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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO PRINCIPIOS DE LOS TRANSFORMADORES Definición Un transformador es un dispositivo por medio del cual se pueden aumentar o disminuir los voltajes alternos. Cuando se aumenta o se disminuye el voltaje de un circuito por medio de un transformador, la intensidad de la corriente varía inversamente proporcional con respecto al voltaje.

Generalidades Cuando de excita el arrollamiento primario de un transformador con corriente alterna, el potente campo magnético que se establece alrededor de este arrollamiento y a través del núcleo, cortará las espiras del arrollamiento secundario cuando el flujo se contraiga y se dilate, a consecuencia de las variaciones y las inversiones de la corriente alterna que pasa por el arrollamiento primario. Cuando este flujo corta en un sentido y otro las espiras del arrollamiento secundario, induce en ellas un voltaje de acuerdo con el principio de la inducción electromagnética. Puesto que el voltaje inducido en el arrollamiento secundario depende del movimiento del flujo primario, ya que éste flujo se mueve en sincronismo con las alternancias de la corriente que circula por el primario, la corriente secundaria será siempre de la misma frecuencia que la del primario; sin embargo, estará siempre desfasada 180° con respecto a la intensidad de la corriente del primario. Esto se debe al hecho de que la variación más rápida en el flujo primario se produce durante el momento en que las alternancias de la corriente primaria están pasando por sus valores cero o cerca de cero. Es precisamente en este punto de variación más rápida del flujo donde se induce el voltaje máximo en el secundario; por consiguiente, el voltaje secundario máximo se produce aproximadamente 90° después que la corriente primaria pasa por su máximo valor. Puesto que el arrollamiento de un transformador es altamente inductivo y tiene una resistencia my pequeña, la intensidad de la corriente del secundario se retrasará aproximadamente 90° con respecto al voltaje inducido en el secundario; por consiguiente, la intensidad de la corriente del secundario está aproximadamente 180° retrasada con respecto a la intensidad del primario. Transformadores

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Conviene recordar este punto porque significa que cuando pasa la corriente a través del arrollamiento primario en un sentido, estará pasando en sentido opuesto a través de la bobina del secundario, como el indicado por las flechas en la fig. 1. Por consiguiente, si las bobinas del primario y secundario están devanadas en el mismo sentido, las polaridades del voltaje en los extremos de la bobina secundaria, serán opuestas a las aplicadas en los extremos semejantes de la bobina del primario. Se observa en la fig. 1 que, si bien la mayor parte del flujo magnético desarrollado por el primario sigue el núcleo de hierro, una parte de este flujo se extenderá alrededor de los arrollamientos exteriores del núcleo y también a través del hueco entre las ramas del núcleo. Esto es lo que se llama flujo de dispersión y es bastante mayor cuando el transformador trabaja a plena carga que cuando funciona en vacío.

Tipos de transformadores Un transformador se compone principalmente de un núcleo de hierro que proporciona una trayectoria para el flujo magnético y sobre el cual están colocados sus dos arrollamientos, uno llamado arrollamiento de alta tensión y el otro, arrollamiento de baja tensión. El arrollamiento de alta tensión es el que tiene el mayor número de vueltas, y el arrollamiento de baja tensión es el que tiene el menor número de vueltas Suelen también designarse comúnmente por los nombres de arrollamiento primario y arrollamiento secundario. El primario es siempre el que está conectado a la fuente de

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO energía, el secundario es el que recibe energía del primario por inducción y es el que está conectado a la carga. Hay varios tipos comunes de transformadores y se clasifican por la manera como están construidos. Estos tipos son: 1. Tipo núcleo 2. Tipo acorazado 3. Tipo distribuido El tipo de núcleo sencillo proporciona una trayectoria para el flujo magnético, el acorazado dos trayectorias y el tipo distribuido, tres o cuatro trayectorias.

Las figuras 2 y 3 muestran las diferencias entre estos tipos comunes de núcleos del transformador. La fig. 2 muestra el transformador del tipo núcleo sencillo, formado por cuatro lados, o como suelen llamarse comúnmente, ramas, dispuestas en forma de un cuadrado o rectángulo. Las bobinas del primario y el secundario pueden devanarse en las ramas opuestas, como se indica en esta figura, o bien pueden bobinarse las dos en la misma rama del núcleo, si así se desea.

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Cuando se excita el arrollamiento primario con corriente alterna, se establece un flujo magnético alternativo que es conducido por el núcleo hasta el arrollamiento secundario. A medida que las líneas de fuerza se dilatan y se contraen, debido a las alternancias de la corriente alterna, cortan las vueltas del arrollamiento secundario e inducen así voltaje en este arrollamiento, de acuerdo con los principios de la inducción electromagnética. El voltaje que se inducirá en el arrollamiento secundario depende de la relación entre el número de vueltas de los arrollamientos primario y secundario. Si el secundario tiene menos vueltas que el primario, se reducirá el voltaje; por el contrario, si el secundario tiene un número mayor de vueltas, se aumentará el voltaje. Un transformador ordinario puede usarse para aumentar o reducir el voltaje, según el arrollamiento que se utiliza como primario; esto es, según el arrollamiento que excita con el voltaje aplicado. Por consiguiente, en el caso de los transformadores que elevan el voltaje, el primario es el arrollamiento que tiene menos vueltas, mientras que en un transformador que reduce el voltaje, el primario es el arrollamiento que tiene más vueltas. Núcleos El objeto del núcleo en un transformador es proporcionar un camino de poca reluctancia al flujo magnético, por esta misma razón, dichos núcleos se construyen de materiales especiales ya sea de hierro dulce o acero al silicio, el núcleo está formado por delgadas Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO laminillas las cuales están aisladas unas de otras. El objeto de hacer el núcleo laminado es para evitar que éste se caliente demasiado debido a las corrientes parásitas producidas por el voltaje inducido por el flujo alterno. En la fig. 3 el esquema del lado izquierdo corresponde a un transformador con núcleo del tipo acorazado, mientras que el esquema del lado derecho corresponde a un transformador con núcleo del tipo distribuido. Los transformadores con núcleo del tipo acorazado son apropiados para usarlos con altos voltajes. Los transformadores con núcleo del tipo distribuido se emplean para bajos voltajes, con potencias inferiores a 50 KVA.

Arrollamiento de los transformadores El embobinado de los transformadores se efectúa con alambre de cobre aislado láminas de aluminio. La sección del alambre es cuadrada o rectangular; estas formas de sección se utilizan debido a su forma, el calor se desprende más fácilmente. Las bobinas están formadas de varias capas aisladas una de otra. Las bobinas de casi todos los transformadores se devanan sobre moldes y después se introducen en las ramas del núcleo. Después que han sido devanadas, se pasa al tratamiento de secado; después de esto se les da un baño con un compuesto aislante. El baño con el compuesto aislante se lleva a cabo en tanques herméticamente cerrados, de modo que la bobina pueda someterse primero a un vacío elevado para extraer la humedad de los arrollamientos. Después de esto, se le da el baño del compuesto aislante, dicho compuesto debe aplicarse caliente y a presión para obligarle a penetrar en las separaciones que haya entre espiras.

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La figura 4 muestra el núcleo parcialmente montado en un transformador de núcleo distribuido y las bobinas primaria y secundaria listas para ser colocadas en la rama central de dicho núcleo. Las bobinas primaria y secundaria están colocadas una encima de la otra, separadas mediante una capa gruesa o tubo de aislamiento para impedir que salte alguna chispa desde la bobina de alto voltaje a la de bajo voltaje.

Transformadores monofásicos y polifásicos En la figura 5 se ve un transformador de tipo polifásico, dicha figura muestra un transformador trifásico son sus bobinas primaria y secundaria de cada fase colocadas en ramas distintas del núcleo.

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Fig. 5 Un transformador trifásico está compuesto de tres transformadores monofásicos instalados en un mismo núcleo. Para la construcción de un transformador trifásico se ocupa menos material en el núcleo del que se ocuparía para la construcción de tres transformadores monofásicos de la misma capacidad. La causa de esto es que los flujos magnéticos de cada fase usan el mismo núcleo en períodos alternos, ya que las alternancias y los flujos magnéticos de cada fase se producen con una separación de 120° eléctricos. Las ventajas de un transformador polifásico son:  Se necesita menos material para la construcción del núcleo.  Menor peso.  Un transformador polifásico ocupa menos espacio en una subestación, que su equivalente en transformadores monofásicos. La desventaja de los transformadores polifásicos es que si falla una de sus fases, tiene que ponerse fuera de operación el transformador completo.

Enfriamiento de los transformadores El enfriamiento de los transformadores es de vital importancia para que tengan un buen rendimiento.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Los métodos que existen para enfriar un transformador, hacen que los transformadores sean clasificados por su forma de enfriamiento de la siguiente manera: 1. Enfriamiento natural ONAN antes OA 2. Enfriamiento con aire activado ONAF antes OA/FA 3. Enfriamiento por circulación forzada de aceite con ventilación forzada OFAF antes OA/FOA/FOA. 1 Enfriamiento natural ONAN antes OA. Estos transformadores usan el principio de convección natural; es decir, que el aceite caliente va a la parte superior y es pasado a los radiadores para que al bajar se enfríe y llegue a la parte inferior. Este sistema se usa generalmente en transformadores de pequeña capacidad hasta 1,000 KVA, o sea, para distribución. 2 Enfriamiento con aire activado ONAF antes OA/FA. Este sistema es aplicado en transformadores con radiadores ya que consiste en adicionar en ellos unos ventiladores para activar el enfriamiento del aceite cuando pasa por convección y acelerar el enfriamiento. Actualmente su uso es en transformadores de 10 MVA con voltajes de hasta 115 KV. 3 Enfriamiento por circulación forzada de aceite con ventilación forzada OFAF antes OA/FOA/FOA. Tal como lo indica su nombre, se utilizan bombas para forzar la circulación del aceite y pasarlo por radiadores, donde a su vez se hace pasar aire forzado por ventiladores o extractores para dar mayor rapidez al enfriamiento.

La capacidad de los transformadores se ve aumentada de acuerdo con el sistema de ventilación que se le instale, por ejemplo tenemos transformadores trifásicos de 20/25/30 MVA. La primera capacidad es sin tener refrigeración (bombas y ventiladores parados). La capacidad intermedia es con la mitad de la refrigeración trabajando y la última capacidad es con toda la refrigeración trabajando. El sistema de refrigeración OFAF consta generalmente de 4 grupos de bombas y 4 grupos de ventiladores, que deben hacerse trabajar en forma cruzada cuando trabaja a media capacidad, esto es con el objeto de que el enfriamiento sea uniforme en el transformador, como se muestra en la fig. 6.

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Como las bombas succionan el aceite ya enfriado para hacerlo pasar por la parte inferior a los ductos de ventilación de los devanados y causar el enfriamiento en la parte más caliente del devanado, sólo haciendo trabajar las bombas y los ventiladores en forma cruzada, se logra un enfriamiento uniforme en el transformador. Si se pusieran a trabajar los grupos 1-3 o 2-4, el enfriamiento solo será en una parte del transformador.

Relación de transformación En un transformador sencillo, todas las espiras o vueltas del arrollamiento secundario están en serie unas con otras, de modo que sus voltajes inducidos se sumarán y el voltaje en las terminales del arrollamiento secundario será la suma de los voltajes inducidos en todas las vueltas. Por consiguiente, cuanto mayor sea el número de vueltas o espiras en el arrollamiento secundario de un transformador, tanto mayor será el voltaje inducido en este arrollamiento. En cualquier transformador, la variación de voltaje, o sea, la relación de transformación entre el voltaje primario y el secundario, será proporcional a la relación entre el número de vueltas del arrollamiento primario y las del secundario. Por ejemplo, si el arrollamiento primario del transformador de la fig. 1 tiene 50 vueltas y el arrollamiento secundario tiene 100 vueltas, el transformador será un transformador elevador de voltaje con una razón de 1 a 2. La primera cifra de la relación de transformación se refiere siempre al primario y la segunda cifra al número proporcional a las vueltas del secundario. Si, en otro caso, tenemos un transformador reductor de voltaje con un arrollamiento primario de 1,000 vueltas y un arrollamiento secundario de 100 vueltas, la relación de

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO este transformador se expresará bajo la forma 10:1 y si aplicáramos 2,200 voltios al primario, el secundario produciría 220 voltios. De los ejemplos anteriores puede deducirse la siguiente fórmula: Vueltas del prim. / Vueltas del sec. = Voltaje del prim. / voltaje del sec. O sea, en el caso del transformador que acabamos de mencionar: 1,000 / 100 = 2,200 / 220 Si conocemos la relación entre el número de vueltas de los arrollamientos primario y las del secundario de un transformador y conocemos también el voltaje aplicado al primario, podemos determinar fácilmente el voltaje secundario, porque guardará la misma relación con el voltaje primario que el número de vueltas del secundario guarda con el número de vueltas del primario. Ejemplos: Si se aplican 100 voltios al primario de un transformador elevador de voltaje, con una relación de transformación de 1 a 10, el voltaje secundario será (100 x 10) / 1 = 1,000 voltios. Si, en otro caso, en un transformador reductor de voltaje con una relación de 20 a 1 se aplican al primario 2,200 voltios, el voltaje secundario será (2,200 x 1) / 20 = 110 voltios. La fórmula para determinar la intensidad de la corriente del secundario o primario de un transformador, es la siguiente: NP / NS = VP / VS = IS / IP Donde: NP = Número de vueltas del primario NS = Número de vueltas del secundario VP = Voltaje del primario VS = voltaje del secundario IS = Corriente del secundario IP = Corriente del primario

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Potencia Si un transformador tuviera un rendimiento del 100%, el número de KVA obtenido del secundario sería siempre el mismo que el suministrado al primario, independientemente de la reducción o el aumento del voltaje. Por supuesto, ningún transformador puede tener un rendimiento del 100%, pero el rendimiento de los transformadores grandes es tan elevado que para los fines ilustrativos podemos despreciar su ligera pérdida. Si un transformador elevador de voltaje produce en el secundario un voltaje 10 veces mayor que el voltaje aplicado al primario, la intensidad de la corriente de plena carga en el arrollamiento secundario será exactamente la décima parte de la del arrollamiento primario. Por ejemplo, si se aplican 200 voltios y 50 amperios al primario de un transformador de 10 KVA con una relación de transformación de 1 a 10, el voltaje aumenta 10 veces, o sea, que se obtiene en el devanado secundario 2,000 voltios, la corriente de plena carga del secundario será entonces de 5 amperios. Si multiplicamos en cada caso los voltios por los amperios, hallamos el mismo número de voltamperios o KVA, tanto en el secundario como en el primario. El voltaje primario multiplicado por la intensidad de corriente primaria dará: VP x IP = 200 X 50 = 10, 000 voltamperios o sea 10 KVA. Los voltios secundarios multiplicados por los amperios del secundario darán: VS x IS = 2,000 x 5 = 10,000 voltamperios o sea 10 KVA Es evidente que el arrollamiento de alto voltaje de un transformador puede hacerse con un conductor de una sección proporcionalmente menor, según la relación que existe entre el arrollamiento de alta tensión y el arrollamiento de baja tensión. Por consiguiente, el arrollamiento de alta tensión de un transformador es siempre el que tiene el conductor más delgado y el mayor número de vueltas, en tanto que el arrollamiento de baja tensión es el que tiene un conductor más grueso y un número menor de vueltas. Puesto que el factor de potencia no interviene en la fijación de los KVA nominales de un transformador, es fácil calcular la intensidad de corriente del arrollamiento de un transformador dividiendo simplemente los KVA entre el voltaje de ese arrollamiento. Se recordará que para obtener los voltamperios sólo es necesario multiplicar los KVA nominales por 1,000, ya que un KVA es igual a 1,000 voltamperios. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Si tenemos un transformador de 10 KVA con una relación de transformación de 5 a 1 y un voltaje primario de 550 voltios, el voltaje secundario será de 110 voltios. Si multiplicamos por 1,000 los 10 KVA nominales, obtenemos 10,000 voltamperios. La corriente primaria será entonces de 10,000 / 550 = 18.18 amperios; y la corriente secundaria será de 10,000 / 110 = 90.90 amperios. Si el factor de potencia de un transformador fuera el 100%, obtendríamos el mismo número de KW de potencia real que los KVA nominales del transformador; sin embargo, el factor de potencia de un transformador y la potencia real suele ser inferior al 100 %; de modo que es posible que un transformador de 10 KVA esté trabajando a plena carga y que, no obstante, solo suministre de 5 a 8 KW. Esta es la razón por la cual la capacidad nominal de los transformadores se indica siempre en KVA.

Efecto de la corriente secundaria de carga sobre la corriente primaria. Cuando un transformador está trabajando en vacío, esto es, cuando está conectado a la línea pero sin que esté conectada ninguna carga a su secundario, sólo circulará por el arrollamiento primario una corriente de una intensidad muy pequeña. Esta corriente se llama corriente magnetizante y es exactamente la corriente necesaria para imantar fuertemente el núcleo. Mientras el transformador no está cargado, las líneas de fuerza de este campo magnético muy potente, establecido por la corriente magnetizante, están cortando constantemente las espiras del arrollamiento primario e inducen en él un contra voltaje casi igual al voltaje aplicado; esto limita la corriente que es de una intensidad muy pequeña. Tan pronto como se conecta la carga al secundario, la intensidad de la corriente primaria aumentará inmediatamente en proporción a la magnitud de la carga. Si el secundario está completamente cargado, la intensidad de la corriente primaria adquiere inmediatamente su valor de plena carga. Si se sobrecarga el secundario, el primario se sobrecargará también y, por consiguiente, se puede quemar el primario, o el primario y secundario a la vez. Esta variación automática de la corriente que toma el primario siempre que se varíe la carga conectada al secundario, es producida por la reacción del flujo magnético secundario sobre el flujo magnético del arrollamiento primario. Cuando no hay ninguna carga conectada al arrollamiento secundario no circulará corriente por él aunque se haya inducido en este arrollamiento el voltaje total. Tan pronto como se cierra su circuito Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO conectando alguna carga a los conductores del secundario, empieza a circular por este arrollamiento una corriente que establece un campo magnético alrededor de él. Se recordará que la corriente del arrollamiento secundario está siempre desfasada 180° con respecto al primario, o sea, en sentido opuesto; por consiguiente, el flujo magnético creado por el secundario es de sentido opuesto al flujo magnético creado por el arrollamiento primario. Este flujo secundario neutraliza una cierta porción del flujo magnético primario y reduce las líneas de fuerza que están cortando las vueltas del primario. Esto disminuye el contra voltaje inducido en el primario y permite que circule por él una corriente más intensa. La resistencia del arrollamiento primario es tan pequeña que es casi despreciable, de modo que la limitación de la intensidad de la corriente que circula por este arrollamiento depende en gran parte del contra voltaje de autoinducción. Si la carga del secundario aumenta hasta el punto de que el flujo de su corriente casi neutraliza por completo el flujo primario, la fuerza contra electromotriz (F.C.E.M.) generada en el arrollamiento primario será tan pequeña que el resultado será una corriente de una intensidad excesiva que tal vez queme el arrollamiento. Este es un principio muy importante que conviene recordar siempre, en relación a los transformadores y otras máquinas de corriente alterna. Esto explica la razón por la cual los arrollamientos de C.A. pueden quemarse muy rápidamente si se conectan a un circuito de corriente continua, porque la corriente continua, con su flujo constante e invariable, no desarrolla ningún contra voltaje que limite la intensidad de la corriente.

Polaridad Casi todos los transformadores modernos tienen marcada la polaridad en sus conductores terminales de alta y baja tensión. Estas marcas serían por ejemplo, H1 y H2 en el lado de alta tensión del transformador monofásico y X1 y X2 en el lado de baja tensión. En un transformador trifásico, los conductores están marcados H1, H2 y H3 en el lado de alta tensión; y X1, X2 y X3 en el lado de baja tensión. Estas marcas de polaridad indican el orden en que salen los conductores terminales de los arrollamientos y muestran también las polaridades respectivas de los conductores terminales primarios y secundarios en un instante determinado. Sabemos que la polaridad de los arrollamientos de corriente alterna se invierte continuamente, pero también en el secundario se invierte siempre con la misma

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO frecuencia que el primario y está desfasado 180° con respecto a éste; y podemos identificar las polaridades respectivas en cualquier instante de una alternancia. Estas marcas de polaridad facilitan las conexiones de los transformadores que tienen que funcionar en paralelo, ya que es necesario conectar juntos los conductores terminales similares para que los transformadores funcionen con las fases correctas para que funcionen bien en paralelo. Si se conectan en paralelo transformadores con polaridad equivocada, se queman o se funden los fusibles.

Si el arrollamiento de un transformador monofásico está marcado con H1, H2, H3 y H4, se hallará por lo general que H1 y H4 indican los conductores terminales extremos o las terminales de todo el arrollamiento, en tanto que H2 y H3 son derivaciones intermedias tomadas de ciertas secciones del arrollamiento. Los números más altos y más bajos se ponen en los conductores terminales de los extremos (de todo el arrollamiento), en tanto que los números intermedios se ponen en las derivaciones o tomas de voltaje parcial. El conductor terminal H1 suele estar a la derecha cuando se mira hacia el lado de alta tensión del transformador. En los transformadores marcados de esta manera, si se unen los conductores H1 y X1 , como se indica por la línea punteada de la figura 7, cuando se aplica voltaje al arrollamiento de alta tensión, el voltaje entre los conductores terminales restantes X2 y H2 será menor que el voltaje total del arrollamiento de alto voltaje.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO En la fig. 7 puede verse un voltímetro conectado a través de los conductores H2 y X2 de un transformador monofásico. La razón por la cual su lectura será menor que el voltaje aplicado al arrollamiento primario, es que la polaridad del arrollamiento de bajo voltaje es opuesta a la del arrollamiento de alto voltaje y, por consiguiente, los dos voltajes se opondrán el uno al otro; de modo que en el voltímetro se leerá su diferencia o sea, 2,200 – 110 = 2,090. Un transformador con los conductores terminales dispuestos y marcados de esta manera se dice que tiene polaridad sustractiva. Si los conductores salen de un transformador de modo que cuando se conecta el voltímetro a los conductores terminales adyacentes H y X, como se muestra en la fig. 7, indica la suma de los voltajes de los arrollamientos de alta y baja tensión, se dice que el transformador tiene polaridad aditiva. En este caso, las marcas de los conductores terminales de baja tensión, X1 y X2, estarán invertidas. En los transformadores que tienen sus conductores correctamente marcados, las marcas indican si los conductores están dispuestos para una polaridad sustractiva o aditiva. La fig. 8 muestra a la izquierda un transformador con los conductores terminales marcados para polaridad sustractiva y a la derecha otro transformador con dichos conductores marcados para polaridad aditiva.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Cuando se mira hacia el lado de alta tensión de un transformador, si el conductor X1 está a la derecha ello indica que la polaridad es sustractiva; mientras que si el conductor X1 está a la izquierda, se sabe entonces que la polaridad es aditiva. Los principales fabricantes de transformadores han adoptado conexiones y marcas de polaridad estándar para sus transformadores. Casi todos los transformadores para líneas de transporte y distribución se disponen con polaridad sustractiva, salvo para los transformadores de distribución de 200 KVA o menos.

Prueba de polaridad de los transformadores Cuando los conductores terminales de un transformador no están marcados, podemos investigar si su polaridad es aditiva o sustractiva, estableciendo sencillamente un puente entre los conductores terminales de alta tensión y de baja tensión de un lado, y un voltímetro de una escala adecuada entre los conductores terminales de alta y baja tensión del otro lado como se indica en la fig. 7. Si cuando está excitado el primario con su voltaje nominal, el voltímetro marca la diferencia entre los voltajes de los arrollamientos de alto voltaje y bajo voltaje, el transformador tiene polaridad sustractiva, deben marcarse los conductores terminales como se indica en lado izquierdo de la fig. 8. Si el voltímetro indica la suma de los voltajes de los arrollamientos de alto y bajo voltaje, el transformador tiene polaridad aditiva, deben marcarse los conductores terminales como se indica a la derecha de la fig. 8.

Arrollamientos terciarios A veces un transformador puede tener sobre su núcleo un tercer arrollamiento que actúa en realidad como un arrollamiento secundario adicional y tiene por objeto proporcionar un circuito distinto de voltaje diferente. Este tercer arrollamiento suele llamarse “arrollamiento terciario”. La Fig. 9 muestra un transformador con arrollamientos primarios, secundarios y terciarios. El arrollamiento primario se ha construido para 6,000 KVA a 13,200 voltios. El arrollamiento secundario, o sea el mayor de los dos arrollamientos de baja tensión, se ha construido para 4,000 KVA a 6,600 voltios. El arrollamiento terciario, o sea, el más pequeño de los dos arrollamientos de baja tensión, se ha construido para 2,000 KVA a 2,200 voltios.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Algunos transformadores especiales puede tener también arrollamientos terciarios para obtener un factor de potencia determinado y ciertas características de control de voltaje.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES Transformadores monofásicos Los transformadores pueden tener conectados sus arrollamientos primarios y secundarios de distintas maneras, empleando conexiones en serie y en paralelo, para obtener diferentes voltajes, distintas capacidades de corriente, etc. En los párrafos que siguen se estudiarán las conexiones más comunes. Obsérvense los resultados obtenidos y la finalidad del empleo de cada conexión. Primero se estudiarán las conexiones para los transformadores monofásicos, a continuación para los transformadores polifásicos y finalmente para los transformadores especiales. La figura 10 muestra los arrollamientos y los conductores terminales de un transformador monofásico ordinario, como los que se emplean comúnmente para suministrar corriente destinada al alumbrado y a los motores pequeños. Este transformador tiene una relación de transformación de 20:1 habiéndose construido el primario para 2,300 voltios, con el fin de conectarlo directamente a las líneas de distribución de este voltaje.

El arrollamiento secundario se ha construido para 115 voltios y tiene dos conductores terminales para conectarlo a las líneas de servicio que llegan a una casa o taller. La línea de trazos que rodea los arrollamientos indica el contorno del tanque del transformador. En la figura 10 puede verse que un lado del arrollamiento secundario de bajo voltaje está conectado a tierra. Esto se hace por razones de seguridad y con el fin de Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO proporcionar el conductor de tierra para los sistemas de alumbrado. Es conveniente hacer notar que esta tierra proporciona un medio de protección para las personas, en caso de falla del aislamiento entre los arrollamientos de alto y bajo voltaje. Por esta razón, la tierra debe conectarse muy bien y protegerse contra roturas y averías del conductor, el cual debe ser conectado firmemente al sistema de puesta a tierra.

Transformadores monofásicos con secundarios divididos La mayoría de los transformadores monofásicos se construyen con el arrollamiento secundario dividido en dos secciones y con cuatro conductores terminales que salen de este arrollamiento, como se muestra en la fig. 11. Esto permite elegir entre los dos voltajes para alumbrado y fuerza y proporciona además las conexiones para obtener un sistema de tres conductores con el neutro conectado a tierra para el servicio de alumbrado. Los arrollamientos secundarios dispuestos de esta manera, se llaman arrollamientos de secundario dividido, o bien de secundario en serie y paralelo. La fig. 11A muestra un esquema de un transformador de este tipo y también el procedimiento de cómo suelen cruzarse dentro de su tanque los conductores terminales centrales del secundario dividido. Esto se hace para que resulte más cómodo conectarlos en serie o en paralelo fuera del tanque. La fig. 11B muestra cómo deben conectarse en serie las dos secciones del arrollamiento secundario, uniendo simplemente los dos conductores terminales centrales fuera del tanque. Cada mitad del secundario se ha construido para suministrar 115 voltios, de modo que cuando las dos mitades estén conectadas en serie se obtendrán 230 voltios en los conductores exteriores y 115 voltios entre cualquier conductor exterior y el conductor central, consiguiéndose así dos tensiones distintas entre cada pareja que forman las tres terminales. Si sólo se desea utilizar servicio de 230 voltios, puede prescindirse del conductor central y utilizar solamente los dos conductores exteriores, pero si se desea prestar servicio de tres conductores, a 115 y 230 voltios, se conecta el conductor central de línea al punto en el que se unen las bobinas del secundario, como se indica en la fig. 11B. la conexión de puesta a tierra debe unirse al punto central cuando se emplea el sistema de tres conductores. La fig. 11C muestra el procedimiento de cómo pueden conectarse en paralelo los dos arrollamientos del secundario para suministrar 115 voltios al doble de la capacidad de

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO intensidad de corriente de cada arrollamiento. De esta manera puede disponerse de toda la capacidad del transformador a la tensión de 115 voltios. Se observará en este esquema que estando cruzados los conductores terminales centrales dentro del transformador, pueden conectarse muy cómodamente en paralelo los dos arrollamientos secundarios, uniendo fuera del tanque los conductores terminales contiguos.

De las conexiones de la fig.11B para proporcionar servicio a 115 y 230 voltios, se sacan tres conductores del secundario del transformador. Sin embargo, el circuito sigue siendo monofásico y no debe confundirse nunca con un transformador trifásico, solamente porque en ambos casos hay tres conductores. Téngase siempre presente que al conectar carga a un sistema de tres conductores, la carga debe estar equilibrada lo mejor posible entre cada conductor exterior y el neutro, con el fin de evitar que un lado del secundario del transformador esté muy cargado, mientras el otro lado tiene una carga demasiado pequeña o trabaja en vacío. Las flechas dibujadas en los arrollamientos en las figuras 11B y 11C, indican el sentido del voltaje que se induce en las bobinas del secundario con respecto al voltaje en el primario en un instante determinado, cuando el conductor primario de la derecha se supone que es positivo. Estas flechas muestran cómo, en la fig. 11B, se suman los voltajes de las dos bobinas del secundario y cómo, en la fig. 11C, se suman las intensidades. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Prueba de los conductores terminales de un secundario dividido, antes de hacer las conexiones. Cuando se conectan las dos bobinas del arrollamiento secundario de un transformador, ya sea en serie o en paralelo, deben verificarse minuciosamente los conductores terminales, antes de conectarlos juntos, auxiliándose de lámparas de prueba o del voltímetro. Para saber cuáles son los conductores que se deben conectar en serie, se unen dos conductores terminales, uno de cada bobina, y después se conecta entre los dos conductores restantes una lámpara o un voltímetro. Si cuando se excita el primario brillan mucho las lámparas o el voltímetro indica la suma de los voltajes de los dos arrollamientos, la conexión es correcta para el funcionamiento en serie. Entonces pueden conectarse permanentemente los dos conductores terminales que se unieron y conectar los conductores de línea a los dos conductores con los que se unieron la lámpara o el voltímetro. Al probar los conductores terminales para la conexión en paralelo, se unen también provisionalmente dos conductores, uno de cada bobina, y se conecta la lámpara o el voltímetro entre los dos conductores terminales restantes. Si cuando se excita el primario no se enciende la lámpara o el voltímetro no marca ninguna lectura, los conductores terminales unidos a estos elementos pueden conectarse juntos a uno de los conductores de línea, para el funcionamiento en paralelo. Después pueden unirse permanentemente los otros dos conductores y conectarlos al conductor opuesto de la línea. Si la lámpara o lámparas se encienden o el voltímetro indica voltaje, esto es señal de que los conductores terminales están mal unidos y deben invertirse antes de conectarlos permanentemente para el funcionamiento en paralelo. Es muy importante usar los conductores terminales correctos cuando se conectan los secundarios de un transformador en paralelo, pues de lo contrario es probable que se quemen los arrollamientos cuando se excita el primario.

Conexión en paralelo de transformadores monofásicos Dos o más transformadores monofásicos pueden conectarse en paralelo para suministrar una corriente más intensa, o más potencia que lo que pueda proporcionar un solo transformador. De esta manera pueden instalarse transformadores suplementarios para poder hacer frente a un aumento de la carga, cuando ésta ha excedido a la capacidad de los transformadores ya instalados, o bien, pueden Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO conectarse temporalmente en paralelo dos o más transformadores pequeños para sustituir a un transformador más grande, en caso de emergencias. Cuando se conectan en paralelo transformadores, como se muestran en la fig. 12, es necesario que tengan características semejantes, pues de lo contrario, es posible que un transformador soporte una parte de la carga mayor que la que le corresponde, y se dañe.

Es muy importante comprobar que se conectan juntos conductores terminales de polaridad correcta; porque, si se conectan en paralelo conductores secundarios de polaridad equivocada, esto daría como resultado corrientes cruzadas muy intensas entre dichas unidades. Cuando los conductores terminales del primario y secundario están correctamente marcados, es muy fácil conectar en paralelo dos o más transformadores monofásicos, ya que pueden conectarse sin riesgo los conductores marcados con polaridades análogas, como se indica en la fig. 12A.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Cuando se conectan en paralelo dos transformadores, uno de los cuales tiene polaridad aditiva y el otro polaridad sustractiva, deben disponerse los conductores terminales en paralelo, como se indica en la figura 12B.

Verificación de los conductores terminales secundarios para conectar en paralelo transformadores monofásicos. Si los conductores terminales de los transformadores no están marcados, deben verificarse los conductores terminales secundarios con un voltímetro o un banco de lámparas, antes de conectarlos en paralelo. Esta prueba se ilustra en la figura 13 y es análoga a las pruebas hechas para conectar en paralelo los dos arrollamientos secundarios de un transformador monofásico. Si el voltímetro no marca lectura, son correctas las conexiones para el funcionamiento en paralelo y puede retirarse el voltímetro del circuito. Si el voltímetro marca alguna lectura, las conexiones están equivocadas y deben invertirse los conductores terminales del secundario.

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Transformadores trifásicos Para elevar o reducir el voltaje de un circuito trifásico es necesario emplear un transformador polifásico o tres transformadores monofásicos; salvo en ciertos casos en los cuales pueden emplearse dos transformadores monofásicos por medio de conexiones especiales. En las páginas siguientes se explican cada uno de los métodos. Los transformadores polifásicos son de uso muy común cuando el espacio de que se dispone para instalarlos es reducido, sustituyendo en este caso a tres transformadores monofásicos de la misma potencia aparente. Cuando se desea obtener cierta elasticidad en la operación, es frecuente emplear tres transformadores monofásicos y de esta manera, si hay que poner fuera de servicio un transformador, los otros dos pueden soportar temporalmente parte de la carga, haciendo una ligera modificación en las conexiones. La figura 14 muestra la disposición de las bobinas primarias y secundarias sobre el núcleo de un transformador trifásico para reducir el voltaje. Este esquema muestra también las conexiones en triángulo de los tres arrollamientos primarios y los tres secundarios, distribuidos en las tres ramas centrales del núcleo, con las dos líneas trifásicas de alto y bajo voltaje. En los siguientes esquemas de conexiones, se indicarán tres arrollamientos primarios y tres secundarios sin los núcleos, y esos esquemas pueden utilizarse para representar tres transformadores monofásicos o las tres secciones de un transformador trifásico. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Cuando se conectan tres transformadores monofásicos a un sistema trifásico, suelen formar lo que se llama un banco o grupo de transformadores.

Conexiones en estrella y delta y sus relaciones de corriente y voltaje Hay cuatro tipos de conexiones comúnmente usadas en los transformadores que alimentan sistemas trifásicos y se conocen con los nombres de conexiones en: 1. 2. 3. 4.

Estrella-Delta Delta-Delta Estrella-Estrella y Delta-Estrella.

Se recordará que la conexión estrella proporciona una especie de disposición en serie de los arrollamientos de las máquinas eléctricas en tanto que la conexión en triángulo es una disposición en paralelo de los arrollamientos.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La conexión en estrella aumenta el voltaje de la línea por arriba de las fases de los arrollamientos, en tanto que la conexión en triángulo aumenta la intensidad de corriente de línea por arriba de las fases de los arrollamientos. Cuando se conectan en estrella los arrollamientos de un transformador, el voltaje de línea será 1.732 veces el voltaje de una fase del arrollamiento, y la intensidad de la corriente de línea será la misma que la de fase de los arrollamientos. Cuando se conectan en triángulo, la intensidad de la corriente de línea será 1.732 veces la de una fase de los arrollamientos y el voltaje de línea será el mismo que el de fase de los arrollamientos. Se recordará que multiplicando la corriente de fase o el voltaje de fase por la constante 1.732 se obtiene la suma real de los dos voltajes de fase o de las dos corrientes de fase. Para facilitar la obtención de los valores del voltaje y la corriente, empleando las conexiones en estrella o triángulo en los transformadores, podemos resumir lo tratado mediante las siguientes reglas:

Reglas para las conexiones en estrella I de línea = I de fase I de fase = I de línea V de línea = V de fase por 1.732 V de fase = V de línea / 1.73

Reglas para las conexiones en triángulo V de línea = V de fase V de fase = V de línea I de línea = I de fase x 1.732 I de fase = I de línea / 1.732

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Conexiones trifásicas en estrella La figura 15 muestra un esquema de las conexiones para tres transformadores monofásicos o para los tres grupos de arrollamientos de un transformador polifásico, en el cual los primarios y secundarios están conectados en estrella. Esta conexión se conoce con los nombres de conexión en estrella-estrella, o Y-Y. Se observará que en esta conexión los extremos de la derecha de cada uno de los arrollamientos del transformador están conectados juntos a un mismo punto, y que los extremos de la izquierda están conectados por separado, uno a cada conductor de fase de las líneas. Siguiendo esta conexión desde cada conductor de línea a través de los arrollamientos de las fases se verá que el resultado es una conexión en forma de estrella, como indica el diagrama simplificado de la izquierda de la figura 15. Para recordar cómo hay que hacer esta conexión en estrella, solo es necesario tener presente que un extremo de cada arrollamiento está conectado a un conductor común o un punto común, y que los extremos restantes están conectados por orden a sus respectivas fases. Cuando los transformadores están colocados en una hilera o formando un banco, y cuando tienen sus terminales dispuestos y marcados simétricamente, las conexiones a las líneas de alto y bajo voltaje pueden hacerse por lo general en el orden simétrico ilustrado en la figura 15. Siguiendo un sistema definido y ordenado como éste, siempre se evitarán errores al hacer estas conexiones.

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Con esta conexión, el voltaje de línea primario se encontrará entre LA y LB, LB y LC, y entre LC y LA. Este voltaje de línea puede encontrarse también entre dos de los tres conductores de fase A, B y C. El voltaje de fase del lado primario es el voltaje entre LA y D, LB y D, y LC y D. El voltaje de línea secundario puede medirse entre SA y SB, entre SB y SC o entre SC y SA. Puede medirse también entre dos de los tres conductores de fase A, B y C. El voltaje de fase secundario puede medirse entre SA y E, SB y E o SC y E. Para ilustrar los diferentes valores del voltaje y la corriente en los conductores terminales primarios y secundarios y las fases, supondremos que el voltaje de línea primario es de 1,000 voltios, y que la corriente de línea del primario es de 10 amperios, y que la relación de transformación de los transformadores reductores es de 10:1. Según la regla para conexiones en Y, el voltaje de fase primario será 1,000 / 1.732 = 577 voltios en cada fase del arrollamiento. Según la regla para la corriente en las conexiones en estrella, la corriente primaria será de 10 amperios. Por consiguiente, teniendo en cuenta la relación de transformación de 10:1, el voltaje de fase secundario será 577 / 10 = 57.7 voltios.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La corriente secundaria aumentará en la misma proporción que disminuye el voltaje; por consiguiente, la corriente de fase secundaria será de 10 x 10 = 100 amperios en cada fase del arrollamiento. El voltaje de línea secundario será el producto del voltaje de fase por 1.732 o sea, 57.7 x 1.732 = 99.9 voltios. Según la regla para las conexiones en Y, la corriente de línea del secundario será la misma que en las fases de los arrollamientos, o sea, 100 amperios. Según la regla para las conexiones en estrella, la potencia aparente en la línea secundaria será igual a la potencia aparente en la línea primaria, menos el porcentaje muy pequeño de pérdidas en los transformadores. Cuando los transformadores están funcionando a plena carga o cerca de ella, ésta pérdida es tan pequeña que no suele tomarse en cuenta en los cálculos. Para calcular la potencia del banco de transformadores trifásicos, partiendo del voltaje y la corriente de línea del primario, usaremos la fórmula para la potencia trifásica, esto es: Potencia aparente trifásica = E x I x 1.732 Con los valores dados para la fig. 15, esta fórmula da: 1,000 x 10 x 1.732 = 17.3 KVA Aplicando la misma fórmula para el secundario, tenemos: 99.9 x 100 x 1.732 = 17.3 KVA Si el voltaje de línea primario usado en una conexión en estrella, como en la fig. 15, fuera de 4,000 voltios, en lugar de 1,000 voltios supuestos en este problema, el voltaje de fase del primario sería de 4,000 / 1.732, o sea 2,309 voltios en los extremos del arrollamiento primario de cada transformador. Este voltaje se emplea mucho cuando los primarios de los tres transformadores tienen que conectarse en estrella y hay que utilizar los secundarios por separado para suministrar energía para carga monofásica de alumbrado y fuerza con 115 y 230 voltios.

Conexiones trifásicas en delta o triángulo La figura 16 muestra las conexiones para un banco de tres transformadores monofásicos, o los tres grupos de arrollamientos de un transformador trifásico conectados en triángulo-triángulo o delta-delta. Estos transformadores tienen también Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO una relación reductora de transformación de 10:1, y suponemos en la línea primaria los mismos valores de 1,000 voltios y 10 amperios. Si el voltaje de línea del primario es de 1,000 voltios, entonces, según la regla para las conexiones en delta, el voltaje de fase primario será también de 1,000 voltios. Según la regla para las conexiones en triángulo, la corriente de fase primaria será de 10 / 1.732 = 5.77 amperios en cada fase del arrollamiento.

Con la relación de 10:1, el voltaje de fase secundario será de 1,000 / 10 = 100 voltios entre c y d en cada fase del arrollamiento, y la corriente de fase secundaria será 10 x 5.77 = 57.7 amperios en cada fase del arrollamiento secundario. Según la regla para las conexiones en triángulo, el voltaje de línea secundario será de 100 voltios y la corriente de línea secundaria será 57.7 x 1.732 = 99.9 amperios. La potencia aparente en KVA seguirá siendo la misma en el secundario y en el primario, salvo por la pequeña pérdida en los transformadores. Vemos así que no hay ninguna diferencia en la potencia del transformador, tanto si está conectado en estrella o en triángulo. Cuando un banco de transformadores está conectado en estrella-estrella o triángulotriángulo la diferencia entre sus corrientes primaria y secundaria de línea y sus voltajes

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO primario y secundario de línea será solamente la diferencia debida a la relación de transformación entre los arrollamientos de los transformadores.

Conexiones trifásicas en estrella-delta La fig. 17 muestra un banco de tres transformadores conectados en estrella-triángulo. Los conductores terminales de los arrollamientos de fase y los conductores de línea se han marcado en esta figura como en el caso de la fig. 16 siendo también este transformador, reductor de voltaje con una relación de 10:1. Supondremos también que el voltaje de línea del primario, es de 1,000 voltios y que la corriente de línea primaria es de 10 amperios. Con esta conexión, el voltaje de fase del primario será 1,000 / 1.732 = 577 voltios entre a y b, o sea, en los extremos de cada fase del arrollamiento. La corriente de fase del primario será igual a la corriente de línea, o sea, 10 amperios. Con la relación de transformación de 10:1 el voltaje de fase secundario en cada arrollamiento o entre c y d será de 577 / 10 = 57.7 voltios. La corriente de fase del secundario será de de 10 x 10 = 100 amperios. El voltaje de línea del secundario será el mismo que el voltaje de fase del secundario, o sea, 57.7 voltios; porque el secundario está conectado en triángulo. Se comprueba esto aplicando la regla para las conexiones en triángulo. La corriente de fase secundaria será de 10 x 10 = 100 amperios, y la corriente de línea secundaria será 100 x 1.732 = 173.2 amperios, de acuerdo con la regla para las conexiones en triángulo.

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Conexiones trifásicas en delta-estrella La figura 18 muestra un banco de transformadores conectados en forma opuesta a la que aparece en la fig. 17. En este caso, el primario está conectado en triángulo, y el secundario en estrella. Esto es lo que se llama una conexión delta-estrella o triángulo-estrella. Se observará que al mencionar estas conexiones con los términos triángulo-estrella, el primer término corresponde siempre al primario; lo mismo se dice cuando se trata del arrollamiento secundario. Suponiendo las mismas cifras de 1,000 voltios y 10 amperios en la línea del primario y una relación reductora de transformación de 10:1; para estos transformadores de la fig.18 el voltaje de fase primario será de 1,000 voltios entre a y b, en cualquier arrollamiento, según la regla para las conexiones en triángulo. Las corrientes de fase primaria será de 10 / 1.732 = 5.77 amperios en cada fase del arrollamiento primario. Con una relación reductora de transformación de 10:1 el voltaje de fase secundario será 100 voltios y la corriente de fase secundaria será 10 x 5.77 = 57.7 amperios. El secundario está conectado en estrella; por consiguiente, vemos que el voltaje de línea secundario será 100 x 1.732 = 173.2 voltios. Este voltaje se encontrará entre S1 y S2, entre S2 y S3 y entre S3 y S1. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La corriente de línea secundaria será la misma que la corriente de fase, o sea, 57.7 amperios. Si se determina la potencia aparente en KVA de los arrollamientos primarios y secundarios en las figs. 17 y 18, y aplicando la fórmula, resulta: KVA trifásicos = VL x IL x 1.732 Utilizando los valores para el voltaje y la corriente dados para las líneas en cada caso, se verá que la potencia es la misma en los secundarios y en los primarios. Las cuatro conexiones que se acaban de explicar e ilustrar son las de uso común en la práctica.

Ventajas de las conexiones en estrella para líneas de transmisión. Una de las principales ventajas de la conexión estrella en los transformadores, es que proporciona voltajes más elevados para ser usados en las líneas de transmisión a larga distancia, con relaciones de transformación bajas entre los arrollamientos primarios y secundarios. Cuando se utiliza así, el transformador que suministra la energía a la línea suele estar conectado en triángulo-estrella, para elevar el voltaje con una relación de transformación dada. El transformador del extremo de recepción de la línea, puede conectarse en estrella triángulo, con el objeto de reducir el voltaje con una relación de transformación dada.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La fig.19 ilustra el empleo de esas conexiones en una línea de transmisión. El alternador de la central desarrolla 2,300 voltios que pasan al primario del transformador elevador conectado en triángulo. Este transformador, con una relación de transformación de 1:10, producirá un voltaje de 23,000 voltios en cada fase del secundario conectado en estrella, sin embargo, el voltaje de línea será de 23,000 x 1.732 = 39,836 voltios. Si hubiéramos empleado una conexión en triángulo-triángulo o estrella-estrella, el voltaje de línea hubiera sido solamente de 23,000 voltios con una relación de transformación de 1:10. Puesto que sabemos que cuanto más elevado es el voltaje empleado en una línea de transmisión, tanto mayor será la economía en la transmisión y en los costos del cobre empleado, es fácil ver la ventaja que presenta esta conexión. En el extremo de recepción de la línea, que está a la derecha, los transformadores reductores emplean la conexión opuesta, o sea, estrella-triángulo, para reducir el voltaje lo más posible con una relación de transformación dada. En este caso, un transformador con una relación de 10:1, con el primario conectado en estrella y el secundario conectado en triángulo, reducirá el voltaje secundario de línea a 2,300 voltios. Este voltaje puede usarse directamente en los motores, o bien puede reducirse con bancos más pequeños de transformadores de 10:1, empleando secundarios divididos para obtener 115 y 230 voltios para el alumbrado. Cuando se emplean transformadores con el secundario conectado en estrella y unidos a líneas de transmisión de alto voltaje, el punto neutro de la conexión en estrella suele conectarse a tierra. Esta es otra ventaja importante de este tipo de conexión, porque hace posible el empleo de voltajes más elevados en las líneas de transmisión, existiendo, no obstante, una tensión menor entre los conductores de línea y tierra. Esto reduce la tendencia a las descargas entre aisladores y tierra y hace posible el empleo de aisladores más pequeños; reduciendo de esta manera, el costo de construcción de la línea de transmisión.

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Se observará que, si bien el voltaje entre los conductores de línea de la fig. 19 es de 39,836 voltios, el voltaje entre cualquier conductor de línea y tierra, o la torre de acero que soporta el aislador, será solamente 23,000 voltios, o sea, el voltaje de fase de un arrollamiento del secundario del transformador elevador. Esto se debe al hecho de que el punto neutro de la conexión estrella está conectado a tierra y estará siempre aproximadamente al mismo potencial que la torre que soporta los aisladores.

Conexiones en triángulo abierto Una de las ventajas de la conexión en triángulo abierto, es que se puede poner fuera de servicio un transformador para repararlo manteniendo la carga con los dos transformadores restantes. En otros casos, cuando se quiere proporcionar servicio trifásico con dos transformadores solamente, se emplea la conexión en triángulo abierto en instalaciones permanentes. La capacidad trifásica total de dos transformadores utilizados de esta manera será solamente 57.7 % de la capacidad de 3 transformadores. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Se hace una instalación de este tipo cuando la carga media que hay que suministrar es bastante pequeña al principio, pero que se espera que aumente a medida que se amplíe la central o crezca la comunidad. Cuando la carga aumenta más allá de la capacidad de los transformadores, puede agregarse un tercer transformador y cambiar la conexión por otra en triángulo propiamente dicho. La adición de este tercer transformador aumenta la capacidad del grupo en un 73% por arriba de la que existía con los dos transformadores. La fig. 20 muestra el método para conectar dos transformadores monofásicos en triángulo abierto. El voltaje de fase en los sistemas conectados en triángulo abierto será igual a los voltajes de línea, o sea, el mismo que en las conexiones regulares triángulotriángulo. La corriente de línea será igual a la corriente de fase, en lugar de ser mayor, como en las conexiones ordinarias en triángulo. Esto se debe al hecho de que las líneas L1 y L3 tienen solamente una trayectoria a través de las fases de los arrollamientos, en lugar de dos trayectorias, como con la conexión en triángulo propiamente dicha. Sobrecargando los transformadores en cierto rango, es posible mantener el servicio de plena carga durante períodos de tiempo cortos, mientras se está reparando el transformador dañado.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Tanto el primario como el secundario del transformador dañado deben desconectarse de la línea al cambiar la conexión para ponerla en triángulo abierto con los otros dos transformadores. Es posible emplear la conexión en triángulo abierto con dos de las fases de los arrollamientos de un transformador trifásico, en el caso de que una fase sufriera una avería. Si el transformador es del tipo de núcleo, deben dejarse abiertas las bobinas primaria y secundaria del arrollamiento averiado; pero si es del tipo acorazado, deben ponerse en corto circuito los arrollamientos primario y secundario de la fase averiada, cuando se hace la conexión en triángulo de las dos fases buenas. La figura 21 muestra tres transformadores monofásicos conectados en triángulotriángulo provistos con desconectadores en los conductores terminales de los primarios y los secundarios. Por ejemplo, si se daña el transformador de la derecha, podrían abrirse los desconectadores, como indican las líneas de trazos y los dos transformadores restantes quedarían entonces funcionando en triángulo abierto. El mismo cambio podría hacerse con cualquiera de los otros dos transformadores, obteniendo el mismo resultado.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Cuando tres transformadores están conectados en estrella o triángulo, o en cualquier combinación de esas conexiones, (salvo la de triángulo abierto), la capacidad total en KVA en el lado del secundario es igual a tres veces la capacidad de un transformador. Los transformadores que tienen que conectarse en estrella o en triángulo deben de tener características similares; esto es, KVA nominales y voltajes nominales similares, y también relaciones de transformación, así como impedancias, reactancias, etc. Si las características no son las mismas, la consecuencia puede ser un calentamiento excesivo de uno o varios de los transformadores o el desequilibrio en la línea.

Conexiones a tierra de los transformadores. Como se ha dicho, el arrollamiento de alta tensión de los transformadores conectados en estrella, se pone a tierra en el punto neutro, cuando se emplean estos unidos a líneas de transmisión. Es muy común también, conectar a tierra los arrollamientos secundarios de bajo voltaje de los transformadores reductores conectados en estrella o en triángulo. Como se explicó en párrafos anteriores, esto protege al circuito de bajo voltaje en el caso de que fallara o se perforara el aislamiento entre los arrollamientos de alto y bajo voltaje. Conviene tener presente que los arrollamientos secundarios y los circuitos a los cuales están conectados, sólo están aislados para el voltaje bajo y el aislamiento no es lo bastante suficiente para resistir el alto voltaje aplicado a los arrollamientos primarios de alta tensión. Por consiguiente, si no fuera por la conexión a tierra en el lado de baja tensión, una descarga directa entre el primario de alto voltaje y el secundario de bajo voltaje, tendería a perforar el aislamiento de los circuitos de bajo voltaje de los aparatos conectados. Teniendo una tierra en los circuitos de bajo voltaje, se dispone de una trayectoria fácil entre el voltaje elevado y la tierra. Este paso de corriente desde el arrollamiento de alto voltaje, a través de la falla y a tierra, fundirá los fusibles del primario, indicando así la presencia del daño y pueda corregirse.

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El esquema de la derecha de la fig. 22 muestra el método para unir a tierra el secundario conectado en triángulo, de un banco de transformadores. Esta tierra, suele tomarse de una derivación central, que se hace en la parte media de una fase del arrollamiento secundario. El dibujo peq ueño de la izquierda de la fig. 22, es un esquema simplificado o simbólico de las conexiones de los secundarios, e ilustra también la posición de la tierra. Suponiendo que el secundario de esos transformadores tenga un voltaje de 220 voltios entre dos conductores de fase, el voltaje entre las diferentes fases y la tierra será como sigue: entre la fase A y tierra, 110 voltios; entre la fase B y la tierra, 190.5 voltios; entre la fase C y la tierra, 110 voltios. La razón para que varíe así el voltaje entre los diferentes conductores de fase y tierra, se verá, si se estudian minuciosamente los esquemas de conexiones de la fig. 22. Se observará que solo la mitad de la fase del arrollamiento central está entre la fase A o la fase C y tierra, de modo que solo habrá la mitad del voltaje de ese arrollamiento, o sea, 110 voltios, entre uno de esos conductores de fase y tierra. Siguiendo el circuito desde la fase B en cualquier dirección hasta tierra, hay que pasar a través del arrollamiento secundario del transformador No. 1 o No. 3 en serie con una de

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO las mitades del arrollamiento del No. 2, para llegar a tierra. Esto añade los voltajes de un arrollamiento entero y medio arrollamiento, los dos en serie, pero desfasados 120°. Para obtener la suma eficaz de 220 voltios más 110 voltios cuando éstos están desfasados 120°, se suman los dos voltajes y se divide el resultado entre 1.732, lo que da aproximadamente 190.5 voltios.

La fig. 23 indica el método común para conectar a tierra el secundario de bajo voltaje de un banco de transformadores, cuando el secundario está conectado en estrella, la conexión a tierra se hace en el punto neutro de los arrollamientos de fase secundarios. Esto se ilustra en el esquema mayor de la derecha y también en el simplificado simbólico de la izquierda de la fig. 23. Si no se hiciera la conexión a tierra de un banco de transformadores conectados en estrella, el voltaje entre cualquier conductor de línea y tierra sería el mismo que entre dos conductores de línea dados. Cuando se usa la conexión a tierra, el voltaje entre cualquier conductor de línea y tierra es sólo 57.7 % del voltaje entre dos conductores de línea cualesquiera, como se explicó antes, para el lado de alta tensión de los transformadores que estaban conectados a líneas de transmisión. Esto reduce la tensión aplicada al aislamiento de los conductores y a los aparatos conectados al circuito secundario, disminuyendo los riesgos al personal.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Conexiones en paralelo de transformadores trifásicos. Cuando se ponen en paralelo transformadores trifásicos, hay que adoptar las precauciones siguientes:

 Es necesario identificar las fases de los conductores, determinando cuáles son las fases similares, lo cual puede hacerse por el método de banco de lámparas.

 Los dos o más bancos de transformadores deben conectarse a la misma línea primaria. Así tendrán la misma frecuencia y funcionarán en sincronismo una vez que se han identificado las fases y se han conectado.

 Cuando están marcados correctamente los primarios y los secundarios de los transformadores, en la forma que se ha explicado anteriormente, es fácil conectar juntos los conductores terminales de la misma polaridad. Si no están marcados, o cuando se crea que las marcas no son seguras, deben probarse los conductores terminales por medio de un voltímetro o de lámparas de prueba, con el fin de conectar juntos los conductores de polaridades semejantes entre los cuales no hay ninguna diferencia de voltaje. Sistemas trifásicos de cuatro conductores. El sistema trifásico de cuatro conductores se obtiene tomando el cuarto conductor desde el neutro o el punto de tierra de un banco de transformadores conectados en estrella, como se indica en la fig. 24. Este sistema es empleado por la mayoría de compañías de servicio público para los circuitos de distribución, de 2,300 a 4,000 voltios ya sea de fuerza o alumbrado. El sistema trifásico de cuatro conductores proporciona dos valores de voltaje, uno se obtiene entre dos cualesquiera de los conductores de línea, A, B y C y el otro entre uno cualquiera de los conductores de línea y el conductor neutro. Suponiendo que el voltaje de fase secundario de los transformadores en la fig. 24 sea de 2,300 voltios, el voltaje entre dos conductores cualesquiera de línea A, será aproximadamente 4,000 voltios; en tanto que el voltaje entre uno cualquiera de los conductores de línea A, B o C y el conductor neutro será de 2,300 voltios.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO El voltaje entre uno de los conductores de línea y tierra será 2,300 voltios en tanto que el voltaje entre el conductor neutro y tierra será cero. En cualquier sistema trifásico de cuatro conductores, en el que se tome el cuarto conductor, o sea, el conductor neutro, desde el centro o conexión común de los arrollamientos del transformador conectado en estrella, el voltaje es igual al voltaje entre los conductores de línea multiplicado por 0.577, que es lo mismo que dividir entre 1.732.

Conexiones especiales de transformadores. Además de los tipos comunes de transformadores monofásicos y polifásicos cuyas conexiones se explicaron anteriormente, hay varias conexiones especiales de transformadores, que se encuentran a menudo en la práctica. Estos transformadores especiales tienen cada uno, ciertas aplicaciones peculiares y son muy importantes en el campo particular, para los cuales se construyen. Por consiguiente, conviene conocer los principios y los usos de los tipos más comunes.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Conexiones de transformadores con derivaciones A menudo resulta conveniente hacer cambios ligeros en el voltaje suministrado por un banco de transformadores elevadores o reductores, con el fin de compensar la caída de voltaje de la línea. En otros casos, es posible que deseemos cambiar ligeramente la relación de transformación para adaptarla a las condiciones de funcionamiento que puedan existir con otros transformadores u otro equipo de línea, para lo cual se emplea a menudo el transformador con derivaciones. Los transformadores de este tipo están equipados con derivaciones, tomadas desde una cierta sección del arrollamiento, de modo que desplazando una conexión deslizante desde una de esas salidas a la otra, puede variarse el número de espiras del arrollamiento. Esto hará variar por supuesto, la relación de transformación entre el primario y secundario del transformador y, por consiguiente, aumentará o disminuirá el voltaje, según se reduzcan o se aumenten las vueltas del arrollamiento. Suele ser conveniente poder realizar este cambio sin desconectar el transformador ni interrumpir el servicio. Hay diferentes maneras de conseguirlo, y en la fig. 25 puede verse un método muy empleado. Con este tipo de transformador, se divide una cierta porción del extremo del arrollamiento primario en dos secciones o arrollamientos en paralelo, marcadas M y N en el esquema. Estas dos secciones están provistas de derivaciones con una serie de contactos deslizantes, X y Y, que pueden desplazarse desde una toma de corriente a la otra. Cualquiera de esas secciones derivadas del arrollamiento del transformador podrá soportar toda la carga durante unos cuantos segundos sin calentarse excesivamente.

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Los conmutadores de las derivaciones de regulación no deben desplazarse o cambiarse mientras esté pasando por ellos la corriente de carga, pues los contactos se quemarían por el arco establecido por la intensa corriente y el alto voltaje del transformador. Para impedir esto, se pone un interruptor de aceite en cada uno de los circuitos derivados o conductores terminales que van hasta las secciones derivadas del arrollamiento. Para aumentar el voltaje en el secundario, disminuimos el número de vueltas en el primario, disminuyendo así la relación de transformación entre los dos arrollamientos. Esto se hace como sigue: 1. Se abre el interruptor de aceite A para trasladar provisionalmente toda la carga a la sección N del arrollamiento, con las derivaciones distintas, e interrumpir de esta manera el paso de la corriente por la sección M. 2. Se desplaza el contacto móvil X desde el contacto fijo 3, al 2. 3. Se cierra el interruptor de aceite A y se abre el interruptor de aceite B para poner toda la carga sobre la sección M.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO 4. Se desplaza el contacto móvil desde el contacto fijo 3, al 2 con el fin de equilibrar el número de espiras en las dos secciones derivadas para su regulación. 5. Se vuelve a cerrar el interruptor en aceite B, permitiendo a la carga dividirse y distribuirse entre las dos secciones derivadas reguladoras del arrollamiento.

Buen número de transformadores grandes están construidos con conmutadores de derivaciones o mecanismos, instalados en la parte superior de la caja del transformador o en una caja auxiliar, al costado del mismo, para poder variar así el voltaje de manera que se ajuste al que sea necesario.

Algunos de estos conmutadores de derivaciones se construyen para accionamiento a mano, mientras que otros son manejados por motores controlados a distancia, o por un aparato automático regulador del voltaje. El empleo de esta clase de conmutadores de derivaciones ayuda a mantener el voltaje suministrado a los usuarios correctamente, y aumenta mucho la elasticidad de los transformadores equipados con ellos.

Conexiones de transformadores Scott A veces se desea cambiar energía bifásica a trifásica, o viceversa. Esto puede hacerse, por supuesto, con grupos motor-generador, pero en algunos casos quizá solo se desea convertir una pequeña cantidad de energía de un sistema al otro y, por consiguiente, no está justificado instalar maquinaria costosa. En ciertas fábricas antiguas equipadas con motores bifásicos, quizá se desee cambiarlos y adoptar el servicio trifásico moderno; o puede ocurrir quizá que la compañía que suministra la energía cambie su equipo y sólo pueda dar servicio trifásico. Para evitar tener que descartar o desechar todos los motores bifásicos instalados, es a menudo conveniente transformar la energía trifásica suministrada por la compañía, en energía bifásica para accionar un cierto número de motores, hasta que se dañen éstos y convenga económicamente su reemplazo por máquinas trifásicas.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Este cambio del sistema trifásico al sistema bifásico, o viceversa, puede hacerse económicamente por medio de dos transformadores monofásicos, uno de los cuales tiene una derivación central y el otro una derivación en el 86.6 % de su arrollamiento. En la fig. 26 pueden verse dos transformadores conectados de esta manera. Esta conexión se llama Conexión Scott para transformadores, por haberla inventado Charles F. Scott. Dos de los conductores de la línea trifásica se conectan a los conductores terminales L1 y L2 del transformador monofásico que tiene toma central. El tercer conductor de la línea trifásica, se conecta a la toma al 86.6 % del arrollamiento del otro transformador monofásico. El otro extremo de este arrollamiento está conectado a la toma central de la otra unidad, como se indica en la figura. Cuando se aplica energía trifásica a estos tres conductores de línea, puede derivarse energía bifásica de los secundarios de los transformadores en los conductores marcados fase A y fase B. Por otro lado, si se aplica energía bifásica a la fase A y a la fase B, puede obtenerse energía trifásica en los conductores terminales L1, L2 y L3.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La figura de la derecha ilustra este tipo de transformador y muestra la manera de obtener de los dos transformadores, los voltajes y las relaciones de las tres fases. Suponiendo que el voltaje de cada uno de los arrollamientos completos de los transformadores en el lado trifásico sea 100 voltios, vemos que habrá 50 voltios en cada una de las secciones a uno y otro lado de la toma al 50% del arrollamiento de la izquierda, y 86.6 voltios en la sección activa del arrollamiento de la derecha. Conectando el extremo del arrollamiento de la derecha a la toma central del arrollamiento de la izquierda, los voltajes de esos dos arrollamientos están desfasados 90° el uno con respecto al otro. El 86.6 % del arrollamiento de la derecha está en serie ya sea con una o la otra mitad del arrollamiento a la izquierda, cuando se sigue el circuito desde L3 a L1 o L2. Cuando se añaden en serie 86.6 voltios a 50 voltios pero, estando desfasados 90°, el voltaje resultante será de 100 voltios. Por consiguiente, vemos que habrá 100 voltios entre L1 y L2, entre L2 y L3 y entre L3 y L1. Pueden adquirirse transformadores monofásicos especiales con tomas dispuestas para hacer esta conexión, o en algunos casos, en los que se desea cambiar, se pueden rebobinar los primarios o los secundarios de dos transformadores.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO BALANCEO DE CARGAS DEL TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN

Descripción de balanceo de cargas Se dice que las cargas están balanceadas en un transformador cuanto la corriente tiene el mismo valor en las tres fases y también, por ello, la corriente en el neutro es cero. Puesto que casi es imposible que los usuarios del servicio eléctrico tengan iguales cargas y las conecten y desconecten a la misma hora, entonces es natural que el transformador de distribución junto con su circuito secundario, tengan que trabajar con cargas desbalanceadas en grado tolerante. Como máximo se acepta un desbalance del 35% entre la fase menos cargada y la más cargada.

Desventajas del desbalanceo para la empresa suministradora 1. La vida del transformador se acorta al fallar las bobinas de la pierna o columna más cargada. 2. El transformador entregará voltajes desequilibrados . 3. El conductor del circuito secundario que lleva mayor corriente, tendrá más pérdida de voltaje. 4. El conductor con mayor corriente puede calentarse peligrosamente y causar un corto circuito. También se va a recoser y como consecuencia irá perdiendo resistencia mecánica.

Desventajas del desbalanceo para el usuario 1. Para los usuarios conectados a la fase más cargada, habrá bajo voltaje y sus aparatos eléctricos no trabajarán correctamente; y para los usuarios conectados a las fases restantes habrá bueno o alto voltaje. 2. Los servicios trifásicos no trabajarán normalmente con los voltajes desequilibrados.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Procedimiento para balancear las cargas Con un amperímetro de gancho, mídase la corriente en cada fase, a la salida del transformador, a la hora de máxima carga, teniendo cuidado de usar la escala adecuada del instrumento. También se le medirán los voltajes de fase y se le deberá tomas la temperatura como en el ejemplo siguiente:

En la fig. 27 tenemos un transformador de 30 KVA cuya corriente de plena carga es de 78 amperios por fase, y leemos las siguientes lecturas:

Fase A = 30 amperios Fase B = 55 amperios Fase C = 140 amperios Fase A y neutro = 128 voltios Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Fase B y neutro = 125 voltios Fase C y neutro = 118 voltios Temperatura = 70 °C

Cálculo de la corriente promedio Para obtener la corriente promedio que debe circular por cada fase del secundario, se obtiene sumando las tres corrientes medidas y dividiendo entre 3, así:

30 + 55 +140 = 225 / 3 = 75 Amperios Corriente promedio = 75 Amperios

Es importante notar que esta corriente no sobrepasa la corriente de plena carga del transformador, lo que nos indica que no está sobrecargado, sino simplemente desbalanceado y que, en estas condiciones, solamente la fase C se encuentra sobrecargada por tener 140 amperios en lugar de 78 amperios, que es la corriente de plena carga. Para realizar el balanceo, desconecte acometidas de la fase más cargada y páselas a las fases menos cargadas, hasta igualar en todas las fases la corriente promedio (aproximadamente). El balanceo se tiene que hacer en todos los postes de la red, porque sucede que en dos o tres postes en que se hace el cambio de acometidas, el transformador queda más o menos balanceado, pero el circuito secundario queda desbalanceado.

Cálculo de los KVA disponibles Para saber cuantos KVA del transformador están en servicio y cuantos le quedan disponibles para futuras cargas, tenemos que aplicar la fórmula siguiente: KVA = If x Vf / 1,000 En donde: KVA = potencia nominal del transformador Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO If = Corriente de fase Vf = Voltaje de fase

Según nuestro ejemplo, queda así:

KVA fase A = 30 amp. X 128 Voltios = 3.840 kva KVA fase B = 55 amp. X 125 voltios

= 6.875 kva

KVA fase C = 140 amp. X 118 voltios = 16.520 kva KVA totales = 3,840 + 6,875 + 16,520 = 27.235 kva Considerando 27 kva: KVA disponibles = KVA del transf. – KVA en servicio = 30 – 27 = 3 kva. Observamos que el transformador tiene 3 kva disponibles para instalarle nuevas cargas.

Protección contra sobre corriente A los transformadores de distribución se les protege contra sobre corrientes con los fusibles localizados en el lado de alta tensión. Cuando uno o más fusibles se funden, la falla que causó la sobre corriente puede localizarse en uno o más de los lugares siguientes:  En el transformador.- en sus boquillas, en las bobinas o bien que se encuentre sobrecargado.  En el circuito secundario.- falla de aislamiento debido a objetos extraños.  En alguna acometida de servicio.  En alguna instalación doméstica, sin fusibles propios.

Localización de una falla Al encontrar el fusible fundido en el transformador, sin tener aviso previo de dónde ocurrió el corto circuito, se hará rápido recorrido a lo largo del circuito secundario en busca de posibles objetos extraños en la red, como ramas o árboles, aisladores rotos, conductores rotos, postes caídos, etc. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO En caso de no encontrar ningún desperfecto, se repondrá el fusible pensando que la falla fue transitoria y ya ha desaparecido. Si al reponer el fusible éste se funde nuevamente y el transformador produce mucho ruido, será indicación de que aún existe la falla y habrá que localizarla en la forma siguiente: 1. Desenergizar totalmente el transformador desconectando las cuchillas fusibles restantes. 2. Desconectar el circuito secundario del transformador. 3. Cerrar las tres cuchillas fusibles, con lo cual uno o más fusibles se fundirán si la falla se encuentra en el transformador. 4. En caso de que al cerrar las tres cuchillas fusibles éstos no se fundan, será indicación clara de que la falla no se encuentra en el transformador y habrá que pensar que es en el circuito secundario donde está la falla. Para determinar la falla cuando se encuentra en el circuito secundario ya sea en alguna acometida, o en alguna instalación doméstica sin fusibles, se hará seccionando el circuito, abriendo los puentes de doble remate y los de las derivaciones del circuito. Esta es la forma más práctica y rápida para localizar en qué parte del circuito se encuentra la falla.

Determinación de la corriente nominal de plena carga Para determinar la corriente nominal de plena carga de un transformador trifásico se usa la fórmula:

IN = KVA X 1,000 / VL X

IN

= Corriente nominal en amperios ya sea en alta baja tensión

KVA = capacidad en kilovoltamperios del transformador VL

= Voltaje entre líneas ya sea alta o baja tensión

Ejemplo: Tenemos un transformador trifásico de 30 KVA a plena carga, con 13,200 voltios en el lado de alta tensión y 220/127 en el lado de baja tensión. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La corriente nominal a plena carga del lado de alta tensión sería: IN = KVA X 1,000 / VL X IN = 30 X 1,000 / 13,200 X IN = 1.314 Amperios.

La corriente nominal a plena carga en el lado de baja tensión sería: IN = KVA X 1,000 / VL X IN = 30 X 1,000 / 220 X IN = 78.8 Amperios.

Fórmula práctica Como casi todos los secundarios de los transformadores de distribución trifásicos son de 220 voltios, la corriente secundaria nominal de plena carga se puede obtener utilizando el factor 2.627 y multiplicando por los kva del transformador. Ejemplo: IN = 2.627 x KVA IN = 2.627 x 30 IN = 78.8 amperios.

Selección de fusibles para transformadores trifásicos La palabra fusible quiere decir fácil de fundirse. Piense en el fusible simplemente como una parte del conductor o alambre que lleva la corriente, pero tenga en cuenta que esta parte es más débil que cualquier otra parte del conductor. Es más débil, porque está construido no sólo de material diferente sino de dimensiones menores.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Para la correcta selección de los fusibles de un transformador de distribución trifásico, es necesario conocer la corriente normal de plena carga del lado de alta tensión del transformador. Esta corriente se multiplica por 1.5 y el resultado será el fusible requerido: Capacidad del fusible = 1.5 x IN Ejemplo: Calcular la capacidad del fusible para un transformador de 30 KVA 13,200 Voltios. La corriente nominal del primario de este transformador es 1.31 amp. Capacidad del fusible = 1.5 x 1.31 = 1.965 amperios. Como no hay fusible de 1.965 amp., se elige el inmediato superior que es el de 2 amperios.

Reglas prácticas para calcular fusibles de transformadores trifásicos Por cada 15 kva de capacidad se requiere un fusible de 1 amperio en 13,200 voltios. Esto se cumple en transformadores cuya capacidad es hasta de 75 kva. Por cada 15 kva de capacidad, se requiere un fusible de dos amperios en 6,600 voltios. Se cumple en transformadores hasta de 112.5 kva. Al reponer un fusible se hará con todo cuidado utilizando todo el equipo de seguridad personal (casco dieléctrico, ropa adecuada, botas dieléctricas, guantes de hule, etc.), además de una pértiga en buen estado. Recomendación importante: No vea el fusible en el momento de cerrar la “canilla”.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO MÉTODOS DE SECADO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA El objetivo principal de cualquier método de secado es eliminar la humedad del aislamiento del transformador. No es posible recomendar un procedimiento exacto para el secado del transformador, ya que las condiciones del personal, equipo y materiales disponibles suelen ser diferentes en cada caso particular, por lo cual se harán consideraciones generales las cuales aplicadas a las condiciones locales, buscarán establecer el plan a seguir. El ingeniero encargado de la operación deberá cerciorarse que el personal comprenda el procedimiento a efectuar, así como encargarse de la supervisión necesaria. Los métodos para el secado de transformadores son los siguientes: a) b) c) d)

Por calentamiento interno Por calentamiento externo Por calentamiento interno y externo Por calentamiento y aplicación de vacío

Si se dispone de lo necesario para aplicar cualquiera de estos métodos, el orden recomendado es d, c, b, a. el método más rápido y eficiente es el d y por lo tanto debe usarse siempre que sea posible.

El método a es adecuado para transformadores pequeños y medianos hasta 69 KV como máximo y 3,000 KVA como máximo en transformadores trifásicos y 1,000 KVA máximos en transformadores monofásicos.

Los métodos b y c requieren más tiempo que el método d, pero debidamente aplicados dan resultados satisfactorios cuando no se dispone de bomba de vacío.

a) Secado mediante calentamiento interno

Secado mediante calentamiento interno sin aceite en el tanque Se requiere corriente alterna. El transformador debe colocarse en un tanque sin aceite. Quitando la tapa superior de ser posible y abrir los registros para que el aire pueda circular libremente.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Debe ponerse el devanado de baja tensión en cortocircuito y aplicar al devanado de alta tensión un voltaje tal, que haga circular por él una corriente suficiente para mantener una temperatura entre 80 y 90 . Generalmente se requiere aproximadamente 1/5 de la corriente a plena carga del transformador, o sea que hay que aplicar 1/5 del voltaje de impedancia para hacer circular esta corriente. El valor de dicho voltaje varía según el tipo de transformador, pero generalmente es de ½ a 1 ½ % del voltaje nominal del devanado a la frecuencia normal. Si el valor de este voltaje resulta difícil de obtener, puede ponerse en cortocircuito el devanado de alta tensión y alimentar por el lado de baja tensión, haciendo consideraciones similares. Como ejemplo puede suponerse que se tiene un transformador con las siguientes características: 1,000 KVA Trifásico 66,000/13,800 VCA 8 % de impedancia Si se cierra el devanado de baja tensión en cortocircuito, el voltaje primario necesario para hacer circular la corriente de plena carga en el secundario, será de: Vz1 = 66,000 x 0.08 = 5,280 VCA Para hacer circular 1/5 de la corriente de plena carga se requieren: 5,280/5 = 1,056 VCA. Como este voltaje es difícil de obtener, queda la posibilidad de cerrar el primario en cortocircuito y alimentar por el secundario. El voltaje secundario de impedancia sería: Vz2 = 13,800 x 0.08 = 1,104 VCA Para hacer circular 1/5 de la corriente de plena carga se requieren: 1,104/5 = 220.8 VCA Este valor de voltaje sí está generalmente disponible en todas partes. La corriente que circulará por el secundario aplicando dicho voltaje será de: I2 / 5 = KVA / 1.732 x KV2 x 5 I2 / 5 = 1,000 / 1.732 x 13.8 x 5 Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO I2 / 5 = 8.4 Amp. La corriente se puede controlar mediante un reóstato conectado en serie con el circuito de alimentación. Las conexiones deben hacerse en las terminales de los extremos de los devanados para que la corriente circule a través del devanado total; esto es, con los taps en la posición 1 para que abarquen todas las vueltas. A fin de evitar sobrecalentamiento peligroso en los devanados, conviene iniciar el secado tomando lecturas cada media hora para observar la temperatura. Una vez alcanzada la temperatura entre 80 y 90

y ya estabilizada mediante el

régimen de corriente adecuada, pueden tomarse lecturas cada hora. Para medir la temperatura puede usarse un termómetro debidamente ajustado lo más cerca posible a los devanados. Debe usarse un termómetro de alcohol y nunca uno de mercurio, ya que si éste llega a romperse dentro del transformador, puede acarrear daños porque el mercurio es conductor, mientras que el alcohol no ofrece peligro. La duración del ciclo en este procedimiento es de 40 a 50 horas, después de haber alcanzado la temperatura de 80 a 90 en el cobre de los devanados. Secado mediante calentamiento interno con aceite en el tanque Cuando no es posible obtener un voltaje adecuado para secar el transformador sin aceite, pero que se dispone de un voltaje mayor que hará circular por los devanados una corriente entre el 100 y 125 % de la corriente normal a plena carga, no debe extraerse el aceite del tanque del transformador, ya que resulta inminente el riesgo de quemar el devanado. Se deja entonces, un escape en la tapa, (como se indicó anteriormente) para circulación de aire, y se baja el nivel del aceite hasta que quede rasante con el tablero de conexiones del devanado; se cierran todos los radiadores menos uno, para que circule el aceite y se estabilice la temperatura en todo el transformador. Después debe conectarse uno de los devanados en cortocircuito y aplicar voltaje hasta que los devanados alcancen una temperatura entre 80 y 85 y el aceite entre 90 y 95 .

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Si el calentamiento es muy lento, pueden colocarse lonas, asbesto o algún otro aislante térmico sobre los radiadores o tubos de enfriamiento, a fin de evitar la circulación de aire y por lo tanto, pérdida de calor. Este procedimiento requiere el doble de horas que el del tanque sin aceite para realizar el ciclo de secado, o sea aproximadamente 96 horas. Otro método para secar grandes transformadores con su aceite dentro del tanque y su escape para circulación de aire, consiste en utilizar una caja metálica sellada para evitar fugas de aceite, provistas de elementos calefactores sumergibles en aceite con su entrada de aceite en el fondo y su salida en la tapa. El aceite del transformador se bombea desde el fondo del tanque haciéndolo circular después a través del calentador y finalmente se regresa al transformador por la parte superior del tanque. Debe colocarse una rejilla en la línea de entrada de aceite a la bomba a fin de evitar que se obstruya, especialmente si es de desplazamiento positivo. La capacidad de la bomba debe ser suficiente para realizar un cambio total de aceite en el transformador en una hora. La capacidad de calefacción del calentador debe ser aproximadamente de 1.25 veces la radiación estimada del tanque, más la disipación de calor por convección, basadas en una temperatura de 85 en las paredes del tanque. Para obtener la disipación de calor del tanque, pueden considerarse 1,162 vatios por metro cuadrado de área de enfriamiento efectivo del tanque (0.75 vatios /pg2). Esta área se calcula considerando el área total de las paredes del tanque más el área de la cubierta. La carga eléctrica puede considerarse de 1,550 vatios / m2 (1 vatio/pg2). Esto deja un margen para las pérdidas de calor en las tuberías y el calentador. La capacidad de calefacción puede reducirse cubriendo las superficies de enfriamiento del transformador con algún aislante térmico. La temperatura del equipo en el calentador no debe exceder de 90 . Para ello, en la tapa del calentador, cerca de la salida del aceite caliente, debe colocarse un termómetro. Los elementos calefactores deben desconectarse cuando sea necesario para controlar la temperatura del aceite que sale del calentador. La fuente de suministro de energía eléctrica para la motobomba y el circuito de calefactores deben interconectarse de manera tal, que si la alimentación a la

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO motobomba falla, los calefactores se desconecten automáticamente, a fin de evitar sobrecalentamiento del aceite al pararse la motobomba. El secado puede acelerarse, (además de calentar el aceite), filtrando continuamente dicho aceite o aplicando un alto vacío (28 pg. de Hg. o más) al espacio vacío del transformador. Si se utiliza vacío, todas las tuberías y dispositivos del circuito eléctrico deben estar diseñados para soportar dicho vacío. El proceso de aplicación de vacío se explicará posteriormente. En caso de utilizar filtro prensa, el circuito de filtrado del aceite deberá preferentemente estar separado del circuito de calentamiento, ya que generalmente la capacidad de un filtro prensa es de 10 GPM (galones por minuto) o menos, lo cual resulta insuficiente para efectuar el método de calentamiento de aceite adecuado en condiciones normales.

b) Secado mediante calentamiento externo Los transformadores de gran tamaño pueden secarse mediante la aplicación de calor externo, extrayendo el aceite del tanque y aplicando aire caliente que se introducirá por la parte inferior de dicho tanque. Las conexiones de aire caliente deberán hacerse a las bridas inferiores de los radiadores o a la válvula de aceite principal, si los radiadores son de tipo fijo. Para establecer circulación de aire adecuado, debe disponerse de un ventilador para dirigir la corriente de aire y forzarla a que pase a través de los ductos de circulación del aceite en el devanado del transformador. Es conveniente colocar mamparas en el interior del tanque, colocadas entre el núcleo y las partes del tanque. Las mamparas pueden ser de madera o de cartón, las cuales deben estar perfectamente limpias a fin de evitar introducción de materias extrañas en el trasformador. Con éste método es esencial disponer de un ventilador con capacidad suficiente para el secado adecuado. La capacidad del ventilador puede estimarse considerando 1.70 m3/hr. (1 pie3/min.) por cada 10 kv de capacidad del transformador. La entrada o entradas de aire calienta deben tener una sección mínima de 75.8 cm2 por cada 1,000 m3/hr. (20 plg2 por cada pie3/min.) de aire suministrado. Generalmente se utiliza la tapa de registro de hombre para escape de aire. La sección de escape en ningún caso debe ser menor que la sección de entrada. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La cantidad de calor necesario en el calentador puede estimarse, considerando 0.351 cal/hr por cada m3/hr (2.44 BTU/hr. Por cada pie3/min) de aire suministrado. Para calcular la capacidad eléctrica necesario para los calefactores, puede considerarse 25.3 vatios por cada metro cúbico de flujo de aire por minuto. El método para obtener el aire caliente depende de las condiciones locales. Pueden utilizarse calefactores eléctricos, cambiadores de calor utilizando vapor para calentar el aire o, en algunos casos, calentamiento indirecto mediante combustibles (gas o aceite combustible), tomando en cuenta al aplicar este último método, que los gases calientes producidos por la combustión deben circular a través de un cambiador de calor, para evitar que el aire de entrada al transformador se contamine con dichos gases. La superficie de calefacción, ya sea de los calefactores eléctricos o de los cambiadores de calor de combustión indirecta, debe ser lo suficientemente grande para mantener su temperatura por debajo de la temperatura de fusión del metal, ya que cualquier parte caliente de metal que se desprenda y sea arrastrada por el aire de entrada hacia el transformador, puede causar problemas. Es necesario además, cuidar que no vaya a saltar al transformador alguna chispa o partícula incandescente. Especialmente al emplearse calefactores eléctricos, deben evitarse los falsos contactos. Una forma práctica de improvisar satisfactoriamente un calefactor eléctrico para secar transformadores, consiste en utilizar un tambor vacío de 200 litros, revestido exteriormente con un cartón de asbesto. Se quita totalmente una de las tapas del tambor y la tapa opuesta, se hace un agujero de diámetro suficiente para introducirle un tubo de chimenea, el cual por el otro extremo se conecta al orificio inferior de la llave de aceite del tanque del transformador por medio de tubo térmico aislado. Se utilizan 20 resistencias eléctricas (preferentemente forradas) de 500 vatios y de 20 cm. De longitud por 4 cm. De ancho cada una y se aseguran en dos aros de acero de unos 25 cm. De diámetro. El conjunto se introduce en el tambor forrado y se fija a las paredes del mismo por medio de ménsulas. En el extremo abierto se coloca un ventilador de 40.5 cm. (16”) de diámetro. De esta forma se obtiene un calentador de 10 Kw. El calentador se coloca en forma horizontal lo más cercano posible al transformador. La operación eléctrica del calentador puede hacerse a través de contactos, que pueden ser los de un arrancador de línea para motores. El ventilador y los calefactores, deben operar simultáneamente y pueden conectarse en paralelo con el arrancador. Independientemente del método empleado para obtener aire caliente, debe vigilarse continuamente la temperatura de entrada de dicho aire al transformador. Ésta temperatura no debe exceder de 90 grados centígrados ya que el aislamiento del Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO transformador se encuentra casi siempre impregnado de aceite y no hay que exceder el punto de inflamación del aceite, que se encuentra alrededor de 125 grados centígrados. Es también por ello que se requieren elementos calefactores forrados, cuya temperatura superficial no deberá ser mayor de 150 grados centígrados. Si no es posible secar el transformador dentro de un tanque, puede colocarse en una caja de madera que tenga orificios de ventilación en la base y en la tapa. Deben tomarse las mismas precauciones que para secar el transformador dentro de su tanque, a fin de que el aire circule a través de los ductos de aceite en el aislamiento. Al usar éste método de secado deben tomarse todas las precauciones necesarias para prevenir incendios. La combinación de aparatos empleados debe vigilarse cuidadosamente durante todo el secado. Naturalmente no debe tratar de acelerarse el secado haciendo circular corriente por los devanados, ya que el transformador está diseñado par ser enfriado por un líquido y por tanto el calor desarrollado en los devanados al circular corriente, estando el transformador en aire, puede elevarse demasiado y dañar los devanados y el aislamiento.

c) Secado mediante calentamiento interno y externo Aunque como se indicó antes, normalmente no debe acelerarse el secado de un transformador, combinando los métodos de calentamiento interno y externo; en caso de emergencia, esto puede llevarse a cabo bajo las siguientes consideraciones: El transformador debe encontrarse en su tanque y deben seguirse las recomendaciones descritas para los métodos a y b, pero la corriente circulante en los devanados, para el método c, debe ser menor que la utilizada para el método a. asimismo, la temperatura del aire caliente de entrada al transformador debe ser menor, de manera de no exceder la temperatura máxima de 90 grados centígrados admisible para los devanados. d) Secado por calentamiento y aplicación de vacío Éste método es el más rápido y eficiente, aunque debe disponerse del equipo adecuado y personal entrenado. Consiste en aplicar al transformador (dentro de su tanque) ciclos alternados de calentamiento y vacío. Al calentarse el núcleo y las bobinas, se almacena una gran cantidad de calor en su interior. Al aplicar posteriormente vacío, el calor acumulado provee la temperatura necesaria para evaporar rápidamente la humedad.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO La aplicación de vacío al tanque del transformador, tiene por objeto expandir el gas (en su mayoría aire) contenido dentro del espacio reducido que existe en el interior del tanque. Esta expansión del gas ayuda a la expulsión de la humedad de los resquicios y lugares inaccesibles del núcleo y aislamientos; el vacío, además, tiende a reducir el punto de ebullición del agua contenida en forma de humedad dentro de los aislamientos, con lo cual la evaporación se acelera. Al vaporizarse el agua, el vapor puede evacuarse rápidamente junto con los gases por medio de la bomba de vacío. El transformador debe calentarse en su tanque por los métodos 1, 2 o 3, hasta que la temperatura del devanado medida sea de 80 a 90 grados centígrados. Las fuentes de calor deben controlarse, de tal modo que se mantenga esta temperatura durante un mínimo de 24 horas, con objeto de que el transformador esté total y uniformemente caliente. Se suspende entonces la fuente calorífica y se utiliza el método a, el aceite debe vaciarse. Se sella el tanque del transformador y se conecta la bomba de vacío, debe tenerse precaución de observar en la placa del transformador, el vacío máximo permisible para el tanque y no excederse de dicho valor. En caso de no tenerse este dato, debe solicitarse al fabricante. Si el transformador es del tipo antiguo, con tanque de paredes de lámina corrugada, lo mejor es no aplicarle el vacío, ya que podría aplastarle la presión atmosférica. Hay que vigilar igualmente si en la parte superior del tanque existen válvulas de alivio de presión o diafragmas de vidrio con el mismo objeto. Antes de aplicar vacío, hay que quitarlos y sustituirlos con tapas de acero debidamente selladas. Otro factor que hay que tener en cuenta antes de aplicar vacío al tanque del transformador, es la presión atmosférica real existente en el lugar de instalación del transformador, con objeto de calcular el vacío relativo que debe aplicarse, midiéndolo con un vacúometro de caratula o simplemente del tipo diferencial de tubo de vidrio. Para calcular la presión atmosférica del lugar en mm de mercurio, conociendo la altura sobre el nivel del mar, se tiene la fórmula:

P1 = P2 (288 - 6.5H) 5.255 / 288

En la que: P1 = Presión atmosférica en mm. de Hg. P2 = presión atmosférica a nivel del mar ( 760 mm. de Hg) Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO H = Altura sobre el nivel del mar en Km. Si el ambiente es de alta humedad relativa como las áreas tropicales y subtropicales, otro factor importante a considerar antes de destapar el transformador, es el de cerciorarse que su temperatura interior sea igual o superior a la del ambiente exterior, para evitar la condensación de la humedad proveniente de la atmósfera. Una vez aplicado el vacío, el transformador debe mantenerse hasta que la temperatura de los devanados disminuya a 40 grados centígrados aproximadamente. En este punto debe suspenderse el bombeo, desconectar la bomba y aplicar calentamiento nuevamente a los devanados hasta alcanzar en éstos una temperatura de 80 a 90 grados centígrados. Se mide entonces la resistencia de aislamiento para observar el proceso de secado. El proceso descrito se repito hasta que la curva de resistencia de aislamiento contra tiempo de secado, indique que los devanados y el aislamiento están secos. El número de ciclos de calentamiento y vacío necesarios dependerá de la cantidad de aislamiento a secar y de su contenido de humedad. Se requiere, sin embargo, un mínimo de 3 ciclos de secado. El tiempo de secado dependerá del número de ciclos necesarios aunque generalmente es de 1 a 2 semanas. Cuando se utiliza el método a para calentamiento, el secado puede acelerarse obteniendo una distribución de calor más uniforme si se dispone de medios para trasladar y almacenar fácilmente el aceite del transformador. El procedimiento es el siguiente: Estando el transformador en su tanque con su nivel normal de aceite, se hace circular la corriente nominal o 1 ¼ veces la corriente a través de sus devanados para calentarlo, tal como se describió en el método a. Los transformadores con radiadores pueden calentarse cerrando las válvulas de los radiadores, dejando sólo 2 o 3 radiadores abiertos, para que el aceite caliente circule y se obtenga un calentamiento uniforme del aislamiento. En unidades con enfriamiento por aceite forzado, debe dejarse operando una bomba de circulación de aceite, por lo menos. La temperatura de los devanados no debe exceder de 80 a 90 grados centígrados. La temperatura del aceite en la parte superior del tanque, proporciona una buena indicación del calentamiento de las partes internas del transformador. Cuando dicha temperatura del devanado se ha mantenido entre 80 y 90 grados centígrados, puede considerarse que el calentamiento ha alcanzado la condición de equilibrio. En este Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO momento se corta la corriente eléctrica y se procede a pasar aceite al tanque de almacenamiento los más rápidamente posible. Se mide la resistencia de aislamiento y se sella el tanque. Se aplica entonces vacío en la forma descrita anteriormente. Cuando la temperatura de los devanados medida por resistencia disminuye a 40 grados centígrados se procede a llenar nuevamente el transformador con su aceite (a través del filtro prensa, si se dispone de él) sin suspender el vacío. Así se aprovechan igualmente el vacío para secar y dearear el aceite, en caso de no disponer de bomba de vacío puede usarse un compresor de aire operando al revés, es decir, conectando el tubo de succión al tanque del transformador y la salida de aire comprimido a la atmósfera. Hay que cuidar cuando el compresor o la bomba son de émbolo, que no vayan a succionar aceite del tanque del transformador, pues sería exponerse a una fractura del cilindro o de la tapa. Conviene instalar un deflector en el tanque del transformador y una trampa, para evitar que el aceite se filtre en la línea de succión. Al llenar el transformador con su aceite, una vez que este alcance su valor normal, debe suspenderse el vacío e iniciar nuevamente el calentamiento. El período de calentamiento podrá acelerarse si se logra mantener una temperatura de 90 grados centígrados en el aceite, durante su almacenamiento.

Recomendaciones generales para el secado Tiempo empleado. No existe un tiempo definido un tiempo definido para el secado del transformador, generalmente se requiere de una a cuatro semanas si se utilizan los métodos a o b, dependiendo de la condición del transformador, capacidad, voltaje y método de secado empleado. Los métodos c y d generalmente son más rápidos.

Detalles que deben tomarse en cuenta. La resistencia de aislamiento medida a temperatura constante, generalmente aumenta en forma gradual a medida que el secado avanza. En ocasiones la resistencia subirá varias veces antes de alcanzar un valor uniforme elevado. Esto se debe a la humedad que se encuentra en el interior del laminando, la cual trata de salir a través de la parte superior del aislamiento, que fue lo que se secó primero. Se pueden presentar variaciones notables en la resistencia de aislamiento, debidas a variaciones de temperatura, por lo que se recomienda medir dichas resistencias a las mismas temperaturas, dentro de lo posible. Las mediciones deben tomarse cada 4 horas aproximadamente, si se usa el método a, b, o c; y al final de cada ciclo de calentamiento después de vaciado el aceite, pero antes de iniciar el vacío, si se usa el método d. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Curva de resistencia de aislamiento. Durante el secado debe trazarse una curva de resistencia de aislamiento, con el tiempo como abscisa y la resistencia como ordenada. Los puntos de resistencia trazados deben ser los correspondientes a las lecturas de resistencias medidas y corregidas a 20 grados centígrados. Generalmente la curva de secado producirá al principio amplias variaciones en los valores de resistencia, durante la primera parte del secado. Dichas variaciones disminuyen a medida que el secado aumenta. El secado debe continuarse hasta que se obtengan en forma consistente, valores elevados de resistencia durante un mínimo de 4 mediciones consecutivas, efectuadas en un período de 16 horas como mínimo de secado. La siguiente figura muestra una curva típica de secado.

MΩ

T

Precauciones que deben tomarse en cuenta durante el secado. A medida que la temperatura de secado se aproxima al punto en que puede empezar a deteriorarse el aislamiento, debe tenerse especial cuidado en mantener la temperatura medida por resistencia debajo de 90 grados centígrados. Se considera una buena práctica no exceder de 80 grados centígrados ya que en esta forma quede un margen de 10 grados centígrados para posibles errores en las lecturas o fallas debidas a la dificultad de controlar la temperatura.

Precauciones para evitar y combatir incendios. Cuando se recibe un transformador de la fábrica, se encuentra impregnado de aceite en condición inflamable, puede incendiarse fácilmente con alguna chispa, arco o flama de cualquier clase. No debe permitirse fumar cerca del transformador durante el proceso de secado; debe disponerse del equipo de contraincendio adecuado. En cado de incendio, se recomienda utilizar únicamente gas inerte para combatirlo. No deben utilizarse Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO extinguidores del tipo de tetracloruro de carbono, agua, sosa, ácido o espuma, ya que estos causan un considerable daño adicional. conviene disponer de varios extinguidores grandes o cilindros de gas inerte como el bióxido de carbono o nitrógeno. En caso de que se inicie un incendio, el gas puede suministrarse directamente al tanque del transformador llenándolo rápidamente. Todo el personal que intervenga en el proceso de secado del transformador, debe estar debidamente entrenado para combatir un incendio en caso de que éste se presente. El no tomar en cuenta las precauciones anunciadas, significa que en caso de incendio, lo que podrá reducirse a daños pequeños, puede convertirse en un serio riesgo para el personal así como la pérdida total del equipo, o pérdida considerable de aceite y tiempo para reparar dicho equipo. No debe efectuarse el secado del transformador si no se puede contar con una atención constante realizada por personal competente.

Iniciación de la operación del transformador. Cuando el transformador está listo para entrar en operación, previamente hay que cerciorarse de que el tanque está conectado firmemente a tierra. Al energizarlo por primera vez, de ser posible, deberá aplicarse el voltaje gradualmente hasta alcanzar el valor nominal, con objeto de que si hay alguna conexión defectuosa u otra falla, el daño sea menor. Una vez aplicado el voltaje pleno, conviene dejar operando el transformador en vacío de 2 a 3 horas como mínimo. Si todo marcha normalmente, se le aplica la carga en forma gradual y una vez alcanzada la carga plena se le deja trabajando algunas horas sin dejar de observarlo. Después de los primeros 4 o 5 días de estar en servicio, es aconsejable probar nuevamente el aceite para ver si no ha absorbido humedad.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RIGIDEZ DIELÉCTRICA EN ACEITES AISLANTES. El conocimiento del voltaje que un aceite soporta es muy valioso, ya que el aislamiento de algunos equipos depende hasta cierto punto de las propiedades aislantes del aceite. De acuerdo con la ASTM existen dos métodos para las pruebas de rigidez dieléctrica: el establecido por la norma D-877 y el D-1816. 1.- NORMA ASTM D-877 (USANDO ELECTRODOS DE DISCOS PLANOS). 1.1. ALCANCE Este método cubre dos variantes según se trata de determinar el valor de rigidez dieléctrica de un aceite nuevo o regenerado al iniciar o reiniciar su servicio, a las cuales llamaremos pruebas de referencia o bien si se trata de determinar la rigidez dieléctrica de un aceite en operación como parte del programa de mantenimiento preventivo, a las cuales llamaremos pruebas de rutina. 1.2. SIGNIFICADO. La determinación del valor de la rigidez dieléctrica de un aceite aislante tiene importancia como una medida de su habilidad para soportar esfuerzos eléctricos sin fallar. Es el voltaje al que se presenta la ruptura dieléctrica del aceite entre dos electrodos bajo determinadas condiciones. También sirve para indicar la presencia de agentes contaminantes, tales como agua, suciedad o partículas conductoras en el aceite, una o más de las cuales pueden estar presentes cuando se encuentran bajos valores de rigidez durante una prueba. Un alto valor de rigidez dieléctrica no indica sin embargo la ausencia de todos los contaminantes. 1.3. APARATOS Y EQUIPO. Para la realización de la prueba, en general se puede usar cualquier probador de rigidez dieléctrica en el cual sus componentes fundamentales como son el transformador, equipo de interrupción, voltímetro, electrodos y copa de prueba cumplan con lo establecido en la norma ASTM 877, sin embargo se dará preferencia dentro de los equipos que cumplan con estos requisitos a los operado con motor, sobre todo, cuando el aceite que se va a probar corresponde a equipos de extra alta tensión (de 230 KV. en adelante). 1.4 AJUSTE Y CUIDADO DE LOS ELECTRODOS Y COPA DE PRUEBA. a) Separación de los electrodos. La separación de los electrodos durante la prueba deberá ser de 2.54 (0.10 pulg.) y se deberá determinar con el calibrador que para ese efecto trae el probador. Esta Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO separación deberá verificarse al efectuar la primera prueba del día o cuando se modifica el ajuste de los electrodos al desarmar la copa para efectuar la limpieza y/o pulido de los mismos. b) Limpieza. Tanto los electrodos como la copa deberán limpiarse frotando con papel sedoso seco y libre de pelusa o con gamuza limpia y seca. Durante la limpieza se deberá evitar tocar los electrodos y el calibrador con los dedos o con porciones de papel gamuza que han estado en contacto con las manos. Después de ajustar la distancia de los electrodos, deberá de enjuagarse la copa con un solvente seco derivado de hidrocarburo, tal como thiner o gasolina blanca. No deberá usarse un solvente de bajo punto de ebullición puesto que su rápida evaporación puede enfriar la copa causando condensación de humedad (éter, alcohol, etc.). En caso de presentarse este problema se deberá de calentar la copa ligeramente para evaporar la humedad antes de usarla. Deberá tenerse especial cuidado de no tocar los electrodos o el interior de la copa después de haberlos limpiado. Después de efectuar la limpieza se debe de enjuagar la copa con aceite nuevo y seco, y efectuar una prueba de ruptura en una muestra del mismo, siguiendo las indicaciones descritas en estas especificaciones. Si el valor de ruptura es inferior a 35 KV. Deberá de efectuarse nuevamente la limpieza de la copa y la prueba correspondiente al finalizar la misma. c) Uso diario. Al iniciar las pruebas de cada día deberán de examinarse los electrodos asegurándose de que no existan escoriaciones causadas por el arco o acumulación de contaminantes. Si las escoriaciones son profundas deberá de efectuarse una operación de pulido. Tanto el carbón como la suciedad deberán de eliminarse frotando con papel sedoso o con gamuza y posteriormente se procederá a verificar la distancia entre los electrodos. Finalmente se enjuagará y llenará la copa con aceite nuevo y seco, se efectuará la prueba descrita en el inciso b. 1.5. MUESTREO. El valor de la rigidez dieléctrica del aceite puede ser afectado seriamente por la migración de impurezas a través del mismo, por lo cual es necesario invertir y girar suavemente el depósito que contiene la muestra antes de llenar la copa de prueba, para efectuar la prueba en una muestra representativa que contenga impurezas. Se debe evitar una rápida agitación puesto que con ello se puede introducir una cantidad excesiva de aire en el aceite.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Inmediatamente después de agitar deberá de usarse una pequeña porción de la muestra para enjuagar la copa, posteriormente llenarla lentamente en tal forma que se evite el atrapamiento de aire. Deberá llenarse a un nivel no menor de 20 mm. Sobre la parte superior de los electrodos. Con el objeto de permitir que escape el aire, deberá de mantenerse el aceite en reposo durante no menos de dos minutos y no más de tres minutos antes de aplicar voltaje. Para obtener una muestra representativa del total del aceite, deben tomarse las precauciones siguientes: a) Preparar debidamente los recipientes de prueba, es decir que estén limpios y secos. b) Limpiar y drenar previamente la válvula de muestreo. c) Enjuagar el recipiente de prueba cuando menos una vez con el aceite que se va a investigar. d) Nunca tomar una muestra si la humedad relativa es mayor de 50 %. e) Evitar el contacto del recipiente de prueba con la válvula de muestreo, los dedos y otros cuerpos extraños.

1.6. TEMPERATURA DE PRUEBA. La temperatura del espécimen al efectuar la prueba deberá ser la ambiente pero en ningún caso deberá ser menor de 20 ºC. Las pruebas a temperaturas menores de la ambiente darán resultados variables e insatisfactorios. Se recomienda que al mismo tiempo y por separado se tome la temperatura de prueba, puesto que se sabe que la rigidez dieléctrica varía con la temperatura. En la fig. 1.2 se muestra una gráfica elaborada para determinado aceite. Es recomendable que de preferencia la prueba se efectúe alrededor de los 20 ºC. 1.7 VELOCIDAD DE ELEVACIÓN DEL VOLTAJE. El voltaje se deberá aplicar partiendo de cero a una velocidad de 3 KV/seg.  20 % hasta que ocurra la ruptura del aceite, lo cual queda definido por la operación del interruptor, este valor deberá de quedar registrado y tomado en cuenta para la determinación de la rigidez dieléctrica de la muestra. No deberán tomarse en cuenta las descargas ocasionales momentáneas que no provoquen la operación del interruptor. En caso de que se llegue al valor máximo de voltaje de ruptura del probador y no opere el Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO interruptor, se reportará este valor máximo precedido del signo  o  , y para efectos de determinación de la rigidez dieléctrica se usará dicho valor haciendo caso omiso del signo utilizado.

1.8 PROCEDIMIENTO. a) Pruebas de referencia. Cuando se desea determinar la rigidez dieléctrica de un aceite nuevo o regenerado para efectos de referencia, deberá de efectuarse una prueba de ruptura en cada una de cinco copas llenadas sucesivamente. Cada valor de voltaje de ruptura así obtenido deberá de sujetarse al criterio estadístico indicado en el párrafo c). Si los cinco valores cumplen con este criterio se deberá promediar y este promedio se reportará como el valor de rigidez dieléctrica de la muestra. En caso de que no cumpla con este criterio, se deberá efectuar otras cinco pruebas de cinco llenados de copa diferentes y el promedio de los diez valores de ruptura se deberá reportar como la rigidez de la muestra. No se deberá desechar ninguno de los valores de ruptura obtenidos. b) Pruebas de rutina. Cuando se requiere determinar la rigidez dieléctrica de un aceite con base rutinaria se efectuará una prueba de ruptura en dos llenados sucesivos de la copa de prueba. Si ninguno de los dos valores es menor del valor mínimo aceptable especificado, fijado en 26 KV., no se requerirán pruebas posteriores y se reportará el promedio de los dos valores de ruptura como la rigidez dieléctrica de la muestra. Si cualquiera de los valores es menor que 26 KV., deberán de efectuarse tres pruebas adicionales en tres llenados diferentes de la copa de prueba y analizar los resultados obtenidos de acuerdo a lo indicado en el párrafo a). c) Criterio de consistencia estadística. Calcule el rango de los cinco valores de ruptura (valor máximo - valor mínimo) y multiplique este rango por tres. Si el valor así obtenido es mayor que el inmediato superior al valor mínimo, es probable que la desviación estándar de los cinco valores de ruptura sea excesivo y en consecuencia el error probable del promedio también será excesivo. 2.- NORMA ASTM D-1816 (USANDO ELECTRODOS SEMIESFÉRICOS). 2.1. APARATOS Y EQUIPO. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Los mismos usados en el inciso número 1.3 con las siguientes excepciones: a) Equipo de control para la tensión.- La relación de elevación de la tensión debe ser de 500 Volts/seg.  20 %. b) Electrodos.- Los electrodos deben ser semiesféricos de bronce pulido, como se muestra en la fig. c) Celda de prueba.- La celda para es prueba es cúbica y de mayor capacidad (1 lt.) y provista con agitador. d) Calibrador.- Un calibrador para verificar la separación de los electrodos que debe ser de 1.02 mm. (0.04 pulg.). Puede usarse un calibrador plano “pasa” “no pasa” de un espesor de 0.99 mm. Y 1.04 mm. Respectivamente. Los pasos siguientes son iguales a la norma ASTM D-877 con excepción del procedimiento.

2.2. PROCEDIMIENTO. Las diferencias son las siguientes: a) La relación de elevación de la tensión. Se aplica la tensión a razón de 500 Volts/seg. b) Debe haber un intervalo de por lo menos tres minutos entre el llenado de la copa y la aplicación de la tensión para la primera ruptura y por lo menos intervalos de 1 minuto entre aplicación de la tensión para rupturas sucesivas. c) Durante los intervalos mencionados, como en el momento de la aplicación de la tensión, el propulsor debe hacer circular el aceite.

3.- RECOMENDACIONES GENERALES. Se recomienda usar electrodos planos (ASTM D-877) para aceites en operación (pruebas de rutina) y electrodos semiesféricos (ASTM D-1816) para aceites nuevos y regenerados (ver fig).

Por lo anterior es muy recomendable contar con un aparato con las siguientes características: a) Rango de voltaje de 0 a 60 KV. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO b) Electrodos intercambiables para cubrir las necesidades de las dos normas. c) Que el incremento del voltaje sea automático y cuente con las dos velocidades de incremento de voltaje que marcan las normas antes mencionadas. Además deberá estar provisto con un agitador. d) que sea portátil.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO ELECTRODOS USADOS EN LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA.

ELECTRODOS SEMIESFÉRICOS (NORMA ASTM – D1816)

ELECTRODOS DE DISCO PLANO (NORMA ASTM – D877)

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE AISLANTE.

FORMA

NORMA

ELEVA

REPOSO

NRO.

REPOSO

TENSIÓN

TEMP.

DE

SEPARA

CIÓN

AL

DE

ENTRE

MÍNIMA

DE

ELECTRODO

CIÓN

DE

LLENAR

PRUE

PRUEBAS

DE

PRUEBA

VOLTS.

BAS

RUPTURA

(kv/seg)

ASTM 877

Planos

ASTM 1816

Semiesf.

2.54 mm 0.01 mm

1.02 mm 0.03 mm

3 kV  20 %

0.5 kV

2ó3 minutos

5

1 minuto

30 kV

20 °C

3 minutos

5

1 minuto

20 kV

20 °C

 20 %

ASTM: AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS.

COONNIE: COMITÉ CONSULTATIVO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN DE LA INDUSTRIA ELÉCTRICA.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO PROBADOR DE ACEITE AISLANTE MODELO 4521 INSTRUCTIVO DE OPERACIÓN.

1.- Poner los interruptores de encendido (POWER) y de elevar-apagado-disminuir (RAISE-OFF-LOWER) en la posición de apagado (OFF). 2.- Conecte el aparato a una fuente de voltaje de c.a. adecuada. 3.- Prepare y llene la copa de aceite, de acuerdo a las especificaciones apropiadas a las que se está usando. 4.- Abra la puerta de la cámara de prueba y coloque los electrodos de la copa sobre los postes terminales de alto voltaje, si la copa de aceite se usa con agitador motorizado el cordón del motor va en el receptáculo dentro de la cámara, cierre la puerta. 5.- Coloque el selector de velocidad (VPS) según las especificaciones de la prueba que se efectúa. 6.- Encienda el aparato con la palanca del interruptor (POWER) en posición ON. 7.- Si se usa la copa con agitador motorizado, ponga el switch RAMP. DWELLSTIRRER, en posición RAMP-STIRRER, si no se requiere agitar el aceite póngalo en posición RAMP ONLY. Vea las características generales para el uso del DWELL. 8.- Coloque el switch RAISE-OFF-LOWER en la posición LOWER para asegurarse de que el control de voltaje esté en cero como lo indica el kilovóltmetro. 9.- Para iniciar la prueba coloque el switch RAISE-OFF-LOWER en la posición RAISE (elevar). La luz piloto del alto voltaje se encenderá y comenzará a elevarse el alto voltaje a la velocidad (VPS) que se escogió en el paso 5. 10.- Cuando la muestra de aceite rompe, el el alto voltaje se interrumpe y el piloto indicador de falla se iluminará y la aguja del kilovólmetro se detendrá indicando el voltaje de ruptura. 11.- Para repetir la prueba de la misma muestra, repita los pasos 8 y 9. 12.- Para hacer pruebas en otras muestras de aceite repita el paso nro. 8, cuando el control de voltaje está en cero ponga los switches RAISE-OFF-LOWER y el POWER en su posición apagado (OFF). Abra la puerta de la cámara de prueba y saque la copa con aceite. Repita los pasos nros. 3 al 11. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO 13.- Para terminar en cualquier momento la prueba opere el switch RAISE-OFFLOWER a la posición OFF o a la posición LOWER. NOTA: Si por alguna razón se interrumpe el alto voltaje, se debe regresar el control de voltaje a cero antes de iniciar otra prueba.

FORMATO PARA REPORTE DE LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE.

MUESTRA  PRUEBA

1.

RUPTURA EN KV.

MUESTRA PRUEBA



2

RUPTURA EN KV.

MUESTRA PRUEBA

1

1

1

2

2

2

3

3

3

4

4

4

5

5

5

PROMEDIO PARCIAL:

PROMEDIO PARCIAL:



3

RUPTURA EN KV.

PROMEDIO PARCIAL:

PROMEDIO TOTAL:

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO TANQUE Y ACCESORIOS DEL TRANSFORMADOR Este capítulo está dedicado fundamentalmente a transformadores sumergidos en aceite. Sin embargo algunos de los conceptos son también válidos para transformadores tipo seco. La Fig.1 muestra dos transformadores de potencia típicos en los cuales se aprecian algunos de los accesorios más comunes y que serán descritos más adelante.

Fig.1 Transformadores de potencia típicos

1 Sistemas de preservación de aceite. Los componentes que determinan la vida útil del transformador son los aislamientos ya sea sólidos o líquidos como el aceite mineral. Esto significa que debe dedicarse especial atención a la conservación de las propiedades originales de los aislamientos mediante la garantía de hermeticidad del tanque y manteniendo las condiciones de operación del transformador dentro de límites recomendables. Los tanques de los transformadores usualmente se construyen de acero al carbón y constituyen el sistema de protección mecánica y de preservación del núcleo, bobinas, aceite aislante y demás componentes que forman el ensamble interno del transformador. Así también, el tanque protege a estos mismos elementos en contra del aire, humedad y de la contaminación en general. Los sistemas de preservación de aceite más se encuentran en servicio son los siguientes:

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO a) Tanque sellado El tanque se llena de aceite hasta el nivel dieléctrica y térmicamente requerido y se deja una cámara de aire o gas inerte de aproximadamente el 12% del volumen de aceite. Este tanque se encuentra perfectamente sellado y usualmente cuenta con un dispositivo de alivio de presión-vacío, el cual mantiene el interior del tanque a una presión interior de  8 psi, Fig.2. b) Con regulación automática de gas inerte. Este sistema utiliza un tanque sellado similar al anterior, en el que la cámara de gas está ocupada por un gas inerte, por ejemplo: nitrógeno. Esta cámara está comunicada a un cilindro de gas inerte mediante un sistema de regulación automática de presión. Así la cámara de gas inerte mantiene una presión positiva estable. Este sistema retarda mucho más la oxidación y contaminación del aceite del transformador.

c) Tanque conservador o tanque de expansión En este sistema el transformador cuenta con un tanque auxiliar cuyo volumen de aceite es del orden de 10% del volumen del tanque principal. El aceite llena completamente el tanque principal y al tanque auxiliar a menos de la mitad, Fig. 2(c). Estos transformadores respiran a través del tanque conservador, usualmente a través de un dispositivo deshidratador. El aceite en el tanque principal queda aislado de la atmósfera. Esto reduce oxígeno y absorción de humedad que retarda la formación de lodos. d) Tanque con sello de gas-aceite El interior del tanque se sella de la atmósfera por medio de un tanque auxiliar para formar un sello de gas-aceite que opera sobre el principio del manómetro, como se muestra en la Fig. 2(d). Nótese que el tanque auxiliar está dividido, con una sección conectada al tanque principal, mientras que la otra está conectada a la atmósfera a través de un respiradero. Las dos secciones están aisladas por un sello de aceite.

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Fig. 2 Sistemas de preservación de aceite con tanque sellado. (a) Con cámara de aire. (b) Con regulación automática de nitrógeno. (c) Con tanque conservador, (d) Con sello de gas-aceite.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO 2 Accesorios en general Boquillas Las terminales de los devanados del transformador deben sacarse de manera segura a través del tanque. Las boquillas son los elementos que realizan esta función. Las boquillas están diseñadas para aislar los conductores de corriente respecto de la pared o tapa del transformador. Además de ser buenos aisladores, las boquillas deben constituir sellos perfectos que eviten entrada de humedad, aire o fugas de aceite, Fig. 3. Existen muchos tipos de boquillas en función de la capacidad de corriente, nivel de aislamiento y aplicación específica, como por ejemplo: 1) Tipo barra. Usualmente para tensiones hasta 34.5 KV. Se utilizan en corrientes superiores a 1000 A. 2) Sólida. De cerámica o de porcelana usualmente hasta 25 KV. 3) Porcelana, llena de aceite. De 25 a 69 KV. 4) Tipo capacitor. Cuerpo de porcelana, lleno de aceite. Utiliza capas de papel con capas de aluminio entre ellas. Este ensamble forma una serie de condensadores con el propósito de igualar la distribución de tensión entre el aislamiento interno y externo.

Fig. 3 Algunos tipos de boquillas para transformador.

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Fig. 4 Accesorios y partes típicas de transformadores de potencia. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Aunque en la actualidad existen materiales alternativos para las boquillas, la porcelana es el material más utilizado en estos componentes. Cambiador de derivaciones La mayoría de los transformadores están equipados con un equipo cambiador de derivaciones para permitir realizar pequeños cambios en la relación de transformación. Normalmente el devanado de AT se construye con varias derivaciones. Al cambiar la derivación del devanado, este dispositivo proporciona la forma de variar la relación de transformación de la unidad y así el nivel de tensión (el de la fuente o el de la carga, manteniendo el otro constante). En función del tipo de cambiador de derivaciones, los cambios de derivaciones pueden efectuarse sin carga o bajo carga. Los cambiadores sin carga normalmente se encuentran dentro del transformador y se accionan por perillas o volantes fuera del tanque. Los cambiadores bajo carga pueden estar dentro del mismo transformador o bien en una caja independiente atornillada al tanque del transformador. Cambiador de derivaciones para operación sin carga. Este tipo de cambiador se acciona únicamente cuando el transformador se encuentra desenergizado. En muchos transformadores de distribución la perilla de cambios está dentro del tanque. En este caso ser necesario abrir el registro de mano para realizar el cambio. En transformadores de potencia la perilla o volante está usualmente fuera del tanque. Cambiador de derivaciones bajo carga. Este tipo de equipos contienen las únicas partes móviles del transformador. La operación del cambiador se puede efectuar manual o automática. A pesar de que se usa una gran variedad de circuitos en este proceso el principio es esencialmente el mismo. 

Para tensión constante de la fuente se requiere ajustar la tensión secundaria bajo condiciones de carga variante.



Las derivaciones a cambiarse están conectadas a los interruptores de cambio.



Una impedancia de transición es utilizada para limitar la corriente circulante durante el tiempo en el que las derivaciones adyacentes están siendo conectadas.

La impedancia puede ser de dos tipos, y así el cambiador se clasifica como tipo resistor o tipo reactor. Actualmente se está usando un mecanismo resistor de alta velocidad (4070 milisegundos), aunque el tipo reactor (inductor), a base de engranes todavía se emplea, a pesar de su tamaño y costo. Hay dos tipos de cambiadores resistivos de uso común: El de interruptor-selector que combina la selección de la derivación y la transferencia de corriente. Para

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO transformadores más grandes, se usan interruptores separados para seleccionar derivación y para transferir corriente. Apartarrayos La mayoría de las instalaciones de transformadores están expuestas a sobretensiones causadas por: descargas atmosféricas, conexión o desconexión de circuitos y fallas de cortocircuito. Los apartarrayos son los equipos que pueden brindar la protección contra este tipo de perturbaciones. Generalmente se montan directamente en el transformador, tan cerca de las boquillas a proteger como sea posible. El apartarrayos básico consiste de un claro de aire en serie con un elemento resistivo. El tipo más ampliamente usado es el tipo valvular. Consta de uno o más claros en serie con un elemento dieléctrico, denominado el material valvular, que proporciona la alta resistencia. El apartarrayos valvular es similar a la válvula de alivio de un generador de vapor. Cuando la presión se eleva demasiado, la válvula de alivio abre y descarga el exceso de presión; después cierra cuando las condiciones son otra vez seguras. En su estado normal el apartarrayos actúa como un aislador. Cuando ocurre una sobretensión, el apartarrayos deja de ser un aislador y pasa a ser un conductor en millonésimas de segundo. La protección más efectiva de estos dispositivos se obtiene cuando: a) La tensión del apartarrayos es igual o menor a la tensión línea-tierra del transformador. b) Las conexiones del apartarrayos se hacen tan cerca del transformador como sea posible. c) Las tierras del apartarrayos, del tanque del transformador y del neutro si lo hay deben unirse a la tierra de la instalación. d) La resistencia a tierra del apartarrayos sea como máximo 5 Ohms y preferentemente 1 Ohm. e) Se siguen las recomendaciones del fabricante. 3 Dispositivos de alarma y señalización A continuación se proporciona una breve descripción de los accesorios de alarma y señalización más comunes en los transformadores, Fig. 5. 1) Indicadores de temperatura. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Los transformadores de potencia y algunos de distribución están equipados con un termómetro de carátula que mide la temperatura del aceite superior. En ocasiones se incorporan contactos que permiten activar una alarma sonora o luminosa, controlar ventiladores o disparar un interruptor. Hay otros tipos de termómetros que actúan en combinación con señales de la corriente de carga para proporcionar una imagen de la carga térmica del transformador o del punto más caliente del devanado. 2) Indicadores de presión-vacío Generalmente son tipo carátula y se emplean en tanques tipo sellado. Indican la presión de la cámara de aire o gas del transformador. 3) Indicadores de nivel de aceite Igualmente de carátula, indican si el nivel de aceite del transformador está dentro de límites normales. Puede activar contactos por bajo nivel, para activar alarmas o sacar de servicio el transformador. 4) Válvulas de alivio de presión El incremento de volumen del aceite por efecto de temperatura o algunos gases que se generan por descomposición del aceite aumentan la presión de la cámara de gas del transformador. Para normalizar esta presión los transformadores cuentan con válvulas de sobrepresión. Las hay fundamentalmente de dos tipos: de diafragma y de operación mecánica. En el primer tipo al aumentar la presión se rompe un diafragma de vidrio u otro material delgado para descargar la presión a la atmósfera. En la válvula mecánica la presión interna vence un resorte antagónico y la válvula se abre. Cuando se reduce la presión la válvula se cierra. Esta válvula también puede disponer de contactos de alarma.

5) Relevadores detectores de gases de falla Relevador Buchholz. Se usa en transformadores con tanque conservador. Advierte de la generación paulatina o repentina de gases por sobrecalentamiento de aislamientos. Estos gases se acumulan en un pequeño compartimiento del dispositivo. Cuando el volumen de éstos excede aprox. 200 cc se activa una alarma. En esta etapa se puede hacer la reparación conveniente antes de que ocurra una falla mayor. Si por alguna razón no se atiende la alarma y el gas generado continúa en aumento, se activa otro contacto que muy probablemente sacará de operación al transformador. Este relevador se localiza en la tubería que conecta el tanque del transformador con el tanque conservador. El relevador Buchholz asegura la protección del transformador, señalando la presencia de gases o vapores y desconectando el transformador en caso de una avería grave. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO En un transformador sumergido en aceite, al ocurrir una falla interna da por resultado la creación de un volumen gaseoso más o menos importante, o bien de vapores que provienen de la descomposición de los aislamientos sólidos o líquidos bajo la acción del calor y particularmente de un arco eléctrico.

El relevador está instalado en trnasformadores de potencia mayores de 10 MVA que cuentan con tanque conservador de aceite. Su instalación es intercalada por medio de bridas, en la tubería que comunica el tanque conservador con la parte más alta del tanque del transformador. Se han provisto medios para hacer que el gas se difija hacia la tubería del relevador y evitar acumulación en otros lugares y también se ha puesto un dispositivo para alivio de sobrepresiones. Tiene la función de detectar los desperfectos ocurridos en el interior del transformador que originan desprendimiento de gases.

En la siguiente figura se muestra el esquema de un relevador buchholz con sus elementos constitutivos.

Esquema del relevador Buchholz

1. Cámara de acumulación de gases. 2. Bridas de conexión, una para el lado del transformador y la otra para el lado del tanque conservador. Transformadores

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO 3. Dos flotadores equipados con un bulbo de mercurio que sirve como interruptor en su operación. El flotador 3A sirve para alarma y el 3D para disparo. 4. Dos válvulas que sirven para purgar el relevador y para evacuar los gases acumulados. 5. Registro de cristal. Sirve para verificar el nivel del aceite y la cantidad de gases acumulados. 6. Placa desviadora. Sirve para obligar a los gases a pasar a la parte superior del recipiente. La posición del flotador de alarma (3A), depende del nivel de aceite en la cámara (1), siendo este nivel función, a su vez, de la presión de los gases que contiene el aceite. En cuanto al flotador de desconexión (3D), su posición depende de la velocidad del caudal de aceite y de gas que circulan desde el transformador hacia el tanque conservador. Funcionamiento La cámara (1) normalmente llena de aceite, contiene los flotadores 3A y 3D, movibles alrededor de sus ejes de giro. Si a consecuencia de una falla incipiente o leve, se producen pequeñas burbujas de gas, éstas se elevan en el tanque del transformador y se dirigen hacia el depósito conservador de aceite. Estas burbujas al llegar al aparato, se acumulan en la cámara (1), en donde baja progresivamente el nivel de aceite a medida que se aumenta el volumen de gas.

Cuando la cantidad de gas es suficiente, la inclinación del flotador (3A) llega a cerrar su contacto, enviando la señal al cuadro de alarmas del tablero de la subestación (visual y sonora).

Si continúa el desprendimiento de gas, el nivel de aceite en la cámara (1) baja hasta que los gases pueden pasar a la tubería que los lleva hasta el tanque conservador.

Una observación de la cantidad y aspecto de los gases desprendidos permite localizar la naturaleza y la gravedad de la falla. El color de los gases da una idea del lugar donde se tiene la falla, por ejemplo:

 Gases blancos

Proceden de la destrucción del papel.

 Gases amarillos

Proceden del deterioro de piezas de madera.

 Gases negros o grises

Proceden de la descomposición del aceite.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO El flotador (3D) está en reposo mientras el desprendimiento de gas es lento. Si la falla se acentúa, el desprendimiento se hace violento produciendo grandes burbujas, con lo que se forma un flujo brusco de gas y aceite a través de la tubería, hacia el tanque conservador. Este flujo llega al flotador (D) y lo acciona, lo que provoca el cierre de su contacto, con lo que se manda la señal de apertura de los interruptores de potencia del banco de transformación.

Se obtiene el mismo resultado en caso de una sobrecarga peligrosa para el transformador, ya sea porque la corriente de carga resulta demasiado elevada o a consecuencia de un corto circuito en la red secundaria; en este caso, a consecuencia del calentamiento de las bobinas, se produce gran cantidad de pequeñas burbujas, que actúan como si se tratara de algunas burbujas grandes; es decir, a manera de un choque que obliga a refluir el aceite, el cual acciona al flotador (3D). Esta acción es tan rápida que el disparo de los interruptores ocurre antes de que el transformador sea afectado por la sobrecarga.

La aparición de las pequeñas burbujas gaseosas se manifiesta solamente cuando la temperatura de las bobinas se eleva hasta el punto en que el aceite se volatiliza, que es alrededor de los 150 °C, por lo que la temperatura de las bobinas no puede elevarse por encima de este valor.

Según la clase de anomalía, se produce gas en forma lenta, como por ejemplo por corrientes parásitas, cortos circuitos entre espiras, conexiones defectuosas; o bien, se produce gas en forma violenta como por ejemplo, por arcos de gran energía, entre fases o de fase a núcleo o tanque.

El empleo del relevador Buchholz reduce en forma importante el peligro de explosión e incendio del aceite que puede producirse a consecuencia de una falla en el transformador.

Relevador de presión súbita. Es un dispositivo que por su principio de operación únicamente actúa cuando se presenta un incremento repentino de presión debido a una falla interna. Usualmente este relevador está conectado al interruptor que puede sacar de servicio el transformador.

En casos especiales donde no se tiene tanque conservador en los transformadores, el relevador buchholz no se puede instalar. En estos casos se tienen instalados relevadores de sobrepresión súbita.

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO El relevador de presión súbita es un dispositivo mecánico compuesto por una compuerta aprisionada por un resorte que es vencido cuando la presión interna da un valor de aproximadamente 0.7 kg/cm2. Una vez abierta la compuerta y descargada la sobrepresión, vuelve a cerrarse.

En algunos dispositivos se cuenta con un micro interruptor para mandar la señal de alarma o de disparo y en otros se tiene también una señal fija visual que indica cuándo el dispositivo ha operado.

6) Dispositivos deshidratadores Muchos transformadores de alguna manera comunican su cámara de gas con la atmósfera. Los equipos deshidratadores tienen como función absorber la humedad del aire que eventualmente entra al transformador. Están colocados de tal manera que el aire que entre al transformador pase a través de estos dispositivos. Como materiales deshidratantes se usa comúnmente cloruro de calcio y sílica gel.

(a)

(g) (d)

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(f)

(h)

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MANTENIMIENTO ELÉCTRICO Fig. 5 Algunos de los accesorios empleados en transformadores de potencia. (a) Indicador de presión-vacío. (b) Indicador de nivel de líquido. (c) Ventilador. (d) Indicador de temperatura. (e) Cambiador de derivaciones de operación externa. (f) Boquilla. (g) Relevador mecánico de sobrepresión. (h) Apartarrayos. (i) Válvulas de alivio de sobrepresión. 7) Placa de características. La Fig. 6 muestra una placa de características típica en transformadores de pequeña potencia. La información mínima allí contenida corresponde a la indicada en las normas de construcción de transformadores. Algunos términos, tales como a) Clase OA . Se refiere al tipo de enfriamiento, en este caso sumergido en aceite, auto enfriado por aire. b) Elev. Temp. 65°C. Significa: Elevación de temperatura promedio del aceite respecto de la temperatura ambiente. c) NBI A.T. Significa Nivel de voltaje de aislamiento al impulso. Es el valor pico de una onda normalizada denominada de 1.2 x 50 μs (alcanza su valor pico aproximadamente en 1.2 μs y se reduce al 50% de su valor pico en 50 μs). Esta onda que representa una descarga atmosférica que incide en un lugar cercano y llega al transformador. En este caso para 23 KV corresponde 150 KV. d) NBI B.T. Mismo significado excepto para el devanado de BT. Para 440 V corresponde 30 KV. e) %Z- Significa Por ciento de impedancia. Es una imagen de la inductancia de dispersión equivalente por fase del transformador.

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Fig. 6 Placa de características típicas en transformadores.

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