【Transformador】¿Conoce el principio de funcionamiento del transformador inmerso en aceite?

Autor: Hengfengyou Electric Fecha: 2025-11-19 Vistas:

Estructura del Transformador Inmerso en Aceite

Clasificación: Puede dividirse en transformadores de núcleo y transformadores de envolvente. Si los devanados se enrollan alrededor del núcleo, es un transformador de núcleo; si el núcleo se enrolla alrededor de los devanados, es un transformador de envolvente. Sin embargo, su estructura es ligeramente diferente, sin diferencia esencial en el principio. Todos los transformadores de potencia son del tipo de núcleo.

El transformador está compuesto principalmente por el núcleo, los devanados, el tanque, el depósito de expansión (conservador), los bushings aislantes, el conmutador de derivaciones y el relé de gas (Buchholz).

1. Núcleo
Es la parte del circuito magnético del transformador. Durante la operación genera pérdidas por histéresis y corrientes parásitas (Foucault), que causan calentamiento. Para reducir estas pérdidas térmicas, el volumen y el peso, el núcleo utiliza láminas de acero al silicio de grano orientado y laminado en frío, con un espesor inferior a 0.35 mm. Según la disposición de los devanados, existen los tipos de núcleo y de envolvente.

En transformadores de gran capacidad, a menudo se incluyen canales de refrigeración de aceite dentro del núcleo para que el calor generado por las pérdidas sea disipado eficazmente por el aceite aislante en circulación, logrando así un buen efecto de refrigeración.

2. Devanados
Los devanados y el núcleo son los componentes centrales del transformador. Dado que los devanados tienen resistencia propia y resistencia de contacto en las uniones, la ley de Joule (I²R) indica que generarán calor. Por lo tanto, los devanados no deben conducir corrientes superiores a la corriente nominal durante largos períodos. Además, las corrientes de cortocircuito generan grandes fuerzas electromagnéticas sobre los devanados, que pueden dañar el transformador. Las configuraciones básicas de devanados son concéntrica y superpuesta.

Las principales fallas en los devanados son los cortocircuitos entre espiras y los cortocircuitos a la carcasa. Los cortocircuitos entre espiras se deben principalmente al envejecimiento del aislamiento o a daños mecánicos en el mismo causados por sobrecargas o cortocircuitos externos. También pueden ocurrir cuando el nivel de aceite desciende, dejando parte del devanado expuesto. Asimismo, durante un cortocircuito externo, la deformación del devanado por sobrecorriente puede dañar mecánicamente el aislamiento y provocar un cortocircuito entre espiras. En este caso, la corriente en la espira en cortocircuito puede exceder el valor nominal, aunque la corriente total del devanado podría no hacerlo. En tal situación, actuaría la protección de gas (Buchholz), y en casos graves, también la protección diferencial. Las causas de los cortocircuitos a carcasa también incluyen el envejecimiento del aislamiento, la humedad en el aceite, la caída del nivel de aceite o sobretensiones por rayos o maniobras. Además, la deformación del devanado durante un cortocircuito externo puede igualmente causar un cortocircuito a carcasa. En caso de cortocircuito a carcasa, suelen actuar las protecciones de gas y de tierra.

3. Tanque
El cuerpo del transformador inmerso en aceite (devanados y núcleo) se instala dentro de un tanque soldado de acero lleno de aceite transformador. En transformadores pequeños y medianos, el tanque consta de una cuba y una tapa. El cuerpo del transformador se coloca dentro de la cuba, permitiendo su extracción para mantenimiento al retirar la tapa.

 

Principio de Funcionamiento del Transformador Inmerso en Aceite

El principio básico del transformador es la inducción electromagnética. Tomando como ejemplo un transformador monofásico de dos devanados para explicar su funcionamiento básico: cuando un voltaje U1 se aplica al devanado primario, fluye una corriente I1, generando un flujo magnético alterno en el núcleo de hierro. Este flujo se denomina flujo magnético principal (Φ). Bajo la acción de este flujo, los dos devanados inducen respectivamente fuerzas electromotrices E1 y E2.

La fórmula de la fuerza electromotriz inducida es:
E = 4.44 * f * N * Φm

Donde:

• E - Valor efectivo de la fuerza electromotriz inducida

• f - Frecuencia

• N - Número de espiras

• Φm - Valor máximo del flujo magnético principal

Dado que el número de espiras del devanado secundario (N2) es diferente al del primario (N1), las fuerzas electromotrices inducidas E1 y E2 también son diferentes. Cuando se desprecian la resistencia interna y la caída de tensión, los voltajes U1 y U2 también difieren.

Cuando el lado secundario del transformador está en vacío, solo circula por el primario la corriente (I0) necesaria para establecer el flujo magnético principal, llamada corriente de excitación. Cuando una carga conectada al secundario hace fluir una corriente de carga I2, esta también produce un flujo magnético en el núcleo, que intenta modificar el flujo magnético principal.

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