Transformadores de Potencia 101: Corriente de Inrush, Regulación de Voltaje y Más

¿Cuáles son los tipos de transformadores de potencia y cuáles son sus componentes principales?

Los transformadores de potencia están disponibles en varios tipos para satisfacer las demandas evolutivas de los sistemas de potencia. Se pueden clasificar como monofásicos o trifásicos según la configuración de fase; de tipo núcleo o de tipo carcasa según el arreglo relativo de los devanados y el núcleo; y de tipo seco, aire enfriado, circulación forzada de aceite con aire enfriado o agua enfriada según los métodos de refrigeración. En términos de aislamiento del punto neutro, los transformadores se categorizan como totalmente aislados o parcialmente aislados. Además, las clases de aislamiento de los devanados se designan como A, E, B, F y H según el tipo de material. Cada tipo de transformador tiene requisitos operativos específicos. Los componentes principales de un transformador de potencia incluyen el núcleo, los devanados, las cajas de conexión, el tanque de aceite, el conservador (almohadilla de aceite), el radiador y los accesorios asociados.

¿Qué es la corriente de inrush en transformadores y qué la causa?

La corriente de inrush se refiere a la corriente transitoria que fluye en los devanados del transformador cuando se aplica inicialmente el voltaje. Ocurre cuando el flujo magnético residual en el núcleo se alinea con el flujo magnético producido por el voltaje aplicado, lo que hace que el flujo total supere el nivel de saturación del núcleo. Esto resulta en una gran corriente de inrush, que puede alcanzar 6 a 8 veces la corriente nominal. La magnitud de la corriente de inrush depende de factores como el ángulo de fase del voltaje en la energización, la cantidad de flujo residual en el núcleo y la impedancia del sistema de alimentación. La corriente de inrush pico generalmente ocurre cuando el voltaje está en el cruce cero (correspondiente al flujo pico). La corriente de inrush contiene componentes DC y armónicos superiores y decae con el tiempo debido a la resistencia y reactancia del circuito, generalmente dentro de 5-10 segundos para transformadores grandes y aproximadamente 0.2 segundos para unidades más pequeñas.

¿Cuáles son los métodos de regulación de voltaje en transformadores?

Existen dos métodos principales de regulación de voltaje: cambio de tomas bajo carga (OLTC) y cambio de tomas sin carga (DETC).La regulación de voltaje bajo carga permite ajustar la posición de las tomas mientras el transformador está energizado y en operación, permitiendo un control continuo del voltaje al alterar la relación de vueltas. Configuraciones comunes incluyen toma en el extremo de línea y toma en el punto neutro. La toma en el punto neutro ofrece requisitos de aislamiento reducidos, pero requiere que el neutro esté firmemente conectado a tierra durante la operación.
La regulación de voltaje sin carga implica cambiar la posición de las tomas solo cuando el transformador está desenergizado o durante el mantenimiento.

¿Qué es un transformador totalmente aislado y qué es un transformador parcialmente aislado?

Un transformador totalmente aislado (también conocido como uniformemente aislado) tiene niveles consistentes de aislamiento a lo largo del devanado. En contraste, un transformador parcialmente aislado (o aislamiento graduado) presenta niveles de aislamiento reducidos cerca del punto neutro en comparación con los extremos de línea.

¿Cuál es la diferencia en los principios de operación entre los transformadores de voltaje y los transformadores de corriente?

Los transformadores de voltaje (VTs) se utilizan principalmente para la medición de voltaje, mientras que los transformadores de corriente (CTs) se utilizan para la medición de corriente. Las principales diferencias operativas incluyen:

• El lado secundario de un CT nunca debe estar en circuito abierto, pero puede estar en cortocircuito. Por el contrario, el secundario de un VT nunca debe estar en cortocircuito, pero puede estar en circuito abierto.

• Un VT tiene una impedancia primaria muy baja en relación con su carga secundaria, lo que lo hace comportarse como una fuente de voltaje. En contraste, un CT tiene una alta impedancia primaria y funciona como una fuente de corriente con resistencia interna efectivamente infinita.

• En operación normal, un VT opera con una densidad de flujo magnético cerca de la saturación, lo que puede disminuir durante fallas del sistema debido a la caída de voltaje. Un CT, sin embargo, opera a baja densidad de flujo en condiciones normales. Durante cortocircuitos, el aumento de la corriente primaria puede llevar al núcleo a una saturación profunda, aumentando los errores de medición. Por lo tanto, se recomienda seleccionar CTs con alta resistencia a la saturación.