Qué es el bobinado de un transformador: tipos y aplicaciones

Un transformador es una máquina eléctrica estática que se utiliza para transferir corriente alterna de un circuito a otro a una frecuencia estable mediante el proceso de inducción electromagnética; sin embargo, la tensión aumenta o disminuye según sea necesario. Este dispositivo se utiliza para aumentar o disminuir la tensión en los circuitos. Cada transformador consta de varias partes, como el núcleo, los devanados, la bobina, los materiales aislantes, el conservador, el aceite, el respiradero, el cambiador de tomas, el relé Buchholz, los tubos de refrigeración y el respiradero antideflagrante. Por ello, este artículo ofrece una visión general de devanado del transformadortipos y cómo funcionan.

¿Qué es el devanado del transformador?

El devanado de un transformador consta de varias bobinas de cobre en las que cada haz está conectado para formar un devanado. Los devanados dependen principalmente de la alimentación de entrada y salida y del rango de tensión. A continuación se muestra el diagrama de devanado del transformador.

Los devanados de los transformadores son de dos tipos: devanado primario y devanado secundario.
El funcionamiento del devanado del transformador implica que el devanado primario recibe energía eléctrica de la fuente, mientras que el devanado secundario transmite energía eléctrica a la carga.

Materiales

Materiales para el bobinado de transformadores son el aluminio y el cobre, que son los conductores más utilizados en los devanados de los transformadores. La resistencia mecánica y la conductividad son elevadas en el caso del cobre, mientras que los materiales de aluminio son más baratos y ligeros que el cobre. En general, los devanados de cobre se utilizan en los grandes transformadores, mientras que los conductores de aluminio se emplean en los transformadores pequeños y medianos.

Tipos de devanados de los transformadores

Los devanados de los transformadores son de diferentes tipos, como los siguientes.

• Devanados helicoidales multicapa
• Devanados helicoidales o en espiral
• Bobinas de disco
• Bobinas de lámina
• Devanados cilíndricos
• Bobinas cruzadas
• Bobinado de discos y discos continuos
• Bobinas de aluminio

Devanados helicoidales multicapa

Estos devanados se utilizan principalmente en los transformadores de alta tensión, como los de 110 kV y superiores. Este tipo de devanados se compone de varias capas cilíndricas enrolladas y conectadas en serie. Las capas exteriores de estos devanados del transformador son más cortas que las interiores para distribuir la capacitancia de forma coherente. Estos devanados se utilizan principalmente para mejorar el comportamiento de la sobretensión del transformador.

Devanados helicoidales o en espiral

Los devanados helicoidales se conocen como devanados en espiral y se utilizan para transformadores de baja tensión y alta capacidad, donde el flujo de corriente es mayor y las vueltas del devanado son menores. La potencia del transformador oscila entre 160 y 1000 kilovoltios-amperios y entre 0,23 y 15 kilovoltios.

Para proteger una potencia mecánica suficiente, el área de la sección transversal de la banda no debe ser inferior a 75 mm - 100 mm cuadrados. El número máximo de tiras utilizadas para formar el conductor en paralelo es de 16. Estos devanados están disponibles en tres tipos: helicoidal simple, helicoidal doble y helicoidal de disco.

• Un bobinado que sigue una dirección axial a lo largo de una línea de tornillo con una inclinación se llama bobinado helicoidal simple. Estos devanados se componen simplemente de una capa de vueltas en cada devanado.
• El bobinado de doble hélice reduce las pérdidas por corrientes parásitas en los conductores. Debido al reducido número de conductores en paralelo, se utilizan en dirección radial.
• El bobinado de disco-hélice está diseñado de forma que las tiras están conectadas radialmente entre sí para ocupar toda la fuerza radial del bobinado.

Bobinas de disco

Los devanados de disco pueden diseñarse conectando varios discos conductores en serie. Inicialmente, se puede formar un disco enrollando varias bobinas de conductor aislado y conectándolas después en serie para obtener un bobinado de disco. Cada disco puede separarse del disco vecino con separadores.

La principal diferencia entre un bobinado de disco y un bobinado helicoidal es que el bobinado helicoidal consta simplemente de una sola bobina de conductor paralelo para cada disco, mientras que el bobinado de disco consta de varias bobinas para cada disco. Los devanados de disco se utilizan en los transformadores de 25kV. Al igual que los devanados helicoidales, estos devanados también son mecánicamente robustos.

Bobinas de lámina

Los devanados de lámina se diseñan principalmente con láminas finas de aluminio o cobre en las que la lámina fina aislada se recubre varias veces para crear devanados en espiral multicapa. Este bobinado puede estar formado por una sola lámina o por muchas láminas enrolladas en paralelo en el lado plano. Son aplicables en transformadores de gran capacidad con corrientes entre 12 y 600 A.

Devanados cilíndricos

Estos devanados utilizan una baja tensión de hasta 6,6 kV y una corriente nominal de entre 10 y 600 A. Estos devanados suelen utilizarse en forma multicapa. En este tipo de bobinado, utilizamos conductores circulares enrollados en bandas verticales para mejorar las condiciones de refrigeración.

Esta disposición crea canales para el aceite que favorecen una mejor refrigeración. Estos devanados son aplicables cuando se utilizan valores de alta tensión, hasta 33 kV, 800 kVA y valores de corriente de hasta 80 A. Para un conductor desnudo, el diámetro máximo utilizado es de 4 mm.

Bobinas cruzadas

Los devanados cruzados se utilizan en los transformadores pequeños. Estos devanados se separan en varias bobinas para disminuir la tensión entre capas contiguas, donde estas bobinas se dividen axialmente a una distancia de 0,5 a 1 mm. Las tensiones entre las bobinas contiguas no deben superar los 800 - 1000 V.

La longitud axial efectiva de cada bobina es de aproximadamente 50 mm, mientras que la distancia entre dos bobinas es de 6 mm para contener los bloques de material aislante. La anchura de la bobina varía de 25 a 50 mm. La resistencia de estos devanados es alta en comparación con los devanados cilíndricos en condiciones normales.

Devanados de disco y de disco continuo

Este tipo de devanado se utiliza normalmente en transformadores de gran capacidad, en los que estos devanados constan de varios discos o bobinas planas en una configuración en serie o en paralelo. Estas bobinas pueden formarse con tiras rectangulares enrolladas en espiral en sentido radial.

Los conductores de este tipo de bobinas son tiras simples o múltiples en una configuración paralela que se enrollan en el lado del nivel. La formación de estos conductores hace que la estructura sea muy robusta.
Los discos de estas bobinas están divididos entre sí por sectores de cartón prensado y estos sectores están conectados en tiras verticales.

En este caso, la superficie del conductor varía de 4 a 50 mm cuadrados y la corriente varía de 12 a 600 A. La anchura mínima del conducto de aceite del transformador es de 6 mm, especialmente para 35 kV. La principal ventaja de este tipo de bobinado es que ofrece la mayor resistencia mecánica axial.

Bobinas de aluminio

Los devanados de aluminio son la opción más popular para los transformadores norteamericanos de tipo seco y de baja tensión. En la mayoría de las zonas del mundo, el bobinado de cobre es el principal material de bobinado, pero la principal razón para elegir el bobinado de aluminio es su bajo coste inicial.

El bobinado de aluminio es más flexible que el de cobre, lo que lo hace muy sencillo. La resistividad máxima del aluminio reduce las pérdidas parásitas en el bobinado. Esto reduce la posibilidad de que haya puntos calientes. Los transformadores con devanados de aluminio o de cobre tienen las mismas pérdidas y prestaciones. Las bobinas de aluminio son más grandes que las de cobre.

Medidor de la resistencia del devanado del transformador

El medidor de resistencia del devanado del transformador es un dispositivo de diagnóstico esencial que se utiliza para comprobar el montaje, el mal diseño, el mantenimiento, la manipulación y la sobrecarga del transformador. La medición de la resistencia del devanado del transformador garantiza que cada circuito está conectado correctamente y que todas las conexiones son seguras.

En los transformadores, la resistencia del devanado cambia debido a conexiones sueltas, bobinas en cortocircuito, etc. Aparte de la configuración, las mediciones de resistencia se hacen normalmente de fase a fase y las lecturas se evalúan entre sí para determinar si son correctas. Este instrumento está diseñado principalmente para calcular la resistencia de los devanados de diversos tipos de transformadores, generadores, devanados de motores, inductores, interruptores, cables eléctricos, contactos de barras, etc. Este instrumento está especialmente diseñado para objetos de muy alta inductividad, como 400kV/220kV/765kV.

Indicador de la temperatura del devanado del transformador

En el transformador, el bobinado es un componente esencial con altas temperaturas. Cuando aumenta la carga, aumenta la temperatura del bobinado. Por tanto, para controlar los parámetros de temperatura en el interior del transformador, se mide la temperatura del aceite y del bobinado. La temperatura del devanado en el interior del transformador se mide con el WTI (indicador de temperatura del devanado) y la temperatura del aceite del transformador se mide con el indicador de temperatura del aceite.

La función principal del indicador de temperatura del devanado (WTI) es especificar la temperatura de los devanados de baja y alta tensión del transformador para activar los contactos de disparo, alarma y control de refrigeración. En la figura siguiente, la aguja negra indica la CWT (temperatura del bobinado actual), mientras que la aguja roja indica la temperatura más alta del bobinado.

Aquí hay dos asas para ajustar la temperatura del bobinado para el disparo y la alarma. La manecilla verde muestra el ajuste de la temperatura del bobinado para la alarma, mientras que la manecilla roja muestra el ajuste de la temperatura del bobinado para el disparo.

Ventajas

El ventajas del devanado del transformador incluyen lo siguiente.

• Evita el flujo condensado y las fugas de hierro.
• La resistencia mecánica de estos devanados es alta
• Es muy eficaz cuando trabaja a altas frecuencias.
• Menor tasa de fallos
• Menores costes de producción

Desventajas

El desventajas del devanado del transformador incluyen lo siguiente.

• Es muy difícil retorcer las bobinas
• Hay menos precisión en el posicionamiento de las bobinas, por lo que las características eléctricas y el rendimiento pueden verse alterados.
• Aumento del gasto en mano de obra

Aplicaciones

El aplicaciones del devanado del transformador incluyen lo siguiente.

• Los devanados de los transformadores son de dos tipos: el devanado primario extrae la energía de la fuente principal y el devanado secundario transmite la energía a la carga.
• En los circuitos de corriente alterna, el valor de un condensador, resistencia o inductor aumenta o disminuye.
• Puede aumentar o disminuir el nivel de tensión o de corriente.

¿Cuál es el lado de BT del transformador?

En un transformador que dispone de un devanado de baja tensión (BT), se denomina lado BT.

¿Cuál es la diferencia entre los transformadores de 2 y 3 devanados?

La principal diferencia entre los transformadores de dos y tres devanados es que los de dos devanados se utilizan principalmente para cambiar la tensión de un nivel a otro. Los transformadores de tres devanados se utilizan cuando se necesitan tres niveles de tensión.

¿Qué es el devanado primario?

El devanado primario es el devanado principal de un transformador que se conecta directamente a la fuente de alimentación principal para que reciba la energía directamente.

¿Cuál es el indicador de temperatura del transformador?

La mayoría de los transformadores utilizan un indicador de temperatura del aceite para medir la temperatura del mismo.

¿Cómo se mide la temperatura interna de un bobinado?

La temperatura del devanado de un transformador puede medirse con un termómetro y cualquier tipo de sensor.

Por lo tanto, esta es una visión general de los diferentes métodos de medición tipos de transformadores devanados en los que los conductores se enrollan alrededor del núcleo. Las entradas y salidas del transformador pueden estar formadas por los devanados primario y secundario. La construcción de estos devanados debe ser estable en el transformador para garantizar un funcionamiento seguro. La elección de un devanado adecuado para un transformador puede hacerse en función del valor VA. He aquí una pregunta para ti: ¿cuáles son los diferentes tipos de transformadores disponibles en el mercado?