Subestaciones Eléctricas: Transformadores de Media y Alta Tensión

SUBESTACIONES ELECTRICAS
DE MEDIA Y ALTA TENSION
Ing. Juan Pablo Tejeira Muriel
FABRICACION DE TRANSFORMADORES
Los transformadores
TRANSFORMADOR TRIFASICO
de núcleo laminado
TRANSFORMADOR TRIFASICO TIPO AEREO
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN Y POTENCIA
TRANSFORMADORES SECOS
TRANSFORMADOR TIPO POSTE
MONTAJE DE TRANSFORMADOR
TRANSFORMADORES
•
•
Los transformadores se utilizan para transformar la energía eléctrica
de una tensión determinada en energía eléctrica de otra tensión
distinta a la anterior, manteniendo la potencia
En las estaciones de transformación y de distribución se utilizan casi
exclusivamente los transformadores trifásicos
CLASIFICACION:
•
Transformadores de central, utilizados en las centrales eléctricas para
elevar la tensión de generación hasta la muy alta tensión, necesaria
para el transporte de la energía eléctrica a los centros de distribución
de esta energía.
•
Transformadores de distribución para la reducción de las muy altas
tensiones o desde éstas hasta las medias tensiones, necesarias para la
alimentación de las redes de media tensión y para el suministro
directo a consumidores de corrientes de media tensión.
•
Transformadores de red, para la alimentación, a partir de las redes de
media tensión, de las redes de baja tensión.
Clasificación de los Transformadores
•Por la forma de la instalación:
•Transformadores para instalaciones exteriores.
•Transformadores para instalaciones interiores.
•Por la clase de aislamiento utilizado:
•Transformadores al aire.
•Transformadores de aceite.
•Transformadores de pyralene.
•Transformadores de silicona.
•Por la clase de refrigeración:
•Transformadores autorrefrigerados.
•Transformadores con refrigeración independiente.
•Por el ajuste de la tensión:
•Transformadores con ajuste de tensión en vacío.
•Transformadores con ajuste de tensión bajo carga.
•Por las características de funcionamiento:
•Transformadores de potencia.
•Transformadores adicionales.
Transformadores de distribución
Trafo de intemperie 33.5/10.4 kV
Transformadores de distribución
Trafo de interior 33.5/10.4 kV
Transformadores de distribución
C.T.
Transf..
Marca
Serie
Potencia
Regulación
Taps
Pos.Actual
Relacion de Transformacion (kV)
Socabaya
1
Brown Bovery
L30169
10 Mva
Bajo Carga
19
10
33.5/10.4
C.T.
Transf..
Marca
Serie
Potencia
Regulación
Taps
Pos.Actual
Relacion de Transformacion (kV)
Challapampa
1
Brown Bovery
L30349
10 Mva
Bajo Carga
19
7
33.5/10.4
Jesús
1
Brown Bovery
L30494
20-25 Mva
Bajo Carga
19
13
33.5/10.4
San Lazaro
1
Brown Bovery
20-25 Mva
Bajo Carga
19
13
33.5/10.4
Chilina
2
1
Brown Bovery
L30261
3x7.5 Mva 10 Mva
Manual
5
5
138/33.5
32.6/10.85
2
Brown Bovery
L30147
10 Mva
Bajo Carga
19
11
33.5/10.4
Parque Industrial
1
Brown Bovery
L20110
20-25 Mva
Bajo Carga
19
13
33.5/10.4
2
Brown Bovery
L30468
20x25 Mva
Bajo Carga
19
11
33.5/10.4
Transformadores de red
TIPO DE S.E.
Monoposte
Biposte
Convencional (Caseta)
Transformadores de red en
intemperie tipo monoposte
SISTEMA
Monofasico
Trifásico
Trifasico
Trifásico
RANGO DE POTENCIA
Menores o iguales a 37,5 KVA
Menores o iguales a 50 KVA
Mayores a 50 hasta 320 KVA
Mayores a 200 kva
Transformadores de red en intemperie tipo
biposte
Transformadores de red en interior tipo caseta
Transformadores de red
La subestación cuenta con los
siguientes equipos:
Sistema de Protección: Cut-Out
•Baja Tensión :Tablero de Baja Tensión
Medidor Totalizador
Transformador de
Corriente
•Alumbrado Publico: Tablero de
Alumbrado Público
Medidor
Transformador de Corriente
Contactor
Fotocelda
DATOS DE PLACA
Placa de un transformador de distribución, Línea de 13200 v. CEL
DATOS DE PLACA
Placa de un transformador de distribución, Línea de 4160 v. (Clesa).
PARTES DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO
PARTES DE TRANSFORMADOR TRIFASICO
DIMENSIONES PESOS Y PARTES DE
TRANSFORMADOR TRIFASICO
Partes Constitutivas
1.Pasa tapas Alta Tensión
2.Dispositivo para Izaje
3.Placa de Características
4.Válvula de Alivio de Sobrepresión
5.Nivel de Aceite
6.Pasa tapas de Baja Tensión
7.Conmutador de Derivaciones
8.Terminal de Puesta a Tierra del Neutro
9.Válvula de Recirculación y Drenaje
10.Terminal de Puesta a Tierra del Tanque
11.Ruedas Orientables a 90°
12.Bolsillo para Termómetro (a partir de
630 KVA)
13.Dispositivo de Llenado
Disposición Constructiva de los Transformadores
Transformador trifásico AEG, con
aislamiento de aceite, de 315 kVA,
10.000  4% / 400 V
1 – Aletas refrigerantes.
2 – Cámara para el termómetro.
3 – Argollas.
4 –Tornillo de purga.
5 – Pasatapas de alta tensión.
6 - Pasatapas de baja tensión.
7 - Inversor.
8 – Pieza intermedia para el montaje
del relé Buchholz.
9 – Indicador del nivel de aceite.
10 - Tubo de evacuación de aire y boca
de llenado de aceite.
11 - Depósito de expansión.
12 – Desecador de aire.
13 - Ruedas.
14 – Salida de aceite .
Disposición Constructiva de los Transformadores
Un transformador consta esencialmente de las 3 partes siguientes:
1. Núcleo de hierro.
2. Arrollamientos.
3. Dispositivo de refrigeración
Disposición Constructiva de los Transformadores
EL NUCLEO
Constituido por chapas magnéticas de 0,35 mm de grueso.
Antes: planchas aleadas, con gran contenido de silicio
Pérdidas 1 a 1,5 W/kg.
Ahora: chapas magnéticas de grano orientado
Pérdidas  0,4 a 0,6 W/kg.
Todas las chapas están aisladas por ambos lados.
El modelo más corriente es el de 3 columnas, para reducir su altura se utiliza
el de 5 columnas, a igual potencia, tiene aproximadamente la mitad de
altura. El acorazado, en cuya disposición los brazos del núcleo se hallan en
un mismo eje y las culatas rodean los arrollamientos.
Disposición Constructiva de los Transformadores
EL NUCLEO
Figura 2. Dibujo esquemático
de un transformador trifásico
de 3 columnas.
Figura 3. Dibujo esquemático
de un transformador trifásico
de 5 columnas.
Figura 4. Dibujo esquemático
de un transformador trifásico
acorazado.
Disposición Constructiva de los Transformadores
EL NUCLEO
Las necesidades, cada vez mayores, en lo que se refiere a las potencias
nominales de los transformadores, han obligado a nuevas disposiciones de
los núcleos magnéticos, ya que los medios actuales de transporte (barco,
camión o ferrocarril) no permiten pesos mayores de unas 450 toneladas.
Soluciones:
• 3 transformadores monofásicos con un tercio de la potencia total y con los
primarios y secundarios acoplados para conseguir una conexión trifásica.
ventajas de seguridad de explotación y de transporte.(las averías de un
transformador conciernen a una fase, basta con un transformador
monofásico de reserva). desventajas de precio
• instalar varios transformadores trifásicos en paralelo, para tomar un
conjunto de potencia.
• prever dos transformadores trifásicos de potencia mitad, en una cuba
única, conectados en paralelo y alimentando un solo juego de barras.
Disposición Constructiva de los Transformadores
EL NUCLEO
El núcleo de un transformador está constituido por brazos de sección circular
de múltiple escalonamiento, cortados a bisel por los lugares de solape con
objeto de reducir las pérdidas en el hierro. El núcleo se sujeta mediante una
construcción de apriete de pocos pernos. En los transformadores de gran
potencia existen canales de refrigeración en el núcleo, con objeto de
evacuar el calor debido a las pérdidas eléctricas.
Disposición Constructiva de los Transformadores
LOS ARROLLAMIENTOS
Pueden estar constituidos con hilos de sección circular o rectangular.
Los de sección circular: están construidos a base de bobinas sueltas de varias
capas, arrolladas sobre un cilindro común de papel duro, como soporte. La
resistencia mecánica del conjunto e aumenta rellenando los huecos durante
el devanado con masa especial, o impregnando posteriormente las bobinas
con barniz endurecible. Las bobinas están unidas entre sí por soldadura
fuerte. Los arrollamientos con hilo de sección circular, se aplican a los
devanados de alta tensión de los pequeños transformadores de
distribución.
Disposición Constructiva de los Transformadores
LOS ARROLLAMIENTOS
Los de sección rectangular pueden disponerse de varias formas:
De capas. hilo alineado en filas a todo lo largo del brazo, en una o dos capas. Entre
capas se intercalan láminas aislantes o listones distanciadores para constituir canales
verticales de ventilación. Se emplea en devanados de baja tensión transformadores de
distribución, en bobinas de mando de transformadores con regulación en carga, etc...
En espiral. Sección total del conductor subdividida en varios hilos, aislados entre sí y
conectados en paralelo en los extremos. Durante el devanado se retuercen los hilos,
reduciendo las pérdidas adicionales. Se aplica para grandes intensidades, por ejemplo,
en el lado de baja tensión en los transformadores de gran potencia. Modernamente, se
retuercen también todos los conductores conectados en paralelo, reduciendo más las
pérdidas adicionales.
Arrollamiento alterno. bobinas individuales en forma de disco que, por procedimientos
especiales de bobinado, los discos de número impar se arrollan continuamente de
abajo a arriba y los de número par, de arriba a abajo. El conductor se presenta
ininterrumpido, con las espiras de una bobina en orden sucesivo normal, es decir, de
dentro a afuera y las de la bobina siguiente, en orden inverso, es decir, de afuera a
adentro. se evitan las soldaduras, el arrollamiento se devana de forma continua.
Disposición Constructiva de los Transformadores
LOS ARROLLAMIENTOS
El arrollamiento de baja tensión se
monta en la parte interior, es decir,
cerca del núcleo, mientras que el
arrollamiento de alta tensión se
dispone en la parte exterior. De esta
forma, se obtiene un campo eléctrico
ventajoso
Figura
6.
Estructura
de
los
arrollamientos de un transformador:
1 – Arrollamiento de alta tensión.
2 – Arrollamiento de baja tensión.
Disposición Constructiva de los Transformadores
EL AISLAMIENTO
1. Aislamiento entre espiras.
2. Aislamiento entre capas.
3. Aislamiento entre bobinas.
4. Aislamiento entre devanados.
5. Aislamiento respecto a masa.
El aislamiento entre devanados y el aislamiento respecto a masa, constituyen el
aislamiento principal, que tiene extraordinaria importancia en los transformadores de
alta tensión.
El arrollamiento entre espiras: está constituido por varias capas de papel
enrolladas sobre el conductor, con un espesor, entre dos espiras consecutivas, de
unos 0,5 mm para los arrollamientos de baja tensión y de 0,7 a 1,5 mm para los
arrollamientos de alta tensión.
El aislamiento entre capas: está formado generalmente por 2 capas de papel, que
deben alargarse rodeando las espiras extremas; en las bóbinas de entrada hay
que reforzar este aislamiento.
El aislamiento entre bobinas: lo constituye generalmente el aceite de los canales
de circulación o, en otros casos, anillos de presspan (por ejemplo, para hilos de
sección circular).
Disposición Constructiva de los Transformadores
EL AISLAMIENTO
El aislamiento principal entre arrollamientos de capas, lo forman
conjuntamente el aceite de los canales y los tubos aislantes. Entre el
arrollamiento de baja tensión y el núcleo se coloca también un tubo
aislante.
Con arrollamientos de bobinas alternadas, el aislamiento entre el núcleo y
las bobinas se realiza por medio de tubos aislantes
Disposición Constructiva de los Transformadores
REFRIGERACION
Casi todos los transformadores están refrigerados por aceite, el cual se utiliza
como medio para que el calor producido por pérdidas de energía eléctrica en
los arrollamientos, pase al refrigerante exterior (generalmente, aire o agua), y
al material aislante. El transformador se sumerge en una cuba llena de este
aceite aislante y refrigerante; la construcción de la cuba depende de la clase
de refrigeración exterior elegida (aire o agua). Más adelante, en este mismo
capítulo, estudiaremos con más detalle los distintos sistemas de refrigeración
utilizados en los transformadores de potencia.
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
Potencia nominal: potencia aparente (kVA) en los bornes del secundario, tensión
nominal secundaria a plena carga, por intensidad nominal secundaria y por el
factor de fase.
P  3 U 2 I 2 VA ó PkVA 
3 U2 I2
kVA
1.000
Se llama tensión nominal primaria a aquélla para la cual se ha calculado el
arrollamiento primario. En los transformadores de varias tomas, la tensión nominal
es la correspondiente a la toma principal.
La tensión nominal secundaria es la que aparece en los bornes del arrollamiento
secundario, al alimentar el arrollamiento primario con su tensión nominal, durante
la marcha en vacío del transformador.
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
La intensidad nominal secundaria es la intensidad de plena carga para la cual se ha
dimensionado el arrollamiento secundario.
La intensidad nominal primaria es la obtenida multiplicando el valor de la
intensidad nominal secundaria, por la relación que existe entre las tensiones
secundaria y primaria nominales.
U2
I1  I 2
U1
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
Si se calcula el transformador para una tensión secundaria en vacío igual a la
que debe tenerse en servicio, los aparatos receptores no tendrán en carga la
tensión para la que están calculados, debido a la caída de tensión en la línea de
alimentación, en el transformador, y en los propios receptores. Para compensar
estas caídas de tensión, las tensiones nominales secundarias de los
transformadores se elevan en un 5 % sobre las tensiones de servicio de los
aparatos receptores. Naturalmente, como el transformador, en su lado primario,
puede considerarse un aparato receptor, las tensiones nominales de servicio, sin
el citado aumento de 5 %.
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
TENSION NOMINAL NORMALIZADA PARA TRANSFORMADORES
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
La relación de transformación nominal es la relación que existe entre las
tensiones en vacío (de alta a baja tensión). En los transformadores de
arrollamientos fijos, la relación de transformación coincide prácticamente con la
de los números de espiras de los respectivos arrollamientos.
Transformador elevador (tensión secundaria > que tensión primaria):
U2
n
U1
Transformador reductor (tensión secundaria < que tensión primaria):
U1
n
U2
La relación de transformación debe indicarse siempre en vacío.
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
Para fijar las tensiones precisas en vacío debe distinguirse entre
transformadores elevadores y reductores, teniendo en cuenta además
que, los transformadores se equipan con un dispositivo conmutador en
vacío de ± 5 % ó ± 10 % de la tensión nominal en el lado de alta tensión,
lo que permite obtener, además de la tensión nominal, otras dos
tensiones, de acuerdo con los porcentajes indicados.
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
Para entender esto que decimos, vamos a suponer primero un transformador
elevador de 220/10.500 ± 5 % V; las tensiones secundarias son:
10.500 – 5% = 10.500 – 525 = 9.975 V
10.500  0% . . . . . . . . . . . . . 10.500 V
10.500 + 5 % = 10.500 + 525 = 11.025 V
Las relaciones de transformación serán:
n1 = 9975/220 = 45.35
n2 = 10500/220 = 47.73
n3 = 11025/220 = 50.11
Ahora, supongamos el transformador reductor de análogas características; las tensiones
nominales serán 10.000  5 % / 230 V :
10.000 – 5 % = 10.000 – 500 = 9.500 V
10.000  0 % = . . . . . . . . . . . 10.000 V
10.000 + 5% = 10.000 + 500 = 10.500 V
Las relaciones de transformación serán:
n1 = 9500/230 = 41.30
n2 = 10000/230 = 43.48
n3 = 10500/230 = 45.65
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
tensión de cortocircuito: tensión medida en los bornes del arrollamiento de alta
tensión, cuando el arrollamiento de baja tensión, está cortocircuitado y
recorrido por una corriente de intensidad igual a la intensidad nominal
correspondiente. Es un dato constructivo.
Generalmente, se expresa en tanto por ciento de la tensión nominal primaria y
corresponde a la relación de transformación nominal. El valor de la tensión de
cortocircuito varía entre 4 % para transformadores de pequeña potencia, y 10 %
para unidades de gran potencia
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
Valores característicos de los transformadores, y su influencia:
La intensidad de cortocircuito nominal es la intensidad que absorbe el
arrollamiento primario, al aplicarle la tensión nominal, estando el arrollamiento
secundario cerrado en cortocircuito y suponiendo que ambos arrollamientos
están a la temperatura de régimen del transformador. Esta intensidad puede
expresarse como múltiplo de la intensidad nominal primaria y deducirse de la
siguiente proporción:
Intensidad de cortocircu ito nominal
1

Intensidad primaria nominal
Tensión de cortocircu ito nominal en %
RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
Relación de
transformación de
Voltajes
Np
Ns
a
Relación de
transformación de
Corrientes
Ep
Np
Es
Ns
a
Is
Ip
TIPOS DE TRANSFORMADOR
SEGÚN FUNCIONALIDAD
Transformadores de potencia
Transformadores de comunicaciones
Transformadores de medida
Monofásicos
Trifásicos
POR LOS SISTEMAS DE TENSIONES
Trifásicos-hexafásicos
Trifásicos-dodecafásicos
Trifásicos-monofásicos
SEGÚN TENSIÓN SECUNDARIO
Elevadores
Reductores
SEGÚN MEDIO
Interior
Intemperie
SEGÚN ELEMENTO REFRIGERANTE En seco
En baño de aceite
Con pyraleno
SEGÚN REFRIGERACIÓN
Natural
Forzada
Preguntas de
fijación