CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN RED MONOFASICA (BANCO DE TRANSFOS 1ф) 1. Objetivos
Satisfacer las necesidades del usuario.
Definir parámetros del transformador en vacío y con carga.
Dar a conocer los diferentes tipos de conexión, en el acoplamiento de transformadores monofásicos.
2. Fundamento teórico Transformadores en Paralelo.
La razón más común por la que se conectan transformadores en paralelo es el crecimiento de la carga; cuando ésta supera la potencia del transformador instalado se suele optar por disponer otra unidad en paralelo con la existente. El disponer de unidades en paralelo tiene las siguientes ventajas:
Frente a la falla de una unidad se puede seguir operando con la otra, aunque sea suministrando una potencia menor y atendiendo los servicios más importantes. En algunos servicios esenciales puede ser que, por razones de seguridad, los equipos se encuentren duplicados y hasta triplicados; ésta es una práctica muy común en aeronaves.
En general es más económico agregar una unidad a la ya existente que poner una nueva de mayor tamaño.
Si la demanda es muy variable y se dispone de varias unidades, se las puede ir agregando a medida de que la carga lo exige y reducir las pérdidas que resultan de operar una máquina de gran potencia a baja carga. Si la demanda tiene poca variación, siempre es más eficiente operar una unidad de gran potencia, que varias de menor potencia.
Por otra parte, y para una dada potencia, potencia, siempre la instalación instalación de unidades en más
varias
Costosa, su operación es más compleja, y ocupa más espacio que una sola unidad. También debe considerarse que si se dispone de unidades en paralelo y se desea la continuidad del servicio, parcial o total, ante la falla de una de ellas, es necesario instalar el equipamiento de maniobra y pr otección adecuado. De lo anterior se desprende que la decisión de agregar un transformador en paralelo a uno ya existente, debe ser estudiada cuidadosamente.
CONDICIONES PARA LA PUESTA EN PARALELO
Para la conexión en paralelo de dos transformadores, se deben cumplir condiciones, que, en orden de importancia son:
1º) Las tensiones secundarias deben estar en fase. 2º) Las relaciones de transformación deben ser iguales. 3º) Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales. 4º) Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ángulo de fase.
La primera de las condiciones enunciadas, que si no se cumple, no se puede hacer el paralelo, porque se produciría un cortocircuito; las demás admiten diferencias: la segunda muy pequeñas y la cuarta es muy poco importante. La primera condición tiene que ver con la forma en que se deben conectar los transformadores, mientras que las restantes determinan el comportamiento de los transformadores ya conectados en paralelo.
Si bien no es una condición necesaria, las potencias de los transformadores deben ser próximas entre sí: 2 ó 3 a 1 como máximo, si hay mucha diferencia entre las potencias, salvo algún caso muy especial, seguramente no resultará económico hacer el paralelo, especialmente si hay diferencias, aunque leves, entre las tensiones de cortocircuito.
COINCIDENCIA DE FASE DE LAS TENSIONES SECUNDARIAS
Como ya se dijo esta es una condición imprescindible, si no se cumple equivale a hacer un cortocircuito, por lo tanto se debe ser muy cuidadoso en su verificación. Se estudian primero los transformadores monofásicos y luego se extienden las consideraciones a los transformadores trifásicos. Transformadores Monofásicos En la figura se muestran dos transformadores monofásicos que para ser conectados en paralelo.
Se tiene que hacer la prueba de Polaridad Sustractivo
Se tiene que hacer la prueba de Polaridad Aditivo.
Banco de transformadores monofásicos.
Los bancos de transformadores monofásicos son utilizados en sistemas eléctricos trifásicos como sustitución de un transformador trifásico. Por ejemplo, en el transporte a largas distancias de la energía eléctrica. Asimismo, el banco de transformadores monofásicos también sirve para poder cambiar el número de fases del sistema, es decir, un sistema trifásico lo podemos convertir en un sistema bifásico, de 6 fases, de doce fases, etc. Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las podemos conectar de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/Δ, Δ/Y, Δ/Δ. Es decir,
podemos conectar las bobinas primarias en estrella o en triángulo al igual que las bobinas
secundarias.
Dependiendo
como
lo
hagamos
tendremos
unas
características técnicas u otras. De esta forma, la relación de las tensiones de entrada y de salida no solamente dependerá de la relación de vueltas (espiras) de las bobinas primarias y secundarias, sino que también dependerá de cómo estén conectadas las bobinas primarias y las bobinas secundarias.
La conexión estrella/estrella (Y/Y).
Con este tipo de conexión se tienen dos neutros, uno en las bobinas primarias y otro en las bobinas secundarias. El problema surge cuando no se conectan estos
neutros a la masa o tierra, porque las señales u ondas senoidales salen por el secundario distorsionadas. Solamente no es necesario conectar los neutros a tierra cuando el sistema trifásico está muy equilibrado. Asimismo, debemos indicar que no hay un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las tensiones de salida.
La conexión estrella/triángulo (Y/Δ).
Con este tipo de conexión la corriente en el devanado de las bobinas secundarias es de un 58% de la corriente carga. La distorsiones de las tensiones de salida no resultan tan severos como en una conexión Y/Y. También tenemos que señalar que existe un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida de 30 °. Este tipo de conexión se puede utilizar en aplicaciones de reducción.
La conexión triángulo/triángulo (Δ/Δ).
Este tipo de conexión tiene la desventaja de no disponer de ningún neutro, ni en el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento eléctrico que resulta más caro que otro de conexión (Y), para las mismas especificaciones técnicas. En este tipo de conexión las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase. Este sistema de conexión es utilizado en sistemas trifásicos donde la tensión no es muy elevada. La principal ventaja de este modo de conexión es que aunque las cargas no estén bien equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio. En el siguiente dibujo se puede apreciar cómo se realizan las conexiones entre los tres transformadores monofásicos:
La conexión triángulo/estrella (Δ/Y).
Con una conexión de este tipo se consigue un adelanto de fase de 30 ° de las tensiones de salida respecto a las tensiones de entrada. La principal ventaja de este tipo de conexión es que se reduce considerablemente el gasto económico en el aislamiento interno del transformador. Sin embargo, la desventaja del desfase de 30° puede ser negativa, pues la conexión en paralelo con otra fuente de energía es imposible, por otro lado, en el caso de que este banco de transformadores tenga que alimentar a un grupo de cargas aisladas no representaría ningún inconveniente el desfase. Asimismo, podemos apreciar en el dibujo que el secundario tiene un neutro. Este tipo de conexión se utiliza en aplicaciones de elevación de tensiones.
La conexión triángulo abierto.
El siguiente dibujo representa a dos transformadores monofásicos conectados entre si en la manera denominada triángulo abierto o delta abierta.
Esta forma de conectar dos transformadores monofásicos no es muy empleada. Solamente se utiliza cuando se nos ha estropeado un transformador, es decir, en casos de emergencia. El problema de esta conexión es que se pierde potencia en las líneas, en torno al 13.4%, por ello no se utiliza. El funcionamiento es el mismo al de una conexión Δ/Δ.
3. Materiales herramientas y Materiales
Ohmímetro
Voltímetro
Multímetro Digital (Vatímetro, Amperímetro, Voltímetro)
Destornillador
Alicate de Pinza
Alicate de Corte
Transformadores Monofásicos
Cables de Uniones
Cinta Maskintape
4. Procedimiento
SIN CARGA
Determinar la polaridad de cada transformador en el caso de que no se conociera.
Realizar las conexiones que se muestran a continuación sin carga. Y medir las magnitudes que se piden en el cuadro adjunto
Serie-serie
SERIE-SERIE Vpc Vp1 Vp2 Vsc Vs1 Vs2
Tensión primario Total Tensión primario Transfo 1 Tensión primario Transfo 2 Tensión Secundario Total Tensión Secundario Transfo 1 Tensión Secundario Transfo 2
219.7 VAC 109.8 VAC 110 VAC 61.6 VAC 30.8 VAC 30.8 VAC
Serie-Paralelo
SERIE-PARALELO Vpc Vp1 Vp2 Vsc Vs1 Vs2
Tensión primario Total Tensión primario Transfo 1 Tensión primario Transfo 2 Tensión Secundario Total Tensión Secundario Transfo 1 Tensión Secundario Transfo 2
219.7 VAC 109.8 VAC 110 VAC 30.8 VAC 30.8 VAC 30.8 VAC
Paralelo-Paralelo
PARALELO-PARALELO Vpc Vp1 Vp2 Vsc Vs1 Vs2
Tensión primario Total Tensión primario Transfo 1 Tensión primario Transfo 2 Tensión Secundario Total Tensión Secundario Transfo 1 Tensión Secundario Transfo 2
220.2 VAC 220.2 VAC 220.2 VAC 61.8 VAC 61.8 VAC 61.8 VAC
Paralelo-Serie
PARALELO-SERIE Vpc Vp1 Vp2 Vsc Vs1 Vs2
Tensión primario Total Tensión primario Transfo 1 Tensión primario Transfo 2 Tensión Secundario Total Tensión Secundario Transfo 1 Tensión Secundario Transfo 2
220.2 VAC 220.2 VAC 220.2 VAC 123.3 VAC 62 VAC 61.5 VAC
CON CARGA En cada una de las conexiones anteriores insertar una carga monofásica (un foco) en paralelo y medir las intensidades que consume la carga.
Nota Realizar con un foco en paralelo.
Serie-Serie
SERIE-SERIE Vpc Tensión primario Total 220.4 VAC Vp1 Tensión primario Transfo 1 109.8 VAC Vp2 Tensión primario Transfo 2 110 VAC Ie Corriente de Entrada 0.1048 A Vsc Tensión Secundario Total 61.3 VAC Vs1 Tensión Secundario Transfo 1 30.7 VAC Vs2 Tensión Secundario Transfo 2 31.2 VAC Ic Corriente de la Carga 0.21 A Pe Potencia de Primario 23.09 W Pc Potencia Activa de la Carga 13.1 W
Serie-Paralelo
SERIE-PARALELO Vpc Tensión primario Total 220.4 VAC Vp1 Tensión primario Transfo 1 109.8 VAC Vp2 Tensión primario Transfo 2 110 VAC Ie Corriente de Entrada 0.0718 A Vsc Tensión Secundario Total 31.3 VAC Vs1 Tensión Secundario Transfo 1 31.3 VAC Vs2 Tensión Secundario Transfo 2 31.3 VAC Ic Corriente de la Carga 0.16 A Pe Potencia de Primario 15.82 W Pc Potencia Activa de la Carga 4.9 W
Paralelo-Paralelo
PARALELO-PARALELO Vpc Tensión primario Total 220.4 VAC Vp1 Tensión primario Transfo 1 220.4 VAC Vp2 Tensión primario Transfo 2 220.4 VAC Ie Corriente de Entrada 0.2762 A Vsc Tensión Secundario Total 62.2 VAC Vs1 Tensión Secundario Transfo 1 62.2 VAC Vs2 Tensión Secundario Transfo 2 62.2 VAC Ic Corriente de la Carga 0.22 A Pe Potencia de Primario 60.87 W Pc Potencia Activa de la Carga 13.3 W
Paralelo-Serie
PARALELO-SERIE Vpc Tensión primario Total 220.7 VAC Vp1 Tensión primario Transfo 1 220.7 VAC Vp2 Tensión primario Transfo 2 220.7 VAC Ie Corriente de Entrada 0.1736 A Vsc Tensión Secundario Total 123.6 VAC Vs1 Tensión Secundario Transfo 1 62.5 VAC Vs2 Tensión Secundario Transfo 2 62.2 VAC Ic Corriente de la Carga 0.31 A Pe Potencia de Primario 38.31 W Pc Potencia Activa de la Carga 38.1 W
DESARROLLO 1)
Enunciar dos objetivos más importantes que se puede encontrar en este laboratorio.
Identificar el acoplamiento necesario según necesidad del usuario.
Identificar cuál de todos los acoplamiento de transfo genera mayor Potencia.
2)
Transcribir Los fundamentos tecnológicos necesarios que se tienen para realizar las conexiones de dos o más transformadores monofásicos, y las aplicaciones que se pueden dar en esta parte.
Para la conexión en paralelo de dos o más transformadores, se deben cumplir condiciones, que en orden de importancia son:
1º) Las tensiones secundarias deben estar en fase. 2º) Las relaciones de transformación deben ser iguales. 3º) Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales. 4º) Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ángulo de fase.
La primera de las condiciones enunciadas, que si no se cumple, no se puede hacer el paralelo, porque se produciría un cortocircuito; las demás admiten diferencias: la segunda muy pequeñas y la cuarta es muy poco importante. La primera condición tiene que ver con la forma en que se deben conectar los transformadores, mientras que las restantes determinan el comportamiento de los transformadores ya conectados en paralelo.
Las aplicaciones que se pueden dar en esta parte
Es cuando se quiere aumentar la carga a un transformador, se debe colocar en paralelo otro transformador con las mismas condiciones indicadas anteriormente, además este método resulta más económico ya que el cambiar un transformador por uno de mayor potencia se ve en la necesidad de gastar mayor dinero en la compra, además buscarle una utilidad al transformador retirado ya que si no trabaja seria dinero muerto.
3)
Con el cuadro de mediciones SIN CARGA Determinar en forma práctica la relación de transformación compuesta para cada caso.
Serie-Serie Vpc / Vsc = 219.7 VAC / 61.6 VAC = 3.56 Serie-Paralelo Vpc / Vsc = 219.7 VAC / 30.8 VAC = 7.13 Paralelo-Paralelo Vpc / Vsc = 220.2 VAC / 61.8 VAC = 3.56 Paralelo-Serie Vpc / Vsc = 220.2 VAC / 123.3 VAC = 1.78
4)
Con el cuadro de mediciones (CON CARGA) calcular la potencia que consume la carga. y comparar con la potencia de entrada y Determinar en forma práctica las pérdidas totales de cada transformador.
Serie-Serie Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.4 * 0.1048) – 13.1 = 9.99 Watts Serie-Paralelo Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.4 * 0.0718) – 4.9 = 15.82 Watts Paralelo-Paralelo Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.4 * 0.2762) – 13.3 = 47.57 Watts Paralelo-Serie Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.7 * 0.1736) – 38.1 = 0.213 Watts 5)
Observaciones y Conclusiones. Se observa que al realizar las medidas eléctricas existe una variación respecto a la placa del fabricante.
Tener en cuenta el seguimiento del cableado al realizar el laboratorio, por lo cual si no tenemos cuidado podemos hacer un cortocircuito.
Antes de levantar la llave de tensión, revisemos que los instrumentos estén en los rangos adecuados, además que el instrumento sea el adecuado para realizar dicha medición
Se concluye que para obtener mayor eficiencia del transformador, se debe acoplarlo en paralelo-paralelo con otro transformador de las mismas características.
La conclusión del cuadro de Mediciones Con Carga es que el Paralelo-Paralelo le falta consumir su Potencia de Entrada, en cambio el Paralelo-Serie nos indica que se ha consumido casi toda su Potencia de Entrada.
ANEXO:
Ing. FAUSTINO PEREZ ESTRELLA Encargado del Lab. de Máquinas Eléctricas
