Cómo Funcionan Los Transformadores Rurales. Partes Y Usos

Los tipos más comunes de transformadores rurales de distribución utilizados en todo el mundo es el transformador monofásico, montado en postes y lleno de aceite, normalmente denominado transformador de “poste superior” o “sobrecarga“. Las diferencias en los transformadores rurales aéreos generalmente se relacionan con su tamaño físico y la forma en que se conectan entre sí para producir diferentes salidas de voltaje secundario.

Los componentes básicos en estos transformadores rurales son el núcleo y el conjunto de la bobina dentro del gabinete. De hecho, el conjunto de núcleo y bobina es el transformador; es todo lo que se necesita para reducir el voltaje de distribución a niveles que los clientes puedan usar.

Transformadores Rurales
Transformadores Rurales

Todos los demás dispositivos son simplemente accesorios diseñados para mejorar su funcionamiento y / o protegerlo. El conjunto del núcleo y la bobina se sumergen en un tanque cilíndrico de acero lleno de aceite mineral de alta calidad especialmente refinado para uso eléctrico. Este aceite proporciona aislamiento eléctrico y enfriamiento a los devanados del transformador.

Con todo esto dicho, te mostraremos cómo funcionan los transformadores rurales, sus partes y usos:

1. Principio de funcionamiento de los transformadores rurales

El principio del funcionamiento de los transformadores rurales es el siguiente:

  • Una corriente alterna aplicada al devanado primario induce un flujo magnético alterno en el núcleo de hierro.
  • La mayor parte de este flujo permanece en el núcleo y solo un pequeño porcentaje viaja por el aire.
  • El flujo magnético alterno en el núcleo de hierro une las vueltas de los devanados secundarios que inducen un voltaje.
  • Todo esto se desprende de la ley de inducción de Faraday. Esto explica por qué el primario tiene un voltaje y el secundario tiene un voltaje, sin embargo, no hay interconexión entre ellos.

2.  ¿Por qué utilizamos transformadores rurales?

Ya que sabes el principio del funcionamiento de los transformadores rurales, ahora te mostraremos los usos de estos transformadores:

Distribuir potencia a alto voltaje.

Es más rentable distribuir energía a voltajes más altos ya que la disipación de energía (pérdida) en una carga resistiva viene dada por el cuadrado de la corriente por la resistencia del cable. Es mejor usar la corriente más baja posible y, por lo tanto, la mayor diferencia de potencial (voltaje).

Un transformador rural típico tomará una entrada de 480 o 600 voltios y reducirá el voltaje a 240 voltios para algunos motores, o 120 voltios para otras aplicaciones como productos de consumo, luces, etc. El resultado general es una mejor regulación del voltaje, pérdida de línea minimizada y costos de cableado reducidos.

Para eliminar el cableado doble.

Para máxima seguridad, se pueden obtener circuitos de iluminación y control de 120 voltios a partir de circuitos de potencia de 240, 480 o 600 voltios instalando transformadores rurales en el lugar más conveniente para la carga. Esto elimina los circuitos separados y la medición independiente de la potencia y, a menudo, genera ahorros sustanciales.

Para aislar los circuitos

La instalación de transformadores rurales proporciona un medio de subdividir circuitos para acomodar la demanda independiente.

Conectando a un circuito trifásico de 480 voltios que un transformador puede proporcionar 120/240 voltios 3 cables de carga monofásica:

  • 120 voltios de carga monofásica.
  • 240 voltios de carga monofásica.

Los transformadores rurales permiten la conexión a tierra de cada circuito de bajo voltaje.

3.  Partes de los transformadores rurales

Hay tres partes básicas de un transformador:

  • El núcleo de hierro que sirve como conductor magnético.
  • Un devanado primario o bobina de alambre.
  • El devanado secundario o bobina de alambre.

El primario generalmente se denomina entrada; el secundario como la salida. Otras partes y componentes de los transformadores rurales se describen a continuación:

4.  Componentes de un transformador

Estos son los componentes básicos de los transformadores rurales:

  • Núcleo laminado
  • Devanados
  • Materiales aislantes
  • Aceite del transformador
  • Cambiador de grifo
  • Conservador de aceite
  • Descanso
  • Tubos de enfriamiento
  • Relé Buchholz
  • Ventilación de explosión

En los componentes de los transformadores rurales, el núcleo de hierro blando laminado, los devanados y el material aislante son las partes principales y están presentes en todos los transformadores, mientras que el resto solo se puede ver en transformadores que tienen una capacidad de más de 100KVA.

Núcleo

El núcleo actúa como soporte para el devanado en el transformador. Está hecho de núcleo de hierro blando laminado para reducir la pérdida de corriente parásita y la pérdida de histéresis. La composición del núcleo de un transformador depende de factores como el voltaje, la corriente y la frecuencia.

Núcleo de los transformadores rurales
Núcleo de los transformadores rurales

El diámetro del núcleo del transformador es directamente proporcional a la pérdida de cobre e inversamente proporcional a la pérdida de hierro. Si se disminuye el diámetro del núcleo, se reduce el peso del acero en el núcleo, lo que conduce a una menor pérdida del núcleo del transformador y aumenta la pérdida de cobre. Cuando se aumenta el diámetro del núcleo, ocurre lo contrario.

Cobre de alta conductividad

El cobre tiene alta conductividad. Esto minimiza las pérdidas, así como la cantidad de cobre necesaria para el devanado (volumen y peso del devanado).

El cobre tiene alta ductilidad. Esto significa que es fácil doblar los conductores en devanados apretados alrededor del núcleo del transformador, minimizando así la cantidad de cobre necesaria, así como el volumen total del devanado.

Cobre de alta conductividad
Cobre de alta conductividad

Devanado

Se hacen dos juegos de bobinados sobre el núcleo del transformador y están aislados entre sí. El devanado consta de varias vueltas de conductores de cobre agrupados y conectados en serie.

El devanado se puede clasificar de dos maneras diferentes:

  • Basado en el suministro de entrada y salida.
  • Basado en el rango de voltaje.

Dentro de la clasificación de suministro de entrada / salida, el devanado se clasifica además:

  • Bobinado primario: es el devanado al que se aplica el voltaje de entrada.
  • Bobinado secundario: estos son los bobinados a los que se aplica el voltaje de salida.

Dentro de la clasificación del rango de voltaje, los devanados se clasifican además:

  • Bobinado de alto voltaje: está hecho de conductor de cobre. El número de vueltas realizadas será el múltiplo del número de vueltas en el devanado de baja tensión. El conductor utilizado será más delgado que el del devanado de bajo voltaje.
  • Bobinado de bajo voltaje: consiste en un menor número de vueltas que el bobinado de alto voltaje. Está hecho de gruesos conductores de cobre. Esto se debe a que la corriente en el devanado de bajo voltaje es mayor que la del devanado de alto voltaje.

El suministro de entrada a los transformadores se puede aplicar desde bobinado de bajo voltaje (LV) o de alto voltaje (HV) según el requisito.

Devanado de los transformadores rurales
Ejemplo de rotación de un devanado

Materiales aislantes

El papel aislante y el cartón se utilizan en los transformadores para aislar el devanado primario y secundario entre sí y del núcleo del transformador.

El aceite para transformadores rurales es otro material aislante. El aceite para transformadores realiza dos funciones importantes:

Además de la función de aislamiento, también puede enfriar el conjunto del núcleo y la bobina.

El núcleo y el devanado del transformador deben estar completamente sumergidos en el aceite. Normalmente, los aceites minerales hidrocarbonados se usan como aceite de transformador. La contaminación por aceite es un problema grave porque la contaminación priva al aceite de sus propiedades dieléctricas y lo vuelve inútil como medio aislante.

Materiales aislantes para transformadores rurales
Materiales aislantes para transformadores rurales

5.  Otros partes de los transformadores rurales

Aquí te mostramos las otras partes que forman la composición física de los transformadores rurales:

Conservador

El conservador conserva el aceite de los transformadores rurales. Es un tambor hermético, metálico, cilíndrico que se coloca sobre el transformador. El tanque conservador se ventila a la atmósfera en la parte superior, y el nivel normal de aceite está aproximadamente en el medio del conservador para permitir que el aceite se expanda y se contraiga a medida que varía la temperatura.

El conservador está conectado al tanque principal dentro del transformador, que está completamente lleno de aceite de transformador a través de una tubería.

conservador
Ciclo de conservación y enfriamiento de los transformadores rurales

Descanso

El respirador controla el nivel de humedad en el transformador. La humedad puede surgir cuando las variaciones de temperatura provocan la expansión y contracción del aceite aislante, lo que provoca que la presión cambie dentro del conservador. Los cambios de presión se equilibran mediante un flujo de aire atmosférico dentro y fuera del conservador, que es cómo la humedad puede ingresar al sistema.

Si el aceite aislante encuentra humedad, puede afectar el aislamiento del papel o incluso provocar fallas internas. Por lo tanto, es necesario que el aire que ingresa al tanque esté libre de humedad.

El respirador del transformador es un recipiente cilíndrico que se llena con gel de sílice. Cuando el aire atmosférico pasa a través del gel de sílice del respiradero, los cristales de sílice absorben la humedad del aire. El respirador actúa como un filtro de aire para el transformador y controla el nivel de humedad dentro de un transformador. Está conectado al extremo del tubo de ventilación.

Cambiador de grifo

El voltaje de salida de los transformadores varía de acuerdo con su voltaje de entrada y la carga. Durante las condiciones de carga, el voltaje en el terminal de salida disminuye, mientras que en condiciones sin carga, el voltaje de salida aumenta. Para equilibrar las variaciones de voltaje, se utilizan cambiadores de tomas.

En un cambiador de tomas bajo carga, la derivación se puede cambiar sin aislar el transformador del suministro. En un cambiador de tomas sin carga, se realiza después de desconectar el transformador. Los cambiadores automáticos de tomas también están disponibles.

Cambiador de grifo
Cambiador de grifo

Tubos de enfriamiento

Los tubos de enfriamiento se utilizan para enfriar el aceite del transformador. El aceite del transformador circula a través de los tubos de enfriamiento. La circulación del aceite puede ser natural o forzada.

En la circulación natural, cuando la temperatura del aceite aumenta, el aceite caliente sube naturalmente y el aceite frío se hunde hacia abajo. Así, el aceite circula naturalmente a través de los tubos. En circulación forzada, se utiliza una bomba externa para hacer circular el aceite.

Tubos de enfriamiento
Tubos de enfriamiento

Relé Buchholz

El relé Buchholz es un contenedor de dispositivo de protección ubicado sobre la tubería de conexión desde el tanque principal al tanque conservador. Se utiliza para detectar las fallas que ocurren dentro del transformador.

Es un relé simple que es operado por los gases emitidos durante la descomposición del aceite del transformador durante fallas internas. Ayuda a detectar y proteger el transformador de fallas internas.

Relé Buchholz
Relé Buchholz para transformadores rurales

Ventilación de explosión

El venteo de explosión se usa para expulsar el aceite hirviendo en el transformador durante fallas internas graves para evitar la explosión de los transformadores rurales. Durante fallas severas, el aceite sale del respiradero. El nivel de la ventilación de explosión normalmente se mantiene por encima del nivel del tanque de conservación.

Ventilación de explosión
Ventilación de explosión

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