Un transformador de distribución o transformador de servicio es un transformador que proporciona una transformación final de voltaje en el sistema de distribución de energía eléctrica , reduciendo el voltaje utilizado en las líneas de distribución al nivel utilizado por el cliente. [1] La invención de un transformador práctico y eficiente hizo factible la distribución de energía de CA; Ya en 1882 se demostró un sistema que utiliza transformadores de distribución.
Si se montan en un poste de servicios públicos , se denominan transformadores de montaje en poste . Si las líneas de distribución están ubicadas a nivel del suelo o bajo tierra, los transformadores de distribución se montan sobre plataformas de concreto y se bloquean en cajas de acero, lo que se conoce como transformadores de montaje en plataforma para grifos de distribución .
Los transformadores de distribución normalmente tienen capacidades inferiores a 200 kVA , [2] aunque algunas normas nacionales pueden permitir que unidades de hasta 5000 kVA se describan como transformadores de distribución. Dado que los transformadores de distribución están energizados las 24 horas del día (incluso cuando no transportan carga), la reducción de las pérdidas de hierro tiene un papel importante en su diseño. Como normalmente no funcionan a plena carga, están diseñados para tener la máxima eficiencia con cargas más bajas. Para tener una mejor eficiencia, la regulación de voltaje en estos transformadores debe mantenerse al mínimo. Por lo tanto, están diseñados para tener una pequeña reactancia de fuga . [3]
Los transformadores de distribución se clasifican en diferentes categorías según factores como:
Los transformadores de distribución normalmente están ubicados en una caída de servicio , donde los cables van desde un poste de servicios públicos o líneas eléctricas subterráneas hasta las instalaciones del cliente. Suelen utilizarse para el suministro eléctrico de instalaciones fuera de los asentamientos, como casas aisladas, corrales o estaciones de bombeo con tensiones inferiores a 30 kV. Otra aplicación es la alimentación de la catenaria de vías férreas electrificadas con CA. En este caso se utilizan transformadores de distribución monofásicos. [4]
La cantidad de clientes alimentados por un solo transformador de distribución varía según la cantidad de clientes en un área. Varias viviendas pueden alimentarse de un único transformador en zonas urbanas. La distribución rural puede requerir un transformador por cliente, dependiendo del voltaje de la red. Un gran complejo comercial o industrial tendrá múltiples transformadores de distribución. En áreas urbanas y vecindarios donde las líneas de distribución primaria corren bajo tierra, se utilizan transformadores tipo padmount , transformadores en gabinetes metálicos cerrados con llave montados sobre una plataforma de concreto. Muchos edificios grandes cuentan con servicio eléctrico provisto con voltaje de distribución primaria. Estos edificios tienen transformadores propiedad del cliente en el sótano para fines reductores. [4]
Los transformadores de distribución también se encuentran en las redes de recolección de energía de los parques eólicos , donde aumentan la energía de cada turbina eólica para conectarla a una subestación que puede estar a varias millas (kilómetros) de distancia. [5]
Tanto los transformadores montados en postes como los montados en pedestales convierten el alto voltaje "primario" de las líneas de distribución aéreas o subterráneas al voltaje "secundario" o de "utilización" más bajo dentro del edificio. Los cables de distribución primaria utilizan el sistema trifásico . Las líneas de distribución principales siempre tienen tres cables "vivos" más un neutro opcional. En el sistema norteamericano, donde los transformadores monofásicos se conectan a un solo cable de fase, las líneas "laterales" más pequeñas que se bifurcan en caminos laterales pueden incluir solo uno o dos cables de fase "calientes". (Cuando solo hay un cable de fase, siempre se proporcionará un neutro como ruta de retorno). Los primarios proporcionan energía con los voltajes de distribución estándar utilizados en el área; estos varían desde tan solo 2,3 kV hasta aproximadamente 35 kV, dependiendo de las prácticas y estándares de distribución locales; A menudo se utilizan 11 kV (sistemas de 50 Hz) y 13,8 kV (sistemas de 60 Hz), pero son comunes muchos otros voltajes. Por ejemplo, en Estados Unidos , el voltaje más común es el de 12,47 kV, que tiene un voltaje línea a tierra de 7,2 kV. [6] Tiene una tensión fase-neutro de 7,2 kV, exactamente 30 veces los 240 V del lado secundario de fase dividida .
Los devanados primarios de alto voltaje salen a casquillos en la parte superior de la caja.
El transformador siempre está conectado a las líneas de distribución primaria a través de fusibles de protección e interruptores de desconexión . Para transformadores montados en postes, esto suele ser un " cortador con fusible ". Una falla eléctrica derrite el fusible y el dispositivo se abre para dar una indicación visual del problema. También se puede abrir manualmente mientras los trabajadores de la línea energizan la línea usando pértigas aisladas . En algunos casos se utilizan transformadores completamente autoprotegidos, que tienen un disyuntor incorporado, por lo que no es necesario un cortacircuitos con fusible.
Los devanados secundarios de bajo voltaje están conectados a tres o cuatro terminales en el lado del transformador.
Los transformadores de distribución constan de un núcleo magnético hecho de láminas de acero al silicio ( acero para transformadores ) apiladas y pegadas con resina o atadas con correas de acero, con los devanados de los cables primario y secundario enrollados alrededor de ellas. Esta construcción del núcleo está diseñada para reducir las pérdidas del núcleo y la disipación de energía magnética en forma de calor en el núcleo, que son una causa económicamente importante de pérdida de energía en las redes de servicios públicos. Las pérdidas centrales son causadas por dos efectos; pérdida por histéresis en el acero y corrientes parásitas . El acero al silicio tiene una baja pérdida por histéresis y la construcción laminada evita que fluyan corrientes parásitas en el núcleo, que disipan la energía en la resistencia del acero. La eficiencia de los transformadores de distribución típicos está entre aproximadamente el 98 y el 99 por ciento. [7] [8] Cuando se fabrican grandes cantidades de transformadores con diseños estándar, es económico fabricar un núcleo bobinado en forma de C. Se enrolla una tira de acero alrededor de un molde, se le da forma y luego se corta en dos mitades en forma de C, que se vuelven a ensamblar en los devanados de cobre. [9]
Las bobinas primarias están enrolladas con alambre de cobre o aluminio recubierto de esmalte y las secundarias de alta corriente y bajo voltaje están enrolladas usando una cinta gruesa de aluminio o cobre. Los devanados están aislados con papel impregnado de resina. Todo el conjunto se hornea para curar la resina y luego se sumerge en un tanque de acero con recubrimiento en polvo que luego se llena con aceite de transformador (u otro líquido aislante), que es inerte y no conductor. El aceite del transformador enfría y aísla los devanados y los protege de la humedad. El tanque se evacua temporalmente durante la fabricación para eliminar cualquier resto de humedad que pudiera provocar la formación de arcos y está sellado contra la intemperie con una junta en la parte superior. [ cita necesaria ]
Anteriormente, los transformadores de distribución para uso interior se llenaban con un líquido de bifenilo policlorado (PCB). Debido a que estos químicos persisten en el medio ambiente y tienen efectos adversos en los animales, han sido prohibidos. Otros líquidos resistentes al fuego, como las siliconas, se utilizan cuando se debe utilizar un transformador lleno de líquido en interiores. Ciertos aceites vegetales se han aplicado como aceite de transformador; Estos tienen la ventaja de un alto punto de inflamación y son completamente biodegradables en el medio ambiente. [10]
Los transformadores montados en postes a menudo incluyen accesorios como descargadores de sobretensiones o fusibles protectores. Un transformador autoprotegido incluye un fusible interno y un descargador de sobretensiones; Otros transformadores tienen estos componentes montados por separado fuera del tanque. [11] Los transformadores montados en postes pueden tener orejetas que permitan el montaje directo a un poste, o pueden montarse en crucetas atornilladas al poste. Los transformadores aéreos, de potencia superior a unos 75 kVA, pueden montarse sobre una plataforma sostenida por uno o más postes. [12] Un servicio trifásico podrá utilizar tres transformadores idénticos, uno por fase.
Los transformadores diseñados para instalación bajo tierra pueden diseñarse para inmersión periódica en agua. [13]
Los transformadores de distribución pueden incluir un cambiador de tomas sin carga para permitir un ligero ajuste de la relación entre el voltaje primario y secundario, para llevar el voltaje del cliente dentro del rango deseado en líneas largas o muy cargadas. [ cita necesaria ]
Los transformadores tipo pedestal tienen gabinetes metálicos seguros, cerrados con pernos y conectados a tierra para desalentar el acceso no autorizado a las partes internas vivas. El gabinete también puede incluir fusibles, interruptores de aislamiento, casquillos-seccionadores y otros accesorios según lo descrito en las normas técnicas. Los transformadores tipo pedestal para sistemas de distribución suelen oscilar entre 100 y 2000 kVA, aunque también se utilizan algunas unidades más grandes. [ cita necesaria ]
.jpg/1280px-Jelenia_G%C3%B3ra_-_fotopolska.eu_(218205).jpg)
En los Estados Unidos, los transformadores de distribución suelen instalarse al aire libre sobre postes de madera.
En Europa lo más habitual es colocarlos en edificios. Parecen torres, si las líneas de alimentación están por encima. Si todas las líneas que van al transformador son subterráneas, se utilizan edificios pequeños. En las zonas rurales, a veces los transformadores de distribución se montan sobre postes, y el poste suele ser de hormigón o hierro debido al peso del transformador.