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Transformadores eléctricos

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Transformadores eléctricos
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Dada la extensa utilización del transformador en cada una de las etapas del proceso de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, es muy importante que su estudio haga parte en el proceso de formación académica de un estudiante de ingeniería, en áreas afines a la electricidad. Este libro incluye algunos aspectos relacionados con los transformadores eléctricos; desde los conceptos básicos de la teoría electromagnética, hasta el modelado, diseño y operación del transformador, con algunas notaciones relacionadas con los aspectos normativos que lo rigen. Un producto que ha sido posible, gracias al aporte en términos de conceptualización y experiencia de más de 40 años en el desarrollo continuado del curso de transformadores, del programa de ingeniería eléctrica de la Universidad Tecnológica de Pereira, realizado por profesores e ingenieros que han laborado en el sector de transformadores a nivel local y nacional. Este texto pretende convertirse en una guía al servicio de los estudiantes, para facilitar el proceso de aprendizaje y así servir de elemento motivador para profundizar en temas más específicos relacionados con los transformadores, dadas las exigencias de los sistemas modernos de potencia.

Atributos LU

TítuloTransformadores eléctricos
AutorSandra Milena Pérez Londoño y José Germán López Quintero
Tabla de Contenido
Contenido

Prólogo

Introducción
 
CAPITULO UNO

Teoría básica del transformador

1.1 Necesidad de los transformadores de potencia y de distribución

1.2 Conceptos básicos de la teoría electromagnética

1.2.1 Campo magnético

1.2.2 Flujo magnético

1.2.3 Fuerza magnetomotriz

1.2.4 Intensidad de campo magnético

1.2.5 Permeabilidad magnética

1.3 Definición de un transformador eléctrico

1.4 Principio de funcionamiento del transformador eléctrico

1.5 Características constructivas del transformador

1.5.1 El circuito magnético

1.5.2 Los devanados

1.5.3 Aislamiento

1.5.4 Métodos de refrigeración

1.6 Características de funcionamiento del transformador

1.6.1 Funcionamiento en vacío

1.6.2 Funcionamiento bajo carga

1.6.3 Diferencias entre un transformador con carga y en vacío

1.7 Fenómenos presentes en un transformador energizado

1.7.1 Presencia de esfuerzos entre conductores

1.7.2 Magnetostricción

1.7.3 Pérdidas

1.7.3.1 Pérdidas en el núcleo

1.7.3.2 Pérdidas en los devanados

1.7.3.3 Pérdidas por flujos de dispersión

1.7.4 Calentamiento del transformador

1.8 Normatividad y reglamentación

1.8.1 Organismos internacionales

1.8.2 Organismos regionales

1.8.3 Organismos nacionales

1.8.4 Normatividad para transformadores

1.8.5 Reglamentación para transformadores
 
CAPÍTULO DOS

El circuito magnético

2.1 Introducción

2.2 Características del núcleo

2.2.1 Materiales utilizados

2.2.2 Características electromagnéticas de un núcleo ferromagnético

2.2.2.1 Curva de magnetización

2.2.2.2 Ciclo de histéresis

2.2.2.3 Curvas estática y dinámica de histéresis

2.2.2.4 Comportamiento magnético

2.2.2.5 Corriente de excitación

2.2.2.6 Relación flujo - voltaje en material ferromagnético ante excitación sinusoidal

2.2.2.7 Consideraciones técnicas y económicas de la ecuación fundamental

2.3 Diseño y construcción del núcleo del transformador

2.3.1 Clasificación del tipo de núcleo según la forma constructiva

2.3.1.1 Núcleo enrollado

2.3.1.2 Construcción de un núcleo enrollado

2.3.1.3 Núcleo apilado

2.3.1.4 Construcción de núcleo apilado

2.3.2 Clasificación del tipo de núcleo según la disposición de las bobinas

2.3.2.1 Núcleo acorazado o tipo shell

2.3.2.2 Núcleo tipo columna o tipo core

2.4 Problemas constructivos relacionados con el núcleo

2.4.1 Ruido y constricción magnética (magnetostricción)

2.4.2 Resonancia del núcleo

2.4.3 Nivel de ruido audible

2.5 Pérdidas de energía en el núcleo de un transformador

2.5.1 Pérdidas por corrientes de eddy, Foucault o parásitas

2.5.2 Pérdidas por histéresis

2.5.3 Método de medición de pérdidas en el núcleo

2.5.4 Efectos de la distribución de la forma de onda sobre la medición de pérdidas

2.5.5 Método de separación de pérdidas en el núcleo

2.6 Cálculo de pérdidas en el núcleo

2.6.1 Curvas del material

2.6.2 Geometría del núcleo

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO TRES

Circuito equivalente de un transformador monofásico

3.1 Introducción

3.2 Modelo del transformador ideal

3.2.1 Determinación de marcas de polaridad

3.2.2 Expresiones básicas de un transformador ideal

3.3 Modelo del transformador no ideal de núcleo lineal

3.4 Concepto de flujos de dispersión y flujos mutuos en un transformador

3.5 Circuito equivalente de un transformador

3.6 Modificaciones al circuito equivalente del transformador

3.7 Obtención del circuito equivalente de un transformador monofásico real

3.8 Representación fasorial del circuito equivalente

3.9 Circuitos equivalentes aproximados de un transformador de núcleo ferromagnético

3.10 Determinación de los parámetros del circuito equivalente del transformador

3.10.1 Prueba de cortocircuito

3.10.2 Prueba de circuito abierto

3.10.3 Medida de la resistencia de los devanados

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO CUATRO

Características de funcionamiento de los transformadores

4.1 Introducción

4.2 Tensión de cortocircuito

4.3 Corriente de cortocircuito

4.3.1 Efectos de la corriente de cortocircuito

4.3.1.1 Efectos térmicos

4.3.1.2 Efectos electrodinámicos

4.3.2 Magnitud de la corriente de cortocircuito Icc

4.4 Corriente de conexión o Inrush

4.5 Regulación de tensión

4.5.1 Regulación de tensión en función de parámetros del transformador y la carga

4.5.2 Influencia de la corriente y factor de potencia sobre la regulación

4.6 Eficiencia o rendimiento del transformador

4.6.1 Influencia de la temperatura sobre el rendimiento

4.6.2 Rendimiento cíclico

4.7 Valores en por unidad p.u

4.7.1 Pérdidas en el cobre en p.u

4.7.2 Pérdidas en el núcleo en p.u

4.7.3 Eficiencia en p.u

4.7.4 Regulación de tensión en p.u

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO CINCO

Devanados y aislamiento en el transformador

5.1 Introducción

5.2 Conceptos básicos sobre aislamiento

5.2.1 Utilización del aislamiento

5.2.2 Constante dieléctrica o permitividad relativa

5.2.3 Ruptura del aislamiento

5.3 Aspectos generales del sistema de aislamiento de un transformador

5.3.1 Materiales aislantes líquidos

5.3.2 Materiales aislantes sólidos

5.3.3 Materiales aislantes gaseosos

5.3.4 Barnices y resinas

5.3.5 Clasificación de los aislamientos

5.4 Aspectos constructivos de devanados y aislamientos

5.4.1 Construcción de bobinas

5.4.2 Ensamble del conjunto núcleo-bobina

5.4.3 Tipos de bobinas

5.4.3.1 Devanados concéntricos

5.4.3.2 Devanados intercalados

5.4.4 Ensayos realizados sobre el aislamiento del transformador

5.4.4.1 Ensayo de tensión aplicada o baja frecuencia

5.4.4.2 Ensayo de tensión inducida

5.4.4.3 Ensayo de tensión de impulso

5.4.5 Nivel básico de aislamiento (BIL)

5.4.6 Diseño del sistema aislante de una bobina

Ejercicios propuestos

CAPÍTULO SEIS

Temperatura y capacidad de carga en el transformador

6.1 Introducción

6.2 Vida útil del transformador

6.3 Envejecimiento del material aislante

6.4 Formas de transmisión del calor

6.5 Circulación natural del aceite al interior del transformador

6.6 Sistemas de refrigeración en un transformador

6.7 Modelo térmico del transformador

6.7.1 Diagrama esquemático de la temperatura en un transformador

6.7.2 Influencia de la temperatura ambiente y la carga sobre el punto más caliente del transformador

6.7.3 Guía de cargabilidad de transformadores de distribución

6.7.4 Transitorio de temperatura

6.7.5 Constante de tiempo del líquido refrigerante

6.7.6 Ensayo de calentamiento

6.7.7 Ciclo de carga equivalente

6.8 Cálculo de la temperatura del punto más caliente con el método IEEE

6.9 Procedimiento de cálculo de vida útil del transformador en función de la temperatura del punto más caliente

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO SIETE

Otras formas constructivas del transformador

7.1 Introducción

7.2 El autotransformador

7.2.1 Conexión del autotransformador

7.2.2 Principio de funcionamiento del autotransformador monofásico

7.2.3 Potencia de paso y potencia interna

7.2.4 Formas de transmisión de energía en un autotransformador

7.2.5 Impedancia de un autotransformador

7.2.6 Ventajas e inconvenientes del autotransformador

7.3 El transformador de tres devanados

7.4 El transformador con cambiador de derivaciones o taps

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO OCHO

Conexiones trifásicas de transformadores

8.1 Introducción

8.2 Posibles combinaciones de los núcleos magnéticos para transformaciones trifásicas

8.2.1 Transformadores con sistemas magnéticos independientes

8.2.2 Transformador con sistemas magnéticos acoplados o de núcleo trifásico

8.2.3 Comparación entre formas constructivas de transformadores trifásicos

8.3 Conceptos básicos

8.3.1 Polaridad propia de un devanado

8.3.2 Polaridad relativa de dos devanados de una misma fase

8.3.3 Desfase entre las tensiones de un sistema

8.3.4 Sentido de rotación de vectores

8.3.5 Marcación y polaridad

8.4 Conexión de los transformadores trifásicos

8.4.1 Conexión en estrella Y

8.4.2 Conexión en triángulo o delta D

8.4.3 Conexión en zigzag Z

8.4.4 Conexiones posibles

8.5 Índice horario y grupos de conexión

8.6 Renombramiento de bornes

8.6.1 Corrimiento cíclico

8.6.2 Inversión de fases

8.7 Características importantes de las conexiones trifásicas

8.7.1 Conexión Yy (Estrella - estrella)

8.7.2 Conexión Dd (Delta - delta)

8.7.3 Conexión Yd /Estrella - delta)

8.7.4 Conexión Dy (Delta - estrella)

8.7.5 Conexión Yz (Estrella - zigzag)

8.8 Influencia de cargas desequilibradas en transformadores trifásicos

8.8.1 Desequilibrio en conexión Yy

8.8.2 Desequilibrio en conexión Dd

8.8.3 Desequilibrio en conexión Yd

8.8.4 Desequilibrio en conexión Dy

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO NUEVE

Operación en paralelo de transformadores

9.1 Introducción

9.2 Conceptos básicos

9.3 Circuito equivalente

9.4 Condiciones para el acoplamiento

9.4.1 Igual frecuencia en las redes a acoplar

9.4.2 Iguales desfases secundarios respecto al primario

9.4.3 Igual sentido de rotación de las fases secundarias

9.4.4 Iguales relaciones de transformación en vacío

9.4.5 Iguales tensiones porcentuales de cortocircuito

9.4.6 Relación de potencias nominales no mayor de 3 a 1

9.5 Consideraciones sobre la subdivisión de la potencia total entre transformadores

9.6 Corrientes circulantes en transformadores en paralelo

Ejercicios propuestos
 
CAPÍTULO DIEZ

Accesorios del transformador

10.1 Introducción

10.2 Accesorios normalizados

10.2.1 Aisladores tipo buje o pasatapas

10.2.2 Indicador del nivel de aceite

10.2.3 Conector de tierra

10.2.4 Válvula de sobrepresión

10.2.5 Cambiador o conmutador de derivaciones

10.2.6 Relé de presión súbita

10.2.7 Dispositivos de purga y toma de muestras de aceite

10.2.8 Tanque de expansión o conservador de aceite

10.2.9 Relé de Buchholz

10.2.10 Deshumectador de aire

10.2.11 Termómetro

10.2.12 Placa de características
 
Anexo I. Ensayos del Transformador

Anexo II. Tendencias modernas en transformadores
 
Bibliografía
TipoLibro
ISXN9789587223026
Año de Edición2018
Núm. Páginas318
Peso (Físico)950
Tamaño (Físico)21.5 x 27.5 cm
Acabado (Físico)Tapa rústica

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