Análisis sobre transformadores trifásicos (página 2)
– Añadir un tercer devanado conectado en delta al
banco de
transformadores. Con esta las componentes de
voltajes de la tercera armónica en delta se sumaran y
causaran un flujo de corriente circulante dentro del devanado.
Esto suprime los componentes de voltaje de la tercera
armónica de la misma manera que el hacer tierra con los
neutros de los transformadores.
Conexión delta-Ye (?-Y) conexión
triangulo-estrella.
También denominado grupo de
conexión triangulo-estrella.
Donde el voltaje de línea del secundario es igual al
voltaje de línea del primario multiplicado por el factor
v(3) y el inverso de la relación de
transformación.
Vls=rt*3Vlp
Ils=Ilp/ Rt*3
Conexión
Ye-Delta(Y-?)
La conexión estrella-delta o estrella-triangulo, se usa
generalmente para bajar de un voltaje alto a uno medio o bajo.
Una razón de ello es que se tiene un neutro para aterrizar
el lado de alto voltaje lo cual es conveniente y tiene grandes
ventajas.
La relación de tensiones entre primario y secundario
viene dada por:
Vls=rt*Vls/3
Ils=3*Ilp/rt
Esta conexión no presenta problemas con
los componentes en sus voltajes de terceros armónicos,
puesto que se consume una corriente circulante en el lado de la
delta (triangulo). Esta conexión se establece con respecto
a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye
cualquier desequilibrio que se presente.
Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje
secundario se desplaza 30 con respecto al voltaje primario del
transformador.
Tipos de
núcleo del Transformador
trifásico
Transformador trifásico de tipo
núcleo
Transformador trifásico de tipo acorazado
La diferencia de un transformador trifásico de tipo
núcleo y de otro de tipo acorazado, está en que en
un transformador trifásico de tipo acorazado las tensiones
están menos distorsionadas en las salidas de las fases. Lo
cual hace mejor al transformador trifásico de tipo
acorazado.
Transformadores
de tipo poste
Tipo convencional de poste: Los transformadores de este tipo
constan de núcleo y bobinas montados, de manera segura, en
un tanque cargado con aceite; llevan
hacia fuera las terminales necesarias que pasan a través
de bujes apropiados.
Transformador de distribución auto protegido, del tipo poste
con capacidad para 25KVA, 12740 Tierra Y/720-120/240 V,
elevación de 65°
Los bujes de alto voltaje pueden ser dos, pero lo más
común es usar un solo buje además de una terminal
de tierra en la pared del tanque conectada al extremo de tierra
del devanado de alto voltaje para usarse en circuitos de
varias tierras. El tipo convencional incluye solo la estructura
básica del transformador sin equipo de protección
alguna. La protección deseada por sobre voltaje,
sobrecarga y cortocircuito se obtiene usando aparta rayos e
interrupciones primarias de fusibles montados separadamente en el
poste o en la cruceta muy cerca del transformador. La
interrupción primaria del fusible proporciona un medio
para detectar a simple vista los fusibles quemados en el sistema primario,
y sirve también para sacar el transformador de la
línea de alto voltaje, ya sea manual, cuando
así se desee, o automáticamente en el caso de falla
interna de las bobinas.
Transformador
auto protegido
Transformador auto protegido trifásico. Estos
transformadores son similares a las unidades monofásicas,
con la excepción de que emplea un cortocircuito de tres
polos. El cortocircuito está dispuesto de manera que abra
los tres polos en caso de una sobrecarga seria o de falla en
alguna de las fases.
Transformador de distribución auto protegido, del tipo
poste con capacidad para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240 V,
elevación de 65°
Transformador auto protegido para bancos de
secundarios. Está en otra variante en la que se
proporcionan los transformadores con los dos cortacircuitos
secundarios paras seccionar los circuitos de bajo voltaje,
confinar la salida de operación únicamente a la
sección averiada o sobrecargada y dejar toda la capacidad
del transformador disponible para alimentar las secciones
restantes. Estos también se hacen para unidades
monofásicas y trifásicas.Transformadores de
distribución del "tipo estación": estos
transformadores tienen, por lo general, capacidad para 250,333
ó 500KVA. Para la distribución a redes de bajo voltaje de
c.a. en áreas de alta densidad de
carga, hay transformadores de red disponibles en
capacidades aún mayores.
Transformador de distribución auto protegido, del tipo
poste con capacidad para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240 V,
elevación de 65°
Comparación de grupo de transformadores
monofásicos VS. Los transformadores trifásicos.
Conceptos Generales Sobre Las Transformaciones
Polifásicas.
sistemas de
energía
eléctrica de corriente alterna, nunca son
monofásicas. Actualmente, se utilizan casi exclusivamente
los sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y
la distribución de la energía eléctrica. Por
esta razinterés el
estudio de los transformadores trifásicos.
Elementos de una Transformación
Trifásica-Trifásica
Una transformación trifásica puede efectuarse de
dos formas:
a) mediante tres transformadores monofásicos
independientes, unidos entre si 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 de reserva.
Conexión en paralelo de transformadores
monofásicos.
Transformación trifásica utilizando dos
transformadores.
Algunas de las conexiones más importantes con dos
transformadores son 4:
1. La conexión ? abierta (o V-V)
2. Conexión Y abierta-? abierta
3. Conexión Scott-T
4. Conexión trifásica en T
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:
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:
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:
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:
a) Voltajes y corrientes en un banco de transformador
?-?. b) Voltajes y corrientes en un banco de
Transformador
?
abierta
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:
Por lo tanto, la potencia máxima total para el banco
delta abierta está dada por:
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:
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:
La potencia reactiva del transformador 2 es:
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.
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
2-38b. Excepto por la ausencia del tercer transformador y por la
presencia del hilo del neutro.
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 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 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.
.Esta conexión se muestra en la figura 2-44.
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
Los transformadores tienen cuatro valores
nominales principales: potencia aparente, voltaje, corriente y
frecuencia.
Conclusiones
Luego de haber analizado los transformadores trifásicos
podemos resaltar que las principales aplicaciones de los
transformadores trifásicos de hoy en día, pueden
usarse en instalaciones comerciales, contratando el servicio en
alta o media tensión, que sale mas barato, y el
transformador nos dará los niveles que necesitamos en
media o baja tensión para el consumo. En
pocas palabras, conforman una subestación. Entre el
principal tipo de transformadores trifásicos es el tipo
poste, estos lo encontramos en todas las ciudades en el mundo, y
nos dan una idea de la importancia de estos transformadores en
nuestro medio.
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
http://www.asifunciona.com/tablas/transformadores/simb_transf.htm
Stephen J. Chapman, Fundamentos de circuitos
eléctricos. 4th_Edition
Autor:
Ing. Omar Álvarez
Christian Geovanny Astudillo Astudillo
Pablo Andrés Salamea Cordero
Universidad Politécnica Salesiana
Maquinas eléctricas
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