transformador

Un transformador es una máquina eléctrica estática que transfiere energía entre dos o más circuitos utilizando inducción electromagnética. Consiste en dos o más bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo compartido de hierro o ferrita. Cuando la corriente alterna fluye a través de la bobina primaria, crea un campo magnético cambiante en el núcleo, lo que induce un voltaje en la bobina secundaria. El transformador realiza esta transferencia sin partes móviles, sin desgaste mecánico y con una eficiencia típicamente entre el 96 y el 99 por ciento, dependiendo del tamaño y el diseño.

La razón fundamental de la existencia de los transformadores es cambiar los niveles de voltaje. Un generador puede producir 20 kV; las líneas de transmisión operan a 138 kV o 765 kV para reducir las pérdidas resistivas a lo largo de la distancia; las redes de distribución locales reducen el voltaje a 13.8 kV o 4.16 kV; y el equipo del cliente espera 480 V trifásicos o 120/240 V monofásicos. Los transformadores hacen posible cada una de estas transiciones. La relación de voltaje es igual a la relación de espiras: un transformador reductor de 10:1 con 1000 espiras en el primario y 100 espiras en el secundario reducirá el voltaje en un factor de 10, mientras que aumentará la corriente proporcionalmente.

Los transformadores se clasifican en grandes categorías según su aplicación. Los transformadores de potencia con una capacidad nominal superior a 100 kVA manejan las funciones de generación, transmisión y subestación; son grandes, a menudo refrigerados por aceite y diseñados para un funcionamiento continuo. Los transformadores de distribución, típicamente de 10 a 50 kVA, se cuelgan en postes de servicios públicos o se colocan en gabinetes montados en plataformas que sirven a los vecindarios. Los transformadores pequeños de tipo seco con una capacidad nominal inferior a 10 kVA aparecen en circuitos de control, instrumentación y máquinas herramienta. Los tipos especiales incluyen transformadores de aislamiento (el primario y el secundario tienen el mismo voltaje pero sin conexión eléctrica directa), autotransformadores (los devanados primario y secundario comparten espiras, ahorrando cobre) y transformadores de instrumento (transformadores de corriente y transformadores de potencial para medición y protección).

Modos de falla comunes y tensiones operativas

Las fallas del transformador se deben al calor, la humedad y la ruptura dieléctrica. Los transformadores sumergidos en aceite dependen del aceite mineral tanto como refrigerante como aislante eléctrico; la contaminación por agua y la oxidación degradan el aceite, reduciendo su rigidez dieléctrica y provocando fallas internas. La sobrecarga hace que la temperatura del devanado aumente; los ciclos térmicos repetidos fatigan el aislamiento y aceleran el envejecimiento. Las sobretensiones debidas a rayos o transitorios de conmutación pueden perforar el aislamiento entre los devanados o entre un devanado y tierra. Los daños mecánicos externos, los cortocircuitos en el lado secundario y la saturación del núcleo por polarización de CC o corrientes armónicas acortan la vida útil.

Un transformador de potencia trifásico suele pesar cientos de kilogramos y ocupa un espacio considerable. El núcleo está laminado con láminas delgadas de acero para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault. Los devanados son de alambre de cobre o aluminio, cuidadosamente enrollados con tolerancias precisas y aislados con papel, esmalte o materiales sintéticos. El monitoreo de la temperatura, el muestreo de aceite y el análisis de gases disueltos son prácticas de mantenimiento rutinarias para unidades de alto valor. Los datos de la placa de identificación incluyen la clasificación en kilovoltios-amperios (kVA), los voltajes primario y secundario, la impedancia (caída de voltaje porcentual a plena carga), la clase de enfriamiento (ENFRIADO POR ACEITE, AUTOENFRIADO o TIPO SECO) y los ajustes de tomas para la regulación de voltaje.