TRANSFORMADOR DE POTENCIA
Historia
Historia
La invención del transformador, data del año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores, se puso en operación en los Estados Unidos de América. En el año de 1886 en Great Barington, Mass., en ese mismo año, al protección eléctrica se transmitió a 2000 volts en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeñas aplicaciones iniciales, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de un ruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con mucho más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus extremos.
Transformador de potencia.
Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Son grandes dispositivos usados en los sistemas de generación y transporte de electricidad y en pequeñas unidades electrónicas. Los transformadores de potencia industriales y domésticos, que operan a la frecuencia de la red eléctrica, pueden ser monofásicos o trifásicos y están diseñados para trabajar con voltajes y corrientes elevados. Para que el transporte de energía resulte rentable es necesario que en la planta productora de electricidad un transformador eleve voltajes, reduciendo con ellos la intensidad. En el extremo receptor los transformadores reductores reducen el voltaje, reduciendo con ellos la intensidad, y adaptan la corriente a los niveles requeridos por las industrias y las viviendas, normalmente alrededor de los 240 voltios. Los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación.
La eficacia debe encontrarse por encima del 99% y se obtiene utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos i
nducidos entre las bobinas primaria y secundaria. Los transformadores de potencia convencionales se instalan en contenedores sellados que disponen de un circuito de refrigeración que contiene aceite u otra sustancia. El aceite circula por el transformador y disipa el calor mediante radiadores exteriores.Estos tres tipos de máquinas eléctricas se encuentran siempre en la vida cotidiana moderna. En el lugar de trabajo suministra la fuerza motriz para casi todas las herramientas. Los generadores son indispensables para suministrar la potencia que utilizan los motores. Los transformadores ayudan a este proceso reduciendo las pérdidas entre el lugar de producción de la energía eléctrica y el sitio donde se va a utilizar.
Funcionamiento
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns)
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns)
Representación esquemática del transformador.
La razón de transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte
Partes Principales.
Núcleo magnético.
El núcleo constituye el circuito magnético que transfiere la energía de un circuito a otro y su función principal es la de conducir el flujo magnético. Esta construido por laminaciones de acero al silicio (4%) de un grueso del orden de 0.355 mm de espesor con un aislante de 0.0254 mm.., en calidades comerciales standares (tipo M3, M4 o M5), o tipo HiBi (chapas de hierro silicio con grano orientado tratadas por láser), utilizándose este último material cuando los requisitos de nuestros clientes, a través de compras con capitalización de pérdidas, hacen necesario valores reducidos de pérdidas en vacío. Las chapas utilizadas, en todos los casos presentan aislación eléctrica en ambas caras a través de una delgada película de material inorgánico (conocida comercialmente como “carlite”), la cual presenta alta resistencia mecánica a los aceites minerales y a las altas temperaturas. La calidad de todas las partidas está garantizada por los certificados de origen del material (tests realizados en las Usinas Productoras) y por los rigurosos ensayos realizados en la recepción y durante todo el proceso de producción por nuestro Departamento de Aseguramiento de Calidad. El proceso de producción de núcleos comienza con el flejado de la chapa de hierro silicio y su posterior corte a los largos y formas diseñadas por nuestro Departamento de Ingeniería. Este proceso se lleva a cabo con máquinas automáticas controladas por computadora y de alta producción, lo que garantiza cortes con tolerancias mínimas, permitiendo además el diseño de núcleos de tipo STEP LAP, lo que garantiza reducciones importantes en los valores de pérdidas de vacío y fundamentalmente una reducción del orden del 50% en la corriente de excitación respecto de los núcleos tradicionales con juntas a 45°. El montaje de los núcleos, finalmente se lleva a cabo en posición horizontal, sobre dispositivos especialmente diseñados para facilitar el perfecto ensamble entre columnas y yugos, y que permiten, una vez finalizado el apilado, llevar al núcleo totalmente armado a posición vertical en forma ágil y segura.
Bobinados Primario, secundario, terciario, etc.
Los bobinados o devanados- constituyen los circuitos de alimentación y carga. La función principal del devanado primario es crear un campo magnético con un a pérdida de energía muy pequeña. El devanado secundario debe aprovechar el flujo magnético para producir una fuerza electromotriz.
Los bobinados pueden ser monofásicos o trifásicos.
Dependiendo de la corriente pueden ser desde alambre delgado, grueso o barra. los materiales comúnmente utilizados son cobre y aluminio.
Partes Auxiliares.
-Tanque, recipiente o cubierta.
Tanque y gabinete
El material utilizado en la fabricación de los tanques y gabinetes es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad, el cual es preparado en máquina de corte, punzadoras, troqueladoras y dobladoras, los cuales son unidos posteriormente en un proceso de soldadura MIG. Adicional a lo anterior, generalmente es utilizado en el área de las boquillas de baja tensión, acero inoxidable según código AISI-304, para servir como medio diamagnético al paso de corrientes superiores a los 1000 A. PROLEC GE, cuenta con un sistema mecánico de preparación de superficie, utilizando el proceso de limpieza por medio de balaceo de granalla angular, con el cual se obtiene el anclaje adecuado para la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos y de acabado, los cuales consisten en varias capas aplicadas por aspersión.
Boquillas terminales.
La boquilla permite el paso de la corriente a través del transformador y evita que haya un escape indebido de corriente y con la protección contra flameo.
-Medio Refrigerante.
La eficiencia de la refrigeración es un factor fundamental que determina la seguridad operacional y el tiempo de vida útil de un transformador de potencia. El sistema utilizado con mayor frecuencia en transformadores menores es la refrigeración natural, donde el calor es absorbido por el aceite y disipado en el aire a través de radiadores. En otros sistemas los radiadores son adicionalmente refrigerados por medio de ventiladores. El sistema de refrigeración puede también consistir de varios radiadores separados y/o con intercambiadores aceite/agua. La refrigeración puede aún ser incrementada por medio del flujo direccionado del aceite.
-Conmutadores y auxiliares.
Para adecuar la relación de tensión a las condiciones del sistema, los transformadores están provistos de una bobina especial con derivaciones. La relación de tensión puede ser alterada a través de un conmutador en vacío estando el transformador desenergizado, o por un conmutador de derivaciones en carga con el transformador energizado. Accionamientos motorizados son usados para operar los conmutadores, posibilitando comando local o a la distancia, inclusive con control automático de tensión.
-Indicadores.
Los indicadores son aparatos que nos señalan el estado del transformador . Por ejemplo , marcan el nivel del liquido a la temperatura, la presión, etc.
Arrollamientos
Dependiendo de la potencia y tensión del transformador, los arrollamientos podrán ser del tipo cilíndricos, tipo espiral o helitrán, de disco continuo o de disco entrelazado, dependiendo de la potencia y tensión del transformador. Todos los arrollamientos se diseñan buscando que la distribución de tensiones ante solicitaciones de impulso tipo atmosférico se asemeje a una distribución lineal. En todos los casos se verifica que las máximas solicitaciones que se producen en el bobinado ante estos impulsos, teniendo en cuenta los parámetros reales de los bobinados, sean resistidas con los adecuados coeficientes de seguridad. Del mismo modo los bobinados y su sistema de anclaje se proyectan para que los esfuerzos electrodinámicos de cortocircuito sean mínimos y se distribuyan en forma uniforme. Todos los arrollamientos se manufacturan con conductores de cobre electrolítico de máxima pureza. Dependiendo de la potencia y la tensión, los conductores utilizados en la construcción de bobinados de potencia pueden ser de secciones rectangulares (planchuelas) o conductores continuamente transpuestos (C.T.C.).Todos los bobinados, previo a su montaje definitivo, son rigurosamente secados y pre-estabilizados con valores de presiones superiores a los máximos que aparecen en cortocircuitos externos. Se verifican en este proceso todas las dimensiones, compensándose todas las que fueren necesarias según los resultados de las verificaciones que realiza el Departamento de Ingeniería con los parámetros reales obtenidos. De este modo se equilibran-compensan dimensionalmente todos los bobinados y/o se rediseñan estructuras de apoyo, buscando siempre de minimizar los esfuerzos electrodinámicos de cortocircuito. Todo el proceso de fabricación de bobinados es acompañado de un riguroso control de calidad, verificando a través del autocontrol y de las inspecciones del Departamento de Aseguramiento de Calidad, todas las dimensiones, condiciones de limpieza y la no obstrucción de los canales de refrigeración.
Aislamiento
El sistema de aislación de nuestros transformadores está diseñado de modo que los esfuerzos dieléctricos estén uniformemente distribuidos. Para ello, dependiendo de las tensiones, se proyectan columnas con anillos de potencial, los cuales uniformizan el campo eléctrico en las cabeceras de los arrollamientos de Alta Tensión. La aislación entre bobinados de distintas tensiones se diseña de modo que la aislación sólida (barreras de transformerboard entre arrollamientos) soporte por sí sola los máximos esfuerzos dieléctricos que aparecen durante los ensayos. Luego se intercalan en esta aislación sólida los canales de aceite necesarios para permitir la evacuación de calor. En todos los casos se verifica que los campos eléctricos en canales, barreras y cabeceras estén dentro de los límites de trabajo de los correspondientes aislantes. En el ensamblado final, toda la parte activa es secada con temperatura y alto vacío, asegurando las propiedades dieléctricas de todo el sistema de aislación proyectado para cada transformador en particular. Finalmente, el proceso de impregnado con aceites de la máxima calidad, es llevado a cabo también con temperatura y alto vacío. En todos los casos el aceite es rigurosamente controlado en sus propiedades dieléctricas finales (incluyendo contenido de humedad) antes de permitir su ingreso a la cuba del transformador. De esta forma, es decir con tratamientos de secado de la aislación y procesos de impregnación con temperatura y alto vacío, todas las propiedades del sistema de aislación previstas durante la etapa de diseño, adquieren su máximo.
Cuba
Todas las cubas son construidas íntegramente en los talleres de calderería de la moderna planta industrial de Tadeo Czerweny S.A., quien en los últimos años ha concentrado su desarrollo en estructuras livianas, convenientemente reforzadas que aseguran mínimas vibraciones y bajo ruido, y que por otro lado resisten los rigurosos tests de sobrepresión exigidos por las Normas de Fabricación y/o de nuestros Clientes, como así también vacío absoluto, lo que permite tratamientos de aceite o secado en los lugares de emplazamiento.Toda la calderería, previo a su pintado, es verificada en su hermeticidad por los más modernos métodos de detección en base a sistemas de tintas penetrantes, para luego ser limpiadas por procesos de granallado, lo cual asegura la máxima adherencia del esquema de protección superficial diseñado para las condiciones ambientales indicadas por nuestros clientes
Constitución del transformador de potencia
Todos los transformadores sin importar su tamaño, tienen tres partes fundamentales:
- Bobinado de alta tensión:
Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de poca sección transversal (es más delgado), construido para recibir o entregar la tensión mayor nominal del transformador.
- Bobinado de baja tensión:
Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de mayor sección transversal (es más grueso), construido para recibir o entregar la tensión menor nominal del transformador.
Cuando el transformador está instalado, al bobinado que está conectado a la fuente se le denomina primario y el bobinado que está conectado a la carga, se le denomina secundario.
- Núcleo:
Construido con chapas magnéticas con alta proporción de silicio (4%), grano orientado y pérdidas por histéresis muy bajas, las cuales tienen por un lado un aislamiento impregnado en el proceso metalúrgico.
De acuerdo a su disposición, los núcleos pueden ser:
a- Simple o de columnas: Es estos los bobinados van dispuestos sobre las dos columnas. El flujo magnético se canaliza a través de las columnas y las culatas.
b- Doble o acorazado: La columna central tiene el doble de sección que las culatas laterales, los bobinados van dispuestos en la columna central.
El flujo magnético se canaliza de la columna central hacia las culatas laterales. Las columnas de sección rectangular se usan en pequeños transformadores (hasta 50KVA).
En los transformadores de mayor potencia, se utiliza la sección escalonada, para aumentar la superficie de enfriamiento.
En los de alta potencia se utiliza el escalonado con canales de refrigeración. En el gráfico abajo a la derecha se muestra la parte exterior de un transformador real. En el se describen los nombres de las diferentes partes que son visibles. Internamente es posible observar el núcleo, los bobinados primario y secundario con sus respectivos terminales. Esto último sumergido en aceite dieléctrico (no conductor de la electricidad) que sirve como disipador de calor.
Tipos de transformadores
Según sus aplicaciones
Transformador elevador/reductor de tensión
Son empleados en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
Transformador de aislamiento
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
Transformador de alimentación
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles que cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.
Transformador trifásico
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o de triángulo (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones varían.
Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos.
Transformador de línea o flyback
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (Foco, filamento, etc). Además de Poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios
Transformador con diodo dividido
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión contínua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
Transformador de impedancia
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos...) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².
Estabilizador de tensión
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.
Transformador híbrido o bobina híbrida
Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.
Balun
Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.
Transformador electrónico
Posee bobinas y componentes electrónicos. Son muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. No utiliza el transformador de núcleo en sí, sino que utiliza bobinas llamadas filtros de red y bobinas CFP (corrector factor de potencia) de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas.
Transformador de frecuencia variable
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.
Transformadores de medida
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
Utilización de los transformadores de potencia
Los transformadores son máquinas eléctricas estáticas que permiten modificar los valores de voltaje y corriente con el fin de que éstos tomen los valores más adecuados para el transporte y distribución de la energía eléctrica.
La utilidad de los transformadores eléctricos se debe a la economía que se obtiene al efectuar el transporte de la energía eléctrica a altos voltajes.
Acordarse de que, para la misma potencia, a mayor tensión menor corriente circulará por el conductor y el calibre de este será menor. Y un conductor de menor calibre es más barato.
La sección o área transversal del conductor necesaria en una línea de transmisión es inversamente proporcional al cuadrado del valor del voltaje que se haya adoptado para el transporte de la electricidad.
Lo anterior explica la conveniencia del empleo de altos voltajes en el transporte de la energía eléctrica.
Así como los transformadores se utilizan para elevar el voltaje y permitir el transporte de la corriente a largas distancias, los transformadores también se utilizan para la reducción del voltaje a niveles aceptables para uso doméstico e industrial
En el gráfico anterior se muestra el procedimiento general de distribusión de energía desde su generación hasta la entrega final de esta en la industria o para uso doméstico.
Refrigeración de transformadores de potencia
Funcionamiento impecable en cualquier zona climática
En el ámbito de la refrigeración de transformadores de potencia, p. ej. en estaciones transformadoras o en centrales eléctricas, los ventiladores SIVENT se emplean para evacuar el calor de pérdidas mediante ventilación forzada de los radiadores situados en el exterior o para extraer el calor de los refrigeradores por aceite. Los óptimos perfiles de las aspas y contornos de las cajas garantizan una emisión acústica mínima.
La solución en detalle
Los ventiladores satisfacen las exigencias del mercado en la fabricación de grandes transformadores, y se utilizan con alta seguridad de operación y bajo nivel acústico en todas las zonas climáticas.
Están protegidos contra la corrosión y son apropiados para su instalación a la intemperie.
Opcionalmente, los rodetes pueden estar hechos de polipropileno negro resistente a la radiación UV o de aluminio resistente al agua marina.
La caja con galvanizado de 3 capas con boquilla de entrada insertada a presión se puede suministrar con un color personalizado si así se desea.
Los ventiladores disponen de rejilla protectora en el lado de la aspiración y en el de la impulsión, y son apropiados para la fijación en 3 y en 4 puntos.
El motor pintado con caja de bornes está fabricado en grado de protección IP55 y está equipado con una salida para el agua de la condensación.
A partir del tamaño de 730 mm, las aspas están realizadas de modo que se pueden regular en reposo y pueden ajustarse al correspondiente régimen de operación.
Mantenimiento a Transformadores Se basa en la planeación y el seguimiento de los equipos durante su periodo de vida útil, para obtener el máximo aprovechamiento de su operación y predecir la necesidad del cambio del mismo. Mantenimiento Predictivo Si Ud. no conoce ó a perdido la información técnica del mismo deberá contratar una empresa de mantenimiento de transformadores para que le realice éste trabajo inicial: • Evaluación del equipo: Levantamiento técnico. • Determinación de su estado actual. • Entrega de informe técnico ,base del historial del equipo.
Mantenimiento Preventivo A partir de que el equipo se encuentra en condiciones de operación, la realización de un mantenimiento preventivo rutinario es primordial para que la máquina esté en condiciones de suministrar hasta el 100% de potencia sin riesgos y/o interrupciones Dicho programa se basa en 5 acciones fundamentales: • Limpieza general del transformador. • Análisis químicos y eléctricos del Aceite Aislante. • Mantener nivel de aceite • Mantenimiento del filtro de Silicagel • Ensayo periódico de las protecciones ( Termostato y/o Relé buchholz) A continuación le dedicaremos un “capítulo” aparte al aceite aislante ya que el mismo cumple múltiples funciones en los transformadores eléctricos: mejora del aislamiento entre componentes del Transformador, homogenización de la temperatura interna y refrigeración, etc.
TRANSFORMADORES ELECTRICOS
La necesidad del mantenimiento preventivo en las instalaciones eléctricas, tanto en las de Alta, Media y Baja tensión se multiplica en función de los daños que podría ocasionar su parada por avería, tanto se trate de instalaciones públicas como privadas. Tratándose de costosos equipos, su revisión debe efectuarse con la periodicidad establecida en su proyecto de instalación, adecuándola en todo momento a las especiales características de su utilización, ubicación, etc.
NORMAS BASICAS PREVIAS
Detallamos unos consejos básicos y generales:
· Planificar el trabajo con antelación a la parada y desconexión del transformador de la Red, solicitando los permisos y efectuando todos los avisos necesarios.
· Recopilar toda la información técnica relativa al Transformador y sus equipos( ventiladores, sistemas de control y seguridad, etc).
· Revisar todo el protocolo de seguridad necesario, incluyendo los equipos necesarios: puestas a tierra, señalizaciones, etc.
· Seleccionar el personal necesario para la tarea de mantenimiento entre los capacitados para ello, así como los medios materiales y herramientas, vehículos, grúas, etc.
TAREAS DE MANTENIMIENTO
Aunque cada instalación tendrá características específicas, intentaremos relacionar las más habituales; resaltamos una vez más que todo trabajo deberá cumplir con las normas y protocolos de seguridad pertinentes, por personal autorizado y formado para ello.
· Desconectar el equipo de la Red de tensión, tomando todas las medidas necesarias establecidas en el protocolo. Las más habituales son: Puesta a tierra del equipo, Bloqueo de todas las posibles conexiones entrantes y salientes, delimitación y marcado del área de trabajo.
· Comprobación del sistema de seguridad por sobre temperatura.
· Comprobación del sistema de seguridad por sobre presión interna del transformador.
· Comprobación de los sistema de sobrecorriente, fuga a tierra, diferencial, etc. en función del tipo y model
o del transformador.· Comprobación del resto de indicadores, alarmas ópticas y/o acústicas.
· Comprobación del nivel de aceite, así como posibles fugas.
· Prueba de Rigidez Dieléctrica del Aceite; la muestra debe tomarse de la parte baja del transformador, mediante la válvula de muestreo.
· Comprobación, limpieza y ajuste de todas las conexiones eléctricas, fijaciones, soportes, guías y ruedas, etc.
· Comprobación y limpieza de los aisladores, buscando posible grietas o manchas donde pueda fijarse la suciedad y/o humedad.
· Comprobación en su caso del funcionamiento de los ventiladores, así como limpieza de radiadores o demás elementos refrigerantes.
· Limpieza y pintado del chasis, carcasas, depósito y demás elementos externos del transformador susceptibles de óxido o deterioro.
ACEITES AISLANTES
El Aceite Aislante cumple múltiples funciones en los transformadores eléctricos: mejora del aislamiento entre componentes del Transformador, homogenización de la temperatura interna y refrigeración, etc.
DEGENERACION DEL ACEITE AISLANTE
El Aceite Aislante va degenerándose dentro del Transformador Eléctrico durante el funcionamiento normal del mismo. La degeneración dependerá de muchos factores, como el tipo de transformador, ubicación, carga y temperatura de trabajo, etc.
La Contaminación de los Aceites Aislantes está básicamente relacionada con:
· Presencia de humedad en el Aceite ( agua ): medida en PPM ( partes por millón). El valor max, según la norma IEC 296 para transformadores, no debe superar 30 PPM, aunque algunos fabricantes pueden recomendar máximos de 10 PPM de agua, para transformadores eléctricos de Alta Tensión >170 KV
· Partículas: la fabricación de los transformadores implica la utilización de papales y celulosa, que pueden desprender pequeñas partes por vibración, etc. Además, los transformadores necesitan un respirador para poder compensar las dilataciones del aceite, siendo foco de entrada de polvo, etc al interior del transformador, y por lo tanto al aceite.
· Oxidación: Esfuerzos de trabajo, puntos calientes, degeneración de las partículas y suciedad y descompensaciones provocan la generación de gases disueltos y oxidación del Aceite Aislante del transformador
ANALISIS ACEITES AISLANTES
El Mantenimiento Preventivo de los Aceites Aislantes debe incluir el Análisis del Aceite, mediante diferentes pruebas que permitan conocer el estado funcional del mismo, que evite Fallas inesperadas de los Transformadores, con las consiguientes consecuencias económicas y de calidad en el servicio de suministro eléctrico. La necesidad de Mantenimiento de un Transformador Eléctrico es, por lo tanto, directamente proporcional al valor del mismo, y a la importancia del suministro de energía que ofrece.
COMPROBACION ACEITES AISLANTES
La toma de muestras para el análisis del Aceite Aislante desde ser realizada de forma segura y cuidadosa, para conseguir resultados reales.Las pruebas básicas que pueden hacerse a los Aceites Aislantes para transformador son:
· Test de Rigidez Dieléctrica: Consiste en la comprobación de la capacidad aislante del aceite del trasformador, mediante la extracción de una muestra y el uso de un aparato Comprobador de Rigidez Dieléctrica ( conocido vulgarmente como CHISPOMETRO ).
· Agua disuelta en el Aceite: Medida en PPM, partes por Millón, y de efecto directo en la pérdida de la Rigidez Dieléctrica de la muestra.
· Neutralización/Acidez: Control de los niveles de ACIDO en el Aceite, como referencia del nivel de Oxidación del mismo.
· Turbiedaz/Color: Tanto la presencia de Agua como de otras partículas disueltas produce turbiedad en el Aceite Aislante.
· Partículas Disueltas: contaminación por todo tipo de suciedad.
· Gases Disueltos: El envejecimiento, junto con la degradación de las partículas por la temperatura y posibles descargas internas, generan diferentes gases dentro del transformador y en el aceite.el tipo y cantidad de ellos pueden dar importante información.
· Tesión Superficial: Valor Físico del Aceite, con relación con la viscosidad.
Transformador de potencia sumergido en aceite
El transformador con cuba de aceite y depósito de expansión es el más utilizado en las estaciones y subestaciones transformadoras. Para hacerlo más funcional, en el propio transformador se incorporan una serie de elementos de control, protección, etc.; que lo hacen más práctico y seguro. Estas son las partes constructivas que forman parte del transformador:
- Pasa-tapas de entrada: conectan el bobinado primario del transformador con la red eléctrica de entrada a la estación o subestación transformadora.- Pasa-tapas de salida: conectan el bobinado secundario del transformador con la red eléctrica de salida a la estación o subestación transformadora.- Cuba: es un depósito que contiene el líquido refrigerante (aceite), y en el cual se sumergen los bobinados y el núcleo metálico del transformador.- Depósito de expansión: sirve de cámara de expansión del aceite, ante las variaciones se volumen que sufre ésta debido a la temperatura.- Indicador del nivel de aceite: permite observar desde el exterior el nivel de aceite del transformador.- Relé Bucholz: este relé de protección reacciona cuando ocurre una anomalía interna en el transformador, mandándole una señal de apertura a los dispositivos de protección.- Desecador: su misión es secar el aire que entra en el transformador como consecuencia de la disminución del nivel de aceite.- Termostato: mide la temperatura interna del transformador y emite alarmas en caso de que esta no sea la normal.- Regulador de tensión: permite adaptar la tensión del transformador para adaptarla a las necesidades del consumo. Esta acción solo es posible si el bobinado secundario está preparado para ello.- Placa de características: en ella se recogen las características más importantes del transformador, para que se pueda disponer de ellas en caso de que fuera necesaria conocerlas.- Grifo de llenado: permite introducir líquido refrigerante en la cuba del transformador.- Radiadores de refrigeración: su misión es disipar el calor que se pueda producir en las carcasas del transformador y evitar así que el aceite se caliente en exceso.
MANTENIMIENTO DEL ACEITE AISLANTE
Consejos para aumentar la duración de los Aceites Aislantes en los Transformadores
Aunque en algunas ocasiones donde la degradación y contaminación del Aceite haga más cara su regeneración que su sustitución, vamos a dar una serie de consejos que eviten llegar a esa situación:
· Equilibrar adecuadamente los Transformadores logrará que el aceite cubra la totalidad de las partes del interior de los mismos.
· Colocar filtros adecuados en los respiradores de los Transformadores, de forma que evite la entrada de la mayor cantidad posible de humedad, polvo y otros partículas.
· Comprobar el cierra de tapas, pasacables, mirilla, etc, para evitar tanto el acceso de suciedad como la perdida de aceite.
· Realizar pruebas, test y/o análisis periódicos para poder tomar acciones de mantenimiento antes de que, la excesiva degradación del aceite lo haga irrecuperable e incluso dañe de forma grave el interior del Transformador.
· El uso de Equipos de Purificación y Regeneración de Aceite Aislante permite devolver las características funcionales mínimas para continuar usándolo. Este tratamiento debe realizarse antes de que la contaminación del Aceite provoque depósitos en el fondo del Transformador.
Degradación del Aceite Aislante El Aceite Aislante va degradándose dentro del Transformador Eléctrico durante el funcionamiento normal del mismo. La degradación dependerá de muchos factores, como el tipo de transformador, ubicación, carga y temperatura de trabajo, etc. La Contaminación de los Aceites Aislantes está básicamente relacionada con: Presencia de humedad en el Aceite ( agua ): medida en PPM ( partes por millón). El valor max, según la norma IEC 296 para transformadores, no debe superar 30 PPM, aunque algunos fabricantes pueden recomendar máximos de 10 PPM de agua, para transformadores eléctricos de Alta Tensión >170 KV Partículas: la fabricación de los transformadores implica la utilización de papeles y celulosa, que pueden desprender pequeñas partes por vibración, etc. Además, los transformadores necesitan un respirador para poder compensar las dilataciones del aceite, siendo foco de entrada de polvo, etc al interior del transformador, y por lo tanto al aceite. Oxidación: Esfuerzos de trabajo, puntos calientes, degeneración de las partículas y suciedad y descompensaciones provocan la generación de gases disueltos y oxidación del Aceite Aislante del transformador.
Análisis del Aceite Aislante El Mantenimiento Preventivo de los Aceites Aislantes debe incluir el Análisis del Aceite, que mediante diferentes pruebas permitan conocer el estado funcional del mismo, que evite fallas inesperadas de los Transformadores, con las consiguientes consecuencias económicas y de calidad en el servicio de suministro eléctrico. La necesidad de Mantenimiento de un Transformador Eléctrico es, por lo tanto, directamente proporcional al valor del mismo, y a la importancia del suministro de energía que ofrece. No olvidar que los costos de reparación son generalmente muchísimo más altos que un simple análisis anual. La toma de muestras para el análisis del Aceite Aislante desde ser realizada de forma segura y cuidadosa, para conseguir resultados reales.Las pruebas básicas que pueden hacerse a los Aceites Aislantes para transformador son: • Determinación de Rigidez Dieléctrica: Consiste en la comprobación de la capacidad aislante del aceite del trasformador • Agua disuelta en el Aceite: Medida en PPM, partes por Millón, y de efecto directo en la pérdida de la Rigidez Dieléctrica de la muestra. • Neutralización/Acidez: Control de los niveles de ACIDO en el Aceite, como referencia del nivel de Oxidación del mismo. • Turbiedad/Color: Tanto la presencia de Agua como de otras partículas disueltas produce turbiedad en el Aceite Aislante. • Partículas Disueltas: contaminación por todo tipo de suciedad. • Gases Disueltos: El envejecimiento, junto con la degradación de las partículas por la temperatura y posibles descargas internas, generan diferentes gases dentro del transformador y en el aceite.el tipo y cantidad de ellos pueden dar importante información. • Tensión Superficial: Valor Físico del Aceite, con relación con la viscosidad.
Consejos para aumentar la duración de los Aceites Aislantes en los Transformadores Aunque en algunas ocasiones donde la degradación y contaminación del Aceite haga más cara su regeneración que su sustitución, vamos a dar una serie de consejos que eviten llegar a esa situación: Nivelar adecuadamente los Transformadores logrará que el aceite cubra la totalidad de las partes del interior de los mismos. Colocar filtros adecuados en los respiradores de los Transformadores, de forma que evite la entrada de la mayor cantidad posible de humedad, polvo y otros partículas. Por ejemplo un filtro con Silicagel. Comprobar el cierra de tapas, pasacables, bushings, etc, para evitar tanto el acceso de suciedad como la perdida de aceite. Realizar pruebas, test y/o análisis periódicos para poder tomar acciones de mantenimiento antes de que, la excesiva degradación del aceite lo haga irrecuperable e incluso dañe de forma grave el interior del Transformador. El uso de Equipos de Purificación y Regeneración de Aceite Aislante permite devolver las características funcionales mínimas para continuar usándolo. Este tratamiento debe realizarse antes de que la contaminación del Aceite provoque depósitos en el fondo del Transformador.
