Transformadores Eléctricos: Fundamentos, Clasificación y Conexión en Redes

Introducción a los Transformadores Eléctricos

Un transformador es una máquina estática y reversible capaz de modificar la tensión y la intensidad de una corriente alterna, manteniendo constante su frecuencia. Su misión principal es transformar la tensión alterna suministrada, ya sea aumentándola (elevador) o disminuyéndola (reductor), para adecuarla a las necesidades de la red eléctrica. Internamente, está constituido por un circuito magnético y dos circuitos eléctricos (devanados). Estos circuitos suelen estar sumergidos en fluidos refrigerantes, cuyo objetivo es disipar el aumento de temperatura generado por el paso de la corriente.

Tipos de Transformadores por Dieléctrico

Existen principalmente dos grandes categorías de transformadores según su dieléctrico y sistema de refrigeración:

Transformadores Secos

En este tipo, los devanados están encapsulados y moldeados al vacío con una resina epoxi y fibra de vidrio. Son ideales para instalaciones interiores donde la seguridad contra incendios es primordial, ya que no utilizan líquidos inflamables.

Transformadores con Dieléctrico Líquido

En estos transformadores, los devanados están sumergidos en un líquido dieléctrico, que puede ser aceite mineral o un líquido biodegradable. Este líquido actúa tanto como aislante como refrigerante. A su vez, pueden ser de dos tipos:

• De llenado integral: Utilizados habitualmente en la red de distribución, donde el tanque está completamente lleno de líquido.
• Con depósito de expansión: Comúnmente empleados en subestaciones y redes de transporte, que incluyen un depósito superior para permitir la expansión del líquido debido a los cambios de temperatura.

Nomenclatura de Refrigeración (Código de Letras)

La designación de los transformadores a menudo incluye un código de cuatro letras que describe su sistema de refrigeración:

1. Primera letra: Hace referencia al tipo de refrigeración de las bobinas o arrollamientos (ej. O para aceite mineral, K para líquido sintético, L para líquido de bajo punto de inflamación, A para aire).
2. Segunda letra: Indica el modo de circulación del refrigerante de las bobinas o arrollamientos (ej. N para natural, F para forzada por bomba, D para forzada direccional).
3. Tercera letra: Se refiere al tipo de refrigeración utilizada externamente (ej. A para aire, W para agua).
4. Cuarta letra: Describe el modo de circulación del refrigerante externo (ej. N para natural, F para forzada por ventiladores, D para forzada por bomba).

Conmutador de Tensiones en Transformadores

El conmutador de tensiones en vacío ajusta la tensión del transformador cambiando el número de espiras en sus bobinas. Sin embargo, esta operación solo debe realizarse cuando el transformador no está en funcionamiento (sin carga). Si se intenta con carga, puede generar chispas y daños severos en el equipo.

Para la regulación de tensión con carga, algunos transformadores incorporan un conmutador especial, conocido como cambiador de tomas bajo carga (CTBC o OLTC por sus siglas en inglés), que permite realizar ajustes sin interrupción del suministro, evitando cortes bruscos de corriente y garantizando la continuidad del servicio.

Clasificación Adicional de Transformadores

Los transformadores también pueden clasificarse según otros criterios importantes:

Según su Función

• Transformador Elevador: Se encarga de elevar la tensión y disminuir la intensidad, lo que es fundamental para el transporte eficiente de la energía eléctrica a largas distancias.
• Transformador Reductor: Reduce la tensión al final de la red de transporte o en los puntos de consumo, donde una baja intensidad es suficiente y segura para los usuarios y equipos.

Según la Potencia Transformada

En función de la potencia que manejan y su aplicación, se distinguen tres tipos principales:

• De Potencia: Diseñados para transportar grandes cantidades de energía eléctrica en alta tensión a través de las redes de transmisión y distribución.
• De Medida: Permiten reducir los valores elevados de tensión (transformadores de tensión o TT) o intensidad (transformadores de corriente o TC) a valores menores y seguros, facilitando su medición con aparatos estándar sin necesidad de adaptaciones complejas.
• De Comunicaciones: Previstos para trabajar con tensiones y frecuencias variables, se emplean fundamentalmente en aplicaciones electrónicas y de telecomunicaciones, como adaptadores de impedancia o aisladores.

Según el Elemento Refrigerante

Esta clasificación se solapa con la de dieléctrico, pero se centra en el medio de enfriamiento:

• Secos: Utilizan aire como medio refrigerante.
• De Baño en Aceite: Utilizan aceite mineral o líquido dieléctrico biodegradable.

Según el Tipo de Refrigeración

Se refiere al mecanismo por el cual el calor es disipado:

• Natural: La disipación de calor ocurre por convección natural del aire o del líquido.
• Forzada: Se utilizan bombas o ventiladores para acelerar la circulación del refrigerante y mejorar la disipación de calor.

Según el Sistema de Corriente

Clasificación basada en el tipo de corriente que manejan:

• Monofásicos: Diseñados para sistemas de corriente alterna monofásica.
• Trifásicos: Diseñados para sistemas de corriente alterna trifásica, comunes en aplicaciones industriales y de transmisión de energía.

Componentes Clave de un Transformador

A continuación, se listan los componentes principales de un transformador, a menudo representados en diagramas técnicos:

1. Depósito de expansión
2. Nivel de aceite
3. Relé Buchholz
4. Bobina de alta tensión (AT)
5. Pasatapas de baja tensión (BT)
6. Termostato
7. Rejillas de ventilación
8. Placa de características
9. Cuba (tanque principal)