Nucleos de Los Tranformadores

Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo núcleo y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación. ·

Tipo núcleo: este tipo de núcleo se representa en la fig.1, indicando el corte A-1 la sección transversal que se designa con S (cm2). Este núcleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U. Figura 1. Vista y corte de un núcleo tipo núcleo

Figura. Laminas de acero al Silicio

La aislación entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

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Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, se representa en la fig.2, en vistas. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Figura 2. Vista de un núcleo tipo acarazado con indicación de la longitud magnética media. El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

Características de las chapas. Las chapas utilizadas para la construcción de los núcleos tipo anillo y tipo acorazado son generalmente de acero al silicio en proporciones de 2 a 4% de este último. Los espesores de estas láminas varían entre 0,3 y 0,5 mm para frecuencias de 50 ciclos. Entre chapas debe haber aislación eléctrica lo que se consigue de diferentes formas: con una capa de barniz aplicado a una de sus caras, con una hoja de

papel muy delgada encalado sobre una cara de la chapa, o para un material más económico, produciendo una oxidación superficial con vapor de agua. Según el tipo de aislación se tienen diferentes efectos sobre el costo de la chapa y sobre la reducción de la sección neta del hierro. Para chapas de 0,35 a 0,5 mm de espesor, puede estimarse que la reducción de sección neta con aislación de barniz o papel es de un 10%. En los transformadores pequeños se colocan las chapas una a una, alternando las juntas, para dar más solidez al conjunto y evitar piezas de unión entre partes del núcleo. En los grandes, las dos cabezas quedan separadas, y deben sujetarse con pernos roscados. En los transformadores de gran potencia suele ser necesario formar conductos de refrigeración en la masa del núcleo, para aumentar la superficie de disipación del calor se colocan entonces separadores aislantes, de espesor conveniente para la circulación del aceite. Ref: Francisco L. Singer, Transformadores Industriales, Neotécnica, Buenos Aires 1976. DEVANADOS Hay dos formas típicas de bobinados para transformadores los cilíndricos y planos. Los núcleos, con su forma, son los que determinan la elección de uno u otro tipo, salvo que se requieran propiedades especiales, como ser baja capacidad distribuida, para uso en telecomunicaciones u otros. a. Bobinado cilíndrico: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es

del tipo núcleo. b. Bobinado plano: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del

tipo acorazado. Los dos bobinados primario y secundario, rara vez se apartan en dos simples grupos de espiras, encimándolas; generalmente se apartan en dos partes o más envueltas uno encima del otro, con el embobinado de baja tensión en la parte interna. Dicha conformación sirve para los siguientes propósitos. a. Simplifica el problema de aislar el embobinado de alto voltaje del núcleo. b. Causa mucho menos filtración de flujo, como seria el caso si los 2

embobinados estuvieran separados por alguna distancia del núcleo. c. Mejora la refrigeración.

Los materiales aislantes para el bobinado, o para colocar entre capas, son: papel barnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón impregnado, etc., para transformadores con bobinados al aire, y para los sumergidos en baños de aceite, se utilizan los mismos materiales sin impregnarse; debe evitarse el uso del caucho en los transformadores en baño de aceite, pues este lo ataca, y tiene efectos nocivos también sobre la micanita y aun sobre los barnices. Las piezas separadoras entre bobinados, secciones, o entre estas y el núcleo pueden ser de madera, previamente cocida en aceite, aunque actualmente se prefieren los materiales duros a base de papel o similares (pertinax, etc.). Si se usa madera, no debe interpretarse como que se dispone de aislación, sino solamente de un separador. En cuanto a los conductores para hacer bobinas, su tipo depende de la sección, pues hasta 6mm² pueden usarse alambre y más arriba de ese límite se usan cables de muchos hilos, o bien cintas planas, para facilitar el bobinaje. La aislación para los conductores pueden ser algodón, que luego se impregnará si no se emplea baño de aceite. Para transformadores de soldadura que trabajan con tensiones muy bajas y corrientes muy fuertes, se suelen colocar las cintas de cobre sin aislación, pues la resistencia de contacto entre ellas es suficiente para evitar drenajes de corriente. Esta situación mejora aún debido a la oxidación superficial del cobre.

FACTOR DE APILAMIENTO DEL Fe El factor de apilamiento del Fe se define como el cociente entre el área de la sección recta del hierro y el área de la sección recta de la pila. Este factor se utiliza cuando la estructura magnética esta constituida por chapas delgadas recortadas en forma adecuada y apretadas entre sí, el volumen de cada una de ellas no es igual al volumen del hierro que realmente conduce el flujo, ya que entre las láminas existen regiones de permeabilidad igual a la del aire, debido a la presencia de irregularidades o grietas en la superficie de las chapas, debido a la delgada capa de barniz aislante aplicado deliberadamente para evitar el contacto entre chapas y reducir las pérdidas por corrientes de Facault, o debido a rebabas en los cantos de las chapas, originadas al troquelarla. Esta región conduce muy poco flujo debido a lo relativamente bajo de su permeabilidad; así, para tener en cuenta su efecto disminuyendo el volumen total de hierro, se acostumbra a expresar el área eficaz de la sección recta como igual al producto del área de la sección recta de la pila de chapas por el factor de apilamiento.

El factor de apilamiento se halla comprendido entre 0,95 - 0,9 para espesores de láminas comprendidos 0,63 - 0,35 mm. Para láminas más delgadas, de entre 0,025 - 0,12 mm de espesor, debido a la mayor dificultad existente de sujetar láminas y reducir las rebabas ya que la capa aislante es proporcionalmente más gruesa, el factor de apilamiento se halla comprendido entre 0,4 y 0,75, pudiendo mejorarse mediante procedimiento de fabricación especiales. La inducción magnética en el hierro es igual, al flujo total por el producto del factor de apilamiento por el área de la sección recta de la pila.

FACTOR DE RELLENO DEL COBRE Definición: El factor de relleno del cobre se refiere al cociente entre la sección neta del cobre y la sección que ocupa el mismo alambre con aislación incluida. Este factor de relleno se le suele llamar Kr. La siguiente figura muestra como ejemplo unas curvas típicas de los coeficientes de relleno del cobre para distintos diámetro de alambre empleados en el bobinado.

REFRIGERACION Y AISLAMIENTO AISLAMIENTO Los sistemas de aislamiento usados en transformadores de potencia comprenden sistemas líquidos y sistemas gaseosos. En ambos casos se usa también algo de aislamiento sólido. Los sistemas líquidos incluyen aceite, que es el más usado, y

askarel, que se usa para evitar la combustibilidad. Los sistemas gaseosos incluyen nitrógeno, aire y gases fluorados (por ejemplo, exafluoruro de azufre). Los gases fluorados se usan para evitar la combustibilidad y limitar los efectos secundarios de defectos internos. El aislamiento principal separa el devanado de alta tensión del devanado de baja tensión. Este aislamiento soporta la tensión más elevada y ocupa el espacio más limitado; por esta razón, generalmente funciona con las solicitaciones más elevadas. Según la construcción, puede utilizarse el aislamiento de capas o el aislamiento de bobinas entre las distintas secciones de los devanados. El aislamiento de espiras se aplica a cada cable del conductor o a grupos de cables que formen una espira única. Transformadores con aislamiento de aceite. El bajo costo, la elevada rigidez dieléctrica y la posibilidad de recuperación aun después de estar sometidos a solicitaciones dieléctricas excesivas, hacen del aceite mineral el material aislante más ampliamente usado en transformadores. El aceite se refuerza con aislamientos sólidos de varias maneras. El aislamiento principal, generalmente presenta barreras de aislamiento sólido alternando con espacios con aceite. El esfuerzo sobre el aceite es del 50 al 100% superior que el esfuerzo sobre el aislamiento sólido, debido a la constante dieléctrica relativamente baja del aceite. Por consiguiente, la solicitación del aceite limita la rigidez de la estructura. Los pequeños conductos de aceite pueden soportar solicitaciones más altas que los grandes conductos. Así barreras sólidas, convenientemente espaciadas, permiten una mejor utilización del espacio. El aislamiento entre bobinas adyacentes generalmente es sólido, para proporcionar un soporte mecánico y dar una rigidez dieléctrica relativamente elevada respecto a las tensiones transitorias elevadas de corta duración. El aislamiento sólido a veces se usa entre capas de un devanado o entre devanados. El aislamiento sólido de gran espesor se usa en los terminales de alta tensión en zonas de concentración de esfuerzos dieléctricos. La constante dieléctrica relativamente elevada del material sólido hace que la solicitación del sólido sea sólo la mitad o las dos terceras partes de la que habría si el aceite ocupara el mismo espacio. La mayoría de materiales de aislamiento sólido usados en los transformadores de potencia son porosos, permitiendo eliminar, mediante el vacío, los gases y agua vaporizada, así como conseguir el relleno de todas las cavidades e intersticios con aceite. Cualquier pequeña cantidad de gas dejada inadvertidamente en el campo dieléctrico sufre una elevada solicitación dieléctrica (dos veces la que

tendría el aceite) debido a la baja constante dieléctrica del gas. Como el gas encerrado, además de estar sometido a esfuerzos dieléctricos elevados, tiene una rigidez dieléctrica baja como consecuencia se tiene una pérdida importante de rigidez dieléctrica. Los materiales sólidos usados frecuentemente, incluyen el papel impregnado con aceite, el papel impregnado con resinas, el cartón prensado, el algodón, la madera tratada con aceite al vacío y los esmaltes. Los transformadores con aislamiento de askarel tienen construcciones similares a los transformadores con aislamiento de aceite. La constante dieléctrica relativamente elevada del askarel ayuda a transferir los esfuerzos dieléctricos a los elementos sólidos. El askarel tiene una posibilidad limitada de recuperarse después de haber estado sometido a solicitaciones dieléctricas excesivas y por ello la rigidez está limitada en campos eléctricos no uniformes. Los askarel se usan raramente por encima de las tensiones de funcionamiento de 34,5 kV. Los askarel son disolventes potentes y el material usado con ellos debe seleccionarse cuidadosamente, para evitar daño al material o contaminación del askarel. Transformadores aislados mediante gases de flúor. Los gases de flúor tienen mejor rigidez dieléctrica y mayor capacidad de transferencia de calor que el nitrógeno o el aire. Tanto la rigidez dieléctrica como la capacidad de transferencia de calor aumentan con la densidad y los transformadores a base de gas flúor funcionan por encima de la presión atmosférica, en algunos casos hasta una presión calibrada de 3 atmósferas. El aislamiento de gas está .reforzado con aislamiento sólido usado en forma de barreras, aislamientos de capa, aislamiento de espira y aislamiento de terminales. Generalmente resulta económico hacer funcionar los transformadores con aislamiento de gas flúor a temperaturas más elevadas que los transformadores aislados con aceite. Entre los materiales aislantes sólidos adecuados, se incluyen el vidrio, el amianto, la mica, las resinas para temperaturas elevadas, la cerámica, etc. La solicitación dieléctrica sobre el gas es varias veces superior a la solicitación sobre el aislamiento sólido adyacente, en serie, de la estructura dieléctrica. Se necesita un cuidado especial al proyectar para evitar someter el gas a solicitaciones excesivas. Se ha usado el exafluoruro de azufre en transformadores con potencias nominales de hasta 25000 kVA y hasta 138 kV.

Los transformadores con aislamiento de nitrógeno y de aire están generalmente limitados a tensiones de funcionamiento de 15 kV y menores. Los transformadores con aislamiento de aire en sitios limpios, frecuentemente se ventilan a la atmósfera. En atmósferas contaminadas se necesita una construcción estanca y de ordinario se usa el nitrógeno a una presión aproximadamente igual a la atmosférica y a una temperatura de funcionamiento algo elevada. REFRIGERACION La eliminación del calor provocado por las pérdidas, es necesario para evitar una temperatura interna excesiva que podría acortar la vida del aislamiento. Los siguientes temas cubren el procedimiento para calcular la temperatura interna de los transformadores de gran potencia, autorrefrigerados con aislamiento de aceite, de construcción normal de tipo columna en los que se emplean radiadores. La temperatura media de un devanado es la temperatura determinada midiendo la resistencia en c.c. del devanado y comparándola con la medida obtenida anteriormente para una temperatura conocida. El calentamiento medio de un devanado por encima de la temperatura ambiente es U=B+E+N+T (1) en la que B = calentamiento efectivo en °C del aceite respecto del ambiente, E = calentamiento medio en ° C del aceite respecto a la efectiva del aceite, N = calentamiento en ° C de la superficie media de la bobina respecto a la temperatura media del aceite, T = calentamiento en ° C del conductor respecto a la superficie de la bobina, y U = calentamiento en ° C del conductor medio respecto al ambiente. La temperatura efectiva del aceite es la temperatura uniforme equivalente con igual capacidad para disipar el calor al aire. La temperatura efectiva del aceite es aproximadamente la media de la del aceite que entra en la parte superior del radiador y la del aceite que sale por la parte baja del radiador. La temperatura del aceite es aproximadamente la misma que la temperatura de la superficie adyacente del radiador expuesta al aire. Una superficie lisa y vertical de la cuba del transformador disipará calor al aire de la siguiente manera: DB = 1.40 * 10-3 B1.25 + 1.75 * 10-3(1 + 0.011A)B1.19 (2) en la que A = temperatura ambiente en °C, B = aumento efectivo en °C del aceite respecto al ambiente, y DB = Watts por pulgada cuadrada disipados al aire, o bien expresando DB en W/cm2.

DB = (B1.25/100) + ((1 +,0,011A)B1.19/100) El primer término de la ecuación (2) se refiere al calor transferido por convección. Generalmente el radiador consta de tubos aplanados paralelos con accesibilidad limitada para el aire de refrigeración y, por consiguiente, es necesario multiplicar el primer término por un factor de rozamiento determinado experimentalmente (menor que 1). El segundo término de la ecuación (2) se refiere al calor transferido por radiación, suponiendo una emisibilidad a baja temperatura de 0,95, aplicable a la mayoría de las superficies pintadas que se encuentran normalmente. Para cualquier otro valor de emisibilidad a baja temperatura, este término debe multiplicarse por la emisibilidad / 0,95 . Generalmente el radiador consta de tubos aplanados en paralelo que radian calor de uno a otro. La radiación neta de calor puede determinarse considerando el transformador y los radiadores reemplazados por una superficie envolvente convexa. Si el segundo término de la ecuación (2) se multiplica por la relación entre el área de la superficie envolvente y el de la superficie real (menor que 1), se elimina el efecto de la reabsorción de la radiación. Cuando la radiación es pequeña comparada con la convención, puede suponerse que A = 25 ° C y que B1.19 puede reemplazarse por 0,79B1.25, y la ecuación (2) se convierte en B = (100DB0.8) / (0.44F + 0.56V)0.8 °C (3) en donde V = relación entre el área de la superficie envolvente y el de la superficie real y F = factor de rozamiento determinado experimentalmente. El calentamiento medio del aceite respecto al efectivo, E, normalmente se desprecia en los proyectos de transformadores. Puede llegar a ser importante si • •

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El centro de gravedad de los radiadores no está suficientemente elevado por encima del centro de gravedad del núcleo y las bobinas, Hay pérdidas poco corrientes en el espacio de aceite situado encima del núcleo, tales como las producidas por los terminales conductores de alta corriente, Un devanado tiene conductos de aceite desusadamente restringidos o Se usan bombas para hacer circular el aceite por los radiadores sin canalizar el aceite bombeado a través de los conductores de aceite. En tales casos, E se calcula mejor por comparación con características de funcionamiento de proyectos anteriores.

El calentamiento de la superficie media de la bobina respecto al medio del aceite, N, lleva las pérdidas en la bobina a través de una película de aceite fija hacia el aceite en movimiento. Para una bobina de galletas horizontales (eje

vertical), la mayor parte del calor se escapa a través de la delgada película de aceite de la superficie superior y muy poco calor se escapa por la superficie inferior. En el supuesto de que todo el calor escapa por la superficie superior, el calentamiento es N = 13.2DNO.8 °C (4) en donde DN = Watts por pulgada cuadrada disipados de la bobina al aceite, o bien N = 2DN0.8 expresando DN en W por cm2 Para una bobina de galletas verticales (eje horizontal), el calor sale igualmente por ambos lados, y N = 14DN °C o bien N = 2,2DN en W por cm2 (5)

El calentamiento del conductor respecto a la superficie de la bobina, T, lleva el calor del cobre a través del aislamiento sólido aplicado al conductor y a la bobina, T = RTtDN °C (6) en donde DN = Watts por pulgada cuadrada disipados de la bobina al aceite, RT = grados centígrados por Watts por pulgada cuadrada de resistividad térmica, y t = pulgadas de longitud del camino.

Los componentes del calentamiento del devanado respecto al ambiente se determinan a partir de las ecuaciones (3), (4) ó (5) y (6), usando los valores de los Watts por pulgada cuadrada, determinados a partir de las pérdidas calculadas y de la forma geométrica del proyecto. Entonces el calentamiento total viene determinado por la ecuación (1).

Circulación del aceite. El aceite se mueve generalmente hacia arriba a través de los conductos del núcleo y de las bobinas, elevándose su temperatura al ir circulando. Generalmente se mueve hacia abajo, a través de los radiadores, disminuyendo la temperatura conforme baja

DENSIDAD DE CORRIENTE Los electrones libres en un conductor metálico aislado, tal como un trozo de alambre de cobre, se encuentran en movimiento irregular como las moléculas de un gas encerrado en un recipiente. No tienen ninguna dirección de movimiento definida a lo largo del alambre. Si se hace pasar un plano hipotético a través del alambre, la rapidez con la cual pasan los electrones a través de él de derecha a izquierda, es la misma que la rapidez con la cual pasan de izquierda a derecha; la rapidez neta es cero. Si los extremos del alambre se conectan a una batería, se establece un campo eléctrico en todos los puntos dentro del alambre. Si la diferencia de potencial producida por la batería es de 10 volts y si el alambre (supuesto uniforme) tiene 5 metros de largo, la intensidad de este campo en cualquier punto será de 2 volts / m . Este campo E actuará sobre los electrones y les dará un movimiento resultante en la dirección de – E. Decimos que se ha establecido una corriente eléctrica i; si pasa una carga neta q por una sección transversal cualquiera del conductor en el tiempo t, la corriente, supuesta constante, es: i=q/t Las unidades mks adecuadas son amperes para i, coulombs para q y segundos para t. La corriente i es una característica de un conductor dado. Es una cantidad macroscópica, como la masa de un objeto, o la longitud de una varilla. Una magnitud microscópica relacionada con la anterior es la densidad de corriente j. Es un vector y es la característica de un punto dentro de un conductor; no es la característica del conductor en conjunto. Si la corriente está distribuida uniformemente a través de un conductor de sección transversal A, la magnitud de la densidad de corriente para todos los puntos de esa sección transversal es: J=i/A El vector j en un punto cualquiera está orientado en la dirección en que los portadores positivos de carga se moverían en ese punto. Un electrón en ese punto se movería en la dirección – j . La relación general entre j e i es que para una superficie dada en un conductor, i es el flujo del vector j sobre esa superficie, o sea, i = ò j* ds,

Siendo ds un elemento de área superficial y la integral se toma en toda la superficie en cuestión. La velocidad de arrastre vd de los portadores de carga en un conductor puede calcularse a partir de la densidad de corriente j. Un alambre de aluminio cuyo diametro es 0.00259m (0.10 plg) está soldado de un extremo a otro a un alambre de cobre de diámetro 0.001626m (0.064 plg). El alambre compuesto lleva una corriente constante de 10 amp. ¿Cúal es la densidad de corriente en cada alambre? La corriente está distribuida uniformemente en la sección transversal de cada conductor, salvo cerca de la unión, lo cual significa que la densidad de corriente es constante para todos los puntos dentro de cada alambre. El área de la sección transversal del alambre de aluminio es de 0.0206 cm2 (0.0079 plg2). Así pues, de la ecuación j = i / A, se tiene: jal = i / A = 10 / 0.026 = 196 amp / cm2 (1300 amp / plg2). El área de la sección transversal del alambre de cobre es de 0.051 cm2 (0.0032 plg2). Así pues, jcu = i / A = 10 / 0.051 = 484 amp / cm2 (3100 plg2). El hecho de que los alambres sean de materiales diferentes no interviene. Ref: Resnick - Halliday, Fisica segunda parte.. DISIPACION DE CALOR Aun cuando el aire es un muy mal conductor del calor, todo cuerpo caliente sumergido en una atmósfera fría creará corrientes naturales de convección que ayudaran materialmente a la refrigeración. La cantidad de calor disipada por la convección natural del aire es del mismo orden de magnitud que la disipada por radiación, para diferencias de temperatura como las existentes ordinariamente en la maquinaria eléctrica. Sin embargo, utilizando corrientes forzadas de aire u otros gases, o utilizando fluidos tales como el aceite y el agua que tienen una capacidad calorífica (en volumen) mucho mayor que el aire, puede incrementarse mucho la disipación de calor. La cantidad de calor extraída por la convección natural en el aire es función no lineal del tamaño, forma, material de la superficie, condición y orientación del

cuerpo caliente; de su temperatura y de la del aire que le rodea; y del carácter de sus alrededores especialmente en lo que puede afectar a la circulación libre de las corrientes de aire. Es evidente que no puede existir constantes de la convección general, ya que las relaciones no son lineales. En general, los cuerpos más pequeños son capaces de disipar más calor por centímetro cuadrado debido a ejercer un efecto menor sobre la temperatura del aire local por parte de otras porciones del cuerpo caliente. El aire al que se halla expuesto el centro de una placa cuadrada caliente de un metro de lado está caliente a causa de la gran superficie caliente adyacente; una superficie pequeña a igual temperatura dispondría de mucho más aire fresco para extraer el calor, siendo iguales las demás cosas. El calor extraído mediante ventilación forzada varía casi linealmente con la velocidad, para velocidades de hasta 1500 metros por minuto, y más despacio para velocidades mayores. En los tubos largos o conductos de refrigeración, el aire es más frío a la entrada y por ello la disipación de calor por centímetro cuadrado de superficie del conducto disminuye al aumentar la longitud, siendo iguales las demás condiciones. Debido a la no linealidad de la variación de la disipación con la forma, tamaño y longitud del conducto, así como con la velocidad, los datos de refrigeración utilizables requieren para su presentación adecuada varias familias de curvas. Estas pueden encontrarse en diversos libros de diseño de maquinaria eléctrica. DISPOSITIVOS DE PROTECCION El incremento del empleo de potencia en plantas industriales ha necesitado del cada vez más grande y caras subestaciones. Los transformadores utilizados en esas subestaciones necesitan una adecuada protección. Las subestaciones primarias están en el rango de los 1000 y 12000 KVA con un voltaje secundario de entre 2400 y 13800 Volts. Las subestaciones secundarias están en el orden de 300 a 2500 KVA con un voltaje secundario de 240 o 380 Volts. Necesidades de protección. Un estudio anterior indicó que transformadores sobre 500 KVA tienen una razón de falla menor que la mayoría de los otros sistemas que componen un SEP. En este caso solo 75 transformadores fallaron después de 10000 transformadores / año. La necesidad de protección de transformadores, se basa no en la frecuencia de las fallas, sino en la duración de estas.

Sistemas de protección: Las falla de transformadores además de las originadas por razones físicas o ambientales, son causadas por tres diferentes principales razones: • • •

Sobrecarga, Cortocircuito, Sobrevoltajes.

La protección para estas condiciones, se obtiene por la apropiada combinación de dispositivos que detectan las anormalidades y el equipamiento que permite despejar el transformador del SEP. Los dispositivos detectores deben distinguir entre las condiciones anormales de las normales. Por ejemplo, una protección de sobrecorriente primaria no debe actuar ante una corriente de magnetización INRUSH, pero si debe operar ante una sobrecorriente baja de larga duración. Los dispositivos de desconexión, usualmente interruptores automáticos o fusibles, deben ser capaces de llevar todas las corrientes normales y también, ser capaces de interrumpir la corriente máxima de falla. El nivel o umbral de falla está determinado por algunas normas de regulación impuestas tanto por los mismos fabricantes de los equipos con asociaciones de usuarios de estos mismos dispositivos. Fallas externas: El control de las protecciones contra fallas externas, deben ubicarse dentro de una zona limitada por 4 puntos los cuales son: INRUSH, NEC, ANSI e In. Ver figura siguiente:

Para explicar los cuatro puntos anteriores, se consideran el diagrama unilineal siguiente:

Punto Inrush: Al energizar el transformador, existe un transitorio de corriente (inrush), para el cual la protección no debe actuar. Esta debe ser capaz de soportar durante 0.1 segundos la corriente de magnetización. Esta corriente es del orden de 8 – 12 veces la corriente nominal. Sólo afecta al dispositivo 1. Punto Ansi: Este punto representa el máximo valor de corriente de cortocircuito que el transformador soporta sin que se produzca daño por esfuerzos mecánicos y térmicos. En el caso de cortocircuitos en terminales del transformador, se considera el sistema como barra infinita y única impedancia la del transformador. Punto Nec: Exige la operación de protecciones en tiempo largo para una corriente igual a 6 veces la corriente nominal, siempre que la impedancia sea inferior al 6%. Si por el contrario la impedancia fluctúa entre 6% y 10%, se debe considerar 4 veces la corriente nominal. In: Las protecciones deben permitir la circulación de corriente nominal o de sobrecargas controladas, en el caso de contar con ventilación forzada. La protección de un transformador puede realizarse por medio de los dispositivos 1 y 2 indicados en la figura siguiente, los cuales pueden actuar según sus propios niveles de ajuste.

También, normalmente, reciben señales de control para abrir los circuitos primarios o secundarios originados por sensores, ubicados internamente en el transformador, relés auxiliares, u otros sistemas de protección de otros dispositivos del SEP. La protección de un transformador es conformada por la adecuada combinación de un buen diseño y adecuados componentes que por su costo hagan seguro el esquema de protección. Protección contra fallas internas. La gran mayoría de los transformadores mantienen controlada su temperatura de trabajo por medio de la disipación del calor generado, utilizando aceite mineral o compuestos artificiales con características de gran conductividad térmica. No afecta a los componentes externos la falla interna. Cualquier falla interna del transformador, se refleja de inmediato en las características del compuesto refrigerante como en las variaciones de volumen que presente este. De esta forma, en el transformador se instalan sensores que permiten detectar cualquiera de las variaciones del líquido refrigerante.