Construcción de un Transformador

Construcción del Transformador y Componentes Clave

Un transformador se compone principalmente de un circuito magnético, un circuito eléctrico, un circuito dieléctrico, un tanque y componentes auxiliares. Sus elementos principales son los devanados primario/secundario y un núcleo de acero, con el núcleo construido de acero silicio para formar una vía magnética continua. Los núcleos de los transformadores suelen ser laminados para minimizar las pérdidas por corrientes de Foucault.

Circuito Magnético

El circuito magnético consta del núcleo y la armadura, proporcionando una vía para el flujo magnético. Cuenta con un núcleo de acero laminado con dos bobinas aisladas (primaria y secundaria), ambas separadas entre sí y del núcleo.

• Material del Núcleo: Hojas de acero laminado o acero silicio, elegidas por sus bajas pérdidas por histéresis en densidades de flujo estándar.

• Términos Estructurales:

• Extremidades: Secciones verticales donde se enrollan las bobinas.

• Armadura: Secciones horizontales que conectan las extremidades para completar la vía magnética.

Circuito Eléctrico

El circuito eléctrico comprende los devanados primario y secundario, generalmente hechos de cobre:

• Tipos de Conductores:

• Conductores de sección transversal rectangular: Utilizados para los devanados de baja tensión y de alta tensión en transformadores grandes.

• Conductores de sección transversal circular: Empleados en los devanados de alta tensión de transformadores pequeños.

Los transformadores se clasifican según la construcción del núcleo y la disposición de los devanados en:

Construcción del Transformador de Núcleo Tipo Core

En el diseño del transformador de núcleo tipo core, el núcleo se forma mediante la laminación de estructuras de marco rectangulares. Las laminaciones suelen cortarse en tiras en forma de L, como se ilustra en la figura a continuación. Para minimizar la reluctancia magnética en las uniones de las laminaciones, las capas alternas se disponen en un patrón escalonado, eliminando las líneas de unión continuas y asegurando una vía magnética fluida.

Los devanados primario y secundario se intercalan para minimizar el flujo de fuga, con la mitad de cada devanado dispuesta lado a lado o concéntricamente en cada extremidad del núcleo. Durante la colocación, se inserta aislamiento de fórmica entre el núcleo y el devanado de baja tensión (LV), entre LV y el devanado de alta tensión (HV), entre las bobinas y la armadura, y entre la extremidad de HV y la armadura, como se muestra en la figura a continuación. El devanado de baja tensión se coloca más cerca del núcleo para reducir los requisitos de aislamiento, optimizando tanto la eficiencia de los materiales como la seguridad eléctrica.

Construcción del Transformador de Núcleo Tipo Shell

En un transformador de núcleo tipo shell, las laminaciones individuales se cortan en largas tiras en forma de E e I (como se muestra en la figura a continuación), formando dos circuitos magnéticos con un núcleo de tres extremidades. La extremidad central, que es el doble de ancha que las extremidades exteriores, lleva el flujo magnético total, mientras que cada extremidad exterior conduce la mitad del flujo, optimizando la eficiencia magnética y minimizando el flujo de fuga.

Diseño y Componentes del Transformador de Núcleo Tipo Shell

Estructura de Enrollado y Núcleo del Transformador de Núcleo Tipo Shell

El flujo de fuga en los transformadores de núcleo tipo shell se minimiza subdividiendo los devanados, reduciendo la reactancia. Los devanados primario y secundario se colocan juntos en la extremidad central: el devanado de baja tensión (LV) se sitúa adyacente al núcleo, con el devanado de alta tensión (HV) envuelto alrededor de él. Para reducir los costos de laminación, los devanados se preforman en formas cilíndricas, con las laminaciones del núcleo insertadas después.

Circuito Dieléctrico

El circuito dieléctrico comprende materiales aislantes que separan las partes conductoras. Las laminaciones del núcleo (de 0,35 a 0,5 mm de grosor para sistemas de 50 Hz) están recubiertas de barniz o una capa de óxido para minimizar las pérdidas por corrientes de Foucault y garantizar el aislamiento eléctrico entre capas.

Tanques y Accesorios

Conservador

Un tanque cilíndrico montado en el techo del tanque principal del transformador, el conservador actúa como un reservorio de aceite aislante. Acomoda la expansión del aceite durante la operación a plena carga, evitando la acumulación de presión a medida que fluctúa la temperatura.

Respiradero

Funcionando como el "corazón" del transformador, el respiradero regula la entrada de aire durante la expansión/contracción del aceite. El gel de sílice en su interior absorbe la humedad del aire entrante, preservando la calidad del aceite: el gel fresco azul se vuelve rosa a medida que se satura, con el gel seco capaz de reducir los puntos de rocío del aire por debajo de -40°C.

Ventilación de Explosión

Una tubería delgada de aluminio instalada en ambos extremos del transformador, la ventilación de explosión alivia la presión interna excesiva causada por aumentos súbitos de temperatura, protegiendo el transformador de daños.

Radiador

Unidades de radiador desmontables enfriadoras de aceite del transformador mediante convección natural: el aceite caliente asciende al radiador, se enfría y retorna al tanque a través de válvulas, manteniendo un ciclo de enfriamiento continuo.

Bocas de Entrada

Dispositivos aislantes que permiten que los conductores eléctricos pasen a través del tanque, las bocas de entrada resisten campos de alta tensión. Los transformadores pequeños utilizan bocas de entrada de porcelana sólida, mientras que las unidades grandes emplean bocas de entrada de tipo condensador llenas de aceite. La intrusión de humedad es el modo de falla principal, detectable mediante pruebas de factor de potencia (por ejemplo, la Prueba de Factor de Potencia Doble) que monitorean la degradación del aislamiento.