Fundamento y construcción de los transformadores eléctricos.
Definiciones fundamentales
El
es un dispositivo electromagnético estático destinado a la transformación de una corriente alterna (primaria) en otra (secundaria) de otras características, en particular, tensión y corriente distintas.
Por regla general el transformador se compone de: a) el núcleo armado o ensamblado con chapas de acero de transformador, y b) dos o, en el caso general, más de dos, arrollamientos acoplados electromagnéticamente, y en el caso del autotransformador acoplados también eléctricamente.
Figura 1: nucleo de un transformador monofásico del tipo de núcleo con devanado concétrico.
Figura 2: Núcleo de un transformador trifásico de tres ramas con devanado concéntrico.
El
puede ser de dos arrollamientos, o de tres o más arrollamientos, es decir, de devanado con tres o varios circuitos. Según la clase de corriente los transformadores se clasifican en monofásicos, trifásicos y multifase. En un devanado o arrollamiento multifase del transformador todas las fases de los arrollamientos de la misma tensión están conectadas de acuerdo con esquemas estipulados. El arrollamiento del transformador al cual se aplica la energía de la corriente alterna se llama primario y el otro, del cual se recibe la energía, se llama secundario. Todos los valores que pertenecen al primario como, por ejemplo, potencia, corriente, resistencia, etc., se denominan también primarios y los que pertenecen al secundario se llaman valores secundarios o de secundario.
El arrollamiento conectado al circuito de tensión más alta se llama arrollamiento de alta tensión (A.T.). Y el conectado al circuito de menor tensión se llama arrollamiento de baja tensión (B.T.). Si la tensión del secundario es menor que la del primario, se dice que el transformador es reductor, y si es más alta, el transformador es elevador.
Los arrollamientos de un transformador pueden estar provistos de tomas o derivaciones para variar su relación de transformación.
Para evitar el efecto perjudicial del aire ambiente sobre el aislamiento de los arrollamientos o bobinas y mejorar las condiciones de refrigeración del transformador, su núcleo y las bobinas montadas sobre él se sumergen dentro de un tanque o cuba de aceite lleno de aceite especial para transformador. Éstos son los transformadores llamados de aceite. Los que no están sumergidos en aceite se llaman transformadores secos.
La construcción y la conservación de los transformadores de alta potencia ha originado numerosos y difíciles problemas de construcción, entre ellos: a) el aumento del rendimiento del transformador; b) la refrigeración, y e) la protección contra sobretensiones.
El problema del rendimiento del transformador de potencia es muy importante en la práctica, puesto que la energía generada en la central es sometida a tres y frecuentemente a cuatro transformaciones antes de que sea asequible al consumidor. Para aumentar el rendimiento, los métodos de proyecto y técnica de construcción se mejoran incesantemente empleando nuevos materiales y utilizando los antiguos más eficazmente.
El problema de la refrigeración del transformador se puede solucionar de varios modos. Al principio se construyeron los tanques o cubas de los transformadores de pequeño tamaño con hierro corrugado y en los transformadores de gran capacidad se empleó mucho la refrigeración del aceite de la cuba por circulación de agua. Pero estos transformadores no dieron suficiente seguridad en servicio y fueron eventualmente reemplazados por transformadores con tanques provistos de tubos exteriores disipadores del calor para capacidades de hasta 2.000 kVA y tanques del tipo de radiador con refrigeración natural para transformadores de hasta 7.500 kVA y con refrigeración de aire forzado en transformadores de mayor capacidad. Antes de la segunda guerra mundial se adoptó el sistema de chorro o soplo de aire desde uno o dos ventiladores, pero actualmente cada radiador es refrigerado por separado mediante ventiladores de pequeña capacidad montados en ellos.
Desde la construcción de las primeras líneas de alta tensión despertaron un excepcional interés los problemas de la protección del transformador contra sobretensiones. La investigación ha demostrado que algunas de las medidas de protección como, por ejemplo, el reforzamiento del aislamiento de los extremos de las bobinas, es insuficiente, mientras otros dispositivos, tales como, por ejemplo, los reactores protectores, son ineficaces. Por lo tanto, posteriormente se adoptó la idea de principios de siglo XX del llamado transformador no resonante o a prueba de rayos o descargas atmosféricas; fundada en que la tensión está distribuida a lo largo del arrollamiento más o menos uniformemente, independientemente del servicio del transformador.
Al mismo tiempo que se ha perfeccionado el tipo fundamental de transformador de potencia, se ha creado una serie de estos transformadores de características especiales. Desde mediados de la segunda década del siglo XX se han distribuido profusamente los transformadores de tres circuitos. Por otra parte, las redes de energía interconectadas necesitaron transformadores con regulación de tensión bajo carga, tanto en magnitud como en fase (la llamada regulación longitudinal y transversal). Con el amplio desarrollo de las plantas electrometalúrgicas y electroquímicas han sido creados nuevos tipos de transformadores de gran potencia para hornos e instalaciones rectificadoras. Para las operaciones de soldadura - por arco, contacto, a tope, etc. - se han creado nuevos tipos de transformadores.
De lo arriba expuesto se deduce que la construcción del transformador ha alcanzado un alto nivel de desarrollo capaz de satisfacer todos los requisitos.
A partir de la última década del siglo XIX, el tipo de transformador con núcleo seco fue substituido gradualmente por el tipo sumergido en aceite. Las dificultades que primero se encontraron, debidas a la falta de protección del aceite contra la oxidación producida en él por el aire, fueron eliminadas completamente con la introducción de los conservadores de aceite cuyo uso se generalizó desde principios del siglo XX. El perfeccionamiento de los transformadores fue debido en gran parte al uso de acero al silicio, llamado generalmente acero de transformador.
Es suficiente mencionar que durante el período de 1904 a 1911 el peso del acero utilizado para un transformador de 20 kVA en aceite se redujo a menos de la mitad, y el peso del cobre ha sido reducido en el 40 % para el mismo rendimiento e incluso más alto.
Posteriormente se redujo aún más el peso de los materiales activos del transformador y actualmente los aceros de grano orientado laminados en frío encuentran cada vez más aplicaciones.
Nos limitaremos aquí a la descripción al transformador de potencia, que es de gran interés para lo que se relaciona con el enorme desarrollo de los sistemas de transmisión o transporte de energía eléctrica.
Tipos básicos de transformadores
Los tipos más importantes de transformadores son los siguientes:
A) Transformadores de potencia, llamados también de fuerza o de energía, para el transporte y la distribución de la energía eléctrica.
B) Transformadores de potencia para fines especiales: para hornos, unidades de rectificador, soldadura, etc.
C) Reguladores de inducción para regulación de la tensión en los circuitos de distribución.
D) Autotransformadores para la transformación de tensión dentro de un pequeño margen, para arranque de los motores de c.a., etc.
E) Transformadores de instrumentos, para conectar a un circuito los instrumentos de medición.
F) Transformadores para efectuar ensayos a alta tensión.
El campo de aplicaciones del transformador es muy amplio, pero en todos los casos el proceso fundamental que determina el trabajo de un transformador y también los métodos de estudio de los fenómenos que tienen lugar en el transformador son esencialmente los mismos. Por consiguiente, nos referiremos en esta página al tipo básico, es decir, el transformador de potencia o de energía, ya sea monofásico o trifásico.
Valores nominales de los transformadores
Los valores nominales (especificados) de un transformador - potencia, tensión, frecuencia, etc. - están indicados en la placa de características que siempre está colocada de modo que sea fácilmente accesible. El término "nominal" (especificado) puede ser también aplicado a valores no indicados en la placa de características, por ejemplo, rendimiento "nominal, condiciones nominales de temperatura del medio de refrigeración, etc.
Las condiciones nominales del transformador están incluidas en la placa de características.
La potencia nominal es la obtenible en los bornes del secundario y está indicada en la placa de características expresada en kilovoltamperios (kVA).
La tensión nominal del primario es la indicada en la placa de características; si el primario está provisto de derivaciones, también estará indicada la tensión nominal de cada derivación.
La tensión nominal del secundario es la existente entre los bornes del secundario en vacío y con la tensión nominal aplicada entre los bornes del primario; si el secundario tiene ramas, estará también especificada la tensión nominal de cada una.
Las corrientes nominales del transformador, de primario y de secundario, son las indicadas en la placa de características y calculadas utilizando los correspondientes valores nominales de potencia y tensión.
En este caso, debido a que el rendimiento del transformador es muy grande, se supone que la potencia nominal de ambos arrollamientos es la misma.
Elementos esenciales de construcción de los transformadores
El transformador se compone de las siguientes partes principales:
a) núcleo; b) arrollamiento (devanado o bobinas); c) tanque de aceite, si está sumergido en aceite, y d) atravesadores o pasatapas.
A. Núcleo. El núcleo del transformador es el sistema de chapas que constituyen el circuito magnético con todos los componentes que entran en su construcción. Según el tipo de núcleo, los transformadores se clasifican en: a) transformadores de núcleo, en los cuales los arrollamientos cubren las ramas del núcleo, y b) transformadores acorazados, en los cuales los arrollamientos están parcialmente cubiertos por el núcleo.
Independientemente del tipo, los núcleos están constituidos siempre por chapas de acero especial, llamado de transformador, de 0,35 a 0,5 mm de espesor. Estas chapas de metal se llaman palastro.
Actualmente se emplean dos grados principales de acero de transformador: a) laminado en caliente, y b) laminado en frío. El último tiene mejores propiedades magnéticas en dirección del laminado, pero requiere métodos especiales de montaje o ensamblado del núcleo.
Para aislar las chapas de acero se emplea papel de 0,03 mm de espesor y barniz de aceite. El aislamiento de papel es mucho más barato que el barniz, pero sus propiedades de conducción y resistencia térmicas y mecánicas son mucho peores. Además, el aislamiento de papel ocupa mayor porcentaje de la sección transversal del apilamiento de las chapas. Debido a esto, en los transformadores de gran capacidad de potencia, en que estos inconvenientes son muy importantes, se prefiere el aislamiento de barniz.
Por regla general, los núcleos de los transformadores de gran capacidad de potencia (de más de 100 kVA) se ensamblan con chapas de acero de 0,5 mm, porque esta construcción exige menos mano de obra que con chapas de 0,5 mm.
Los núcleos de los transformadores monofásicos y trifásicos con sus arrollamientos están representados esquemáticamente en las figuras 1 y 2. C-C son las ramas; Y-Y, las culatas; BT y AT los arrollamientos de baja y alta tensión, respectivamente; ICy, el cilindro aislante entre los arrollamientos.
En un transformador de muy baja capacidad de potencia el núcleo tiene tres ramas principales envueltas por los arrollamientos y dos núcleos adicionales - a los lados - sin arrollamientos (fig. 3).
Figura 3. Transformador trifásico de cinco ramas.
Esta disposición permite disminuir la altura de la culata, ya que el flujo se ramifica más fácilmente, y por consiguiente también el núcleo, todo a expensas de un pequeño aumento de su longitud; esto facilita el transporte de los transformadores por raíl.
El núcleo está fijado a la culata por una junta a tope o por entrelaminación en las llamadas construcciones a tope y de interestratificación. Con construcción a tope las ramas y la culata se ensamblan primero separadamente y luego se unen por medio de sujetadores. Esta construcción del núcleo facilita el montaje del arrollamiento dentro de las ramas, porque para ello es suficiente quitar la culata superior.
Por el método de interestratificación se ensambla primero el núcleo completo (fig. ); por onsiguiente, para montar el arrollamiento sobre la rama, hay que desmontar la culata y volverla a montar después de colocado el arrollamiento; por esto el segundo núcleo es más complicado que el primero, pero en cambio presenta varias ventajas:
1. Cuando el núcleo es interestratificado, las separaciones entre las juntas de las chapas de las ramas y las culatas pueden ser reducidas al mínimo, ya que las capas de chapa se solapan en los extremos.
Con el montaje a tope es necesario insertar un cubrejuntas aislante de 0,5 a 1 mm de espesor entre la rama y la culata para evitar la creación de corrientes parásitas (de Foucault) en la junta (fig. 5) con el consiguiente aumento considerable de pérdidas adicionales y el excesivo aumento de la temperatura. La eliminación del cubrejuntas en la construcción interestratificada permite disminuir la corriente en
vacío.
Fig.4 - Núcleo ensamblado por interfoliado (o interestratificación).
Fig. 5. Aparición
de las corrientes parásitas
(de Foucault) en los extremos a tope cuando no hay revestimiento aislante.
2. Cuando el núcleo se ensambla por interestratificación, aumenta notablemente su estabilidad mecánica, mientras que la construcción a tope requiere sujetadores relativamente pesados para que queden correctamente unidas las ramas y las culatas. Por consiguiente, el peso de los sujetadores en la construcción interestratificada es mucho menor que en el de montaje a tope.
Fig. 6. Secciones transversales de culata de transformador de potencia.
En la figura 6 a está representada la culata de sección transversal que se utiliza en transformadores de capacidad relativamente pequeña; las representadas en b y c de la misma figura se emplean para transformadores de capacidad media.
La culata con sección transversal en T (fig. 6 d) se emplea en transformadores de gran capacidad.
Fig. 7. Núcleos de transformador de tipo acorazado con arrollamientos intercalados.
Si la rama está provista de canales, los de la culata coinciden con éstos para que la circulación del aceite no encuentre obstáculos. La figura 7 representa el núcleo de un transformador monofásico acorazado. La rama está dispuesta en el centro y las culatas a ambos lados de la rama envolviendo parcialmente al arrollamiento. La sección transversal de las culatas es aproximadamente la mitad de la sección transversal de la rama, con lo que el flujo se ramifica en dos partes iguales. La rama tiene forma rectangular, con una relación de 1:2 aproximadamente. La práctica ha demostrado que los transformadores de núcleo, comparados con los acorazados, son de proyecto mucho más sencillo, permiten un montaje más fácil y facilitan el aislamiento de los arrollamientos, especialmente para alta tensión, además de ser mecánicamente más estables en cortocircuito.
Por consiguiente, actualmente en la construcción de algunos transformadores especiales de energía, como por ejemplo los de horno, sólo se adopta el tipo acorazado. En las explicaciones que siguen nos referiremos exclusivamente a los transformadores del tipo de núcleo. Independientemente del tipo de núcleo, el acero activo y todos los elementos de sujeción deben estar al potencial de tierra. A este fin se conectan al tanque, estando determinados el número y las posiciones de las conexiones de tierra por la construcción del núcleo.
B. Arrollamientos del transformador. Los arrollamientos del transformador deben satisfacer numerosos requisitos, los más importantes de los cuales son los siguientes: 1) deben ser eficientes tanto en lo que respecta al coste inicial teniendo en cuenta las disponibilidades del mercado de cobre, como en cuanto al rendimiento del propio transformador en servicio; 2) las condiciones de calentamiento de los arrollamientos deben estar dentro de las normas, ya que si se permitieran temperaturas más altas, la vida en servicio del transformador resultaría considerablemente acortada; 3) los arrollamientos deben ser mecánicamente estables con respecto a las fuerzas originadas por cortocircuitos repentinos; 4) deben tener la necesaria resistencia de aislamiento con respecto a las sobretensiones.
Fig. 8. Devanado
cilíndrico de dos capas.
Estos requisitos suelen ser contradictorios. Así, por ejemplo, con mayor densidad de corriente en el arrollamiento se emplea menos cobre, pero las pérdidas en éste son mayores y por consiguiente el rendimiento del transformador es más bajo. Temperaturas más altas del arrollamiento permiten disminuir las dimensiones totales de los transformadores, pero acortan su vida en servicio, etc. Así, pues, el proyecto de los devanados o arrollamientos de los transformadores modernos, especialmente de los de alta tensión, es resultado de la experiencia adquirida y de ensayos de servicio.
En cuanto a la colocación de los arrollamientos de alta y baja tensión se distinguen las siguientes disposiciones:
1) concéntricos, es decir, arrollamientos en que las proyecciones de las secciones transversales son círculos concéntricos, y
2) intercalados, en los cuales las secciones de los arrollamientos de alta y baja tensión están colocadas alternadamente a lo largo de la altura de la rama.
El arrollamiento concéntrico está representado esquemáticamente en las figuras y . El arrollamiento de baja tensión suele estar colocado más cerca de la rama porque es mucho más fácil aislarlo del núcleo que el arrollamiento de alta tensión.
Los principales tipos de arrollamiento concéntrico son:
a) Arrollamiento de capas cilíndricas;
b) Arrollamiento helicoidal y sus variantes;
c) Arrollamiento continuo.
El arrollamiento de capas cilíndricas. Si la sección transversal de una espira no excede de 8 a 10 mm, el arrollamiento cilíndrico está constituido por varias capas de hilo redondo; si la sección transversal de la espira es más grande, el arrollamiento se construye con hilo de sección transversal rectangular, usualmente con dos capas (figura 8). La capa del arrollamiento la forman espiras contiguas arrolladas alrededor de un cilindro. Entonces la altura del arrollamiento es la altura de la capa. El hilo de sección rectangular puede ser arrollado de plano o de canto. En el primer caso la cara más ancha del hilo está dispuesta en la dirección axial, y en el segundo, en dirección radial del arrollamiento. Si la sección transversal de la espira excede de 40-45 mm, entonces una espira está formada por varios conductores colocados contiguamente según la altura de la capa, para que ocupen la misma posición con relación al campo de dispersión.
Para mejorar la refrigeración de las capas del arrollamiento se dejan canales de 5 a 8 mm de ancho entre ellas (la mayor anchura corresponde a los transformadores de mayor capacidad).
Los arrollamientos cilíndricos se utilizan principalmente en transformadores de pequeña capacidad, hasta 560 kVA.
Los arrollamientos helicoidales se clasifican en: a) simples, en que las espiras son arrolladas helicoidalmente, pero dejando un canal de 4,5 a 6 mm de anchura entre dos espiras adyacentes en el sentido de la altura (fig. 9 a), y 9 b) semihelicoidal, en que cada dos espiras, excluyendo la de los extremos, se unen en una bobina sin
canal (fig.9 b).
Una espira de un arrollamiento helicoidal o semihelicoidal se compone de una fila de conductores paralelos de sección rectangular dispuestos en dirección radial del arrollamiento, colocados a lo ancho y contiguos. Para que la distribución de la corriente sea más uniforme entre las ramas paralelas se adopta la transposición de los conductores.
La figura 10 es el esquema de las espiras transpuestas del arrollamiento helicoidal en tres sitios a lo largo de su altura: en el centro, la transposición del punto medio A y dos transposiciones de grupo B, de modo que el arrollamiento queda dividido en el sentido de la altura en cuatro partes aproximadamente iguales.
Fig.9. - Devanado helicoidal:
a, simple; b, semihelicoldal.
Arrollamiento continuo. En los transformadores de alta tensión - para 35 kV o más - se emplea el arrollamiento de tipo continuo, que se diferencia del helicoidal en que se compone de una fila de discos o bobinas planas, separadas por canales o conductos (fig. 11). La única propiedad peculiar, y la más útil, del arrollamiento continuo es que sus bobinas están conectadas entre sí sin soldadura mediante un método especial de intercalación de una de las bobinas entre cada par de ellas. Si una espira del arrollamiento tiene varios conductores paralelos; se puede adoptar la transposición de los conductores lo mismo que en el caso del arrollamiento helicoidal.
Cuando se utiliza el arrollamiento continuo se sacan derivaciones para la regulación de la relación de transformación en el margen de ± 5% o 2 X (± 2,5 %).
Fig. 10. Diagrama de transposición de espiras en
devanado helicoidal simple.
Fig. 11 - Arrollamiento continuo.
La cuestión del aislamiento de los arrollamientos es de especial importancia porque suelen estar sometidos a considerables sobretensiones para las que el aislamiento debe presentar la rigidez dieléctrica necesaria.
El arrollamiento intercalado está representado esquemáticamente en la figura . En ella los arrollamientos de AT y BT están colocados alternadamente de modo que las bobinas de AT estén más cerca de la culata. Estos arrollamientos se emplean principalmente en los transformadores del tipo acorazado. Comparados con los concéntricos presentan varias desventajas: su construcción es más laboriosa, son menos estables respecto a los cortocircuitos y mas difíciles de aislar entre sí y con respecto a la culata. Por esta razón el tipo principal de construcción de transformador es el de núcleo con arrollamiento concéntrico.
C. El tanque o cuba de aceite del transformador. Actualmente los transformadores sumergidos en aceite son los que más se emplean. En este diseño el propio transformador o parte desmontable, es decir, el núcleo con los arrollamientos montados en él, está introducido en el tanque lleno de aceite.
Cuando el aceite se calienta, empieza a circular dentro del tanque, proveyendo así la refrigeración natural del transformador.
El proyecto del tanque depende estrechamente de las condiciones térmicas especificadas para el transformador. Usualmente el tanque del transformador de energía es de forma oval. Debe ser capaz de soportar el exceso de presión interior de 0,5 atmósferas. El tanque está montado sobre un carril con rodillos que se calculan para todo el peso del transformador.
Fig.12 - Transformador con tanque provisto de radiador de tubos: 1. núcleo laminado del circuito magnético; 2, fijación del canal en la culata; 3, arrollamiento de baja tensión; 4, arrollamiento de alta tensión; 5, derivaciones de alta tensión; 6, derivaciones de baja tensión; 7, conmutador triple para las tomas o derivaciones del arrollamiento de alta tensión; 8, mecanismo del conmutador; 9, pasatapas de AT (aislador); 10, pasatapas de BT; 11, tanque con radiador de tubos; 12, válvula de cebado de aceite; 13, argolla de elevación; 14, tubo para conexión de la bomba de vacío; 15, tubo de escape; 16, relé a gas; 17, conservador de aceite; 18, viga soporte en parte inferior del tanque: 19, perno vertical para la fijación de los canales en la culata; 20, rodillos; 21, espitas de drenaje del aceite
Las condiciones de refrigeración de los transformadores son tanto más difíciles cuanto mayor es la capacidad de potencia. Por consiguiente, la construcción del tanque debe ser la apropiada, de acuerdo con la siguiente clasificación:
a) Transformadores de muy pequeña capacidad, hasta unos 30 kVA, con tanques lisos, que son los de tipo más sencillo.
b) Transformadores de gran capacidad, hasta 3.000 kVA aproximadamente, en los que se utilizan tanques radiadores tubulares en los que hay dispuestos tubos de 50 mm de diámetro en una, dos o tres filas, estando soldados los tubos a las paredes del tanque (figura 12). Los antiguos tanques de hierro corrugado no se utilizan ya actualmente apenas, comparados con los del tipo de radiador de tubo, porque son mecánicamente más débiles y no tienen una refrigeración tan eficiente.
Fig. 13. - Radiador con dos filas de tubos.
c) Los transformadores con capacidad de hasta 10.000 kVA tienen un sistema de refrigeración por radiador con refrigeración natural conectado a las paredes del tanque. El radiador comprende dos cajas de colector - superior e inferior - (1 en fig. 13 ) que están fijadas a las paredes del tanque por medio de bridas 2, estando soldados en el interior de los colectores dos filas de tubos de 3,50 mm de diámetro y 2 mm de espesor. Los tubos están colocados ya sea a un lado del colector formando un radiador único, o a ambos lados de él, como radiador doble. Los radiadores están colocados, con respecto a las paredes del tanque, ya tangencial, ya radialmente. En la mayoría de los casos el sistema que se usa es el de radiadores dobles.
d) Para transformadores con capacidades de 10.000 kVA o más se emplea la refrigeración de chorro de aire de los radiadores. Al principio se empleó un sistema central de refrigeración por aire forzado con una o dos unidades de ventilador. La práctica demostró que este sistema era menos eficiente que el de refrigeración individual de los radiadores por medio de uno o dos ventiladores de 150 a 200 vatios montados en cada radiador (4 en fig. 13).
En los transformadores que se emplean en las centrales hidroeléctricas se refrigera el aceite por circulación de agua en los refrigeradores. En este caso el aceite circula mecánicamente impelido por una unidad especial de bomba. Los transformadores en que se incorpora este método de refrigeración son de menores dimensiones en comparación con los de tipo ordinario.
D. La tapa del tanque. La tapa del tanque es una parte esencial de la construcción de éste. En la tapa hay colocadas varias partes muy importantes, que son: a) los pasatapas o atravesadores para los arrollamientos de BT y AT; b) cámaras de expansión del aceite en transformadores de 100 kVA en adelante; c) tipo de escape (protección) para transformadores con una capacidad de 1.000 kVA en adelante.
Fig.14.-Pasatapas o atravesador lleno de aceite para 35 kV.
En transformadores de hasta 35 kVA se emplean aisladores de porcelana llenos de aire o de aceite. La figura 14 muestra un aislador de 35 kV, 275 A del tipo de exterior o intemperie. En los transformadores de 110 kV en adelante se emplean aisladores llenos de aceite con una serie de cilindros de papel bakelita colocados concéntricamente en su interior. Las dimensiones y el peso de los aisladores aumentan rápidamente con la tensión; así, por ejemplo, la altura total de los aisladores para transformadores de 110, 150 Y 220 kV es 2.500, 3.080 Y 4.490 mm, respectivamente; los pesos respectivos son 340, 720 Y 1.750 kg.
La cámara de expansión del aceite y el tubo de escape o expulsión es un recipiente cilíndrico de chapa de acero montado sobre la tapa del tanque y conectado a ella por un tubo.
El nivel del aceite en la cámara de expansión debe garantizar que en todos los casos el tanque esté completamente lleno de aceite. Como la superficie de éste en la cámara de expansión es mucho menor que dentro del tanque, y la temperatura del aceite en la cámara es mucho menor en la parte superior del tanque, el proceso de oxidación del aceite cuando se pone en contacto con el aire ambiente es más lento; con esto se consigue una protección suficientemente segura del aceite y del aislamiento del transformador.
Entre la cámara de expansión de aceite y el tanque se instala un relé a gas (16 en fig. 12) el cual avisa de cualquier defecto que se origine en el transformador y, si el defecto implica peligro, el relé desconecta del circuito al transformador.
Para proteger al tanque de los posibles daños por cortocircuito debidos a la producción de gas en el tanque y al aumento brusco de presión, se introduce un tubo de escape o expulsión. Si es de acero, suele ser cilíndrico y estar conectado oblicuamente al tanque y cubierto por un disco de vidrio; a una determinada presión el disco de vidrio es despedido y los gases son expelidos del tanque conjuntamente con el aceite.
E. Aceite de transformador. Para aumentar el aislamiento y mejorar la refrigeración de las partes activas del transformador, éstas están sumergidas en aceite mineral.
El aceite de transformador tiene dos importantes desventajas: 1) es inflamable, y 2) en algunas condiciones, su humo produce mezclas con el aire, o cuando es sometido a arco eléctrico (por ejemplo, en casos de perforación o disrupción en el transformador) produce el peligroso gas HCL (Cloruro de hidrógeno).
Por consiguiente, en edificios públicos, minas, talleres, etc., son preferibles transformadores secos o los sumergidos en líquidos no inflamables; en todos los respectos, el transformador seco, construido con acero laminado en frío y aislamiento de fibra de vidrio a base de compuestos impregnantes resistentes al calor, es muy interesante. No obstante, el transformador sumergido en aceite mineral especial sigue siendo el principal tipo de transformador de energía.
