Transformador
Sube o baja el voltaje de la corriente alterna. La figura es el banco de autotransformadores de 400 a 230 kV de la Subestación Santa Cruz, de la Comisión Federal de Electricidad (CFE): cómo cambia el voltaje, por qué es autotransformador, qué pasa con carga, al energizarlo y con una falla.
Definiciones
- Transformador
- Máquina sin piezas móviles que cambia el voltaje de la corriente alterna por inducción: devanados de cobre enrollados en un mismo núcleo de acero.
- Elevador y reductor
- Un transformador elevador sube el voltaje (y baja la corriente); uno reductor lo baja (y sube la corriente).
- Autotransformador
- Transformador con un solo devanado por fase y una salida intermedia: una parte de la energía pasa directo por el cobre y el resto por el núcleo. No aísla un lado del otro.
- Impedancia
- Lo que frena la corriente adentro del transformador. Se da en por ciento: con 11.11 %, una falla del otro lado deja pasar a lo más unas 9 veces la corriente nominal.
- Alta y baja tensión
- El Reglamento de la Ley del Sector Eléctrico llama alta tensión a la de más de 35 kilovolts, y baja tensión a la de un kilovolt o menos.
En palabras simples
- La figura usa el banco de autotransformadores AT42 de la Subestación Santa Cruz de la CFE, con los datos que da una tesis de la UNAM: tres unidades de una fase de 110 MVA, de 400 a 230 kV, con impedancia de 11.11 %. Une los anillos de 400 y 230 kV de la Ciudad de México.
- La corriente alterna de un devanado magnetiza el núcleo de acero, y el núcleo induce voltaje en el otro. El voltaje cambia en la proporción de las vueltas, 400 entre 230, y la corriente al revés: de 476 a 828 A por fase a plena carga.
- El flujo del núcleo lo pone el voltaje entre la frecuencia. A su voltaje, el núcleo trabaja en el codo de su curva: en el modelo, con 10 % más pide unas cinco veces más corriente, y a 120 % se satura. La norma CFE K0000-06 pide probarlo a 90, 100 y 110 %.
- Un autotransformador tiene un solo devanado por fase con una salida intermedia. Con 400 y 230 kV, solo 42.5 de cada 100 MVA pasan por el núcleo; el resto pasa directo por el cobre. Por eso usa menos material, pero no aísla un lado del otro y su punto común va a tierra.
- Con carga, la corriente pasa por la impedancia y el voltaje de 230 kV cae: en el modelo, 5.8 % a plena carga con factor de potencia de 0.9 en atraso. El cambiador de derivaciones lo corrige sin desconectar el banco. De cada 1,000 MW que pasan, se pierden unos 2.
- Al energizarlo, si el interruptor cierra cuando el voltaje pasa por cero, el flujo puede llegar a 2.5 veces el normal y la corriente a 5 a 8 veces la nominal. La protección diferencial no dispara porque esa corriente lleva mucha segunda armónica: la norma CFE G0100-07 la bloquea con 12 %.
- Si cae una falla en la barra de 230 kV, la impedancia del banco la limita: en el modelo, unos 6.8 kA, 8.2 veces la nominal, con una fuerza en los devanados 67 veces la normal. La norma CFE K0000-06 pide aguantarla 2 segundos sin que el cobre pase de 250 °C.
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