-UNIVERSIDAD NACIONAL NA CIONAL DE INGENIERIABANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
-Universidad Nacional de Ingeniería-
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA CURSO
:
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS (ML 223)
TEMA
:
LABO # 8 BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA
PROFESOR
:
Ing. Emilio Marcelo B.
ALUMNOS
: Cumpa Condori, Robert Chávez Yauri, R. Michel Janampa Soriano, Eddy Paredes Chávez, Renzo Rosales Mamani, Sergio
CICLO
:
2014 – I
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LABO # 8 BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA I.
FUNDAMENTO TEORICO.-
CONSTRUCCIÓN DE LOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.Es un sistema trifásico se puede realizar la transformación de tensiones mediante un banco de tres transformadores monofásicos idénticos (fig. 1) o mediante un transformador trifásico (fig. 2)
Fig.1 banco de tres transformadores monofásicos YNy
Fig.2 Transformador trifásico de 3 columnas. Cada columna de un transformador trifásico se le puede considerar como un transformador monofásico. Asi, cuando un banco o un transformador trifásico funcionan con cargas equilibradas, todos los transformadores monofásicos del banco o todas las columnas del transformador están igualmente cargados y bastara con estudiar uno solo de ellos mediante su circuito equivalente. Hay que tener en cuenta, entonces que las tensiones y corrientes a que la potencia de una fase es la tercera parte de la total. De esta manera, todas las expresiones obtenidas anteriormente para el estudio del transformador monofásico se pueden adaptar para el estudio de las transformaciones trifásicas con cargas equilibradas En un transformador trifásico o en un banco trifásico podemos distinguir dos relaciones de transformación diferentes: [1]
-Universidad Nacional de IngenieríaLa relación de transformación m es el cociente entre las tensiones asignadas de fase del primario y del secundario:
La relación de transformación mT es la normalmente de da como dato y es el cociente entre las tensiones asignadas de línea del primario y del secundario:
TIPOS DE TRANSFORMADORES.La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas, acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas 120º entre si (o sea un tercio del Periodo). Estas tensiones se transportan por un sistema de 3 conductores (3 fases), o de cuatro (tres fases + un neutro). Por convención las fases se denominan R, S, T, y N para el conductor neutro si existe. Cuando tenemos la necesidad de clasificar los tipos de transformadores tenemos que tomar en cuenta a qué situación se la ira a utilizar este, pues por ello tenemos los siguientes: Dependiendo la relación de transformación [3]:
TRANSFORMADOR DE POTENCIA.-
Se utilizan para sub-transmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios [4]. Características Generales: Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 Kv y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Fig.3 Transformador de potencia de Subestación (reductor)
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN.-
Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales [1].
-Universidad Nacional de IngenieríaCaracterísticas Generales: Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias de 50-60 Hz.
Fig.4 Transformador de distribución para una ciudad
TRANSFORMADORES RURALES.-
Están diseñados para instalación mono poste en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.
Fig.5 Transformador rural, muy común en nuestras ciudadelas Según el sistema de refrigeración "El calor producido por las pérdidas se transmite a través de un medio al exterior, este medio puede ser aire o bien líquido. La transmisión de calor se hace por un medio en forma más o menos eficiente, dependiendo de los siguientes valores:
La masa volumétrica. El coeficiente de dilatación térmica. La viscosidad. El calor especificó. La conductividad térmica. Según estos valores tenemos refrigeración tipo: o
TIPO OA "Sumergido en aceite, con enfriamiento natural. Este es el enfriamiento más comúnmente usado y el que frecuentemente resulta el más económico y adaptable a la generalidad de las aplicaciones. Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi
-Universidad Nacional de IngenieríaSu principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz."
Fig.6 Transformador con refrigeración en resina epoxi o
TIPO OA/FA Sumergido en aceite con enfriamiento propio y con enfriamiento de aire forzado. Este tipo de transformadores es básicamente una unidad OA a la cual se le han agregado ventiladores para aumentar la disipación del calor en las superficies de enfriamiento y por lo tanto, aumentar los KVA de salida.
o
TIPO FOA Sumergidos en aceite, con enfriamiento por aceite forzado con enfriadores de aire forzado. El aceite de estos transformadores es enfriado al hacerlo pasar por cambiadores de calor o radiadores de aire y aceite colocados fuera del tanque. Su diseño está destinado a usarse únicamente con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando continuamente.
o
TIPO OW Sumergidos en aceite, con enfriamiento por agua. Este tipo de transformador está equipado con un cambiador de calor tubular colocado fuera del tanque, el agua de enfriamiento circula en el interior de los tubos y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente. El aceite fluye, estando en contacto con la superficie exterior de los tubos. [3]
TRANSFORMADORES HERMÉTICOS DE LLENADO INTEGRAL
Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
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Fig.7Transformador hermético de llenado integral
SEGÚN EL DISEÑO DE SU NÚCLEO
Tipo núcleo: tipo acorazado Puede considerarse como tres transformadores monofásicos de tipo acorazado, colocados uno junto a otro, tal como se muestra en la Figura 1 a). La única diferencia entre esta disposición y la de la Figura2 b), que corresponde a un transformador trifásico, es que las láminas del núcleo de este último están entrelazadas, es decir, las tres partes del núcleo no están separadas. Esto hace que los flujos en el núcleo, correspondientes a fases diferentes, se superpongan en las par tes indicadas por D-E-F y G.
Fig.8 Acorazado: Con tres transformadores monofásicos
Fig.9 Acorazado: Trifásico con un solo núcleo
Fig.10 Diagrama fasorial para tensiones de Fase Equilibrada.
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Fig.11 Sentidos positivos de los flujos para devanados conectados simétricamente.
Fig.12 Sentidos positivos de los flujos cuando se invierten las conexiones de la fase central.
TRANSFORMADORES AUTO PROTEGIDOS
El transformador incorpora elementos para protección del sistema de distribución contra sobrecargas y cortocircuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, conteniendo en su interior fusibles de alta tensión y interruptor de baja tensión. Potencia: 45 a 150KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 380/220 o 220/127V
Fig.13 Transformador auto protegido
Según los devanados o bobinados
-Universidad Nacional de IngenieríaLa forma de los devanados de los transformadores dependen en parte del nivel de voltaje que manejan pudiéndolos clasificar en devanados de baja y alta tensión, la razón principal por la que los hemos clasificado los devanados de esta manera es porque los criterios que se toman en cuenta al momento del diseño de los devanados en baja tensión son diferentes a los usados en el diseño de los devanados de alta tensión. Devanados en alta tensión. ""Los transformadores de alta tensión son usados principalmente en líneas de distribución en el cual ingresa 22000V al primario y se obtiene 220V al secundario, donde se puede observar una gran diferencia de tensiones razón por la que los criterios de diseño son diferentes a los usados en los transformadores de baja tensión. Devanados en baja tensión. Generalmente los devanados que trabajan en baja tensión están constituidos de dos o tres capas sobrepuestas de espiras, estas espiras están aisladas entre si por papel o mas generalmente se usan cables esmaltados. Devanados en alta tensión. Los devanados de alta tensión, tienen muchas más espiras que los devanados de baja tensión. Estos devanados se pueden encontrar comúnmente constituido de dos maneras: la primera se conoce como tipo bobina y está formado de varias capas de cable, estas bobinas tienen forma discoidal y se conectan en serie para obtener el total de espiras de una fase; la segunda forma de construcción es la de capas, que es una sola bobina con varias capas, la longitud de esta bobina es equivalente a las varias bobinas discoidales necesarias para conformar el devanado equivalente, por lo general, el número de espiras por capa en este tipo de devanado; es superior al constituido de varias bobinas discoidales. Disposición de los devanados. En el transformador los devanados deben estar colocados de manera que se encuentren bien aislados y que eviten en todo lo posible la dispersión del flujo. Esto se logra de mejor manera cuando existe una buena separación entre las espiras de la bobina y colocando al primario lo más cerca posible del secundario. Pa alcanzar estos requerimientos tenemos estos tres tipos de disposición de devanados:
El devanado concéntrico simple , donde cada uno de los devanados está distribuido a lo largo de toda la columna del núcleo, el devanado de tensión más baja se encuentra en al parte interna, más cerca del núcleo y aislado de este, mientras que el de tensión más elevada, sobrepuesto a este pero debidamente aislados. En el devanado tipo alternado , los dos devanados están subdivididos cada uno en cierto número de bobinas que están dispuestas en las columnas en forma alternada. El devanado concéntrico doble , se consigue cuando el devanado de menor tensión se divide en dos mitades dispuestas respectivamente al interior y al exterior uno de otro. Esta configuración de devanado tiene la ventaja de que el valor de la reactancia de dispersión es la mitad del valor de la reactancia de dispersión que produce el concéntrico simple, mientras que el tipo alternado, en cambio, permite variar tales reactancias, repartiendo en forma distinta las posiciones de las bobinas de los dos devanados.
Para los esfuerzos mecánicos son mejor las disposiciones de tipo alternado, pues permite que el transformador soporte mejor los esfuerzos mecánicos. Las consideraciones que se deben toma en cuenta desde el punto de vista de diseño, para la disposición de los devanados, son aquellos referentes al enfriamiento, el aislamiento, la reactancia de dispersión y a los esfuerzos mecánicos.
-Universidad Nacional de IngenieríaCONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Para decidir la conexión más apropiada para acoplar las fases, se deben tener en cuenta muchas consideraciones, que en ocasiones podrían ser contradictorias a simple vista. Para realizar una conexión conveniente es necesario un estudio a detalle de las posibles soluciones, sus ventajas y desventajas, y cuando se aplican.
CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA
Fig.14 conexión estrella-estrella Ventajas. Conexión más económica para transfor-madores de alta tensión que de pequeña potencia. Pueden conectarse neutros a los dos bobinados, tanto con la tierra, como para una distribución equilibrada con cuatro cables. Una de las conexiones más sencillas para poner "en fase", en el funcionamiento en paralelo. Debido al tamaño relativamente grande de los conductores, la capacidad electrostática entre las espiras es elevada, de manera que los esfuerzos debidos a las ondas producidas por sobretensiones momentáneas que afectan a los enrollamientos, se disminuyen considerablemente. Si una fase en cualquier bobinado funciona defectuosa, las dos fases restantes pueden funcionar resultando una transformación monofásica. La carga que podría suministrar seria del 58 por ciento de la potencia normal trifásica. Inconvenientes. Los neutros negativos son muy inestables, a menos que sean sólidamente conectados a una toma de tierra. Las unidades trifásicas o baterías de polaridad opuesta no pueden funcionar en paralelo, a no ser que la conexión de las fases del primario o del secundario de un transformador o batería se invierta. Una avería en una fase hace que una unidad trifásica no pueda trabajar en una distribución de tres fases hasta que se repare. La construcción de los enrollamientos es más dificultosa y su coste, más elevado. Especialmente cuando es para corrientes altas.
-Universidad Nacional de IngenieríaLeer más: http://www.monografias.com/trabajos93/de-transformadores-trifasicos/de-transformadorestrifasicos.shtml#ixzz36KGiTRJJ
II.
EQUIPOS A UTILIZARSE.-
III.
1 autotransformador trifásico 220 V – 15 Amp 3 transformadores monofásicos 220V / 115V 1 vatímetro trifásico 220 V. 1 vatímetro monofásico. 1 amperímetro de pinza digital. 1 multímetro digital. 1 motor eléctrico trifásico a 220 v. 3 condensadores de igual capacidad. 1 carga trifásica resistiva (Focos incandescentes) 220V
CALCULOS Y RESULTADOS.-
CUESTIONARIO
1. Elaborar para los circuitos de las figuras 1 y 2, así como del ensayo con carga el diagrama fasorial en cada secuencia de fases indicando las tensiones de línea, de fase y corrientes obtenidas a partir de los cálculos.
CONEXIÓN DY Haciendo un análisis teórico: Para cada transformador, la relación teórica de transformación es:
a = 211020 = 2 El voltaje teórico en el primario es de 220V, por lo tanto, en el secundario tendremos:
Vs = ∗√ = 190.5256 Voltajes medidos: ALTA
BAJA
VRS
VST
VTR
V Prom
vrs
vst
vtr
V Prom
221.1
224.4
226.6
224.033333
192
196.6
192.6
193.733333
-Universidad Nacional de IngenieríaDe lo que podemos observar que se contrastan con la teoría. Diagrama Fasorial:
Por lo que vemos se trata: de una conexión Dy11 +
CONEXIÓN YD
√ 3 =
= √ 3 Haciendo un análisis teórico: Para cada transformador, la relación teórica de transformación es
a = 211020 = 2
El voltaje teórico en el primario es de 220V, por lo tanto, en el secundario tendremos:
Vs = √ = 63.50 Voltajes medidos:
VRS 220
VST 222.2
ALTA VTR 226.4
Prom 222.86
vrs
vst 78.5
63.3
BAJA vtr 72.5
Prom 71.40
De lo que podemos observar que se contrastan con la teoría, aunque con un inequitativa distribución del voltaje en el lado secundario. Diagrama Fasorial:
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Por lo que vemos se trata: de una conexión Yd5
2. Calcular a partir del ensayo de cortocircuito los parámetros a la temperatura garantizada por norma tomando como tensiones de cortocircuito valores entre el 5-12% de la tensión nominal y tabular estos valores en una tabla. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO: Para cada transformador: Los parámetros a determinar son los siguientes:
Z = V⁄√ 3.I R = Pu ∅⁄.I X = Z − R
: Impedancia equivalente aproximada del transformador referido al lado de
la prueba.
: Resistencia equivalente aproximada del transformador referido al lado de
la prueba.
: Reactancia equivalente aproximada del transformador referido al
lado de la prueba.
Para la temperatura garantizada de 75 ⁰C
5 + 75 + Reqt − ReqDCt 234.5 + T Req75ºC = ReqDCt234. 234.5 + T 234.5 + 75
Para
T = 20⁰C CORRIENTE (A) 4.47
POTENCIA (W) 50.26
f.d.p.
T1
VOLTAJE (V) 11.76
T2
12.26
4.54
T3
11.17
4.52
ReqDC1 ReqDC2
a
(Ω)
(Ω)
0.96
1.1
0.5
227.1/113.5
53.31
0.958
1
0.5
226.7/114.4
48.74
0.966
1.8
0.6
227.1/113.1
R X
f.d.p.
Req75ºC
(Ω)
(Ω)
T1
2.515
0.770
0.956
3.059
T2
2.586
0.776
0.957
3.145
T3
2.385
0.644
0.965
2.901
(Ω)
-Universidad Nacional de Ingeniería3. ¿Qué aplicaciones importantes tienen en este c aso las conexiones tipo Dy e Yd? Conexión Y-d
Esta conexión no tiene problema con los componentes de tercer armónico de tensión, puesto que éstos dan lugar a una corriente circulante en el lado conectado en triángulo. Cuando la carga se encuentra en el lado delta, la conexión se comporta razonablemente bien aunque estas cargas sean ligeramente desequilibradas, ya que el triángulo redistribuye parcialmente cualquier desequilibrio que se presente. Este tipo de conexión se puede utilizar en aplicaciones de reducción.
Conexión D-y
Esta conexión presenta las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que la conexión Y-d. Se utiliza como transformador elevador en las redes de A.T. El empleo de la conexión en estrella en la parte de alta tensión permite poner a tierra el punto neutro, con lo que queda limitado el potencial sobre cualquiera de las fases a la tensión simple del sistema, reduciéndose al mismo tiempo el coste de los devanados de A.T. Esta conexión es también muy utilizada en los transformadores de distribución, correspondiendo la estrella al lado de B.T., que permite de este modo alimentar cargas trifásicas y cargas monofásicas (en este caso entre fase y neutro). El primario en triángulo tiende a compensar los desequilibrios producidos por las cargas monofásicas.
4. ¿Qué ventajas importante tiene la conformación de un banco trifasico a partir de transformadores monofasicos y dar un ejemplo aplicativo?
Se puede realizar el mantenimiento de cada transformador monofásico unitariamente, mientras los dos restante siguen en funcionamiento en una conexión delta abierto, aunque con menos potencia Si ocurre un fallo no es necesario reemplazar todos los transformadores, y los demás transformadores pueden seguir funcionando, abaratando así los costes de reparación.
Como ejemplo está la conexión en delta abierto
Cuando se repara una bancada trifásica sin que pare el funcionamiento general, se deja funcionando dos transformadores en delta abierto Por sentido económico se puede usar 2 transformadores monofásicos de mayor potencia comparado con los que usualmente se usarían con 3 transformadores monofásicos para formar la bancada trifásica.
¿Hay un cambio significante en los resultados si en nuestro sistema de alimentación con carga despreciamos la corriente de excitación? No, porque la corriente de excitación es muy pequeña porque la inductancia del entrehierro es muy grande Z de T1 (Ω)
1138.61
Z de T2 (Ω)
66.18
Z de T3 (Ω)
101.68
-Universidad Nacional de Ingeniería5. ¿Es correcto decir que el factor de potencia en el ensayo de vacío es igual a la u nidad? Fundamente su respuesta. No es correcto, porque el factor de potencia en vacío es resultado de la impedancia de excitación producida por el entrehierro, que no es puramente resistiva. En nuestro caso los factores de medidos para cada transformador son los siguientes, estos son: f.d.p. T1
0.258
T2
0.252
T3
0.231
6. Del ensayo de cortocircuito elaborar una gráfica de las pérdidas que se producen en los devanados vs la tensión de cortocircuito para puntos en el rango establecido de (5-12%) del voltaje nominal e indicar para que tensiones se producen más pérdidas. No se tomaron muchos puntos para la prueba de cortocircuito, pero en el informe anterior del “laboratorio 4: transformadores monofásicos montando en conexión trifásica” se determinó que las menores perdidas se realizan a condiciones nominales.
7. ¿Por qué no es necesario calcular las pérdidas en el fierro determinadas en el ensayo de vacío para la temperatura garantizada por norma? Porque las resistencias son tan altas que se toma como circuito abierto y porque para casos prácticos no tomamos en cuenta la corriente de excitación. Asimismo consideramos constante las pérdidas de hierro por no sufrir mucha variación en la práctica.
8. Para el ensayo con carga ¿qué influencia se tiene al trabajar con una carga con factor de potencia: unitario, en adelanto y en atraso? Para poder hacer comparaciones, tomaremos en cuenta que estamos tratando con una carga que consume la misma potencia activa, a la cual se le puede agregar cargas inductivas, haciendo del conjunto una carga inductiva, o agregando cargas capacitivas, haciendo del conjunto una carga capacitiva. Para una carga con factor de potencia unitario: Cuando una carga netamente resistiva es la que se tiene que alimentar, la potencia entregada es netamente potencia activa, por lo que el transformador entregará una corriente ,
I = √ S = √
como la potencia consumida es solo una potencia activa, la corriente será la mínima en los conductores, lo que resulta en una menor perdida en la conducción a través de ellos, pero esto trae como consecuencia también el fenómeno de resonancia que es negativo en un circuito. Para una carga Inductiva (en retraso) Cuando la carga a alimentar esta en retraso, es decir es una carga inductiva la potencia entregada es una potencia aparente, una potencia activa más una potencia reactiva (positiva), esto trae como consecuencia un incremento en la corriente a través del circuito, incremento necesario para satisfacer la demanda de energía reactiva.
-Universidad Nacional de IngenieríaPara una carga Capacitiva (en adelanto) Cuando una carga es capacitiva la potencia que demanda es una potencia activa más una potencia reactiva negativa (siempre que esta carga no sea netamente capacitiva), por lo que ocasiona también un incremente de la corriente en el conductor que la alimenta, produciendo mayores pérdidas en el transformador debido al calentamiento. En lo cotidiano las cargas que abundan son las cargas inductivas, como los motores eléctricos e incluso los transformadores están considerandos dentro, estas cargas muchas veces tienen un factor de potencia muy bajo, por lo cual se hace necesario la mejora de este factor de potencia, agregando bancadas de capacitores en paralelo a las cargas consiguiendo así reducir la corriente en el circuito.
9. Desarrollar el fundamento teórico para los tipos de con exiones a través de un banco monofásico. CONEXIÓN DELTA - DELTA (Δ-Δ)
Esta conexión también se denomina como triangulo-triangulo. Este tipo de conexiones se utiliza mucho en autotransformadores, cuando se quiere recuperar la caída de tensión por longitud de los alimentadores, debido a cierta distancia del circuito alimentador se tiene una caída en el voltaje de suministro por lo que es necesario transformar esa energía para recuperar de alguna manera esas pérdidas para lo cual se utilizan estos transformadores con conexión delta-delta. Ventajas: No tiene desplazamiento de fase. No tiene problemas con cargas desequilibradas o armónicas. Se puede quitar un transformador para mantenimiento o reparación y queda funcionando con dos transformadores pero como banco trifásico, cuando hablamos de un banco de transformadores monofásicos y seria el 58% de su 100% de trabajo (Delta abierta). Los desequilibrios motivados por las cargas en el secundario se reparten igualmente entre las fases del primario, evitando los desequilibrios de flujos magnéticos.
Desventajas: Los voltajes de terceros armónicos pueden ser muy grandes. No dispone de salida de neutro, tanto en el primario como en el secundario, con la consiguiente limitación en su utilización. Cada bobinado debe soportar la tensión de red (compuesta), con el consiguiente aumento del número de espiras. No se puede suministrar energía con cuatro conductores. Cuando opera con altas tensiones de línea, los costos de diseño de las bobinas son mayores.
-Universidad Nacional de IngenieríaCONEXIÓN DELTA – ESTRELLA (Δ-Y)
Este tipo de conexión no presenta muchos inconvenientes, pues su utilización ha de ser adecuada a las características generales que presenta la conexión en triangulo y estrella. Es muy empleado como conexión para transformadores elevador al principio de la línea y no al final, porque cada fase del devanado primario ha de soportar la tensión entre fase de red.
Ventajas: No presenta problemas con las componentes en sus voltaj es de terceros armónicos. Es muy útil para elevar el voltaje a un valor muy alto. Utilizando esta conexión en el lado de alta, se puede poner a tierra el neutro permitiendo que quede limitado el potencial sobre cualquier carga. Al producirse un desequilibrio en la carga, no motiva asimetría del flujo, por producirse un reparto entre las tres columnas del primario. Las ventajas que esta conexión presenta y los escasos inconvenientes motivan la utilización de este transformador tanto en trasmisión como en distribución de energía.
Desventajas:
La falla de una fase deja fuera de operación al transformador. No se dispone de neutro en el primario para conectarlo con la tierra. Esto no es precisamente un inconveniente, pues, por lo general en el circuito del primario del transformador hay una toma de tierra, sea en el generador, sea en el secundario del transformador elevador de tensión. El devanado en delta puede ser mecánicamente débil. Debido al desplazamiento que existe en las fases entre las mitades de los enrollamientos, que están conectados en serie para formar cada fase, los enrollamientos que están en estrella interconectadas, requieren de un 15.5% más de cobre, con el consiguiente aumento del aislamiento total. El tamaño del armazón, debido a las razones expuestas anteriormente, es mayor con el aumento consiguiente del coste del transformador.
-Universidad Nacional de IngenieríaCONEXIÓN ESTRELLA – ESTRELLA (Y-Y)
La conexión ye – ye o estrella – estrella al igual que la triangulo – triangulo el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de línea primario multiplicado por el inverso de la relación de transformación. Esta conexión solo se utiliza cuando el neutro del primario puede unirse eficazmente al neutro de la fuente, corrientemente a través de tierra, si los neutros no están unidos, la tensión entre línea y neutro resulta distorsionada (no senoidal). Sin embargo, puede emplearse la conexión estrella-estrella sin unir los neutros, si cada transformador posee un tercer devanado llamado terciario. Los terciarios de los tres transformadores se conectan siempre en triangulo y muchas veces se utilizan para alimentar los servicios de la sub-estación en que están instalados. La relación de transformación simple Ms se determina como cociente entre el número de espiras de una fase del primario y otra del secundario y coinciden con la relación entre las ff.ee.mm. por fase de ambas en vacío. La relación de transformación compuesta Mc es el cociente entre las tensiones de línea del primario al secundario, en vacío.
Ventajas: La posibilidad de sacar un neutro, tanto en el lado de b.t como en el de A.T, y esto le permite obtener dos tensiones (230/400 V), o bien conectarlo a tierra como medida de seguridad en cierto tipo de instalaciones. Su buen funcionamiento para pequeñas potencias, ya que además de poder disponer de dos
tensiones, es más económico, por aplicar una tensión a cada fase VL/√3 y por consiguiente,
disminuir el número de espiras, aunque ha de aumentar la sección de los conductores, por circular la corriente de línea IL por cada fase. El aumento de sección de conductores favorece la resistencia mecánica a los esfuerzos de cortocircuito. Si una fase en cualquier bobinado funciona defectuosa, las dos fases restantes pueden funcionar resultando una transformación monofásica, la carga que podría suministrar seria del 58% de la potencia normal trifásica. La construcción de los enrollamientos es más dificultosa y su coste, más elevado, especialmente cuando es para corrientes altas.
Desventajas: Esta conexión es poco usada debido a las dificultades que presenta: Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas (es lo que comúnmente ocurre), entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente.
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Los voltajes de terceros armónicos son grandes, debido a la no linealidad del circuito magnético del hierro. Los neutros negativos son muy inestables, a menos que sean sólidamente conectados a una toma a tierra. Las unidades trifásicas de polaridad opuesta no pueden funcionar en paralelo, a no ser que la conexión de las fases del primario o del secundario de un transformador se invierta.
CONEXIÓN ESTRELLA – DELTA (Y-Δ)
En esta clase de transformadores las tres fases del bobinado primario están conectadas en estrella y las del secundario en triángulo. Aquí el voltaje de línea primario está relacionado con el voltaje de fase por: VL1 = √3 VF2, mientras que el voltaje de lí nea secundario es igual al voltaje de fase secundario VL1 = VF2, por tanto la relación de voltajes de fase es: m= VF1 / VF2, por lo que la relación general entre voltajes de línea será: VL1 / VL2 = √3 VF1/VF2 = √3 m
Expresión que indica que la relación de transformación general de la conexión Y –d es √3 veces mayor que la relación de transformación de voltajes de fase o de espiras. 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 transformación simple será: La relación de transformación compuesta será:
Ventajas: 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). Es conveniente para los transformadores reductores de tensión, debido a las características inherentes de los enrollamientos en estrella para altas tensiones y de los enrollamientos en triangulo para las bajas tensiones. 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). El neutro del primario se puede conectar con la tierra. El neutro del primario se mantiene estable por el secundario en triangulo.
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Es estable con respecto a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio que se presente.
Desventajas: Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje secundario se desplaza en retraso 30° con respecto al voltaje primario del transformador, lo cual ocasiona problemas en los secundarios si se desea conectar en paralelo con otro transformador, siendo uno de los requisitos para conectar en paralelo, que los ángulos de fase de los secundarios del transformador deben ser iguales. No se puede disponer de un neutro en el secundario para conectar con la tierra o para una distribución de cuatro cables, a menos que se disponga de un aparato auxiliar. Un defecto en una fase hace que no pueda funcionar la unidad trifásica, hasta que se le repare. El enrollamiento en el delta puede resultar débil mecánicamente en el caso de un transformador elevador con una tensión en el secundario muy alta, o con una tensión secundaria medianamente alta y potencia pequeña.
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10. Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada transformador plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia comparar los resultados obtenidos al resolver con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfimetro) indicar el % de error y las posibles causas de los mismos. Hallando el circuito equivalente: (220/√3)/a= ILx Zeq/3 + VL/√3
− = + − = + = − = −∝ − = á = á = á p=voltaje de la carga q=Vde perdida dentro del transformador r=Vsec_refer al primario Por dato tenemos Además medimos: IL VL Zeq
cuando medimos los parámetros de cortocircuito desde el lado de alta tención
De cada transformador Reemplazamos los datos en:
= −∝ − = (/√ ) Prg = (ILxVL/√ 3)cos−∝
Otra forma para hallar potencia consumida con el ángulo asignando el ángulo de voltaje de entrada igual a 0 y despreciando el voltaje de perdido por el transformador.
-Universidad Nacional de Ingeniería-
I.
PARA RESISTENCIAS EN D
Con estas fórmulas reemplazamos los datos en el Excel para hallar los fdp y Potencia teórica de cada carga.
Resistencias
D
P medida (W)
P calculada (W)
346.667
428.871
u
2.739
346.667
390.394
v
346.667
344.050
w
IL (A)
VL (V)
P (V)
q (V)
r (V)
u-v
220.300
127.190
2.880
65.212
2.640
v-w
213.400
123.207
2.851
66.049
2.250
w-u
217.100
125.343
2.229
65.298
cos(θ)
Cos(α)
-31.723
-1.231
P empírica (VA) 348.374
-28.701
-1.200
325.265
-12.614
-39.306
-1.220
282.021
0.755
% de error de potencia -23.713
Errores en la potencia medida con respecto a lo calculado: % error Carga 01=-23.713 % error Carga 02=-12.614 % error Carga 03=0.755
II.
PARA RESISTENCIAS EN Y.-
Resistencias
Y
106.666
P calculada (W) 109.574
u
0.675
106.666
101.425
v
106.666
106.081
w
P medida (W)
IL (A)
VL (V)
P (V)
q (V)
r (V)
u-v
225.3
130.077
0.709
65.211
0.657
v-w
219.3
126.612
0.709
66.048
0.661
w-u
223.8
129.210
0.654
65.298
P empírica (VA)
% de error de potencia
87.80198556
-2.726548313
83.18468452
4.913757521
85.40846455
0.548877935
Errores en la potencia con respecto a lo teórico % error Carga 01=-2.726548313 % error Carga 02=4.913757521 % error Carga 03=0.548877935
-Universidad Nacional de IngenieríaIII.
PARA CONDENSADORES EN Y.Condensa
P medida (W)
P calculada (W)
IL (A)
VL (V)
Y
60
65.212
u
1
u-v
227.8
60
64.464
v
0.976
v-w
222
60
63.992
w
0.98
w-u
225.6
Cos(α)
α
P empírica (VA)
% de error de potencia 2
0.496
119.752
131.520
-8.686
0.515
121.046
125.096
-7.439
0.501
120.115
127.645
-6.654
Errores en la potencia con respecto a lo teórico % error Carga 01=8.686 % error Carga 02=7.439 % error Carga 03=6.654
IV.
PARA CONDENSADORES EN D.Condensa
Y
P medida (W)
P calculada (W)
IL (A)
VL (V)
60
195.636
u
3
u-v
229.1
60
199.732
v
3.024
v-w
223.3
60
197.136
w
3.019
w-u
227.1
Cos(α)
α
0.493
119.566
P empírica (KW) 396.813
0.512
120.846
389.861
-232.886
0.498
119.896
395.840
-228.559
% de error de potencia -226.059
Los errores son muy grandes
V.
PARA RC EN DELTA.-
RC
D
P medida (W)
P calculada (W)
130
196.092
u
3.007
u-v
228
130
198.543
v
3.006
v-w
222
130
192.630
w
2.95
w-u
225.6
IL (A)
VL (V)
-Universidad Nacional de IngenieríaCos(α)
α
P empírica (KW)
% de error de potencia
0.495
119.723
395.829
-50.840
0.515
121.046
385.284
-52.725
0.501
120.115
384.238
-48.177
Errores mayores al 50%
VI.
PARA MOTOR TRIFÁSICO.-
Motor
P medida (W)
P calculada (W)
480
413.443
u
6.34
u-v
222.3
480
428.657
v
6.49
v-w
218
480
356.529
w
5.46
w-u
219.6
IL (A)
VL (V)
Cos(α)
α
P empírica (KW)
% de error de potencia
0.508
120.565
813.707
13.866
0.525
121.680
816.847
10.696
0.515
121.027
692.252
25.723
Errores en la potencia con respecto a lo teórico % error Carga 01=13.866 % error Carga 02=710.696 % error Carga 03=25.723
-Universidad Nacional de IngenieríaIV.
CONCLUSIONES La bancada monofásica en conexión trifásica, tiene la ventaja sobre el transformador trifásico en el hecho de que es una conexión más robusta y fácil de reemplazar y reparar. Existen caídas de tensión en el transformador, lo que llamamos regulación, estas pérdidas de voltaje están en el rango de 0.5 a 2 voltios aproximadamente. Es difícil medir la fase del voltaje de perdidas dentro del transformador por ser este voltaje muy pequeño. Las dos formas de selección de tipo de conexión de transformador aparte de la relación de transformación, son la potencia suministrada y la periodicidad de reparaciones del transformador. Las potencias medidas con el vatímetro trifásico son menores a las que obtenemos al calcular el
√ 3VI
producto , esto es debido a las perdidas internas del transformador, ya que el vatímetro estuvo conectado luego del transformador, registrando en todo momento la potencia consumida por la carga, por el contrario el voltaje y la corriente se midieron antes del transformador, por lo que el voltaje y la corriente son solo las que consume la carga. Resistencias
D
V.
VI.
P medida (W)
P calculada (W)
346.667
428.871
346.667
390.394
346.667
344.050
RECOMENDACIONES Ensayar antes las conexiones de los transformadores para que la toma de datos sea más rápida. La principal ventaja de este modo de conexión es que aunque las cargas no esten bien equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio. Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos Tomar las precauciones debidas con respecto a la tensión que se ensayará (para mayores de 3 A).
BIBLIOGRAFÍA Guia de laboratorio de máquinas eléctricas estáticas. Máquinas eléctricas (quinta edición) Jesús fraile Mora
