Los transformadores eléctricos son componentes esenciales de nuestros modernos sistemas de suministro eléctrico. Regulan la electricidad para nuestras instalaciones residenciales e industriales. Para regularla, su capacidad oscila entre 15 kVA y 500 MVA.
Con una diferencia tan grande en la capacidad, cada transformador necesita un material diferente para alcanzar una alta eficiencia. Este artículo le ofrece una visión general de los materiales de los transformadores. Comprender por qué se necesitan algunos materiales especiales para las piezas de los transformadores.
Diferentes piezas de los transformadores y sus materiales
Hay 12 componentes diferentes en un transformador que funcionan de forma coherente para regular y suministrar electricidad. Dado que la tarea principal de todos los componentes de los transformadores es ayudar a regular la electricidad, el material desempeña un papel importante debido a la conductividad eléctrica, que es una propiedad del material.
Devanado del transformador
Los devanados del transformador son los componentes principales de cualquier transformador, y cada transformador monofásico tiene como mínimo dos devanados. Un devanado primario que recibe la entrada y un devanado secundario que suministra la salida. El número de vueltas de cada devanado es lo que determina la regulación de la tensión.
El cobre es el material más utilizado para los devanados de transformadores de alta calidad, debido principalmente al principio de funcionamiento del devanado. La corriente eléctrica que fluye en el devanado primario desarrolla una inducción electromagnética en el núcleo del transformador.
El núcleo transfiere la inducción electromagnética al devanado secundario, donde se desarrollan la corriente y la tensión secundarios. La cantidad de corriente eléctrica y tensión que se desarrolla en el devanado secundario por la inducción magnética depende de su número de espiras.
Como todo este proceso depende de la capacidad del devanado para desarrollar y absorber el flujo electromagnético, es muy importante utilizar un material con una excelente conductividad eléctrica. El cobre, al ser un excelente conductor de la electricidad, produce y absorbe el flujo electromagnético de manera bastante eficiente.
La ductilidad del cobre es otra propiedad mecánica por la que se recomienda como material para devanados de transformadores. El devanado se realiza enrollando alambre de cobre alrededor del núcleo en múltiples vueltas. Por lo tanto, cuanto mayor es la ductilidad del material, más fácil es bobinarlo en el núcleo.
Otras propiedades del material, como la resistencia a la corrosión, la maleabilidad y la estabilidad química en entornos con altas temperaturas, hacen que el cobre sea una excelente opción para devanados de transformadores. Una desventaja del cobre es el coste del material. De todos los materiales conductores utilizados en la industria a gran escala, el cobre es el más caro.
Debido al alto coste del cobre, también se utiliza ampliamente un material alternativo llamado aluminio para el devanado de transformadores. El aluminio también es un buen conductor de la electricidad y es un material muy dúctil, por lo que es fácil de enrollar en el núcleo del transformador. El aluminio es un material ligero y tiene muy buena resistencia a la corrosión y alta estabilidad térmica.
Núcleo del transformador
El núcleo del transformador desempeña un papel importante en la regulación de la electricidad entre las estaciones de la red y las instalaciones de los consumidores. El núcleo ayuda a transferir de manera eficiente el flujo electromagnético del devanado primario al devanado secundario.
Una lámina laminada en frío de acero al silicio es el material más utilizado para los núcleos de los transformadores eléctricos. Este tipo de acero se utiliza específicamente para la fabricación de núcleos para transformadores de potencia y transformadores de distribución. El acero al silicio permite una inducción electromagnética altamente eficiente en el núcleo del transformador, lo que se traduce en un mayor rendimiento del transformador.
El acero tiene otra ventaja, que es su densidad: gracias a su alta densidad y conductividad eléctrica, el acero ofrece una alta densidad de flujo. El acero al silicio también minimiza la pérdida de energía en cada ciclo de magnetización durante el funcionamiento del transformador.
La aleación amorfa es otro material utilizado en la fabricación de núcleos de transformadores. Este material se utiliza especialmente para la fabricación de transformadores de distribución y transformadores instrumentados.
La razón principal por la que se utiliza este material es que ofrece muy pocas pérdidas en el núcleo, ya que induce muy pocas pérdidas por corrientes de Foucault gracias a su excelente conductividad eléctrica. Por esta razón, ofrece una alta eficiencia y es respetuoso con el medio ambiente.
La aleación nanocristalina es otro material para transformadores que se utiliza en transformadores específicos. Estos transformadores incluyen transformadores de energía renovable y transformadores de alta eficiencia. Estas aleaciones nanocristalinas son las mejores para ofrecer una estabilidad térmica muy alta y tienen una respuesta de frecuencia muy alta. El núcleo fabricado con este material también ofrece menores pérdidas en el núcleo y una buena densidad de flujo de saturación.
Aceite para transformadores
En un transformador, el aceite es crucial para la disipación del calor que produce el devanado del transformador. El aceite actúa como medio de transferencia de calor desde el devanado del transformador al tanque del transformador. Los aceites minerales se utilizan principalmente en transformadores con este fin de disipación del calor. Entre todos los aceites minerales, el aceite parafínico y el aceite nafténico son los dos aceites más utilizados para transformadores.
Hay algunas propiedades específicas que deben tenerse en cuenta al seleccionar el aceite para transformadores de tipo aceite. Durante el proceso de selección se tienen en cuenta propiedades eléctricas, químicas y físicas.
El aceite parafínico se obtiene de un tipo específico de petróleo crudo con un contenido muy bajo de cera, conocido técnicamente como n-parafina. Debido a este bajo contenido en cera, este aceite mineral tiene un punto de fluidez bajo y un punto de ebullición alto, de 425 °C. Una desventaja de este aceite es su tendencia a la corrosión, lo que limita su uso en soluciones de alta gama y de larga duración.
A diferencia del aceite parafínico, el aceite nafténico se obtiene del petróleo crudo con alto contenido en cera. Debido a ello, tiene un punto de fluidez alto en comparación con el parafínico y un punto de ebullición más alto, de 530 °C. Este alto contenido en cera y el petróleo crudo específico con el que se elabora hacen que el nafténico sea muy resistente a la oxidación. Una desventaja de este aceite es que la poca oxidación que se produce con el tiempo no es soluble en aceite.
Ambos aceites tienen excelentes propiedades eléctricas, ya que ambos son malos conductores de la electricidad. Ambos aceites tienen una alta rigidez dieléctrica, lo que significa que tienen un contenido de humedad muy bajo y necesitan un voltaje extremadamente alto para romper el contenido de aceite. En cualquier situación, el valor mínimo de la capacidad dieléctrica es de 30 000 voltios.
Tanque del transformador
El tanque del transformador es una de las partes más importantes de un transformador, ya que contiene todas las demás piezas importantes del mismo. Los tanques de los transformadores ayudan a irradiar el calor de forma segura al entorno y también ayudan a proteger piezas como el devanado y el núcleo de factores ambientales nocivos como la humedad.
Teniendo en cuenta el funcionamiento del tanque del transformador, en su fabricación se utilizan principalmente materiales como el acero al carbono, especialmente el acero con bajo contenido en carbono. Algunas de las grandes ventajas de utilizar acero con bajo contenido en carbono para la fabricación de tanques.
El acero con bajo contenido en carbono es uno de los materiales más fáciles de conseguir para la fabricación. Su soldabilidad y maquinabilidad hacen que este material sea muy fácil de trabajar, lo que reduce el coste de fabricación. Algunas desventajas del uso de acero con bajo contenido en carbono son que tiene propiedades magnéticas ligeras y muy poca resistencia al óxido y la corrosión.
El acero estructural es una excelente opción para cubrir todas las desventajas del acero con bajo contenido en carbono. No tiene propiedades magnéticas, por lo que es una excelente opción para la fabricación de tanques de transformadores. Su composición garantiza una alta resistencia a la corrosión, lo que asegura la protección del tanque y de todas las piezas internas del transformador frente al entorno externo.
El acero estructural es más caro y difícil de fabricar en comparación con el acero con bajo contenido en carbono, pero la calidad que ofrece lo convierte en la mejor opción para la fabricación de tanques de transformadores.
Aislamiento de transformadores
En un transformador, el devanado que se realiza en el núcleo del transformador se aísla del núcleo mediante un material aislante especial. Cada vuelta o capa de alambre de devanado también se aísla de las demás vueltas o capas mediante material aislante.
En los transformadores de tipo aceite, este material aislante es un papel especial, más parecido a un cartón muy fino que tiene buenas propiedades de resistencia al calor. El papel kraft es el más utilizado para este fin. Una hoja de papel colocada entre el núcleo y el devanado o entre cada capa de devanado proporciona un aislamiento completo y un montaje sin contacto de las piezas.
Este papel puede proporcionar aislamiento, pero no puede resistir todo el calor producido por el devanado. Para protegerlo del calor, siempre permanece sumergido en aceite para transformadores.
Conclusión
Los transformadores dependen de una amplia gama de materiales. Cada material se selecciona por sus propiedades específicas que permiten una regulación eficiente de la electricidad. Desde devanados de cobre hasta núcleos de acero al silicio, pasando por aceites especializados y papeles aislantes duraderos. Cada material tiene una función única que contribuye al rendimiento general, la seguridad y la longevidad del transformador.
La elección de los materiales adecuados garantiza el funcionamiento eficaz de los transformadores. Asegura que puedan soportar las condiciones ambientales adversas y, en última instancia, contribuye a la distribución estable y fiable de la electricidad necesaria tanto en entornos residenciales como industriales.
Seguimiento
Esperamos que nuestros fieles lectores hayan encontrado útil esta información para comprender mejor de qué están fabricadas las diferentes piezas de los transformadores. En DAELIM BELEFIC, diseñamos, desarrollamos y suministramos transformadores de todos los tipos y tamaños. Nuestro inventario incluye, entre otros, transformadores de potencia, transformadores de distribución y transformadores especiales para plantas de energía renovable.
Ofrecemos transformadores fabricados con diversos materiales. Daelim Belefic cuenta con instalaciones en Estados Unidos y China. Si tiene alguna pregunta sobre este tema o desea obtener más información, Contáctenos y nuestro equipo especializado le guiará a lo largo del proceso. Si tiene alguna pregunta sobre este tema o desea obtener más información, contáctenos y nuestro equipo especializado le guiará a lo largo del proceso.
