Transformador de Aislamiento
Principio de Funcionamiento
Acople Capacitivo • La proximidad entre primario y secundario da origen a la capacitancia del modelo fundamental del trafo. • Ruidos de alta frecuencia pueden usar esta vía para viajar del primario al secundario.
Capacitancia de Acople Ésta puede ser reducida colocando un apantallamiento conectado a tierra entre los bobinados primario y secundario, garantizando además el aislamiento galvánico.
Pantalla Conectada a Tierra • La pantalla es puesta a tierra para que cualquier corriente de ruido que se genere en el primario sea desviada a tierra a través de la capacitancia existente entre el devanado primario y la pantalla.
Impedancia de Acople Común Para evitarla debemos conectar a tierra el apantallamiento en el lado de la carga (secundario)
Transformadores de Aislamiento • Su medida de aislamiento se da en decibeles (dB) • Tiene baja impedancia (3-6%) • La pantalla atenúa el ruido alrededor de 60 dB (1000V en prim. – 1V en sec.) • Pueden “suprimir” interferencias de modo común o modo diferencial. • Reducen la interferencia hasta en un 8090% de su valor inicial.
Clasificación
Según su Uso • Para cargas criticas comunes : Sistemas de control electrónico, equipos de informática, telefonía, telecomunicaciones.
• Para uso hospitalario : Quirófanos y Salas de Cuidados Intensivos.
Según su Número de Pantallas Los transformadores de aislamiento se pueden clasificar por su número de pantallas: • Apantallamiento sencillo (una pantalla) • Doble apantallamiento. • Triple apantallamiento (ultra-aislamiento)
Según su Construcción : • Transformadores de aislamiento liquidos (Aceite) • Transformadores de aislamiento secos (resina epoxica)
Apantallamiento Sencillo • Puede suprimir interferencias de modo común en el lado primario a frecuencias de hasta 100kHz, proporcionando aislamieto del orden de 120-140 dB. • Este aislamiento (dB) es limitado por la resistencia AC del aislamiento (MÙ) entre primario y secundario a bajas frecuencias.
• Tiene problemas cuando se incrementa la frecuencia por encima de los 100kHz, porque la capacitancia entre primario y secundario decrece ( Xc=1/2ÐfC ) • No suprimen adecuadamente interferencias de modo diferencial.
Cargas Trifásicas
Doble Apantallamiento • Suprime interferencias tanto de modo común como de modo diferencial.
Conexión de los Apantallamientos • El apantallamiento enfrentado al lado primario es conectado al neutro del primario para suprimir interferencias de modo diferencial. • El apantallamiento enfrentado al secundario es conectado a la tierra de referencia para suprimir interferencias de modo común.
Triple Apantallamiento • La técnica de los multiples apantallamientos reduce la capacitancia por debajo de 0.009 pf. • Incrementa el aislamiento DC por encima de los 100 MÙ.
Conexión de los Apantallamientos • Las interferencias de modo diferencial de primario y secundario se suprimen usando dos apantallamientos, cada uno conectado a su correspondiente neutro. • El apantallamiento central suprime las interferencias de modo común, y está conectado a la tierra.
Transformadores de Ultra-Aislamiento CARACTERÍSTICAS : • Salida libre de ruidos. • Blindaje con triple pantalla. • Baja capacidad de acoplamiento. • Aislamiento elevado (1000MW ) • Alto rendimiento. • Silencioso. • Potencias de 600VA a 300kVA
Transformadores de Ultra-Aislamiento • • • • • • • •
APLICACIONES : Centros de cómputo. Control de procesos. Instrumentación electrónica. Sistemas de comunicación. Analizadores médicos. Grabaciones Audio/vídeo. Telemetría. En general todo sistema sensible al ruido eléctrico.
Diseño y Construcción
Diseño y Construcción Éste es muy similar al de los transformadores convencionales de distribución, las únicas variaciones importantes son : • La adición de pantallas de Faraday (galvánicas) para separar los devanados. • El uso del criterio de la espira menos para abrir espacios para el aislamiento.
Transformador de Aislamiento • Un transformador de aislamiento es uno que cuenta con devanados primario (entrada) y secundario (salida) separados. • Un autotransformador no tiene devanados separados, por lo tanto, no es un transformador de aislamiento. • La relación de transformación puede ser cualquiera (208 / 208, 480 / 208 ), no tiene que ser unitaria.
Transformador de Aislamiento • Un transformador de aislamiento apropiado para equipo electrónico sensible debe contar con al menos un blindaje electrostático (blindaje Faraday) para disminuir la intercapacitancia entre los devanados. • El apantallamiento entre devanados esta hecho de una lámina protegida por una capa de muy buena conductividad (pelicula de Cu ó Al)
Atenuación • Por diseño y fabricación el transformador se garantiza para una atenuación de 120 dB del ruido en modo común ( de 10Hz a 1MHz ) • Y para una atenuación de 45 dB del ruido en modo diferencial ( a 100 kHz )
Construcción • En la construcción del Transformador de Aíslamiento Monofásico se usa Núcleo de Fierro Silicoso Grano Orientado. • Apantallamiento Electroestático de muy bajas pérdidas cuyo diseño y cuidadosa fabricación aseguran su buen comportamiento además corrige el factor potencial entre neutro y tierra llevándolo a 0 Vac. • En el Enrollado o Bobinado se emplea alambre esmaltado doble capa, que soporta hasta 200 ºC.
Construcción • • • • • •
Tensión entrada : Según requerimiento. Tensión salida : Según requerimiento. Funcionamiento : Trabajo continuo. Refrigeración : Por convección natural del aire. Rendimiento : Sobre 98 % con la Carga Nominal. Temp. de trabajo : Soporta hasta 45 °C. sobre la temperatura ambiente. • Gabinete : Metálico autosoportante, con zócalo en la parte inferior que sirve de base de apoyo.
Modelos standard y dimensiones (mm) Modelo TA2KM TA3KM TA5KM TA10KM TA15KM
kVA 2 3 5 10 15
A 300 300 400 400 450
B 200 200 400 400 400
C 140 160 200 240 260
H 450 450 550 550 550
W 400 400 500 500 500
D 250 250 300 450 450
Three-Phase Isolating Transformer for medical used rooms Type: DSM a
b
c
d
e
f
340 196 350 290 155 11 360 185 370 310 145 11 360 185 370 310 145 11 360 200 370 310 160 11 420 215 415 370 170 11
Measurement in mm
Especificaciones • Prim.: 400V • Sec.: 230V • short-circuit voltage: max. 3% • idle current: max. 3% • starting current: max. 8-times In
kVA
Cu kg
Total kg
3.1
21
61
4
23
65
5
27
70
6.3
30
78
8
39
100
¿ Desde el punto de vista de la calidad para qué sirve ?
¿Qué Componentes Necesito para Tener una Buena Calidad de Energía Eléctrica? Es necesario incorporar: •Un desviador de impulsos de sobrevoltaje, •Un transformador de aislamiento de baja impedancia, •Filtros de ruido de modo diferencial. Estos tres elementos son la base de todas las soluciones eficaces para los problemas de protección eléctrica.
Funciones Principales, IEI 1100-1999 • Atenúa disturbios de modo común en los conductores del suministro. • Proporciona un punto local de referencia para tierra. • Con derivaciones permite compensación de la caída de estado estable en alimentadores • Muy utilizados en áreas sensitivas tales como salas de UCI y de diagnóstico cardiológico, cámaras hiperbáricas y quirófanos
Funciones Principales • No soluciona variaciones , cortes ni microcortes de tensión. • Realiza una eficaz protección contra contactos a masa en máquinas de soldadura eléctrica, hornos eléctricos, etc... • Su utilidad estriba únicamente en la atenuación de ruidos.
Disturbios de Modo Común Seguridad • Es importante que el chasis de todo equipo eléctrico esté puesto a tierra. El objetivo es evitar descargas accidentales a personas que pudieran tocar un chasis energizado. • En caso de conexión accidental de voltaje de alto potencial al chasis, el interruptor o “breaker” se dispara.
Equipo Eléctrico Puesto a Tierra
Seguridad Si el chasis no tiene conexión a tierra, y en caso de que el vivo o algún otro punto de alto potencial toque el chasis, el interruptor termomagnético no dispara. Esto ocasiona que el chasis quede a alto potencial, lo que representa un riesgo.
Equipo Eléctrico sin Conexión a Tierra
Voltaje de Neutro a Tierra • La corriente de retorno por el neutro da lugar a un voltaje de neutro a tierra Vng = Zn * I • La impedancia Zn aumenta con la distancia del punto de aterrizaje a la carga monofásica, de ahí que el voltaje Vng sea considerable si la carga se encuentra alejada de la fuente (secundario del transformador).
Voltaje Neutro-Tierra (Vng)
Cargas Trifásicas • En el caso trifásico con carga balanceada se tiene cero corriente por el neutro. Sin embargo, en caso de corrientes que contengan tercer armónico, existe corriente por el neutro aún con carga balanceada ( Vng = Zn * In ) • Vng no es problema para la mayoria de las cargas -refrigerador(1Ö),motor jaula de ardilla (3Ö)-,pero afecta significativamente a los equipos electrónicos sensibles
Corrientes Con Alto Contenido de 3er Armónico
Cargas 3Ö Balanceadas que Demandan 3er Armónico
Solución (Trafo de Aislamiento) • Un transformador de aislamiento cercano a dicha carga reduce el voltaje de neutro a tierra. • Aunque aparece voltaje de neutro a tierra en el primario del transformador dado por (V1ng = Zn * In) el voltaje de neutro a tierra en terminales de la carga es cero (si la carga y el transformador de aislamiento están muy alejados puede aparecer un voltaje V2ng.)
Transformador de Aislamiento 1Ö
Transformador de Aislamiento 3Ö
Aplicaciones en Áreas Sensitivas Para evitar que alguna persona sufra un electroshock se ha previsto para toda alimentación por transformador de aislamiento un sistema de monitoreo de la impedancia existente entre cada línea y tierra llamado "Monitor de Fugas" o "Monitor de Aislamiento de Línea" . Éste limita a 1 mA la corriente de fuga o corta la alimentación y activa una alarma cuando la impedancia entre una de las líneas aisladas y tierra desciende por debajo de 220.000 Ω, impedancia que corresponde a la corriente de fuga máxima permitida (1 mA a 220 V)
Esquema de Alimentación por Transformador Aislador
Ejemplo : Al desarrollarse un cortocircuito entre una de las líneas de alimentación aisladas y el gabinete de uno de los dos instrumentos conectados al paciente, el monitor de fugas permite el paso de sólo 1 mA hacia tierra de forma que aún considerando que el paciente esté siendo cateterizado mediante una sonda metálica intracardíaca, la corriente que fluirá por el corazón será de sólo 2 µA.
Efecto del Monitor de Fugas en un Accidente de Alto Riesgo
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Centros de Proceso de Datos Telecomunicaciones Procesos Industriales Transportes Seguridad Equipos de Laboratorio
UPS On-Line El UPS está diseñado específicamente para proteger los sistemas informáticos actuales en los Centros de Proceso de Datos, Procesos Industriales, en general para Centros de Tecnología de la Información y para cualquier Centro de Ingeniería Eléctrica.
¿ Cómo Especificarlos ?
Especificaciones Técnicas
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Para cargas críticas como sistemas de control electrónico, equipos de informática, telefonía, telecomunicaciones, etc. Bajo Normas DIN/VDE 0550-51 IEC 76/726 742 IRAM 2276 Doble aislamiento Primario/Secundario con Blindaje de Faraday Elevada aislamiento eléctrica: Mínima 3kV Gran resistencia de aislamiento: Mínima 4000 MΩ Capacidad Primario/Secundario menor que I nF Gran atenuación del Ruido eléctrico: mejor que 35 dB Optima regulación: Clase 3 Potencias ofrecidas: Monofásicos de 1 a 20 kVA, Trifásicos de 3 a 1500 kVA
Transformador de Aislamiento
Especificaciones para Transformadores de Aislamiento de Uso Hospitalario Para alimentación de Quirófanos y Salas de Cuidados Intensivos. Normas DIN/VDE 0550/51 VDE 0107 IEC 601-1 •Devanados gálvanicamente aislados. •Pantalla electrostática entre Primario/Secundario a terminal aislado. •Conexión para monitoreo de fuga. •Sensores de temperatura en las bobinas. •Corriente de inserción: < 8 veces la In •Tensión de cortocircuito: < 4% •Corriente de vacío: < 4% •Potencias Ofrecidas: Monofásicos de 1 a 15 kVA, Trifásicos de 3 a 15 kVA. Otras a pedido.
Transformador de Aislamiento de Uso Hospitalario
Ejemplo : • • • •
Pot : 5 kVA Prim.: 400V Sec.: 230V short-circuit voltage: max. 3% • Idle current: max. 3% • Starting current: max. 8-times In
Subestacion de Transformación • Transformador de aislamiento seco. • Salida en Baja Tensión con blindobarras compactas de baja impedancia.
Planta Siemens - San francisco
Transformador de Aislamiento Liquido • Liquid Filled Drives Isolation 1,000 kVA 12- Pulse • Primary 4.3kVA • Secondary 2,100A/2,100Y • 65°C Rise • Coppe Wound; Electro-Static Shield; Mineral Oil
