El transformador, Autotransformador y Reactor

El transformador, Autotransformador y Reactor

En la vida cotidiana, todas las personas necesitan de la electricidad, para realizar sus funciones diarias, como por ejemplo en el hogar (aparatos como el refrigerador, estufas elctricas, planchas, licuadoras, etc.) la industria (en la utilizacin de motores, y luminarias), negocios, va pblica entre otros; la cual viene de un proceso de generacin, transmisin y distribucin de la energa elctrica.

Todo esto no hubiera sido posible gracias a la invencin del primer sistema de distribucin de la energa elctrica en corriente continua de Thomas Alba Edison, el cual sirvi para suministrar potencia a bombillas incandescentes a 120V.

Por desgracia este sistema de potencia gener y transmiti voltajes muy bajos y en el cual se requeran corrientes muy altas para suministrar cantidades de potencia significativas.

Las cuales a la larga, producan cada de tensin y prdidas de potencia en las lneas, para evitar este problema las industrias se localizaban muy pocas cuadras entre s.

Al no poder transmitir potencias a sitios lejanos y a voltajes DC bajos, signific que las estaciones generadoras fueran de baja capacidad, locales e ineficientes.

Una de las mquinas elctricas que solucion este problema, y desempea un papel fundamental en el proceso de produccin y utilizacin de la energa elctrica es el llamado Transformador, tambin denominado Trafo. La invencin del transformador (gracias a los principios de Michael Faraday), al igual que el desarrollo de fuentes de potencia alterna.

Principio de funcionamiento del TransformadorEl funcionamiento se puede explicar en por medio del transformador ideal.

El transformador es un dispositivo que no tiene partes mviles (es esttico o fijo), el cual transfiere la energa elctrica de un circuito u otro, bajo el principio de induccin magntica (Ley de Faraday).

La transferencia la hace por medio de valores de voltajes y corrientes. El propsito fundamental que hace un transformador, en pocas palabras es convertir la potencia alterna de un nivel de voltaje a otro nivel de voltaje (mayor o menor) de la misma frecuencia.

Tipos de Conexin y sus Aplicaciones:La transformacin trifsica de un transformador se puede realizar por medio de transformadores trifsicos o por medio de tres transformadores monofsicos en conexin trifsica.

Conexin Delta-Delta:En esta conexin no presenta desfasaje asociado a l ni problemas por las cargas desbalanceadas o las armnicas. Este tipo de conexin se usa para alimentar cargas de alumbrado pequeas y cargas trifsicas simultneas. Para poner en forma balanceada, se deben cumplir con las siguientes condiciones:Deben tener idntica relacin de transformacin.Deben tener la misma impedancia.Deben conectarse en el mismo tap.

Conexin Delta Abierta-Delta Abierta:La conexin trifsica Delta-Delta es la ms flexible, debido a que, en un estado de emergencia cuando un transformador se daa o se retira para servicio, la ventaja que se tiene es que los otros transformadores pueden continuar operando en conexin Delta Abierta o V, operando con un 58% de su totalidad.

Conexin Delta-Estrella:Este tipo de conexin se utiliza para alimentar, tanto como cargas trifsicas como cargas monofsicas, en donde las cargas grandes pueden ser grandes. Las ventajas es que no tienen problemas con los componentes de tercera armnica en sus voltajes ya que ellas son consumidas en una corriente circulante en el devanado de la parte de la delta.Una de las desventajas de este transformador es que debido a la conexin, ocasiona que el voltaje secundario atrase el voltaje primario 30, cuando se conectan en paralelo. Este tipo de Trafo se utiliza frecuentemente para elevar voltaje, como en el caso de las centrales elctricas, la conexin en Y permite la facilidad de disponer de un neutro para conexin a tierra.

Conexin Estrella-Delta: Este tipo de conexin tiene las mismas ventajas y desfasaje que la conexin Delta-Estrella (presenta el mismo desfasamiento de 30). Se usa con frecuencia para alimentar cargas trifsicas grandes de un sistema alimentado en estrella, una ventaja es que las impedancias en los tres trafos no necesitan ser iguales.Una limitante que presenta es que no puede alimentar cargas monofsicas y trifsicas en forma simultnea y no dispone del neutro.

Conexin Estrella-Estrella: Esta conexin se usa cuando se requiere alimentar grandes cargas monofsicas en forma simultnea con cargas trifsicas. Esta conexin presenta dos desventajas, las cuales suceden, si las cargas del circuito del transformador estn desbalanceadas, los voltajes de las fases del transformador pueden llegar a desbalancearse severamente y los voltajes de terceras armnicas pueden ser grandes. Estos dos problemas se solucionan poniendo slidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial los neutros de los devanados primarios.Adicionar un tercer devanado (terciario) conectado en Delta, al banco de transformadores (las componentes armnicas se suman al Delta, suprimindolas al provocar una corriente circulante).

Principales Componentes del TransformadorNcleo: Como sabemos que el ncleo, nos sirve para conectar magnticamente los devanados, se pueden dividir en:

Tipo Ncleo o ColumnaMonofsico: se tiene dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un yugo. Se utiliza en transformadores de distribucin de baja potenciaTrifsico: se tienen tres columnas dispuestas sobre el mismo plano unidas en sus partes inferior y superior por medio de los yugos. Se utilizan en transformadores de baja y alta potencia.

Tipo Acorazado: tiene la ventaja de reducir la dispersin magntica, en su caso ms comn en los transformadores monofsicos. Los devanados se localizan en la parte central. Se utilizan tanto para baja como para alta potencia.

Devanados: Son bobinas de cobre o aluminio cubiertas de un barniz aislante que se arrollan sobre el ncleo. En estos se genera o recibe el flujo que atraviesa el ncleo. Por la posicin de los devanados pueden ser concntricos, concntrico doble y alternado.

Asilamiento: El aislamiento del transformador sirve para envolver y separa a las bobinas del transformador, son de origen natural como papel, algodn, parafina y de origen natural pero inorgnico como el vidrio, porcelana y cermica.

Aceite: El aceite es usado como aislante y medio refrigerante para transmitir el calor de los devanados a las paredes del transformador y otras reas de disipacin.Tanque: el tanque del transformador es el recipiente metlico de seccin circular o cuadrado, que cubre y protege al transformador y es en donde se encuentra la mayor parte del mismo.

Radiadores: su funcin es disipar el calor producido, en la carcasa o tanque del transformador, evitando que los devanados no se calienten demasiado para que no quemarse y que el aceite no pierda sus propiedades.

Sistema de Preservacin de Aceite: Este tanque consiste de un recipiente fijo a la parte superior del transformador sobre el tanque o carcaza. Est destinado a recibir el aceite del tanque cuando ste se expande, debido al efecto del calentamiento por prdidas internas. Por lo tanto, algunos transformadores de potencia necesitan una cmara de compensacin de expansin del lquido aislante.Boquillas: se emplean para pasar de un conductor de alta o baja tensin, a travs de una superficie aterrizada, como es el caso del transformador, deben ser capaces de transportar las corrientes de los equipos del rgimen nominal y de sobrecarga, sobre tensiones y esfuerzos mecnicos.Cambiador de Derivaciones: son una serie de pequeas tomas en los devanados que permiten pequeos cambios en la relacin de vueltas del transformador, despus de haber salido de fbrica. Pudiendo tener intervalos de 2.5%, 5% y 10%.Gabinete de Control: sirven para la operacin y manejo del ventilador de enfriamiento, controlando la temperatura del transformador, as como para alumbrado (lmparas), bombas pequeas y como componentes diversos en aparatos elctricos y electrnicos.

AutotransformadorLos autotransformadores son transformadores donde una parte del devanado es comn tanto al primario como al secundario y su principio de funcionamiento es el mismo que el del transformador comn, entonces la relacin de transformacin entre las tensiones y las corrientes y el nmero de vueltas se mantiene. Las corrientes primaria y secundaria estn en oposicin y la corriente total que circula por las espiras en comn es igual a la diferencia de la corriente del devanado de baja tensin y el devanado de alta tensin. Existen autotransformadores reductores, como elevadores.

Ventajas: Menor costo, siempre y cuando la relacin de transformacin no exceda 3/1, menor tamao fsico, menor regulacin, corrientes de excitacin ms bajas y menores prdidas. Sus desventajas son: menor impedancia, diseo ms complejo y sus efectos adversos a la proteccin a tierra por los relevadores.

ReactoresLos reactores o inductores son bobinas en aire o con ncleo ferromagntico que poseen diversas aplicaciones en los sistemas elctricos. Su funcionamiento se basa en el principio de induccin electromagntica. Los reactores en derivacin de potencia absorben la energa reactiva de las lneas de transmisin y por lo tanto regulan el voltaje del sistema.

Externamente es idntico a un transformador, pero internamente cuenta slo con un devanado. Los reactores con ncleo ferromagnticos tienen una mejor caracterstica de impedancia lineal, esto significa una corriente ms senoidal derivada durante las condiciones de sobrevoltaje. Los reactores con ncleo de aire no tienen entrehierros por lo que no existen problemas de vibracin o de efector de borde comunes en los ncleos de reactores tipo columnas.En conclusin, las tres mquinas elctricas que mencionamos es decir, los transformadores, autotransformadores y reactores son dispositivos elctricos estticos o fijos,

Funcionan bajo el principio de la induccin magntica, teniendo partes en comn como el voltaje, la corriente, la frecuencia, los devanados, ncleo, y externamente son parecidos, pero con caractersticas nicas que son fundamentales para la transmisin y distribucin de energa elctrica tanto de pocas como grandes distanciasBibliografa:Elementos de Diseo de una Subestacin Elctrica. Gilberto Enriquez Harper. Edit. LIMUSAPruebas y Mantenimiento Elctrico. Gilberto Enriquez Harper. Edit. LIMUSAEl ABC de las Mquinas I. Transformadores. Gilberto Enriquez Harper. Edit. LIMUSAMquinas Elctricas. Sthepen J. Chapman. Edit. Mc Graw Hill