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Ensayo Transformadores Trifasicos, grupo de conexiones




Enviado por Efren Espinoza



    Monografias.com

    TRANSFORMADORES TRIFASICOS

    Efrén Espinoza T
    Universidad Politécnica Salesiana.
    Ingeniería Electrónica, Área de Formación Profesional
    Máquinas Eléctricas 1
    efrenet21@hotmail.com
    I.
    INTRODUCCION
    Los transformadores trifásicos son utilizados para el
    suministro o el transporte de energía a grandes distancias
    de sistemas de potencias eléctricas. Lo que normalmente
    conocemos como la distribución eléctrica, pero a grandes
    distancias. Quizás haya oído hablar de los bancos de
    transformadores. Pues bien, los bancos de transformadores
    consisten en tres transformadores monofásicos conectados
    entre ellos para simular un transformador trifásico. Esto
    estaría muy bien para el caso de que se desee tener un
    transformador monofásico de repuesto para los casos de
    averías, pero la realidad es que los transformadores
    trifásicos resultan más económicos, es decir, un
    transformador trifásico es más barato que tres
    transformadores monofásicos.
    Además, está la relación de tamaño, un único
    transformador trifásico siempre será más pequeño que un
    banco de transformadores monofásicos. Tanto los bancos
    de transformadores monofásicos como el transformador
    trifásico se pueden conectar de diferentes formas En el
    caso del transformador trifásico, solo hay que decir que los
    devanados de las bobinas están conectadas internamente y,
    estas conexiones pueden ser en estrella o en triángulo
    II.
    DESARROLLLO
    1.
    Grupos de
    Conexión
    de
    Transformadores
    Trifásicos

    Para relacionar las tensiones y las corrientes primarias
    con las secundarias, no basta en los sistemas trifásicos
    con la relación de transformación, sino que se debe
    indicar los desfases relativos entre las tensiones de una
    misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja
    Tensión. Una manera de establecer estos desfases consiste
    en construir los diagramas fasoriales de tensiones y
    corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta
    tensión (estrella, triángulo o zig-zag), las polaridades de
    los enrollados en un mismo circuito magnético o fase, y
    las designaciones de los bornes.
    Lo que se presentará a continuación son todos los tipos
    de conexiones para transformadores trifásicos: Delta-
    delta, delta-estrella, estrella-delta, estrella-estrella;
    también se mostrará mediante gráficas el cambio que
    sufren los valores de corriente y voltaje a lo largo de las
    líneas y fases del circuito.

    Conexión Delta – Delta:
    Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas
    interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas
    desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que
    las corrientes de la carga se distribuyen
    uniformemente en cada uno de los devanados. La
    conexión delta-delta de transformadores monofásicos se
    usa generalmente en sistemas cuyos voltajes no son muy
    elevados especialmente en aquellos en que se debe
    mantener la continuidad de unos sistemas. Esta
    conexión se emplea tanto para elevar la tensión como
    para reducirla. En caso de falla o reparación de la
    conexión delta-delta se puede convertir en una conexión
    delta abierta-delta abierta.

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    Circuito Estrella – Delta:
    La conexión estrella-delta es contraria a la conexión
    delta-estrella; por ejemplo en sistema de potencia, la
    conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la
    conexión estrella-delta para reducirlos. En ambos casos,
    los devanados conectados en estrella se conectan al
    circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por
    razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta
    conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para
    distribución a tres hilos.
    Circuito Delta – Estrella:
    La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se
    utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes
    de generación o de transmisión, en los sistemas de
    distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y
    alumbrado.
    Circuito Estrella – Estrella:
    Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a
    las corrientes en la línea. Si las tensiones entre línea y
    neutro están equilibradas y son sinuosidades, el valor
    eficaz de las tensiones respecto al neutro es igual al
    producto de 1/ 3 por el valor eficaz de las tensiones
    entre línea y línea y existe un desfase de 30º entre las
    tensiones de línea a línea y de línea a neutro más
    próxima.
    Las tensiones entre línea y línea de los primarios y
    secundarios correspondientes en un banco estrella-
    estrella, están casi en concordancia de fase.
    Por tanto, la conexión en estrella será particularmente
    adecuada para devanados de alta tensión, en los que el
    aislamiento es el problema principal, ya que para una
    tensión de línea determinada las tensiones de fase de la
    3 por las
    estrella sólo serían iguales al producto 1/
    tensiones en el triángulo.

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    Índice Horario:
    Todos los arrollamientos montados sobre una misma
    columna abrazan en cada instante el mismo flujo común
    y con el fin de precisar el sentido de las f.e.m.
    suponemos que el sentido de arrollamiento de las
    bobinas primarias y secundarias es el mismo. Si
    designamos con la misma letra los terminales
    homólogos en cuanto a polaridad instantánea de dos
    cualesquiera de estos arrollamientos montados sobre la
    misma columna, los vectores representativos de las
    f.e.m. respectivos se presentaran como se indica a
    continuación.
    Dependiendo del tipo de conexión, las tensiones
    simples del primario y del secundario pueden no estar
    en fase, cosa que siempre ocurre en los transformadores
    monofásicos. Para indicar el desfase existente entre las
    tensiones simples, se suele utilizar el llamado índice
    horario (ángulo formado por la aguja grande y la
    pequeña de un reloj cuando marca una hora exacta),
    expresado en múltiplos de 30º (ángulo entre dos horas
    consecutivas, 360º/12=30º ). El conocimiento del
    desfase (índice horario) es muy importante cuando se
    han de conectar transformadores en paralelo, dado que
    entonces, todos los transformadores deben tener el
    mismo índice horario, para evitar que puedan producirse
    corrientes de circulación entre los transformadores
    cuando se realice la conexión.
    A continuación veremos algunas de las formas más
    frecuentes de conexión (el desfase se obtiene
    multiplicando el número que acompaña la denominación
    por 30, ejemplo: en Yy6 el desfase es 6*30=180º):

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    Elementos De Una Transformación Trifásica-
    Trifásica.

    Una transformación trifásica-trifásica consta de un
    primario, en conexión trifásica equilibrada, que alimenta
    un sistema trifásico. Para abreviar, a este tipo de
    transformación le llamaremos simplemente
    transformación trifásica.
    Una transformación trifásica puede efectuarse de dos
    formas:

    a) Mediante tres transformadores monofásicos
    independientes, unidos entre sí en conexión trifásica.

    b) Mediante un solo transformador trifásico que, en cierto
    modo, reúne a tres transformadores monofásicos. En este
    caso, la interconexión magnética de los núcleos puede
    adoptar diversas disposiciones, que examinaremos más
    adelante.

    Transformación Trifásica mediante tres
    Transformadores Monofásicos.

    Para esta transformación, se utiliza tres transformadores
    monofásicos de igual relación de transformación. Los
    primarios se conectan a la red trifásica de donde toman la
    energía y los secundarios alimentan el sistema trifásico de
    utilización.
    Los transformadores son completamente independientes
    entre si, por lo que los circuitos magnéticos también lo
    son, no produciéndose, por lo tanto, ninguna
    interferencia o interacción entre los flujos magnéticos
    producidos.

    Cada transformador lleva dos bornes de lata y dos de
    baja que se conectan entre si de forma que pueda
    obtenerse la transformación trifásica deseada, para
    obtener una transformación estrella-estrella, con neutro.
    El sistema es costoso y las pérdidas en vacío resultan
    elevadas, a causa de la presencia de tres circuitos
    magnéticos independientes; desde este punto de vista, es
    preferible la instalación de un solo transformador
    trifásico. Sin embargo, en muchas ocasiones pueden
    resultar más económicos los tres transformadores
    independientes; por ejemplo, cuando, por razones de
    seguridad en el servicio es necesario disponer de
    unidades de reserva: con tres transformadores
    monofásicos basta otro transformador monofásico, con
    potencia un tercio de la potencia total, mientras que un
    transformador trifásico necesitaría otro transformador
    trifásico de reserva, con potencia igual a la de la unidad
    instalada.
    Este sistema de transformación se emplea, sobre todo,
    en instalaciones de gran potencia, en las cuales, puede
    resultar determinante el coste de la unidad dereserva.

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    Grupo de conexión según VDE 0532
    Triángulo A.T.
    Estrella A.T.
    Triángulo B.T.
    Estrella B.T.
    30º de desfasaje de UL A.T. respecto de UL B.T.

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    V 120
    Transformación
    trifásica
    utilizando
    dos
    transformadores.

    Algunas de las conexiones más importantes con dos
    transformadores son 4:
    1. Conexión Scott-T
    2. La conexión
    abierta (o V-V)
    3. Conexión Y abierta- abierta
    4. Conexión trifásica en T

    La conexión Scott-T
    La conexión Scott-T es una manera de obtener dos fases
    separadas 90° a partir de un suministro de potencia
    trifásica.
    La C.Scott-T consta de dos transformadores
    monofásicos con idéntica capacidad. Uno tiene una
    toma en su devanado primario a 86.6% de su voltaje a
    plena carga. Están conectados como se muestra en la
    figura 2-43a. La toma de 86.6% del transformador
    T2está conectada a la toma central del transformador
    T1.
    Conexión del transformador Scott-T a) Diagrama de
    cableado; b) voltajes de entrada trifásicos; c) voltajes en
    los devanados primarios del transformador; d) voltajes
    secundarios bifásicos.
    La conexión
    abierta (o V-V)
    En ciertas situaciones no puede utilizarse un banco de
    transformadores completo para realizar una
    transformación trifásica. Por ejemplo, supóngase que un
    banco de transformadores
    que consta de
    transformadores separados tiene una fase dañada que se
    debe retirar para su reparación. La situación resultante
    se muestra en la siguiente figura, si dos voltajes
    secundarios que permanecen son VA= V
    0° Y VB= V
    -120° V, entonces el voltaje que pasa a través de la
    abertura que dejó el tercer transformador está dado por:
    0
    j0.866V
    0.5V
    j0.866V)
    V (0.5V
    VC
    VC
    VC
    VA VB
    V 00 V 1200
    VC
    VC
    Éste es el mismo voltaje que estaría presente si el tercer
    transformador siguiera ahí.
    A menudo, a la fase C se le llama fase fantasma.
    Entonces, la conexión delta abierta posibilita que un
    banco de transformadores siga funcionando con sólo
    dos de sus transformadores. Permitiendo que fluya
    cierta potencia aun cuando se haya removido una fase
    dañada.
    Conexión de un transformador en
    abierta o V-V.
    Muestra el banco de transformadores en operación
    normal conectado a una carga resistiva. Si el voltaje
    nominal de un transformador en el banco es V
    y la
    corriente nominal es I
    entonces la potencia máxima
    que puede suministrar a la carga es:

    P 3V I cos

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    El ángulo entre el voltaje V, Y la corriente l, en cada
    fase es 0°, por lo que la potencia total suministrada
    por el transformador es:
    V I
    P
    3
    2
    P 3V I cos
    P 3V I

    En la siguiente figura se muestra un transformador
    con delta abierta. Debido a que falta una de las fases
    del transformador, la corriente de línea de transmisión
    es igual a la corriente de fase en cada transformador y
    las corrientes y voltajes en el banco del transformador
    tienen un ángulo que difiere por 30°.
    Para el transformador 1 el voltaje tiene un ángulo de
    150° y la corriente tiene un ángulo de 120°, por lo que
    la expresión para la potencia máxima en el
    transformador es:
    P 3V I cos(150 120)
    P 3V I cos30
    a)
    Voltajes y corrientes en un banco de
    transformador
    banco de

    Transformador
    . b) Voltajes y corrientes en un

    abierta.
    V I
    3
    2
    3V I cos( 30)
    P 2
    P 2
    Para el transformador 2, el voltaje tiene un ángulo de
    30° y la corriente tiene un ángulo de 60°, por lo que la
    potencia máxima es:
    P 2 3V I cos(30 60)
    Por lo tanto, la potencia máxima total para el banco
    delta abierta está dada por:
    V I
    3
    2
    P 2
    3
    La corriente nominal es la misma en cada
    transformador, sin importar si son dos o tres, y el voltaje
    es el mismo en cada transformador; por lo que la razón
    entre la potencia de salida disponible del banco delta
    abierta y la potencia disponible del banco trifásico
    normal es:

    Pabierta 3V I 1
    0.577
    P fase 3V I 3
    La potencia disponible que sale del banco delta abierta
    es sólo 57.7% del valor nominal del banco original.
    ¿Qué pasa con el resto del valor nominal del banco delta
    abierta? Después de todo, la potencia total que los dos
    generadores juntos pueden producir equivale a dos
    tercios del valor nominal del banco original. Para
    encontrar la respuesta se debe examinar la potencia
    reactiva del banco delta abierta. La potencia reactiva del
    transformador 1 es:

    Q1 3V I sen(150 120)
    Q1
    3V I cos(30)
    1
    Q2
    V I
    2
    La potencia reactiva del transformador 2 es:
    V I
    1
    2
    3V I sen(30 60)
    3V I cos( 30)
    Q2
    Q2
    Q2
    Entonces, un transformador produce potencia reactiva
    que consume el otro. Este intercambio de energía entre
    los dos transformadores es lo que limita la potencia de
    salida a 57.7% del valor nominal del banco original en
    lugar del esperado 66.7%.

    Otra manera de ver el valor nominal de la conexión
    delta abierta es que se puede utilizar 86.6% del valor
    nominal de los dos transformadores restantes.
    Las conexiones delta abierta se utilizan ocasionalmente
    cuando se desea suministrar una pequeña cantidad de
    potencia trifásica a una carga monofásica. En tal caso,
    se puede utilizar la conexión de esta figura, donde el
    transformador T2es mucho más grande que el
    transformador TI.

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    La utilización de una conexión de transformador en A
    abierta para suministrar una pequeña cantidad de
    potencia trifásica y mucha potencia monofásica. El
    transformador T2, es mucho mayor que el
    transformador T1,
    La conexión ye abierta-delta abierta

    Conexión Y abierta- abierta

    La conexión ye abierta-delta abierta es muy parecida a
    la conexión delta abierta excepto en que los voltajes
    primarios se derivan de dos fases y el neutro.
    Se utiliza para dar servicio a pequeños clientes
    comerciales que necesitan servicio trifásico en áreas
    rurales donde no están disponibles las tres fases.
    Con esta conexión un cliente puede obtener el servicio
    trifásico provisional basta que la demanda haga
    necesaria la instalación de la tercera fase.
    Una gran desventaja de esta conexión es que debe fluir
    una corriente de retorno muy grande en el neutro del
    circuito primario.
    Diagrama de cableado de la conexión del
    transformador Y abierta-
    abierta. Nótese que esta
    conexión es idéntica a la conexión Y – de la figura.
    Excepto por la ausencia del tercer transformador y por
    la presencia del hilo del neutro.

    La conexión T trifásica

    La conexión Scott-T utiliza dos transformadores para
    convertir potencia trifásica en potencia bifásica con un
    nivel diferente de voltaje.

    •Mediante una sencilla modificación de esta conexión,
    los mismos dos transformadores pueden convertir
    potencia trifásica en potencia trifásica con otro nivel
    de voltaje. En este caso, tanto el devanado primario
    como secundario del transformador T2tienen una toma
    al 86.6% y las tomas están conectadas a las tomas
    centrales de los devanados correspondientes del
    transformador T1.
    En esta conexión a T1se le llama transformador
    principal y a T2se le llama transformador de conexión
    en T.
    Conexión trifásica en T del transformador. a)
    Diagrama de cableado; b) voltajes de entrada
    trifásicos; c) voltajes en los devanados primarios del
    transformador; d) voltajes en los devanados
    secundarios del transformador; e) voltajes secundarios
    trifásicos resultantes.
    Valores nominales y problemas relacionados con los
    transformadores

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    Los transformadores tienen cuatro valores nominales
    principales: potencia aparente, voltaje, corriente y
    frecuencia.

    Placas del transformador 1.
    Su placa es:
    Interpretación.

    potencia nominal—-
    numero de fases—-
    tensión primaria—–
    tensión secundaria—-
    corriente primaria–
    corriente secundaria-
    125KVA
    3
    22KV
    220V
    3.28A
    828A

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    Placas del transformador 2. ( UPS)
    Su placa es:
    Interpretación.

    potencia nominal—-
    numero de fases—-
    tensión primaria—–
    tensión secundaria—-
    corriente primaria–
    corriente secundaria-
    60KVA
    3
    22KV
    220V
    1,57A
    157A
    20900
    5
    1-6
    Transformador 3. (sin acceso a la visualización de la
    placa, UPS)
    Transformador 4. (Sin acceso a la visualización de la
    placa, CC Bartolomé Serrano/Azogues)

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    el taller de
    Transformador5: UPS ubicado en
    matriceria
    Su placa es la que se presenta a continuación:
    Norma:
    Marca:
    Tipo:
    Fabricado en:
    Año:
    Potencia:
    IEC – ASA
    Alsthom-Unelec
    TXHN
    Francia
    1981
    90 KVA
    Nivel de aislamiento: 1L15 kV
    Diagrama vectorial: Dyn5
    Peso total: 431 Kg
    Impedancia en voltios: 3.4%
    Nivel de aceite: 101 Kg

    Voltajes en el Primario:
    Voltaje en el secundario:

    Relé de Buchholz

    En el campo de la distribución y transmisión de la
    energía eléctrica, el relé de Buchholz, también
    llamado relé a gas o relé de presión repentina, es un
    dispositivo de seguridad montado sobre algunos
    transformadores y reactores que tengan una
    refrigeración mediante aceite, equipado con una
    reserva superior llamada "conservador". El relé de
    Buchholz es usado como un dispositivo de protección
    sensible al efecto de fallas dieléctricas dentro del
    equipo.
    El relé tiene dos formas de detección. En caso de una
    pequeña sobrecarga, el gas producido por la
    combustión de gas suministrado se acumula en la
    parte de arriba del relé y fuerza al nivel de aceite a que
    baje. Un switch flotante en el relé es usado para
    disparar una señal de alarma. Este mismo switch
    también opera cuando el nivel de aceite es bajo, como
    en el caso de una pequeña fuga del refrigerante.
    En caso de producirse un arco, la acumulación de gas
    es repentina, y el aceite fluye rápidamente dentro del
    conservador. Este flujo de aceite opera sobre el switch
    adjunto a una veleta ubicada en la trayectoria del
    aceite en movimiento. Este switch normalmente activa
    un circuito interruptor automático que aísla el aparato
    antes de que la falla cause un daño adicional.

    El relé de Buchholz tiene una compuerta de pruebas,
    que permite que el gas acumulado sea retirado para
    realizar ensayos. Si se encuentra gas inflamable en el
    relé es señal de que existieron fallas internas tales
    como sobre temperatura o producción de arco interno.

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    En caso de que se encuentre aire, significa que el nivel
    de aceite es bajo, o bien que existe una pequeña
    pérdida.
    Los relés de Buchholz han sido aplicados a lo largo de
    la historia en la fabricación de grandes
    transformadores desde la década del 40’. Este
    dispositivo fue desarrollado por Max Buchholz (1875-
    1956) en 1921.
    III.

    IV.
    CONCLUSION

    En conclusión se puede decir que el tema
    documento nos ayudo de gran manera a conocer el
    tema de los transformadores trifásicos y por ende en
    el de máquinas eléctricas con mayor profundidad,
    sobre toda la parte del trabajo de campo, con estos
    conocimientos que son vanos si nos ponemos a
    tomar en cuenta la importancia de los
    trasformadores en todas sus aplicaciones y sobre
    todo al conocer su construcción, conexiones,
    podemos conocer por se eligen de acuerdo al
    trabajo que van a realizar.

    BIBLIOGRAFIA

    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

    http://www.asifunciona.com/tablas/transformadores
    /simb_transf.htm

    http://www.nichese.com/trans-auto.html

    http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/pagina
    _n1.htm

    Stephen J. Chapman, Fundamentos de circuitos
    eléctricos. 4th_Edition

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