Un transformador es una máquina electromagnética, cuya función principal es la de aumentar o disminuir la magnitud del voltaje en un circuito eléctrico; se puede considerar que un transformador es de potencia cuando su potencia aparente es mayor de 500 KVA. 

El transformador de potencia es un importante componente de los sistemas de potencia, que permite la transmisión económica de la potencia eléctrica con una alta eficiencia y bajas caídas de tensión en serie. 

Mediante su uso se pueden mantener niveles bajos de corriente, y por tanto, pérdidas I²R bajas y también bajas caídas de tensión IZ. 

Los transformadores de potencia llevan la tensión y la corriente de ca hasta niveles óptimos para la generación, transmisión, distribución y utilización de la potencia eléctrica 

Los transformadores de potencia de hoy en día tienen una eficiencia casi del 100% y con capacidades nominales hasta de 1300MVA o más. Usualmente se considera un transformador de potencia cuando su capacidad es de un valor a partir de: 500 KVA, 750 KVA, 1000 KVA, 1250 KVA, hasta potencias del orden de 500 MVA monofásicos y de 650 MVA, 900 MVA, trifásicos. Estos últimos operan en niveles de voltaje de 500 KV, 525 KV y superiores. 

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y DE OPERACIÓN:   ■ Los transformadores de potencia, generalmente se instalan para acoplar circuitos trifásicos de diferente tensión. estos transformadores pueden estar constituidos por tres unidades trifásicas independientes o tres bobinas devanadas sobre un mismo núcleo. ■ Se utilizan también bancos trifásicos. Debe analizarse que es lo mas conveniente considerando los niveles de tensión, las potencias, la energía transformada, el acceso al sitio de instalación las exigencias de las entidades pertinentes, sobre ancho de vía, resistencia de puentes, altura y ancho de túneles, capacidad de los medios de transporte disponibles, flexibilidad de operación y continuidad del servicio. 

Generalmente estos transformadores están instalados en subestaciones para la distribución de la energía eléctrica. Efectuando la tarea intermediadora entre las grandes centrales de generación y los usuarios domiciliarios o industriales; que consiste en reducir los altos niveles de voltaje [con el cual es transmitida la energía] a magnitudes de voltaje inferiores, que permiten derivar circuitos a los usuarios en medias o bajas tensiones. 

También se da una aplicación similar, en las grandes centrales de generación, donde los transformadores de potencia, elevan los niveles de voltaje de la energía generada a magnitudes de voltaje superiores, con el objeto de transportar la energía eléctrica en las líneas de transmisión. 

Otros transformadores de potencia, realizan una función dedicada o cautiva, cuando

alimentan un solo equipo exclusivamente. Por ejemplo en una industria pesada, un transformador toma energía a nivel de 13.200 Voltios y la transforma a 4.160 Voltios (4.16 KV), para alimentar un motor de 5.000 (HP). 

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PARTES DEL TRANSFORMADOR Las partes que componen un transformador son clasificados en cuatro grandes grupos, los cuales comprenden: 1. Circuito magnético (núcleo) 2. Circuito eléctrico (devanados) 3. Sistema de aislamiento (en aceite o seco) 4. Tanque y accesorios 

Accesorios: Los accesorios del transformador son un conjunto de partes y dispositivos necesarios en las labores de operación y mantenimiento. 

Tanque conservador: Es un tanque adicional colocado sobre el principal, cuya función es absorber la expansión del aceite debido a los cambios de temperatura por los incrementos de carga. 

Bushings: son aisladores terminales de las bobinas de alta y baja tensión que se utilizan para atravesar el tanque o la tapa del transformador, o más conocidos como pasa tapas. 

Válvulas: conjunto de dispositivos que se utilizan para el llenado, mantenimiento, vaciado y muestreo del aceite del transformador. Esto último con el fin de conocer la rigidez dieléctrica del mismo. 

Tablero: es un gabinete dentro del cual se encuentran los controles y protecciones de los motores de las bombas de aceite, de los ventiladores, de la calefacción del tablero, del cambiador de derivaciones bajo carga, etc. 

■ Cambiador de derivaciones (o taps). ■ Válvula de muestreo de aceite. ■ Termómetros. ■ Indicadores de niveles de aceite ■ Relevador buchholz. ■ Ventiladores, etc. 

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Tipos de Refrigeración en Transformadores de Potencia: [pic] Es habitual dotar al transformador de sistemas de refrigeración basados en bombas de aceite y ventiladores de aire, pero manteniendo una determinada capacidad de transformación cuando falla alguno de ellos. En la tabla, se resumen los distintos tipos de sistemas de refrigeración más habituales empleados en transformadores sumergidos en aceite. 

Transformadores: ventajas y desventajas: 

Ventajas de los transformadores en aceite: • menor costo unitario. • menor nivel de ruido, • menores pérdidas de vacío • mejor control de funcionamiento • pueden instalarse a la intemperie • buen funcionamiento en atmósferas contaminadas • mayor resistencia a las sobretensiones, y a las sobrecargas prolongadas. 

Ventajas de los transformadores secos: • menor coste de instalación • mucho menor riesgo de incendio. • Los materiales empleados en su construcción (resina epoxi, polvo de cuarzo y de alúmina) son auto-extinguibles, y no producen gases tóxicos o venenosos. [pic] 

MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA El análisis periódico del aceite aislante es una herramienta clave para monitorear el estado del transformador; el mismo no sólo provee información relativa al estado del aceite sino que también posibilita la detección de posibles causas de falla en el equipo. 

El programa de mantenimiento puede incluir: 

1) Análisis de gases disueltos: Identificando y cuantificando los gases disueltos en el aceite por cromatografía gaseosa. Las concentraciones y proporciones relativas de los gases son utilizadas para diagnosticar ciertas fallas operacionales del transformador. 

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La detección de ciertos gases generados y disueltos en el aceite de un transformador es la primer evidencia disponible sobre un problema incipiente que puede conducir en el futuro a una eventual falla y salida de servicio del mismo. Arcos internos, corona en aceite, falsos contactos, sobrecargas severas, son algunos de

los factores que pueden producir estos gases. Estas condiciones pueden producirse en forma individual o simultáneas produciendo gases combustibles y no combustibles. 

Es importante aclarar también que el funcionamiento normal de un transformador puede producir gases aún siendo estos combustibles, motivo por el cual se debe realizar una detallada evaluación antes de emitir un diagnóstico. 

Es posible determinar con cierto grado de certeza el motivo por el cual se generan estos gases a través de diversas técnicas desarrolladas a partir del conocimiento de la composición de los gases disueltos presentes en el aceite. 

Conviene aclarar que el análisis de estos gases y la interpretación de su significado no es una ciencia exacta ya que la presencia de los mismos es dependiente de variables propias del transformador tales como, ubicación y temperatura de la falla, solubilidad y grado de saturación de los gases en el aceite, tipo y velocidad de circulación del aceite como refrigerante, y finalmente las variables asociadas a la toma de muestra y procedimientos de medición de gases. 

Estas variables además nos permite normalizar las condiciones límites de gases para el funcionamiento normal de un transformador. 

FORMACION DE GASES Las dos causas principales en la formación de gases dentro de un transformador en operación son las alteraciones térmicas y eléctricas. El calentamiento en los bobinados y conductores (efecto Joule) producen gases debido a la descomposición térmica del aceite y de la aislación sólida. 

También, como dijimos anteriormente, se producen gases por la descomposición térmica del aceite y la aislación cuando se producen arcos de alta energía y generalmente por bombardeo iónico (descargas de muy baja energía y sin calor asociado) debido a descargas parciales o corona en el aceite. Otras fuentes generadoras de gases lo son los falsos contactos, mala puesta a tierra del núcleo, tensores pasantes en el núcleo mal aislados, etc. 

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TOMA DE MUESTRA: Como dijimos anteriormente una de las variables a tener en cuenta en la exactitud del ensayo es la toma de muestra, por lo que para asegurar que las muestras sean representativas del aceite que se quiere analizar, la realización del muestreo deberá seguir una estricta rutina. En caso contrario, los resultados del análisis pueden conducir a conclusiones falsas sobre el estado del mismo. Una muestra para la realización de un ensayo cromatográfico consiste simplemente en

una jeringa de 50 cm3. Siempre es recomendable tomar al menos dos muestras. La jeringa deberá ser de vidrio con vástago esmerilado y tapón cónico también de vidrio esmerilado. 

2) Análisis de furanos: Se evalúa en forma indirecta el estado de la aislación sólida (celulosa). Se mide por cromatografía líquida la concentración en aceite de compuestos furánicos que se producen cuando la celulosa envejece. La descomposición térmica de la aislación celulósica impregnada con aceite dentro de un transformador produce principalmente monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2 – gas no combustible), como así también agua (H2O), algo de hidrógeno (H2) y metano (CH4). 

Ante la presencia de cantidades importantes de CO y CO2, un análisis de los furfuraldehídos presentes en el aceite dará una idea más exacta del estado de la aislación sólida. En efecto, los compuestos furfuraldehídos están directamente relacionados con la descomposición térmica de la celulosa, mientras que el monóxido y dióxido de carbono, a pesar de ser generados a partir del sobrecalentamiento de la celulosa, no necesariamente implican por sí solos un estado de degradación de la misma. Las técnicas de determinación de los furfuraldehídos descriptas en la IEC 1198 (1993) se están convirtiendo en una práctica común y por lo tanto el costo de estos ensayos está bajando continuamente. 

3) Rigidez dieléctrica: Se mide la máxima tensión que puede ser aplicada al aceite sin producir descargas. Un valor bajo de rigidez dieléctrica generalmente ocurre cuando hay humedad y partículas en el aceite y es indicativo de que éste no está en condiciones de proveer el aislamiento eléctrico necesario. 

Objetivo. Comprobar que el aceite usado como líquido aislante de un transformador cumpla con las especificaciones eléctricas necesarias para ser usado. Y prevenir la contaminación con humedad del aceite e impurezas. Instrumentos de medición El instrumento de medición a emplear para este tipo de prueba es el probador digital de rigidez dieléctrica o probador de la copa marca HIPOTRONICS completamente automático y provisto con un rango máximo de salida de 0 - 60 kV entre 2 boquillas y de 30 kV entre boquilla y tierra con un rango de medición de 3.5 dígitos en la escala de kV con una proporción de aumento de tensión aplicada de 500, 2000 o 3000 Volts por segundo (vps). Normas de referencia. as presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas: NMX-J-123/1-ANCE-1999 "Aceites minerales aislantes para transformador" Parte 1: especificaciones NMX-J-123/2-ANCE-1999 "Productos eléctricos - transformadores " Parte 2: Muestreo y métodos de prueba. Metodo de prueba. 

El método de prueba es directo a la muestra con equipo de medición, bajo la norma ASTM-D 877. Procedimiento. El aceite de un transformador cumple con 2 funciones elementales como lo son el enfriado y aislamiento de los devanados eléctricos para mejor su eficiencia y correcto funcionamiento. Como el aislante estará sometido a grandes tensiones de operación es necesario que cumpla con una prueba de tensión disruptíva mínima que se pudiera presentar y de este modo prevenir percances que pudieran ser más costosos. Esta prueba se realiza mediante un probador de rigidez dieléctrica: [pic] Panel frontal del probador de rigidez dieléctrica del aceite 

Criterios de aprobación. Para un probador de rigidez dieléctrica de electrodos planos con una separación de 2.54 mm, el promedio de 5 muestras de aceite deberá soportar favorablemente una tensión de 30 kV como mínimo para que sea considerado como bueno para su uso. Además la relación de la desviación estándar de las 5 lecturas entre la media debe ser menor a 0.1 para considerar la prueba como satisfactoria, de lo contrario se deberán repetir las pruebas para otras 5 muestras. Para un probador de rigidez dieléctrica de electrodos semiesféricos con separación de 1.02 mm, una muestra de aceite debe soportar favorablemente una tensión de 20 kV como mínimo para que sea considerado como bueno para su uso. Reporte de presentación de resultados El reporte de presentación de resultados de la prueba de rigidez dieléctrica del aceite contiene la información de la lectura de las 5 muestras, el promedio, la desviación estándar y la relación de la desviación estándar entre la media. Deberá contener todas las lecturas que fueran necesarias para obtener resultados satisfactorios o de lo contrario, se deberá realizar el cambio de aceite del transformador. 

4) Contenido de partículas: La presencia de partículas en aceite afecta su rigidez dieléctrica, su medición es de suma importancia para tensiones superiores a 220 kV. 

5) Contenido de agua: El aumento de contenido de agua en aceite disminuye sensiblemente su nivel de aislación, pudiendo ocasionar descargas. Por otra parte la humedad excesiva puede acelerar la descomposición del papel aislante. 

6) Factor de potencia (Tangente Delta): Se miden las corrientes de fuga a través de los contaminantes presentes en el aceite y es capaz de detectar la presencia de contaminantes polares y polarizables, siendo indicativo de las pérdidas de las características dieléctricas en el aceite. 

7) Contenido de inhibidor antioxidante: En los aceites inhibidos una vez que se ha consumido el inhibidor sintético, la velocidad de oxidación aumenta. El control del contenido inhibidor prolonga la vida útil del aceite. 

8) Análisis de contenido de PCB´s: La entidades de Medio Ambiente y Recursos Naturales establecen en las leyes vigentes, que todo material conteniendo Bifelinos Policlorados (BPC's) en concentración mayor a 50 PPM es un Residuo Peligroso, y por lo tanto debe de ser descontaminado como medida de protección ambiental y conservación de nuestro ecosistema. 

Un PCB es un hidrocarburo sintético, con contenido de cloro, fue desarrollado en la década de 1920 para transformadores en áreas cerradas o peligrosas debido a su alto punto de inflamación y estabilidad química, conocido comúnmente como ASKAREL o PCB. 

Durante los años 70's, se determino que los Bifenilos Policlorados tenían características tóxicas nocivas para el hombre, por lo que quedo prohibida su fabricación internacionalmente y se comenzó a establecer la normatividad necesaria para su control, manejo y disposición. 

A pesar de que el BPC no se reproduce, su presencia solamente es detectada mediante análisis de laboratorio "Cromatografía de Gases", por lo que es fácil contaminar equipos con este compuesto cuando no se toman las precauciones conducentes. El manejo y disposición de BPC a solamente puede ser realizado por empresas que cuenten con la Autorización Correspondiente. 

9) Termografía: Mediante equipos de monitoreo en tiempo real de termografía infrarroja, es posible dar un buen diagnóstico de las condiciones reales de operación de los transformadores de potencia para garantizar la disponibilidad y confiabilidad, evitando que ocurran fallas inesperadas. [pic] PROCESO DE FILTRADO Y DESGASIFICADO AL ALTO VACÍO DE TRANSFORMADORES EN ACEITE. El transformador es el equipo eléctrico con el cual el usuario comete mayores abusos, lo trabajan a sobrecargas continuas, se le protege inadecuadamente y si se le dedica un período de mantenimiento, éste por lo general es pobre. Por supuesto que estos abusos se comenten a título de que el transformador es un aparato estático y que construido correctamente, sus posibilidades de fallas son mínimas. Sin embargo, tales abusos se reflejan en una disminución considerable de la vida útil del aparato. Entrando en materia, la humedad presente en el aceite, se puede originar por el aire que inhala el transformador durante su proceso de trabajo, por fallas en sus juntas y fugas en general. El contenido de agua en el aceite, se define en partes por millón, 1,000 partes por millón (ppm)= 1% humedad. Se dice que un aceite está en equilibrio, cuando su contenido de humedad es igual a 40 ppm, (0.04% de humedad),. Bajo esta condición, ni el aceite cede su humedad a los aislamientos, ni éstos la ceden al aceite. Al romperse la condición de equilibrio, es decir aumentarse el valor de contenido de humedad en el

aceite, se obtienen los siguientes resultados: • 1. El aceite cede su humedad a los aislamientos, lo cual da por resultado que se incremente su valor de factor de potencia y sus pérdidas, lo que se traduce en envejecimiento y destrucción. • 2. El incremento de humedad de aceite, da por resultado una disminución en su valor de voltaje de ruptura o rigidez dieléctrica. Con valores de contenido de agua de 60 ppm., el valor de rigidez dieléctrica se disminuye en un 13%. El aceite se satura, cuando su contenido de humedad es de 100 ppm, (0.1%). Bajo esta situación, cualquier adición en humedad será absorbida por los materiales fibrosos del transformador, como son: cartones, papeles aislantes y maderas. De lo antes expuesto, concluimos que la inspección de un aceite aislante, debe abarcar al menos: • Contenido de humedad. • Acidez. • Rigidez dieléctrica. • Presencia de lodos. Si al realizar las pruebas Físico - Químicas y Cromatografía de Gases al aceite, estas nos arrojan valores no favorables, entonces se procederá a realizar el Filtrado y Desgasificado al alto vacío del mismo, siendo el proceso de la siguiente forma: FILTRADO Y DESGASIFICADO DE ACEITE A TRANSFORMADOR. 1. OBJETIVO DEL SERVICIO. Mantener al aceite aislante del transformador en condiciones adecuadas de acuerdo a las especificaciones establecidas. 2. PROCEDIMIENTO. El proceso del filtrado desgasificado se hace a todo tipo de transformadores que contengan aceite aislante ya sea parafínico o nafténico. Es decir, transformadores de pequeña, mediana y alta capacidad que podrán ser cualquier marca y de cualquier tensión. • CALENTAMIENTO AL ACEITE.- Eliminándose humedad contenida, así mismo provocando su dilatación. • PURIFICACIÓN MECANICA.- A base de fuerza centrífuga, en este se efectuará la separación de sólido-liquido (partículas de suspensión sedimentos etc.) y la más importante líquido-líquido. • PROCESO DE FILTRACIÓN.- A base de cartuchos de asbesto de celulosa en este se eliminan y / o se retienen partículas mayores de 5 micras (separación líquido-sólido). • PROCESO DE ALTO VACIO.- Con capacidad de 575 mm de Hg. En este se almacenan gases, burbujas, desareación, rompimiento de tensión superficial y deshidratación del aceite. 3. EQUIPO UTILIZADO. Se usa un equipo de filtración al alto vacío, con sistema de calentamiento y con capacidad Necesaria para realizar al recírculado en un tiempo normal (que depende de la cantidad de aceite aislante a tratar). 4. RESULTADOS. Mejora las propiedades dieléctricas del aceite como su rigidez dieléctrica, tensión

interfacial, disminuir el contenido de ppm. de agua, mejorar su factor de potencia y reducir sólidos. 5. RECOMENDACIONES. Se recomienda que el tratamiento de aceite se efectué por lo menos una vez al año, y si el medio ambiente es muy contaminado dos veces al año. Así mismo se recomienda que haga un análisis completo al aceite. CAMBIO DE ACEITE. El aceite aíslate se deteriora por la acción de la humedad, del oxígeno, por la presencia de catalizadores (cobre) y por temperatura. La combinación de estos elementos, efectúan una acción química en el aceite, que da como resultado, entre otros, la generación de ácidos que atacan intensamente a los aislamientos y a las partes mecánicas del transformador. De esta acción química resultan los lodos que se precipitan en el transformador y que impiden la correcta disipación del calor, acelerando por lo tanto el envejecimiento de los aislamientos y su distribución. La humedad presente en el aceite, se puede originar por el aire que inhala el transformador durante su proceso de trabajo, por fallas en sus juntas y fugas en general. También se genera por descomposición propia del aceite y de los aislamientos. Un aceite muy contaminado es aquél que presenta los siguientes valores • Contenido de humedad igual o mayor que 80 ppm. • Acidez igual o mayor que 0.2 mg. del número de neutralización de la potasa cáustica. • Rigidez dieléctrica, menor o igual a 22 KV. • Se reporta presencia de lodos. Bajo tal condición de contaminación, es recomendable sustituir el aceite, para lo cual se debe disponer lo siguiente: • Sacar la parte viva en caso de que este en taller. • Desechar el aceite (Se hace el vaciado en Tambos de 200 lts, bajo normas). • Limpiar tanque con aceite nuevo en su interior. • Limpiar parte viva con aceite nuevo y secarla si estuviese en taller. • Sellar y llenar a vacío con aceite nuevo. Lo eficiente del servicio dependerá de la periodicidad del mismo. Si bien es reconocido que un mantenimiento preventivo realizado en plazo de cada seis meses, es un buen servicio para el transformador en aceite, creemos que éste será mejor si disminuimos el tiempo transcurrido entre uno y otro, y el o del mismo dependerá de si se lleva o no un registro de operaciones y resultados. 

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TRANSFORMADOR DE POTENCIA 

Un transformador de potencia es aquel que maneja grandes magnitudes de voltio amperios VA, los cuales se expresan en KVA [kilo voltio amperios] o en MVA [mega voltio amperios]. 

Usualmente se considera un transformador de potencia cuando su capacidad es de un

valor a partir de: 500 KVA, 750 KVA, 1000 KVA, 1250 KVA o 1.25 MVA, hasta potencias del orden de 500 MVA monofásicos y de 650 MVA trifásicos, 900 MVA. Estos últimos operan en niveles de voltaje de 500 KV, 525 KV y superiores. 

Generalmente estos transformadores están instalados en subestaciones para la distribución de la energía eléctrica. Efectuando la tarea intermediadora entre las grandes centrales de generación y los usuarios domiciliarios o industriales; que consiste en reducir los altos niveles de voltaje [con el cual es transmitida la energía] a magnitudes de voltaje inferiores, que permiten derivar circuitos a los usuarios en medias o bajas tensiones. 

También se da una aplicación similar, en las grandes centrales de generación, donde los transformadores de potencia, elevan los niveles de voltaje de la energía generada a magnitudes de voltaje superiores, con el objeto de transportar la energía eléctrica en las líneas de transmisión. 

Otros transformadores de potencia, realizan una función dedicada o cautiva, cuando alimentan un solo equipo exclusivamente. Por ejemplo en una industria pesada, un transformador toma energía a nivel de 34.500 Voltios (34,5 KV) y la transforma a 4.160 Voltios (4.16 KV), para alimentar un motor especial de 5.000 caballos (HP). 

PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA 

1. NÚCLEO MAGNÉTICO El núcleo constituye el circuito magnético que transfiere la energía de un circuito a otro y su función principal es la de conducir el flujo magnético. Esta construido por laminaciones de acero al silicio (4%) de un grueso del orden de 0.355 mm de espesor con un aislante de 0.0254 mm. 2. BOBINADOS PRIMARIO, SECUNDARIO, TERCIARIO, ETC. Interior de un transformador en el que se ven los bobinados. Los bobinados o devanados constituyen los circuitos de alimentación y carga. La función principal del devanado primario es crear un campo magnético con una pérdida de energía muy pequeña. El devanado secundario debe aprovechar el flujo magnético para producir una fuerza electromotriz. Los bobinados pueden ser monofásicos o trifásicos. Dependiendo de la corriente pueden ser desde alambre delgado, grueso o barra. los materiales comúnmente utilizados son cobre y aluminio 

PARTES AUXILIARES 1. TANQUE, RECIPIENTE O CUBIERTA El material utilizado en la fabricación de los tanques es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad, el cual es preparado en máquina de corte, punzonadoras, troqueladoras y dobladoras, las cuales son unidas posteriormente en un proceso de soldadura MIG. Adicional a lo anterior, generalmente es utilizado en el área de las boquillas de baja tensión, acero inoxidable según código AISI-304, para servir como

medio diamagnético al paso de corrientes superiores a los 1000 A. La mayoría cuentan con un sistema mecánico de preparación de superficie, utilizando el proceso de limpieza por medio de balanceo de granalla angular, con el cual se obtiene el anclaje adecuado para la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos y de acabado, los cuales consisten en varias capas aplicadas por aspersión. 2. BOQUILLAS TERMINALES La boquilla permite el paso de la corriente a través del transformador y evita que haya un escape indebido de corriente. 3. MEDIO REFRIGERANTE La eficiencia de la refrigeración es un factor fundamental que determina la seguridad operacional y el tiempo de vida útil de un transformador de potencia. El sistema utilizado con mayor frecuencia en transformadores menores es la refrigeración natural, donde el calor es absorbido por el aceite y disipado en el aire a través de radiadores. En otros sistemas los radiadores son adicionalmente refrigerados por medio de ventiladores. El sistema de refrigeración puede también consistir de varios radiadores separados y/o con intercambiadores aceite/agua. La refrigeración puede aún ser incrementada por medio del flujo direccionado del aceite. 4. CONMUTADORES Y AUXILIARES Para adecuar la relación de tensión a las condiciones del sistema, los transformadores están provistos de una bobina especial con derivaciones. La relación de tensión puede ser alterada a través de un conmutador en vacío estando el transformador desenergizado, o por un conmutador de derivaciones en carga con el transformador energizado. Accionamientos motorizados son usados para operar los conmutadores, posibilitando comando local o a la distancia, inclusive con control automático de tensión. 5. INDICADORES. Los indicadores son aparatos que nos señalan el estado del transformador. Por ejemplo, marcan el nivel del líquido, la temperatura, la presión, etc 

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos: • Uno, constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de corriente alterna y recibe el nombre de primario. • Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario. Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador. [pic] 

El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz (E2). Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. por lo tanto en

ellas se va a inducir una fuerza contraelectromotriz (E1), que se opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de corriente I1 [pic] [pic] Cuando se le aplica carga (R) al bobinado secundario, circula por él la intensidad de corriente I2, la cual produce el flujo magnético Ф2, opuesto al Ф1, por lo tanto reduce el flujo resultante en el núcleo dando como resultado que la fuerza contraelectromotriz disminuya y la intensidad de corriente I1 aumente. Se observa como un aumento de la corriente en el secundario (I2) provoca un aumento de la corriente en el primario (I1), sin que exista conexión eléctrica entre ambos bobinados. [pic] Dado que la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional al flujo inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento en la corriente I1. 

CARACTERISTICAS DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA • Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA • Tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 KV • Frecuencias de 50 y 60 Hz 

Protección de transformadores de potencia 

Fallas en la parte interior ( devanados y conexiones) Las fallas eléctricas en los devanados que pueden causar daño en forma inmediata se clasifican en la forma siguiente: 1) Fallas entre las espiras adyacentes de un mismo devanado ( elevado voltaje y bajo voltaje ) o también fallas de fase en la parte exterior o en los devanados mismo, o corto circuito entre espiras de alto voltaje y bajo voltaje. 2) Fallas a tierra a través de todo el devanado, fallas a tierra en los terminales externos de alto o bajo voltaje. Estas fallas se detectan por un desbalance en las corrientes o en los voltajes y su inicio tiene orígenes diversos, por ej. una falla entre espiras se puede originar con un punto de contacto resultante de las fuerzas mecánicas o del deterioro del aislamiento debido a sobrecarga excesivas, ruptura dieléctrica del aislamiento del transformador debido a algún impulso de tensión. Las fallas a tierra a través de las porciones de los devanados pueden originar valores considerables de corrientes de falla a tierra y por consiguiente producir grandes cantidades de gas debido a la descomposición del aceite, por lo que no es difícil detectar estas fallas; sin embargo se requiere eliminarlas rápidamente con el objeto de evitar daños. 3) SOBRE CARGAS Y CORTO CIRCUITOS EXTERNOS.- 

Los transformadores se pueden encontrar sometidos a sobrecargas durante largos períodos de tiempo estando éstas limitadas por el límite de la elevación de temperatura de los devanados y el medio refrigerante que se use. Las sobrecargas excesivas en los

transformadores produce deterioro en los aislamientos y fallas subsecuentes por lo que se ha indicado con anterioridad es necesario tener indicadores de temperatura con alarma de tal forma que indiquen oportunamente cuando los límites permisibles de temperatura se están excediendo. Los corto circuitos externos en los transformadores solo se encuentran limitados por la impedancia del transformador; de manera que si el valor de la impedancia es pequeño, la corriente de cto. cto. puede resultar excesiva y producir al transformador por esfuerzo mecánicos debido a los esfuerzos magnéticos que originan desplazamientos en las bobinas o fallas en las conexiones. 

4) PROTECCION POR RELE BUCHHOLZ.- 

El relé Buchholz se emplea en los transformadores de potencia que emplean aceite como medio refrigerante y tiene tanque conservador ( depósito de expansión ), permite detectar las fallas en el interior del transformador por lo que la protección del transformador se puede complementar con otros elementos que detecten también fallas externas al mismo. El principio de operación del relé buchholz se basa en el hecho de que cualquier falla que se origina en el interior de un transformador de potencia está precedida por otros fenómenos a veces no perceptibles pero que a medida que transcurre el tiempo pueden provocar fallas más graves que eventualmente producen daños severos al transformador, por lo que resulta importante detectar las fallas incipientes y enviar señales de alarma acústica o bien óptica sin que necesariamente se envíe una señal de disparo al interruptor que deje fuera de servicio al transformador. Las fallas más importantes que pueden ser detectadas por un relé buchholz son las siguientes: a) Cuando alguna conexión interna en cualquier parte de los devanados del transformador se llega a producir la discontinuidad eléctrica momentánea produce un arco eléctrico que pude alargarse si se produce la fusión de los conductores y transmitirse a otras partes de los devanados pudiéndose provocar un corto circuito severo que cause daños graves al transformador. El arco eléctrico inicial en presencia del aceite refrigerante del transformador produce gases que se manifiestan como humo y hacen operar al relé. b) Cuando se produce una sobrecarga brusca o corto circuito, se manifiesta esto como un fuerte aumento en la temperatura de las capas interiores de los devanados hacia el exterior de manera tal que el aceite refrigerante que se encuentra en contacto con las bobinas se volatiza y se descompone, los gases producto de esta descomposición circulan hacia el exterior de los devanados produciendo burbujas que rechazan la correspondiente cantidad de aceite traduciéndose esto como una fuerte circulación que normalmente es detectada por el relé Buchholz. c) Las fallas del aislamiento a tierra se traduce en un corto circuito de fase a tierra con presencia de un arco eléctrico que volatiza y descompone el aceite siguiendo el mecanismo de circulación de aceite por las burbujas de gas en el interior del transformador y que y que debe ser detectada por el relé buchholz Estas fallas del aislamiento de los devanados a tierra frecuentemente son producidos por sobretensiones atmosférica o por maniobras de interruptores en ciertas condiciones de operación del transformador o la red, por lo que la protección contra este tipo de

sobretensiones es un aspecto que debe ser considerado como importancia en la parte de los diseños de instalaciones relacionadas con protección del equipo eléctrico contra sobretensiones. d) La descomposición química del aceite se puede presentar por diferentes circunstancia que van desde mala calidad del mismo hasta sobrecargas continuas , el proceso de descomposición trae como consecuencia la producción de gases por las descargas que en principio puede ser flujos de electrones, pero que posteriormente se pueden traducir en arcos eléctricos que a su vez producen una mayor cantidad de gases que debe ser detectado con el proceso descrito en anterioridad por el relé buchholz. 

e) PROTECCIÓN DE IMAGEN TERMICA.- Las corrientes de sobre cargas o de corto circuito en las instalaciones como se sabe producen efectos térmicos y dinámicos, el principio de operación de la protección por imagen térmica está basado en el efecto térmico de las sobrecorrientes y las característica de operación de las protecciones por imagen térmica es aproximadamente similar a aquellas de algunas protecciones de tiempo dependiente y su principio es más fino en cierto modo que el empleado para la operación de fusibles. La corriente que recibe o entrega una máquina o bien que circula por una línea de transmisión por lo general requiere de algún medio de protección contra el efecto térmico que produce, en los modelos de protección elementales de tipo electromecánico, el principio de protección se basa en la deformación de una lámina bimetálica y el subsecuente cierre de un contacto es decir, que una sobrecarga o corriente de corto circuito se detecta por el relé como una acumulación de calor por el efecto Joule. La acción de intervenir se presenta solo cuando la cantidad de calor acumulada supera por frecuencia y duración una determinada temperatura del bimetal. Esta tipo de protección cuando no toma en consideración las condiciones ambientales y climatológicas pueden provocar intervenciones innecesarias, por otra parte un ajuste en la protección demasiada elevada para evitar estos disparos o accionamientos innecesarios de la protección, puede producir en condiciones ambientales desfavorables daños graves por calentamiento excesivos. Es decir que la intervención del relé de imagen térmica aunque es aparentemente simple, debe cumplir con ciertos requerimientos operacionales como son I) Adecuar la capacidad térmica del relé a aquella de la máquina de modo que se obtenga una curva tiempo-corriente que tenga la misma forma. II) Introducir dispositivos de compensación adaptadas para corregir las variaciones bruscas de temperaturas en los casos de instalaciones de las máquinas eléctricas y los relés en ambientes distintos, como por ejemplo en el interior y exterior de una planta generadora. III) Corregir la relación de transformación de los transformadores de corriente que circula por ellos esté en fase y de acuerdo a la circula por la máquina. Una situación que se puede presentar complicada en el caso de la protección de imagen térmica, es el de la máquinas que se encuentran instaladas en ambientes cambiantes, que por lo general representa el caso más frecuente, como es el caso de las máquinas (especialmente transformadores de potencia ) que se encuentran a la intemperie y por lo tanto expuesta a

todos los cambios climatológicos y que es distinta a una instalación al interior y que inclusive puede estar climatizada. En las temporadas Calurosas como por ejemplo en verano las máquinas se encuentran bajo la acción de los rayos solares y se puede tener un incremento de temperatura respecto a las de régimen normal de 40 ó 50℃ , mientras que los relés que no se encuentran expuestos al sol o al ambiente externo no resienten cambios de más de 10 ó 15℃ por dar un orden de magnitud. Esto significa que la protección de imagen térmica debe estar preferentemente compensada para considerar diferentes casos y evitar errores en lo posible. LA PROTECCION DE IMAGEN TERMICA EN SU CONCEPTO MAS ELEMENTAL ESTA CONSTITUIDA DE LAS SIGUIENTES PARTES FUNCIONALES. Una resistencia R derivada directamente de un transformador de corriente conectado a la máquina por proteger. Un sistema T transmisor del calor producido por efecto Joule del devanado R. Una lámina metálica l que se dilata según la temperatura producida por el sistema de recalentamiento. La resistencia R tiene la función de transmitir el calor producido por la corriente secundaria del transformador de corriente T.C. de la máquina y debe tener una constante térmica tan próxima a la de la máquina como sea posible, debido a las pequeñas dimensiones de la resistencia es conveniente introducir una masa metálica T que permite acumular el calor por un tiempo relativamente largo y al mismo tiempo transmitirlo a la lámina l. El sistema H está constituido por una cámara termostática de manera que limite hasta donde sea posible los cambios de temperatura con el exterior. Cuando la resistencia y la masa T se recalienta por efecto de la corriente de régimen, la protección tiende a alcanzar valores sucesivos de etapa de equilibrio térmico con tiempos de intervención que son función de: 1) L a temperatura ambiente 2) La sobre corriente 3) La duración de la sobre corriente 4) De las características constructiva del dispositivo de protección 

PROTECCION DIFERENCIAL DE LOS TRANSFORMADORES La protección diferencial es el tipo de protección más importante empleado para la protección de transformadores contra fallas internas de fase a fase y de fase a tierra. Por lo general se plica a transformadores con potencia del orden de 5 MVA o mayores. El principio de operación del relé diferencial; básicamente consiste en que cualquier desviación de los valores de intensidad de corriente en los extremos de entrada y salida de la zona protegida indica una falla en esta parte, de manera que esta señal se pueda emplear como indicadora y para disparo del interruptor; por lo que el relé diferencial debe reunir las características de una alta selectividad combinada con un tiempo rápido de disparo. Es importante también tomar en consideración que debido a que los transformadores de potencia se encuentran en delta-estrella, existe un defasamiento de 30° en sus corrientes por lo que es necesario compensar este desplazamiento con la conexión de los

transformadores de corriente de manera que los TC que se conecten en el lado de la delta del transformador protegido se debe conectar en estrella y los TC que se conecten en lado de la estrella del transformador protegido se debe conectar en delta.