Acoplamiento Capacitivo en Transformadores

Concepto

El acoplamiento capacitivo o capacitancia de acoplamiento es la capacidad existente entre los bobinados primario y secundario de un transformador. Es una medida del aislamiento eléctrico que ofrece un transformador.

El acoplamiento capacitivo se origina entre los bobinados primario y secundario del transformador, y en general entre cualquier bobinado que se encuentre cercano. Este acoplamiento es consecuencia de la forma en que se encuentran arrollados los devanados sobre el soporte. Por lo general, un transformador tiene el núcleo típico de tres columnas con los bobinados concéntricos sobre la columna central.

El hecho de que los bobinados se encuentren muy cercanos y con una gran  superficie de exposición entre ellas origina el efecto de condensador entre los devanados. Por lo tanto se puede modelar el transformador como se muestra en la siguiente figura:

Para saber el valor del acoplamiento capacitivo se debe usar un capacímetro y medir directamente la capacidad eléctrica entre el primario y secundario del transformador. Cuando esta capacidad sea baja; se tendrá un buen aislamiento y esa es una característica deseable.

Los valores comunes están por debajo del nanofaradio, con algunas excepciones.

Efecto del acoplamiento capacitivo

El efecto del acoplamiento capacitivo en un transformador hace que este se comporte como una impedancia que aísla la línea eléctrica de un circuito cualquiera.

Podemos calcular ese valor de impedancia como se hace en cualquier condensador. Y sigue la siguiente fórmula:

x_c = \frac{1}{2\pi fC} 

Donde «f» es la frecuencia del voltaje AC y «C» es el acoplamiento capacitivo.

Así, si para cierto transformador, el Acoplamiento capacitivo vale unos 2nF , y el valor de la frecuencia de la Red eléctrica es de 60Hz, obtendremos algo de 1.3 MΩ.

Eso, en buen cristiano, significa que tocar el secundario de ese transformador equivale a tocar la línea de 220VAC (en un punto medio o algo menos), a través de una resistencia de 1.3 MΩ.

Si asumimos que una persona común puede tener una impedancia de 300K [0. 300K de impedancia es un valor estimado para la impedancia de una persona. En realidad, el valor varía bastante, dependiendo de que tan buen contacto se haga con la piel, del sudor, y hasta del estado emocional.] cuando está parada sobre un piso común, entonces podemos deducir que cuando esa persona toca el secundario, puede estar recibiendo 21VAC por efecto del acoplamiento capacitivo del transformador.

En la práctica, uno no toca directamente el secundario de un transformador, pero sí se toca un circuito alimentado a través de la línea eléctrica. El circuito, desde luego tiene una impedancia y esta influirá en la cantidad de corriente y voltaje que reciba. También influenciará el hecho de que exista conexión a tierra o no en el circuito.

Un análisis más completo sobre las corrientes eléctricas en los equipos y su efecto en las personas se da en este artículo.

Valores del Acoplamiento Capacitivo

Son valores comunes, para transformadores con potencia cercana a 100W , los valores de 0.5nF, 1nF y hasta más. Estos valores no los hace buenos aisladores.

Para pequeños transformadores, como los usados en fuentes de alimentación artesanales, tenemos capacidades de 0.1n o 0.2n, que resulta buena para protección eléctrica pero mala para los circuitos electrónicos sensibles.

Los adaptadores comerciales de múltiples voltajes de salida, de regular calidad, usan enrolladlos separados en un carrete doble en el mismo eje o de doble carrete, y consiguen bajar el acoplamiento hasta 0.02n y hasta 0.01n por lo tanto pueden ser útiles para casos que requieren mejor separación.

Los transformadores de menor tamaño y potencia consiguen también menos acoplamiento capacitivo. Este es un buen motivo para no sobredimensionar la potencia de un transformador de alimentación.

Desgraciadamente, la mayoría de proveedores de transformadores no proporcionan el valor del acoplamiento capacitivo. La mejor opción es medir en físico este valor con un capacímetro adecuado.

¿Cómo se mejora el Acoplamiento Capacitivo?

Un transformador es un buen aislante cuando el acoplamiento capacitivo es bajo y por lo tanto el potencial con respecto a tierra de cualquier punto del secundario es bajo.

Para mejorar el acoplamiento capacitivo (disminuirlo), los devanados primario y secundario deben estar separados físicamente lo más que se pueda. Los devanados concéntricos no proporcionan buena separación.

Un método de mejorar el aislamiento es enrollar los bobinados sobre carretes diferentes (o un carrete con separación) y colocarlos uno sobre otro.

Un diseño mejor sería los bobinados se encuentren en dos ejes separados como se muestra en la figura.

La calidad del carrete de los bobinados también influye en el valor del acoplamiento capacitivo.

Bibliografía

[1] «Transformer: Parasitic parameters and equivalent circuit» https://epci.eu/transformer-parasitic-parameters-and-equivalent-circuit/

[2] Araiza LH, Muñoz GR. Medición de impedancia eléctrica de la piel en el rango de frecuencia de 5 a 1,000 Hz. Rev Mex Ing Biomed. 2007;28(2):77-82.