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El transformador de potencia electrica

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El fenmeno de induccin electromagntica en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variacin de flujo magntico que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida slo permanece mientras se produce el cambio de flujo magntico.

Agregado: 09 de SEPTIEMBRE de 2009 (Por Jos Mario Cauich K) | Palabras: 2384 | Votar! |
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Categoría: Apuntes y Monografas > Ciencia y tecnologa >
Material educativo de Alipso relacionado con transformador potencia electrica
  • Respetar y controlar la Energa Elctrica:
  • Electromagnetismo: ...
  • Protecciones de las Lneas Elctricas: Rels de proteccin. Tipos de rel de proteccin y vigilancia de lneas y redes. Corrientes de cortocircuito. Interruptor de potencia. Fusibles. Sobretensiones. Pararrayos - autovalvulas.

  • Enlaces externos relacionados con transformador potencia electricanalga

    INTRODUCCION

    El fenmeno de induccin electromagntica en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variacin de flujo magntico que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida slo permanece mientras se produce el cambio de flujo magntico.

    La primera "bobina de induccin" para ver el uso de ancho fueron inventadas por el Rev. Nicholas Callan College de Maynooth, Irlanda en 1836, uno de los primeros investigadores a darse cuenta de que cuanto ms se convierte el secundario, en relacin con el bobinado primario, el ms grande es el aumento de la CEM.

    Los cientficos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de induccin para obtener mayores voltajes en las bateras. En lugar de corriente alterna (CA), su accin se bas en un vibrante "hacer-y-break" mecanismo que regularmente interrumpido el flujo de la corriente directa (DC) de las pilas.

    Entre la dcada de 1830 y la dcada de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de induccin, en su mayora por ensayo y error, revel lentamente los principios bsicos de los transformadores. Un diseo prctico y eficaz no apareci hasta la dcada de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sera un papel decisivo en la Guerra de Corrientes, y en que los sistemas de distribucin de corriente alterna triunfo sobre sus homlogos de corriente continua, una posicin dominante que mantienen desde entonces.

    En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov invent un sistema de iluminacin basado en un conjunto de bobinas de induccin en el que el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podan conectarse a varias velas elctricas (lmparas de arco), de su propio diseo. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La patente aleg que el sistema podra, proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminacin con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energa elctrica.

    En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungra asignado parte de sus recursos de ingeniera para la fabricacin de aparatos de iluminacin elctrica para Austria y Hungra.

    En 1883, realizaron ms de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecan un sistema que constaba de dos lmparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios.

    En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un ncleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendi la idea de la compaa Westinghouse de Estados Unidos.

    Tambin fue expuesto en Turn, Italia en 1884, donde fue adaptado para el sistema de alumbrado elctrico.

    El nacimiento del primer transformador.

    Entre 1884 y 1885, los ingenieros hngaros Zipernowsky, Blthy y Deri de la compaa Ganz crearon en Budapest el modelo ZBD de transformador de corriente alterna, basado en un diseo de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs slo disearon un modelo de ncleo abierto). Descubrieron la frmula matemtica de los transformadores:

    \frac{Vs}{Vp}=\frac{Ns}{Np}(Donde Vs es el voltaje en el secundario y Ns es el nmero de espiras en el secundario, Vp y Np se corresponden al primario)

    Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra "transformador", una palabra que haba sido acuada por Blthy Ott.

    En 1885, George Westinghouse compro las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. l le encomend a William Stanley la construccin de un transformador de tipo ZBD para uso comercial.

    Este diseo se utiliz por primera vez comercialmente en 1886.

    Otra informacin de inters

    El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribucin de la energa elctrica que usaba transformadores se puso en operacin en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de Amrica. En ese mismo ao, la electricidad se transmiti a 2000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilmetros, en una lnea construida en Cerchi, Italia

    TRANSFORMADORES

    El transformador funciona segn el principio de la induccin mutua entre dos o ms bobinas o circuitos acoplados inductivamente. Un transformador terico con ncleo de aire en el cual estn acoplados dos circuitos por induccin magntica, observando que los circuitos no estn fsicamente conectados (o sea no existe unin conductora entre ellos).

    CONSTRUCCION

    Estas son las partes constructivas que forman parte del transformador:

    -          Pasa-tapas de entrada: conectan el bobinado primario del transformador con la red elctrica de entrada a la estacin o subestacin transformadora.

    -          Pasa-tapas de salida: conectan el bobinado secundario del transformador con la red elctrica de salida a la estacin o subestacin transformadora.

    -          Cuba: es un depsito que contiene el lquido refrigerante (aceite), y en el cual se sumergen los bobinados y el ncleo metlico del transformador.

    -          Depsito de expansin: sirve de cmara de expansin del aceite, ante las variaciones se volumen que sufre sta debido a la temperatura.

    -          Indicador del nivel de aceite: permite observar desde el exterior el nivel de aceite del transformador.

    -          Rel Bucholz: este rel de proteccin reacciona cuando ocurre una anomala interna en el transformador, mandndole una seal de apertura a los dispositivos de proteccin.

    -          Desecador: su misin es secar el aire que entra en el transformador como consecuencia de la disminucin del nivel de aceite.

    -          Termostato: mide la temperatura interna del transformador y emite alarmas en caso de que esta no sea la normal.

    -          Regulador de tensin: permite adaptar la tensin del transformador para adaptarla a las necesidades del consumo. Esta accin solo es posible si el bobinado secundario est preparado para ello.

    -          Placa de caractersticas: en ella se recogen las caractersticas ms importantes del transformador, para que se pueda disponer de ellas en caso de que fuera necesaria conocerlas.

    -          Grifo de llenado: permite introducir lquido refrigerante en la cuba del transformador.

    -          Radiadores de refrigeracin: su misin es disipar el calor que se pueda producir en las carcasas del transformador y evitar as que el aceite se caliente en exceso.

    CONEXIONES

    a) Conexin delta -delta.

    Se utiliza esta conexin cuando se desean mnimas interferencias en el sistema. Adems, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados. La conexin delta-delta de transformadores monofsicos se usa generalmente en sistemas cuyos voltajes no son muy elevados especialmente en aquellos en que se debe mantener la continuidad de unos sistemas. Esta conexin se emplea tanto para elevar la tensin como para reducirla.

    En caso de falla o reparacin de la conexin delta-delta se puede convertir en una conexin delta abierta-delta abierta.

    b) Conexin estrella-delta.

    La conexin estrella-delta es contraria a la conexin delta-estrella; por ejemplo en sistema de potencia, la conexin delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la conexin estrella-delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de ms alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribucin esta conexin es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribucin a tres hilos.

    c) Conexin estrella-estrella.

    Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las corrientes en la lnea. Si las tensiones entre lnea y neutro estn equilibradas y son sinuosidades, el valor eficaz de las tensiones respecto al neutro es igual al producto de 1/"3 por el valor eficaz de las tensiones entre lnea y lnea y existe un desfase de 30 entre las tensiones de lnea a lnea y de lnea a neutro ms prxima.

    Las tensiones entre lnea y lnea de los primarios y secundarios correspondientes en un banco estrella-estrella, estn casi en concordancia de fase.

    Por tanto, la conexin en estrella ser particularmente adecuada para devanados de alta tensin, en los que el aislamiento es el problema principal, ya que para una tensin de lnea determinada las tensiones de fase de la estrella slo seran iguales al producto 1/ "3 por las tensiones en el tringulo.

    d) Conexin delta-estrella.

    La conexin delta-estrella, de las ms empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generacin o de transmisin, en los sistemas de distribucin (a 4 hilos) para alimentacin de fuerza y alumbrado.

    3. Que importancia tiene la conexin a tierra de los neutros de transformadores trifsicos, en su comportamiento en vaco.

    Su importancia radica en que por medio del neutro es posible la circulacin de las corrientes armnicas y con esto se logra variar la distorsin de la seal de entrada. De existir esta distorsin, tambin se transmitir al secundario y por ende, a las cargas conectadas a el.

    4. Que efecto produce un terciario en una conexin Delta, en transformadores trifsicos funcionando en vaco.

    El diseo de los devanados terciarios est determinado por las conexiones del sistema y los resultados que se espera obtener del tringulo de terciarios.

    Por ejemplo, si estn aislados los neutros de los primarios y los secundarios y el tringulo de terciarios no alimenta a carga alguna, las nicas corrientes que pueden circular por los devanados terciarios son los terceros armnicos o corrientes de excitacin de secuencia cero y en consecuencia, los devanados pueden ser relativamente finos. Sin embargo, el neutro de la estrella de alta tensin suele estar puesto a tierra, y a veces lo estn ambos neutros. En estas condiciones las averas de puesta a tierra de las lneas de alta tensin pueden inducir corrientes muy intensas en el terciario y stos debern poder soportar el calentamiento y las fuerzas mecnicas ocasionadas por ellas. A menudo, el tringulo de terciarios alimenta una carga.

    Por ejemplo circuitos auxiliares de una subcentral, o condensadores estticos para regulacin del factor de potencia y de la tensin. En estas condiciones el tringulo de terciarios debe soportar los efectos de cortocircuitos entre sus propios terminales.

    5. En que tipo de transformadores trifsicos las fases tienen independencia magntica. En que tipo son dependientes

    En los transformadores de columna existe dependencia magntica. Como muestra la figura, los flujos son mutuamente dependientes.

    'El transformador trifsico'

    Fig.7. Transformador tipo columna en que muestra dependencia magntica-

    Al llegar al punto c, estos flujos se suman dando origen a 3I0. Si uno de estos flujos varia, los otros tambin lo hacen para compensar la suma 3I0.

    En el caso de transformadores acorazados, existe independencia magntica. Como se aprecia en la figura, cada una de las bobinas tiene una circulacin de flujo independiente de otra.

    'El transformador trifsico'

    Fig.8. Transformador tipo acorazado que muestra independencia magntica.

    6. Como se relaciona el circuito equivalente por fase con las mediciones trifsicas.

    Los circuitos se pueden relacionar mediante las siguientes ecuaciones:

    S3= Potencia aparente por fase If = Corriente de fase I1 = Corriente de lnea V1 = tensin de lnea

    Vf : tensin por fase Suponiendo que el sistema trifsico esta en equilibrio, se tiene que:

    Van = Vfn Ian = Ifn San = Ian * Vfn => San = Sf Vfn = V1 /3 San = Sf =

    Transformadores de potencia y extra alta tensin tipo columnas

    (large core)

    Equipo diseado y fabricado de acuerdo con normas y especificaciones nacionales e internacionales, para aplicacin en subestaciones de tipo intemperie, reductoras o elevadoras de la tensin; as como para alimentacin de la tensin de cargas trifsicas o monofsicas industriales a niveles de subtransmisin.

    CARACTERISTICAS GENERALES:

    Capacidades: de 10 hasta 120 MVA Voltaje de AT: de 15 hasta 400 kv. Voltaje de BT: de 2,4 hasta 115 kv.

    Transformadores tipo acorazado para horno de arco elctrico.

    Equipo til en la industria de la produccin de hierro y acero a partir de la fusin de chatarra, como alimentador de los electrodos que producen el arco elctrico necesario para la fusin; diseado de acuerdo con normas nacionales e internacionales.

    CARACTERISTICAS GENERALES:

    Capacidades: de 5 hasta 200 MVA Voltaje de A.T: de 13,8 hasta 69 kV Voltaje de B.T: de 60 hasta 2 000 V

    Reactores limitadores de corriente

    Equipo para aplicacin en subestaciones de potencia, como limitador de corrientes de falla del sistema o de la corriente de arranque de mquinas, para enlazar 2 ms buses de generadores a un bus comn, para sincronizacin de circuitos y para paralelaje de Transformadores de diferente impedancia, entre otros usos; diseado de acuerdo con normas nacionales e internacionales.

    CARACTERISTICAS GENERALES:

    Capacidades : hasta 5 000 Kva Tipo de enfriamiento : AA No. de fases :1 3 Frecuencia : 60 Hz Voltaje : hasta 34,5 kV Corriente nominal : hasta 2 000 A Elevacin de temperatura: 80C sobre un ambiente mximo de 40C y promedio de 30C en un perodo de 24 horas. Altura de operacin: 1 000 m.s.n.m

    Transformadores de mediana potencia tipo subestacin.

    Equipo ideal en subestaciones de tipo intemperie reductoras o elevadoras de voltaje, para alimentar cargas trifsicas o monofsicas industriales en niveles de subtransmisin; diseado de acuerdo con normas nacionales e internacionales.

    CARACTERISTICAS GENERALES:

    Capacidades: Monofsicos de 5 hasta 20 MVA, Trifsicos de 5 hasta 60 MVA Tipo de enfriamiento: OA, OA/FA, OA/FA/FA, OA/FA/FOA, FOA No. de fases: 1 3 Frecuencia.: 60 Hz Voltaje de AT: de 13,8 hasta 161 kV Conexin AT: Delta o Estrella Voltaje de BT: de 2,4 hasta 34,5 kV Conexin BT: Delta o Estrella Elevacin de temperatura : 55, 65 55/65 C sobre un ambiente mximo de 40C y promedio de 30C en un perodo de 24 horas Altura de operacin : 1 000 m.s.n.m. Lquido refrigerante : Aceite mineral.

    El reactor elctrico de potencia.

    Los reactores de potencia son el medio ms compacto y de mejor relacin coste-eficacia para compensar la generacin capacitiva en lneas de alta tensin de transmisin larga o en sistemas de cables de gran longitud.

    Las soluciones alternativas son ms costosas, se traducen en mayores prdidas, requieren ms equipos y exigen recursos adicionales. Usados en servicio permanente para estabilizar la transmisin de potencia, o conectados solamente en condiciones de carga ligera para control de tensin, los reactores de potencia combinan alta eficacia con bajos costes de ciclo de vida para reducir los costes de transmisin y aumentar los beneficios. Puesto que la corriente capacitiva es proporcional al voltaje del sistema, los volts-ampere reactivos son proporcionales al cuadrado del voltaje de la lnea. Esta energa reactiva debe ser controlada, pues de lo contrario, puede provocar grandes sobre tensiones en las terminales de los equipos conectados al sistema de potencia.

    CONEXIN.

    CONCLUSIN: EL TRANSFORMADOR ES UNA MAQUINA MUY VERSATIL Y FLEXIBLE.

     
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