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Relación de Transformación

En un transformador, la relación de transformación es el número de vueltas del devanado primario dividido por el número de vueltas de la bobina secundaria; la relación de transformación proporciona el funcionamiento esperado del transformador y la tensión correspondiente requerida en el devanado secundario.

Si se requiere una tensión secundaria menor que la tensión primaria – transformador reductor- el número de vueltas en el secundario debe ser menor que en primario, y para transformadores elevadores es al revés; cuando la relación de transformación reduce la tensión, eleva la corriente y viceversa, de manera que la relación de transformación de corriente y tensión en un transformador ideal está directamente relacionado con la relación de vueltas o espiras.

La relación de transformación en transformadores no ideales

Desafortunadamente, los transformadores no son ideales, y en un transformador real la relación de tensiones o de corrientes pueden no ser igual a la relación de transformación, debido a las diferentes pérdidas eléctricas como las debidas al  núcleo de hierro del transformador (pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas) y a las pérdidas en el cobre (debido a la resistencia eléctrica de los devanados primario y secundario); por lo tanto, los fabricantes diseñan los transformadores de manera que se minimicen estas pérdidas, para obtener una máxima eficiencia a plena carga, superior al 95% de transformación de la potencia, proporcionando así una relación de tensiones que difiera como máximo en un 5% a la relación de transformación.

Puesto que los transformadores están sujetos a varios esfuerzos y cambios en su vida útil, eléctricos y mecánicos, la adecuada relación de transformación debe ser verificada antes de ponerlo en servicio y durante los diferentes programas de mantenimiento, lo cual es el objetivo principal del equipo de pruebas de relación de transformación; por lo tanto, la relación medida con los diferentes probadores de relación de transformación (equipos TTR) incluye las pérdidas que normalmente se encuentran en el transformador, lo que resulta en una relación diferente a las de las vueltas físicas, pero que refleja la relación de tensiones real esperada por el fabricante y el usuario, o verdadera relación de transformación.

La relación de transformación en transformadores de potencia e instrumentación, diferentes soluciones y métodos de prueba

La prueba de relación de transformación ayuda a identificar problemas tales como espiras abiertas, espiras cortocircuitadas, conexiones incorrectas, problemas internos del núcleo magnético o del cambiador de tomas, etc; los diferentes equipos de pruebas de relación de transformación están diseñados específicamente para dicha aplicación en función del tipo de transformador y la relación a medir.

En los transformadores de potencia, la relación de transformación se hace por inyección de tensión, fase a fase y toma por toma, midiendo la correspondiente relación de tensiones de los devanados relacionados, que se comparan con la relación de la placa de características; ya que en los transformadores de potencia trifásicos es necesario tener en cuenta el grupo de conexión, en algunas configuraciones la relación de transformación debe calcularse con fórmulas de conversión a partir de la relación de tensiones medida; la corriente de magnetización debe también mantenerse al mínimo, mediante la inyección de bajas tensiones, reduciendo así la caída de tensión en la impedancia del devanado primario, la cual puede ser una fuente principal de error; en resumen, el equipo para probar la relación de transformación debe tener un diseño específico, con especiales características de funcionamiento y exactitud, para el procedimiento y rango requerido, y con ajustes especiales para facilitar este tipo de prueba en los transformadores trifásicos.

Este es el caso del ETP-1 de SMC, un equipo de prueba de relación de transformación totalmente automático y guiado, que reduce el tiempo de prueba y los errores humanos, para la medición y análisis de la relación en las 3 fases de los transformadores de potencia y distribución de cualquier tipo.

pruebas a transformadoresEl ETP-1 está diseñado para proporcionar una medida eficiente de la relación de transformación, la corriente de excitación y la desviación de fase en transformadores de potencia; para ello, la unidad aplica la tensión necesaria en el devanado de alta tensión y lleva a cabo la medición de la tensión en el devanado de baja, y la de corriente en el de alta; la unidad tiene una conexión trifásica (más neutro) aunque la prueba se haga fase a fase; esta unidad forma parte también de un sistema mayor – llamado Sistema ETP-  para proporcionar un diagnóstico completo del transformador con un avanzado software de tendencias y diagnóstico, que junto con la gestión de datos del transformador, permite optimizar la programación de las revisiones y paradas, y reducir los costes de intervención; el software de la unidad permite hacer una prueba más rápida, con mejor gestión de la base de datos, salvado automático de resultados e informe instantáneo.

En el caso de los transformadores de corriente para instrumentación, la relación de transformación se expresa como relación entre la corriente primaria asignada y la corriente secundaria asignada a una carga de precisión específica, por lo que se requiere un diferente tipo y rango de inyección en el equipo adecuado para las pruebas de relación de transformación; éstos deben proporcionar las altas corrientes nominales requeridas y deben tener una gran potencia para las diferentes situaciones de prueba; la potencia requerida para un mismo nivel de corriente nominal no será la misma si el transformador está al lado o está situado muy alto a una distancia de varios metros.

Afortunadamente, el pequeño peso y tamaño del Sistema Raptor permite colocarlo más cerca del transformador bajo prueba y reducir la longitud de los cables de prueba y la potencia requerida; además, la modularidad del Raptor ofrece la capacidad de aumentar la potencia del sistema, cuando sea necesario, añadiendo unidades esclavas de corriente de una manera sencilla y rápida, gracias a la tecnología de auto-detección por infrarrojos y a la no necesidad de interconectar las unidades; se pueden añadir hasta tres esclavas para hasta 15,000 A y hasta 18 KVA de potencia total de inyección, cubriendo así las diferentes situaciones de pruebas de relación de transformación.

El Sistema Raptor ofrece varias plantillas y funciones para la medida de la relación de transformación de corriente, de tensión y de potencia, con la inyección de corriente y tensión requerida y la correspondiente capacidad de medición integrada; la prueba de relación de transformación de corriente se puede realizar a través de inyección de corriente o de tensión, siendo siempre preferible el método de corriente, pero el Raptor incluye ambas para los casos en que no es posible inyectar corriente primaria en el TC; el Raptor incluye también plantillas para la prueba de relación de transformación de tipo Rogowski y de TCs de baja potencia; la relación de TVs y PTs se realiza por inyección de tensión, cuyo rango se amplía si el sistema se complementa con el esclavo opcional de alta tensión Raptor HV.

El Raptor es un sistema de pruebas de subestación multifuncional, incluyendo pruebas de transformadores para la relación, carga, polaridad, knee point y sobretensión, y otras muchas aplicaciones de pruebas de inyección primaria de interruptores, reconectadores, relés, malla de tierra, resistencia, etc.

Como es habitual en SMC, la simplicidad y facilidad de uso son comunes a todas las soluciones para pruebas de relación de transformación.

Para más información, consulte los productos de SMC relacionados, o contacte con nosotros.