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Transformadores de Aislación de Uso Médico (II Parte)
Por Ing. Erardo Bozzano, Servelec. Artículo gentileza CLAS Ingeniería Eléctrica S.A.
www.clas-sa.com

Los transformadores de aislación de uso médico son indispensables para la prevención de accidentes ocasionados por la posibilidad de ocurrencia de fugas y fallas a tierra en las instalaciones eléctricas de las salas del Grupo 2. Para lograr en la fabricación de estos transformadores las características técnicas mencionadas en la parte I de este artículo, se deberán tener en cuenta al menos los siguientes aspectos durante el proyecto, cálculo y fabricación de los mismos.

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Núcleo de elevada calidad y bajas pérdidas

Un núcleo construido con chapa de Fe-Si de grano orientado M4, preferentemente con corte step-lap, garantiza baja corriente de vacío y disminuye de manera significativa las pérdidas en el mismo. La primera característica es necesaria para cumplir con el requisito de un valor inferior al 3% de la Inom, mientras que la segunda posibilitará disminuir significativamente la sobre elevación de temperatura en el núcleo.

Bajas pérdidas específicas en el núcleo, junto a la elección de una adecuada inducción magnética de trabajo y correcto diseño en la geometría de los bobinados, permite alcanzar el requisito de una corriente de inserción inferior a 12 veces la Inom. Este requisito es indispensable para evitar la actuación intempestiva de las protecciones magnéticas aguas arriba del transformador durante su conexión a la red.

Las curvas mostradas en la Figura 1 muestran oscilogramas de las corrientes de inserción de un transformador de 5 kVA a dos columnas obtenidas durante un ensayo según lo indicado el punto 13.3 de la IEC61558-2-15: "El transformador en vacío se alimenta a la tensión primaria asignada. La tensión de alimentación se conecta y desconecta un total de 20 veces a intervalos de aproximadamente 10 s".

El valor de la corriente de inserción del transformador (Iinserción) será igual al máximo valor cresta registrado. El oscilograma (c) corresponde al mayor valor registrado durante el ensayo, 320 Apico, valor que corresponde a una corriente de inserción de 10,4 veces la nominal.


Geometría y densidad de corriente en los bobinados

El mayor rendimiento del núcleo magnético permite definir los bobinados con un número de espiras reducido. Esto es importante a la hora de cumplir con el requisito de una tensión de cortocircuito Ucc no superior al 3% de la Unom. El valor de la Ucc referida a la tensión nominal del transformador es en términos porcentuales, numéricamente igual a la impedancia de cortocircuito Zcc, por lo que ésta deberá ser inferior al 3%.

Para esto, es necesario proyectar los bobinados con un número de espiras reducido y una densidad de corriente suficientemente baja de modo de disminuir la componente resistiva de la Zcc. Además, se debe optimizar la geometría de los bobinados de manera de reducir la componente inductiva de la Zcc.

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El diseño del transformador debe garantizar muy bajas capacidades distribuidas entre los bobinados primario y secundario, y entre el bobinado secundario y el cuerpo del transformador (núcleo más amarres metálicos conectados a tierra) para que, junto a la utilización de aislaciones de elevada resistividad dieléctrica, resulte en una corriente de fuga a tierra máxima no superior al límite de 0,1mA.


clas3.jpg (15223 bytes)Gran capacidad de sobrecarga

Los transformadores analizados deben tener una gran capacidad de sobrecarga aún durante prolongados lapsos de tiempo, "característica ésta muy importante en redes IT para salas del Grupo 2, ya que en todo momento se debe priorizar y garantizar la continuidad del servicio de energía eléctrica aún en condiciones anómalas".

Para lograr este objetivo el transformador deberá estar construido con aislaciones clase H y proyectado con una "muy baja sobre elevación térmica para condiciones normales", de manera tal que en condición de sobrecarga, las temperaturas alcanzadas por los bobinados no superen las máximas admitidas para la clase térmica citada (125ºC de sobre elevación térmica sobre un ambiente de 40ºC según la IEC61558).

Lograr este objetivo lleva a "disponer el transformador sobre un núcleo a dos columnas e incorporar canales de ventilación entre bobinados para aumentar la superficie de disipación térmica del mismo", mientras que la elección de un número de espiras reducido y baja densidad de corriente en los bobinados, disminuye la potencia disipada por el conjunto logrando de este modo reducir la sobre elevación térmica.

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Las curvas de la Figura 2, muestran el calentamiento de un transformador de 5 kVA a dos columnas, para distintas condiciones de carga (a potencia nominal y con un 30 y 50% de sobrecarga). Es de notar que a potencia nominal el transformador ensayado presenta una DT de 63ºC, y que aún con un 50% de sobre carga, la máxima sobre elevación térmica alcanzada por los bobinados es de 116ºC, valor que no sobrepasa el límite de 125ºC definido por la norma IEC para la clase H.

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Figura 2: Curvas de calentamiento de un transformador de 5KVA, relación 230/230Vca, a dos columnas. Las temperaturas del eje Y representan las sobre elevaciones térmicas alcanzadas en régimen.


Proceso de fabricación controlado

El proceso de fabricación de estos transformadores debe contemplar un cuidadoso armado de su parte activa (núcleo + bobinas), como así también la impregnación del conjunto con barnices clase H y su posterior horneado en condiciones controladas para el óptimo secado y curado del mismo. Esto permite garantizar el cumplimiento de los requisitos de bajo ruido (menor a 40dB) y elevada rigidez dieléctrica (mayor a 3 kVCA). El uso de prensayugos de sujeción aislados y con tratamiento anticorrosivo, bornes de carril con conexión a tornillo, perno para toma de tierra con aterrizado del núcleo y marcado según Norma, define un transformador adecuado para su utilización en locales de uso médico.

Agosto 2011
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Comentarios acerca de este artículo
Arturo Mondaca Smith MONDTELEC (16/09/2011)
Excelente articulo,
miks felicitaciones,
a la espera de mas y de misma calidad.
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