSTRIA ELECTRICA
1.4. CLASIFICAtrIBN DE LT15 TRANSFORHADORES ¡ .
1.4.1. Por el si.=tema de ten=iones quÉi transforma
1.4.?. Por la disposición clel circuito magnÉtlco,
1.4.2. t.. Transformadores de colltmnas;
1 .4. 7.7,. Transf ormador ac.clrazarja i ¡
1.4.3. Por la clisposici.ón de los devanados. ,
1.4.5. 1. Transformadores de devanados separados
1.4.3.?. Trensformaderes de devanados concÉntricos
Fág
I
3
3
5
E
14
15
16
L7
E3
2á
27
27
?g
2g
3t
3t
31
L.4.3,3. TranEformador¡'ls de devanados dot¡IementecencÉntrices . 31
I .4.3.4. Transf ormadc¡res cle devanados supclF¡Jlrestos . 34
1.4.4. Por el si.stema cte refrigeración, r ¡ 34
1.4.5. Por el medio ainbiente en que debr*n funcionar. 35
1.5.1. Nrlcleo. . . . 35
1.5.2. Arrollamientos del traneformador. . . 3A
1.5.?.1, El arrrollameinto de capas cilíndricas 4?
1'5' ?'',' :?:=:;;::l-:1":':=.n:':':':-:*: :*. . 42
1.5.?.5. Arrollamientocontinuo... ¡ . 43
1.5.3. El tanque o cuba de aceite del transisrmador. 48
1.5.3.1. Tranefermaclores de muy pequeña cipacidád . 49
1.5.3.?. Transformadoresdegrancapacidad ¡. ¡. . 4q
1.5.3,5. Los transformadorps cc¡n caFácidad d¡r hasta10.oo0kvA¡.47
1.5.3.4. Fara transformadores con capacidades de1O,O0OkVAomás r. . 50
1.5.4. La tapa clel tanque. . 50
I.6. ACEITE DE TRANSFORI'IADtrR 5É
2. CONDICIONES FISICAS DE FUNCIONAFIIENTtrDEL TRANSFtrRHADOR 59
?.1. RELACIONEEI FUNDAMENTALES DEL TRANSFTTRHADOR 5?
?.1.1. F.r.m.del transformador etn vacie y relación sletransformación,,¡.60
?.1.?. Eorrientes de caFga, . . ó?
?.?. EL TRANSFORI"IADtrR REDUCIDtr . 64
?.3.1, F.e.m. E'= del secundario reducido. . á5
?.2.7. Esrriente I'a del =ecuñdarío reduci.do. . á6
v1
?,?.3. Resistencia reducida cle=1 secundariB F'z¡.
?.2.4. Reactancia de dispersi.ón >:2 del secundarioreclucido..
2,2.3. La impedancía reducirla rJel arrollamientosecundaricr y deI circuito secundario
?.2.6. Ecuacionee cle f .m.m. y f .e,m. deltransformador reducido
?.7.7. trircuito equivalente del trar¡sformador. .
2.3. ANALISIS VEtrTT]RIAL DEL TRANSFüRf'IADOR ¡ . . .
2.3.I. Diagrama vectorial en vecío. .
f12.3.2. Diagrama vectorial con carge inductiva. .xU.3.5. Diagrama vectorial con cerga cendensiva.
12,4. COEFICIENTE DE REÉULACITlN
2.5. PERDIDAS DE FÜTENCIA
?.5.1. Las pÉrdidas en vacio
?.5.?. Les pérdidas debidas a la carga
?.5.?.1. Férclidas en eI hierro. .
?.5.7.2. PÉrdidas en el cohre. .
E. á. RENDII'IIENTT]
2.7. CAIDA5 EN CTIRTB CIRCUITtr
2.8. trtlRRIENTE DE EXCTTACION, I,2.?. CALCULO DEL CALENTAHIENTIT
?.1o. TENSION DE CI¡RTOCIRtrUIT$ . .
2.11. CORRIENTE DE CtrRTOCIREUITO
3. DISPOSICItrN CONSTRUCTIVA DELOS TRANSFtrRI'IADORES
5.1. EL NUCLEII . ¡ ¡ .
6ó
66
óá
67
á7
69
7T
75
7+
EO
g1
gl
B2
g4
a7
FIB
BB
g?
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93
q4
1Clc,
loo
v¡. t
5.1.1. Transformadores de columnasr c6narrol lamientos ccrncÉntricoe. .
3.1.?. Transformadores acorazados, con arrollamientosal ternedos.
3.1.3. Organos magnéticos de lrrs transformadores. .
3.1.4. Fenómenos transitorios. .
3.1.4.1. Sobretensiones. .
+3.1.4.3. Sobrecargas. .
5.1.4. ?. 1. E¡:tracorrientes de conexión . ¡
3.1.4.?.3. Eorrientes de corto circuito
1üO
1ü1
10?
11ó
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1?3
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129
155
154
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L74
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L7É
L77
L77
L77
L7q
17q
t7?
rBo
3.?. BOBINAS
5.3. LtrS AISLANTES
5.4. EL ACEITE
3.5. LOS AISLADtrRES
S.5.1. El pasatapas relleno de aceite
3.5.?. El pasatapas de tipo condengador ¡ .
4. CALCULO DEL TRANSFOR},IADOR I'IONOFASItrO PARALA PRUEBA DE TENSION APLICADA
4.I. EL NUCLEO . .
4.1.1. Dimensiones del nulclee¡ Especificaciones,
4 . L .2. Peso del núc leo. .
4.1.?.1. Longitud media del camino magnética.
4.1.2.2. Area del núcleo. .
4.?. DEVANADOS
4.2.1. Devanado seclrndario. (8.T. )
4.2.1 .l . Número de espiras.
4.?.f.?. Tipo de alambre e conductor. ¡ ¡
v¡.1t
4.2,.1.5. Aislamento y formaletas. ¡ ¡ .
4.2.1.4. Peso del clevanadr¡. .
4.?.1.5. Reeístencia del devanado (25 "C).
4.3.1.6. Canal de aislamento entre alta y haja,
4.2.7. Devanado primario. . . .
4.?.?.1. Primeracapa,. ¡. r r
4.2.8 .2. Segunda caFa. . ¡ .
4.2,.2.3. Tercera capa. . . .
4.2.5. Peso rJel cobre primario. Glcu¡.. .
4.2.5.1. Preso de la primera sección. Eicu¡.r. .
4.?.3.2. Feso de Ia segunda sección - Gcure
4.2.3.5. Feso de Ie tercera sección - 6cuu=
4.2.4. Impedencia del devanado primario. . . .
4.2.4.1. R¡¡ Frimera. setcciún. ' ¡
4,?.4.?. Rta Segunda sección.
4.2,.4.3. R¡s Tercera Eetcción. r ¡
4.3. FERDIDAS
4. S, I . PÉrdicl¡rs en el hierro.
4.5.1.1. PÉrclidas relativas.
4.3.1.?. Párdidas garantizadas
4.3.?. FÉrdidas en el cobre ¡ .
4.3,2.l.Devanadosecundario...r¡.
4.3.2.2. Devanado primario
4.5.7.3. PÉrdidae a plena carga
4.3.?,.4. EficienciaacogÉ=1 . ¡
4.5.3. Pérdidas a ?OoE
lgt
t.81
193
185
195
185
r8ó
lBg
lGIB
188
1B?
189
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190
190
19r
1?1
191
1?3
1?3
1?5
r94
t?4
194
1)l
4.3.3.1. Devanado secundario . . . r
4.3.3.?. Devanado primario . .
4.4. CALCULtr DE LA RESISTENEIA BHHICA
4.4. f . Devanado secundario
4.4.2. Devanado primania
4.5. CALEULO DE LA CAIDA DE TENSICIN trHF,IICA ¡
4.5.1. Para E0gtr
4.5.2. Para 759C ¡ .
4.6. CALCULtr DE LA F.E.H. DE REAETANtrIA
4.7. trALCULO .DE LA TENSICIN DE CORTB-EIRCUIT¿
4.7.1. Tensión de corto circuito e SO9C
4.7.2. Teneión de certo circuito a 75ge
4.8. trALCULCI DE LA CBRRIENTE DE trERTtr-trIRCUITO
4.q. COEFICIENTE DE REBULACION A F.C. Y COS É(SEN É=O.&).. ..
4.1O. TIEF{PTI PERHITIELE DE trORTO-CIRtrUITE .
4.11. CORRIENTE DE EXCITAÍ:ION ! IF . ¡
4.11.1. Potencia de magnetización = Plr
4.12. ENSAYOS DEL DIELEtrTRICTI NBRI"IA ICtrNTEC 437á?1 .314.001 .4
4.12.1. tlbjeto . ¡ . . . .
4.L2.?. Def iniciones
4.f2.3. trondiciones generales . .
4.1?.4.Requisitos.i.¡.
4. 1?.4. 1 . Transf ormadores de ti¡re srElcc
4.1?.4.?. Transformadores sumergidos en aceite
195
195
1?5.
l9É¡
1?á
.¡196
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.¡196
2OC¡
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= S.B
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?(13
203
?(13
?o3
20:5
?ü4
?Ct4
x
4.1?.4.3. Trar¡sformadores monafásicos utilizadossistemas trifásicoe . .
4.1?.5. Ensavos .
4.11.5.1. Ensayos de tenEiÉn aplicada (Ensayo derutina) . ¡ ¡
4. 13. N0RF'|A ICIINTEC gS/i¡ ¡ .
4.13.1. 0bjeto.. ¡ ¡
4.13.?. Definiciones . ¡ ¡ . . .
4.13.3. trondiciones generales
4.13.4. Requisitos ..
4.13.4.1. Tensión máxima Ftsra un equipo y su nivelaislamiento r ¡
4.13.4.?. Regla Fará algunas clases espEiciales detransformadores
4.13.4.3. Requisitos de aislamiento y pruebasdieléctricas flara devanadc¡E con
rrUmrr { 11O kv y aislamiento uniforme.
4.14. PRUEBA DE TENSIBN AFLICADA
4.14.1. Desarrollt¡ de la prueba
BIELIOGRAFIA
ANEXO 1. Recomendacionee generales.
FN. 205
. EOs
. ?Ó5
. 2A7
. 2t)7
. 7"ü7
. ?fr7
. ?10
de. ?1{,
. 21?
?t.3
2rq
27L
?,?4
??5
t{1
LISTA DE TABLAS
trág
TABLA I Relaciones ent.re voltaje nominal rleleistema, voltaje má¡:imo slel gistema y nivelbásico cle aislamiento (NBA), . 3
TABLA ?. Interrelaciones entre ni.veles de aislamientodieléctrico para transformadores con NBA 35OkV y meneres. . 5r
TABLA 3 Niveles rle aislamiento mínimo en el neutro. g
TABLA 4 Niveles de aislamiento para transformadoresEiecos. . . 14
TABLA 5. Valores del potencial apli.cado rle acuerds ala clase de aislamiente. . 15
TABLA ó. Di.ffe.lnsiones de loE alambres segrln AhfEi cenesmaltaciÉn sencilla. (lJna capa). . 1á
xlt
LISTA DE FIEURAS
FIEURA 1. Vista externa ideal de un trensformadeF. . . 4
FIEURA E. El trasnformEdor visto deede el interier. . . 4
FIBURA 3. DisposiciÉn general de un transformadoF,. 10
FIEURA 4. Transformaclor de aislamiento F¡ara carga deunahateria. . ¡ r .10
FIGURA 5. Transformadores de aislamiento Fárainstrumente= de medida. . 11
FIEURA ó. Esquema cle tensiones para un transporte deenergíaegFandigtancia. .. 13
FIGURA 7. flonexipnes típicas det t-ransforrnador. . ¡ ¡ . lg
FIEURA g. Conexioneg ti.picas del transfor.madar, . . ?(¡
FIGURA q. Conexiones típicas det transformador, . . Al
FIBURA 10. Eoñexiones típicas det transformader.. . Zz
FIGURA 11. Sistema elementat cle energía¡ eue mue=trElos componentes básicos de urn sistema detransmiEiÉn y distribución ¡ ¡ ., . ¡ . ?4
FIBURA 12. Disposición general de un transformadormonofásico de columnas . ?g
FIEURA 13. Disposición general de un transformadortrifásicodecolumnas., ¡. ?q
FIBURA 14, Disposición general de un transformadormonefásico acoFazado.. , Zq
xltL
FIEUftA 13. Disposición general de un trangformadortrifásicoacoFaEado, ¡.30
FIGURA
FIEURA
FIGURA
FIEURA
FIEURA
FIEURA
FIISURA
FIGURA
FIBURA
FI6URA
FI6URA
FIBURA
FIBURA
FIEURA
FIBURA
FIEURA
FIEURA
FIGURA
FIGLIRA
FIGURA
FIEURA
1á, Transformador de devartades separados..
L7. Transformador de d¡rvansdoe concéntricos, . .
18. Transformador de devanEdos doblementeconcéntricos
1?. Transformador de devanados Euperpllestos. .
?O. Nrlcleo de un tranEformader trifáEico detres remas cen devanado concéntrico.
2I. Nrlcleo de un transformadcr monofásico deltipo de núcleo con deva¡rado concéntrice.
2?. Devanado cilíndrico de dos capas
?3. Diagrama de transposición de espirasi endevanado hel icc¡idal simple
?4. Devanado helicoidalt ar simple¡ b,semihel icoidal
?5. Arrollamiento continuo. .
'?6. Radiaclor con dos f ilas de tubos. .
27. Pasatapas o atravesador I lene de aceitepare35t{V . ¡ ¡. . ¡
?8. Pasatapas llene de aceite FaFa lt(t lr:V. .
2?. Gircuítos de transformadsr reducído.
30. Relaciones de fases más importantes.
51. Diagrama vectoriel en vacío, . . .
E?. Diagrama vectorial con caFga i.ndr-rctiva..
53. Diagrama vectorial con carga condeinsiva.
54. Clrrvas rle Pérdidas especif icas en hierr.o..
35. Eurvas de pÉrdidas relativas en el hierro.
3á. trircuito equivalente simplificado de untransformador monofásico eln cartocircuito.
3?
s?
3S
33
40
41
44
44
45
4á
51
.53
.54
.ág
.7ct
.72
.74
.74
.gs
-8ó
.q7xtv
FIEIJRA ?3;1 . Diagrama vectorial del transfermadormonafásico.' q7
FIGURA 39. Diagrama vectorial del tranEformadormonofáeico (tenEiones).. . . q7
FIEURA 39. Eircuito equivalente de un transformadsrmonofásictr en corto. . . q7
FIBL|RA 40. Sección esquemática de un núcleo delde transformador de columnas.. . . 1O3
FIGURA 41. Dísposición esquemática de losarrollamíentos concéntricos eln uñtransformador de columnes. . . 1Os
FIGURA 4?. Disposición esquemática de losarrol lamientoÉ dot¡lemente concéntricosern un transformador de columnasi. , 104
FIEURA 43. Disposicíón esquemática de untrangformador monofásico ecorazadotdepequeñapc.rtencia.. . ¡ 1O5
FIGURA 44. Eorte esquemático de un transformadortrifásicc¡ acerazado de gran potencia.. . . 1('7
FIEURA 45. Di=posición esquemática de losarrc¡llamientos de un transformadortrifásico de gran potencia.. . 109
FIGURA 46. Junta lisa para unién de colurmnas yculatas. . . 111
FIf¡URA 47. .lunta ensamblada Fara unión de colurnnas yculatas. . tlt
FIGURA 49. Nrlcleo de Eección cnarlráda.. . lll
FIEURA 4q. Núclr=o de secciÉn rectanglrlar. . , lf l
FIBURA 50. Diferent¡rs ti.pos de núcleos de secciÉnesicalonadE.. . . . Il5
FIGURA 51,. Ndrclecr EíEr sección erscalonada, consr¡L¡división de Los paquetes der chapasmedi.ante separadoF€rs.. . ¡ . i . 113
FIGURA 5?. Ntlcleo rJe sección escalonada, con cenaleslongitudinales de ventilación. . . 113
xv
FI6URA 53. Circuito magnÉtico monsfá=icr¡ sencillo.. . 113
FIEURA 54. Fijación de lae r:hapas del nricleo. lt5
FIGURA 55. Fijacién de las chapar del ndrcleo Formedi.o de tornillos pasantes aielados.. lf E
FIBURA á6. Forma de las linees de flujo magnÉtico.. . 117
FIGURA 37. Circuito magnÉtico totalmente montado, deun transformador trifásice de 10ü l{VA. , . ltg
FIEURA 58. Ondas de choqr-re. . L24
FIBURA 59. Ciclt¡ rle propagación de una ondaelectromagnÉtica.. , ¡ 1?4
FIBLIRA óó. Ondas transitorias de coner¡iÉn.. . L?7
FIÉURA ó1. Interruptor de dos tiernpos.. . L?7
FIBURA 6?. Tensiones nÍ¡Ffi¡ales de corto circuitc¡.. 1.31
FIGURA ó3. Frimer ciclo de la córriente rle cortocircuito,. ¡ . 13f
FIEURA É4. Averias producidas Frrrr los esfuerzos de. corto circuito.. . 14I
FIGURA á5. Arrol lamiento helícoidal. . L42
FIEURA 6ó. Arrollamiente helicoidal.. 142
FIETJRA 67. TransposicíÉn arrollamien.to helicoirlal ?conductoreEi. . 14?
FIEURA ó9. Dos transposiciones arrollamientehelicoidal 5 conductores.. 142
FIBURA 6?. Tres transposiciones arrc¡Ilamientohelicoídal 4 conductc¡res.. 144
FI6URA 7ü . Eruce de trasposicirln arrollamientohelicoidal dos concluctores . . 145
FSETJRA 7L. Representación esquemática de unarrollamiento de galletas :;c3rlci.llo.. . t45
FI6URA 72. Bobinas en doblete. Fr¡binado con galletasplanas.. . 145
xvi
FIEURA 73. Representacirin esquemática de unaFrollamiento de galletae con conexióninterior de los conductores en paralelo. -
FIGURA 74. Representación esqrremática de unarrollamiento cle galletae con conexiónexterior de los conductoreE en paralelo.
FIGURA 73. Dibujo eEiquerrnático de un arrollamiento debloques. .
FIGURA 76. SecciÉn de un arrellamiento de altatensión con bobinaE de hloques de doblete-
FIGURA 77 . Dibujcl etqueltnático de un aFFol IamientoFOr CápSs. ¡ .
FIETJRA 7A. Conexiones ent-re lsE bobinas de unarrollamiento por capa=. . r . .
FIGURA 7A. Canales de refrigeración de los
146
149
1S1
131
arrollamientosFclrsapas... ¡ .. lSE
TubosAistantesdel"licanita... .. . 157
Tuboaislanteyvalonasi.. .. l'Jg
Sistema de aislamiento con cilindros.. . r tÉO
Devanado antiFFersonante entre capas y lospuente= exteriores.. . 1áO
Eurva de rigide'e slielÉctrica Vs. humedad.. 163
Eurva de la tensión disruptiva Vs,rígiderz dieléctrica 164
Curva de tensión eficaz disruptiva.. . 1ó5
Elrrva de tensión de cresta límite nodisruptiva,. . Lá7
tronjuntc¡ de detalles ccnstructivos de lospasatapae.¡.1ó?
Pasatapas cJe porcelana rel lene de pastacemÍround. . 171
Pasatapas relleno de aceite Fara tensionesde servicio hasta 4OO 1{V.. , . 173
149
1.5{t
FIEURA gO.
FIGURA 8T.
FIEURA B?.
FIGIJRA 83.
FI6URA 84.
FIBI.JRA Els.
FIGUftA 8á.
FIG¡URA 87.
FIBURA 89.
FIEURA 8?.
FIEURA 90.
xvt].
FIGURA 91.
F ITJURA q2.
FIEURA 93.
FIEURA q4.
FIGURA 95.
FI6URA 9ó.
FIGURA q7.
FIEURA ?8.
FIEURA q?.
FIGURA IOO.
FIEURA T.O1.
FIGURA 10?.
FIEURA 1O3.
FIEURA 1O4.
FIBURA 1O5.
Fasatapas tipo conclensacier Fara tensionesde servicic¡ hasrta 75{t l{V..
Núcleo de tipo celurhna
Nrlcleo de secciÉn escalonada.,
L.ongitud media del camino magnético.
Area del núrcleo.
Bobinado de baja tensirtn..
Eonductor Rectángular der baja tensión. .
Area de Ia formal.eta..
Formaleta. .
Distancias minimas de bobinado de bajatensiɡn. .
Aislamiento deI canal. .
Distancia rnínima bobinado de alta tensiÉn,
Eurva de pérdiclas garantizadas a 6O Hz . r
Distancias mini¡nas de los devanades Farael cálculo de la FEH Fractancia. ,
Curva de magnetización en el hi.erroaéOHz. ¡.
.175
178
178
L7g
179
1A?
192
182
tg?
194
184
187
ISz
r?g
?o2
t{vt 1l
RESUI'IEN
Este proyecto tiene coíto fin eI disefio y construcción de
un transformador mc¡nofásico de ?,?$ Vl 70 l{V.r el cual ter
utilizará para realizar Ia prueba de tensiÉn aplicada,
De acuerdo a la norma ICtrNTEC El37, consistente en: Ensaye
que se realizará con una tensión alterna monofásitra con
una forma de onda tan apreximada e la nominal trtrmo Eea
posible y cc¡n frecuencia conveniente no fientrp que el 8O7.
da la frecuencia nominal, la cual la tomamos Fare tensión
de ensayo a frecueincia industrial de éú Hz, hasta cen 70
l{V. , ef icaces FaFa un transformadoF quer eiE! ve á Fróbar de
34.5 KV. por el lado de alta.
Esta prueba Er? hace necesaria Fara I a puresta en
funcionamiento de transformadores que ;r.t eido retirados
del servicio por mantenimientÉ o avelrías y que van a sslF
devuel tos
probar l
Ia Fed. Además servirá el transformador FraFe
Pértícas, Seccianadoras, Interruptdres,
Pararrayos, Cortacircuitos, Aisladeres, Transformadores
de l"ledida (Potencia y Eorriente).
a
xrx
INTRODUCtrItrN
Este proyecto consigte en un equipo (transformador), que
garantieará la prueba de Teneión Aplicada, de acuerdo a
las noFmas que la rigenf para nuestre case ICONTEC.
Prueba Ésta que hace necesaria pára la puesta en
funcionamiento de transformadores que han sidc¡ retirados
del servicio por. mant.enimiento o avería y que ven a terr
devueltos a lá red, une veiz Éstes seán reparados y
revizados, pare ofrecer así un mejor Eervicio a 1a
comunidad y a la industriar además servirá Fere probar:
Seccionadoreer Interruptores, PÉrticasr Fararrayost
Éortecircuitos, Aieladores, Transformadores de l'ledida
( cc¡rrient-e y potencia ) .
Para elaborar el proyecto se hace necesaric¡ r'ecurrir e la
ernpresa de servicios púbf icos "EFICALI " , ye que dicha
etmflretse cuenta con las instalaciones y los accesorios en
los tallereE cle retruFeración de transformadores, paFa Ia
implementaciÉn y realización de fá prueba de Tensión
Apl icada.
7,
Cabe resaltar qrre
la realizacíón de
la empretiÉ no cuenta
esta prueba
con el equipo flara
3
CONCEPTOS GENERALES SOBRE TRANSFORFIADORES
1.1. ¿T{UE ES UN TRANSFBRI"IADOR?
La Fersona gue uE¡s un transformador simple puede muy bien
considerarlo como una "caja negra" r con dos terminales de
entrada y dos de ealida. Las terminales de entrada están
conectadas e une fuente de energia eléctrica alternar a
cierto voltajer y las de salida a una cárgar gue dehe
funcionar a un voltaje diferente. En la Figura I se
muestra la caja negra, trcln la carga conectada. El interés
principal de quien la uta está etn la potencia
de=arroltada V el vc¡ltaje al cual eis; entregada Ésa
potencia. También está interesadc¡ en el grado admisible
de confiahza ("confiabilidad") en la capacidad de Eu caja
nelgFa pere resistir el transcurEo del tiempo¡ las
inclemencias climatÉricast
Eobrevol taj er.
las sobrecargas y los
En cambio el diÉeñadsr del transformador piensa en el
miemo cc¡flio una estruct-ura colocada dentro de la caia, tal
corfio E€r muestra esquemáticamente en la Figure ?. VÉr laE
terfiinales de entrarJa r gue I lama "el primario" ,
l.
ElGttM l. Yfeta externa de un tranefornador ldeal.
(fFI(ÍuFzl¡J
É.-!zv,
o9Tll,! Entu0.ü
EICffiA 2. El transfornador vl¡to desde el Lnterlor.
conectadas a una bobina de alambre arrnlleda sr:bre un
núcleo de hierrs y una segunda espiral, lógicamente
I lamada "el secundarirr", arrol lada sobre el rnisrno núcleo.
Atiende a disetíar esttrs elementos €tn tal forma que del
primario al secundario, un máxi.mo de potencia reBurltu=
traneformada y entregada a las terminales clel secundario,
recordando que detren desempefiar esta función en forma
regure, durante lr¡s contínuos ataques de los factores
anteriormente melncic¡nados. No tiene ningrln interÉs
manifieste en el erigen de lss condici.onee exte,rnas¡ pero
debe conocer la naturaleza de las rnismas, si ha de hacer
un disefio satisfactorio
Las condicienes realeg de disefio y Lrrc¡ de un
tranEformador no eien ni Femotamente sencitlas cc¡mo Be ha
dado a entender. Tanto el disefiedor como el usuario
resultarán beneficiados del conocimiento, tanto rJe las
concliciones ínternas, tromo de las externas, qLle rigen el
funcionamiento de un transforí¡adoF.
1.1 .1 . Fundamento del transformador de corríenteelterna. Se inclucyen bajo esta denominación ciertos
aparatos estátjcr¡s destinades .e tran:sferir Ia energía
elÉctrica rje un circuito a otro, utilizando, cclmo enlace
principal entre ambos¡ un flujo común de inducciÉn.
á
Como quiere que la inducción electrornagnética gó1o ee
produce con un flujo variable, esta variación del flujogerá esencial en todo transfsrmador estático. Euando el
f lr¡jo Els simplemente pulsatorio, el aparato recihe el
nombre de bobina de inrJucciá¡t. TaleE :ion las que s;Gt
aplican en radiologían cemunicacionee elÉctricas, etc., y
suelen Belr eperatoe de potencia muy reducida. Cuando el
flujcl els alterno, resulta el transformedor, propiamente
dicho, apto para transmitir potencias de cualquier
rnagnitudr.
En eu forma más se'ncillar un traneformader FiEura 3 está
constituido por un circuito magnética, formado pr¡r
chapas apiladas de material ferromagnético, eohre el que
se arrollan dos bobinas Br y Ba. Si conectamos la bobina
Br a los terminales de un generadc¡r de corriente alterna
6 y cerramos el círcuito de la bobina B= mediante una
impedancia 7., la bobina Br actrla cc¡tro una inductancie
guEir al rE F atravesadE por la corniente procedente del
generador Gi produce un f lujo altr¡rno que circula por el
circuito magnÉtico, induciendo una fuerza electromotriz
en la bmbina B¡, de la misma frecuencia que la t-ensión
aplicada a la babina B¡¡ comfi cc¡nsecLt€rnciar FoF Él
rLaE limitaciones qLre restringen la potencia de Ia¡iunidades transfc¡r¡nadoras no cion yar en ell estadopresente cle la técnica, inherenteE al aparato mism.¡,,Fino a cc¡ndiciones externas, tales como las deubi.cación y transporte, eln partic.ular estas utltimes.
7
circuito elÉctrico constituido For Ba y 7, FaEia une
corriente. Es decir quer poF inducción fiutua, o =iee por
medio de un flujo magnéticm una potencia alterna pasa rJe
un circuito eléctrico a c¡tro circuito elÉctrico, separado
del primero. Eomo solamente un flr-rjo variable plrede
producir uná fuerza electromotríz inducida y el
transf ormador nc¡ tiene f¡artes mÉvi le=, Ecr dedlrce
fácilmente que el trensfornador solamente puede funcionar
con reFriente alternar ya que la corriente alterna es laque pnoduce el flujo magnÉtice alterno necesario para el
funcionamiento del transformador.
Et transforrnádor puede ser de dos arr-ollamient_os, o de
tres o más arrollamientes, es decir, de devanado con tres
o verios circuitos. Siegrln la clage de corrien.te log
transformadores.Be clasifican eln monofásicosr trifásicos
y multifase. En un devanado o arrollamiento multifase de
transformader ttrdas las fa=es de lc¡s arrollamientos de la
misma tensión e=tán conectadas de acuerdo con ersqueifl¡as
estipulados. El arrollemiento clel transformador al cual
tEr aplica la energia de Ia corriente alterna se llame
primarie y el otre, del cual ge recibe la energía, EEi
llama seÉundario. Todos los valones que pertenecen ar
primarie coíro¡ por ejemplo, potencia, corriente,
resistencia, etc.r EGr denominan tambiÉn primarias y loE
Ique PeFtGrnecEn al secunflario
EecundÉrios o de s¡*cundario.
I lemen valoreg
El arrel lamiento conetrtado el circuito de tensión más
alta se I lama arrol lamiento sle alta tensión (A.T. ). v etc€nectado al cir-cuito cle melnol- tensiÉn sB r lema
arrol lamiento de ba j a tengión ( Er. T. ) . Si la tensión clel
secunclaric¡ es menor guF la ctel primariGr EiG! dice que eltransformader es reductorr y sí es; más alta, el
transformador es elevador.
LoE arrol lamientos de un transformador pueden estarprovistos de tomas o deriveciones pare variar su relaciónde transfermación.
1.1.?. Utitidad de loe transformadmrers. l-a necesidad de
los tranformadores obedece ern la práctica a lEs
sigui.entes raEoneg! For une parter els convenie*nte a veceei
EeparaF elÉctricamente el circuito de alimentación, delcircurito de utilízacién de la energía¡ ya For lascondiciones de puesta a tierra en uno u otrcr ye F¡era
aislar el segundo contra lc¡s potenciales elevados a guer
puede encontrarse el primero. l{aciendo uscl de un
transformadorr sEr consigue fácilmente el ebjetopropuesto.
FfGURA 3. Dispocfcfón general de un trangforDador.
rrctnA 4. Traneforuador de aLslanlento para carga de una baterla.
q
Así, por ejemplo, la Figura. 4, muestra el esquema de
cergá de une hatería de acumuladores mediante el
rectificador R, conectado a 1a red á través cle r¡n
transformador derivado entre activo y neutre. El polo de
la batería puesto a tierra es independ.iente del neutro de
la red¡ puede ser distinto de unas; baterías en carea a
otras, e Íncluso Ferí¡anecer aislados ambos terminales. gí
aquellas son de baja tensión.
Tampoco deberian emplearse eléctricamente a conductoreE
de linea cLryo potencial sra bastante elevado.
Ef cascr sie pone tc¡davía má-- dre relir¡ve en Le medida de
intensiclades y vc¡ltajes en une llnea de alta tensión.
Eanviene a toda cortca aislar de ellla lnsi instrumentos que
hen rle ir montados rrn Lrn cuadro o pupitre accesible al
persorral de maniot¡ra. Ef transformador permite sierpaFárr
como indica la Figura 5 el circuite de les aparates de
medide respecto a la red A.T., de alt-a tensión. Fero la
posibilidad esencial de los transformadoresr por la clrsl
adquieren toda la importancia que industrialmente los
caracteriaa, eÉ la de mndi.ficar loE factore+s (tensiÉn e
intensidad l de 1a potencia elÉctrica trensmitida,
adaptándolos a las condiciones óptimas qLtGr s;Er Frecisen¡
tensiones elevaclas y bajas intensidaders para eI
Unh¡ridoo . ufc¡¡mo de ()ccid¡nra' tr,.:;n f,F'^?¡r¡
Trqnsfornodor
FIGIRA 5. Transforuadoree de afalanl.ento para fnstrunontos de uedfda.
12
transporte de la energía a grandes di=tancic"si tensiones
Gr intensidades medias para ta dístrihución á los centros
cf e consumo t y vo I t-a j es reduc idos e in tensidarJes
inversñmente considerat¡les en las redes de consumo
inmediato. Todo ellor con un renclimiento que supera aI de
cualquier otra c lase de aparatos donde interveng.rn
tranEformaciones de energía de Ia naturaleza que fuere:
mecánica, químic.r, elÉctrica inclusive.
En un transport-e cle encrFgía a Ersn dist-ancia EEr produce,
For ejemplo, a tl.CtCtO V en los q¡e+neradores {Figura 6}, EEr
eleve en la misma central a ??(r l{vr y llega al primer
centro de distribución, situadr¡ tal veu a IOO o más
kilÉmetros' En É1 s¡e rebaja a .115 kv Fara las ríneas de
Lrne longitud parecida, pt¡r las que circule ya sólc¡ una
fracción de conEiumo totalr y a 3415 kv para las rerles de
menoF extensión. Nuevas ramificacione=, más corta=,parten cle otros centros donde aquellos f inalizan, hast-a
llegar aeí r lae tensiones de servicio irrcfrrEtrial en loe
lugares migmos der consumo, ya del orden de Ér.OOO V, por
ejemFlor pará grandes industriales con motorers rrnicos de
fuer-te potencia, va a ?2o v FaFa sectores urbanos de luzy fuerra, Eada rrno de erstos camhi.os de voltaje se realizacómoda y económicanente pi:r merji.o rje transfr:rmadqr-es
estáticos de corriente alterna.
fiaE
=-1
s= A a'I.r{uCi6+¡otl'EÉ'6L!0tl['r{o0
'.oEoo
tE
o¡ltoaoÉc¡.+¡
atók6rooÉor{oÉorlo.E
Eoed.oF¡
arO
etC'H3t
3¿|'|
E¿
=itTO;
o>Gi-
E=
14
Los transf ormadores temL¡ién Eie em¡rlean ftara c¡t-ras
interesantes aplicaciones¡ ftor ejemplon cuando a partir
cJe una sola tensiÉn, deben alimentarse varír.rs aparatos a
distintas tensiones 1o que sucede generalmernte en muchas
instalacioners de telecomunicaci.ón¡ cuando =;E! trata de
obtener rnuy el evadas tensic¡nes Fara I as pruebas de
materiales aislantes, etc. . .
De une . maneFa general, ser puede decir que loE
transformadores se constituyen desde algunos vatios hasta
varios centenares de miles de vatios de potencia, con
tensiones de elimentación que pueden variar desde al-qunos
voltios hasta varios millones de voltir¡=. Por lo tanto,
su empleo es general, su construcción es muy rencítla y
los tipos censtructivos po=iblerr s;pn muy variactes.
1.1.3. Aplicaciones de un transformador. En los días
iniciales de la industri.a eléctrica, la energía tenia que
ser distribuida tromo corriente directa, a bajo voltaje,de morlo que los circuitt¡s de distrihución tenían una
longitud limitada ptrr la caida rje voltaje en las líneas.
El uso de la electricidad estaba timitado a ras poces
áreas urbanas en que st podia dar servi.cio e un gran
número de clientesr por medio cle circuiteg de
transmisión relativamente cortos. Éon energía de c-rjr elalto costo de cambiar de r¡n valtaje a otro significaba
15
que toda
diseñadss
eln el uEtr
la maquinaria y elquipo elÉctricoE tenían que si€lF
Fara el mi,smo voltaje, un obvio incsnveniente
de la electricidad.
La transmisión de corriente alterna comenzó Ein pequeÍía
G!Étrala con la instalación de los primeros transformadr:res
en Eireat Barrington, l"lassachr¡setts, er¡ 19E|6¡ Ésto señaló
el comienzo de una nueva eira guer habia cJer colecar la
energía eléctrica al alcance rle prácticamente todo el
mundo en los EstatloE Unidos. Toda éste resulté posible
For la invención y uso del transformadorr For medio del
cual el valtaje reletivamenter hajc¡ a qur ret geneFa Ia
energia pueder ser transformado en altcr voltaje, para
transmisión a un centro de carga situada a distancia
consíderable. La energía puede setF generada en lo:i
lugares máe adecuEdos Fara las plantas y transmitida
económicamente a muchas cargar situadas cl mi les de
millas. Pequefias ciudades y áreas rurales pueden otrtener
energia de una línea eon transformadores¡ Grn forma que ncl
resultaria práctica con transmisión de c-d. Puede
obtenerse cualquier voltaje, Fara cualquier aplicación.
L.2. FLEXIBTLIDAD DEL SISTEHA DE C.A
Son posibles muchos arreglos
de un trans'f ormador, paFa
o disposiciones del devanado
eI desempefio de funciones
tá
es;peiciales, como cambio cJe f ase y l-egulación. Hey
disponibles muctros tipcrs cle transforn¡adoresn cada unc con
caFacterlEtica= adecuadas al puesto que ha de ocupar en
el si.stema de transmisiún, estc esn comn transfnrmador de
generador, transformsdor de línea, transformador de
distriburción , etc . Son pesibles muchos arreg les cr
combinaciones de transforn¡adores Fara producir variossistemas de distr.ibucién, come radial, de red, etc. EÉta
multitud de cenexiones y arreglos produce sistemes de
transmiEión y distribución de c-á sumamente rltiles y
flexit¡les.
l.?.1. Flexibilidad en el dieef,o. Sabemos que el flujo
magnético sinusoidal induce el mismo voltaj€! en cada
espira de cada devanado del nrlcleo derl transformador.
Esta propiedad bási.ca dá al transf orrnador s;us
carecteristicas rltiles y rlnicas.
1.?.1.1. El devanado secundario eg una fuente de energía
de c-a, completame¡nte aislada de cualquier otro circr¡ito
e1Éc trico.
L.2.1.?. El voltaje del devanado secundarie puede tener
cualquier valor gue se desee, el cual es; FroF¡ercionat aln¡lmert¡ de vueltas del devinade.
t7
1.?.1.3. En un núcleo putsden colocarse varios devanacfos
secundarios Fara obtener varios voltajes del mismo
transformador,
EEto significa que un transformador na sÉlo es útil para
elever ct disminuir el voltaje, sino que loe devanados
pueden tamhién disefiarse y ctrnectarse en varias formas
para el clesempeficr rJe muchas funciones especiales, tEles
como cambio de fase y control de flujo de energia, que
nunce podrían haber sido desempefiadas 5rn
transformadores.
Algunas de las conexioneE más útiles se muestran en la
Figura 7. El transformador puede suminístreF cuelquier
voltaje secundario FaFa calefacción, alumbrado, acción
quimica o muchos otros usos. Puede suministraF eneFgía a
motores de tunel Eerodinámico con capacidad de carga de
vários miles de caballos o a une larga lámpara diminuta
cuya caFraci.dad eB una fracción de vatio.
l.?.?. Eonexionee polifásicas. La energia e1Éctrica BGr
genera y transmite del moda más ect¡nómica por medio de
sist-er¡as "trifásicos", aunque gran parte de la misrna s¡Et
utiIice "monofásicámente", El sistema trifásico usual
consiste, efectivament€r Ern t"res 'fuentes distintas de
1-,I
T
F\_\ (-9(>- x()- 2,tf(F 6) \.-H
,-I
->-)-I\.-
ANAIIO MULTIPLE
ELEVACIfIN O REVOLUCION
AUTOTRANSFORl.IAIIORCegutodor de votto¡)
CMEXIÍT{ EN SERIE
SALIIIA TRIÉILAR
Hrüruil il PARfl.EI${ smE- Ptnfl."tl0
FIG|RA 7. Conerlonca tfplcaE de trangfor¡ador, flcriblldad del lseñoIllferentes conerLones entre devanado¡ y cntro dcvanadoa y
núclco, paa obtcnar voltaJes para dlfe reitcs apllcaci,onee.
PctC'
)-OG'
)-dI
II
!
iI
Lq
energía, en que los tres voltaju=s tienen entre
diferencia de fase de 1?O graclc¡s elÉctricos.
sí una
5i los primarios de los tres transformadores están
conectados a las tres fuentes de energían los treg
devanados secundarios pueden conectarse stn muchas fermas
Fare obtener voltajes de salids de diferente magniturl y
relación de fase.
La Figura ? ¡nu¡¡stra comc¡ puede conectaree uná fuente
trifásica a tres transforrnadores FaFa obtener treE
distintos voltajes secundarios. E¡r E= y Es, de la Figura
? $on los voltajes secundarios correspondientes a los
voltajes primarios E¡=, E=o y E¡s¡ de la Figura 8,
En la Figura l(t puede us¡eFsel la cenexiÉn flara obtener rrn
cambio de fase, partiendo del sistema de la Figura ?. Les
devanados en la Figura I EEr cenectan pera obtener una
rotación de SOe entre el sistema de voltajeE en los
bornes E¡-Ea¡ Ea-Es, Eo-Err y el sistema original de
voltajes E¡=r E=¡s y Ee¡.¡. de la Figr-rra g. Este €ir un
ejemplo rle una cenexién para cambio de fase.
En general, pueden diseñarse con transformadores toda
clase de circuitos edicionades o eustractores cle voltaje.De hechr¡, la posihilidad de conectar devanados en muchas
ü¡linnid¡d .ru,rnrmo dá o((i{,¿;r¡t¡¡riln t;f'.r.rrl
_4r
l-
1,'"<3
FIGIIIRA 8. Slateoa trlfá¡fco ugual de tres fuénteg sepsradas dc ensr-gla, con dfferencl¡ de feges l20o grados eiéctrlcoe. RslacL6n vsctorlal y rotaelón de fages. entre los tres voltaJea.
,/*rnil*to\-.-,/
EICTRA 9. Slatera trlfágtco, con voltaJer do tres devanadog aecundarlos,dlatlntos, y l20c el6ctricos de deefaEe. IoE Ya. E I r Br¡ f Et
eatan concctado¡ cn dslta, ¡icntra! que Vp. E ¡ Br tEr son ttrBg
fucnte¡ dLstlnta¡ de cnergla. ,
X¡IxtX¡
TIX2
it-L!-llr
E'.I
ta, I
,"1
I
I
Gonr¡on rn Y
EIGTIRA IO. Slsten¡ trffá¡fco en qu€ ¡o conectrn tres dfatlntos devanados
secundarloo para dar tres nueyoa voltaJee, E -B¡¡B¡-E y Er-Errque eatán desplazado¡ 30celéctrlcos del sl¡tetrt dc la f1!. 9 'Egta eg la conexf.6n en Y de voltaJee.
{l
?3
forrnas diferenteE pára deeempefiar muchos tipos de
funcioneg r-ltiles, ha animedo a los ingeniertrs a usaF
transformadores en huchas aFli.cacioneg diferentes, nunca
imaginadas por les primeros constructeres de
t-ransformadoreg. Es ésta una de las cc¡sat que ha hech¡e
cFE c€tF a la industria elÉctrica y e la de
transformadores, hasta I legar a Éu actual magniturJ El
i.mportancia.
1.3. TRANSFORI"IADtrRES EN LA INDU5TRIA ELEtrTRItrA
En los Estados Unidos, Ia energia erlÉctrica comienza casi
invariablemente etn un generador trifásico de óü ciclesn a
voltajes supcr-iores a 25.OOO voltios. La práctica actual
consiste en conectar sÉlidamente el generador a un
trangformador, como se d¡uestrá Fn la Figura 11.
El sistema mostrado en la Figurra 11 está excesivamente
eimplificado Fara mostrar solamente el esqueme básico de
un Eistema de energia. Lss diversss circuitos =;on
generalmente circuitos múltiplee. Varios ramales parten
de los ci.rcuitos principales. Varios generador-es,
situados en diferentes lugares, pueden EiEIF cenectados etn
paralelo Fara suministrar energía al sístema, varios
sistemas puedern ser unidoE FeFe meyÉF seguridad y pueden
'J.FEq¡t E .útrhkroa¡ t{€ogrl 'E ¡lOt{.ll0tt8üCl r{ .r{
f€rt¡¡l!lroouÁcEO¡Or{dooLg$llOr{o.r{ r{ dOt!*t
ECaáoo€gRo+¡o
OF{F{ooor,r{ t{od trEoohoOóF{8adEr{oooÉ 'Flo6!aka¡I8.tUDr tdoNoFl r.l
Fl ¡.ó.rlOL¡¡€+¡a3looootáooE ¡€.Oúko-{O3,OCE ó
E H:o,g oooE€ErO6t{F{ }. 3,s u t.C¡OÉgsÉ¡rÉFl!O¡lEl'6E 6E g.-+¡38O r{rOrlk+llut ¡¡ o
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l¡¡A2u9Étvtr- tsl5-atA-rl2ñ4-uIJF
?5
agrÉgarscr variclsi ccrmpcrnentes, tales como reguladores de
voltaje Fara csntrolar el ángurlo de fase y la regulaciÉn.
Sin embargo, este Eencitlo diagrama nos mueÉtra algunos
de los muchos usos de los transformadores. En la fuente
del volumen principal de energia (plana generadoralr el
voltaje es elevacJo e un nivel económics Fara la
transmisión, v la energia es transmit-irJn a este voltaje,
a lt: que puede I lamaree el centra del volumen principal
de energia. Este punto puede estar G¡n una gran ciudad, o
en una localidad central, de manera qlre varias ciudades
pequefias o grandes pueden rer abastecidas desde un centrt¡
único de utilización. En el centro del volumen principal
de energía se reduce el voltaje y sie transmite Ia energía
For los circuitos de surbtransmisión qLle genelralmente
tienen varias millas de longitud. En los er:tremoe sle lss
circuitos de subtransmisión se colocan transforrnadores de
reducción, para hacer descender ef voftaje a un nivel
adecuado Fera los alimentadores primarios que llevan la
energía a las fábricas y hogares.
Lrrs transformadores de distriburción Ee Llsan pere reduci.r
eI voltaje de los alimentadores primarios e un nivel
adecuado Fare las fábricas y hogares.
26
I.4. CLASIFICACItrN DE LCIS TRANSFORI"IADORES
Para clasificar todes los transformadores qusr s;Er emplean
prácticañente, pueden seguirser varios criterios Eofno FoF
ejemplol Ei el transformador eleva la tensión primaria se
denomina t-ransfor¡nador elevador, y transformador reductor
en el caso contrario,
Loe tipes más
siguientesl
Transformadores de
fuerza o rJe energía, FaFa
de la energi.a elÉctríca.
i.mportantes de transformadores son Iog
potencie, I lamaclas
el transporte y La
tambiÉn de
distribución
Transformadoree de potencia para fines esFecialeg:
Fará hornos, unidades de rectificador, scldadures;, etc.
Reguladares de i.nclr-rcciC¡n Fera retgltlacíón de
tensión en los circuitos de distribución.
Autotran:¡f armadoree Fara I a transf ormac icSn de
tensión dentro de un pequeño rnargÉn, Fára arranque de los
motores de c.a., etc.
la
27
Transforn¡adores rJe instrumentes, para ccrnectar a un
circuitci los instrumentos de medición.
Transformadores pára .efectuar elnsaytrE a alta
tensión.
Et cerfipo de aplicacíones del transformador esi rnuy amplion
FÉrc¡ en todcrs los casos t¡l Frocetso fundament-al que
determina eI tral¡ajo de un transformsdor y tambiÉn los
mÉtodos de estudiq de los fenÉmenos que tienen lugar en
el transformador Ec¡n esencialmente les mismes.
1.4.1. For el sistema de tensiones qur transforma se
denominan:
Transformedores monof ásico-monof ásico
Transformaclores trif ásico-tri f ásico
Transf ormadores tri f ásice-rnenof áeico
Transformadores tri fásico-hexaf áeico
Transforrnadores trifáEico-dodecafásico
etc., etc., etc., sienOo los citailos les que más emplean
Fn le práctica.
1.4.?. For la disposiciÉn del circuito magnÉtico.
?B
1.4.?.1. Transformadores cle columnas ( Figura .1?) r
cuando, tEnto el prímarie como el secundario están
repartidos entre dog coluftnas del circuito magnÉtice
(caso de transformadores mc:nofásicosr Figura 1?) o entre
tres columnas del circuíto magnético (cago de
transformadores trifásíces .Fígura 15ti en ambos catctsir
el circuito magnética se cierra exclu:¡ivamente For las
dog culatas, superior e inferier.
1.4.2.2. Transformador acorazadr¡ (Figura 14) r
caracteriuado fJor la existencia de dr¡s colunlnas
exteriores, por las que Ee cierra en circltitn macanÉticot
y que egtán desprovistas de bobinado. En los
transformadores monmfásico (veáse Figr-rra 14) r los
devanado= primario y secnndarío sF agrupan ein la colurmna
central y el trans'formador constar For 1o tanto, de tres
columnas en los transfarmadores trifásicos (f igr-rra l5) r
1o:¡ devanados primarios y secundarios están montades,
generalmenter sln un nulcleo comúrn y For cansiguíenten el
tranEformador consta también de tres columnas.
Los transformadores de colLlrnnasi requieren mayor cantidad
de cobre Fercl fielnclF canticlad de hierro que loe¡
PRIMARICI
EICI'RA 12. Ilfepoatelón general de untranefornador rcnofásfco.
PRIPIARItr
SECUNI'ARIO
FIGIRI 13. Illapoefclón general de untrangfornador trffásfco.
PRIMARItr
SECUNDARIII
EIGffiA 14. Dtaposlelón general de ur¡ tranafornador uonofásfco de tfpo acorazado.
üllrqsidod ¡trror'cmil de 0cddenle IS*riún lib' ltero
ao
.!E
!lx6Loi,dot,tt{oró
lt{ra].¡¡¡.ocrEFIFu6a$¡;oHEIzÍf!(J-
l¡l ¡laoE,|{ókoÉoo0
ÉrOr{u.rlo0qodÉ¡
a¡ñFl
ÉC'Hk
trlFIu
=HufL
31
tranEformadores acbrazados de l¿rs mismas caracteristicas
de funcionamientoL trarla uno de estes tipos tiene slrs
ventajas y Eus incbnvenientes quÉ se e¡studiarán Er los
siguientes capítulbs.
f.4.3. Por la disposicién de los devanados.
I .4 .3, I . Transf o{"madr¡res de devanados separados ( Figura
1é) Én los cuales, los clevanados primario y secundario,
están montados
magnÉtico.
Fn columnas diferentes det circuito
1.4.3.?. Transfrbrmadores de devanados concéntricos
{Figura 17) en éstos, los devanados están montados en lamisma collrmna¡ el devanado de baja tensión se dispcne
casi siempre etn el'interior, máE próximo aI hierro, Fara
evitar el peli.gro i de un aFcc¡ ¡¡ntre el núcleo y eldevanado cle al ta i tensión y r el rnismtr tiempa, paFts
facilitar las Feparaciones eln el clevanado de alta
cual lstá más expuesto a averias que eI otro
1.4.3.3. Trangformadores de devanades doblemente
concÉntricos (Figurla 1g) que derivan de log anteriores y
en los que el devariado de baja tensién *Ltg subdividido
en dos mitades, quddando el devanado de altE tensión Ein
tensión, eldevanado.
EIGlnA 16. Tranpforuador de devanadoa separados.
EIGT'RA 17. Tranefornador de devanadoa concéntrLcos.
ltBT ET
FIGI.RA 18. thansfornadór de devanados dobl@nte conééntrícog.
- EIGIIIRA 19. Tran¡forradQr de devanados supcrpuestoa.
DT
ET
DT
DI
34
la parte centralr €:i rlecir, entre las dos mitades del
devanado de baja tensión.
I .4.3.4. Transf ormadores de devanados :;uFerpLlestes
(Figura 191r en los que las bebinas se montan alternad.es
sobre la misma columna y de forrna que se dejan siempre
dos secciones sle baja ternsión en los extremos.
For lo general, en los transformaderes de columnas
(monofásicos y trafásicos) ser prefieren los devanados
concÉntricos y doblemente concÉntricos, mientras que los
tranEfermadoree acorazados re clisponene casi siempre con
devanadog suFerpuestos ya quer rñ este casor Ee tfienor la
caída de tensión por relactEncia. Los transformaderes con
devanados =Éparados se emplean Foccl, aunque el estudio de
1a teoría del transformador monofásico ser realira siempre
a partir de este tipo de devanado For resultar más claraslas explicacione=.
1.4.4, 'Por el sistema de ref rigeración.
Transformadores refrigerados ptrr aire ( transforma-
deres secos)
TranEformadores refrigerados por aire y aceite
Transformadores refrigerados ptrr agua y aceite
Transformadores refrigerades por afre y piraleno.
FIGITRA 20. lfúcleo de un trangforn¿dor trifáslco de trea ranaa condevanado concéntrlco.
CULATA CULATAtI
I
i
I
+CULATA
35
etc. , etc, En un próximo capítutodetenidamente los disti.ntes sistemas de
los transformadoFes.
se estudiarán
refrigeracién de
1.4.5. Por el medio ambi.ente en que deben funci.onar.
TransformarJores Fara interic¡rTransfrrr¡iadores pará intemperie.
1.5. ELEI-IENTOS ESENtrIALES DE eONSTRIJCCIÜN DE Ltrs
TRANSFORT'IADTTRES
Et transfermador sGr coftFclne de las siguientes partes
principalesl núclee¡ arrollamiento (devanados cl bobinas) itanque de aceiter si está sumergido
atravesadores o pasatapas.
en aceite; y
1. S.1. Núc I eo. El nrlcleo del transformador es el
sistema de ctrapag guEr constituyen el ci.rcuito magnético
cc¡n todoe los componentes que entran Ein su construcciÉn.
Según el tipo de nulc leo, los transf ormadores ser
clasif ican en! transformadores de colLrmnár Grn los cuales
los arrsl lamientos cubren las remas del núcleo t y
transformadores acorazados, en los cuales losarrollamientos están parcialmente cubiertos por elnúc leo.
36
Independientemente de1 tipo, los núcleos están
ct¡nstituidoe siempre por chapas de atrero especial,
llamacle de trangformader, de Or35 a OrF mm de espesor.
Egtas chapas de metal rEr llaman palastro. Actualmente se
emplean rJos grados principales de acero de transformador,
Laminado en caliente, y laminado en frío. El último tiene
mejores propiedades magnéticas en dirección det laminaclo,
Fero requiere métodss especiales de montaje o ensamblado
del núcleo.
Para aisler las chapas de ecel-o se emplea papel de O'OS
mm de esFesor y barniz de aceite. EI Eislamiento de papel
es mucho más barato que el barnie, Felro sus propiedades
de conducción y resistencia térmicas y mecánicas Ecln
mucho petores. Además, el aislamiento de papel ocLlpa maysr
porcentaie de la sección transversal rlel apilamiento de
las chapae. Debido a Ésto, erl los transformadores de gran
ceFrscidad . de potenciar rrt que estos inconvenientes son
muy importantes, se pref iere el aj.slamiento de barniz.
Fer regla general, los núcleoE
gran cáFacidad de potencia
ensamblan con chapas de aceFo
cqnstrucción exige menos mano
O, 5 mm,
de los transformEderes de
(de mág de lO(t kVA) se
de O, 5 ftJn ¡ Ftrrque esta
de obra que con chapas cle
37
Los núcleos de los transfr¡rmadores monofásicos y
trifásícos cc¡n sius arrol lamientos están representados
esquemáticamente en las Figuras ?0 y 21 C-C s6n las
ra,nasi Y-Y, 'lae culatas¡ BT y At loe arrqllamientos de
baja y alta teneión, Felsp€rctivamente¡ IE.,r el cilindro
aislante entre los arrollamientos.
Les devsnados y el nrlcleo están lrnidos en una estructura
l lamada "parte activa" . Este conjunto set encuentra
inmovilizado dentro del tanque del transformador evitando
que las vibracioneE producidas durante eI transporte lo
afecten V gue los esfuerzos mecánitrsE gLrEr eFareccrn en
cas;o de cortocírcuito pueclan causár desajustes o
deformación de las bebinas.
En los transformaderes trifásicos serie l5 kV de l.OO(r
kVA y superiores y en los transfor¡nadores serie S0 kV laparte activa está fija a Ia tapa del transformador y Bl
conjunto sie aFoya en el fondo del tanque inmovilizándese
por medio de unási escuadras de guía. En lostrensformadores trifásicos serie lE kV hasta gOO kVA
inclusive, 1a parte activa descansa totalmente en elfondo del tanqlre sín tener unicln alguna con la tapa.
La parté activa una vez armadar sr somete a un proceso de
sesado con el fin de evitar variaciones en las
prof¡iedades dialéctrir:as del
consecuentes f al las eln
transformadorr ya completanente
tanque.
aceite y For
el funcionamiento
s¡Ercá sEl insta 1a
.39
tanto
del
en el
1.5.?. Arrol lamientos del transformader. [-oe
arrol lamientos del transformador deben satisfacernumerosc¡r requísitos, los más importantes de loE ctrales
son los siguíentesr deben Eer eficientes tanto en lo que
respecta al corte i.nicial teniendo en cuenta lasdisponibilidades del mercado de cohre, como en cuanto alrendimiento ctel propio transforrnador en servicios¡ lascondiciones de calentamiento de los srrol lamientos deben
eetar dentro de las normasi ya que si EEr permitierantemperatuFes más altas, la virja e,n ser-vicio deltransformador resultaria consj.derablemente acortada¡ lc¡s
arrol lam.i.entos deben seF mecánicámente estables tron
respect-o a la= fuereas originadas por cartocircuitoErepentinos¡ deben tener la necesarie resistencia de
aislamiento con Felsperto a lae sobretensiones.
Estos requisitos suelen s''r contradictorios. Asír p.,F
ejemplor con mayor densidad de corriente en elarrollamiento se emplea menos cobrer pElFo LaE pérdidas en
Éste son mayoFGrs y Fc¡F consiguiente el rendimiento deltransformado.r Gi=i más bajo. Temperaturas rfiás altas del
3?
errol lamientcr permiten
de los transfsrmadoFes,
etc.. Agi, pu€ts¡ el
arrol lamientos de
especialmente de los de
experiencia adquirida y
disminuir las dimensiones totales
Fetrct acortan su vida en servicio,
proyecto de ltre devanados rl
I os transf or¡nadores modernos,
alta teneiónr Er FeE¡ultado de la
de ensayas de servicio.
En cuanto a la colocación de lc¡e arrc¡llamíentos de alta y
baja tensiÉn se distinguen las siguientes disposiciones¡
Eoncéntricosr ES decirr arFFollamientes en qu€? Ias
FroyEcciones de las secciones transversales son circuloE
concÉntricos, y
Intercaladosr Fr"r los cuales las sercciones de losarrollamientos de alta y baja tensión están colocadas
alternadamente a le largo de la altura de la Fama.
E1 arrol lamiento concéntrico está repFEtEentado
y ?1. El
colocado máE
ai.sl arle del
Los principales tipos de arrollamiento concÉtrico s;on:
Arrollemiento de capas cilindricasi
Arrollamiento helicoidal y sus variantes¡
Arrel lamiento continuo.
eequemátícamente en lae Figuras ?O
arrollamiento de baja tensiÉn suele estar
cerca de la re¡rna Forque es muche más fácil
núcleo que el arrollamiento de alta tensión.
r-IIIII
a,fI,I
/r.-?----a
\\
-t'-'t\\_l\- t-\-. .t-\-----/
¡
;
\
EIGlnA 21. Ifúcleo de un trangfor¡ador uonofáefco dcl tlpo de núcleodevanado concéntrÍco.
CULATA
I¡
IIIIII
---J
CULATA
4?,
I . 5.2. t . El árrrc¡l lame.ints de capas ci I indricar. gii f á
sección trEnsversal de una ?*pira no excede'de El a 1O mm¡
el arrollamientc¡ cilíndrico e=tá constituido por variaü
capas de hilo redondoi sí la sección transversal de 1É
espira es más grande, el arrc¡llamiento se censtruyei cotit
hilo de secciÉn transversal rectangu.lar, usualmente con
doE caFas (Figura ?l). La trapa del arrollamiento tá
fc¡rma eepiras contiguras arrol ladas alrededor de ufr
cilindro. Entonces la eltura clel arrol lamiento es lá
altlrra de la capa. El hilo de sección rectangular puedS
Etr arrollado de plano o de canto. En el prímer cerc¡ lF
caFa más ancha del hilo está dispuesta ert la direcciódr
axial, y en el segundor En dirección radial del
arrol lamiento. Si la secciÉn transversal de la espir6
excede de 4O-45 mm, entonces una espira está formada FBf
varios conductores colecados contiguamente seguln 1+
altura de la capar para que ocuFFn la misr¡a posíción cofi
relación al trernFo de dispersión.
Fara mejorar le refrigeración de las capas del
arrollamiento se dejan canales de 5 a €l mm de ancho
entrei el las ( la rnayor anchura corresponde a Ioé
transformadoreÉ de mayor cáFacidad).
1.5.2.7. Loe arrollamientos helicoidales se
en! simplesr Ftr que las espiras sr¡n arrolladas
clasificarl
43
helicoidalmente, Fero dejando un canal de
anchura entre dos espiras adyacentes en el
altura (Figura 24a. ) y. semihelicoidal r En
espiras, Elxcluyendo la. de log extrerncts
bc¡bina sin canal (Figura ?4 b. ).
queda dividido en el sentido rJe
partes aproximadamente iguales,
Una espira de un arrol lamiento hel icoidal tb
Eemihelicoidel re cc¡rnFone! de una f ila de conductoref
paralelos de seccirtn rectangular dísprlestos en dírecciófi
radial del arrol Iamiento, colocados a lo ancho y
conti.guos. Para que 1a distribución de 1a corriente se*
máe uniforme entre las l-amar FaraIeIas se adopta 1ü
transposiciÉn de los conductores. La Figura ?3 es e|
esquerfia de lag espiras transpuestas del arrollamientó
helicoídal etn tre= sitios a lo largo de su altlrra! eln el
centro, Ia transpesiciÉn del punto medio A y do*.
transposiciones de grupo B, de modo que el arrollami.entd
-::":,,: :: ,l
que cada clop
5e unEn en unfl
la altr¡ra en cuatró
f .5.2.3. Arrollamiento continus. En los transformadoreÉ
de alta tensión (para 35 kV o más) sE emplea eI
arroltamientcr de tipo continuor gue sE! diferencia deli
helicoidal en quel =ie corrFone de una fila de disco= o
bobinas planas, seperadas por cánales o canductos (Figurd
23). La única propiedad pecrrliar, y la más r.ltil, del
FIGTIIRA 22. Ilevanado cflfndrfco de doe capaa.
EIGffiA 23. Dlagraua de tranapoatclón de erplraa en undevanado hellcoldal slnple.
I'e31s6
156Ie3
32I651
EIGIIRA 24 Ibvanado heltcoldal¡a) Stnple, b) Seofheltcoldal.
32I651
I56I23
I23+56
fIC[nA 25. l]lagrana de u¡ arrollaolento contl.nuo.
147
arrol lamiento continuc¡ ErE que sus bobinas estárh
conectadas entre sí sin. soldadura mediente un métodó
especial de intercalación de. una de las bobinas entré
cada par de ellas. Si una espira del arrollamiento tien4
vsrios conduc tot-es pára lelos r sÉ puede adoptar Iá
transpesicién de los conductores lo mismo que eln el caEd
del arrollamiento helicoidal.
GuEndo se utiliza el arrolf"riento continuo se sacan
derivaciones para la regulación de 1a relación dd
transformación en el margen t .57. a 2 X (t 2157.1.
La cuestión de1 aislamiento de log arrol lamierntos es dÉ
estar sometides d
que el Eíslamiento
nEtcegarta.
Estos arrollamientos sE! emplean principalmentel en Ioq
transformadoreg del tipo acora¡ado. Eomparados corl log
concéntricoe presentan vari.as desventáj as ¡ Et¡
censtrucción sls más laborio*a, Eon menos estableEi
respecto a los certocircuitos y más difíciles de aislarl
entre sí y con resfJelcte a la culata, For esta razónr eli
tipo principal de construcción de transforr¡ador es eI de!
especial importancia porque suelen
considerables sobretensioneg para las
dehe presentar la rigidez dietÉctrica
nrlclem con arrollamiente concÉntrice.
!48
1.5.3. El .tanque o cuba de aceite d¡rl tranEformader.i
Act.ualmente los transfermadores eumergidos eñ aceite sor{
los que más sE! emplean. En este slisefio el propiq
transformador cl parte desr¡ontable, es decir, el núcleq
con los arrollamientos montedos en É1, está introducidq
en el tanque I leno de aceite.
Cuando eI aceite se calienta,
rlel tanque, FFoveyendo así la
transformador. .
El tanque está montado sobre un
Eel cálculan pera torlo el peso del
empieza a circular dentro
refrigeración natural deli
El proyecto del tanque depende estrechamente cle laq
concliciones tÉrmicae ElspErcificadas para el transformador.i
Usualmente el tanque del tr-rnsfor¡nador de energía es di
forma oval. Debe seF capaz de soportar el exceso d{
presián interior de 0rS atmósferes.
ca.rril con rodillos qud
transformador
Las condiciones de refrigeración de los transformadores;i
son tanto más difíciles curanto mayoF ps la capacidad dq
potencia. Ftr cc¡nEiguiente, la construccién del tanque¡
debe setr la apropiadan de acuerdo con la siguientq
c I asi f icac ión ¡
1.5.3. l. .
unBs 30
senciIlo.
Transf orrnedores
kVA, con tanques
de muy pequefia
lisos., que son
capacidad, hast
los de tipo má
1.5.5,U. Transformadores
kVA aproximadamenter Elrl
de gran capacidad, hasta 3.oüq
radiadores tubr-rlarG?E en los que hay dispuestos
50 mrfi de diámetro en uná, dos o tres f ilast
soldados los tubos a las paredes del tanque.
los que se utilizan tanque{
tubos d1
estand{
Los antigutrs tanques de hierro corrugado nc' =;€! utilizarf
Ve actualmente apenas, corrparadas cc¡n los del tipo dÉ
radiador de tubo, FoFgu€r son mecánicarnente
no tienen rrná refrigeración tan eficiente,
más dÉbiles y
1.5.3.3. Los transformadores con capacidad de hast{
tO.OOO kVA tienen un sistema de refrigeración Fcrrl
radiador con refrigeración natural conectado a laH
paredes del tanque. El radiador cernprende dog cajas dq
colector {suFerior E! inferior) (f en Figura ?á) quq
están fijadas a las paredes del tánque por medio del
bridas ?, eEtando soldados en el interior de los
colectores dos filas de tubos de Sr5ü mm cle diámetro y A
mm de BspErsoF. Los tubos están cc¡locadoÉ ya Bea e Lrn lad{
del colector formando un radiador únicor o á ambcrs ladoEl
de É1, cofio radiador fleble. Los radiadores estáni
TIUn¡|.fs¡dod ¡ur,.r,rnr¡ d!t¡¡riá¡ !,1¡ ;¡trr..
ccrlocadosr con retFetrto a las parede= del tanquet
tangencial, ya radialmente. En la mayoría de los casos
gigtema que Ée uea es el de radiadores dobles.
1,5.3.4. Para transformadores con caFecidades de 1ü.OqO
kVA o más se emplea la refrigeraciÉn de chorro de Eire de
los radiadores. Al principiE¡ 5e empleó un sistema centr$l
de refrigeracién Fer aire forzado con uná o dos unidad$s
de ventilador. La práctica demostró que eEte sistema e{a
menos eficiente que el de refrigeración individual de l,it*
radiaderes por medio de uno cl dos ventiladores de 15(¡ia
?OO vatios montados en cada radiador (4 en Figura ?á).
emplean eln lae centralfs
aceite por circulación fle
egua en leE refrigeradores. En este ceso el aceite
circula mecánicamente irnpelido For una unidad especial de
bpmba, Los transfor¡nadores en que se incorpora eBte
mÉtodo de refrigereción eon de menoFes dimensiones Fn
cornpáráciÉn con les de tipe erdinario.
l=oYs
T'
En los transformadores que
hidroelÉctrica= ee refrigctra
ÉEl
el
1.5.4. Le tapa del tanque. La tapa del tanque
esencial de la construcción de Éste. En Ia
colocadas varias partes muy importantesr que
pasatapas o atravésadltres Fara los arrollamientos
€rs parte
tapa h*y
Bon E f ,it=
de BT
I
FIGTRA 26, ladlador cdn dog fllas de tubos.l. CaJas de colcctor.2. Brl.dbg' 3. Tt¡bob.4. Ventlladorea.
I
:
i
ATi cámEras de expansi.ón del ar:eite
de lOO kVA en adelante¡ tipe der eecape
transformadores con una capacidad
adel ente.
en transf orm,rdores i
(protección) parai
de 1.OOü kVA eni
En
de
transformadores de haeta 35 kVA se emplean aislad¡¡res
porcelana llenoE de síre e de aceite. (Figura 271.
En los traneformadores de lt0 kV en adelante se emplean¡
aisladoree llenos de aceite tron una serie de cilindros de!
papel bakelita colocados concÉntricamente en Bu interior:(Figura ?:8r. Les dimensiones y el peso de los aisladores¡
aumentan rápidamente con la tensión¡ asír For ejemFlot lei
altura total de los aisladores Fara transformadores del
11O, l3O V 22O kV Er ?.5üO, 3,O€lO y 4.4?O mmri
respectivamente¡ los pesos respectivos s;on 34O, 72ü yl
1.73O kg.
La cámara de expaneiÉn del aeeite y el tubo de escape e
expulsión es un recipiente cilindrico de chapa de acero
montado sobfe la tapa del tanque y conectado a el la por
un tubs.
Ef nivel del aceite en la cámara de expansión debe
garantizaF. cluer En todos los casos el tanque egtÉ
completamente lleno de aceite. Como la superficie de Éste
EIGITRA 27. Faaatapaa o atrayerador llena de acelte para 35 flf.
EIGlnA 28. Pa$tapar llcrro de aceite para 110 IY.
i55
en la cámara de expansión es rnucho menoF que dentro de!
tanque, y la temperatura del aceite en le cámare els muchci
menor en la parte superier del tanque, el proceso dd
oxidación del aceite cuando Eie Fone ern centacto ctrn eri
aire embiente eE' más lentoi con Ésto ge consigue unq
protección sufientenente sEgura del aceite y deli
aislamiento del trangformador.
Entre la cámara
instala un relÉ a
que BE erigineimplica peligro,
transformador,
de expansión de aceite y el tanqlre ser
gBEr eI cual avisa de cualquier defecto
en el transformador yt si el defectc¡i
el relé desconecta el circuito a1'
Para proteger al tanque de los posibles dafios porl
cortocircuito debideE a la producciÉn de gas en el tanque¡
y el eumento brusco de presión, se introduce un tubo dei
eEtrepe o expulslÉn. si es de aceFo, suele ser cilindricoiy estar conÉctado oblicuamente al tanque y cubierto por¡
un disco de vidrio¡ e una determinada presión el disco del
vidrio es despedide y.lctg¡ gaBes Eon exFelidos del tanque¡
conjuntamente con el aceite.
56
1.6. ACEITE DE TRANSFBRI"IADTIR
Aceite.
5e uss como medio aislante V refrigerante el aceitF
mineral.
Las características que deben tener los
transformadores son lae siguientes.
aceites de lob
Haja viscosidacl Fara obtener una buena trangferenciir
de calor.
Alta rigidez dielÉctrice.
Ausencia de ácidos inorgánicorr alcalis y azufrp
corrosivo, Fara prevenir un deterioro etn les aislamiente$
y los conducteres.
Resistencia a la oxidación V a la formación dF
lodos.
Resistencia a emulsiones ctrn agua.
Bajo punto de congelación.
El aceite nuevclr previsto Fare transformadoreB
convencionaleE de distribución y potencia y efl
transformadores autoprotegidos, dehe cumplir con latexigencias siguientes¡
grado de Pureaa clarErsÉl idos
T'Ilibre i de
disperlsos
color AE¡TI"{
dens.idad e lOoC
viscr¡sidad SSU a
viscogidad 55U a
Funto de inflamación( Fensky-Flartens )
azufre cerrosivo
rigidez dielÉctrica
factor dialÉctrico depÉrdida tan delta E
velor de saponifiÉaciÉnEaader (14Oh/llO-C!
valor de neutralización
lodos
cenizas
valor de neutralización(aceite nueve DIN 5tS5FI
g/mI
lOo"F
3?..F
€C
kv/cm (ASTH)
9O-C(VDE O37O)
segúnmg K0H/gAceite
mg l{trH/gAceite
peso 7.
exento
aprc¡x. 2OO
máximo Sxl0s
máximo O.ó
máximo S.3
máximo 0.06
inapreciables
máximo O.O3
rnái{ imB
máximo
máximo
máximo
mínimo
1.O
o.995
60
3?O
140
rhg l{EH/gAceite
Et ac.eite debe eer químicamente estable para evitarefectos corona en transfornradores de alto voltaje o
aparatos similares.
Antes de ser introducido al tanque, el aceite se somete a
un prclcesc, de filtrado y eecado Fara aseguFer su correcta
operación. Pruehas diarias de rigidez dieléctrica
gaFantiEan el valor para operáción de un transfsrmado
nLlervo (2OO kV/cm). El llenado sEr hace en vecie psr
evitar la contaminación y posibles burbujas en El
interior que serian Ferjudiciales para el bue
funcionamiento deI transformador.
el nivel de aceite y cclmprobar ls
el transformador ha estado fuera
tiempo.
i5s
rl
E
1l
nl
ir'
Antes de energizar el transformador se aconseja observan
rigidez dielÉctrica sii
de servicio por much{
/Ftr* extraer mues.tras de aceite con el fin de efectuar-l
pruebas se deben obtener de 2 a lO litros dependiendo dell
tamafio del transformador' cuidande qúe la vasija esté.i
completamÉnte seca y timpia y provista de cierrelhermÉtico. La muestra sei debe extraer de la partel
inferior del trEnsformador donde se halIa lacalízada lal
válvula de puFga. En ra=io que el transformader no poseai
la citads válvula (monofásicos y trifásicos haEta ISO kVAl
serie l5 kV), la muestra s€r debe tomar Ftrr la tapa dei
accEso a los conmutadores de derivaciones. Et valorlFeEiultante de la prueha ne debe ser inferior a IZO kV./cm.
Eie recomienda una revisión del aceite cada dos afios y si
es neceeario hacer posterienes rÉllenos de aceite,
utiliear la misma clase del original.
l5e
2. CONDICIONES FISItrAS DE FUNCItrNAI.IIENTtr
DEL TRANSFOR},IADOR
2.I. RELACIONES FUNDA}'IENTALES DEL TRANSFORT'IADtrR
En un transformador, como Ein cualquier dispesitivo d
eléctrico, y de Ecuerdo
de la enerEia se.tiene:
con la ley de la transformaciórf
Energía de entrada = Energía de ealida
Eomo la petencia es la energía en la unidad de tiempor erl
un transformarjor se tiene
Potencia primaria = Fotencia secunda¡.ia
Si el tranEformador es monofáficc¡r EG! tendrá
Ur I¡ = iJa I=
y t si Grs trif ásico
fB U¡. I¡ = fE U= I=
en ambos cagos
U¡/Ua = l=lrt
Ahora bien, paFe un transformador ya censtruide, como;
vererfnos más adelante r EiÉ tiene que la tensión esi
llnfu¡ridod lurunümo de
S¡tción lib:¡ntrro
60
proFoFcional al fluje magnÉtico y al número de e=piras, F
gea
U¡=k¡Énr
Ue=k¡Én=
y trEmo el fluje magnÉtico É eB comúnr rE obtiene
U¡. = k:¡ l|r.
U==kañ=
de donde
Ur/U= = rlrll'l=
o Eiea, qLrB la relación de tensíones es; igual a t5
relación del nrlflreFo de espíra=. Es decirr eue se deduce
U¡r fl= = U= ñ¡
Tratemos ahora de expresar anelítica y gráficamente faF
magnituder eléctricaE y megnÉticag gue interesan en uh
'tranEformadorn las cueles! siendo alternas y supuelstaÉ
senoideles, Fueden rElFFesentarse vectorialmente por EuF
valores máximos y sLrs ángulos de fese respectives.
2.1.1. F.e.m.del transformador en vacio y relación dftraneformación.
Eiéan:
Er= la f . r. tl. eficaz inducida rn el primario. erl
vol tios ¡
át
1
1
1
'i
E== Ia f. e, m. eficaz inducida en el secundario. E!
vel tios ¡
lh= el f tuje máximo inductor comrlnr rn maxwells
lineas de inducción¡
ñr= El núrnero de espiras del devanado primario (Fer via
si congta 'de varias en paralelo) ¡
rtz= rl número de espiras del devenado secundario (Fo
vía, tambiÉn) ¡
f, la frecuencia de la tensión aplicada¡ rrt hertz 4
períodos FoF Begundo¡
T, la dureciÉn de un período en segundos.
la t. et, m. ef icazr FoF espira en voltic¡s valdrá¡
k¡ X f. el. m. media = I kr.t.ú.l0r
5i designamos por k+ el factor de forma de la f .e.¡n
engendrada
k-r. = valeF eficsz de la onda/valor medio
Si las ondas de f.e.Í¡, Eon senoidales, el factor de formq
es kr = 1.11. y podremoe escrit¡ir:
E¡ = 4r44n¡ +.F.lo-ttv
Ez = 4¡44n3 t.6.1ü-f'V
las f. e. flrr son práctiamente iguales a las tenEienesl
respectivas Grn los bornes Ur y U3 prescindldo de 1al
á2
exigua calda
valor eficaz
de tensión.
y con onsles
Sin errclr sensible,
senoidales deE tensi.Én¡I
Ur - 4144 nr .t.ú.IO-EV
Ua = 4144 na.f .É.lo-Ev
Asi que Ur/U:¡ = nrlfla
LaE tensíones primaria y secundaria en vacío están en la
misma relación que los nú¡neroe de espiras. EstE eg la qu$
se denomina relación de transformÉciónr y Ia 'fórmul$
última sirve de base pára medirla prácticamente por mediS
de las lecturas de tensiones en vacio. Es independienté
de lE tensión de prueba aplicada al transformador, dÉ
modo que Grn los transformadores de voltaje elevado puedé
determinarse tambiÉn, exactementer áplicándoles tensieneg
reducidas, e incluso la relacién resulta asi más precisal
Forque evita la deformación de la onde t. Er. m;
secundaria FaFa la saturación debida a cualquier excese
de f lujo en el nrlcleo.
?.1.3. Corrientee de carga. l-a acción de la corrientdsecundaria sobre el circuits primario es producir en éstd
un censurno que anulase el efecto magnético de aquella.
EI1o equivale a decir que el fluja üt establecido por IJ
circuite magnÉtice común, debe quedarl
pues, eT
en el
contrarFestedo en todo momento por el
contrario, inducido Ftrr el primarío
suplemento de corriente abeorbida de 1a
que la t. tr. m. del secundario requerida
flujo de la corriente Eecundaria ha de
f .m.m. suplementaria que provetEr el
anularlo.
I',alla ñzlnt ó r¡rfe' ñafa
ló3fluje ieuall V
á costa de [nlinea¡ o tambiÉn
por el supuesltaI
sEF igual a ileprimerio paFa
peA I'z le daremos
cergar ccllno I= Er5
el noml¡re
la corriente
de corriente primaria
secundaria de traFge.
La corriente primaria V secundaria
raeón inversa de loE números de espiras
de carga están Fn
respectives.
La corriente primaria tatal I¡ EEr trorfiFBne de la corrienfede vacio, ligeremente alteradar gue designamos ahora
Isar y de la corriente de carga I'ai Frro la Eurfla no
aritmética, sino vectorial, Forque estas irrtensidades
estarán generalmente en fase.
FFT
Fs
To
En primera aproximación, siendo Ic¡. baEtante reducida con
respecto e fa' y
Fuede despreciar
el deEfaEe entre
Fara leg valores
ambss, considerable,
abeolutos¡
l"oIsF
ccln 1o cuEl,
resulta esta
casos !
Iratendiendc¡
otra de use
H¡E
a las
nor¡nal
Ur I¡ U= I=
Las potencias aparentes primaria
son aproximadamente iguales.
lPl.¿L H ¡¿
y secundaria En csrg
relaciones anteriores¡
y Buficiente en muchtr+
V secunderia estáfr
de los números db
I¡./l= fr n=ln,- f,, U=/Ur
Las corrientErE totales primaria
aproximadamente . en razón inversa
espirar FeEpErtrtivos.
7.7. EL TRANSFDRT'IADOR REDUEIDO
En el caso general ñr = nEr por lo que E= = Er e Ic I..iLos parámetros de loE arrollamientos, es decirr ;¡uE
registencias y Feáctancias, son diferentes cuande Io ssn
laE fuerzae electromotrices y las corrientes. Esto suelddificultar la aFFeciaciÉn cuantitativa der proceso guel
tiene lugar en un trans'formador y la reFFesentacién dÉ
los diagrema€ vectoriales, particularmente en
Erandes relaciones de transformación. Para
estas dificultades BGr utiliza un método en que ambog
arrol lamientos del transformador son reducidoe al ¡nismo
nrlmero de espiras. Usualmente el secundarío es referida e
reducido aI primario. A este fin el secundarie con n+
espirás ei€t vuelve B calcular Fara un arrol lamientó
equivalente del mismo núrnero de espiras rr¡ que el
primario siempre que no FÉlslulten afectadas la$
condiciones der funcionamiento en el Frotreso
del secundario aI primario.
de reducciÉrl¡
Todos los valores que pertenecen al gecundario reducid
se llaman ¡¡af r¡res reducidr¡s o de referencia y se rjenota
pr¡r lcrs mien¡os símbolos de los valores reales pero con Lr
acento de prima ( ' ) , es decir, E'=r I ':e , F'-, etc.
solventarF
"-.-1
T
T
T
necesErio modificar la f.8.m. E¡i
la razón entre le núrnero de espira{
primario y secundario, ErE decir ri
la razón de transformación k = nr/nJ
65
el caE c¡ dÉ
2.3.1. F.e.m. E'
obtener E'= es
multiplicándola For
fl ¡. y ll¡¡ de I
Frcporcionalmente a
For tanto,
= del secundario reducido.
E'= = nr/fi= E= = kE3 = Et
2.2.2. Corriente I'a del secundarie reducido. Cuands =e
reduce el secundario al primarior EU potencia total debe
FeFmanecer invariable, es decir, E'=I'a = EaIa. Por
tanto,
f ':r = E=/E'z Ie = Ilk I=r
eE decirr pare obtener f'= EtEi necererio modificar
corriente I= de mode inverEamente propercional á
relación de transformación.
?.2.3. Resistencia reducida del secundario F'a, Como
cuando ge reduce el secundario al primario ne cambia la
potencia, las pérdidas en :rl cobre en los arrollamientr¡s
real y reducido deben s€tF igualess. For tanto,. I'=E¡'E = IEaF=
2.2.4. Reactancia de dispersiÉn xa det secundario
reducido. Es decir, pare obtener H'a Es neceisario
modificar xa y Fa proporcionalmente al cuadrade de la
relación de tranEformación.
Xa = (Wr/hf=)u x:! = k=x¡r
la
la
Z . ?. 5. La i.mpedanc ia reduc ida
secundErio y del circuito secundario.
ser tiene¡
del arrol lamiento
Eomc¡ 7z = F¡¡ + jx¡
7'= = F'a f jx'= = l{EZ=
67
2.2.b, Ecuaciones
reducido. En un
f .m.n. es!
I¡fi¡ + I'
Dividiendo ambos
t-enemos l
de f .m.m. y
transformador
f . e. m. de I transf ormadol-
reducide, la ecuación dF
=l1r = Ic¡Fl¡ ó I¡n = -l'=fl¡ + Icr'n¡.
miernbros de estas ecuaciones por nf,
I¡
Ir
Ia,
+Io
Las ecuaciones de la f.e.m. scln:
. Ur = -E¡ + IrZt
Ea-l'=7'==U'=
E'a=E¡=I'=Z'=*U'=
?,.2.7. trircuito equivalente del transforí¡ador. Lh
investígación analítica y gráfica del funcionamiento def.
transformador Ee simplifica si sier sustituye ef
transformador rEal en que los arrolIamientos eetAfl
atroFlados electromagnéticamente FBr un circuito cuye$
elementos están unidos rólo elÉctricamente. En eI caro
BenErál este problema FLledGr tener varias solucionesr eF
clecir, Fodemos tener varios circuitos equivalentes del
transformador, Fero cada uno debe satisfacer laá
ecuecíones fundamentales
transformador -
f.e.¡n, y f .m.m, del
ul,, Lu#
LTlr-\_____
F+
\-;--- --,
EIGIRA 29. Clrcuftos de transfornador reducldo.
bq
En la Figura
circuitos del
2q podemos
transformador
observar 1a disposición
reducido.
de t1=
2.3. ANALISIS VECTORIAL DEL TRANSFtrRHADOR
Antes de entrar en su detalle, recordemos
principios que Ee deducen de la teorla
corrientes alternas, Seguiremos suponienclo
las magnitudes alternas¡
eetán en fase tron los flujos
íntegramente clevatiadas,
las siguientqs
gelneral de lqs
geneides tedds
Las f.e.m. de autoinducción E* debidas a la variacidn
de una corriente senoidal, retrasan de n/2 ó 9Oo respectio
a la cc¡rriente. Las tensiones U. aplicadas Farte
contrarrestar estas f . e, flr., sc¡n opuestas y adelantarl ,
ptrr consigr-tienten 9Oo (Figura SOa), respecto a lia
corriente citada¡ se dentrminan cai.das inductivas.
La caida cle tengión [J- por res.i=tencia óhmica eln {n
circuito está er¡ fase con la intensídad I que la provoc{.
El ef ecto de la resistencia erquivale a una f .e.nl.
(ficticia) E-r elFt oposición trcln la corriente y qLle pr-redle
llamarse cantratensión de resistencia (Figura SOb).
Las componentes magnetizantes I.,, de las intensidedels
relsFErctivos ú y s{n
q)
ftüeütüriKrn
b).
Tergrooü
0rruh I
Ft{p 0
u1 odhüffi
Controter¡sonde regstefihE1
Tcrwr oplhot
lr
Gcrmte totol
Coorknte;ogrttronte Iu
ti
EIG{IRA 30 Reldclone¡ de faseg ¡¡la Lnportantes.
7L
Las compenentes energéticas I eEtán en fase con las
tensiones y ÉEn FoF lo tanter átrtivas o vetiadss (Figura
3Oc).
En todos log diagramas vectoriales admitiremos
implicitamente el sentido del giro contrario a las Egujas
de un relej (Figura 31).
?.5.1. Diagrama vectorial en vacío. Se Fepresienta en la
(Figura 3?) donde los vectc¡res tienen la significación
siguiente;
Éo = f lujo cemún en vacio¡ es el rlnico que Be Eupc¡nE
existe en el trangforn¡adorr ya eue¡ cc¡mo dijimost
el f lujo de dispersión primarior Én vacior puecle
despreciaFser enteramente ¡
Ere = f. G!. m. inducida en eI secundario por e=te flujo;
retr.asada. FueE, de n/? relsFecto a Éc¡l
U-.¡ = tensión quel apeFÉtce entre los bornes del
secundario¡ ets igual a la f . el. m. ante'rior
U-,¡ = E-q,
Er,t = f . €. m. inducida PEr el misrno f lujo en el
devanedo primarior Fh fase con E-6'.
Ur = tensión de línear aplicada al primario, igual y
opuesta e la f. e. m. desarrollada a Éste,
pFEl€cindiendo de la pequefia f . Gr. m. de dispersión
y de la caída éhmica primarias en vacio¡
/---- --\l r-r
\____ __,
FffltRA 31. Dlagrana yctorlal en vaclo.
73
fe., =
ro* = cornponentE! activa de I a trorriclnte Frimaria I
neceseFie Fara BuminiEtrar las pérdidas en el
hierro, abstracción hecha de Iss pérdidas
insignificantesr FÉF efectr: Joule, etn el cebre,
dehidas a la corriente de vacío. En fase con la
tensión -E¡¡o }¡ la teneión primaria Url
Io = Eorriente en vacis resultante de los dos
anterieres ¡
fo=Ic'F+fc'*i
Te = Desfase en vacío. Como la cerriente magneti=ante
suele sielr bastante superior e la componente
activa, el desfase Éo Ersi muy elevador ElB decirr el
factor de potencia de un transfor¡nader en vacío es
siempre muy pequeño, del trrrlen de OrlO a Or?0.
?.3.?. Diagrama vecterial
vErrse en la (Figura 3?) que
ella¡
#¡ = f lujo comr'rn al primario y el secundario, eln cargei
E== f. e. flr. índucida en el secundario per este flujo¡
f== coFriente de carga, secundaria supuesta. en retraso
U¡r = -Ertre'
cctmFonente magnetizante
nEtcesa|.ia para producir
eI¡
Ur./U-,¡ = ft¡./fta
de Ia corriente primaria.
el flujo Éor tfi fase con
con cerge inductiva. Puede
complementa a la anterier. En
IIII,
)i
FIGttM 32. Dlsgrara Yectorr.al concarga LndrrctLva .
EIG[nf 33. I]lagrua-vectorlal concarga condenaÍva.
71
resptcto a la tensión ern bornesr €s decir,
corFesFondiente a un circuito secundario de
naturale¡a inductiva¡
E-* = f. Er. fli. inducida en el secundario por el flujo de
dispersión É¡s concatenado rlnicamente con este
devanado; siendo H2 la Feetrtancia de dispersi'ón
secundaria, 2- el coeficiente de autoinduccién
equivalente, y f la frecuencia.
E-*=lirlr=?t¡f?-I-i
Elgte f. e. m. netrasa de 9O€ respgrcto al flujo Érs
que Ia producer el cuel =;e halla en fase con la
corriente de trerga f- y no siEr muestra en el
diagrama:
E-- = contratensión de resistencia del secundario (f. e.
m. ficticia). Eiiendo F2 la resistencia de este
devanado,
' E-- = Fef.z
en oposición con la corriente I=i
d.d.p.= diferencia cle potencial.
U- = d.d.p. en los hornes del secundario¡ evidentemente:
U-=E-*E--+E-7
pueeto que debe resultar de la composición de tedas
las f . Gr. m. que áFarEcErn en el citado devanado¡
g- = desfaee entre la tensión y la corriente
secundaria:
7á
taa¡.
IF =
I*lt =
¡lr -
E¡. =
-Er =
Urt- =
corriente primaria nElcelsaFia Fara producir el
f lujo conún ú en trargá, ccrmo lcr elre la precisa
Fare establecer el f lujo É'¡ en vacio. Consta de
las dos componElntes¡ unar
corriente magnetizanter éñ fase con $i y otra
corniente Fara suministrar las pÉrclidas en el
lrierror Ern adelanto de n/?r o seta¡ Eñ fase cen -EF
coFrirnte absorbida por el primario Fara trornpen=ar
la f , m, m. rtr I- y de vslor.
r¡l.Is'=I-i
nF
corriente primaria total,
Ie=I-'=+fnti
f. B. m. inducida eln el primario por el flujo
común 6¡ en fase con E-¡ altrcximedamente, lo mis¡r¡o
que un vacío.
Er = E= ñ¡/F¡= ¡
componEnte de la tensiún aplicada, necesaria para
vEnceF la f . e. ít. anterisr¡ igrral y opuesta a
ella¡
cclmponente de la tensiún aplicada, necesaria Fara
vencer la resistencia óhmica F¡ del primario, o
EiGia, traida óhmica primaria, npuesta a lacentratensión de resistencia E.- no rnostrada en el
dibuj o ¡
U.- = F¡ Ir !
77
U¡rr. =
Ue=
T¡r =
Observando log diagramas de
fácilmente quen partiendo de
está en fase con la corriLrnte primaria total lri
corfiponente de 1a teneiÉn aplicada, necesaria Fera
venceF la f. e. m. de reactancia debida al ftuja
primario cle dispersián #ea' o s;ea, caida inductiva
primariai siendo, cotno siempre x¡. la reactantria
del devanado debida a dicho flujo, y 2t eI
coeficiente de dispersión equivalente, tendrernos:
Up', = X¡I¡ = 2Í f 2rlr iEste tensión es igual y opuesta a la t. E. ln. de
reactancia Er*' no indicada eln la figurar y
adelantará de rnl? respecto al flujo dispersa
úea' ds que tampoco se muestFá en el diagrama, o
sEar respecto á la corriente primaria que lo
engendra, Ir ya que la f. Er¡ fi.r en sir retrasa de
?o!
tensión de línea
evídentemente:
apl icada al primario ¡
Ur = -E¡. * Up- * Ue- i
desfese en carge¡ el factor de Fetentria ros Te
del sistema aumenta considerablemente por efecto
cle la corriElnte de caFg€t, siempre menor inductiva
que la corriente de vacio propia del
transformador
las figuras 31 y 3?, EE! vB
un mismo velor del flujo
7g
comúnr en vacío V en carga (Éo = É), con idÉnticos
valores, FueE, de las t. É. tn- inducidas ein los
devanados, E:s y Er en uno y cttro ce=;o, la aFarición de
las tensiones de registencia E-- y Ee- y de las t. e. r¡.
de Felectanciag E-r, V Ep' con la carga, conducirán en
general a un voltaje primario de línea Ua distinto en las
condiciones representadas por una y otra figura. Eon
carga inductiva, como hemos supuesto, la teneión U¡
habria de ser más elevada, aI Faso que! le d, d. Fr. U= en
los bornes del Eecundario sEr hace menoF que en vacío
(U={U-c,}. La tensión aplicada etsr sin embargo,
independiente de la carga, a mÉnos quer se acuda a medidas
especiales para variarla al peF que ésta, rnedios que ncr
hemos de tener en cuenta _ en el estudio propio del
transformeder, de forrna que es preciso considerarla
siempre cc¡lnct constante. Par tanto, las +. Er. m. Er y E=
han de quedar necesariamente modificadas al venir laceFga, y siendo ésta de la naturaleza supuesta Ein el
diegrama de la Figura 3?r eie decir, inductiva, resultará
una disminución de ellas que entrañará la reducción del
f lujo co¡nún út tat y cofiio habiamos previsto al describir
los fenómenos que' sGr producen e.n el transformadar al
mismo tiempon la reducción de Ea llevará ccnsigo una
mayoF disminución de la d. d. p. U= en los bc¡rnes del
secundario.
79
No Éiempre estas alteracierres' Eicrn en el sentido que
acabamos de indicar. El flurjr: comrln d' y la tensién
secundaria U= pueden íncluso aumentar con la cargar si
ésta es de naturaleza fuertemente condensiva, como vamos
a ve¡- inmedíatamenteE.
2.3.3. Diagrama vectorial con carga condensiva. En la
figura 51. Ee relFreEernta el diagrama con Ia misma treFga,
Fero dGi naturaleuE euficientemente condensivao treFeE de
invertir el sentidc¡ de las variaciones del flujo y de Ia
tensión secundaria a que.acabamos de referirnos. Todos
los vectoFer tienen el mismo significads y se originan
corno en el diagrama anterior, pere el adelanto de la
int-ensidad secundaria Iz sobre la tensión Bn los borne.s
U= modifica tronseicuErntemente la fase de las caídas
óhmicas e inductivss.
La simple inspección de le Figura 33 muegtra como, e
igualdad de fluj6 Ér se obtendria una teneíón secundaria
Uz más alta incluso que ern vacío (Figura Stlr y leria
precieo arln aplicar al primario una tensión U¡ mÉs
reducida que en este caso. Hanteniendo, pues, la tensión
primaria invariablen les f. e. m, Er y E¡r y con ellas el
flujo común út Fesultan aumentadas, y Ia tensíón
secundaria se elevará máE todavía de le que el diagrama
acuta. El factor de potenci,a primario e=; muy próxi¡no a la
Unlrrddod lulun¡rtlu J6 li1.¡id¡¡r¡
' S¡CC¡ón 8ib''¡rlrt
BO
unidadi Fero acentuando el carácter condensivo de la
cárqa, pudiera hacerse condeneivo tambiÉn el desfase É.
En FElsurnen¡ cuando 1a corriente secundaria Ia avariEa
suf icientemente sobre tl O. d. p. Uz en los b¡ernegr la
tensión secundaria aumenta cc¡n la carq¡4. Es eI mi.smo
fenómeno que aFarcece en tedas laE máquinas y líneas de
corríente alterna. La carga condensiva eE siempre de
naturaleza nragnetiaante y disminuye la caída de tensión
total en el circuito.
2.4. COEFItrIENTE DE REGULACIT]N
Para un tensién primaria dada, U* Ia d. d. f¡. secundaria
en los bornes varíar como hemos visto, según teá la
magnitud y desfase de la corriente de carga. En vacio,
tiene por valor U-,¡i para la= intengídade¡s I- y factor de
potencia cos É- securndarios, el voltaje de salida se hace
U- pudiendo ger U- U-,¡.
La caída de ten=ión absoluta vale
U¡cr U-
En cargar
u = lOO 
g1
inductivo, y
regulaciÉn del
recibe entences
transformadol-.
el nombre de coeficiente de
?.5. PERDIDAS DE PtrTENCIA
En los. transformadores, comc¡ etn cualqr-rier otro
dispositivo eléctrícor er producen pÉrdidas de potencia.
Una parte de estas pérdidas se producen ya en vacio y se
conrervan inalteradas en cargar por le que s€! conocEn cc¡n
el nombre de pÉrdidas en vacío; otra parte de las
pérdidas solamente áFal-ecen cuando el transfor¡nador está
en cerge y dependen, esencialmenter de la cargat siendo
aproximaclamente FJropctrcionalee a ésta ! sct denominan
pérdidas debidas e la carga.
?.5.1. Lae pÉrdidas en vacío son las que se producen en
el circuito magnÉtico a causa de la hi=tÉresis y de las
corrientes de Foucault¡ p€r le tanto :ionr eisentrialmentet
pÉrdidas en el hierro. Aunque con el transformador en
vacio también aperecen pérdídas por efecto Joule en el
arrollamiento primario, debidas; a la corriente de vacio
Io¡ ccrmo esta corriente, Efs muy pequefiar pueden
despreciaree estas pÉrdidas y tener en cuenta eolamente
las ya citEdas pÉrdidas en eI hierro.'
B?
2.5.2. Las pÉrdidas debidas a la carga se producen en
les circuitos elÉctricos primario y secundario del
transformaclori se denominan tembién pérdidas en el cobre.
Se derben al efect.o Joule For efecto del paso de las
corrientes primaria y
arrol lamientos y valen
secundaria FJor lc¡s respectivos
Fc,, = I ¡.=
For lo tantor sen Froporcionales a
Rr + I=! R=
la corriente de carga.
Durante el funcionamienta en crFga O:t transformador
aFarecen simultáneamente las pérdidas Bn vacío v las
pérdidas debidas a la carga, de ferma que las pérdidas
totales valen
Fe=Fr-tF¡¡..
De ellas, las pÉrdidas en el hierro sc¡n pÉrdidas fijas e
independientes de la cargar y las pérdidas en el cobre
son pÉrdidas varJ.ahles y rlependientes de la carga.
Naturalmenter En los tranEforr¡adores con arroll.amientog
de aluminio, la expresiÉn ,,pérdidas en el c¡¡bre' debe
sustitr-rirse pnr pÉrdidas É¡n el aru¡ninio. l'lás Eeneralperc?ccl 1a denominación pérdidas en los arrollamientos.
trabe hacer algunas
los trangf c¡rmadores.
consideraciones sobre las pÉr-didas de
L¿¡s pÉrdidas en el hierro o pÉrdidas
B5
en vacícl de un transforrnador tiene una gran importancia
durante la explotación ya QuRr Ftrr no depender de Ia
carga, FFovocan un consuíto de energía incluso cuende el
transfer¡¡ador no consumetr EE decir, en log periodes de
paFoi esta energía debe ser pagada per el ususrior ya gue
los contadores de energía Ee instalan siempre eln los
Frimarios de los transformadores. Por otra parter se ha
demastrado experimentalmente gue las pérdidas en el
hierro son apro>:imadamente proporcionales al cuadrado de
la inducciún; .es decir euBr desde el punto de vista del
usuarior sctn preferibles las inducciones bajes' Pero el
interÉs de loe constructores de transfor¡¡adores es dar un
valc¡r tan elevado comct Be pueda a la inducciónt ya quet
colfro sabemos, la fuerza electromotriz inducída valet
E=4¡44fnÉ--*
y Eiendo constantes, Fare un trangforrnador dador lBs
valores de f v de n
f=kÉ--*
P€!Fc¡, a tu vclz
G--* = Brt-r, S
o sEle que
f=kB--r,S
es decir quÉ para obtener una flterza electremetriz dadat
cuanto mayor sea la inducción, menoF será la sección de
hierro yr tambiÉñ, t$enos cobre se necesitará en las
arrollamientos, ya que lae espiras de Éstos tendran melnoF
g4
perírnetFo¡ como resultado, E!1 tráns'formador será meinos
voluminoso y más econÉmico cuanto más elevada s;era la
inducción. For consiguientt=r En le que a la:¡ pérclidas en
el hierro se refiere, debe solucionarse el problema de
forrna gue no regulte lesivo ni para eI constructor nipara el usuario
El fenúmens de histÉresis y las corrientes parásitas o
corrientes de Foucault que se deEarrollan en el nricleo
por efecto del flujo alterno, tronsLltflein una cierta
cantidad de energía. Con transformadores defectuesamenta
proyectados, adquieren tambián importancia las pÉrdidas
de la misma naturaleza en otres elementos csnstructivosdel aparat.ol soportes, tirantesr caja y cubierta, etc., y
contribuye.siempre e aumentar la Fresencia de rebarbas de
corte en las chapas, tirafondos y pasadores macizeg En el
núcleo y el deterioro fácit del aislamiento al montar lasplanchas,
2.5.?.1. PÉrdidas Ein el hierro. A continuación sEr
calcula el peso del hierro Gr-r en kilogramos. De las
curvas dr pérdidas en la chapa (Figuras 84, gS) se
deducen las párdidas en vatias por kilogramon segrlrn lainducción que hayamos elegido yr multiplicando por el
Feso, las pÉrdidas totalr:s, Pr-r bn watios.
Ft- = Gi+- W¡r¡
3.8
3,6
3.4
3.4
30
e.8
?,6
¿1
¿?
?
1.8
1.6
1,4
l.?
r'ol0.81
0.61
0.41
o.rl0.11
¿1oJ>to.:ll
ttt0llnBltt516t7
E ftG)
EICI|RA 34. Pérdtdaa eepeclflca¡ en el hl,errc. Eapceor, 0.35@. para chapaalauinadas en frlo.
500
480
460
41ol
4e0l
4oo I
38ol
36,p I*ol
3e0l
3001
^ e8o[
$aeo[i arol.
i aao[aoof
18of
reof1401-
raofroof80Frol-401-
?01-
toLI .t ¡,
. E (kct
EIGlRA 35. Cr¡rvae depérdlda¡_relatlvag €úr el hlerro para chapa¡ de trans-fonadores de O.3!i D. de eslreror.
a7
Las truFvas aI
suministrador rf,
constructor,
aparato Epstein suele facilitarlas el
ser obtienen eln el laboratorio del
Las curvas prácticas corresponde
determinarlas al constructor, ya qLlGt dependen del sistema
de fabricación empleado, y ello puede inducirle incluso a
modificar ciertos detalles constructivoE.
?.5.2.7,. Férdidas en el cobre. Se calcula tambiÉn el
peso de cebre¡ Ei¡, etn kilegrames. Eonoci.da la densidad de
corriente, sln amperies For milimetro cuadrador la
fórmule nos da las pÉrdidas totales en el cobrer hfrr th
vatios, incluido eI efecto superficial ¡
P*=kr = Gi=
De ambas fórmr-rlas B€t deducer ademáer qLte tanto Ltna como
otra clase de pÉrdidas Bon proporcionales aI Fesor de
inodo que prreden evaluarse cerFectamente en vatios pclr
kilogramo de chapar y que las cifras resultanteE
dependen, FaFa cada clase de materialr de las índucciones
B máxima y efica= (indirectamenter f¡uÉ!s, de la fo¡'ma de
onda), de la frecuencía f y del grueso de las chapas Trr.
Con objeto de incluir en 1o posible las pÉrdidas diversas
que hemos mencitrnado, las curvas práctices se determinan
a base de transformadores comFletamente construidos. En
8B
el laboratorio se ensaya sobre paquetes de chapas, con eI
aparato de Epstein y onda sonoi.dal. Los valores hallados
por el primer procedimiento, suele ser un 1O a 157. máE
elevados t y así, cuandg se apl ican lag currr*= de
laboratorio, deben incrementarge Ios valores de lag
pérdidas que s;el deducen de el I as en aquel mis¡no
porcentaj e.
2.6. RENDII'IIENTtr
Gonocidas las pÉrdidas en el hierro Pr-r y en el cobre,
F=-r a F.E.r lss expreteremos Por eus valoFtt l¡tc¡ Y trtrr Bfi
tanto por lOO de P t y tendremos, a P. C. y cc¡n cErsl fi- =
orB
n =[6oo - roo(hfc, .r wrfrpo * hrc, * t^lü
?.7. CAIDAS EN CORTO CIRCUÍ Ttr
La caida óhmicar u-r €n tanto Ftrr lOO de la tensión
normal, U-, es igual a las pÉrdidas en el cebre, P=,.r G3rl
tanto por lOO de la capacidad, P, del transformador
Ur = wa = IOO hfa/
La caida de reactanciar ll,.r Ert tanto por
Por
lO0, viene dada
Lrr = !!fA--=_Ll_a v.I._u-
ha/
8?
tle(a v)g representa Ios amperios-vueltas por centimetro
línea rle dispersión en las entreceras
Unr la tensiún inducids en voltios por espiras
A.¡' la sección efectiva del circuito magnÉtico
dispereión por entrecaFa
de
lJ¡¡ = g'lO-'E'f ---Fl
. Utzdr potencia aparente en
de entrecáFa.
La caída de tensión a P. C.
tanto por lOO¡
ll = Llr co5 dir + ur 3en
A.¡7. = El. l0-'E. f . Fn A- T.
É Leg U-akilevoltamperios por centímetro
ctlrto circuitor Ue!La calda de impedanci.a o tensión sle
. Ua = fu-z f u*=
a
y cnn cc'5 Ér dado, será en
É- * -$.',-C.EE3--..1-!ü--..EEE-3-J3200
?.9. coRRIENTE DE EXCITACION, IF
La figura lOE da los voltamperíos de excitación (v al*necesarios por kilogramo de chapa, Eegún la inducción, B,
e que trahaja.
La cerriente magnetieante, I*tensiÉn primaria, LJrr En voltioe¡
afnP€lrLE¡5, con la
Uninridod lurrf'úmo de Cctidcn,b
SCrr¡ón f,h';ntero
90
I¡, = {v a}.r-¡$¡.- = r---r¡-UF UF
Eií éIgunas de las caFácterísticas hallÉdas (pÉrdidas,
tenEiÉn de corto circuito tr corriente magnetizante) cae
fuera de los límites que se especifiquen o de los valoFes
que hemos da.do cctme norrnales, cuando aquellos límites no
los condicic¡nan prevíamente, habra que retocar las
censtantes del transfermador, observandor poF las
fórmulae donde intervienen, en qué forma pueden afectar a
loE resultados. En particular, Fera disminuir lEs
pÉrdidae en el frrro ge reducirá la sección del nrlcleo¡
paFa disminuir las *pÉrdidas en el cebrer sir aumentaria la
seccfón de los ctrnductc¡reg cl la del nrlcleor y Fara
disminuir la tengión de reactancia, sEr aumentará la
longitud de las bobinas o si€! reducirá el número de
espiras.
2.9. CALCULtr DEL .CALENTAIYIIENTO
La capacidad de carga de un transformador estA limitada
por la temperatura máxima admi=ible en el interior de los
arrol lamientos y en el f luíde ref ri.gerante (aceite,
askarel, etc.). Un valor excesivo de la temperatura de
los arrc¡llamientos pFtrvr¡ca la carbonieación lenta de los
aielamiento= en contacto con el cobre¡ For otra parte, el
aceite calentado mucho tiempo por encima de ciertog
?l
límitesr EE descompone formando sobre los arrollamientost
depósitos de reacción, ácidar qLte impiden la evacuación
del calor y elevan ext-raerdinariamente la temperatura
interior del transformader.
For tedas estas razonesr st han establecido normat
nacionalee e inclltÉo internacionales para fijar log
calentemientos admisibles en los arrollamientos y en lss
fluídos refrígerantes. De acuerdo trcln las normas cle Le
Comisión ElectrotÉcnica Internacional r especifican que
trabajando el trangformador en forrna permanente cen 3u
régimen neminal, a uná altitud inferior a l.OOO mr el
calentami.ento medio en cualquiera de los arrollamientost
medido por el procedimiento de variación de resigtenciat
no debe exceder de áSoC á la temperatura del aire
ambiente, admitiendo una temperatura máxirna de 40otr Fara
dicho aire ambiente. En las mismas condicionetr el
calenta¡niento del aceite, medido directamente en el pltnto
de mayor temperatura del mismtr¡ tr€ debe exceder de áOoE.
El método de variación de reEistencia citado en el
párrafo anterior, consiste en la determínación execta de
los valores cle la misma, primero É!n frío Rr a la
temperatura ambiente y antes de reali=ar el elnsayer
después en caliente R¡n al terminar la prueba. De ambae
9?
medidasr Be deduce la elevación de temperatura r según
la siguiente expresión
Ae= --E=--8,'- (?35 +€r) - (& -9¡)Rr
para Errollamientos de cobre
Ao = _B;o - R,_ (?4s +@r) - (@= -@r)R¡.
FaFa arrollamientos de aluminio
a = temperatura ambiente ínicial
e = temperatura ambiente final
Fara evitar los sobrecalentamientos de los
transformadores FoF encima de los valoFes.previstos en
las noFmasr EE utilizan distintos tipos de fluídoE
refrigerantes y varies sistemas de evacuación del calorn
gue re eetudirán en otro capítulo.
?.10. TENSItrN DE CORTtrCIRCUITtr
Por def inición sie llama *errsi¿iz de cr¡rtr¡circuitr¡ U.'= a la
tensién á la que esi precisa alimentaF un transformador
para que suministre la corriente nominal secundariar cc¡n
el secundario conectado en cortocircuito.
circuito equivalente eimplif icado de un transfor¡nasler
cortocircuite está repFesÉntado en la Figura 36. Por
EI
en
lo tante t y de acuerdo con la definición
tensión de cortocircuito vale
U== = R== Ir + X== Ir
El diagrama vectorial del transformador en
se reprFsElnta ern la Figura 57. Las caídae
cortocircuite óhmica y reactiva valen
Un=o = fJ== Eos dr== = R==
Ux== = lJ== Sen Éo= = X==
?s
anterior, la
cc'rtocircuito
de tensiÉn de
I¡.
I¡
Si EÉr determina experimental¡nente log valtrres de La
tensión de cortocircuito U-= y del ángulo de fase de
cortocircuito Éo=r pueden hallarse For cálculo loe
valsFes de la resistencia y de la reactancia de
cortocircuito, de acueFdo con las siguientes expresiones!
R-= = -.hee- =I¡
X== = -tlx==- =I¡.
J==_ Ees É==I¡
-
?4
U== = _-U==-- lC¡ü = _Js=-_I_r_ fOOlJ¡. Ur
De la misma formar sF pueden definir ras caidasi de
tensión de cortocircuito porcentualesr poF medio de lassiguientes exFretsiones
Ur== = -!!¡o=- lOOUr
U*== = U¡==- l0OUr
si en el diagrama vectorial se expFesan ros valoree
porcentuales de las tensíones de cortocircuito (Figura
3€l) r se deduse que
UE==*UEn=e*UEx=-
l'lás aderente veFemos la importancia que tiene conocer elvalor de la tengión de cortocircuito de lostransformadores.
2.11. CORRIENTE DE CtrRTOCIRCUITtr
For definición se denomina corriente de cortocircuitc¡ r==
de un transformador a la corriente gue circula por elarrollamiento secundario, cuando este arrc¡llamiento estácortocircuitado y entre los bornes del primario existe eIvalor nominal de la tensión primaria U¡.. Estacircunstancia se produce (Figura S?) cuando s¿e produce
?5
un accidente de cortocircuito en el circuito secunderio.
La corriente de cortocírcuita es siempre muy elevada y
puede prtrvocar graves averías en el transformador por
eferctos térmicos y electrodinámicos.
En este parrágrafo nos referimos a cortocincuitosexterno= el transfermador y suponiendo que está conectado
a une red de potencia infiníta, eE decirr url gistema
elÉctrico que puede gu¡ninistrar cualquier intensidail,permanrciendo la tenEión siempre constante.
En estss condici.ones¡ cuando se produce un cortocircurito,
los únicos factores que se oponen al paso de Ia corriente(vÉase Figura 39) sons la resístencia rle cortocircuitoR-= y la reactancia de certocircuito X==. La resistencía
de cortocircuito es constante y tambiÉn lo eE la
reactancia de cortocírcuito, ya que sctn cBnstantes lasreactanciae de dispersión X¿r y X.r¿i luego, la impedancia
de cortocircuito 7== tambiÉn será constante. Recordemog
euErr per definición
2=- = Ue=/fr
y que, según las nueves condiciones
7=o = U¡./I==r
pcJr lo tantor EE tendrá
U==/ I ¡. = U¡/ I*-¡
q6
de donde
f =="Recordemoe tambíén que
llee =
= Ul/U== Ir
U==/U¡ IOO
de donde
U== = tt== Ur./lCtO
y sustituyendo en la expresión anterior
. I=qr = U"- I"U== -Ua-100
eB decir, que
fe=r = l(l(l/u== I¡
Este e=¡ el valor de la coFrieinte de cortocircuite en elpriftario¡ Fera obtener el valor de la coFriente de
cortocircuito en el secundario, bastará sllstituir I¡ por
I=¡ o bien multipticar Ie=r For la relatriÉn de
transformación Fa. En uno u otFo'casor sE tendrá
Ie=¡l = IOO/u== I=
Ice= = Ieer F¡
EbsÉrvese guei si uec = Zy., la cerriente de cortocirclritevele 5o veces la intensidad norr¡el y que truanto rÍayor sea
uee menoF seirá cll vÉlor de I==. Por rsqá ráEón r Elrl losgrandes transformadores Ee Iimita la corriente de
cortocircuitor aumerntando el valor de la tensión de
cortocircuito ue=. Sin embargo, este valor no puede ser
Rcc lk.
I¡*[hc
EIGIIRA 36. Cfrculto equfvalentc aLupllffcado de un transfomador ronofil-tico en cortoclrcülto.
Ucc
flGltnA 37. .Illagrana vcctorl.al del trangforu¡dor mnof,áglco en cortoclrcuLto
FIGlnf 38. I)lagrana vectorfaldel transforuadoreD corto. Dlagranade tenslone¡ en Z
R." Icc
EIG'ffiA 39. Clrcufto equlvalente elnpllftcado de r¡¡ transfornador m¡ofásl.cocuando ae produce un cortocfreufto.
ux..= X." I tn
?g
demagiado elevado Fuer, como veFeimos¡ en eI prÉxirno
parágrafo, la caida de tensión a plena cÉFgá tambiÉn será
más elevadar por Io que debe pFocuraFse otrtener, en cada
cásor urt valor óptimo Fara la tensión de cortocircuitr¡ueer de forma que :ie obtenga una intensidad de
certocircuito admisible, con la mínima caída de tensión y
con eI minimo coste de fabricacién.
El valor de la corri.ente de cortocírcuito I== que hen¡os
deducido €s¡ En realidadr el valor de 1a corrientepermenente de cortocircuite. La corriente de choque Ierr
que se establece en el momenta en que rEr produce elcortocircuitr¡ y que va disminuyendo hasta alcanzar elvalor de le corriente leer pasados unos períodos (período
transitorio de cortocircuito) r puede alcan¡ar vEleres.
I=¡, E lrB f==
La corriente de cheque produrce brr-¡tales esf uerzos
electrodinámicosr eue pueden Frclvc¡cal- la destrucción deltrangformador; la corrientr Fermenente de certocircuitoorigina, sobre todor cálentamientos en los cc¡nductores y
aislamientos, qr.le pueden provocaF perforaciones en Éstosy la fusión de loE conductores. En otro volumen de egta
obra¡ sGr estudian detal ladamente Ias corrientes de
cortocircuito y Eus efectos en los sietemas eréctricos¡
q?
todos los conceptos
transformaderesr por
lector interesado por
desarrollados son aplicables a loslo que remitimos a dicho volumen aluna ampliación de este tema.
1{rO
DISPOSICION CONSTRUCTIVA DE
LOS TRANSFORI{ADORES
Et trensformador comprende, esencialmenter url circuitomagnético sobre el que están mentados arrollamientos de
cobre o de aluminio, generalmente separados entre sí. A
pesar de esta simplicidad, se han ideado muchas variantesconstructivas pera los transformadores en vistas alahorro de material magnétice e de arrollamientos, e lafacilidad de transporte, al menoF tiempo empleadc¡ en elmontaj.er a su menor dimensionadon a su funcionamiento en
condiciones anormales de servicio, etc...
3.1. EL NUCLECI
se puede decir euGrr Grn la actualidad, la maytrrla de
transformadores construidos, sE! pueden egrupar en dos
sistemas construc tivos ¡
3.1.1. Transforrnadores de
concéntricos.
5.
colu¡r¡nag, con arrol lamientos,
5.1.?. Transf orrnadores
l.o1
acorazados, ccln arrel lamientoE
al ternados.
En los transformadoreg de columnás, el circuito magnÉtico
constítuido, como veremosi máE adelanter FEF dos o cuatro
columnas verticales Fera los transfor¡nadores monofásicor,
y tres o cinco columnas, tambiÉn verticaless, Fera les
trangformadores trifásico, reunidas entre sí por culatas
o yugoEi horizontalesr pare permitir que se cierre el
fluje magnÉtice. Para que este flujr¡ atraviese la mayor
sección de hierro posible, la sección de las columnas
debe acercaFse al máximo a la sección circular, Fara lo
que se reúnen paquetes de chapas de diferenteE anchos
(Figura 4O) r entre loe que se Frectican canales pera la
refrigeración del circuito magnético. La forrna circular
impuesta a loe bebinados, propc¡rciona e éstos una
excelente resistencia mecánica a los esfuerzos
electrsdinámicos radiales. Por etra parte ccrmo, FaFe Lrna
superf icie dada, el circulo E?r eI que tiene mcillor
perimetren esta solución optimiza la longitud de los
arrol lamientc¡s.
Los errollamientos de alta tensiÉn y de baja tensiÉn
pueden ser simplemente cancéntricos (Figura 41) i por
razones de aislemiento re=pecte a la masa, geneFelmente
to?
se sitúe el arFclllamiento de baja tenEión en el interior
y el arrollamiento de alta tensión en el exterior.
Log arrollamientos tembién pueden sielr deblemente
cencéntricos (Figura 4lli por ejemplo, el arrollamiento
de baja tensiÉn Ee fraccíona en dos se¡niarrollamientos
que rodean el arrollamiento de alta tensióni en algunas
oEasiones, se adopta la dísposición ínversa. Esto
equivale á considerar el transfermader ceflro la
yuxtaposición de dos transformadoree elementales en los
que la potencia de Eur aFrellamientos seria la mitad de
la potencia total del transformador. El interÉs de esta
disposición, respecte al arrol lamiento concÉntrico
senc.illo, está en que se obtiene una disminución del
diámetro de los núcleos del circuito magnéticon FBr lo
tanto, también une reducción de peso¡ el incenveniente es
que rfebe aumentarse la lengitud de los arrollamientosn
por lo tanto, también aumenta :rl pErslo.de cobre. Aunque el
Feso total del conjunto e=i menoF, puede resultar un coste
rnayorr ye que el cobre es un material rnás cero que eI
hierro.
Hasta ahora, los transformadores actrra=ados Ee habían
utilizado casi exclusivarnente pere pequefro=
transformadoree monofásicE¡s. ' (Figura 43)r y en algr-rnas
aplicaciones es;peciales. Pero, desde hace algrln tiempo,
¡.o-,EoT{ogt6k.¡.
EÉrOrÉOE:.Eo
+¡ooó3' a¡dF{k<
€4É.OEUro
dooOE'¡¡ot¡¡.r{ 6ENsÁEÉ¡.Íl. oooOF{Fl l,¡áo-rEINÉrr..r{ údarrd6EHg6dlOFIo..EOroo -r{ t:.HEodooñuÉ€t;{x=l(¡t{k
g¿.EE E'u,E
gEtoE .!¡, oo .rE
1.9 ero u€ÉEgUtoÉoca tq{t'¡
IÉC9
H
¡.oEót,8oE6La¡
5Éooo'rl .kg*¡ ¡OÉtlr!, ooÉEOO+¡uo$*l FlÉ<ol6EFl¡!OEtt.o
.l|oooÉ¡¡oC|a¡$tEFIsÁE*ú.oooOF{F{ ¡J€to-El N6rr.ilor¡ ¡¡ESg6¡tlOFIo.EOro6ÉErl ,odt8oÉ€.i.tt
EItrl{F
l-
--i¡
EIGIIRA 43. Iltapoplcfón eaque,,'¡tfca de un tran¡fornador¡onofáefco acorarado, de peuquer1a potcnclE.
10ó
los transformadores tri'fásicos de ,nuy erlevada potencia
=ier realizan también con este sistema constructivor gue
Farece tener bastante aceptación en el empleo futuro de
transformadores para transporte y distribucj.ón cfe energía
elÉctrica. En eEte eistema constructivo, los núcleos del
circuito magnÉtico, de sección rectangular, se disponen
horízontalmente (Figura 44). Los errol lamientos Eon
alternados, es decir, gt-rer están subdivididos en elementos
o grupos de bobinas de alta y de baja tensiÉfi que s;€l
dieponen alternadamente sc¡hre toda la longitud del núcleo
(Figura 451, Las bobinasn de forma rectangular, se
arrollan separadamente sobre el núrcleo V despuÉs se
conectan eléctrica¡nenter Bfi el rnornento del montaje clel
aparato. El númere de bobinas elementaleg varía con la
potencia del transformadorr a tensión constante, cuanto
más aumenta la petencia, mayor els el número de bebinas
elementales, aunque egte número es siempre Far ( Ia Figura
45 representa 6 grupos). Et interÉs de esta eubdivisid¡n
está en que algunas características del transformador,
especialmente los esfuerzos electrodinámicos de
cortoclrcüitor ño dependen de 1a potencia global del
transformador, sino de la de urn transformador el.ementalt
For lc¡ tanto, subdividiendo un transfr:rrnador Eln varios
transf er¡nadores elementales (varios arrol lamientos
separados ) los esfuerrog electrt¡dinámicoe
cortecircuito pueden reducirEe considerablemente.
de
\EIGITRA 44. Corte ecqueoátlco dc un trnsforrdor trifaslco
acorazado de gran potencta¡ a-Cul¡ta. b-ilúcleoc-Farte euperLor de la cuba. d-Boblnado. G-Fondó de la cuba.
koÉOLO=t ¡. ¡¡d<EtoL 3¡'Flodlt{ .41ooÉoo6 F{cEl-f,r¡rá O
-a,!i¡6.r{o !Erto6
+¡ FlO Cr.lOF{ O¿¡ák5?¿E'¿ó.Fl 6!HraEo rrrol. Ér{LOOaa¡l!.
O OF{oC¡|¡rdO¡rFlq6Clóro€ bÉI6000i, qE' q¡trlLll .F{O.c o ó'ÉE€ CóO ór{ E
' N U.]{d63¡OO kr{rl{OO¡.OU AE
€6rÍÉ E 8fr{r{EOo oo*EE¿ iÉ !iÉUi€et6Hh
10?
5. t .5. Organos magnéticos cle lrre transf ormadores. l-os
úrganos magnÉticos constituyen el circltito magnÉtico del
transfermadorr euÉ? egtá formado por rJos o más núcleos
alrededor de los cuales EEt arrollan los devanadoe de alta
y cJe baja tensión y de des a más culatas y yugcrs que unem
I os nrjrc I EIclE , cerrando de esta f orma el c i rcui to
magnÉtico.
El circuito magnético del transformador está constituirle
per chapas magnÉticas de 0,35 í¡ít de gruelstr. Antes se
utilizaban Flanchas 'aleadasr ccln gren contenido de
silicio, cuya cifra de pÉrdida era de 1a lr5 bl/kg. En la
actualidad sGt utili¡an casi exclusivamente las chapa's
magnéticas de grancl orientador cuya cífra de pérdidas es
solamente de Or4 a (tr6 hf/kg en el sentido más apropiadet
que es eI de la magneti¡ación en el mismo sentido que la
laminaciónn v cuya curve de magnetismo es casi
rectangular. Todas Ias chapas magnéticas van aisladats a
ambos ladoer FoF medie de esmalte tr con aiglamiento de
papel ¡ e=to se hace esi pare reducir las pérdidas F.lr
ctrrrientes parásitas. La unión entre núcleos; y culatas
puede efectuarse asi¡
Fer junta lisa (Figura 4e) en que la unión entre
núcleos y culatas :ie hace simplemente por contacto y
srrele empleaFsÉ eln transformadtrres de gran potencia.
110
Por junta ensamblada (Fiq¡ura 47'l en que la uniÓn
entre nulcles¡s y culatas se hace For ensiemble y es el
procedimiento más utilizado ern transformadores de
pequefia y mediana petencia.
En Is que EÉ ref iere a Ia s:rcción de1 nrlclec¡r Efi Ie
práctica se emplean dos procedimientos¡
Sección cuadrada (Figura 48) o rectangular (Figura
4?) empleada, sobre todo Fera pequeñes transfermaderes¡
en egte ceso, las bebinae tienen la misma forma que la
seccíón de los núclErósir tal coítct puede apreciarse Ein
ambaE figuras, donde ee ha FePresentado tambíÉn la forma
del correrspondiente arrol lamiento.
- Sección aproximadamente circular, ya que una sección
circular perfecta no resttlta econémica Forgue habría que
cortar gran canticlad de chapas de diferentes tamafios. Lo
que se hacer És cortar las chapas en dos o más tamaños
escalonalo=, de forrna que 1a sección resultante quede
inscrita en una circunferencia¡ de esta manEit.ai Ée
aprovecha mejor la chapa magnética Yt a la vezr 5€
aumenta la superficie de ventilacién de los nÉtcleos.
nGlnA 46. Junta lfea para unlónde culata y colunnsa.
FIqnA 47. Junta en¡a¡blada Drra unlónde culata y coluure.
-s(\
a\
Amoitorr¡entos
-\
AmottqnPntos
EIGI|RA 49. Ilúcleo dc sécclón rectangular.
r--T--\
EIG|RA 48. Ifúeleo de secclón cr¡adrada.
11?
Este es eI precedirniento más empleade en eI ca=o de
transformadores de mediana y gran potenciai (Figura SO)
algunas secciones de núc1eos utilizadas en La práctica.
Las bobinasr eln este caEor Bctn tambiÉn circulares, Fará
adaptarse a la forma cle los nrlclec¡s. En lostransformadores de grán potencia se consigue una más
enérgica ventilación, subdividiendo los paquetes de
chapas mediante separaderes cl viguetas de hierro,
censtituyendo asl canales de ventilación (Fígura S?) i
otras vElcErE (Figura 5r ) sel practican estos canaleg
directamente, disponiendo de fc¡rma adecuada las chaper en
sentido transversal, ya que el calor se transmite mejor a
lo largo del h.ierro gue a través de las planchas
aisl adas.
Las culatasr cuya forma no afectd a los arrollamientosn
Ee hacen casi siempre de sección cuadrada cr FEictangular
yr algunas velcesn de sección escelonada aunque siempre
más e;encil la qLre la eieccién' de
corre=;pondientes.
los núcleos
La cohstrucción del circuito magnético de*he realizarse de
tal forma gHEr¡ despuÉs de la colocación de lae bobinas y
la termi¡ración de las conexiones, todas laE chapas, tantolas columnas como de las culatas, conEitituyan un
conjuntq rígide. Este es necesario por dos rd¡c¡nes! En
I
a
I I
Amolloilentos
EIGWA f). IlfferentSa núc1eoe de eecclón egcalonadl.
/
. Amollqn¡entos
EIGIIRA 51. Subdtvlslónde las cha
\Amollqntentos
FIGIIRA 52. Cansles longftudfna-les de ventllaclón.pasF Por
EIGIRA 53. Gircufto nagnétlco ronofáslco ¡encÍllo.
R
114
Fri¡ner lugar, para resistir Ias fuerzas electrodinámicas
provocadas ptlr las corrientes de cortocircr-rito yr en
segundo lugar, para evitar las vibraciones mecánicas
producidas frc¡r las pulsaciones del f lurjo magnÉtico que, a
la larga, sc¡n perjudiciales para la construcción mecánica
del transformader, además de que el ruido producido por
dichas vibracione= puede resultar molesto a las prFsonaÉ,
Por consiguiente, deben FrFElvGrreie los adecuarJos
dispositivos de fijación de las chapas que constituyen el
circuitb magnÉtico y de los nrlcleos y culatas entre sí.
En lss transformadores de pequeña y mediana petencia, el
conjunto de chapae de cada columna se sujeta tigiO"r*rrtt
mediante remaches (Figura 54. ) o tornillos pasantes
(Figura 55) r eislados por manguitoE y arandelas de
presspan de I a 3 mm de espesor, pera evitar que ptrngan
en cortecincuito a las chapas o que conetituyan cc¡n el les
espiras cerradas atravesadas por el f lujo alternor Éñ l.as
cuales se inducirían corrientee parásitas que provocarien
pÉrdidas importantes por calentamiento¡ los remacheg o
torni I lo s;€r colocan Eln taladros practicados €in Ias
chapas, cuyo diámetro ha de ser algo meyor que el de los
remaches o tornillr¡s, FaFa poder i.ntercaler los manguitos
aislantes de Fresspan o de micanita. TambiÉn debajo de
que el órgano de fijación (tornillo o remache) quede
t-otalmente aisl.ado del nrlclea magnÉtico. Las lineas de
EIGIIRA 3b. ElJact6n de lae chapaa del núcleo por ledto dereoachee sfglado¡.
l¡
EIGffiA 55. FfJacf6n de laa chapas dcl núcleo por nedlo detornlllos pasa¡tes alslados.
116
1a farma indicadaflujo magnÉtico en los núcleo= tienen
(Figr-rra 5á) i evidentemente, parte de la sección
transversal del hierno sEr desperdicia s causa de ros
elementos de fijación, lo que debe tenerse en cuenta en
el proyecto del circuito magnético del transformador, Las
chapas que conEtituyen las culataE se sujetan entre sípor los mismos procedimientos. El conjunto se afirrnamediante planchas de madera impregnada {Figura s7} en
lss transforrnadores más pequefios y mediante perfiles
laminados convenientemente asilados de las chapa= Forplanchas de pressFánr En los transformadores de mayor
tamaño¡ estos elementos (planchas y perfiles laminados)
sirven además comg elemento estructural compler¡entario
paFa soportar V fijar mecánicamente los bobinados,
utilizando cc¡no separadores tacos de madera impregnada.
Actualmenter EEr tiensle a la slrpresión de los remaches y
tornillo pasantes como órganos. de fijación dts lostransformadores de pequefia y mediana potencia¡ en ros
transformadores de potencia inferior á 40 l*lvA muchas
veces. han sido ya total¡n¡¡nte suprimidoso sustituyÉndolospor zunchos de fibra de vidric¡ impregnados de araldita o
de fihras eintéticas.
3. r .4 - Fenúmenas transi tc¡rios. La rnáyc¡r parte de I as
everias que sei producen En los transforrnadoresr s¡r deben
.$
EIGIIRA 56. Forua de las ll.neasen laa prorfnldadeanlllo- ¡raaante.
de fluJo uagnétfcode un rmche o tor
FICTRA 57. Ctrcufto ragnétlco total^rente mntadotun tranafor¡ador ttifáafeo de lü) f,VA.
de
11?
e las siguientes causasi!
SohretenÉiones, de erigen atmosférico o debidas a
laE maniobras de disyuntar eln Ia red. Los arcos quct
pueden preducirs€r, se sitr-lan entre dos trernos de un ¡nismc¡
arrolla¡niento cl entre un arrollamiento y la masa darl
transformador.
Sobreíntensídaders, que 5Cln cc¡nsecu€lncia de
cortc¡circuito, más o menos accidentales en las redes.
Provocan elevadss esfuer=r¡s electrodinámicosr gue pueden
comprometer seriamente la resistencia mecánica de loE
arrol lamiántos,
Lenta descomposición de
refrigeredo,
un aislante localmente' mal
5.1.4.1. Sobretensiones. Un trangformador puede estar
sometido a fuertes. sobretensianes momentáneas guB hagan
ealtar el aislamiento, aLlnque ssr hal le ampliamente
previsto pars la tensión normal. Las causes strn casi
siempre "impactos" de valtaje equivalentes a c¡ncJas de¡
elevada f recuencia, truya FrclFagación, For Io mis¡no¡ Er:i
dificil á 1o largo de los devanados, dando erigen con
ello a una concentración anormal de las d. d. p. sobre
EEnar determinadas.
llnlnriú¡t rurunomo dr
, S¡f¡ón lilript¡¡¡
1A{t
Estos impactos puden preceder de la linea en servicio u
originarse si.mplernente al conectar c¡ desconectar el
transformador.
Impactos procedentes de Ia red
Toda perturbación que prodltzca un cembio en las
condiciones electrostáticas o electromagnéticss en algún
punto de la línea sel PrdFaga e lo largo de ésta con
velocidad muy elevada, FErFg finitar Efi forma de onda cle
voltaje, hasta incidi.r finalmente sohre los devanados de
los tranEformedoret. La cauta de aquella perturbación
puerle ser una descarga ate¡nosférica, la interrupción de
una rección importante de la linear eFcc¡gi a tierrat
cortos circuitos¡ accidentes eln lineas próximast
transmitidoE Por efecto inductivo c¡ electrostáticot
etc.¡ y la clase de ondas vagabundas más perjudicialest
las que denominaremos de "ch6que" cuyo rápido creci.miento
inicial eqr.tívalÉt s una frecuencia elevadísima. (La Figura
58l muestra dos ondas típicasr a y br dehidas a
descargas atmosféricas. Sus valores de "cFesta" 5on 7SO y
l.OOO kV, alcanEados en 5 Y 2 microsegundost
respectivamente, y e ráuón de tg3 llV por microsegunde la
primera y 5OO kV por microsegunclo la última.
1?1
Para identíficar la forma de ec¡tas ondasr 5t les designár
segrln las normas generales, cc¡n su valer de cresta y
potariclad seguidos de dos núrneros! For ejemPlo, 4127; aI
primero está relacionado con el tiemper EFI microeegundost
clue tarda la onda Ern alcan¡ar 5u valor máximo o de
"Eresta", y et segltndo, con el que neceeita Pera llegar a
la mitad de dicho valor en la Eona descendente o "colá",
contedog ambos de¡ede un instante ligade al comienzo de la
perturbación.
Euando un imFactq de voltaje en forma de. onda de choque
incide sobre los terminales de un transformadorr la d. d.
p. i que sie ven sometidos los devanadosr ño solamente es
excesiva, sine que tampoco se ditribuye uniformemente a
lo largo del conductor. Eeda elemente del misrno ha de
recibir un cierto incremento cle¡ carga elÉctrica antes de
elevar s;u propio potencial n mediante el' cual puede
transmitirlo al elemento siguienter y Éster tras el rnismo
proceso, al sucesivo, y así hasta eI extre¡no opuesto clel
arrollamiento. La propagación de la trarga no Es;
instantánEai contribuye a retrasarla la autoinducción de
las espiras, y a acelerarla, la capacidad entre ellasr Ye
que Éstas funcionan entonces corno condensadoresr formadós
por cada dos elementos a potencial dÍstintot separados
For el dieléctrico aislante¡ del conductor, y loe
condensadores así formados presentan en derivación
L?,2
facilitandosobre la inductancia de¡ las
la prepagación de las cargas
espiras rnismas,
elÉctricas.
Sin embargor el retraso en la progresién de Ia onda de
potencial es inevitahle, V como consecuencia se acumula
este en las espiras de entrada, dando origen a una d. d.
tr. entre espirasr eue excede con mucho (centenarer Er
incluso millarels de veces) a la normal¡ el aislamiento
entre el l as, truya rigiclez dielÉctrica eg
incomparablemente superior e la tensión de servicio FGIF
espira, resulta insuficiente bajo el efecto de estos
impactos de voltaje, y se perfora, saltando la chispa,
generalr¡ente, entre capas adyacentes de la misma bc¡bina
incluso entre espiras contiguas.
Ne es solamentel en las bobinas de entrada de línea donde
se hace peligrosa le sobretensién. La onda vagabunda ,'rr
refleja" Fn clralquier punto donde exista Ltna
discont-inuidad de las característicaE e1éctricas y
magnÉticas, yt combinada con la onda incidente gue
avanEa, Provoce nuElva5 elevaciones Ioca le=,particr-rlarmente en el extremo opuesto al de entrada, stn
el centro de Ia eetrella, en las derivaciones interiorespara las temas de regulacién, etc.
1?3
3.1 . 4 .2. Sebrecárgas - Aparecein Eln el ¡nomento de cerrarel interruptor Fera conectar ros transforrnadores a laredr incluso en vacíot v además, naturalmenter EFr trasog
de corto circuito.
3.1.4.?,.L. Extracorrientes de conexión. pueden alcangar
valoreE transitari.os tan fuertes que incluso hagan saltarel automático o los fusibles t y desrje luegor ErFr lamayoría de los.casoe, el efecto es perceptible sobre laslámparas de incandescencia fror la caírJa ñomentánee qll€!
prc'vocan en les líneaE. El1o ee comprende perfectamente
analizando la carrsa del fenón¡eno.
Doe scrn los factores de los que depende la corrientetraneitoria de cone*ión¡ el valer instantáneo de latensiónr al cerrar el circuitor y el estado de induccionresidrral r én magni.tud v signo, del nl'rc leo dettransfermador. Las condiciones más desfavorablescorr€rsFonden teéricamente al cierre del interruptor en elmomento de tensiún nula y con una inducciÉn igual, almáximo normal Ern servicion pero de signe contrario al qLlEi
requeriría el sentido der variación de la f. e. m.
Eon d. d- tr. igual á c€rF'r sB pF.rcisa que er frujo normal
sea máximo Eln un senticlo cleterminadc¡ ( Fara euerreduciÉndose gradlralmente su valor abseluto, engendre en
UII+too=Y
010?03010s060Mlcnosegundos
EIflnA 58. (hdaa de choque. lllcrosegundoa / f,llovoltfos.
q
Lrpo o cFqfto ¡bkrto
I
-
clo. kftn¡
u
-
u
-
I
-
b
Ptopogoón rH[
t-r ¡
d
aG n?fl?ml
nGlnA 59. Cfclo de propagacf6n de lag ondas electroágnetlcag €n una. lLnea a clrcufto ablerto, atn pérdtdas.
3G lrfirüt
cada instante una t. €r.
1?5
m. casi igual y opuesta a la
teneión aplicada) (Figr-rra5?). Si. la inducción es rnáxima
para t - O, pero de sígno contrario al debidor EE necesita
una fuerte corriente magnetizante traFaz de contrarrestar la
acciÉn desfavorable del ftujo preexistente, y contribuye a
aumentarla en preporción encrme el estado de saturación que
sEr produce en el nrlcleo. De eqgí eI gotpe bruscc1 de consumo
que recibe la línea.
(La Figura óO) aclara gráficamente el Frocestr citado. U es
la curva de tensión aplícada, y será constantemente igual y
contraria la f ...e. m. inducidar rrEr mcstrada en la figura.
Para engendrar esta f. e. m. sr precisa, en condiciones
normales una inducción senoidal FelFresEntada FoF la curva B
en retraso de n/? respecto a U. At instante iniciat r si
coincide con la tensién nula (u = o), le cclrFesiponderá
normalrnente una inducción (-E¡.r)r de valor absoluto máximo
y signe negativo. suponiendo que el f lujo remanente Ein el
nrlcleo tenga, por el contrariü, un valor máximo y pesitivo,
dado Fc¡r Bn' el desarrollo de la t. ¡¡. m. E durante elprimer ciclo requerirá que el flujo varie de todas fermas,
según la misrna ley que la de ra onrja B norrnal i la onda
afectiva E¡ comenzará a producirse a partir clel valor a Brr-
cemo si la cuFva B se hibiera simpte¡nente desviado Ln
sentido vertical. De esto modo se ltega a un valor de lainduccidjn i.nstantánea máxima Br,r. triple det nermal. La
t?6
coFriente ínductiva que se requiere para ello, dada la
forma de la característíca magnÉtica de cualquier chapa
con las inducciones corrientes (alrededor de 1Z.Oü0
geuss, valor máxime etn rÉgimen estable, cl setar
teóricamente, 51.ooo geusE¡ necesarios en el momento de Iapuesta en marcha), excederría de cuanto se puede admitir
en este aspecto,
csntribuye a disminuir el valor práctico de la corrientede arraneuer eln primer lugar, el que Ia histéresis de las
chapas aleadas es pequefia y el núclec¡ no conserva eln
ningún caso 1a inducción máxi¡na como remanente. Además,
la prepia caída óhmica rle tensión, que la corriente
excesiva provoca G¡n ras 1íneas y en los devanados,
disminuye la f. e. m. a engendrar y er causts, á la ver,
del decremÉnto que aFaFece eln seguida en los ciclc¡s
censecutivosr visible sobre la misma figr-rra 6o. Al cabo
de unos cuantos periodos, la intensidad torna el valornormal de la corriente de vacío. Eiin embargor rEi han
señalado casosi de persistencia de este fenómeno
transitorier aunque atenuándgse gradualmente, durante s{r
min,
Eii ello lleEa a constituir alguna perturbación seria, loque no es frecuente, pueden equiparse interruptores de
I
-l
IIIII
Et{GIF
p
IILDoItiBol.Itoñl¡DoGbID
ooExF.o¡aa
qHFgrl¡a
H!tfton}tgiEctonro͡.oo
EooooBool'tl.EEoa
l?g
doble cierre guer en la posicion intermedia, íntercalan
unes resi=tenciaE de puesta en marcha yr al apretar las
cuchíIlas a fonde, Ias Fonen en corto circuito (Figura
ál ), Esta registencia bagta que absorba, con la
corriente nor¡oal de vacior alrededor de un 57. de la
tensión.
5.1.4.2.7. Corrientes de corto circuito. Eusndo se
preduce un contacto directo entre dos conductores de
líneas gecundariosn o entre uno de ellos y tierrar Bi la
red lleva neutro de eEta clage, la corriente to¡na un
valor truytrs efectog pueden seF desaetrosos Fara los
devanedos. Es cierto que Ia acción de los interruptores
rápidos evits generalmente que el arrollamientcr o lor'
aislantes se qu€lrnen ¡ FerE los esf uer¡os que FEr
desarrollan entre las espiFaB crecen instantáneamente con
el cuadrado de la intensidad, y los Ftrcos; períodos que
tarda en romperse el certo circuito bastalt paFe praducir
serias averias en el t-ransformador.
En el caso extremo, actuará co¡no límite exclursi.vo der la
corriente la impedancia interna de los devanclos. Si, con
la intensidad de P.E . (pfcina caFgca) I,'=, la tensión de
impedancia o de corto circuite elr ue Ern tanto ptrr lOO de
la tensiÉn nor.rnal, Ia corríente de cortc¡ circuito que
circulará será Ic.
L29
f== = lüü/ua Ir=
Como una tensión u.¿ del S y., ptrr ejemplo, la intensidadde corto circuito eB ?o veceg la de p. 8., y et esfuerze
entre espiras y bobinasr FroForcional el cuadrado,
ascenderá a 4oo veces el nor¡nal, con Er5'/. de tensiÉn de
corts circuito los esfurFzos Eerísn de l.ooo vecEs los de
P. C,
5e comprende cdrme es fácil, en tales condicionesr llegarincluso a la rotura o al meinos a la deformación
permanente de . las bobinasr ño obgtante traFeceF de
importancia alguna 1a acción mecánica entre las espirasen condiciones ordinarias.
La potencia contra 1a corriente de corto circuito ohligae nc¡ reducir demasiado las csídas internas en lostransformadores. Frácticamente, no conviene que latensién u¡¡ quede por bajo de los valores dados en lascuFvas (Figura á2r.
La ecuación de r== vale sólo pera la corriente de cortocircuito en régimen permanente, supueste, desde luego,que la tensién primaria pueda mantenerse constante.
ÜnlurriÉod jurlncmo de Cccidente
' Scrdón iib':oreru
El valor instantáneo máximo Eln
150
los primeros ciclosdepende del de. la d. d. p. al iniciarse el cortocircuitor siendo el mornento más clesfavorable paFa ello elque caincide con un instante próximo al de f. e. m. nlrla.La intensidad inicial alcanza entonces una amplitud doblede la que le corFele;Fondería eeguln la ecuación anterior.El lo da un esfuerzo de l.óoo v¡rces el normel r si latensión de corto circuito es del á L, y 6.4oo vecesir siesta tensión fuera sólo de ?rE v. . La causa de taldt.tplicación de la intensidad máxima inicial reside en
guer siendo predominanternente reactiva ra caida de
impedancia intÉrna del transformador, la corriente de
corto circuito retrasa cagi gC, resFetrto a la.f. e. fi. Al
Fasar ésta ptrr cell-o, aquel la habría de Fasar. For un
máximo Fara engendrar, con su variación durante el cicIo,una +. E!. tn. de reactancia igr-ral y opuesta a la indr-rcida
por el flujo principal. La intensidad, guerr no obstante,comien=a siendo trGrFE¡ (Frescindiendo de lo que requiere lacaFga, a estos efectos despreciable), ha de efectuar su
primer ciclo'cemplete eln un solo gentido yt por
consiguiente, alcanzar Lrn valor máximo doble der que lecoFFespondería si 1a onds fuere simÉtrica.
(La Figura á5) representa las condiciones que aparecen
en este primer ciclo. E es la f. e. m. inducirla pc¡r el
t3
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810Ss€Bü7o
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wtEIGIRA 62. Tengl.one ¡onales de corto cfrcufto.
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{I/
FIGIRA 63. Prtllr cfclo de la corrlcnte de cortoctrculto.
: 15?
flujo principal. 5i el corto circuito se produce cuando
E = O, y ruponemos nula la resistencia de los devanado=.,
la corriente I== retrasará de n./l respecto a la t, e. ffi.ipErc¡ siendo tambiÉn nlrla en el memento inicial, efectlrarásu osci lación coírc¡ si la l inea de celFc¡ se hub.iese
trasladado hasta A.A'. con lo cual gie conserva el rÉgimen
de variacién requerido For la f. e. m. de reactancia,
igual y opuesta a E, yér que lo que determina el valtrrinstantáneo de dicha f. e. m. no es el valor instantáneo
de la onda de intensidad, sino su derivada FesFecte El
tiempo:
dI=o
dI
El resultado es duplicar eI
Ie=nr eue toma la corriente
valor inicial de la amplitud,
de corto circuite,
Adoptando el factor lrGl en lugar de ?, le que corresponde
mejor a las cc¡ndiciones prácticas, el máximo instantáneo
de la corriente der corto circuito ree¡¡ tendrá trc¡mcl
expresión I
fsem =5 ItB (f3 1O0/u¡: f .=) = ?$(t/u= Ioc
Iecmt amplitud máxima de la corriente de corto circurito
en amperios;
I¡rcr intensidad eficaz de plena cargá en amperios;
Uar c.
rs3
tanto F6Ftensión de corto ci.rcuito a P.
100
A título de ínformación (y salve el resultado de
experiencias con bobinas impregnadas €rEiFErcialmente c' con
protecciÉn particular de aislamiento reforzado entre
capqB pere aumentar la rigidez mecánica), sobre las
superficiee rle lag bebinas aí=ladas que soportan lal-elacción de los apoyos y fijacionesr nGr deben resultar
estuerzos superioFe=; a unos lOO kg/cm=.
La resiEtencia y demás causas de disipación de enerEía
producen un decremento legaritmico de los máximosr y elcabo de algunos periodos, la onda de intensidad,deEviándese hacia el eje normal de ceror e€ convierte eln
simÉtrica, con eI valor eficaE de rÉgimen permanente.
I== = I.= l(l0/u=
5. ?. BÍ]BINAS
Lor órganos elÉctricos de los transfermadores están
construídos por los devanados o arrellamientos de altatensién. A este respecton caben hacer unas
consideraciones previasr para justificar log conceptos
posteriores sobre la forma y realización de losarrol lamientos.
Por lo tanto, los arrol
de preverse teniendo en
r34
1a¡nientos de un transformador han
cuenta los sigr-rientes criteriost
Comportamiento ante las sohretensiones y
onrlas de sobretenEión deelspcrcialmente ante las
frente escarpado.
Resistencia ante los eEflrerrzog electrodinámices de
cc¡rtoc ircuito.
E¡rvejecimiente de lc¡e aislantes.
3.2.1. El comportamiento ante las sobretengiones tieneespecial importancia en los arrol lamientos de alta
tensión. Antesr Eel pretendía obtener la resiEtencia a las
ondas de sobretensión, Fecargando el aislamiento en lag
bobinas del transfornador más expuerstas, eE decir, las
situadas En el extremo de entrada de la lineai le
tendencia actual consiste en repartir los esfuerzos lo
más u¡riforrnemente posible a le largo del arrollamiento,
Durante loe primeros microsegundos, la onda de
sobretensión tiene un carácter esencialmente capacitivo¡
Eolamente intervienen las capacidades entre los elementos
próximos del devanado (espiFas, hahinas cl ceFas de
bobinas sucesivas), r1ensminadas capacidades serie, y las
cápacidades entre estos mismos ele'mentos y la masa,
denominadas capacidadee derivación. ExperimentalmentG! s€r
135
ha .demostrado que el cotnportamiento al choque de¡ un
devanado está caFacteri¡aclo per el factor
Er¡t
Cg
A = fE¡r/trrr
trapacidad derivaciÉn
Capacidad serie.
Euanto menclr sea el factor tt, mejor diseñadtr está el
devanado. Eomo la capacidad. derivación Cc está
determinada pcrr las distancies' de aielamiento necesarias
debidas a las tensiones de prueba (por lo tanto
constituye un parámentro del transformador), para
disminuir el valor de q, hay qLre aumenter el valor de la
capacidad serie E-.
3.2.2. La segunda condición que debe tenerse en cuenta
en el proyecto de un devanado pera tragnformador eE Eu
buen compertamiente ante los certo circuitos¡ esta
condición debe considerarser ccrmcr la más importante para
loe devanados de baja tensiónr For los que circulan
corrientes elevadas. Aunque este problema ha existido,
siempre, actualmente debe estudiarse con más atención
debide principalmente a las siguíentee razoneE¡!
5.?.2.1. El rápido y constante incremento de laspotencias de cortocircuito de los siEtelma=; eléctricos.
l3á
de los3.?.2.2, Et aumento
transformadores.
rJe las potencias noninales
s.3.?.3. Algunas formas recientes de explotaciÉn de
sistemas eléctricos, voluntariamente mulitiplican los
cortocircuitos entre fase V tierra Fara facilitar la
extinción de leg defectos fugitivos trn la 1íneai en estos
casos, el cortocircuite ya no sts un accidente eino que
debe incluirse entre las condiciones normales cle
servicio.
LoE devanados de un transformador están gituados en un
trampo magnético, eI campt¡ de dispersién entre el devanado
primario y el secunclariol . por consiguiente, están
sometidos a esfueFzos electrodínámicos que son pequefios a
la corriente neminal de servicio, Felro que pueden
retultar muy elevados¡ €lrl caso de corto circuito Eln la
red secundaria. En cago de transf or¡nadores cEn
arrollamientos concÉntricog, la cemponente principal det
campo cl¡r dispersién es la que, For lo tantc¡, produce
esfuerzos electrodinámicos radialesr los cuales son de
tracción respecto al devanado exterior y de compresién
respecto al devanado interior. EI cá1culo de estos
esfuerzes permite al constructor as;egurñFee de que la
traccirtn ejercida sobre los conductc¡reg del devanade
e¡xteri.or queda ptrr debajo de los limites de deformación
elástica del cobrer y que las
suficientemente ajustadas Fára
aplastamiento del devanado interior.
137
calas radiales están.
evitar cualquier
Además sucede que el r:arnFo magnÉtico de disper=ión nc¡ es
excluEívamente axial; en cada extremo se abre y esparce
de forma que la componente radial, prácticamente nula en
¡rl plano mediano¡ vB aumentando progresivÉmente de valor
hacia.los extl.rmesr provocando un esfuerzo de cempresiÉn
axial de cada devanado sobre sí mismo.
Si, por otra parte, existe desequilibrio entre lasfuerzas magnetomotrices primaria V secundaria, por
eJemplo a consecucrncia de existir tor¡as de reglrlación,estos esfuerzos electrodinámicos complementdrios pueden
alcanzsr valores considerables, .algunas vetreg de decenas
de toneladasr rn la sujeciones y calas de los extremos de
los arrol lamientos.
El cálculo de los esfuereos electrodinámicos se reali=aactual¡nente por computador, ya que Bu complejidad hace
rnuy dif ícil el cálclrlo directo. y debenn naturalmente,
adoptarse las necesarlas precauciones Fara disminuirlos
en lo posible.
t3g
3.?.5. Finalmente, debe recordarr€r gue los aíslarnientos
de un tran=formador envejecen y aunque conseFven uneg
buenas cuelidades dielÉctricasr lir vueilven quebraclizos
ccn el tiempo ¡ y s;Lr fragilidad puede eriginar
cortocircuitos. LaE pricipales causas que prclvocan el
envejecimiento de loe aisl.antes sótidos s;on:
1a temperatura
la humendad
el contenido de oxígeno disuelto en el aceite.
Debenr poF consiguiente,
medios adecuados.
reclucirse eEtas ceuses For
Los arrollamientoE sEr realizan En forma de bohinas¡
uti l izándose el cobre ctríto conductor de ung f orrna
general I en lo que sigue t y siempre que ne se diga
expreserrtente 1o contrario, sEr supondrán que los
arrol lamientos están constituidos Fer conductores de
cobre. En los arrollamientos Fará pequefias intensidades
de corrienter sE! e,mplean cenductores de sección circular;
los arrol lamientos destinados a s;GrF atravesados por
csrrieñtes de elevada intensidad, urtili¡an cnnductoreg de
sección rectangular con aristas redondeadas.
139
Las bobinas se colocan sobre tubog aislantes de papel
baquelizado o gomalacade, unas veceg directamente y otras
vetreg separdos de estos tubos aislEntes ptrr IistoneE de
madera, secados al calor e impregnados en aceite
aislanter FoF tiras de prersFan¡ estas diposicioneg
favorecen la circulaciÉn del fluido refrigerante.
3.?.4. Existen une veintena de tipos de bobinado que
pueden aplicarse a los arrollamientos de alta y de baja
tensión cle los transf ormaclores ¡ todos el los pueden
dividirse en tres grandes grupc¡r!
Arrol lamientos hel icoidales.Arrollamientos ccln bobinag suFerFuEstas
Arrollamientos con bobinag concÉntricas.
3.?.4.1. Los errollamientos helicoidares se emplean,
Eobre todor Fara fuertes intensidades de corrienter ES
decirr Fn los arrollamientoE de baja teneión, En le
{Figura 64) r ser muestra como está constituido un
arrollamiento de esta clase Fara bajas tensianes y
elevadas intensidades de corriente'¡ como puerde
apreciarse, el cenductor, de seccién rectangular, se
llnlnridod ruh¡r,Lmo ds 0ccid¡nte
' S¡rión tib'rohro
I40
arrol 1e Ern hél ice continua, con Ias espiras algo
e=paradas y sin aislamiento entre ellas, es decir, e base
de cobre degnudo. Sin embargor FoF lo general, loF
arrollamientes helicoidaleÉ están constituidos por gran
número de conductores, arrollados sobrÉ. un ciltndro
aislante de gran resistencia mecánica de secciÉn
relativamente pequefia y trBnectados en paralelo ya que de
esta forma Esl reducen las pérdidas suplementariaE For
circu lac ión de corrien tes parás.itae, Les conduc tores
elementales deben transponeFrE durante el cuF=ie del
bobinado de forma que cada uno ocuf¡e todas las poeiciones
posibles en el ctrnjunto de elles para conseguir un
reparto equilibrade de las corrientes, que reduce al
minimo lag pÉrdidas por corrientes pará=itas. Een dos
conductoFes EÉ efectuará, poF lo rnenoe, una transposición
(Figura á5) r con tres conductoreE, des transpesiciones
(Figura ó6. ) r con cuatro conductores, trestransposiciones (Figr-rra á7) V así sucesivamente.
5.2 . 4 .2. Los arrollamientos ccln bobinas suFerFuestas,
cofnct gu nombre indica, están constituidos pe,r un gFen
número de bobinas elementaleE de pocers espirasr gue! se
rnc¡ntan separadamente, ct¡nectándc¡se desBuÉs cada entrada
de una bobina con la salida de la anterior¡ Ee emplean
Fara medias y altas teneiones yr posiblementer s¡on las
más empleadas en la tÉcnica constructiva de los
EIGI|RA 64. DtbuJo esqu¡nástfcode un arrollautento helfcofdal de trangfor-udof, para baJaa tengtonec y elevada¡ fntenaidadeg de corrÍeentG.
FIGIRA ú5. Transpoelclón condo¡ conductorea.
EIGIIRA 66. Tran¡poslclón cortres conducüorea
EIGIIRA 6T.Sanaposf-c16n concuatro con-ductores.
ErGl[rRA 68. Cnrcc dc tranapoclclóñ de dog conductoreg en ur arrolla'fento heil.cofd¡l.
143
transforlnadores. A su vErE, los arrollamientos ct¡n bobinas
supelrFuestas =iEr clasifican en dos grandes grupos
clenemínadosr respectivamente arrollamientos de gal letas y
arrol lemíentos de bloqr-res,
3.?.4.2.1., Los arrollamientos de galletas están formadog
par bobinas de clc¡s capas de espiras, denominadae
dobleteso devanadas En sentido contrario, sin necesidsd
de soldedura (Figuras.69, 70 7Ll.
Los separadeFÉirr mantenidos interierrrente por medio de
regletas longitudinales, EeFaFan las galletas¡ este tipo
de arrollamiento, e base de conductores de sección
rectangular, aiElados por papet impregnado, se emplea
para tensiones hasta 11O KV.
Cuanclo la corriente de servicio Ers elveda, losconductc¡res Ferrultarían de sección demesiade grande y
las pérdidas pclF coFFientes parásitas Eerian tambiÉn
grandes¡ Fará evitar este inconvenienter EEI t¡obinan
varios conductoFGlr en paratrelo, cornc¡ se muestra en la(Figura 771. Euande no existen dificultades Fara quGr lasconexiones exteriores formen salientee, sE! pueden
conectar los conductores exteriormente ein paralelo, como
mueEtra la (Figura 73) ¡ Fara los devanados interiores y
ElGtlRA 69. Xeprelentact6n eequcoáttc¡ de un arrollarl.entode galletas'scncfllo: ddobledes. v-coneccfoneserterlore!.
FIGffiA 70. Bobfiue en dobletegcon coldadurae Lnter-llEBr
EIGIIRA 71. Bobln¿do de galletesplanas y pr¡entes dedentro a afuera.
FIGURA 72. RepretcntEcl.ón esquenátl.ca de un arrollanlento de galletae con cona-xfón fnüerfor de los conductorea en paralelo¡ ddoÚhtea, Fonductoresen paralelor'v- conerlo¡rea fnterlores. i
ErGllM 73. Reprc¡entacl6n de un arrollanrento de gallctaason sonerfón exterfor de ll¡ conductores en paralelo-: ddobletegr e-GotrGrione¡ erterlorca.
t¡
r47
con objeto de evitar pÉrdidas de espacio en eentido
radial r EÉ utiliza el bobinado cont.inuo, sin soldadura.
3.2.4.2.7. Asi como los arrol lamientos de gal letas se
emplean preferentemente Fare altas tensíones, l¡¡s
arrollamientos de bloquee se utilizan, sobre tc¡dc¡ peFs
tensienes medias (de ó e 25 kV)i estos arrollamientosestán constituidos por un número limitado de capas de
es.piras de conductor de sección circulaF o rectangular,
según los casos. Generalrnenter rE subdívide cada bobinE
en dos medias bobinas o dobletes (Figura 741 ¡ reali¡ando
Ios empalmes For Ia parte exterior y eeparando las doe
semibobinas por un tabique aislante radial; a partír del
centro se bobina eI conductor en dos gentidos axiales
opuestos. En la (Figr-rra 75) Ee muestra la sección de un
arrollamiento de alta tensión con bobinas rje bloques en
doblete, asociado e un arrollamieto helicoidal de baja
tensión.
5.?.4.3. El arrellamiento tron bobinaE concÉntricas,I lamado tanbién arrol lamiento pcrr ceper, está
esquemáticamente repl.el=;entado en la (Figura Zál i el.
arrol lamiento está diviclo rn unas cuantas capas
concéntricasn largasr cilíndricas y de pequefio espesor,
conectadas en serie entre el las, según una cle Iasdisposiciones represerntadas en Ias (Figr-rras 77, 78).
d
Prlnclplosde
nG:InA ?4. Rcpredentacfón de r¡n arrollanfento dc !Fq*"suldtvtdtdo en doa nedtag bobinas o doblete¡'
de lqssetúobhos
EIGURA 75. SeccLón de un arro11.'"Lento de alta tengL6n conbobfnag de bloqrcs en dobletes,
i',r..n¡¡¡¡ dO 0rCidCntrarrollantento hellcoldal de baJa5¡¡ción li[':et¡¡¡
Ns¡s
EIG'lnA 76. DlbuJo eaqueoático de un arrollanlento por capaa.
HIGI'RA 77.
I
oonerLón dc una SALIDA
bobfna por capal.
I?
SAL¡DA
.FIGITRA 78 Conexlón de una bobfna concentrlca por
rEt
Entre las bobinas s€r disponen canales verticales de
ref rigeración ( f igura 791 t por los qr.le circula el
aceite, asegurando de egta forme la disposición activa
del calor. Este tipo de arrollamiento tiene excelente
comportamiento a Ias sobretensionesr ya que Ias
capacidades =erie son las caFetridades entre capes
sucesivas y resultan muy superiores a las capacidades
derivadas de cada ceFF respecte a las masas circundantes.
Hacia el interiorr trada caFa está aislada de la siguiente
por un tubo de papel enrollado truyos extremos quedan
redoblades en forma de collarínes y, hacia eI exterior,
por un canrl de refrigerante, relleno de aceiter eue
sirve, a la vElu, cctmo aislante y cómo dispositivo
refrigerador. Finalmente, una pantalla electrostática,puesta al potencial de la línea, recubre la capa exterior
y permite obtener un reparto prácticamente lineal de las
tensiones.
Una cuestiÉn impertante que debe tenerge en cuenta, sobre
todo Fara arrollamientos destinedos a corrientes de
elevada intensidad, es el desequilibrio en las fuereas
magnetemotrices producido For las tomas de regulaciÉn
incorporadas al arrsl lamientgl principal. se debe tenerbuen cuidado en alejar las tomas de regulación de los
extremosr donde los esfue=os electrodinámicos debidos a
) )))
EIGIRA 79. Csnsles de refrl.geracf6n de loe arrollanfentos por capas de untransforuador¡'.1-Glrcufto rágnetico. 2-Arrolt¡"'ig¡¡e áe altatenafón. 3-Ctlfndro al.slante entre los arrolla¡Lentos de altay baJa. lb-Arro11'-lento de baJa tenelón. 54111¡dro afglst¡teentre el arrolla¡lento de baJa y el núcleo. 6-canal a:fal derefrÍgeracfón.
154
les cortocircuitos rEsultan más elevados¡ cuando lc
exija la amplitud de variación de tensión que se desea
obtener o la propia potencie del transformador, las tomae
de las derivaciones intermedias deben e'star repartide. eln
diferentes puntos del arrollamiento, de forma que queden
cornFensadas, er¡ lo posible, las fuerzas magnetemotricee
coFFespond ien tes.
3.3. LOS AISLANTES
Los hilos cenductores de gección se encuelntran en el
comercior ye ailEdoer Eln una de las siEuientes formag¡
con esmalte (EF, tron esmalte y una cl dos capas de papel
(EP, EPPI r con esmalte y una o dos de hilo dé algodÉn
(EA, EAA), con une o dos capas de seda (S, SS) r con una cl
dos capas de papel (P, PF) r y con una, dos o tres capas
de algondÉn (4, AA, 3Al r FBrcl pueden obtenerse poF
encargo especial recubrimientos con cualquier númers de
caFar (de papel, algondón, mixte=, etc.) que interese
hasta conseguir el eE¡FEIBoF de aislamento deseado. Algunos
centrsE disponen tambiÉn de barras de tamafros corrientes,
aisladas con hilos o cinta de elgendÉn¡ 1o más frecuente
ESr sin emhargo, obtenerlas de cohre desnuds y
recubrirlae en cada caso con variag cintas de papel o de
algondón, bien e ,nano o bien Fcrr medio de máquinae
etpeciales.
r55
Los hilos esmaltados (hey casi exclusivamente de esmaltes
sintéticos, por su extraordinaria resistencia mecánica,
en contraste con los esmaltes graroB de tan delicado
manejo) E con cubierta de geda¡ BE emplean paFa diámetros
muy pequef,os, con objeto de mejorar el factor de espacio.
La cubierta de algodÉn o de papel sobre el egmalte lc¡
protege contra el deteriero durante manipulacioneg de
construcción V ensamble de las bobinas, y Fara ello basta
una sola trapa. Los hilos o pletina con una capa de hilós
de algodÉn no deben emplrarse, porque el cerrimiente de
loe hilos deja eI cobre el desnudo. En cambior Ér
suficiente, desde este punto de vigta, Lrna cinta de papel
o de algodén solapada a mitad. Los hilos eE¡naltados o con
varias traFás de papel y las pletinas con cintas de papel,
reforeadas per hilo o trenza f inal de algodÉnr sc¡n los
más comúnmente usados Fare transformadoree.
Los tubos aislantesr güe constituyen el núcleo de montaje
de laE bobinas y el aislamiento entre la altá y la bajar
6e forman arrollando á msno o a máquinan sebre un mandril
adecuado, capas continuas de papel ¡ eue a la vE u de
barniza en caliente con gome laca o bakelita, si es que
ya no eei enccrntraba preparado de esta fermar qt.tEr crr lr¡
más corrient-e, soúre todo paFa los de bakelita (papel
bakelizado), Eie terminan en caliente la temperatura de
Eecador para la goma laca t y a
para la hakelita, y así se vuelven
En América =ie usan mucho Fara
micanita con aglutinante de barniz
en el aceite en caliente. En
censtrucción primera.
t5á
la de polimerización,
compactos y rigidos.
este c¡bjete tubos de
especial ¡ ñcl soluble
Europa se sigue la
En la (Figura 8O) pueden verge estog tubos cilíndricoErectos- Fare tensiones de unos so kv en adelanter rrventajoso interceptar las líneas de flujo elÉctrico hacie
las culatas¡ poF medio de alas o valonas que reprolonguen une cierta distancia, sin solucién de
continuidad. Brown Boveii ha introducido una
construcciÉn¡ B base de tubes de papel impregnado,
similar a la dispesiciÉn empleada en los cables de altatengión, terminados en bridas rsdiareE¡ euEr Ee'forman,una v€rz inntroducido el devanado exterior, rnediante elcorte de las capas de papel r For generatrices elternadasy doblado inmediato de los frecos que así se obtienen( figura Bl,
La finalidad es reduci.r el gran espacío requerido entre.
Embos arrollamientos cuahdo las tensiones son muy
elevadas.
aflante de ufcantta en eoúbreretsc lndepcndLentes.It¡boe ternlnalee:.L
a
:
:
I
FTGURA &).
Erct,nA 81. l'i¡bo afslante t valonae sln solucfón de contf.nuldad.
i' l'
En las (Figuras 82, €l5) s;e muestran otraspera muy a I ta tensiÉn esta r-ll tima Fer
antirresonante.
$irve a un tiempo como aislador
aunque la práctica americana
construcción al poder aislante del
r€rcursos previstos pára dicho f in.
15?
disposiciones
el Eistema
La madera Ern bloques, listones y cufias es otro de leselementos que Ee aplican abundantemente Eln laconstrucción de los transft¡rmadores, tromg separardores y
guias entre bobinas, soporte de las cabezas yt en
generalr tron fines estructurales y aislantes a la vez. se
emplean calidades dures (haya, roble y similares),
absolutamente libres de humedad por tratamiento al herno
Er impregnadas en aceite de transformador o barniz.
S.4. EL ACEITE
Froviene de las destilacién del petróleo bruto, sin
anterior trsts¡niento.
La rigidez 0i elÉctrica eE una
tron el contenido de humedad,
V trotnct refrigerante,
fía mucho menos la
aceite que a lo= demá=
cendicién altamente variable
y cualquier aceite bien reco
ünlrrr$d¡d ¡utcrrrÍ10 dc Ccrirlentq
FIG|RA 82. Sl.stena de alslanlento con clllndrog "tt"ttr." e Lntcrlree.
EIGT RA 8Í1. Ilcvanado antl,rresonante enüre capas y los puentes srtcrl,orea.a-Arrolla¡lento de baJa tenaÍón. b-Arrollanténto de alta. c-lfúcleo. d-anlllog de aoporte. e-Fantalla electro¡tátlca. f-ban. dcJa- de papel afelante. g-canal de aceÍte. h-cflfndroa sislantea.
161
en lasrebasa con ¡nucho
eepecificac iones.
los 1ímites minimos fij ados
lI
Eie toma trc¡nro noFmal en servicie 1O kV./mm¡ y =¡e considera
necesario proceder al secado cuando baja ya e 7 kV/mm.
Eorresponde a un contenido de . agua eln volumen, de
aproximadaménte 2O millonésimas (OrO?7.), desciende a 2
kV/cm. VÉase cómo influyen las mínimas Froporciones de
humedad sobre la riQidez dielÉctrica (figura 94).
Las normas alemanás fiján como rigidez dieléctrica mínima
del ar-eite nuÉvo., a óO Hzr 2OO kV./cm y en eervicio, los
siguientes valores todes el les eficaceE entre casquetes
esfÉricos de 5O mm de diámetro a la distancia de ?r5 mm.
Para transformadores de tensión básica 3O kV (35 kV de
servicio como máximo) r 30 kV total, o sea, €lO kV/cm.
Psra transformadoreg de más de 3(t kV y hasta 110 de
tengién bágica (125 kV de cemo máximo)¡ 30 kV total, o
sear 12O kV/cm.
EI vol tej e disruptivo específico desciende
explosiva. Eon esferasconsiderablemente a la distancia
de 5O mm de diámetro.
lá2
La rigidez dieléctrica a 60 Hz varía segrln la curva de la
(Figura B5)r es decir¡ ei ctrn 2r5 mm de separación la
descarga se produce a 175 kV por centímetro, con lO mm se
origina ya a BO kV./cm (apreximadamente la mitad), y con
5O mm de separacién, igual al diámetro de las esferas,
baja a 35 kV./cm.
Fara el Froyercto de los transformadores conviene basarse
previsoramente en los detos de enrayo entre electrodos de
puntas.
La (Figura Bá) da en este cago las cuFvas de tensión
eficaz mínima disruptiva a éO H¡ V la de valcres timite
de cresta, no disruptivas, con ondag de cheque IFO ps¡
la polaridad de la onda no es aquí muy influynnte.
Nótese comc¡ la rigide= dielectrica entre puntas a áo Hz
desciende ye a unos 13 kV./cm FaFa 4O cm de separaciónr,¡¡
E pocct más de lO kV/cm con distancias grandes de 4O cm.
Por tal motivor para proyectos directos sin barreras.
aislantesr Er acestumbFe no contrar con más de lo kv/cm
de tensión de prueba a ÉO Hz durante un minuto aIproyectar transfor¡nadores de voltajes elevedes.
La tensión de cheque 1/5O
aceite con seguridad sinalrededor del dobte de la
pSr que puede resistir el
I legar e la descargar ets
tenEiÉn disruptiva e áO Hz.
-.LI-LLITJL-LL
t JIt JLITIT
\ -Lt\ Jl,JT
I J.T¡ JT\ JT\ IT
\ JT\ ttJt+tl
=t+tttl
,iem
EU
itt
o.t
o/oo H¡0
\EIC¡¡RA 84. Yarfacfon de la rfgldez dleléctrfca de1 acelüe con el conte¡Ldo
de hrredad en ta¡rto Por ufl.
. t.0o.ol
??o
400
180
160
' ul40oUóg 1e0(ro' loo)¿
80
60
40
?0
tI l0 ?0 30 40 50
n de dshrn
EIGIÍRA Ü5. Varlactón de la tensfón disruptlva y la rtgldez dlel6ctrlcadel acelt€tcon la dfatancLa entre electrodog esferfcos a 5()ú-yaó0H2.
I
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rt$tE¡. T¡
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o to eo '30 40 50 60 70 ao 90 loo 110leo
m de Ostoncn
EIGITRA 86, Tenefón eflcaz disnrptlva nlniua a 6O IIz y teneLón decueota lLufte no dÍsnrptLva con u¡ra onda de choque parael acefte;
/
*arJ /
/ I{
4.,
( 7
N//
//
/I
/
II
tá6
La (Figura Aá) r¡uestra comparatívamente La tensión
disruptiva mínima entre placas con frecuencia industrial,
Como complemento, la (Figura fl7l da la curva Iímfte no
disruptiva con onda= positivas 1/5O pS entre electrodog
de punta y placa. Esta disposición es aún mas
desfavorable que entre puntas pera di=tancias pequef,as y
viene a coincidiF con ella en las dietancias superiores.
Además, a partir de lsE EOO de seFeración, resulta
el
10
Sin embaFgor no olvirlemos que la humedad y las impurezas
hacen disminuiF enoFítElmente la rigidez dieléctrica de los
aceites. Se impone, FuErsr ut-l tratamiento de secado,
desgasíficaciÉn y filtradc¡, paFa 1o cual las fábricas de
transformsdores disponen de instalaciones adecuadas. A
veces el proceso ha de improvisarse ein las instalaciones,
con=tituyendo entonces un rEcuFsct en general muy costoso
y poco ;iErguFcl. Se acude al secado de las bobinae por aire
caliente¡ mientras que el aceite se Eetra eln sus barriles
al fuego o en la cuba F¿rre calentsniento de las bobinas
en corts ci.rcuito.
sensible a Ia polarid{d, siendo las ondas positivas las
más desfavorables.
partir de loe 7OO . fttnr incluso
hoque desciende For debajo de los
voltaje límite de
kV/cm.
"9/
{ ,út& Cfl
-é€ %'\7
./Y )
//
/
/I
1100
1000
900
800
I zooUI0,
ü 600
v soo
400
300
400
100
o0 aoo 400 600 800 tooo leoo 14(,01600 taoo eooo
n de üsto¡üo
EIG1IRA 87. Ten¡lón de creste llntt¡ no dfsnrptl.va para el acelte, cononda'de choque posl.tiva. Grandes dÍstanclaa entre punta tplaca.
\
rlá8
La
EI
temperatura
filtrsdo es
del aceite no debe paser nunca de 9OEC.
siempre imprescindible.
3-5. Ltrs AISLADORES
Los ter¡ninales de un transformador son las bernes a los
cualee se conectan las conexiones de entrada y de salida
de los bc¡binados. Euando un transformador está
introducido en una cuba de chapa de hierro ( 1o que es el
cascl más general ) en la tapa o en los costados de la cuba
deben disponerse aisladores pasatapas, en cuyo interíor
eetán gituados . los terminales del transformador. Egtos
aislEdores tienen muy diversas formas constructivas que
dependen de la tensión de la presión de aceite que deben
saportar, de la corriente de servicie y de Ei el
transformador se destine a montaje interior c¡ exterior. A
continuación, estudieFemor algunos aisladores pasatapas
tipicos.
En loE transformadores de rnuy baia tensión y altas
densidades (por ejemplo, psFa hornoE eIÉctricos) las
barras de baja tensión salen directamente, sin terminaleE
intermedios.
Los pasatapas Fare tengiones de servicio hagta t kvr Er
construyen de porcelana¡ Bn la (Figura 88) se rnueEtra el
I- PIEZA SIPERImtrt AISt_flIn
8- TUERCACILINIIRICA
9- TERI{INAL IIEIfiION
IfrwI ft ffi
WEfin
*m,*
H
-@-I
?50 y GiillA
2- PIEZA ITfERIIR.trt AISiLfltn
m0q,ZüXl y 3t5tlA
EIGITRA 88. ConJuto de detalle¡ constnrctlvo¡ de loe paaatapae nornallzadoa paratransforradores de dlatrLb'r¡clón con tcnsionce de ceúvl.clo h¡sta I W.l-pfeza superl.or de porcelana. 2-pfeza fnferlor. 3-perno de unÍoú.4-tuerca. S-arandela. 6-arandela. 7-tuerca hexagonal. 8-tuerca etll¡drLca. 9- ter¡Lnal de rmlón. lO-tunta anular. ll-Junta a¡ular. 12-Jmta anular en la ta¡¡a. l3-Junta anular. .r-
4- TIJERCA
,+V-
___
-
Unirrfid¿o , ,.r,rllr0 d¿ Crrid¿nta
f¡'r.;in filr rr.r.¡
t70
conjunto y detalles constructivos de Ios pasatapas
normalizados por UNESA pera transforrnadores de
distribución, cor¡ tens.iones de gervicio hasta 1 kV y
corrientes nominales hasta 3.f5O A.
Fera tensiones de servicio comprendidas entre 36 kV y 11O
kV sE! emplean generalmente pasatapas de porcelana dg
tubos concéntricoE FaFa aEerguFar 1a homogeneidad,
reduciendo al misfto tiempo las paredes individuales.
Otras vecrs, parFa el mismo margen de tensiones de
servicior Br utilizan pasatapas de percelañe, huecos y
rellenos de acei.te o de pasta compound (figura B?) con
objeto de disminuir el campc¡ elÉctrico en los puntes más
peligrosos inmediatos al conductor, ya que estas
sustancias tienen mejeres propiedades dieléctricas que 1a
porcelana.
Para muy alta= tenEiones de servicio (superioFes e tl0
kV) sr presentan problemas relati.vos al campo elÉctrico.
Efectivamenter etlr los pasatapas descritos hasta ahora, el
reparto equipotencial eE rnuy deeigual en el interior y en
la euperficie del aislador, de for¡na que la meyclr parte
de la diferencia de potencial aparece en las proximidadeE
de la brídai como consecuencia resultan efectes de
ef luvio ali-ededor de la brida guErr si aumenta la tensión,
pueden prevclcar descargas por efluvios y Brcos elÉctricos
taattta
aattat
tcatatatt
,ltl
")2a,t,t
uat
'2,2aaaaat,aat.l
tt,atattt
\
.EIGURA 89. Faaatapae relleno de paata copoundrparatensLones cntre 36.y 110 [V.
que acabarían ptrr destruir
L72
la materia aislante. Si sEr
pretendiera remediar este inconveniente mediante
pasatapas normales de porcelana, te nelcetsitaria un cuerpo
aíslante muy voluminoso y, por lo tantor de dimengiones
antieconómicas. Este inconveniente puede evitarser sin
embarEo, guiando el reparto del camPo eláctrico per medio
de armaduras conductorasr de formar euE se consiga un
reparto equipotencial casi unif.orr¡e de dicho camFo. 5e
utílizan dos procedimientos:
Pasatapas rellenos de aceite.
Fasatapas tipo condeneador.
Exteriormente ambos tipos de pasatapaE Eon muy parecidost
eunque su fundamento es completamente diferente.
3.5.1. El pasatapas relleno de aceite (figura 90) está
constituiclo poF un aislador de porcelana fijado a la tapa
del trangformador por medio de una brida. En la parte
superiorr siE fija el terminal que aBegurá la conexión con
la red así coflio una cámara de vidrio cen un nivel que
permite darse cuenta del estade de rellenc¡ de pasatapas.
El interior del pasatapas está censtituide Fctr un gruFo
de cil.indros aíslantes concÉntricos de pequefio espesort
que contienen armaduras metálicasr fJara realizar un
reparto favorable deI campo elÉctrico. Los tubos islantes
Pasatapaa relleno de aceite para tenofones deservfcLo hasta 400 f,Y¡ l-cllfndroa aLelantes2-fndfeador de üLvel. 3-varllla de conerl6n.4-cárara de vldrlo. S-afgl¡dor de porcelana6-brtda ntáltca para ftJacfón.
ETGI'RA 90.
174
ser rflantienen espaciadr:s Fror medio de separadores de
madera dura tratada, situados en sus extremos =uperior e
infeiror¡ estos separadores tiene Ia forma de arandelas y
eetán perforados por agujeros de pequeHos diámetror Fara
permitir la circulación de aceite. Esta clisposición evita
que una sobrepresión brusca eccidental en la cuba no BEr
transmita inmediatamente aI interior del aislador. Estos
aigladores se constrlryen FaFe tensiones de senvicie hasta
400 kv.
5.5.?. Et pasatapas cle tipo condensader (figura ?1)
está c.onstituído, esencialmenter por un cuErr-Ftr aislante
de papel baquelizado o fenoplástico, enrol ledo en
caliente y bajo presiCrn Eobre un tubo de cobre. En el
aislamiento Ee insertan armaduras semiconductoras, de
forms que constituya una serie de condensadores
cilíndricos y coexiales que reparten convenientemente la
tensión entre el tubo de cobrer y une brida de fijacién
introúucida en el cueFpo aislante. Una envoltura exterior
de percelana, protege el cuerpo aislante y le cubierta de
porcelana, está ecupado per un aceite especial, tratado
páFa obtener una elevada rigidez dieléctrica¡ eete aceite
está hermÉticamente ai.slado de las influencias
exteriores. 5e construyen pasatapas de eEte tipo para
tengiones de servicio comprendidas entre 3O tlV y 75O kV,
es decir que! ru trarnpo der aplicación =ier extiende desde les
medias tensienes hasta las más elevadas tensiones de¡
transporte empleadas en Ia actualidad.
FIGlnA 91. Paaatapae tfpo condengador para tensl.ones de eervfcLohasta 75(l llt: l-cuerpoa de papel fenoplástlco. 2- tuboretalfco central. 3. brida.de ffJael6n. 4-afslador exterior de porcelana. S-Jrmta de unlón. 6-cublerta erterlor7-Junta de dllataclón. 8-papel feloplástfco. 9-tornollode deegaafflcacfón. l0-borne de nedida.
CALCULO DEL TRANSFtrRT'IADOR I,IONOFASICtr
LA PRUEBA DE TENSItrN APLICADA
PARA
4.I. EL NUCLEtr
4.I.1. Dimensiones del núcleor Especificaciones. (Ver
Figura 92,r. Como vimos anteriormente For el tipo de
construcción del núclee distinguimos dos clasee¡
Tipo columna.
Tipo acorazados.
Para nuestro tráEo tenemos un núcleo tipo columna¡ esta
construcción requiere una rnayor cantidad de cobre y rnenos
cantidad de hierrc¡. El arrollamiento de baje tensíÉn sEl
dispone casi siempre en el interidr, quedando más préximo
al hierro, y asl alejar el devanado de alta de tierra
disminuyendo el peligro de un arco entre el nrlcleo y Éste
devanado, además de facilitar las repaFaciones de Éste,
más expuesto a averiag.
4.
L77
4.1.2. Peso del núcleo. (Fígura ?3)
4.1.?.1. Longitud media del camino magnÉtico.
Gife= Lmfe x Afe x fe.
fe = Densidad e=;percíf ice = 7.6 Kg/dma
Lmfe = longitud media del camino magnético
Afe = Area del hierro.
(Figura ?4)
Dmfe = 7h + 2(B/21 + ?n (tr/4)
Dmfe=?A+E+ntr12Dmfe = ?(45?) + ?lá5) .? + n( 115)
Lmfe=9O4+5?ó+3ál.g
Lmfe = 1591.5 mm.
4.1.2,.2. Area del nrlcleo. (Figura ?5)
9.O x l.B = 1á.?O x 2 = 3?.4O
ll.5 r{ 5.? = 67.95 = á7.8S
1OO.?5 cma Afe = l.(r(r.l$ cme
Eife= Lmt'fe x Afe x fe
Efe = 15.?13 dm x IO.OO?S dm¡ x Z.á kg./dmú
Gif e = 1?l .24 kg .
F-l6H
t- 395 _r
EIGIRA 92. I{úcleo tfpo coltura.
EIGffiA 94. Iongftud redfa delcaul.no uagnético.
EIGIIRA 93. llúcleo de seccl6nescalonada
fj73
A
EIGIIRA 95. Area del núcleo
L7?
4.2. DEVANADOS
4.?.1. Devanado secundario. (8.T,) (ver Figura IOO)
Epr = Voltaje secundario = ??O v. = E=
f = Frecuencia
B = Inducción
= óO Hz.
= ?OOO Giauss
Se utiliza una inducción de 9üOO Gauss debido a quG! para
transformadoree elevadores, la I de magnetizaciÉn s;e
elevaría y por 1o tanto aurnentarian las pérdidas. Se
cerrige además el corte de las láminas del nÉtcleo a 45"
para rebaj.ar arln más las pérclidas en el cobre (Figura
9á).
A esp = Area espErcífica [cms] = AFea x fap.
f ap = Facter de apilamiento = O.9g
A esp = 1OO.25 cmE x O.?B = ?t¡.4?5 cm2
4.2.1.1. Número de espiras.
fl= = -F-¡rt-x
1C,-4,44 xftxAespx f
fl= = ??O v. x lüE É 93.3? esp4.44x9ü0Ox9g,?45x6ü
fl= = 94 esPiras.
Uniy¡ridort t'u'it r'ümo dc' 0trid¡nla
SCfritin li[:r¡ttq
lBO
Corregimos Ia índucción.
ll= E x l(lt = 9.94?rE Eauss4.44 x fla x Aesp x t
inducción real = €l94?rS Giauss.
4.2.1.2. Tipo de alambre o conductor. (Figura q7l .
li=n esp x 7. tc¡lerancía
gb= 3ó2 mm = 7.18 mm
4E x 1. O57.
Ls = longitud devanado = 36? mm
Utitizsmos dos 'caFas FaFa este devanado por detalle
constructivo. Eomo tenemos g4 espiras quedanan 47 espiras
por cada devanado a cape¡ tomamos cornc¡ hase 4Cl espiras
por 1o que al devanar siempre se pierde una vuelta.
Ia = P nc¡m_ = IO.OOO VA = 45.45 amperiosEr.r ?20 v
J¡¡ = Densidad de corriente en baja tensión 't' 3 amp/mml
A cu= = Area del cenductor de baja.
Acu2 = -!r- = 45.45 Amn = 15.15 mmrJ= 5 Almmz
Como É Ésperor = 7.IB y este valor equivale al alambre
mág el aislamentor eue eÉ O.8 mm en algodón tenemos¡
Ancho máximo = 7.18 - O.8 = ó.38 mm
L
tglUtilizarnos un alambre rectangular.
7.O mm x ' ?,4 mm E 1á.8 mmE
J= = Le_ = 45.45 amp = 2.7 AlmmzAcos lá.8 mm¿
4.2.1.3. Aislamento y f ormaletas. El diametro de cada
columna es Dg = 12.?? cm. Fara la formaleta rJe papel
presFan tomamos¡
Ds + O.4 mm = 13.52 cms
Este porque al bobinar sobre la formaleta ella tiende a
disminuir Eu diametro¡ asi garantizamoEi que entrE! en la
columna sin níngún preblema (Figura ?g).
La formaleta tiene un esiperrc¡F de 2 mm
Errtre capa y trapa sGr coloca un aislamiento de
bakelita de O.5 mm o prc¡EFan (Figura ??).
4-2.1.4. Peso del devanado. Bcu
Radio mínimo = R min = ga.á mr¡ + ? rnm = á8.é mm
Radio máximo = R max = á6.6 + ? + 3.2 + 0.5 + 3.? = ZE.5
É med. = R rnax + R min.
d med. = á8.á mm + 75.5 mtn = 144.1 mm.
l7.O
l
EIGWA 96. Boblna de baJa tenslón
nG[nA 97. Condrrctor recta¡¡-gula de B.T.
laJ2
l' 2.4 -J
¡-,1.I?_¡
FIGffiA 98. Area de la forualeta trrGtNA 99. F0RUAI,EIA.
183
L. Espira media = E=p l'led = n D r¡ed = n x 144.1 mm
Longitud espira medica = 45?.7 mm
L mesp = 45?.7 mm
Bcu==PeEeCus= xfl= x Lmesp x Acua
Gicuz = PeEo Eu3 = 9.9 kg/dmú x q4 x 4á2.7 x 1á.8 dmsxl0-á
BcU¡r = Peso Eu3 = á.36 kgs
Gcu:e = á.3á kgs.
4.7.1.5. Resistencia del devanado (?5 "C).
Ra = 1.8l?6 x 94 x O.45?7 = 4á.O9 mllIOO x tá.8
Ra = Kt ?5"c- x fla@ =10O x A cu¡¡
Ht 35"c = constante del meterial a 25"C = 1.81?á
Rz = 4á. O9 mfl
4.2.1.6. Canal de aislamento entre alta y baja. Para el
canal de'aislamento entre alta y bajar set toman 15 mrn que
eB una distancia excelente entre bobinas¡ normalmente
tienen Fangc¡s entre 4 y 15 mm. r tomaremos dos capas de
papel prerpan de ? mm. cada una y dos capas de madera de
5 mm. y una de pre:ipan de I mm (Figura f0f).
EIG{nf 100. CanEl de afalanfgnto.
pr.rpon-¿lr0.5mm
lhnm modcro
lmm plrrpon - 2 r O.fnm
2.,1 + 0.8 - J.2mm cc¡üctor
O,Smm dc fbro;----) 2mm prcrpon - ¡l x 0.5mm
EIGffiA 101 Bobfna de baJa tenaÍón.
185
4.7.?. Devanado primario. Ver (Figura lO?).
Ear = Voltaje primsrio = 7O HV
llr = _ft_ fl= fl¡ = _@=¡@_ x 94 = ?q.qO9.O? espE= ?,?o
JL'_ = -p=-?9!=-99,_ = stg. ls ¡ Ifl= q4
Tomando una relación entera 52Oll tenemes:
flr = 3?O t{ ?4 = 3O.O€O esFiras.
Ear = 3O'OBO x Z?'O = 7O.4O(t v.q4
Ir = IO.OOO = O.l4? amp.70.400
El devanado Frimario sGr construirá con aiglamiento- escalonado así¡
I sección ?,giL L?.TLZ Vac 9.472 espiras
2 sección ?At L?.7L2 Vac 9.422 espiras
3 seccién - 44y. - 3$.q76 Vac - 13.?36 e=pirasñoz ?o.4oo vac 3o.oa0 espiras
4.2.2,1. Primera cepa.
Wl x (É cond x fh)
Wl = eltura de la bobina
É cond = diametro del conductor
fh = factor de holgura
312 (O.4O4 x t.O5) = 735 esp/capa = 736
* Vol/esp = 7O,4OO = 2.S4 Vle30.o40
# Vol/esp = 73,6 elc 'r 1.34 V/e
1 Secc 19.71? V
fl capas = __!fu-E-_ = f1.45 capas * 12L722.24 Vfc
I Secc tendrá 12 capas wh = ancho de hobina
wh = 13 x (O.4O4 + O.?5) x 1.lO = 8.63 = 8.7 mm
186
Primera capa quedaría:
1?.71? V lrlh = 8.7 mm 1? capaE
El aiElamento de la primera caFa será de O.?5 mm.
4.?.2.?,. Segunda caps.
?.62 - (O.4O4 x l.O5) = ót?.á3 E 619 esp./capa.
# Vol/capa = 619 x 2.34 = 1.44É.1? Vlc
2 SecciÉn 19.71? V = 13.á3 caFag * capas1446 v/c
hlh = 14 (0.404 + o.35) 1.lo = 11.61 = 12 mm
EI aielente entre capas de esta sección Ee reforzará con
una fibrE de O.1 írír.
O.?5 mm * O.1 mm = O.35 mm
aÉro.r{oEflIt+¡F,l
oIt6Er{¡I
NctFI
e¡EíFIh
tgg
4.?..2.5. Tercera cepe.
31? - (O.4O4 ¡t 1.O5) = 4qq.7á = 5OO e5p/capa.
* Vol/capa = 5O0 x 2.34 = t.t7O Vlc
2 Sección - 30976 v
50.?76V = 26.47 cepes*capas117ü v/c
hfh = ?7 (0.404 + o.5) 1.10 = ?6.88 = 27 mm
Fara el aislamento de esta secciÉ¡n se utili¿ará fibra de
O. 5 ¡nr¡.
4.2.?bp = Girobor de la bobina = 8,7 + O,25 + O,3S + I7 + 27
= 48.35
LF = loi'rgitud de la bobina = 51? mm.
4 . ? .3 . Peso de I cobre pri,mario . Eicur .
4.2,.3.1. Preso de la primera sección. Gicu¡. 1
R min E: (óá.ó + 6.9 + 15) = 88.5 mm
R max = (áó.á + 6.9 + l5 + 8.7' = 97.t mm
D med= Rmin + Rmax
D med = EIB.S + q7.2 = 145.7 mm
Leng. Ersp media = EsF 'é = n Dmed.
Esp '¿ = 185.7 x rr = 583.4 mm
Gicur.r= x flrr xpcondxEsp'.á x l*-aGicur.r = 7. OB4 Kg .
1A?
4.?..3.2.
Gict-tl¡ =.
Rmin=Rmax=
D med=
Long Esp
Esp '¿ =
EcLtr= E
Eiclt¡= =
Peso de la segunda sección
x flr:e x É cond x Esp '{
97.2 + 2 = 9?.? mm
99.2 + 1? = 111.2 mm
21O.4 mm
'á, = n Dmed.
é60. ?9 = óát m,n.
8,9 x 84.??xO.16?x6618. O?á l{g .
lO-á = 8.O26 kq
- Gcura
x 1O-á
4.?,5.5.
Bmin=
Rmax=
D med=
Long Esp
6cua6 =
Gcua.1¡ =
Peso de la tercera secciÉn - Gcur¡,
111.2 + 4 = 115.? mm
ll5.? + 27 = 142.? mm
7á7.4 mm
v¿ = ElS8.6 mm.
g. ? lr 13. 33é x O. tá? x 8O8.6 x lO-á
15.451 KE.
Gcur
Gcur
Ecu¡
Gicu¡¡
7. OB4
30. 541
+ Ecu¡=
+ B.O?á
Hg.
Gcu¡¡¡,
15.431
+
+
Gicu¡. = 30.54 kgE
r(mr dc Ctridcnl¡t¡rriln Fi|.:r11,¡
1?O
4.2.4. Impedencia del devanado primario.I
4.2.4.1. R.rr Primera sección.
Rr¡ = -_L.E!fu_f!.rr__E_EEE_JL = 1.819á x €.43? x O.583410O xÉcond lOO xO.1á?
Rr.r = F51.gg ft
4,2.4.2,. R¡a Segunda sección.
Rr== l.Bl?óx8.4?2xO.ó61 = á25.2El$IOO x O.lá2
Rr= = á25.29 fl
.4.2.4.3. R¡.ir Tercera sEcción.
Rr== t,B1?6x13.23áxO.BO8á = 1?ü?.130
Rr=Rr.r+R¡.a+Rr.=Rr=551.99+625.29+1202.ls
Rr = ?37q.2? n.
4.3. PERDIDAS
En los transf ormadores, como etn cual qLtier etro
dispositivo eléctricor BE producen pérdias de potencia.
Una parte de estas pérdidas se producen ya Ern vacio y EEI
censeFven inalteradag en la carga.
191
4.5.1. Pérdides en el hierro. l-as pérdidas en vecío son
las que Ee producen Eln el circuito magnÉtico a causa de
ta hietéresis y de las corrientes de Foucault¡ por Io
tanto =;on pérdidas en el hierro' Aunque con el
transf c¡rmador E n vacíe también aParecen pÉrdidas per
efecto de Joule en el arrollamiento primarior debidas a
la corriente en vacl.o fo, ctrmo esta cc¡rriente E!5 muy
pequeña, pueden desprecarse estes pérdidas y tener
encuenta solamente la ya citadas pÉrdidas en el hierro-
Segr.irn la (Figura 1O5) r paFe una densidad de f lujo E =
9OOO Giaugs o O.9 teslas ser encuentran que las pérdidas
especif icadas en el hierro ton de O.4l hf/kg. o see qLte
las pérdidas en el nrlcleo son¡
O.41 trl/kg. x (1?1.24 ke. ) = Pfe = 4q.7t hl
4.3.1-1. PÉrdidas relativas.
= -f-,'e- x loo = [email protected]É-Pt0x lOO = O.4?7. de P.
4.3.1.?. Pérdidas garantizaclas. (Ver Figura lOB)
EIGlnA 103. Curva de pérdtdaa grantlzáda¿ en.el hferro a 6(Hz.;...':.'"..lti¡..lf'.'¡¡..l¡..'.'-.""'...
t.€.€
Iuc
€?o€o
:
193
4.5.2. FÉrdides en el cobre. Las pérdidas debidas a la. trerga se producen en loE circuitog elÉctricos primario y
secundario deI transformador¡ se denominan también
pÉrdidas en el cobre. 5e deben 'al efecto Joule por efecto
de1 Faso de la corriente primaria y secundaria por los
respectivcls eFFclllamientos. Las pérdidas en el cobre son
pérdidas variables y dependientes de la carga.
Pcu = -¡¡
.Lem I=lOO Acu
¡r = ReEistividad del cu en ,fl cma/cm
= Número de espiras del babinado
Lem = Longitud espira media en ¡netros
I = Amperios
Acu = Sección del conductor en mm=
4.3.?.1. Devanado secundario.
Pcu? = ---¡.r---4@,-I3t=IOO Acu?
Fcu?= 2.37 xq4 xO.44Ox(45x4514lOO x 1ó.8
= _EgEdE!éo_€,_ = tzo.Es [w]T6EO
Fcu2 - f?O.53 [u¡]
4.5.?.2. Devanado primario,
Fcul = _r{ I leml I=lIOO Acul
194
Fcull = 2.37 x €|42? x O.58S4 (O.1421E = 19.329lOO x 0.129f
Pcull = t?.33 twl
Pcul2 = ?.57 x 84?? x Oá61 (O.14?13 = 3O.767lrl0 x O.1?gl
Pcul2 = ?O.78 [w]
Pcul3 = ?.37 x 15.33ó x O.BOBá (O.1.4?)a = 39.9Í6IüO x O.1?gl
Pcul5 = 39.?3 [w]
Pcul = Pcull + Pcul? + PculS
Fcul = 19.33 + 2ó.78 + 39.95 = pcul = 79.O r¡,
4.5.2.3. FÉrdidas a plena carga.
Pt = Pfe + Fcu = 4q.7L + (7?O + 1?0.53)
Pt = ?4q.?4 nl
4.3.2.4. Ef lciencia a corf,l = tn = I - Pt = I - _ ?49.74
P+Pt 1ü.000 + E?l?.24
N = EI cesÉ = Balida en watt. W = pÉrdidas totales
4.3.3. PÉrdidas a ZO€C
Fcu?O"C = l{1 }r = Gcu [w]
Hl = Factor cle pérdidas en la carga 10 ¡r/ -Kl = 2.OS Fara la comercial a 30otr
Kl = 2.5 para la comercial a ?5€E
1?5
4.3.3.1. Devanado secundario.
Pcu=ZO"E = 2.O5 x 33 x 6cu?
= ?.OE x 713'2 x á.3ó
Fcu=?O"E = 95.44 bl
PcuaTScC = ?.5 x 7.32 x ó.36
Pcu=75"8 = 116.39 bf
a=-IE-=-i!-fu-lLEA-9= lá.Bmme
z, = 2.7Ea = 7.32
4.3.5.2. Devanado primario.
Pcur.?O"C = ?.O5 x 1.?3 x 3O.54f
PcurSO"E = 77.CtO twl
Pcu¡75"C = 2.5 x l.?3 x 30.541
FcurTÉoC = ?3.?13 [w] = ?4 ld
1= J!-= --9.¡J-113,-ql O.1?gl
f = l.l0gEr=L.2?8=1.?3
4.4. CALCULO DE LA RESISTENCIA OHT'IItrA
ft = Fcu ?OEC OI=
1?á
4.4.1. Devanado secundario.
R2 = 95.44 = 0. O4óll = 4.6mll(45.+s¡=g
4.4,?. Devanado primario.
Rl = 77.ó =3,41?n=3.g4fl(o.14?)a
4.5. CALtrULO DE LA trAIDA DE TENSION trHHICA
Ur= EPEUT 1OO7.Pnor¡
4.5.1. Para ?OgC
Ur?OEtr = -J-4J13-_ IOOZ. = L.7Z10,ooo
4.5.?. Para 75gC
Ur75otr= ?IO.4w x1OO7. = 7..tO7.10.ooo
4.6. CALCULtr DE LA F.E.I'I. DE REACTANCIA
Ux = €lxl.O-a . f . n. I. Ad 7.
Ver figura 1O4.
f = frecuencia=áOHz
Vesp = Voltios por espira
Leq = Longitud equivalente - cí¡E = ld + €r
[ =- Eorrientr - amp
rq7
= Número de espirae
Ad = Sección efectiva del circuito magnético de
disposiciÉn - cn¡a
Ao = Sección transversal del canal
AeF = SecciÉn tranversal del canal primario
Aes = Sección transversal de1 canEl secundario
Lom = Longitud media del anillo para el canal
Ld = Longitud glogal del devanado
= Espesor en cm del arrollamiento
fEfi+-++-i a.cduÁ!l+rt6o¡-orE'a
-tF¡
akoHo.Éo|{É¡J
F{rCt
F{oóLóÉL
oocÉdtróo
"¡to|{o!odE.rlEq{go6d1,E6+¡or{F|
artictFl
*E'Hh
199
AeE = (66.á + 3.45) ?n x ó,9 = 5O3á.9 mm=
Aes = 5O.57 cmE
AeP=Lpm.ep
Aep = (66.ó + á.9 + 15 + 241?n x 48 = 339.2? mm=
Ad =Aor (Aes+Aeo)3
Ao = (6á.ó + 6.9 + 7,5)3r x
Ao = 7á.34 mmE
Aes = Lsm 35
AÉP = 53?.3 cm¿
' Ad = 76.34 + (30.37 + 359.3)
Leqs = 5á.9 cm
Leqp-LdeqF+
As = Lom ctLom = ?nro
15 = 76.34 mma
= tq9.5É cma
p= 3l?+?ú.2.+2I2 +48=31Omm
3
Ad = 1?9.ó crna
Leqs = Lds + e = 3á? + á.9 = 3á8.? mm
Leq p
Leq =
= 3l.O cm
Leoo+Leor 56,9t31 =33.95?
Leq = 34 cm
Veep = Voltios por espirá = 2?o = _Zgru_ = ?.34 v/e94 30.oEo
Vesp = 2.34 v/e
Ux = 8xl(r-á . f . n . I . Ad 7.
Vesp . Leq
Ux = Elxl0-a x áO x ?4 x 45.45 x 199.ó 7.
2.34 x 34
2
Ux = 5.147.
200
4.7. trALCULtr DE LA TENSION DE trORTO-CIRtrUITB
Uz= Ur?+Ux=
4.7.L. Tensión de corto circuite a 209tr
Uz?OE!tr = 1L.77 )= + (5.f4)E = 5.47 L
4.7.2. TensiÉn de coFto circuito a 7598
Uz759C = f(?.lO)= + (5.14)e = 5.55 7.
4.8. CALEULo DE LA e0RRIEHTE DE coRTo.cIRcuITo
Icc = _.I!SE-_L!W-Uz 75eC
Icc=@s. 55
Icc = 818.?1 amperios
4.9. trOEFICIENTE DE REGULACION A P.C. Y Ctrs É = O.8 (sEN
É = (1.ó)
U = Ur cosÉ + Ux send + (Uxcosd¡ - Ursend)=?oo
= L.7lo.g) + 5.4? (0-6) + t3.-@l=2CrO
= 1.3ó + 3.25 + (4.3,56 - 1.O32¡a200
= 4.áá'L de Us
201
4. 10. TIEFIPO PERI"IITIBLE DE ETIRTO-CIRCUITO
Para transfor¡¡adoreg en baño de aceite según IEc publ 7b-
?6.
Transfermadores con tensiones de corto circiruito más del
4Z hasta el 57. deben tener un tiempe permitible del cortocircuito de ? seg. mínimo y de má= del 57. como es nuestro
cásc¡, donde Uz(759C) = 5.57. un tiempo de 3 seg.
4.11 . CTIRRIENTE T}E EXCITACION ,. I F
Ilr = (Valu EfeE
! pare tl = 9.OOO grms
(Va)u = Hagnetización para núcleos enrrellados a áO Hz
según (Figura lO5).
.(Valu = O.4?5 VA/K9 sin entre hierros
Por los entrehierros de deEajuste entre las planchas, los
aumentarÉmos en un 5O7. = O.áB
cemo Glf e = L?L.24 kg entonces
IH = O.áB tVA/Kql x t?1.24 tHql = O.37 A2?:J
4.11.1. Potencia de magnetización = Plr
PF = (Va)¡, x Efe = O.68 x 1?1.24 = VA
En valor relativo E|2.44 = E,?4 t de Pto
.
-
I
EIGlltRA 105. Cr¡rva de nagrrcttzaclón en el hLerro a 60 tlz.P..r',._r:ris$toct¡ú¡\qr-octN -t
E
F-
t
D
D
:. .
,-
P.F
ctul
P.o¡
.o\¡-c)6Ito
s
203
4.L2. ENSAYCIS DEL DIELEtrTRICO NORI'IA ItrONTEC 857 CDU
62L .514. OOl .4
4 . 12. I . Obj ete . Esta noFrna tiene per obj ete establ Ercer
los ensayos peFe determinar elnivel de aiElemiento en los
transformadores de potencia, de tipo s;eccl y sumergidos en
aceite,
4.L?,.2. Definicioner, Pare los efectos de esta Norma
establecen definiciones en la Nr¡rma ICONTEtr 317.
4.1?,3. Condiciones generales.
4.L2.3.1. Lor transformadores destinadc¡s a funcionar a
una altitud ncr fl¡eyoF de I.OOO mr deben cumplir con lc¡s
requisitos est6blecidcrs en loe numerales 4,13.4.1. y
4. l5 .4.?. de I a Norma ICtINTEtr 856. Transf c¡rmadoree.
Nivelee de aislaoiento,
4.17.3.?. Los transformadores que Ee ven a r-rtilizar a
altLtudes rneyores de l.OOO rlr cumplírán con los
requisitos establecidos en el numeral 4.13.4.3. de 1a
Norma ICONTEC g3á. Transformadores. Niveles de
aisl a¡niente.
4.1?.4. Requisitos.
to4
4.12.4.1, Transf ormadores de tipo s€rco. El aislamiento¡
deberá EeF diEeñado pare resistir, entre los devanados y
tierra¡ el ensayo de tensión aplicada. El nivel de
aiElamiento a frecuencia industrial de egtos
transfor¡nadoresr ser defini por la tensién de Ensayc¡ e
frecuencia industrisl y su valor es dado por la magnitud
corr€reFondiente a i" tenEión máxima cle operación
especificada. Eon esta tensión de ensayo, está as;ociads
un ensayo de tensión inducida.
4.12.4.7. Transformadores Eumergidos en aceite. Excepto
para les transformadores que funcionan en instalaciones
no exputstasr c!1 aislamiento deberá s;EIF diseñado para
resistir una tensión de ensayo de .impulso de onda
completa. El nivel de aislamiente de impuleo del
transformadorr rel definirá en func.ión de esta tensión de
ensayo, y su valor sr clxFFEsará por la amplitud de enda
de 1a tensión correspondiente a la tensión mayclF
especifícads del sistema baje las condiciones de tíerra
determinadas. Con esta tensiÉn de impulso está asociado
el Ensayo a frecuencia industrial.
4.1?.4.?.1. La tenslón del circuito abierto de ciertas
derivaciones de un trangformador podrá exceder la tensión
máxima de operación del sistema, pero esto no implica un
incremento en el nivel de aielamiento de impulso o del
EO5
nivel de aislamiento a frecuencia industrial requeridá
por esta Normá.
4 . 12.4.3. Transformadores monofáeices utilizados eln
sigtemss trifásicos. Los transftrmadores que van a eielF
usadsos en un banco trifásico deherán tener un nivel de
afslamiento apropiado pare la tensión máxima de operación
del sistema trifásíco y el mÉtodo de conexión a tierrsdel sietema, cualquiera que Bea la cc¡nexión del t¡anco
(estrella, delta, etc. ).
4.12.5. Enssvos.
4.12.5.1.
rutina ! .
Ensayos de tenEión aplicada (Ensayo de
4.1?.5.1.1. Este Ensayo se realizará con una tensión
alterna monofásica, de forma de onda tan próxima a la
sinusoidal cÍrmo sea posible y de frecuencia cenveniente
no menor que el 8O7. de la frecuencia nominal.
4.12.5.1.?. Se mide el valor de cresta de la tensíén de
ensayo- El valor de cresta dividido por {? debe estar de
acuerdo con las Tablas 1, ? y 4 de la Norme ICONTEtr g3ó.
?oá
4 . t? . 5. ! .3. El enseyo s6r in ic ie a una tensión no rüeyor
que I/3 de la tensión de enseyc' y se aumElnta al valor
apropiedo dade en las Tablas lr ? ó 4¡ tan rápidamente
corno lo permita la indicación dads por el instrumento de
medida. Al final del ensayo la tensión se reduce
rápidamente a menoe de la tercera parte de
completo antes de desconectar.
su valor
4.L2.5.1.4. La tensíÉn apropiada, obtenida de una fuerte
separadar st aplica sucesívamente durante á0 segundoet
entre los devanados bajo ensieyo y los rlemást conectados
con el núcleo., aramazón y tanque cr cubierta del
transformadorr a tierra.
4.1?.5.1.5, Fara transformadares de tipo seco se aplica
la Tabla I de la norma ICONTEC 836. Fara transformadores
sumergides Eln aceite con aislamiento unifor¡¡e se aplica
la Tabla 2 de la norma ICONTEtr gSe. Fara transformadores
sumergidoe en aceite con aislamiento decreciente Be
aplica la Tabla 4 de la norma ItrONTEC 85á.
4.12.5.1.á, Fara las conexiones especieles indicadas a
continuaciún el ensaytr se realiza como siguel
4.L2.5. t,á-1. Devanados der tensiones nominales
diferentes que Ee interconectan dentre clel transformador.
207
La tensión de ensayctEi set bass en la tensión máxima de
operaciÉn del sistema o de los circuitos a loE cuales
se conectan loE devanados. El ensayo se reali¡a con
los devanados interconectados trBmtr pára servicio.
4.1?.5.1.6.2. Devanados disefiados FeFa oFerar en seris
con líneas de alimentación c.enectedaB a otros aparatos.
La tenEién de ensayc¡ EEr basa en la tensión máxima
operación del sistema resultante de la cornbinación
los devanEdos en serie y los aparatos.
4.15. NORt-lA ICBNTEC 856
de
de
4.13.1. Objeto. Esta noFma tiene
los niveles de aislamiento de
transformadores de distribución y
sumergidos, con niveleg de tensión
per objet-o establecer
los devanadoe para los
petencia, tipo secct y
rnenores der 11O kV.
4.13.?. Definicioneg, Fara
egtablecen las definiciones
3L7.
les efectos de
dadas en la
esta no¡-ma Ee
noFí¡a ICtrNTEC
4.13.3. Condiciones generales.
208
4.13.3.1. LoB requisitos de aislamiento y las pruebas
correspondi.entes paró transformaderes, están dadog con
referencia a un devanado e5pecifice y su5 terminales.
4.15.3.?. PaFe traneforrnedores sumergidos en aceite los
requisitos sEr aFlican únicamente Fara el aislamiento
interno. trualquier requisite adicional B pructbe cen fni¡-as
a verificar el aislamiente et{tetrno que siea conEiderado
nece5aFio, dehe egtar sujeto a un acueFdo entre el
comprador y el fabricante.
4. 15.3.3, 5i el
transformgdor de
provistas solamentEl
clspecíficamente al
usuaricl desea hacer conexiones al
tal ,nanerFa que reduzca las distancias
por ésten esto debe setF ceneultada
fabricante.
4.f3.3.4. Cuando un transformador. sumergido en aceite eE
€rsF€rcificado Para operación a una altitud mayor de
I.OOO m, las dietancias de eielamiento deben eetar
disefiadae de conformidad. Puede ter entonces necesario
Eeleccionar bujes diseñados Fará 'niveles mayores de
aiElamiento que aquÉl los esFecificados pare el
aislsmiente interna del devanado del transformador.
4.13-5.5. Es de suponer que los bujes y camhiadcres son
especificados, dieeñados y probados de acuerdo a las
?oq
normas coFFesFondientes. Sin embargo, las pruebas de
ai=lamiento al transformador completo csnstituyen una
prueba de la correcta aplicación e instalación de estoE
comFonentet.
4.13,3.á. Las pruebas de aislar¡iento deberá hacerse con
el transformador a la temperatura ambiente. El
transformador rlebe estar completamente ensamblado como en
servicio, excepto, pará les sumergidos en aceite en }og
cuales el sistema de refrigeraciún V los equipos de
protección y control pueden retirarse.
4,15.3.7. Si un transformador incumple sus requisitos de
prueba y la fal la está en un bujer ts permitido
reemplazar el t¡uje temporalmente y centinuar las pruebas
Eln el transformador haEta completarlas sin retraEo.
4.13.3.8. Los transformedores con cajas de conexión Fara
cables o directamente conecta¿os a instalacioneE de 5F6 u
otrs tipo de aislamiento, deben ser diseñedoe pera que sEt
puedan anali=ar conexiones temporales para los ensayos de
aislamiento y utilizando¡ si es necesaÉio, bLijes
auxi I iares.
4.13.3.?. Éuando el fabricante pretenda uEaF elementos
no lineales o Fararráyes montados interna o externarnente
' ril¡ do Crrldenrr
210
al transformador Fera la limitación de transitorioE de
voltaje transferidoe, esto debe reF cclfnunicado al uguarit¡
Fara su atenciÉn.
4.13.4. Requisitos.
4.13.4.1. TensiÉn máxima
aiglamiento.
para un equipo y su nivel de
un transformador se
para el equipo "lJflr".
4.13.4.1.1. A cada devanado de
asignará un valor de tensión máxime
4.15.4.1.1.1, Las exigencias Fere la coordínaciún del
aiElamiento de un transformador con respecto a
eobrevoltajee transiteriosr sr fermularán de fl¡aneFa
diferente dependiendo del valor de 'LJm'. Euando las
exigencias aceFce de pruebas específicas Fare devanados
rJiferentes en un transformador difieren, 1a exigencia re
aplicará para el devanado con el máE alto "Um".
4. f 5.4.1.1.2. Los valoreE generalizados de lrUmrt eparecen
en las Tablas I y ?. El valor que sGr va a seleccienar
Fsra un devanado del transformador rera aquel igual o
inmedi.atamente superior al voltaje nominal del devanade.
?11
4.13.4.1.1.3. Los devanados de los trangformadores
podrán ester provistos de derivaciones Fare voltajeg
sobre eI valor de voltaje nominal sin incrementar eI
nivel de aielamiento básico (NBA) seleccionado' si la
tensión máxime del sistema rrumrr no es excedida'
4.13.4.I.2. Los voltajeE especificados que deba septrtar
el devanado V los cuales constituyen su nivel bágico de
aislamiento (NEA) r gerán verificados por Lln conjunto de
pruebas dieléctricas¡ el cenjunto de pruebas¡ eB diferente
dependiendo del valer de "lJm".
4.15.4,1.2.1. El valor de rrum" y el nivel básico de
aislamiento (NBA) que son asignados a cada devanado de un
transformador, serán parte de la infort".iór, que va a EeF
suministrada con un pedido y una orden. Si hay devanado
con aíslamiento no uniformer tI nivel de aislamiento
básico del terminal neutre tambiÉn deberá =;elF
especificado por eI comprador.
4.13.4.1.2.?. Los valores e=pecif icades de nivel bágictl
de aistamiento (NBA) de todos los devanadogr deber'án
aperecen Fn la placa de caracteristícas. La informeción
para los diferentes devanados deberá :rstar separada For
una raya inclinada lll.
2L?
Para un devanadc¡ no uniforme aislado se darár primeror el
valor de aiElamiento del terminal de línea y en segltidat
separado For un guiónr el valor para el terminal neutro.
4.13.4. ?, Regla Fara algunas claseE especiales de
transfermadores.
4.15.4.3.1. En transformaclores donde devanadog
uniformemente aislados, teniendo diferentes 'rumrr r Bon
conectados juntos dentro del transformadorr (usualmente
autotransformadores) la 'prueba de voltaje de tensión
aplicada deberá .ser determinada por el arrollarniento con
el valor más alto de "lJír".
Autrotransformadc¡Fers con neutro aterrizado ne pueden seF
siempre protrados al nivel de aislamiento de tenEión
aplicada asignado, sin embargo, los devanados deberán
estar aiglados pere los niveles de aislamiento asignados.
4.13.4.2.2, En transformadores que tengan uno o más
devanados aislados no uniformemente, los voltajes de
prueba Fera el ensayo de tensión inducida, seFan
cletenminados nor el arrollamiento con eI valor más alto
de ¡rumrr y los devanados con valoree 'Umrr más bajos,
podrán no recibir los voltajes de prueba.apropiados. Esta
discrepancia deberá =;er nc¡rn¡almente aceptada.
?15
4.13.4.5. Requisitor de ai=lamiento y pruebae
dieléctricas Fare devanades con rrum'¡ { f tO kv y
aiElami.ento unifoFme.
4.13.4.5.1. Los valores especificados de veltaje de
aislamiento que deberán soportar los devanados :ront
4.13.4.3.1.1. Un voltaje €re;pErcificado de baje frecuencia
(teneión aplicacla) de acuerdo con le Tabla 2.
4.13.4.5.L.2. Un voltaje espErcif icado de impulEcr pera
los terminales de línea de acuerdo con la Tabla ?.
4.13.4.3.1.S. Si Ee especifica, un voltaje de impulso
para el terminal neutro con el mismo valor pico que para
las terminales de linea.
4.13.4.3.2. Los valores de voltaje esFecificados que
deberán sopcrtar los devanados se verificarán mediante
las siEuientes pruebas:
4.13.4.3.?.1. Une prueba de voltaje de tensión aplicada
(rutina) con el objeto de verificar eI aislamiento de la
bebina bajo prrreba a tierrE y contra otros devanadoe.
4 . 13. 4.5 .?.2.
(rutina) con
largo de todo
el
el
?t4
Una prueba de sobrevoltaje índucido
objeto de verificar el aislamiente a le
devanado bajo prueba y entre fases'
4.13.4,3.?.3. Una prueba de impulse Fera los terminales
de línea (tipo) con el ohjeto de verificar el aislamiento
del devande contra imprrlsoE entre cada terminal de línea
y tierra y otros devanados y a lo largo del devanado bajo
ensaycl. .
4.1.4.3 .2.4. Una prueba de impulso Fara el terminal
neutro (especial) si ha sido especificada, la cual tiene
por objeto verificar el aislamiente contra impulso de
tensión entre el terminal neutro y tíerra V otros
devanadt¡s.
4.13.4,3.3. Los niveles de aislamiento devanado a tierra
de devanados uniformes deberán ser mantenidos a través de
todo el arrollamiento.
4.13,4,5.4. El nivel de aislamiento de baja f recurencia
(en la prueba de tensión inducirla) entre espiras de uh
devanado deberá ser el debl* A*'t voltaje niminal entre
espiras.
215
4.15.4.3.5. Devanadog sin terminalet atrceÉibles deberán
BE r caFacesi de soportar les veltajes inducidos
resultantes de las pruebas de impuleo aplicadas a los
otrt¡s devanades del transformador.
TABLA I Relaciones entre voltaje naminal del sistema,voltaje máximo del sietema y nivel básico deaislamiento (NBA),
ApI icaciÉn
VoI taj enon¡ínal
eistema UskV eficaz
Vol.tájemáximo
eisteme UmkV eficaz
Nivel básicode aislamien-to (NBA) kV
cresta
Distribución
hasta 5OO kVA
inc lusive
Irl
?r5
5ro
g17
15 rO
lr?
2rE
5ro
817
l5¡o
30
45
óo
71
95
Potencia
rr?
2tE
5r0
817
15r O
?5ro
34rS
4órO
ó9rO
lr2
2rE
5to
817
l5r o
25rO
3á
52
77r3
45
óo
7á
95
lto150
?oo
zEO
350
21á
|ABLA 3. Interrelac.iones entre niveles de aislamiento dieléctrico Faratransformadores con NBA 35O kV y menoFeE.
Apl icaclón
Nivel básicoaislamiento
(NBA)KV
Nivel devoltaje deaisl amentepara bajafrecuencia Hveficaz,
Niveles de aislamiento de impullt
E.comple.ta trnda recertada
(kV cresta) kV cresta
TiempomínimoaI recor.( chispa )
H. S.
Distribución
30
45
áo
73
95
10
15
19
vb
34
30
45
óo
73
95
56
54
6q
B8
110
Iro
1r5
1r5
lr6
IrB
Potencia
45
áo
7á
95
110
150
200
?50
350
10
1E
1?
26
34
50
7A
95
14ft
4S
áo
73
95
1lC¡
150
200
250
350
54
bq
BA
11ü
145
175.
2so
?90
400
1r5
1t5
1t6
IrB
?r?5
3r0
3to
3ro
3r0
:|t Frueba FaFe EeF realizada solamente cuande Ee ÉreFecif ique.
?L7
IAELA 3 Niveles de aislamienta mínimo en el neutro.
Apl icaciónVol taj e
nominal de1gistema
t kv)
l"linimo nivel de aislamientorecuencía (kV
pera pruebarms !
de
Aterri.zadosólidamente oá través deTransf ormaclorede corriente
Aterrizadode trans-formadorregulador
Aterrieado a través de neutrali-zador de falla atierra o aisladopEFo protegidecontrairnpulso
Distribución
1n?
ErS
5to
gr7
lSro
10
15
19
26
?á
10
15
1?
?6
?á
10
l5
19
26
2á
Potencia
1r?
?r5
5ro
8r7
l5,o
?5rü
34r5
46rO
69rO
to15
L9
26
?á
2b
26
34
34
10
15
1?
26
26
?6
26
34
34
1(l
T5
1?
7á
Eá
34
50
7$
95
?lg
TABLA 4 Niveles de aislamiento FraFe transformadoreg Eecos.
lAplicrbler r los drv¡n¡dos con e¡trell¡ ¡ólid¡rente rterrirrdo, t¡les dev¡nados debm Eer ctp¡cts de roportrr do:vece¡ ¡l volt¡ie norin¡l lcm lleutro ¡terrir¡dol d¡ h¡ trnin¡le¡ e¡ line¡ ¡ tierra y entr¡ terrin¡les lin¡¡.
VoI taj e
nomínal
equipo
Nivel
básico
aisl ami-
ento
(NBA) kV
Niveles de voltajeprueba de b¡jafrecuencia (kVrms). DÉvenado aDevanado. Devanado
a tierra
Niveles de impulso(polaridad positiva)
Ondacompleta
trndaRecortada
EstreI 1aeterri-zadslt
EstreI I ano ate -rrizadaDel ta
lr? x50¡rS
(kV cresta)
KV
cresta
Tiempomínimo alrecorte
¡.r,s.( chispa )
1?O - 1200
1?OO Yat/693
2520
43áO Yat/?5?O
41áO
7?0,o^
B72A Yat/SO4O
83?O
t?ooo
l5BOO
13BOO YatfT?7Q
18000
3?góO Yat./lS?OO
?3000
24?OO Yat./144O0
,27áOO
545OO Yat/l??ZO
34500
to
20
to
30
30
30
60
60
?5
95
110
rt01?5
1?5
150
4
10
10
to
1ct
1(t
10
4
to
12
1?
t?
31
34
37
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30
10
10
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20
30
30
45
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ó0
95
9S
llo
r.10
125
12S
150
10
10
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20
30
5{¡
45
60
60
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?5
110
lto1?5
125
lÉ0 1
Iro
ItoIrs
Iro
Iro
Iro
r r25
ltS
lnE
lr5
1ré
lrB
lrB
?ro
2ro
?,?5
'?19
4.L4. PRUEBA DE TENSION APLICADA
Esta prueba sirve FaFa verificar el aiglamiento entre
embobinedos, entre un embobinado y tierra, así ctrrno el
aislamiente de las boquillas o pasamuFos. Eonsiste en
apliear una tensiÉn elevada a uno de los embobinados, con
el otro embobinado, el núcleo y el tanque concetrtsdos a
tie¡rra.
El valor de la tensión aplicada depende de la clase de
aislamiente (en función de Eu voltaje nominal de
oFeración) y lo fi-ian las norrnas de acuerde a la tabla.
Fara la prueba se requiere un tranEformador elevadort
alimentado en baja tensión tron una fuente de voltaje
regulade, y cepeu de sumin.istrar en alta tensión el
voltaje requerido Fara la prueba. Debe tener integrado Lln
voltímetro que reporte con la debida precisión los l{V en
alta tensión.
No se debe colocar ninguna resistencia de valor
sFreciable entre el equipo de prueba y el trensformador
For pnobar. Se permite sin embargc, el uso de bobinas
reactivas.
Uniurrsiooo ,mo ¿e -orr,dlii
t r','ii !:l .¡ttí¡,
220
Co¿exir¡nes. Todas las terminaleE del devanado bejo
prueba deben conectarse entre sí V a la línea del equipo
de pruebar FoF medio de almabre desnudo, delgado pero de
diámetro no menc¡r de O.3 mm.
TodEs las demás terminales y partes conductorast
incluyendo nricleo y tanque, deben conectarse entre sir a
tierra y a la otra terminal del equípo de prueba formanslo
un circuito Eólido metálico.
Procedinienür¡. La prueba debe inicfarse a un valor máximo
del 2S7. de la tensión de pruebar Y Ee incrementa hasta Eu
valor totsl aproximadamente en 15 segundc¡s.
La tensión de pruebe =iEr mantiene durante un minute.
DespuÉs de un minutor se reduce la tenEión a
igual o menc¡F que el de iniciacíón en un máximo
segundos y se desenergiza el circuito.
un
de
valor
cinco
TAELA 5. Valores del potencial aplicado de acuerdo a laclase de aislamiento.
CLASE DEAISLAHIENTO
t{v
PT]TENCIALAFLItrADO
HV
CLASE DEAISLAf'IIENTTI
t{v
POTENCIALAPLICADIT
KV
0r6
1r?
4
10
9?,
115
lAs
230
?r5
5ro
g17
15
1g
25
54r5
4ó
6q
t5
19
26
34
40
50
70
95
140
139
1ál
l9á
?15
230
315
345
575
400
773
s35
3?5
430
4óO
630
690
750
goo
3?1
cont...
4.14.1. Desarrollo de la prueba.
Seleccienes de la Tabla I el valorprueba.
Fotencial apl icadc¡¡
Potencisl aplicsdo¡
l.lc¡üa; Esta prueba Ee Fecomienda efectuFrle una vez en
transformadores nuevos. Para un equipe que se está
eometiendo frecuentemente a este experimento paFa
aprendi=aje de los alumnosr ES recomendable no user
más del 737. del valor de norma. 5i éste es el caso,
anote a continuación Eiu valor de prueba.
del potencial de
HV
KV
?22
Eonecte el circuito de prueLra de acuerdo a las
recomendaciones hechas. (Ver Anexo 1).
TABLA ó. DimensioneE de los alambres según AhlG conesmaltación sentrilla. (Una capa).
AhIG d [mm] d cis [mm] q [mm]
g
?
lo10 v?
11
r r'é
L2
TzE
13
r3'¿
14
r4,É
15
f stt
t6
f 6tÉ
L7
L7á
TB
19,,É
3, ?á
7.9L
?.5?
2.44
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2,.L7
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1. ?3
1 .83
L.72
1. ó3
1.53
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1.15
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7.27,
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L.77
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1.59
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I .33
1.?5
1.1?
1. t2
1.06
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5. ?á1
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4.1áB
3, á?g
3.308
2.923
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2.323
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1. á52
1.45?
1.5{'8
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Lq\á
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o.961
o.815
o.767
o.724
o.693
o.ó43
o.607
o.574
o. 541
o. 511
o.492
o.455
o.4?9
o.404
o.?50
o.899
o.g4g
o.802
o.759
o.718
o.É78
o.ó4?
o.óo7
o. 571
o. 541
o. 513
o.485
o.457
o.432
o.á550
o.5a??
o" 518?
o.4ó19
o.4116
o.3éó3
o.3?43
o.2993
0.2599
o.2?98
o.?o47
o.1g?4
o. 1á24
o. 1445
o. t?81
?,?4
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y hfENTS, Edward. Transf ormadoreg Fare laIndustria ElÉctrica. Hexico: Eontinental. 1?ó3.
?,23
ANEXO 1. Recomendaciones generales.
rnportante, DespuÉs de instalado el transformador para lapruebar aísle el área en que gie encuentra, de r¡anera que
per ningún motivo, nadie pueda ecetFcaFsEr e la zcina de
alto voltaje.
Energice la fuente, Inicialmente puede tener un
voltaje entre ceFc¡ y el ?SZ. del potencial de prueba.
Aumente gradualmente el voltaje hasta obtener elpotencial de prueba en 15 segundoE como máximo.
Es recc¡mendable que FarB la instalación del equipo
se haya protegido suficientemente el área de
trabaje, con Ltna buena malla de tierra.
l'lantenga el potencial de prueba durante un minuto.
Observe desde una distancia prudente si no hay
aFqueo Ern le= partes visibles, burbujas dts humo, o
alguna otra anormalidad.
Reduzca el potencial aplicado er¡ E segundos máximo.
Al l legar al ?57. de la tensión rle prueba sE puede
desenergizar el equipo.
)
¡.
??6
Nunca está de ¡nás.un exceso de precaución de manera
que antes de me*ter rfiencr Fára reti.rar las conexicrnes
conviene tocar las 1íneas del potencial aplicado con
un cable aterrizado, Fara descargar cualqueir
vol taje electrostátitro ecurnulado.
Si Er va a aprobar el otro embobinado el j.ja eln la 'TaF¡la I eI patencial.aplicadc¡ de acnerdo a la clase
de aislamiento de este devanado, y repita nuevamente
todos lc¡s pasos del desarrello de Ia prueba,
Si tiene mbservácisnes respncto al resultado de la
prueba anótelas a continuación.
Ebservacíoneg
Fp
t
t
i