1
ACOPLAMIENTO ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES
2
PROLOGO El objetivo principal de esta obra es servir de complemento, a las lecciones que tiene el estudiante de Ingeniería Eléctrica en lo concerniente a transformadores. Está relacinado a la parte a acoplamientos acoplamientos de formadores monofásicos monofásicos y /o trifásicos. No por ello se hace de lado algunas relaciones fundamentales que se presentan en los transformadores Se hace énfasis en el aspecto operacional y de los criterios principales que debe conocer el estudiante, para así desempeñarse en el campo laboral con conocimiento y causa de los aspectos principales que se tienen en el caso de los acoplamientos de transformadores. Esta obra no se sumerge en el aspecto analítico que se desarrolla en la mayoría de textos y obras de especialidad. Solamente hace necesario recordar los criterios prácticos que acompañan al todo conjunto de conocimientos conocimientos teóricos adquiridos. adquiridos. Agradeciendo Agradeciendo de antemano la la acogida por parte parte de los estudiantes, estudiantes, esperando les les sirva en el transcurso de su formación y vida profesional.
2
PROLOGO El objetivo principal de esta obra es servir de complemento, a las lecciones que tiene el estudiante de Ingeniería Eléctrica en lo concerniente a transformadores. Está relacinado a la parte a acoplamientos acoplamientos de formadores monofásicos monofásicos y /o trifásicos. No por ello se hace de lado algunas relaciones fundamentales que se presentan en los transformadores Se hace énfasis en el aspecto operacional y de los criterios principales que debe conocer el estudiante, para así desempeñarse en el campo laboral con conocimiento y causa de los aspectos principales que se tienen en el caso de los acoplamientos de transformadores. Esta obra no se sumerge en el aspecto analítico que se desarrolla en la mayoría de textos y obras de especialidad. Solamente hace necesario recordar los criterios prácticos que acompañan al todo conjunto de conocimientos conocimientos teóricos adquiridos. adquiridos. Agradeciendo Agradeciendo de antemano la la acogida por parte parte de los estudiantes, estudiantes, esperando les les sirva en el transcurso de su formación y vida profesional.
3
INDICE PROLOGO
2
CAPITULO I EL TRANSFORMADOR MONOFASICO 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.9 1.10
Definición. Simbología utilizada. Partes. Funcionamiento. Funcionamiento. 7 Transformadores con carga. Relació Relación n de transforma transformación ción.. Pérdidas de energía del transformador. Eficiencia Eficiencia del transformador. 10 Polari aridad del tra transfo sforma rmador. Pruebas en el transformador. transformador.
5 5 5 6 8 8 9 10 12
CAPITULO II ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS 15 2.1
Banco de transformadores transformadores monofásicos.
15
2.1 2.1
Razón azón (rel (relac ació ión) n) de tran transf sfor orma maci ción ón..
15
2.2
Cond Condici icione ones s para para acopl acoplar ar transf transform ormado adores res monofá monofásic sicos. os.
15
2.3 2.3
Acop coplamie amien nto seri serie e - seri serie e.
16
2.4 2.4
Acop Acopla lami mien ento to seri serie e - para parale lelo lo..
17
2.5 2.5
Acop Acopla lami mien ento to para parale lelo lo - para parale lelo lo
18
2.6
Acoplamiento Acoplamiento paralelo - serie.
18
CAPITULO III BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN RED TRIFASICA 3.1
Introducción.
20 20 20
3.2
Acoplamiento Estrella - Estrella.
20
3.3 3.3
Acop Acopla lami mien ento to Tri Triángu ángulo lo -Tri -Trián ángu gulo lo
21
3.4
Acoplamiento Acoplamiento Estrella -Triángulo.
22
CAPITULO IV TRANSFORMADORESTRIFASICOS 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4
Antecedentes. Grupos de conexión. El diagrama del reloj. Desig esign nación ción de polos los y born borne es.
24 24 24 25 25 26
4
Puesta
4.5
en
par paralelo lelo
de
tra transfo nsform rma ador dores
trif trifá ásico icos.
33
CAPITULO V EL AUTOTRANSFOR AUTOTRANSFORMADOR MADOR
34
5.1 5.1 5.2 5.2 5.3 5.3 5.4 5.4
34 34 36 37
El auto auto tran transf sfor orma mado dorr mono monofá fási sico co.. El auto auto tran transf sfor orma mado dorr elev elevad ador or.. El auto auto tran transf sfor orma mado dorr redu reduct ctor or.. El auto auto tran transf sfor orma mado dorr trif trifás ásic ico. o.
CAPITULO VI TRANSFORMADORES DE MEDIDA
39
6.1 6.2 6.3 6.3 6.4 6.5 6.6
39 39 39 40 41 42 43
Introducción. Normas. Tran Transf sfor orma mado dore res s de medi medida da de inte intens nsid idad ad.. Transformadores Transformadores de medida de tensión. Placa Placa caract caracterí erísti stica ca del del transf transform ormad ador or de medid medida a de inten intensid sidad. ad. Placa Placa caract caracterí erísti stica ca del del transf transform ormad ador or de medid medida a de tensió tensión. n. Bibliografía
5
CAPITULO I EL TRANSFORMADOR MONOFASICO
1.1 Definición El transformador es considerado una máquina eléctrica estática, porque sus componentes físicos siempre están en reposo, siendo su misión principal el de la transformación de los parámetros eléctricos tales como tensión e intensidad; ya sea elevando o reduciéndolos, manteniendo en todo instante la potencia de transformación casi constante (transformador ideal).
6
Figura 1.1
1.2 Simbología utilizada
Figura 1.2
Falta detalles
1.3 Partes Todo transformador consta de tres partes importantes: a)
El Núcleo
7
b)
c)
Constituído por láminas de acero silicoso al 5% unidos a presión mediante pasadores metálicos y placas atornilladas .También cada lámina está bañado en un barniz aislante para transformadores que soportan temperaturas hasta 120 °C. El devanado primario Es un arrollamiento de cobre aislado en un barniz especial que está conectado a una fuente de tensión (red eléctrica). El devanado secundario Es un arrollamiento de cobre aislado que recibe la tensión transformada y que está conectado a la carga
Figura 1.3 El transformador monofásico elemental
1.3.1 Clasificación a) b)
c) d)
e)
f)
g)
Según el número de fase: Monofásicos o trifásicos El sistema de refrigeración Refrigerados por aceite y por aire, solo por aire, por refrigerante especial. El acoplamiento de los arrollamientos Transformadores constituidos por más de dos bobinados independientes. auto transformadores (un solo devanado). El objeto de uso Transformadores de tensión o de intensidad. El servicio. De gran potencia (mayores de 500 kVA ). De distribución (mayores de 100 KVA pero menores a 500 kVA) De pequeña potencia (menores de 100 kVA) La dirección de la variación Elevadores o reductores, de aislamiento El ambiente de trabajo Para interiores, tipo intemperie
8
1.4 Funcionamiento en vacío El principio de funcionamiento del transformador está basado en la ley de inducción de FARADAY
Al conectarse el devanado primario del transformador a una fuente de tensión alterna ,circulará por dicho devanado una intensidad que producirá un campo magnético principal variable que enlazará a todas las espiaras y debido a la ley de Faraday se formará una tensión inducida :
El flujo magnético principal recorrerá por el circuito magnético (núcleo) y a su vez inducirá en la bobina secundaria una tensión
Dado que el secundario está en vacío la corriente que circula por dicho devanado es cero Suponiendo que no existen flujos dispersos en el núcleo podemos suponer con gran aproximación que el flujo en el secundario es el mismo que en la bobina del primario. luego entonces igualando los flujos
Si despreciamos la caída de tensión en los devanados primario y secundario podemos decir que
Esto nos permite concluir que:
La intensidad que circula por el circuito magnético se denomina corriente de vacío cuyo valor es bastante pequeño, aproximadamente del 4 a 12 %, por consiguiente el flujo magnético en vacío también es pequeño
1.5 Transformador con carga
9
Figura
Revisar
texto superior
1.6 Relación de transformación Despreciando la caída de tensión en los devanados, la tensión inducida en el devanado primario y secundario se pueden escribir de la siguiente manera
ε 1
=
ε 2 = 4,4 4 N 2 φ m ax
4,44 N 1φ ma x
Dividiendo la ecuación entre la ecuación obtenemos ε 1 ε 2
=
N 1 N 2
U 1 U 2 Donde
a
≈
N 1 N 2
=
a
se denomina relación o razón de transformación monofásica.
1.7 Pérdidas de energía del transformador. Como toda máquina real, en un transformador también se presentan pérdidas las Cuales son:
10
1.7.1Pérdidas en el cobre Son aquellas pérdidas que se manifiestan en los devanados primario y secundario, debido al efecto de calentamiento (efecto Joule) de los conductores como causa de la resistencia interna que poseen los arrollamientos. siendo del tipo I²R.
P CU
= I 2 R
1.7.2Pérdidas en el Núcleo. Pérdidas por Histérisis a) Estas pérdidas se presentan al interior de los átomos del hierro como consecuencia de la magnetización y desmagnetización que sufren los dipolos magnéticos .Los cuales al momento de reordenarse en su orientación magnética, debido a la alternancia del flujo principal, sufren una fricción y por ende un calentamiento interno intrínseco, y está dada por la siguiente expresión.
Falta ecuación b)
Pérdidas por Corrientes de Foucault
También llamadas corrientes parásitas que surgen como consecuencia de la ley de LENZ. Es decir al interior de las láminas aparecen anillos de corrientes inducidas, que contrarrestan la variación del flujo magnético principal que se tiene en los devanados. Cuando estas micros intensidades circulan por la sección de una lámina, producen un efecto joule interno que nos se puede soslayar; dando como resultado un calentamiento .La expresión matemática viene dada siguiente en la siguiente relación. Falta ecuación
1.8 Eficiencia del transformador. La magnitud de la energía perdida en un transformador determina su rendimiento, que varía según la carga .Siendo las pérdidas en el en núcleo aproximadamente las mismas en vacío y a plena carga del transformador, porque son siempre proporcionales a la corriente magnetizante y al flujo, la relación que establece la eficiencia en términos de porcentaje podemos decir
11
η %
=
S 2 S 1
×
100%
Donde η %
=
Eficiencia en %
S 1
=
Potencia de entrada
S 2
=
Potencia de salida.
Ejemplo
1.9 Polaridad del transformador 1.9.1Circuito de trabajo En los transformadores al igual que en los generadores de C.C. (baterías, pilas, acumuladores) tienen una polaridad instantánea que deben de identificarse en sus terminales. Cuando se trata de un solo transformador, la polaridad es irrelevante, pero cuando se tienen que realizar conexiones (bancos de transformadores), es necesario ubicar la polaridad en cada transformador La figura muestra dos transformadores idénticos, excepto en la dirección en la cual ha sido enrollado el devanado secundario. En cada dibujo se efectúa una conexión entre un lado primario y un lado secundario, que para propósitos de análisis solamente se utiliza una tierra. Al primario se aplica una tensión nominal, quien a su vez induce una tensión Vs en el secundario. En ambos gráficos, el potencial del T erminal primario superior con respecto a tierra que se asume es +Vp, sin embargo el potencial del Terminal superior del secundario puede ser +Vs o –Vs .La diferencia de potencial entre los terminales superiores se mide mediante un voltímetro, como se demuestra en la
1.9.2Conexión en polaridad sustractiva
Dibujando de otra manera
12
De acuerdo con la segunda ley de Kirchoff tenemos
V 1
−
V − V 2
=
0
Así se tiene:
V 1
V 2
=
V
V + V 2
=
0
−
1.9.3Conexión en polaridad aditiva
Análogamente de acuerdo a la 2lK:
V 1 Por lo tanto
−
13
V 1
+
V 2
=
V
Los terminales se identifican con letras, mientras que la dirección de las tensiones instantáneas y el flujo de corriente se indican por números. Los terminales del lado de alta se designan por H, mientras que los de baja se designan por X. De acuerdo a la polaridad, los transformadores son de dos tipos.
1.10 Pruebas en el transformador 1.10.1Tensión de cortocircuito “La tensión de cortocircuito es aquella que aplicada al primario provoca la circulación por este, una intensidad nominal del transformador; para un secundario en cortocircuito” Generalmente se suele indicar a la tensión de cortocircuito en valores relativos, es decir en valores porcentuales.
µ C C
1.10.2Prueba de cortocircuito
=
U C C U N 1
× 1 0 0%
14
Requisitos para la prueba de cortocircuito: a) La bobina del lado secundario está “cortocircuitada “. b) Se alimenta con una tensión variable por el lado primario. c) La intensidad que detecta el amperímetro debe ser aproximadamente igual a la intensidad nominal del lado primario. d) El voltímetro registra entonces una tensión que será la tensión de cortocircuito. e) El vatímetro medirá la potencia activa de cortocircuito
Luego podemos decir entonces: Si Tenemos :
V CC = I CC Z CC
Zcc =
V CC I CC
De la lectura del vatímetro tenemos: 2
Si
P CC
=
V CC RCC
Entonces
RCC De las ecuaciones
=
2 V CC
P CC
podemos obtener X CC
1.10.3Prueba de circuito abierto
=
2
Z CC
−
2
RCC
15
Condiciones a) b) c)
d)
La bobina del lado primario está abierto Se alimenta por el lado secundario con una tensión aproximadamente igual al valor de la tensión nominal. El vatímetro registra las pérdidas que se producen en el núcleo ferromagnético. El amperímetro registra aproximadamente la corriente magnetizante que llega a la rama paralela reflejada al lado secundario.
Falta ecuaciones
CAPITULO II ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS 2.1 Banco de transformadores monofásicos
2.2 Razón (relación) de transformación La relación de transformación en un banco de transformadores monofásicos se define como:
16
a C
=
Tensión de entrada total del primario Tensión de salida total del sec undario
2.3 Condiciones para acoplar transformadores monofásicos Los requisitos para acoplar dos o más transformadores monofásicos son las siguientes: a) Igual relación de transformación Tensiones nominales idénticos b)
Igual tensión de cortocircuito El porcentaje de impedancia de uno de los transformadores debe estar comprendido entre el 92.5% y el 107% del otro. Polaridades iguales Es decir se debe determinar que las el acoplo entre el primario y el secundario de los transformadores a conectarse deben tener polaridades sustractivas. Potencias aparentes no tan dispares, de preferencia iguales. Las frecuencias a las que se debe acoplar deben ser las mismas.
c)
d) e)
2.4 Acoplamiento Serie -Serie Este acoplamiento se realiza cuando es necesario incrementar la tensión de alimentación y tener un divisor de tensión en el secundario
Desig.
LEYENDA
V 1C
Tensión primaria compuesta
V 1
Tensión primaria del trafo 1
V 2
Tensión secundaria del trafo 1
V 2 C
Tensión secundaria compuesta
I 1
Intensidad del primario
I 2
Intensidad del secundario
a
Razón de transformación simple Razón de transformación compuesta
a C
En el lado primario
V 1C
=
V 1
+
V 1
I 1C
y
=
I 1
En el lado secundario
V 2C
=
V 2
+
V 2
y
I 2C
=
I 2
17
La razón de transformación compuesta será:
a C =
V 1C
=
V 2 C
V 1
+
V 1
V 2
+
V 2
2V 1
=
2V 2
=
a
Por lo tanto:
a C
=
a
2.5 Acoplamiento Serie –Paralelo
Desig.
LEYENDA
V 1C
Tensión primaria compuesta
V 1
Tensión primaria del trafo 1
V 2
Tensión secundaria del trafo 1
V 2 C
Tensión secundaria compuesta
I 1
Intensidad del primario
I 2
Intensidad del secundario
a
Razón de transformación simple Razón de transformación compuesta
a C
En el primario V 1C
= V 1 + V 1
I C 1
=
I 1
En el lado secundario V 2 C
= V 2
I 2 C
La razón de transformación compuesta
V 1C V 2C
=
V 1
+
V 1
V 2
Por lo tanto
a C = 2 a 2.6 Acoplamiento Paralelo - paralelo
=
2V 1 V 2
=
2a
= I 2 +
I 2
18
Desig.
LEYENDA
V 1C
Tensión primaria compuesta
V 1
Tensión primaria del trafo 1
V 2
Tensión secundaria del trafo 1
V 2 C
Tensión secundaria compuesta
I 1
Intensidad del primario
I 2
Intensidad del secundario
a
Razón de transformación simple Razón de transformación compuesta
a C
En el primario V 1C
= V 1
I 1C
= I 1 +
I 1
En el lado secundario
V 2C
=
V 2
I 2 C
Luego la razón de transformación será:
a C
=
V 1C V 2C
=
V 1 V 2
Por lo tanto
a C
=
a
=
a
= I 2 +
I 2
19
2.7 Acoplamiento Paralelo- serie
Desig.
LEYENDA
V 1C
Tensión primaria compuesta
V 1
Tensión primaria del trafo 1
V 2
Tensión secundaria del trafo 1
V 2 C
Tensión secundaria compuesta
I 1
Intensidad del primario
I 2
Intensidad del secundario
a
Razón de transformación simple Razón de transformación compuesta
a C
En el primario V 1C
I 1C = I 1
= V 1
+
En el secundario V 2 C
= V 2 + V 2
I 2 C
=
Relación de transformación compuesta V 1C
V 1
=
V 2 C
V 2
Por lo tanto
a C
=
a 2
+ V 2
=
V 1
2V 2
a =
2
I 2
I 1
20
CAPITULO I I I BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN RED TRIFÁSICA 3.1 Definición De idéntica forma en un banco de transformadores monofásicos en red monofásica podemos realizar un banco de transformadores monofásicos para una red trifásica. Despreciando los flujos de dispersión y asumiendo que los núcleos están muy cerca uno de lo otro, el banco de transformadores monofásicos al estar conectados en una red trifásica, cumplen los mismos principios y leyes que se presentan en un sistema trifásico.
.
3.2 Acoplamiento Estrella - Estrella A continuación presentamos algunas conexiones principales que se pueden realizar en un banco de transformadores monofásicos en red trifásica
21
Desig. V 1C V 1 v2 v1C I C 1 iC 1 a
a C
LEYENDA Tensión de línea primaria compuesta Tensión primaria del trafo 1 Tensión secundaria del trafo 1 Tensión de línea secundaria compuesta Intensidad de línea del primario compuesta Intensidad de línea del secundario compuesta Razón de simple Razón de compuesta
transformación transformación
En el primario
V 1C
=
V 1
3
I C 1 = I C 2
=
I C 3
=
I 1
22
V 2 C
= V 1
3
V 3C
=
V I
3
En el secundario v1C
=
v 2C
=
v3C
=
v2
v2
v2
i C 1
3
i
i
i
= C 2 = C 3 = 2
3 3
Relación de transformación compuesta
a C
=
V 1C v1C
=
V 1
3
v2
3
=
V 1 v2
=
a
Por lo tanto a C
=
a
3.3 Acoplamiento Triángulo – Triángulo
Desig.
LEYENDA
V 1
Tensión de línea primaria compuesta Tensión primaria del trafo 1
v2
Tensión secundaria del trafo 1
v1C
Tensión de línea secundaria compuesta Intensidad de línea del primario compuesta Intensidad de línea del secundario compuesta
V 1C
I C 1 iC 1 a
Razón de transformación simple
a C
Razón de compuesta
transformación
23
V 1C
=
V 2 C
= V 1
V 3C
=
v1C
=
I C 1 = I C 2
V 1
=
I C 3
=
i C 3
=
I 1
V 1
En el secundario
v 2C v 3C
=
v2
=
v2
i C 1
3
v2
3 3
Luego
a C
=
V 1C v1C
=
V 1 v2 3
Por lo tanto a C
3.4
a =
Acoplamiento Estrella - Triángulo
3
a =
3
=
i C 2
=
i2
3
24
Desig.
LEYENDA
V 1
Tensión de línea primaria compuesta Tensión primaria del trafo 1
v2
Tensión secundaria del trafo 1
v1C
Tensión de línea secundaria compuesta Intensidad de línea del primario compuesta Intensidad de línea del secundario compuesta Razón de transformación simple
V 1C
I C 1 i C 1 a a C
Razón de compuesta
transformación
En el primario V 1C
=
V 2C
V 1 =
V 1
I C 1 = I C 2
3 3
= I C 3 =
I 1
25
V I
3
v1C
=
v2
v 2 C
=
V 3C
=
En el lado secundario
v 3C
=
iC 1
v2
v2
Luego a C
=
V 1C v!C
=
V 1 3 v2
=
a 3
Por lo tanto
ac
=
a 3
CAPITULO I V TRANSFORMADORES TRIFASICOS 4.1 Antecedentes
i
i
i
= C 2 = C 3 = 2
3
26
Cuando se tienen tres transformadores monofásicos acoplados en un banco, los núcleos está separados, el comportamiento de los parámetros cumplen las leyes de los circuitos trifásicos, con el único inconveniente del espacio ocupado por los tres. Las ventajas serían en cuanto al costo de reemplazar uno de ellos cuando sucede algún percance y al traslado. En un transformador trifásico monolítico (una sola estructura) la ventaja es del tamaño del transformador con respecto a un banco; para una determinada potencia. En el gráfico siguiente se muestra como tres transformadores monofásicos pueden convertirse en un transformador trifásico y cumplir con todos los requerimientos de potencia, tensión y corriente. Se demuestra analíticamente que el flujo central se elimina, luego podemos obviar la columna central primigenia y tener una estructura tipo ocho echados.
27
Disposición de los devanados en un transformador trifásico
28
Otra forma de colocar los devanados de un transformador trifásico
4.2 Grupos de conexión El grupo de conexión indica la conexión de los diferentes devanados de un transformador así como el índice horario muestra gráficamente el desfase de las tensiones de fase del primario versus la tensión de fase del secundario La letra mayúscula indica la conexión en el lado de alta tensión y la letra minúscula indica la conexión realizada en el lado de baja tensión. Luego podemos tener las siguientes conexiones y su índice horario: D ( Triángulo ) , Y ( estrella ) , ( Z ) Zig –zag y ∧( Delta abierto)
4.3 El diagrama del reloj Es un método gráfico de indicar las posibles conexiones que pueden realizarse en un transformador trifásico .Presenta las siguientes características
a) b) a.
30° equivale a 1 hora. La referencia es el lado primario. La comparación para establecer el índice horario se realiza entre una tensión de fase del primario versus una tensión de fase del secundario .
b.
La colocación de las tensiones inducidas ,los bornes en el diagrama del reloj es en secuencia horaria En el diagrama del reloj solo se dibujan los valores sin ninguna escala.
c.
29
N°
Primario
Secundario
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13
Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Triángulo . . Zig-zag
Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Estrella Triángulo . . Zig-zag
192
Indice 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 . . 11
Grupo De conexión Yy 0 Yy 1 Yy 2 Yy 3 Yy 4 Yy 5 Yy 6 Yy 7 Yy 8 Yy 9 Yy 10 Yy 11 Dd 0 . . Zz 11
4.4 Designación de polos y bornes Para realizar las conexiones entre las bobinas del lado primario y las bobinas del lado secundario, se designa por A – A ‘ y su respectivo homólogo a – a’ .De idéntica forma se procederá con las otras bobinas.
a) b)
Las tensiones inducidas en los lados homólogos deben tener polaridad sustractiva Las relaciones de transformación de los lados homólogos deben ser iguales para cada fase
4.5 Diagramas de transformadores trifásicos en el reloj En lo que precede analizaremos algunas conexiones de transformadores trifásicos en el diagrama del reloj. Cabe indicar que ciertas conexiones pueden realizarse con un solo reloj, esto no quita que no pueda representarse con dos relojes; aunque para ciertas conexiones será necesario utilizar dos relojes.
30
También se debe tener en cuenta que algunos índices horarios no son posibles de realizar ya que no cumplen con las premisas que deben tener las bobinas homólogas de un transformador estandarizado.
31
32
33
34
4.6 Puesta en paralelo de transformadores trifásicos
35
Un de las causas para poner en paralelo a dos o más transformadores trifásicos es básicamente el incremento de carga .Debido a que en ciertas situaciones no es factible contar con un transformador con un transfo9rmador trifásico monolítico Entonces ante esta situación se hace necesaria la puesta en paralelo. Para el correcto trabajo de dos o más transaformador4ews en paralelo se deben de cumplir con losa siguientes requisitos:
a) b) c) d) e)
La razón de transformación compuesta del grupo debe ser aproximadamente la misma, o sea las tensiones nominales de alta y baja tensión .iguales. Los índices horarios de los grupos de conexión deben ser iguales. De preferencia deben de tener las mismas tensiones de cortocircuito. Las potencias nominales de los transformadores deben tener una relación de tres a uno Correcta conexión de las polaridades
36
CAPITULO V EL AUTOTRANSFORMADOR 5.1 El auto transformador monofásico Cuando se desea contar con un transformador cuya relación no sea tan distante (220 /110) Generalmente los fabricantes de transformadores optan por un auto transformador, que viene a ser un solo devanado al cual se le ha realizado una derivación (Divisor de tensión) para obtener la tensión deseada. Para ilustrar las relaciones que se tienen en un auto transformador partiremos de un transformador monofásico bajo la suposición de que el devanado del primario y del secundario son del mismo calibre, esto se hace con la finalidad de no complicar nuestro análisis.
5.2 Auto transformador elevador
5.2.1 Relaciones de tensión y corriente
V P V S
=
N P N S
=
N C N SE
=
a=
I S I P
I L + I S
También
o Luego
I L
+
I C
=
=
I H
I S E
37
V H V H
V H
=
=
V L
V C
+
V H
=
V SE
V S E
V C
= V C +
V L
+
a
a a +1
Finalmente
a C
5.2.2 Relaciones de potencia Consideremos S ENTRADA
=
S SALIDA
S ES
=
(
S W
=
V C I C
=
V C I L
S W
=
V C I C
−
V C I H
−
= V L
I H
I L
)
Como
I L
+
I C
I H
=
Dividiendo entre I L
=
I H
N C N S E
=
I C
a la ecuación anterior
+1
I H
I C
I H
I H
I C
=
N SE N C
Luego
I H
= I L
N C
( N
C
+
N S E )
Reemplazando en la ecuación
a =
a
+
1
=
a C
38
S W
=
V C I L
−
V C I L
N C
( N
C
S ES
= V L
+
N S E
Como
)
V L
= V C
y
I L
Llegamos a
S W
=
S E S
N S E
( N
C
+
N S E )
5.3 Auto transformador reductor
5.3.1 Relaciones de tensión y corriente
V P V S
=
N P N S
=
V SE V C
=
a=
I S I P
V SE =
a
Si
V H
=
I P
I H
Luego
V C
También
V SE + V C
=
a V C + V C = V C ( a + 1 )
+ I C =
+ I C =
I L
I L
39
Como
V C = V L Tenemos
V H
= =
V L ( a + 1 )
Por lo tanto
V H V L
=
a
+
I C
+
1
5.3.2 Relaciones de potencia Consideremos nuevamente
S W
=
V C I C
=
V C ( I L
−
I H )
Dividiendo la ecuación
I H I H
+
I C I H
=
I L
=
I L
entre se obtiene
1+
O sea
I H
I H
Como
I C I H
=
I L I H
Esto implica que
I H
= I L
N C
( N
C
+
N SE
Como
)
V C
= V L
y
S ES
= V L I L
Luego
S W
=
V C I L
−
V C I L
N C
( N
C
S W
=
S ES
+
N S E
)
=
N SE
( N C + N SE )
5.4 El Auto transformador trifásico
S E S − S E S
N C
( N
C
+
N S E
)
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41
CAPITULO VI TRANSFORMADORES DE MEDIDA 6.1 Introducción Los transformadores de medida cumplen un papel importante dentro del grupo de transformadores .En las redes de alta tensión aislan de las tensiones altas a los aparatos de medida y reducen lecturas de tensión e intensidad llevando a escalas manejables. De esta forma se pueden utilizar medidores de núcleo de hierro con la ayuda de estos transformadores. Los devanados primario y secundario se deben aislar eléctricamente .El calentamiento v (consumo interno), presición, su resistencia de cortocircuito, deben corresponder a normas que los rige en el ámbito industrial.
6.1.1 Funciones a) b)
c)
Aislar o separar los circuitos y aparatos de medida, protección, etc, de luna tensión elevada. Evitar perturbaciones electromagnéticas de las corrientes intensas y reducir las corrientes de corto circuito a valores admisibles en delicados aparatos de mediada. Obtener intensidades de corriente, o tensiones proporcionales a las cuales se desea medir o vigilar trasmitiendo a los aparatos apropiados.
6.2 Normas a) b) c)
d)
e)
Todo transformador debe de llevar en su placa característica la indicación de la relación de transformación. Los transformad Lo transformadores de intensidad no deben dejarse nunca con el secundario abierto. Cuando hay que desconectar el instrumento, el arrollamiento debe colocarse en cortocircuito, la razón de esto se debe al hecho de inducir tensiones peligrosas y corrientes peligrosas en el primario, deteriorando el instrumento y corriendo el riesgo de un choque eléctrico. Los transformadores de tensión cuando no están conectados a un circuito de medida, deben quedar con el primario abierto y protegido con fusibles adecuados a su corriente de cortocircuito. Las cajas y los núcleos de los transformadores de medida de tensión deben de estar conectados a tierra .Cuando se trata de transformadores de medida para circuitos en los cuales la tensión supere los 100 voltios se construyen sumergidos en aceite.,
6.3 Transformadores de medida de intensidad Los transformadores de medida de intensidad poseen una impedancia reducida en los instrumentos de mediad de intensidad, Presentan el primario constituído por una o pocas espiras El primario cuyos bornes son designados por K y L está conectado en serie con la carga a medir. El Secundario con los bornes k y l, quedan cortocircuitados por el instrumento de medida.Como consecuencia la corriente en el lado secundario propiciará un flujo magnético considerable en sentido opuesto al primario .Si este flujo desapareciera (circuito abierto) permitiría que el gran flujo magnético del primario calentara
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excesivamente al núcleo e indujera ala vez en el mismo secundario una tensión elevada que podría dañar al instrumento. Por lo tanto los transformadores de medida de intensidad no pueden poseer un secundario protegido contra sobreintensidades .Además Cuando se desmonte el instrumento de mediad deberán cortocircuitarse los bornes de salida. También en los transformadores de media de intensidad supone el secundario a tierra para que no pueda producirse ninguna situación peligrosa en caso de una descarga del primario al secundario.
6.4 Transformadores de medida de tensión Se utilizan para aumentar el alcance de los aparatos destinados a medir diferencias de potencial ( Voltímetros) o para bobinas voltimétricas de vatímetros, etc. El arrollamiento primario se conecta en paralelo con los bornes de la línea cuya tensión se desea medir; y en los dos bornes del secundario se conecta el voltímetro o la bobina voltimétrica. Como el aparato de medida conectado al secundario representa una carga despreciable para el transformador ,podemos considerar que este funciona prácticamente en vacío (circuito abierto) .Para que las pérdidas sean las menores posibles , se realizan losa devanado uno encima del otro ,sin embargo esto implica por otro lado que presentan una tensión de cortocircuito muy pequeñas ,o sea que en caso de fallo ( cortocircuito del secundario) circularán corrientes muy intensas que pueden dañar al transformador .Por ello debe de tenerse en cuenta lo siguiente : Al desmontarse el instrumento de medida no debe cortocircuitarse el secundario del, transformador de medida de tensión.
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Es necesario conectar fusibles de protección tanto en el lado primario como en el secundario. Además en las instalaciones de más de 1 kV debe ponerse a tierra el secundario que en caso de producirse una descarga del primario al secundario aparezca un corto a tierra .Se construyen con hierro de lamedor calidad y cuando son para alta tensión deben estar provistos con sus curvas de errores para así realizar las correcciones del caso .
6.5 Placa característica de un transformador de medida de intensidad
