Transformadores De Distribucion

INTRODUCCION

La finalidad de este texto es la de introducir a los estudiantes de ingeniería eléctrica en el campo cognoscitivo de los transformadores eléctricos. Con la información aquí vertida conocerá y comprenderá los fundamentos teóricos, la metodología del cálculo del diseño, la tecnología para la construcción de transformadores de distribución, y también de las pruebas eléctricas aplicables a éstos. Durante la exposición del procedimiento del cálculo de diseño, se ha hecho el intento, en lo posible, de basar todos los argumentos sobre hechos científicos y de construir un diseño en una forma lógica a partir de principios fundamentales conocidos. Se reconoce generalmente que los fundamentos -o leyes básicas sobre las que se basan las teorías-, no pueden ser enseñados apropiadamente sin mostrar su aplicación práctica. Esa es la función principal de los cursos de laboratorio dentro del currículo. El estudiante obtiene datos del transformador para luego analizarlos con objeto de determinar si los resultados observados se encuentran o no en concordancia con ciertas leyes fundamentales que se proponen ser aplicables universalmente. La función del diseñador no es discrepar, sino crear. La diferencia entre un curso de laboratorio y un curso en diseño de máquinas es la misma que existe entre el análisis y la síntesis. Ambos son necesarios para el conocimiento completo de las leyes básicas que usualmente se conocen como fundamentos. El ingeniero de diseño es raramente capaz de resolver un problema por el sencillo procedimiento de sustituir símbolos por valores numéricos en una o más fórmulas. Está obligado a confrontar, generalmente, una serie de problemas simultáneos para los que no existe una solución, sino muchas. Su función es, encontrar el punto óptimo entre los varios requerimientos técnicos exigidos y proponer una solución que satisfaga el propósito deseado de manera económica. Aun cuando el criterio de ingeniería no se adquiere fácilmente en la escuela, la práctica del diseño de cualquier máquina requiere el ejercicio del juicio individual en mayor grado que la mayor parte de los cursos en estudio. Todas las condiciones y factores a controlar son raramente conocidos con precisión al principio, y el diseñador debe hacer , frecuentemente, una serie de suposiciones y estimaciones antes de poder determinar alguna dimensión o proporción en particular; pero, habiéndolo hecho, aplicará las pruebas basadas en principios científicos establecidos como una comprobación de su criterio, en forma tal que quedará satisfecho de que su máquina o aparato cumplirá los requerimientos especificados por alguna norma establecida. El método aquí seguido, supone que al diseñador se le da la libertad para producir un transformador que en todos los aspectos, sea adecuado para el trabajo a desempeñar y donde el costo y la eficiencia estarán, generalmente, de acuerdo con los requerimientos normalizados actuales. Los diferentes pasos en el diseño se

dan dentro de una secuencia lógica, y si el trabajo parece ser innecesariamente detallado y laborioso, deberá recordarse que el método tiene un valor.

didáctico formativo y práctico. Se ilustra la aplicación de principios teóricos a un caso concreto y muestra cómo la práctica de la ingeniería es, en gran parte, un trabajo de tanteo científico. El diseñador experimentado será capaz de eliminar muchos de los pasos intermedios aquí intencionalmente incluidos, porque será capaz de basarse sobre el criterio de ingeniería que ha adquirido durante años de práctica. Es incuestionable que la ingeniería es la aplicación económica de la ciencia hacia fines materiales y si los factores de costo y durabilidad se omiten en un problema, los resultados obtenidos - aunque importantes desde otro punto de vista -, no tiene valor de ingeniería. El diseñador debe siempre tener en mente la interrogativa del costo, no sólo el costo de materiales el cual es relativamente fácil de estimar - sino también el costo de mano de obra, que depende del tamaño y complicación de las partes, accesibilidad de los tomillos y pernos y factores similares. Aunque el manejo de costos raramente se aprenden con profundidad en la escuela, es más bien de la práctica en trabajos de ingeniería, el estudiante deberá tratar de comprender su importancia y llevarlas en mente. Otro aspecto no menos importante es la seguridad con que deben operar los transformadores para evitar riesgos al personal que instala y/o mantiene en servicio dichos aparatos. Se recomienda apegarse estrictamente a las normas de referencia a este fin. A los lectores interesados en el estudio de transformadores se les recomienda, primeramente, conocer y comprender a profundidad la teoría del transformador, para luego tener la capacidad del análisis deductivo del cómo y el por qué se requiere seguir una metodología en el cálculo para diseñarlos, y a la vez construirlos y probarlos. De esta manera el alumno adquirirá la capacidad de síntesis para explorar otras formas o métodos de cálculo que conllevan a desarrollar nuevas y mejores tecnologías para el diseño y la construcción de transformadores. La evaluación de la calidad del producto que se fabrica, también es importante, ya que existe actualmente un mercado altamente competitivo. Se compite en calidad, en precio y en servicio. Para evaluar la calidad de los transformadores se ha dedicado todo un capítulo ( Cap. VI ), en donde se describe el objetivo y la metodología a aplicar a cada una de las pruebas, así como los criterios de aceptación o rechazo. Finalmente, es importante destacar que todos los profesionales que se dediquen al diseño y/o a la construcción de máquinas, dispositivos o aparatos eléctricos, lo hagan teniendo el debido cuidado de no afectar el medio ambiente, ya que actualmente, es una norma establecida y exigida por la sociedad.

Capítulo 1 GENERALIDADES DE LOS TRANSFORMADORES 1 .1 El transformador en los sistemas eléctricos de potencia Hoy en día en que se requiere transportar grandes cantidades de fluido eléctrico desde las fuentes de generación hasta los centros de consumo, no sería concebible sin el desarrollo de ciertos equipos eléctricos como es el caso característico de los transformadores. Conforme la demanda eléctrica iba en aumento, la industria eléctrica, también fue teniendo un mayor crecimiento; luego entonces, la dificultad de trasladar este tipo de energía de un lugar a otro, fue haciéndose más evidente, pues en sus principios, se generaba corriente directa a baja tensión para alimentar los circuitos de alumbrado y de fuerza motriz; esto, hacía sumamente ineficiente la transmisión de grandes bloques de energía. Se vio entonces la necesidad de elevar la tensión en los centros de generación para llevar a cabo la transmisión de energía y reducirla al llegar a los centros de carga o de consumo. El dispositivo ideal para llevar a cabo este proceso de transformación es el transformador, cambiándose con ello, el uso de la corriente directa a corriente alterna, dado que el transformador funciona sólo con corriente alterna. En la figura 1.1 se muestra el esquema general de un sistema eléctrico. A través de un diagrama unifilar, se representa desde la generación hasta la utilización de la potencia eléctrica. Las grandes plantas de generación o estaciones centrales, generan energía en forma masiva, la cual es luego transmitida a subestaciones en puntos cercanos a los sitios donde será utilizada. La energía es distribuida desde dichas subestaciones hasta los usuarios. Haciendo referencia a la figura 1.1, se observa que para poder llevar la energía a los centros de consumo desde las fuentes de generación, es necesario del uso de cuando menos cuatro transformadores, los cuales tienen una función determinada. Como regla general podemos decir que, por cada kV A generados se requieren al menos cuatro veces más kV A de transformación.