Los transformadores eléctricos se encargan de controlar y suministrar electricidad entre la estación de la red local y el hogar o la fábrica. Cada componente del transformador está diseñado, fabricado y montado para una regulación óptima de la potencia. Existen más de 14 componentes diferentes para transformadores, que analizaremos en detalle a continuación.
Cómo funcionan conjuntamente los diferentes componentes de los transformadores en los transformadores de aceite
Devanado del transformador
El devanado del transformador es un alambre metálico que se ha enrollado varias veces y se ha agrupado en una parte del transformador llamada núcleo. El alambre del devanado suele ser de cobre en los transformadores de alta calidad debido a la excelente conductividad eléctrica y ductilidad de este metal. El devanado también puede ser de aluminio para reducir el coste, pero con un rendimiento inferior.
Hay dos devanados diferentes en un transformador eléctrico: un devanado primario y un devanado secundario. El devanado primario está conectado a la red eléctrica local y el devanado secundario está conectado a la entrada de su hogar o fábrica.
En los transformadores monofásicos, hay un devanado primario y otro secundario. En los transformadores trifásicos, hay tres devanados primarios y tres secundarios.
La función principal del devanado del transformador es tomar la tensión y la corriente eléctricas de la estación de la red local y transferirlas a su hogar de forma controlada. El devanado controla la tensión y la corriente a través del número de vueltas del cable que se hace en el núcleo. El número de vueltas se controla mediante el cargador de derivación.
En la configuración elevadora, el número de espiras del devanado primario es menor que el del devanado secundario. En la configuración reductora, el número de espiras del devanado primario es mayor que el del devanado secundario.
En la configuración elevadora, los transformadores aumentan la tensión entrante. En la configuración reductora, reducen la tensión entrante y la suministran a su hogar.
Núcleo del transformador
El núcleo del transformador es un marco metálico sobre el que se enrolla y se apila el cable del transformador. El núcleo del transformador está fabricado con metal blando/ferroso, como el acero al silicio. La razón por la que está fabricado con metal blando es la función que desempeña el núcleo.
La función principal del núcleo es proporcionar una vía fácil para el flujo magnético que se desarrolla en el devanado. Esto ayuda a una conexión eficiente sin contacto entre el devanado primario y el secundario.
El metal blando proporciona una vía de baja resistencia para el flujo magnético, ya que ayuda a reducir las pérdidas por corrientes parásitas. También mantiene el flujo dentro del cuerpo del transformador. El devanado primario se realiza en un lado del núcleo, mientras que el devanado secundario se realiza exactamente en el lado opuesto del núcleo, donde se ha realizado el devanado primario.
El núcleo de un transformador monofásico es más sencillo en comparación con el núcleo de un transformador trifásico. El núcleo del trifásico está diseñado para permitir el apilamiento de tres bobinados primarios y tres secundarios diferentes, por lo que es más complejo que el núcleo de un transformador monofásico.
Material aislante
Dado que el devanado y el núcleo del transformador son ambos de metal, su conexión directa provocaría un cortocircuito en todo el transformador. Para evitarlo, se utiliza un material aislante, como papel especial o cartón, para establecer un montaje sin contacto entre el devanado y el núcleo.
Hay un material aislante entre el devanado y el núcleo para evitar la conexión directa. También hay otra capa de material aislante en la parte superior de la superficie del devanado. Esto es para evitar cualquier conexión involuntaria entre el devanado primario y secundario o cualquier otra parte del transformador de potencia.
Todas las demás conexiones también están aisladas mediante cables aislados o aislantes especiales. Esto se hace para evitar cortocircuitos dentro de los componentes del transformador y para garantizar un control y una transferencia seguros de la energía eléctrica.
Aceite del transformador
El mecanismo de funcionamiento del transformador es tal que genera mucho calor residual. La regulación de la corriente eléctrica y la tensión en el devanado primario y secundario es la principal causa de este calor. Este calor residual es tan intenso que puede dañar cualquiera o todos los componentes que no estén protegidos contra él.
Por lo tanto, para proteger los componentes y transferir el calor residual del devanado al entorno exterior, los transformadores utilizan aceite. También se denomina fluido refrigerante y, en algunos casos, lubricante. El aceite tiene un alto coeficiente de conductividad térmica. Por lo tanto, absorbe muy fácil y rápidamente el calor del devanado y lo transfiere al cuerpo del transformador. A continuación, el cuerpo irradia ese calor a la atmósfera circundante.
Tanque del transformador
Todas las piezas importantes del transformador, como el devanado y el núcleo, se colocan dentro de un tanque seguro llamado tanque del transformador. El tanque suele estar fabricado con acero de alta calidad que ha sido tratado superficialmente para aumentar su resistencia a la corrosión y otros factores ambientales. El objetivo principal de este tanque es sellar y aislar los componentes del transformador del entorno exterior.
El tanque no solo aísla el devanado y el núcleo, sino que también proporciona espacio y actúa como una bandeja para el aceite del transformador. El tanque también actúa como base para todas las demás piezas eléctricas del transformador, como el conservador, los tubos de refrigeración y los respiraderos.
Tubos de refrigeración
Como hemos mencionado anteriormente, el principio de funcionamiento del transformador produce mucho calor. El aceite del transformador se encarga de eliminar ese calor del devanado y transferirlo a la atmósfera exterior. Ahora bien, si el calor producido por el transformador es de tal intensidad que el aceite no puede eliminarlo de manera eficiente.
Entonces se añade al cuerpo del transformador una característica de diseño denominada tubos de refrigeración. Se trata de tubos huecos integrados en el tanque del transformador. El aceite del tanque se mueve a través de estos tubos mediante una bomba.
Estos tubos proporcionan una mayor superficie para la transferencia de calor del aceite al cuerpo del tubo y, a continuación, del cuerpo del tubo a la atmósfera exterior. Gracias a ello, ahora el aceite puede transferir el calor de los devanados a la atmósfera exterior de forma rápida y eficiente.
Conservador del transformador
El aceite del transformador, como cualquier otro material de la Tierra, se expande al calentarse y se contrae al enfriarse. Por lo tanto, a medida que aumenta la carga en el devanado del transformador, se genera más calor. Como resultado, el aceite se calienta más de lo habitual y se expande.
Para controlar esta expansión y contracción del aceite y proporcionarle suficiente espacio para moverse, se utiliza un recipiente especial llamado conservador. Se trata de un tanque cilíndrico conectado al tanque principal del transformador a través de un tubo.
El conservador se mantiene medio vacío para compensar la entrada de aceite. El conservador se instala en el tanque principal de manera que mantenga el tanque principal lleno de aceite. Esto hace que el sistema sea seguro y permite que el transformador disipe el calor adecuadamente.
Respiradero del transformador
En un transformador, cuando el aceite se expande debido al calor, empuja hacia fuera el aire presente en el conservador del transformador. Del mismo modo, cuando se enfría, aspira aire al volver del conservador al tanque principal.
El respiradero del transformador es una entrada de aire especialmente diseñada para los transformadores. Está unido al conservador del transformador y es el único lugar por donde puede entrar aire en el transformador. La función principal del respiradero del transformador es aspirar el aire y eliminar toda su humedad antes de permitir que entre en el conservador.
Para eliminar la humedad del aire fresco, se utiliza gel de sílice. Este llena completamente el respiradero y el aire solo puede entrar en el conservador después de pasar a través del gel de sílice. El gel absorbe completamente la humedad y solo entra aire seco en el transformador. Esto ayuda a evitar que el transformador se oxide y sufra otros daños ambientales causados por el aire húmedo.
Válvula de explosión del transformador
Durante el funcionamiento diario de los transformadores, puede producirse un evento que provoque un mal funcionamiento de los componentes del transformador. Este mal funcionamiento puede producir un calor adicional y hacer que el aceite del transformador hierva.
Este aceite hirviendo puede generar tal presión dentro del tanque del transformador que puede explotar. Para evitarlo, se hace un pequeño orificio de seguridad en la parte superior del conservador del transformador. Este orificio de seguridad permite liberar fácilmente la presión al permitir que el aceite hirviendo salga del conservador del transformador.
Normalmente se trata de una válvula unidireccional y el aceite solo puede salir del conservador a través de ella, sin que nada pueda entrar en el conservador a través de este orificio de seguridad.
Relé Buchholz del transformador
El relé Buchholz del transformador es un componente de seguridad. Supervisa los gases que pueden producirse en el interior del transformador debido al mal funcionamiento de los cables del devanado del transformador. Este relé se instala en el tubo que conecta el conservador del transformador y el tanque del transformador.
Cargador de derivación
El cargador de tomas es una parte importante del transformador. Se utiliza para aumentar o disminuir el número de vueltas del devanado del transformador, controlando así la regulación de la tensión del transformador.
Hay dos tipos principales de cargadores de tomas. Uno es un cargador de tomas en carga que puede aumentar o disminuir el número de vueltas del devanado sin desconectar el transformador de la estación de la red principal.
El otro es un cargador de tomas sin carga que solo puede cambiar el número de vueltas del devanado cuando el transformador está desconectado de la estación de la red y no se suministra energía al transformador.
Terminales del transformador
Los terminales del transformador son los puntos de conexión de un transformador. Son estos puntos desde donde los devanados del transformador, tanto primario como secundario, se conectan a la estación de la red y a la instalación local, respectivamente.
Un extremo de estos terminales está conectado al devanado del transformador y no es visible desde el exterior. El otro extremo de estos terminales es fácilmente visible desde el exterior, en la parte superior del transformador. Estos extremos de los terminales están diseñados específicamente para facilitar la instalación fácil y segura de circuitos eléctricos utilizando las líneas eléctricas que provienen de la estación de la red local.
Componentes del transformador de tipo seco
Los transformadores de tipo seco son aquellos que no dependen ni tienen aceite alrededor de su devanado para fines de refrigeración y aislamiento. El principio de funcionamiento de estos transformadores es exactamente el mismo que el de los transformadores estándar de tipo oleoso, pero tienen menos componentes en comparación con los transformadores de aceite.
Los transformadores de tipo seco no contienen aceite, por lo que no necesitan un conservador, tubos de refrigeración ni respiraderos. Para compensar estas piezas y realizar la refrigeración necesaria del devanado y el núcleo, los transformadores de tipo seco tienen las siguientes piezas además de las piezas estándar de un transformador.
Aislamiento del devanado
El devanado de los transformadores de aceite está aislado y protegido de la humedad mediante el uso de aceite. En los transformadores de tipo seco se hace lo mismo utilizando materiales aislantes como epoxi o barniz de poliéster.
Cuando se aplican al devanado, estos productos químicos forman una capa de material resistente al calor sobre el devanado. Esta capa aísla completamente el devanado del entorno exterior, protegiéndolo así de la humedad.
Ventilador de refrigeración
Para eliminar el calor, un transformador estándar utiliza aceite, pero en los transformadores de tipo seco se utiliza un ventilador de refrigeración. Los ventiladores toman aire fresco de un lado del tanque del transformador y lo soplan con fuerza sobre el devanado aislado.
Esto produce un fenómeno de convección forzada de transferencia de calor que, a su vez, enfría el devanado del transformador. Como los devanados están aislados, no hay problema de humedad en el aire que se sopla sobre ellos.
Conclusión
En conclusión, los componentes del transformador funcionan en perfecta armonía para regular y suministrar electricidad de forma eficaz a su hogar. Las partes clave del transformador, como el devanado, el núcleo, los materiales aislantes y el aceite, desempeñan un papel crucial para garantizar una transferencia de energía fluida entre la estación de la red y su hogar.
El devanado transfiere la tensión y la corriente, el núcleo proporciona una ruta de flujo magnético y el aceite ayuda a disipar el calor generado durante el funcionamiento.
Elementos adicionales como el tanque del transformador, el conservador, los tubos de refrigeración y el cargador de derivación contribuyen aún más al funcionamiento eficiente, mientras que las características de seguridad, como el respiradero y la válvula de explosión, evitan daños.
Cada componente es esencial para garantizar el rendimiento óptimo del transformador y el suministro seguro de electricidad.
Próximos pasos
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