TRANSFORMADORES
disposición de núcleos y bobinas entre sí. Se puede apreciar que las bobinas primarias y secundarias no se colocan en el núcleo , sino que en una columna va el primario y en otra el secundario.
clasificamos los dos tipos de núcleos. Estos se construyen con chapas de hierro al silicio, aisladas eléctricamente entre sí para disminuir los efectos de las corrientes parásitas, e inclusive el mismo perno de unión se aísla del núcleo con un buje.
se observa la forma de armar las partes componentes de un núcleo tipo ventana. Los empalmes entre partes (que son magnéticamente hablando, los entrehierros)
Pueden ser planos o calados (forma de “dientes”) como se ve en el esquema. También se muestra como se “apilan” las chapas en el caso de transformadores de poca potencia, mientras que en la otra figura se ve el caso de los entrehierros “oblicuos” macizos.
Como las bobinas se realizan en forma separada, la forma de empalme de las piezas del núcleo deben facilitar si colocación. Para esto, como se ve en la siguiente figura, se colocan las bobinas una vez armado el yugo inferior y las dos columnas, para cerrar el conjunto con el yugo superior. Esta forma constructiva facilita el desarme en el caso de avería, y el cambio fácil de la bobina dañada.
A medida que aumenta la importancia de la maquina, es decir su potencia, es conveniente que las columnas dejen de ser de sección cuadrada, para adoptar formas “cruciforme”, como se detalla a continuación en las figuras siguientes:
Estas disposiciones de las columnas facilitan su adaptación a la forma cilíndrica de las bobinas. En el núcleo de la derecha existen canales internos para una mejor evacuación del calor producido por las pérdidas en el hierro. Esta separación se logra mediante la aplicación de listones de madera tratada.
El armado del conjunto del núcleo se logra por diversos métodos, algunos de ellos los representamos a continuación:
Es una práctica común en la construcción de maquinas eléctricas, el utilizar los bobinados impregnados. Operación que resulta tecnológicamente compleja: una vez armado el bobinado, se lo somete a un proceso de secado en hornos especiales, y además se elimina la humedad por tratamientos en autoclaves al vacío. Luego se procede a impregnarlo con aislantes líquidos, para volver a darle luego otro tratamiento de presión y temperatura, asegurando la penetración del aislante en la bobina. Este tratamiento requiere también de ambientes libres de polvo, y su manejo con mucha delicadeza. De estos tratamientos dependen la duración y calidad de los transformadores.
En cuanto a las formas constructivas de las bobinas, podemos encontrar diversos tipos, como los que se detallan a continuación:
Por lo general, la bobina que irá colocada en la parte más interna, o sea más próxima al núcleo, es la de menor tensión. Las cilíndricas se prefieren para casos de baja tensión, y las de “galleta” para alta tensión. Ya sea que se trate de conductor cilíndrico o fleje, ambos están construidos por cobre electrolítico recocido, y en algunos pocos casos se utiliza aluminio.
Las bobinas se realizan separadamente en talleres especiales y luego se incorporan al núcleo, quedando en variadas disposiciones, como se observa en la figura, en la cual además se puede ver la forma en que se inmovilizan los conjuntos de bobinas en relación al núcleo, mediante adecuadas piezas de madera, apoyadas sobre perfiles de acero.
Otro elemento importante de la estructura del transformador, es el tanque de expansión.
Como sabemos, conforme al estado de carga del transformador, éste variara su temperatura de trabajo, con lo cual el fluido contenido en la cuba cambiara su temperatura también, y en consecuencia su volumen. Debido a esto es que se anexa a la cuba en forma más elevada, el tanque de expansión o conservador. Este posee una capacidad del 8% del total de la cuba y por lo general se trata de que la cantidad de aire q posea sea mínima para evitar la condensación de humedad por la compresión y descompresión del aire existente, además de contar con una válvula deshidratante a base de cloruro de calcio, que dificulta el ingreso de humedad, ya la presencia de esta perjudicaría las condiciones optimas necesarias del aceite siliconado. Del tanque de expansión parte un tubo hacia un filtro deshidratante con silica-gel. También dispone de una válvula de de drenaje y un instrumento flotador para controlar el nivel en su interior.
Un elemento auxiliar importante del transformador es la válvula de seguridad, cuya función en caso de incendio, es producir el derrame del fluido refrigerante para evitar la explosión. Esta válvula acciona de la siguiente manera: una membrana se rompe (placa de estallido) por efecto de la presión anormal del refrigerante, permitiendo la salida de éste, y al desplazarse simultáneamente cierra dos contactos auxiliares para el accionamiento de las alarmas de seguridad y las protecciones.
Otro elemento importante de seguridad es el Relee de Buchholz.
Si en el interior del transformador se produce un accidente eléctrico que da lugar a la formación de un arco eléctrico o un calentamiento anormal, el líquido refrigerante tiende a evaporarse o formar gases. En este caso las burbujas subirán y trataran de alcanzar la máxima altura posible, pasando indefectiblemente por el relé de Buchholz. Si el defecto es débil, los gases producidos en la cuba serán pocos y se irán acumulando en la cámara de aire. En ella, el flotador n°1 se verá obligado a bajar, cerrando los contactos n°1 sujetos a él. Esto ocasionará el cierre de un circuito de alarma, que dará aviso de lo que ocurre. Si por el contrario, el defecto es intenso o importante, la cantidad de gases será abundante y pasaran por el relé de Buchholz en forma de burbujeo intenso, accionando el flotador n°2 que cerrará los contactos n°2. La corriente que pasa por los mismos accionará el sistema de disparo, sacando inmediatamente de servicio al transformador.
En la figura del conjunto de cuba, relé de Buchholz y tanque, se aprecia que del relé sale un tubo, cuya función es permitir extraer muestras de los gases acumulados, para un control periódico permitiendo predecir el estado de la unidad.
Los aisladores pasantes, son el medio por el cual se vinculan los circuitos internos de las bobinas con el exterior. Cada transformador posee una fila de aisladores de alta tensión o media y otra de baja tensión. Los de baja tensión no requieren una explicación minuciosa, en cambio, si observamos la figura en donde se muestra un aislador pasante de media tensión, veremos que éste está provisto de un descargador, cuya función es la de producir una chispa en caso de que se produzca una sobretensión transitoria anormal. En la parte izquierda de la figura tenemos el llamado aislador pasante a condensador, que se utiliza con tensiones superiores a 70Kv. Están formados por sucesivos capacitores concéntricos, en serie eléctricamente, formando un cilindro cónico de ancho decreciente. Las armaduras de estos capacitores son láminas de aluminio, separadas por papel impregnado en aceite. El cuerpo exterior es de porcelana.los aisladores pasantes permiten vincular el interior con el exterior del transformador, pasando los conductores aislados por la chapa de la cuba. Estos aisladores son de cerámica de porcelana, y deben resistir tanto las sobretensiones normales, como las anormales de funcionamiento, además de retener el líquido refrigerante por medio de las juntas adecuadas evitando el derrame del mismo.
AUTOTRANSFORMADORES
Como ya hemos dicho, los autotransformadores son casos especiales de transformadores, en los casos en que la tensión se modifica levemente, del valor de entrada al de salida, y no se justifica el uso de cobre en un bobinado secundario. A continuación representamos este, en esquema real y eléctrico.
clasificamos los dos tipos de núcleos. Estos se construyen con chapas de hierro al silicio, aisladas eléctricamente entre sí para disminuir los efectos de las corrientes parásitas, e inclusive el mismo perno de unión se aísla del núcleo con un buje.
se observa la forma de armar las partes componentes de un núcleo tipo ventana. Los empalmes entre partes (que son magnéticamente hablando, los entrehierros)
Pueden ser planos o calados (forma de “dientes”) como se ve en el esquema. También se muestra como se “apilan” las chapas en el caso de transformadores de poca potencia, mientras que en la otra figura se ve el caso de los entrehierros “oblicuos” macizos.
Como las bobinas se realizan en forma separada, la forma de empalme de las piezas del núcleo deben facilitar si colocación. Para esto, como se ve en la siguiente figura, se colocan las bobinas una vez armado el yugo inferior y las dos columnas, para cerrar el conjunto con el yugo superior. Esta forma constructiva facilita el desarme en el caso de avería, y el cambio fácil de la bobina dañada.
A medida que aumenta la importancia de la maquina, es decir su potencia, es conveniente que las columnas dejen de ser de sección cuadrada, para adoptar formas “cruciforme”, como se detalla a continuación en las figuras siguientes:
Estas disposiciones de las columnas facilitan su adaptación a la forma cilíndrica de las bobinas. En el núcleo de la derecha existen canales internos para una mejor evacuación del calor producido por las pérdidas en el hierro. Esta separación se logra mediante la aplicación de listones de madera tratada.
El armado del conjunto del núcleo se logra por diversos métodos, algunos de ellos los representamos a continuación:
Es una práctica común en la construcción de maquinas eléctricas, el utilizar los bobinados impregnados. Operación que resulta tecnológicamente compleja: una vez armado el bobinado, se lo somete a un proceso de secado en hornos especiales, y además se elimina la humedad por tratamientos en autoclaves al vacío. Luego se procede a impregnarlo con aislantes líquidos, para volver a darle luego otro tratamiento de presión y temperatura, asegurando la penetración del aislante en la bobina. Este tratamiento requiere también de ambientes libres de polvo, y su manejo con mucha delicadeza. De estos tratamientos dependen la duración y calidad de los transformadores.
En cuanto a las formas constructivas de las bobinas, podemos encontrar diversos tipos, como los que se detallan a continuación:
Por lo general, la bobina que irá colocada en la parte más interna, o sea más próxima al núcleo, es la de menor tensión. Las cilíndricas se prefieren para casos de baja tensión, y las de “galleta” para alta tensión. Ya sea que se trate de conductor cilíndrico o fleje, ambos están construidos por cobre electrolítico recocido, y en algunos pocos casos se utiliza aluminio.
Las bobinas se realizan separadamente en talleres especiales y luego se incorporan al núcleo, quedando en variadas disposiciones, como se observa en la figura, en la cual además se puede ver la forma en que se inmovilizan los conjuntos de bobinas en relación al núcleo, mediante adecuadas piezas de madera, apoyadas sobre perfiles de acero.
El conjunto de núcleo y bobinas se puede refrigerar mediante aire, con adecuados ventiladores, pero lo más común es que estén sumergidos en un baño de liquido aíslate y refrigerante a la vez, teniéndose así una refrigeración natural, como vemos en el esquema.
El conjunto de núcleo y bobinas se puede refrigerar mediante aire, con adecuados ventiladores, pero lo más común es que estén sumergidos en un baño de liquido aíslate y refrigerante a la vez, teniéndose así una refrigeración natural, como vemos en el esquema.
Dentro de la cuba o tanque, se encuentra el transformador propiamente dicho. El fluido refrigerantes es frecuentemente aceite mineral especial para esta función, que debe tener la doble misión de de aislar eléctricamente todos los elementos, y además la de retirar el calor producido en la parte interna, hacia el exterior.
Los tanques o cubas para transformadores tienen diversas formas, como se verá más adelante, y se puede apreciar que las diversas variantes solo buscan que las superficies expuestas al medio ambiente sean lo mayor posible, para que la transferencia de calor al medio sea importante. Las cubas con aletas son muy empleadas y baratas. Hay diversos modelos de cubas onduladas y con tubos radiadores donde la base de la refrigeración es natural, por medio de la circulación del aire a través de la cuba y aletas.
También existen sistemas de refrigeración que poseen un radiador por separado (de la cuba) a veces complementado con un electroventilador (figuras A y B) que se activa automáticamente al alcanzar el transformador, una determinada temperatura.
Otro de los sistemas de refrigeración es por medio de un intercambiador de calor, conformado por una serpentina o sistema exterior de extracción de calor. Como vemos en la figura siguiente, el aceite refrigerante sale caliente de la cuba a un intercambiador de calor y, por medio de otro fluido que circula y se enfría en otro radiador, permite retirar el calor del aceite.
Otro elemento importante de la estructura del transformador, es el tanque de expansión.
Como sabemos, conforme al estado de carga del transformador, éste variara su temperatura de trabajo, con lo cual el fluido contenido en la cuba cambiara su temperatura también, y en consecuencia su volumen. Debido a esto es que se anexa a la cuba en forma más elevada, el tanque de expansión o conservador. Este posee una capacidad del 8% del total de la cuba y por lo general se trata de que la cantidad de aire q posea sea mínima para evitar la condensación de humedad por la compresión y descompresión del aire existente, además de contar con una válvula deshidratante a base de cloruro de calcio, que dificulta el ingreso de humedad, ya la presencia de esta perjudicaría las condiciones optimas necesarias del aceite siliconado. Del tanque de expansión parte un tubo hacia un filtro deshidratante con silica-gel. También dispone de una válvula de de drenaje y un instrumento flotador para controlar el nivel en su interior.
Un elemento auxiliar importante del transformador es la válvula de seguridad, cuya función en caso de incendio, es producir el derrame del fluido refrigerante para evitar la explosión. Esta válvula acciona de la siguiente manera: una membrana se rompe (placa de estallido) por efecto de la presión anormal del refrigerante, permitiendo la salida de éste, y al desplazarse simultáneamente cierra dos contactos auxiliares para el accionamiento de las alarmas de seguridad y las protecciones.
Los aisladores pasantes, son el medio por el cual se vinculan los circuitos internos de las bobinas con el exterior. Cada transformador posee una fila de aisladores de alta tensión o media y otra de baja tensión. Los de baja tensión no requieren una explicación minuciosa, en cambio, si observamos la figura en donde se muestra un aislador pasante de media tensión, veremos que éste está provisto de un descargador, cuya función es la de producir una chispa en caso de que se produzca una sobretensión transitoria anormal. En la parte izquierda de la figura tenemos el llamado aislador pasante a condensador, que se utiliza con tensiones superiores a 70Kv. Están formados por sucesivos capacitores concéntricos, en serie eléctricamente, formando un cilindro cónico de ancho decreciente. Las armaduras de estos capacitores son láminas de aluminio, separadas por papel impregnado en aceite. El cuerpo exterior es de porcelana.los aisladores pasantes permiten vincular el interior con el exterior del transformador, pasando los conductores aislados por la chapa de la cuba. Estos aisladores son de cerámica de porcelana, y deben resistir tanto las sobretensiones normales, como las anormales de funcionamiento, además de retener el líquido refrigerante por medio de las juntas adecuadas evitando el derrame del mismo.
AUTOTRANSFORMADORES
Como ya hemos dicho, los autotransformadores son casos especiales de transformadores, en los casos en que la tensión se modifica levemente, del valor de entrada al de salida, y no se justifica el uso de cobre en un bobinado secundario.