Transformador Elevador: Aumento de Tensión para Transferencia de Energía Eficiente

Función principal

Un transformador elevador aumenta la tensión CA del primario al secundario mientras disminuye la corriente proporcionalmente (ignorando pérdidas), según el ratio de vueltas:

V_S / V_P = N_S / N_P = I_P / I_S = a

donde a > 1 para elevación.

Construcción

• Núcleo: Acero al silicio laminado (pérdidas bajas); tipo carcaza o tipo núcleo.
• Bobinado primario: Menos vueltas, sección transversal mayor (soporta mayor corriente).
• Bobinado secundario: Más vueltas, alambre más fino (menor corriente).
• Aislamiento: Reforzado entre capas y a tierra para el secundario de alta tensión.
• Refrigeración: ONAN, ONAF, OFAF (aceite) o AN, AF (en seco).

¿Por qué elevar la tensión?

• Eficiencia de transmisión: P_pérdida = I²R. Duplicar la tensión reduce a la mitad la corriente → ¼ de la pérdida I²R. Permite redes intercontinentales.
• Necesidades del equipo: Tubos de rayos X, precipitadores electrostáticos, carga de condensadores, fotomultiplicadores, implantadores de iones.
• Interconexión de redes: Estaciones conversoras HVDC elevan a ±500–1100 kV.

Restricciones clave

• Potencia conservada: P_salida ≈ P_entrada – pérdidas (eficiencia del 98–99,7 %).
• Solo CA: Los transformadores no funcionan con CC.
• Regulación: La tensión cae bajo carga debido a la reactancia de fuga (típicamente 2–5 %).
• Coordinación de aislamiento: El BIL (Nivel Básico de Impulso) debe soportar sobretensiones por rayos o maniobras.

Ejemplo

Generador 13,8 kV → Elevador 13,8/345 kV → línea de 345 kV. Ratio de vueltas 1:25. Corriente del generador 4.200 A → Corriente de línea 168 A para la misma potencia de 100 MVA.

Los transformadores elevadores son la puerta de enlace entre la generación y el tronco de alta tensión de la red.