CONEXIONES DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN PARALELO
I.
OBJETIVO.
El reparto de carga y funcionamiento entre dos transformadores monofásicos en paralelo. II.
MARCO TEORICO.
En la industria con el transcurrir del tiempo, muchas veces con el incremento de la potencia eléctrica instalada es insuficiente el abastecimiento de energía del transformador principal, esto trae como consecuencia optar por dos alternativas, comprar otro transformador de mayor potencia o comprar uno de menor potencia para conectarlo en paralelo con el inicial, por supuesto la segunda alternativa es más económica, pero ello trae como consecuencia conocer las pautas de conectar en paralelo transformadores monofásicos., siendo una de las principales que la polaridad de ambos transformadores esté conectado de la misma forma, ya sea aditiva o sustractiva, así como también verificar la Tensión de Corto Circuito de los Transformadores y la Relación de transformación de los transformadores. Los transformadores monofásicos pueden conectarse en paralelo siempre y cuando reúnan ciertas condiciones. Para un funcionamiento óptimo éstas son: a) Deben tener la misma relación de transformación b) Deben tener las mismas impedancias de cortocircuito en valor porcentual o unitario c) Deben tener las mismas tensiones nominales
La conexión en paralelo se efectúa conectando a la misma barra los terminales de la misma polaridad de cada transformador. De acuerdo a las definiciones usuales dos transformadores están en paralelo cuando están conectados a la misma red y alimentan a la misma carga, esta situación se muestra esquemáticamente en la figura.
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, siempre la instalación de varias unidades en más 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 protección 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, según el esquema de la figura, 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 es sine cua non, es decir 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 d eben 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 2 se muestran dos transformadores monofásicos que para ser conectados en paralelo se debe cerrar el interruptor S.
Para que al cerrar el interruptor no circule corriente, o que lo haga en una forma no peligrosa, la diferencia de potencial ∆U20 entre sus contactos debe ser cero o muy pequeña comparada con la U2.
De las dos posibilidades se debe cumplir la primera (1). Si en lugar de restarse las tensiones, éstas se suman, al cerrar el interruptor de paralelo se produciría un cortocircuito. Para evitar esto y hacer que las tensiones se resten, simplemente hay que permutar las conexiones de alguno de los primarios o de alguno de los secundarios de los transformadores. Lo anterior está relacionado con los bornes homólogos de los transformadores, en la figura 3 se muestran las dos situaciones posibles.
En los transformadores más que los bornes homólogos, se identifican los terminales con letras normalizadas y además se indica la polaridad, la que puede ser aditiva o sustractiva. Si ambos transformadores tienen la misma polaridad, para que resulten bien conectados, se deben unir entre sí, los terminales designados con las mismas letras, como se muestra en la figura.
Pero como el riesgo de un error significa hacer un cortocircuito, siempre conviene hacer la medición del ∆U20 y comprobar que es cero o muy pequeña. III.
ELEMENTOS A UTILIZAR.
01 Transformadores De Potencia Monofásico 220/110 V 60 Hz
01 Autotransformador Variable 0 – 220 V
02 Voltímetros De Ca 0 – 150v Y 0-300v
02 Amperímetros De Ca 0-1 A Y 0-5a
01 Vatímetro Digital
01 Pinza Amperimetrica
02 Resistencias Variables De 44 Ohm De 5A
IV.
ACTIVIDADES.
1) Verificación de la polaridad de los transformadores conectar el circuito como se muestra en la figura 1 y la tensión que nos indica el voltímetro puede ser aditiva
o sustractiva si X, Y conectados y el voltímetro indica U1-U2; (son de la misma polaridad). Si X, Y conectados y el voltímetro indicara U1 + U2; (son de polaridad opuesta).
Se determinó la polaridad del transformador y se colocaron los puntos por donde ingresa la corriente.
2) Verificación y determinación de las condiciones para la puesta en paralelo de transformadores. Impedancia de corto circuito de transformadores; a y b: Realizamos la prueba de corto circuito tomando un solo valor de corriente nominal y podemos calcular la impedancia de corto circuito para cada transformador
α
Icc α
9.33 V
2.27A
α
Zcc α 4.25%
β 19.5 W
Vcc β
Icc β
Zcc β
9.33V
2.27A
4.25%
Justificando los datos: Datos del transformador
= = = =
= . Ω Donde: =
. . =
.
.
=
= .
. .
= . × = . %
Relación de transformación de los transformadores α y β: Armar el circuito de la
siguiente figura (prueba de vacío) verificar para los dos transformadores que se han de conectar en paralelo su relación de transformación.
α
V2 α
aα
V1 β
V2 β
aβ
219V
106V
2.066
220V
110V
2.00
3) Conectar los transformadores en paralelo de acuerdo a la figura 4. “cuidar de hacerlo con la misma polaridad”.
Calcular y conectar las resistencias en carga RL de tal forma que los transformadores entreguen su potencia nominal; usando la pinza amperimetrica en esta condición medir las corrientes del primario y del secundario de ambos transformadores y de la carga.
4) Colocando una resistencia variable R en el lado de baja tensión, hasta lograr un reparto equitativo de carga en ambos transformadores tomar las lecturas para llenar el cuadro variando el valor de R de modo que IL varié desde 1 Amp. Hasta 5 Amp. Para cada IL determine la relación de transformación de corrientes.
α 2.42A
I1β 2.29ª
α 4.62A
I2β 4.42A
Analizar y justificar los resultados obtenidos: Debe cumplirse: = + = . + . = .
= + = . + . = .
9.04A
V.
CUESTIONARIO.
1) Demostrar que el reparto de carga es proporcional a la impedancia de c.c. del transformador.
En el caso de que la relación de transformación sea igual para ambos transformadores
2) Como se reparte la carga si los 2 transformadores además tienen r.t. distinta.
Cuando se conectan en paralelo transformadores de distinta relación de transformación, las corrientes que circulan por los transformadores en paralelo están relacionadas entre sí como las corrientes que circulan por impedancias conectadas en paralelo, es decir las correintes seran distintas para cada transformador. 3) ¿A que se denomina corriente circulatoria y cuál es el motivo de su aparición y como podría corregirse?
En el caso de que la relación de transformación no fueran iguales en los transformadores, las tensiones inducidas en los secundarios serian diferentes aun siendo ambos transformadores alimentados por un mismo generador y por tanto si se conectan en paralelo sus secundarios, existirá una corriente circulante, incluso a carga nula.
4) ¿Qué ocurriría si dos transformadores cumplen las condiciones para la puesta en paralelo, pero son de diferentes potencias nominales?
Si los transformadores son de diferentes potencias nominales, no existirá un reparto de carga proporcional, esto puede implicar el calentamiento de uno de los transformadores. 5) Explicar por qué la corriente de salida en el secundario de los transformadores puestos en paralelo no son iguales.
Las corrientes en las salidas de los transformadores no son iguales, pese a estar conectadas a un mismo generador porque existe una diferencia en los arrollamientos o bobinas que influye directamente en la relación de transformación.
VI.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES. OBSERVACIONES: o
o
o
CONCLUSIONES: o
o
o
VII.
La corriente circulante está presente incluso sin carga. La medición del amperímetro de esta corriente indica: 12.4 mA. Los transformadores presentan una diferencia mínima en su relación de transformación respectiva. En la tabla del punto c de las actividades se ha obviado el valor de las corrientes entrantes para cada transformador, en su lugar se registró el valor de la corriente total de ingreso (Ie).
Los transformadores deben de tener las mismas tensiones primarias y secundarias (lo que indica la misma relación de transformación) Los transformadores deben de tener idénticas tensiones relativas de cortocircuito. mínima diferencia en la relación de transformación que está presente, ocasiona la corriente circulante.
BIBLIOGRAFIA: o o
Máquinas eléctricas. Jesús Fraile Mora. Quinta edición. Máquinas eléctricas / Stephen J. Chapman ; revisión técnica José
