Sistemas de Distribución de Energía y Maquinas Eléctricas

INTRODUCCIÓN

Este trabajo es un desarrollo explicativo del funcionamiento de los diferentes transformadores y motores monofásicos, trifásicos, de uso  y además estos mismos son máquinas transformadoras estáticas.

Los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje son unas herramientas de gran importancia para la humanidad, ya que son estas las que regulan las diferencias de potencial y las diferencias de corrientes que existen en las diferentes líneas de energía. Los transformadores son utilizados en una gran variedad lugares, van desde la industria más moderna y grande, hasta la casa o el cargador de un celular utilizado a diario en casa. El uso de los transformadores en el campo doméstico como en el industrial, cobra gran importancia ya que con ellos podemos cambiar la amplitud del voltaje, aumentándola para ser más económica la transmisión y luego disminuyéndola para una operación más segura en los equipos. La mayor parte de los radios contienen uno o más transformadores, así como los receptores de televisión, los equipos de alta fidelidad, algunos teléfonos, automóviles y en fin una gran variedad de artículos que para su funcionamiento es de vital importancia que posea un transformador.

Por tanto se hace necesario analizar detalladamente los fenómenos que ocurren con los cambios de polaridad en las bobinas de un transformador observando su comportamiento al sumarle o restarle voltaje a las bobinas de acuerdo a sus conexiones. De manera similar la regulación de voltaje en el transformador se hace importante ya que con ella detallaremos las respuestas del transformador a diferentes cargas puestas en él. Por consiguiente la elección de un motor de cualquier tipo para una determinada instalación requiere el conocimiento de los conjuntos de características, las del motor y las de la instalación, algunas necesarias porque están impuestas, y no pueden ser elegidas arbitrariamente, otros en cambio pueden ser seleccionadas entre un conjunto de posibilidades.

1. El Transformador De Potencia

Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador. Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.

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                                    Figura # 1 Transformador De Potencia

1. Partes De Un Transformador De Potencia

 Las partes de las que se compone un transformador  son las siguientes:

• Núcleo magnético o armazón

El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La configuración por láminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre láminas, indeseadas pues favorecen las perdidas.

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Figura #2 Núcleo Magnético De Un Transformador

• Enrollamiento o devanados (primario, secundario, terciario, etc)

Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual para todas las fases.

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Figura #3 “Núcleo Magnético” Y Los “Devanados” De Un Transformador

• Boquillas terminales (bushing)

 Son unos bornes que se encuentran en la parte exterior del transformador que sirven para alimentar al mismo, para así poder realizar la alimentación del circuito interno, y en la parte inferior se encuentran las boquillas de salida las cuales sirven para obtener el voltaje ya transformado.

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                             Figura #4 Terminales De Un Transformador

• Tanque o cubierta

 Es la carcasa del transformado donde se alojan todos los componentes del mismo.

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                                Figura#5 Tanque ó Carcasa De Un Transformador

• Tanque Conservador De Líquido  Aislante

Este tanque consiste de un recipiente fijo a la parte superior del transformador sobre el tanque o carcaza. Está destinado a recibir el aceite del tanque cuando éste se expande, debido al efecto del calentamiento por pérdidas internas. 

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Figura #6 Tanque Donde Se Conserva El Líquido Aislante

• Medio refrigerante

El refrigerante que se utiliza es el aceite ya que este extrae el calor del dispositivo recirculándolo por un radiador, el cual funciona como disipador de calor para el aceite y así poder volver a absorber calor del transformador, es necesario que se extraiga el calor, que si no es así la máquina se puede averiar por las altas temperaturas que se generan.

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Figura # 7 Enfriamiento Por Aceite Y Enfriamiento Por Aire

• Serpentines y aparatos de refrigeración

El serpentín es un equipo intercambiador de calor que al estar en contacto con el aire de retorno el cual regresa caliente, enfría el aire gracias al refrigerante a baja temperatura que circula por su interior, y lo envía de nuevo mediante los ductos transportadores a las instalaciones y mediante este proceso la temperatura del aire presente en las instalaciones se mantiene bajo condiciones de confort.

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Figura # 8 Aparatos De Refrigeracion: Aletas De Refrigeracion

• Indicadores

Los indicadores son aparatos que nos señalan el estado del transformador. Por ejemplo, marcan el nivel del líquido a la temperatura, presión, etc.

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Figura # 9 Indicador De Nivel Del Líquido: Temperatura

• Conmutadores y auxiliares

 Los conmutadores, cambiadores de derivaciones o taps, son órganos destinados a cambiar la relación de voltajes de entrada y salida, con el objeto de regular el potencial de un sistema o la transferencia de energía activa o reactiva entre los sistemas interconectados. Existen dos tipos de ellos: sencillo, de cambio sin carga, y el perfeccionado, de cambio con carga pro medio de señal o automático.

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Figura # 10 Conmutadores De Un Transformador

• Herrajes

Es un dispositivo que permite el paso de uno ó varios conductores a través de una pared ó separación aislándolo(s) de ésta.

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Figura # 11 Herraje Puesta a Tierra

1. Describa los diferentes tipos de protecciones de los transformadores de potencia

• Interruptor de potencia: la función del interruptor es la desconexión del transformador en un tiempo adecuado.

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Figura #12 Interruptor de potencia

• Transformadores de medida: estos son instrumentos que miden las magnitudes de tensión y corriente en tiempo real en un sistema. Un instrumento de medida se caracteriza por el nivel de saturación y la precisión. En el caso de las protecciones se requiere que estas sean alimentadas por núcleos con un alto nivel de saturación y precisión relativamente baja.

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Figura #13 Transformador De Medida

• Relés de protección: la función de un relé de protección es monitorear el comportamiento del transformador y de acuerdo a un ajuste predeterminado generar una orden de apertura del interruptor para evitar averías en el equipo.

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Figura #14 Relé de Protección

•  Sobrecarga

Es una función de protección contra fallas por sobrecarga en el transformador. La protección actúa de acuerdo a los niveles de temperatura detectados en el transformador. 

• Buchholz

Esta protección actúa de acuerdo a la detección de gases generados por fallas internas leves o severas. 

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                                         Figura #15  Rele de Buchholz

• Válvula Sobrepresión 

Detecta cambios repentinos en la presión al interior del tanque o cuba del transformador. Se instala en Transformadores con líquidos aislantes, tiene como finalidad proteger contra posibles rupturas por elevadas presiones producidas en el interior del Transformador. La Válvula libera la presión excesiva e impide la entrada de cualquier agente extraño a la cuba. Una vez que actúa, da una señal de color rojo sobre la Válvula, y a la distancia por medio de sus interruptores, alarma o desenganche.

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