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                                                                                           5° Ciclo
                                                     Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

                                 Transformadores Trifásicos

        Introducción                                        Construcción




                                                    Un sistema trifásico se puede transformar
                                                    empleando           3         transformadores
                                                    monofásicos. Los circuitos magnéticos son
Los     transformadores     trifásicos   son        completamente independientes, sin que se
utilizados para el suministro o el transporte       produzca reacción o interferencia alguna
de energía a grandes distancias de                  entre los flujos respectivos.
sistemas de potencias eléctricas. Lo que
normalmente       conocemos       como     la       Otra posibilidad es la de utilizar un solo
distribución eléctrica, pero a grandes              transformador trifásico compuesto de un
                                                    único núcleo magnético en el que se han
distancias.                                         dispuesto tres columnas sobre las que
                                                    sitúan los arrollamientos primario y
Quizás haya oído hablar de los bancos de            secundario de cada una de las fases,
transformadores. Pues bien, los bancos de           constituyendo esto un transformador
transformadores    consisten    en    tres          trifásico como vemos a continuación.
transformadores monofásicos conectados
entre ellos para simular un transformador                    Transformador Trifásico
trifásico.

Esto estaría muy bien para el caso de que
se     desee  tener    un   transformador
monofásico de repuesto para los casos de
averías, pero la realidad es que los
transformadores trifásicos resultan más
económicos, es decir, un transformador
trifásico es más barato que tres
transformadores monofásicos.

Además, esta la relación de tamaño, un
único transformador trifásico siempre será
más pequeño que un banco de                          Si la transformación se hace mediante un
transformadores monofásicos. Tanto los              transformador trifásico, con un núcleo
bancos de transformadores monofásicos               común, podemos ver que la columna
como el transformador trifásico se pueden           central (fig. A) está recorrida por un flujo
conectar de diferentes formas                       Φ que, en cada instante, es la suma de tres
                                                    flujos sinusoidales, iguales y desfasados
En el caso del transformador trifásico, solo        120º. El flujo Φ será pues siempre nulo.
hay que decir que los devanados de las
bobinas están conectadas internamente y,            En consecuencia, se puede suprimir la
estas conexiones pueden ser en estrella o           columna central (fig. B). Como esta
en triángulo.                                       disposición (fig. b) hace difícil su

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                                                                                           5° Ciclo
                                                     Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

construcción, los transformadores se                tensión (estrella, triángulo o zig-zag), las
construyen con las tres columnas en un              polaridades de los enrollados en un mismo
mismo plano (fig. C). Esta disposición crea         circuito magnético o fase, y las
cierta asimetría en los flujos y por lo tanto       designaciones de los bornes.
en las corrientes en vació. En carga la
desigualdad      de     la    corriente    es       Lo que se presentará a continuación son
insignificante, y además se hace más                todos los tipos de conexiones para
pequeña aumentando la sección de las                transformadores trifásicos: Delta-delta,
culatas con relación al núcleo central.             delta-estrella,    estrella-delta, estrella-
                                                    estrella; también se mostrará mediante
                                                    gráficas el cambio que sufren los valores
                                                    de corriente y voltaje a lo largo de las
                                                    líneas y fases del circuito.

                                                    Conexión Delta - Delta:




En un transformador trifásico cada columna          Se utiliza esta conexión cuando se desean
está formada por un transformador                   mínimas interferencias en el sistema.
monofásico, entonces toda la teoría                 Además,        si     se     tiene     cargas
aplicada     en    los      transformadores         desequilibradas, se compensa dicho
monofásicos es válida para los trifásicos,          equilibrio, ya que las corrientes de la carga
teniendo en cuenta que las magnitudes que           se distribuyen uniformemente en cada uno
allí aparecen hace referencia ahora a los           de los devanados.
valores por fase.
                                                    La conexión delta-delta de transformadores
        Grupos de Conexión de            los        monofásicos se usa generalmente en
        Transformadores Trifásicos                  sistemas cuyos voltajes no son muy
                                                    elevados especialmente en aquellos en que
                                                    se debe mantener la continuidad de unos
                                                    sistemas. Esta conexión se emplea tanto
                                                    para elevar la tensión como para reducirla.

                                                    En caso de falla o reparación de la
                                                    conexión delta-delta se puede convertir en
Para relacionar las tensiones y las                 una conexión delta abierta-delta abierta.
corrientes primarias con las secundarias,
no basta en los sistemas trifásicos con la
relación de transformación, sino que se
debe indicar los desfases relativos entre las
tensiones de una misma fase entre el lado
de Alta Tensión y el de Baja Tensión.
Una manera de establecer estos desfases
consiste en construir los diagramas
fasoriales de tensiones y corrientes,
conociendo: la conexión en baja y alta


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Circuito Estrella - Delta:                          Circuito Estrella - Estrella:




La conexión estrella-delta es contraria a la        Las corrientes en los devanados en estrella
conexión delta-estrella; por ejemplo en             son iguales a las corrientes en la línea. Si
sistema de potencia, la conexión delta-             las tensiones entre línea y neutro están
estrella se emplea para elevar voltajes y la        equilibradas y son sinuosidades, el valor
conexión estrella-delta para reducirlos. En         eficaz de las tensiones respecto al neutro
ambos casos, los devanados conectados               es igual al producto de 1/√3 por el valor
en estrella se conectan al circuito de más          eficaz de las tensiones entre línea y línea y
alto voltaje, fundamentalmente por razones          existe un desfase de 30º entre las
de aislamiento. En sistemas de distribución         tensiones de línea a línea y de línea a
esta conexión es poco usual, salvo en               neutro más próxima.
algunas ocasiones para distribución a tres          Las tensiones entre línea y línea de los
hilos.                                              primarios y secundarios correspondientes
                                                    en un banco estrella-estrella, están casi en
                                                    concordancia de fase. Por tanto, la
                                                    conexión en estrella será particularmente
                                                    adecuada para devanados de alta tensión,
                                                    en los que el aislamiento es el problema
                                                    principal, ya que para una tensión de línea
                                                    determinada las tensiones de fase de la
                                                    estrella sólo serían iguales al producto 1/
Circuito Delta - Estrella:                          √3 por las tensiones en el triángulo.




La conexión delta-estrella, de las más
empleadas, se utiliza en los sistemas de
potencia para elevar voltajes de generación
                                                    Índice Horario:
o de transmisión, en los sistemas de
distribución (a 4 hilos) para alimentación de
                                                    Todos los arrollamientos montados sobre
fuerza y alumbrado.
                                                    una misma columna abrazan en cada
                                                    instante el mismo flujo común φ y con el fin
                                                    de precisar el sentido de las f.e.m.
                                                    suponemos que el sentido de arrollamiento
                                                    de las bobinas primarias y secundarias es
                                                    el mismo. Si designamos con la misma
                                                    letra los terminales homólogos en cuanto a
                                                    polaridad instantánea de dos cualesquiera


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                                                       Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

de estos arrollamientos montados sobre la
misma       columna,       los     vectores
representativos de las f.e.m. respectivos se
presentaran como se indica a continuación.

Dependiendo del tipo de conexión, las
tensiones simples del primario y del
secundario pueden no estar en fase, cosa
que siempre ocurre en los transformadores                          VLP = VFP         VLS = VFS
monofásicos. Para indicar el desfase                                VLP / VLS = VFP / VFS = m
existente entre las tensiones simples, se
suele utilizar el llamado índice horario,
expresado en múltiplos de 30º.

El conocimiento del desfase (índice horario)
es muy importante cuando se han de
conectar transformadores en paralelo, dado
que entonces, todos los transformadores
deben tener el mismo índice horario, para
                                                                    VLP / VLS = (√3 * VFP) / VFS
evitar que puedan producirse corrientes de                             VLP / VLS = (√3 * m)
circulación entre los transformadores
cuando se realice la conexión.

A continuación veremos algunas de las
formas más frecuentes de conexión:


 Conexión y Relación de Transformación
 VFP = Tensión fase primario; VFS = tensión fase
 secundario; VLP = Tensión línea primario; VLS =
 tensión línea secundario
                                                                    VLP / VLS = VFP / (√3 * VFS)
                                                                         VLP / VLS = m /√3

                                                       El gráfico siguiente demuestra la justificación del
                                                       índice horario para esta conexión DY11




                     VFP / VFS = m
        VLP / VLS = (√3 * VFP) / (√3 * VFS) = m




                     VFP / VFS = m                              VLP / VLS = √3 VFP / (√3 √3 VFS/2)
        VLP / VLS = (√3 * VFP) / (√3 * VFS) = m                        VLP / VLS = 2 m /√3



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En un transformador ya construido, si se                    Conexiones especiales de los
cambia la alimentación de un lado a otro,                   Transformadores Trifásicos
cambia el desfase de la máquina. Ejemplo:
                          quina.
Dy11 pasa a Yd1. Se comparan fases, la U            Además de las conexiones usuales de los
con la u. Los tipos de conexiones usados            transformadores trifásicos, existen otras
son 12, que son las que más se utilizan y           formas para transformar corriente trifásica
figuran en la placa de la máquina. Los              con solo dos transformadores. Todas las
grupos más usuales son cuatro 0; 6; 5 y 11.
    pos                                             técnicas usadas para esto se basa en la
                                                                                  basan
Para determinar el grupo de conexión se             reducción de la capacidad de carga de los
superponen los diagramas vectoriales. No            transformadores, que puede justificarse por
se pueden conectar un grupo 0 con un                ciertos factores económicos
                                                                     económicos.
grupo 6. Ejemplo Yy0 con Yy6.
                                                    Algunas de las principales conexiones de
En alta no hay problema pues las fases U y          este tipo son:
U están iguales superp  superponiendo los
diagramas, pero en baja, cuando encimo              1. La conexión ∆ abierta (o V-V)
                                                                                V
los diagramas vectoriales y uno los bornes          2. Conexión Y abierta - ∆ abierta
u a las barras de salida, tendremos el doble        3. Conexión Scott-T
del potencial de la fase, por ejemplo si cada       4. Conexión trifásica en T
una tiene 220V, estamos uniendo puntos
que difieren en 440V, es decir, apenas los          La conexión ∆ abierta (o V-V):
                                                                             V
unamos se produce el cortocircuito.
Entonces, podremos unir un Yy0 con un
Dd0 o con un Dz0, pero siempre que sea 0,
para que estén los bornes iguales.

Son cuatro grupos y tres conexiones por
grupo, como sigue.

    Cuadro de conexiones Normales


                                                         Figura: Conexión en V-V ( delta abierta)
                                                                               V (o

                                                    En ciertas situaciones no puede utilizarse
                                                    un banco de transformadores completo
                                                    para realizar una transformación trifásica.

                                                    Por ejemplo, supóngase que un banco de
                                                    transformadores ∆-∆ que consta de
                                                    transformadores separados tiene una fase
                                                    dañada que se debe retirar para su
                                                    reparación. Siendo los voltajes secundarios
                                                                            ∟0°
                                                    que permanecen VA=V∟0° y VB=V∟-120°
                                                    V, entonces el voltaje que pasa a través de
                                                    la abertura que dejó el tercer transformador
                                                    está dado por:
                                                               VC = −VA − VB
                                                               VC = −V∠0 0 − V∠1200
                                                               VC = −V − (0.5V − j 0.866V )
                                                               VC = −0.5V + j0.866V
                                                               VC = V∠1200



                                                5
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                                                                               Máquinas Eléctricas I
                                                                                             5° Ciclo
                                                       Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

Éste es el mismo voltaje que estaría                  La figura anterior contiene: a) Voltajes y
presente si el tercer transformador siguiera          corrientes en un banco de transformador ∆-
ahí. A menudo, a la fase C se le llama fase           ∆. b) Voltajes y corrientes en un banco de
fantasma. Entonces, la conexión delta                 Transformador ∆ abierta.
abierta posibilita que un banco de
transformadores siga funcionando con sólo             Para el transformador 1 el voltaje tiene un
dos de sus transformadores. Permitiendo               ángulo de 150° y la corriente tiene un
que fluya cierta potencia aun cuando se               ángulo de 120° por lo que la expresión
                                                                      ,
haya removido una fase dañada.                        para    la   potencia  máxima       en    el
                                                      transformador es:

                                                                 P = 3Vφ I φ cos(150 − 120)
                                                                 P = 3Vφ I φ cos 30
                                                                       3
                                                                 P=      Vφ I φ
                                                                      2

                                                      Para el transformador 2, el voltaje tiene un
Si el voltaje nominal de un transformador             ángulo de 30° y la corriente tiene un ángulo
en el banco es VФ y la corriente nominal es           de 60° por lo que la potencia máxima es:
                                                           ,
IФ entonces la potencia máxima que puede
suministrar a la carga es:                                        P2 = 3Vφ I φ cos(30 − 60)
                                                                  P2 = 3Vφ I φ cos(−30)
                P = 3Vφ Iφ cosθ
                                                                           3
                                                                  P2 =       Vφ I φ
El ángulo entre el voltaje V, Y la corriente l,                           2
en cada fase es 0° por lo que la potencia
                    ,
total suministrada por el transformador es:           Por lo tanto, la potencia máxima total para
                                                      el banco delta abierta está dada por:
                P = 3Vφ I φ cosθ
                P = 3Vφ I φ                                                      3
                                                                         P2 =      Vφ Iφ
En la siguiente figura      se muestra un                                       2
transformador con delta abierta. Debido a
que falta una de las fases del                        La corriente nominal es la misma en cada
transformador, la corriente de línea de               transformador, sin importar si son dos o
transmisión es igual a la corriente de fase           tres, y el voltaje es el mismo en cada
en cada transformador y las corrientes y              transformador; por lo que la razón entre la
voltajes en el banco del transformador                potencia de salida disponible del banco
tienen un ángulo que difiere por 30°
                                   .                  delta abierta y la potencia disponible del
                                                      banco trifásico normal es:


                                                          Pabierta∆    3Vφ I φ   1
                                                                    =          =    = 0.577
                                                            P3 fase   3Vφ I φ     3

                                                      La potencia disponible que sale del banco
                                                      delta abierta es sólo 57.7% del valor
                                                      nominal del banco original.

                                                      ¿Qué pasa con el resto del valor nominal
                                                      del banco delta abierta?
                                                      Después de todo, la potencia total que los
                                                      dos generadores juntos pueden producir

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                                                                            Máquinas Eléctricas I
                                                                                          5° Ciclo
                                                    Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

equivale a dos tercios del valor nominal del       La conexión Y abierta- ∆ abierta:
banco original.

Para encontrar la respuesta se debe
examinar la potencia reactiva del banco
delta abierta.
La potencia reactiva del transformador 1
es:
           Q1 = 3Vφ I φ sen(150 − 120)
          Q1 = 3Vφ I φ cos(30)
              1
          Q2 = Vφ I φ
              2                                    Esta conexión es muy parecida a la
                                                   conexión delta abierta excepto en que los
La potencia reactiva del transfo
                             transformador 2       voltajes primarios se derivan de dos fases y
es:                                                el neutro.
          Q2 = 3Vφ I φ sen(30 − 60)
                                                   Se utiliza para dar servicio a pequeños
           Q2 = 3Vφ I φ cos(−30)
                                                   clientes comerciales que necesitan servicio
                 1
           Q2 = − Vφ I φ                           trifásico en áreas rurales donde no están
                 2                                 disponibles las tres fases.
                                                   Con esta conexión un cliente puede
Entonces, un transformador produce                 obtener el servicio trifásico provisional
                                                                        o
potencia reactiva que consume el otro. Este        basta que la demanda haga necesaria la
intercambio de energía entre los dos               instalación de la tercera fase.
transformadores es lo que limita la potencia
de salida a 57.7% del valor nominal del            Una gran desventaja de esta conexión es
banco original en lugar del esperado               que debe fluir una corriente de retorno muy
66.7%. Otra manera de ver el valor nominal         grande en el neutro del circuito primario.
de la conexión delta abierta es que se
puede utilizar 86.6% del valor nominal de
los dos transformadores restantes.

Las conexiones delta abierta se utilizan
ocasionalmente      cuando     se   desea
suministrar una pequeña cantidad de
      istrar
potencia trifásica a una carga monofásica.
En tal caso, se puede utilizar la conexión
de esta figura, donde el transformador T2
es mucho más grande que el transformador
T1.




                                                        Diagrama de cableado de la conexión del
                                                           transformador Y abierta abierta.
                                                                           abierta-∆


                                                   La conexión Scott-T:
La utilización de una conexión de
transformador en delta abierta para                La conexión Scott-T es una manera de
                                                                       T
suministrar una pequeña cantidad de                obtener dos fases separadas 90° a partir de
potencia trifásica y mucha potencia                un suministro de potencia trifásica consta
                                                                             trifásica,
monofásica.

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                                                                                                      5° Ciclo
                                                                Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

de dos transformadores monofásicos con                         pueden convertir potencia trifásica en
idéntica capacidad.                                            potencia trifásica con otro nivel de voltaje.
Uno tiene una toma en su devanado                              En este caso, tanto el devanado primario
primario a 86.6% de su voltaje a plena                         como secundario del transformador T2
carga.                                                         tienen una toma al 86.6% y las tomas están
                                                               conectadas a las tomas centrales de los
Están conectados como se muestra en la                         devanados          correspondientes         del
figura a. La toma de 86.6% del                                 transformador T1.
transformador T2 está conectada a la toma
central del transformador T1.                                  En esta conexión a T1 se le llama
                                                               transformador principal y a T2 se le llama
Vab = V∟ 120° V bc = V∟0° V ca = V∟ -120°                      transformador de conexión en T.




                                                               Vab = V∟ 120° V bc = V∟ 0° V ca = V∟ -120°




Conexión del transformador Scott-T a) Diagrama de              Nota:
cableado; b) voltajes de entrada trifásicos; c) voltajes       VAB= VS2 - VS1 = (V/a) ∟ 120° V BC= VS1 = (V/a) ∟ 0°
                                                                                             ;                    ;
en los devanados primarios del transformador;                             VAB= -VS1 - VS2 = (V/a) ∟ -120°
           d) voltajes secundarios bifásicos.

                                                               En las figuras anteriores se muestra la
                                                               Conexión trifásica en T del transformador:
La conexión T trifásica:                                       a) Diagrama de cableado;
                                                               b) voltajes de entrada trifásicos;
La      conexión     Scott-T   utiliza dos                     c) voltajes en los devanados primarios del
transformadores para convertir potencia                        transformador;
trifásica en potencia bifásica con un nivel                    d) voltajes en los devanados secundarios
diferente de voltaje.                                          del transformador;
                                                               e)     voltajes    secundarios      trifásicos
Mediante una sencilla modificación de esta                     resultantes.
conexión, los mismos dos transformadores

                                                           8
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                                                                                         5° Ciclo
                                                   Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

       Paralelo de      Transformadores           los transformadores en paralelo está
       Trifásicos                                 determinada por la igualdad de sus voltajes
                                                  nominales, relación de vueltas en los
                                                  devanados, porcentaje de impedancias y
                                                  relaciones de su reactancia a su
                                                  resistencia.

                                                  Si estas condiciones no se cumplen, las
                                                  corrientes de carga no se pueden dividir
                                                  proporcionalmente en las capacidades
                                                  nominales de KVA de los transformadores,
                                                  y puede surgir una diferencia de fase entre
                                                  las corrientes. Para simplificar la conexión
                                                  de los transformadores en paralelo y evitar
La conexión de transformadores en                 la necesidad de pruebas de polaridad,
paralelo se hace necesaria debido a los           rotación de fase, etc., el ANSI en su norma
incrementos de la demanda que superan la          C 57. 12. 70-1964 (R-1971) uniforma las
capacidad existente o cuando los                  marcas y la conexión para transformadores
requerimientos     de    confiabilidad    y       de distribución y potencia.
continuidad de operación lo exigen, este es
el caso, que si un transformador falla, el        Los transformadores marcados según tal
otro continuará alimentando la carga sin          norma, pueden operar en paralelo por la
interrupción. Cuando la demanda de                simple conexión de terminales numeradas
energía se reduce temporalmente, resulta          igualmente. Por supuesto, esto es aplicable
más económico operar un transformador             a    los    transformadores   que   tienen
pequeño cerca de su límite de capacidad a         características similares como la relación
plena carga que un transformador mayor a          de vueltas, impedancia, desplazamiento
capacidad reducida.                               angular, etc.

Por lo que, cuando le demanda energética          Cuando     tenemos     un   transformador
es muy fluctuante resulta más provechoso          conectado a barras, alimentando un cierto
la    instalación   de     dos     o   más        receptor, por ejemplo de 50 KVA, y la
transformadores en paralelo que utilizar un       demanda de este receptor aumenta a
transformador de gran capacidad. En estas         100KVA,      necesitamos   instalar    otro
condiciones el sistema es más flexible            transformador de 50 KVA. Este se conecta
porque tiene la posibilidad de agregar una        en paralelo con el anterior y ahora la
parte de los transformadores en paralelo          potencia es suficiente para alimentar esa
cuando         sea      necesario.     Dos        demanda del receptor. Se unen primarios a
transformadores trifásicos operarán en            las barras de alimentación, y se unen
paralelo si tienen el mismo arreglo en los        secundarios a las barras de distribución o
devanados (por ejemplo, Y-delta), están           salida, pero, para poder hacer esta
conectados con la misma polaridad, tienen         conexión en paralelo se deben cumplir
la misma rotación de fase y su                    ciertas condiciones:
desplazamiento angular es el mismo. Para
conectar dos transformadores en paralelo,             1. Igualdad de tensiones y relación de
los diagramas de tensión deben, coincidir.               transformación.
                                                      2. Igualdad de desfase de los
Por supuesto, es necesario que los dos                   diagramas vectoriales (secundario
transformadores    tengan     impedancia,                respecto al primario).
capacidad nominal y frecuencia similares.             3. Igualdad de secuencia.
La división de la corriente de carga, en              4. Igualdad       de   tensiones    de
proporción a las capacidades de KVA de                   cortocircuito.

                                              9
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                                                                                           5° Ciclo
                                                     Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

    5. Una cierta relación de potencia.             Si a este último bobinado, lo dividimos en
Entonces, cumpliéndose estas cinco                  dos partes tenemos la conexión Zig-Zag.
condiciones, se pueden conectar en
paralelo dos o más transformadores.

Análisis de cada Condición:

    1. Igualdad de Tensiones y relación
       de transformación:

Por estar unidos primarios y secundarios es
lógico que las tensiones primarias y                    3. Secuencia o sentido de rotación
secundarias deben ser iguales, pues sino                   de las fases Secundarias:
un transformador le enviaría corriente al
otro. No basta con que la relación sea              La secuencia de fases se llama al orden de
igual, deben ser también iguales las                rotación de los vectores Es la sucesión en
tensiones. Por ejemplo: 1000/100 y 100/10.          el tiempo, de los máximos de los
Tengo igual relación pero no puedo                  parámetros eléctricos tensión o intensidad,
conectar un primario de 1000V con otro de           en las tres fases de un sistema. A ella
100V.                                               corresponde un sentido de rotación del
                                                    diagrama vectorial.
Igualdad de tensiones primarias y
secundarias implica igual relación pero             Los transformadores cuya secuencia sea
igual relación no implica iguales tensiones         opuesta, es decir tengan sentido de giro de
primarias y secundarias. De no cumplirse            los diagramas vectoriales opuesto no
esta     condición    aparecen    corrientes        pueden conectarse en paralelo, porque en
circulantes entre las máquinas, ya en vacío.        un determinado instante van a coincidir los
No es conveniente que estas superen el              vectores de tensión secundaria pero, aun
10% de las nominales.                               siendo del mismo grupo de conexión, en el
                                                    instante siguiente los vectores comienzan a
    2. Igual desfase de diagramas                   desplazarse y aparecen diferencias de
       vectoriales (secundario respecto             potencial entre las fases homólogas.
       del primario):
                                                    Entonces, para poner en paralelo, los
La condición fundamental para que puedan            transformadores deben tener diagramas
funcionar los transformadores en paralelo,          vectoriales que giren en igual sentido. Todo
es que los terminales a empalmar entre si           depende de las conexiones internas del
se hallen en todo momento al mismo                  transformador. Observemos un motor
potencial.                                          eléctrico trifásico, según el orden de
                                                    conexiones a las líneas ABC o RST en
Hemos visto conexión triángulo, estrella y          nuestro país es el sentido de giro, si
veamos     la    Zig-Zag     pero    antes          permutamos dos fases el giro es en sentido
interpretemos las conexiones y sus                  contrario.
diagramas vectoriales correspondientes.
                                                        4. Igualdad    de       tensiones       de
                                                           Cortocircuito:




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La tensión de cortocircuito sirve entre otras        alimentarlo porque nos saltan las
cosas para determinar la impedancia de la            protecciones debido a la sobrecarga que
máquina, ya que:                                     sufre la máquina de menor impedancia.

                  Zcc = Ucc / Icc                       5. Cierta relación de Potencia:
Donde:
R = Resistencia total referida
                                                     Condición íntimamente ligada a la anterior.
XL = reactancia total referida
ZCC = UCC/ In                                        Resulta que según la potencia de la
                                                     máquina es la ucc% que tiene, a mayor
La In se obtiene de la máquina y la UCC              potencia mayor ucc% , tiene mas
figura en placa, luego se conoce la                  resistencia (mas alambre), es mas grande,
impedancia      de   la   máquina.     Dos           mayor dimensión física, por consiguiente,
transformadores en paralelo en esquema               más L, luego aumenta Z, aumenta ucc, es
unifilar serían como dos impedancias en              decir, la ucc% = f(P) y ucc% α Pot.
paralelo respecto de la carga. La corriente
que viene de la red y que pide el receptor           Si graficáramos ucc% = f(pot) es una curva
se distribuye según los valores de las               creciente. Luego podré poner en paralelo
impedancias internas, si son iguales, cada           máquinas cuyas ucc% difieran sólo en un
transformador aporta la misma potencia de            10 % y no más. En una gama de potencias,
100 KVA cada uno que pide la carga.                  una regla práctica es que la relación de
                                                     potencia sea 1:3.

                                                     Es decir si debo alimentar 200 kVA podré
                                                     poner en paralelo uno de 50 kVA y en la
                                                     condición límite otro de 150 kVA, en
                                                     servicio transitorio.


                                                             Análisis de la placa de tres
                                                             Transformadores
Pero si son distintas, pasará más corriente
por la más chica, en el ejemplo (abajo), la          Transformador de alimentación:
de 2%, saltan los fusibles protectores (a) y
                                                     Pueden tener una o varias bobinas
al quedar solo con un transformador de 100
                                                     secundarias y proporcionan las tensiones
kVA y la carga pidiendo 200 kVA, también
                                                     necesarias para el funcionamiento del
saltan las protecciones y quedan las dos
                                                     equipo.
máquinas fuera de servicio.
                                                     A veces incorporan fusibles que cortan su
                                                     circuito primario cuando el transformador
                                                     alcanza     una    temperatura   excesiva,
                                                     evitando que éste se queme, con la
                                                     emisión de humos y gases que conlleva el
                                                     riesgo de incendio.

                                                     Estos       fusibles     no    suelen ser
                                                     reemplazables, de modo que hay que
                                                     sustituir todo el transformador.

                                                     Transformador 1:
Es decir, tenemos suficiente potencia
instalada en los transformadores para                Transformador de la universidad ubicado
abastecer el receptor y no podemos                   en el taller de matriceria:


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                                                 Voltaje en el secundario:

                                                             3         220 V
                                                          Corriente   236.2 A


                                                 Transformador 2:

                                                 Se encuentra ubicado en la bodega de
                                                 transformadores de la empresa eléctrica.




Su placa es la que se presenta a
continuación:




                                                 Su placa es la que se presenta a
                                                 continuación:




Norma:                     IEC - ASA
Marca:                     Alsthom-Unelec
Tipo:                      TXHN
Fabricado en:              Francia
Año:                       1981
Potencia:                  90 KVA
Nivel de aislamiento:      1L15 kV
Diagrama vectorial:        Dyn5
Peso total:                431 Kg
Impedancia en voltios:     3.4%
Nivel de aceite:           101 Kg

Voltajes en el Primario:

            1         13660 V                    Interpretación:
            2         13630 V
                                                 Marca:                   INATRA
            3         13200 V
            4         12670 V                    Potencia nominal         ----    125 KVA
            5         12540 V                    Número de fases          ----    3
         Corriente     3.94 A                    Tensión primaria         ----    22 KV
                                                 Tensión secundaria       ----    220 V


                                            12
Facultad de Ingeniería Electrónica
                                                                                  Máquinas Eléctricas I
                                                                                                5° Ciclo
                                                          Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

Corriente primaria         ----     3.28 A               Conexión:                Dy5
Corriente secundaria       ----     828 A                Corriente primaria:      1.57 A
                                                         Corriente secundaria:    157 A
          Alta tensión bornes h1, h2, h3                 Refrigeración:           ONAN
Voltios    Posición     Al conmutador    Conexión        Peso total:               550 Kg
                                                         Vol.ac.li140
23100        1           3-4
22550        2           4-2                             Altitud:              3000mt
22000        3           2-5
                                                         Temperatura ambiente: 30℃
23450        4           5-1
20800        5           1-6           Triángulo         Aceite:               Mineral
          Baja Tensión X0,X1,X2,X3
220   127                     Estrella
                                                         Relé Buchholz:
Transformador 3:

Se encuentra ubicado en el taller de
electricidad en la Universidad




                                                         El relé Buchholz, no es más que un
                                                         dispositivo con una combinación de un
                                                         colector de gas y presión. Funciona bajo el
                                                         modelo tradicional (tipo conservador) de los
Su placa es la que se presenta a                         transformadores, en donde el tanque de los
continuación:                                            mismos se encuentra completamente lleno
                                                         con aceite y a su vez se une mediante una
                                                         tubería a otro tanque "auxiliar", el cual
                                                         actúa como una cámara de expansión.

                                                         En dicha tubería de unión entre los tanques
                                                         se encuentran dos elementos del relé, uno
                                                         de ellos es la cámara colectora de gas, en
                                                         donde cuando cierta cantidad de gas ha
                                                         sido recolectada se cierra un contacto y,
                                                         usualmente, suena una alarma. El gas
                                                         colectado es analizado dentro de un
                                                         dispositivo especial para determinar cual de
                                                         los aislamientos está dañándose y verificar
N.- 01048097                                             cual de los principales aislamientos se está
Norma:                     ANSI                          deteriorando. Cabe destacar que este
Potencia:                  Normal 80kVA                  dispositivo que analiza el gas no es parte
Año:                       04                            del relé como tal.
Nivel Aislamiento:         150KV
                                                         El otro elemento, cuya pieza es operada
Número de fase:            60HZ
                                                         por el chorro de aceite que pasa por la
Clase de aislamiento:      ‫ܣ‬௢
                                                         tubería cuando ocurren fallas, cierra los
Tensión primaria:          220 KVA
                                                         contactos que disparan los interruptores del
Tensión secundaria:        220 V
                                                         transformador. Es curioso acotar que en los

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Facultad de Ingeniería Electrónica
                                                                               Máquinas Eléctricas I
                                                                                             5° Ciclo
                                                       Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel

Estados Unidos, el elemento colector de                       Conclusiones
gas del relé Buchholz no tiene mucha
utilidad, dado que la protección del mismo            En conclusión se puede decir que el tema
ha sido subestimada, en parte porque no               documento nos ayudo de gran manera a
se fabrican ese tipo de dispositivos por allá.        conocer el tema de los transformadores
                                                      trifásicos y por ende en el de máquinas
Por lo que se sabe, será evidente que los             eléctricas con mayor profundidad, sobre
relés colectores de gas y de presión son              toda la parte del trabajo de campo, con
principalmente suplementarios a otras                 estos conocimientos que son vanos si nos
formas de protección. Empezando por el                ponemos a tomar en cuenta la importancia
hecho de que un transformador debe de                 de los trasformadores en todas sus
ser del tipo que permita tal tipo de                  aplicaciones y sobre todo al conocer su
protección; con ello se nota que las fallas           construcción,     conexiones,    podemos
dentro del tanque del mismo solo serán las            conocer por se eligen de acuerdo al trabajo
que estos relés puedan detectar, porque               que van a realizar.
protecciones como los relés diferenciales u
otros tipos de relés son los que se                           Bibliografía
encargarán de detectar fallas externas,
inclusive entre las conexiones del
transformador y los interruptores.                    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

A continuación se lo puede observar en un             http://www.asifunciona.com/tablas/transfor
circuito de aplicación:                               madores/simb_transf.htm

                                                      http://www.nichese.com/trans-auto.html

                                                      http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores
                                                      /pagina_n1.htm

                                                      Stephen J. Chapman, Fundamentos de
                                                      circuitos eléctricos. 4th_Edition




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Los transformadores-trifasicos máquinas eléctricas uiii

  • 1. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Transformadores Trifásicos Introducción Construcción Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son Los transformadores trifásicos son completamente independientes, sin que se utilizados para el suministro o el transporte produzca reacción o interferencia alguna de energía a grandes distancias de entre los flujos respectivos. sistemas de potencias eléctricas. Lo que normalmente conocemos como la Otra posibilidad es la de utilizar un solo distribución eléctrica, pero a grandes transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han distancias. dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y Quizás haya oído hablar de los bancos de secundario de cada una de las fases, transformadores. Pues bien, los bancos de constituyendo esto un transformador transformadores consisten en tres trifásico como vemos a continuación. transformadores monofásicos conectados entre ellos para simular un transformador Transformador Trifásico trifásico. Esto estaría muy bien para el caso de que se desee tener un transformador monofásico de repuesto para los casos de averías, pero la realidad es que los transformadores trifásicos resultan más económicos, es decir, un transformador trifásico es más barato que tres transformadores monofásicos. Además, esta la relación de tamaño, un único transformador trifásico siempre será más pequeño que un banco de Si la transformación se hace mediante un transformadores monofásicos. Tanto los transformador trifásico, con un núcleo bancos de transformadores monofásicos común, podemos ver que la columna como el transformador trifásico se pueden central (fig. A) está recorrida por un flujo conectar de diferentes formas Φ que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados En el caso del transformador trifásico, solo 120º. El flujo Φ será pues siempre nulo. hay que decir que los devanados de las bobinas están conectadas internamente y, En consecuencia, se puede suprimir la estas conexiones pueden ser en estrella o columna central (fig. B). Como esta en triángulo. disposición (fig. b) hace difícil su 1
  • 2. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel construcción, los transformadores se tensión (estrella, triángulo o zig-zag), las construyen con las tres columnas en un polaridades de los enrollados en un mismo mismo plano (fig. C). Esta disposición crea circuito magnético o fase, y las cierta asimetría en los flujos y por lo tanto designaciones de los bornes. en las corrientes en vació. En carga la desigualdad de la corriente es Lo que se presentará a continuación son insignificante, y además se hace más todos los tipos de conexiones para pequeña aumentando la sección de las transformadores trifásicos: Delta-delta, culatas con relación al núcleo central. delta-estrella, estrella-delta, estrella- estrella; también se mostrará mediante gráficas el cambio que sufren los valores de corriente y voltaje a lo largo de las líneas y fases del circuito. Conexión Delta - Delta: En un transformador trifásico cada columna Se utiliza esta conexión cuando se desean está formada por un transformador mínimas interferencias en el sistema. monofásico, entonces toda la teoría Además, si se tiene cargas aplicada en los transformadores desequilibradas, se compensa dicho monofásicos es válida para los trifásicos, equilibrio, ya que las corrientes de la carga teniendo en cuenta que las magnitudes que se distribuyen uniformemente en cada uno allí aparecen hace referencia ahora a los de los devanados. valores por fase. La conexión delta-delta de transformadores Grupos de Conexión de los monofásicos se usa generalmente en Transformadores Trifásicos sistemas cuyos voltajes no son muy elevados especialmente en aquellos en que se debe mantener la continuidad de unos sistemas. Esta conexión se emplea tanto para elevar la tensión como para reducirla. En caso de falla o reparación de la conexión delta-delta se puede convertir en Para relacionar las tensiones y las una conexión delta abierta-delta abierta. corrientes primarias con las secundarias, no basta en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, sino que se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Una manera de establecer estos desfases consiste en construir los diagramas fasoriales de tensiones y corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta 2
  • 3. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Circuito Estrella - Delta: Circuito Estrella - Estrella: La conexión estrella-delta es contraria a la Las corrientes en los devanados en estrella conexión delta-estrella; por ejemplo en son iguales a las corrientes en la línea. Si sistema de potencia, la conexión delta- las tensiones entre línea y neutro están estrella se emplea para elevar voltajes y la equilibradas y son sinuosidades, el valor conexión estrella-delta para reducirlos. En eficaz de las tensiones respecto al neutro ambos casos, los devanados conectados es igual al producto de 1/√3 por el valor en estrella se conectan al circuito de más eficaz de las tensiones entre línea y línea y alto voltaje, fundamentalmente por razones existe un desfase de 30º entre las de aislamiento. En sistemas de distribución tensiones de línea a línea y de línea a esta conexión es poco usual, salvo en neutro más próxima. algunas ocasiones para distribución a tres Las tensiones entre línea y línea de los hilos. primarios y secundarios correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en concordancia de fase. Por tanto, la conexión en estrella será particularmente adecuada para devanados de alta tensión, en los que el aislamiento es el problema principal, ya que para una tensión de línea determinada las tensiones de fase de la estrella sólo serían iguales al producto 1/ Circuito Delta - Estrella: √3 por las tensiones en el triángulo. La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación Índice Horario: o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de Todos los arrollamientos montados sobre fuerza y alumbrado. una misma columna abrazan en cada instante el mismo flujo común φ y con el fin de precisar el sentido de las f.e.m. suponemos que el sentido de arrollamiento de las bobinas primarias y secundarias es el mismo. Si designamos con la misma letra los terminales homólogos en cuanto a polaridad instantánea de dos cualesquiera 3
  • 4. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel de estos arrollamientos montados sobre la misma columna, los vectores representativos de las f.e.m. respectivos se presentaran como se indica a continuación. Dependiendo del tipo de conexión, las tensiones simples del primario y del secundario pueden no estar en fase, cosa que siempre ocurre en los transformadores VLP = VFP VLS = VFS monofásicos. Para indicar el desfase VLP / VLS = VFP / VFS = m existente entre las tensiones simples, se suele utilizar el llamado índice horario, expresado en múltiplos de 30º. El conocimiento del desfase (índice horario) es muy importante cuando se han de conectar transformadores en paralelo, dado que entonces, todos los transformadores deben tener el mismo índice horario, para VLP / VLS = (√3 * VFP) / VFS evitar que puedan producirse corrientes de VLP / VLS = (√3 * m) circulación entre los transformadores cuando se realice la conexión. A continuación veremos algunas de las formas más frecuentes de conexión: Conexión y Relación de Transformación VFP = Tensión fase primario; VFS = tensión fase secundario; VLP = Tensión línea primario; VLS = tensión línea secundario VLP / VLS = VFP / (√3 * VFS) VLP / VLS = m /√3 El gráfico siguiente demuestra la justificación del índice horario para esta conexión DY11 VFP / VFS = m VLP / VLS = (√3 * VFP) / (√3 * VFS) = m VFP / VFS = m VLP / VLS = √3 VFP / (√3 √3 VFS/2) VLP / VLS = (√3 * VFP) / (√3 * VFS) = m VLP / VLS = 2 m /√3 4
  • 5. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel En un transformador ya construido, si se Conexiones especiales de los cambia la alimentación de un lado a otro, Transformadores Trifásicos cambia el desfase de la máquina. Ejemplo: quina. Dy11 pasa a Yd1. Se comparan fases, la U Además de las conexiones usuales de los con la u. Los tipos de conexiones usados transformadores trifásicos, existen otras son 12, que son las que más se utilizan y formas para transformar corriente trifásica figuran en la placa de la máquina. Los con solo dos transformadores. Todas las grupos más usuales son cuatro 0; 6; 5 y 11. pos técnicas usadas para esto se basa en la basan Para determinar el grupo de conexión se reducción de la capacidad de carga de los superponen los diagramas vectoriales. No transformadores, que puede justificarse por se pueden conectar un grupo 0 con un ciertos factores económicos económicos. grupo 6. Ejemplo Yy0 con Yy6. Algunas de las principales conexiones de En alta no hay problema pues las fases U y este tipo son: U están iguales superp superponiendo los diagramas, pero en baja, cuando encimo 1. La conexión ∆ abierta (o V-V) V los diagramas vectoriales y uno los bornes 2. Conexión Y abierta - ∆ abierta u a las barras de salida, tendremos el doble 3. Conexión Scott-T del potencial de la fase, por ejemplo si cada 4. Conexión trifásica en T una tiene 220V, estamos uniendo puntos que difieren en 440V, es decir, apenas los La conexión ∆ abierta (o V-V): V unamos se produce el cortocircuito. Entonces, podremos unir un Yy0 con un Dd0 o con un Dz0, pero siempre que sea 0, para que estén los bornes iguales. Son cuatro grupos y tres conexiones por grupo, como sigue. Cuadro de conexiones Normales Figura: Conexión en V-V ( delta abierta) V (o En ciertas situaciones no puede utilizarse un banco de transformadores completo para realizar una transformación trifásica. Por ejemplo, supóngase que un banco de transformadores ∆-∆ que consta de transformadores separados tiene una fase dañada que se debe retirar para su reparación. Siendo los voltajes secundarios ∟0° que permanecen VA=V∟0° y VB=V∟-120° V, entonces el voltaje que pasa a través de la abertura que dejó el tercer transformador está dado por: VC = −VA − VB VC = −V∠0 0 − V∠1200 VC = −V − (0.5V − j 0.866V ) VC = −0.5V + j0.866V VC = V∠1200 5
  • 6. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Éste es el mismo voltaje que estaría La figura anterior contiene: a) Voltajes y presente si el tercer transformador siguiera corrientes en un banco de transformador ∆- ahí. A menudo, a la fase C se le llama fase ∆. b) Voltajes y corrientes en un banco de fantasma. Entonces, la conexión delta Transformador ∆ abierta. abierta posibilita que un banco de transformadores siga funcionando con sólo Para el transformador 1 el voltaje tiene un dos de sus transformadores. Permitiendo ángulo de 150° y la corriente tiene un que fluya cierta potencia aun cuando se ángulo de 120° por lo que la expresión , haya removido una fase dañada. para la potencia máxima en el transformador es: P = 3Vφ I φ cos(150 − 120) P = 3Vφ I φ cos 30 3 P= Vφ I φ 2 Para el transformador 2, el voltaje tiene un Si el voltaje nominal de un transformador ángulo de 30° y la corriente tiene un ángulo en el banco es VФ y la corriente nominal es de 60° por lo que la potencia máxima es: , IФ entonces la potencia máxima que puede suministrar a la carga es: P2 = 3Vφ I φ cos(30 − 60) P2 = 3Vφ I φ cos(−30) P = 3Vφ Iφ cosθ 3 P2 = Vφ I φ El ángulo entre el voltaje V, Y la corriente l, 2 en cada fase es 0° por lo que la potencia , total suministrada por el transformador es: Por lo tanto, la potencia máxima total para el banco delta abierta está dada por: P = 3Vφ I φ cosθ P = 3Vφ I φ 3 P2 = Vφ Iφ En la siguiente figura se muestra un 2 transformador con delta abierta. Debido a que falta una de las fases del La corriente nominal es la misma en cada transformador, la corriente de línea de transformador, sin importar si son dos o transmisión es igual a la corriente de fase tres, y el voltaje es el mismo en cada en cada transformador y las corrientes y transformador; por lo que la razón entre la voltajes en el banco del transformador potencia de salida disponible del banco tienen un ángulo que difiere por 30° . delta abierta y la potencia disponible del banco trifásico normal es: Pabierta∆ 3Vφ I φ 1 = = = 0.577 P3 fase 3Vφ I φ 3 La potencia disponible que sale del banco delta abierta es sólo 57.7% del valor nominal del banco original. ¿Qué pasa con el resto del valor nominal del banco delta abierta? Después de todo, la potencia total que los dos generadores juntos pueden producir 6
  • 7. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel equivale a dos tercios del valor nominal del La conexión Y abierta- ∆ abierta: banco original. Para encontrar la respuesta se debe examinar la potencia reactiva del banco delta abierta. La potencia reactiva del transformador 1 es: Q1 = 3Vφ I φ sen(150 − 120) Q1 = 3Vφ I φ cos(30) 1 Q2 = Vφ I φ 2 Esta conexión es muy parecida a la conexión delta abierta excepto en que los La potencia reactiva del transfo transformador 2 voltajes primarios se derivan de dos fases y es: el neutro. Q2 = 3Vφ I φ sen(30 − 60) Se utiliza para dar servicio a pequeños Q2 = 3Vφ I φ cos(−30) clientes comerciales que necesitan servicio 1 Q2 = − Vφ I φ trifásico en áreas rurales donde no están 2 disponibles las tres fases. Con esta conexión un cliente puede Entonces, un transformador produce obtener el servicio trifásico provisional o potencia reactiva que consume el otro. Este basta que la demanda haga necesaria la intercambio de energía entre los dos instalación de la tercera fase. transformadores es lo que limita la potencia de salida a 57.7% del valor nominal del Una gran desventaja de esta conexión es banco original en lugar del esperado que debe fluir una corriente de retorno muy 66.7%. Otra manera de ver el valor nominal grande en el neutro del circuito primario. de la conexión delta abierta es que se puede utilizar 86.6% del valor nominal de los dos transformadores restantes. Las conexiones delta abierta se utilizan ocasionalmente cuando se desea suministrar una pequeña cantidad de istrar potencia trifásica a una carga monofásica. En tal caso, se puede utilizar la conexión de esta figura, donde el transformador T2 es mucho más grande que el transformador T1. Diagrama de cableado de la conexión del transformador Y abierta abierta. abierta-∆ La conexión Scott-T: La utilización de una conexión de transformador en delta abierta para La conexión Scott-T es una manera de T suministrar una pequeña cantidad de obtener dos fases separadas 90° a partir de potencia trifásica y mucha potencia un suministro de potencia trifásica consta trifásica, monofásica. 7
  • 8. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel de dos transformadores monofásicos con pueden convertir potencia trifásica en idéntica capacidad. potencia trifásica con otro nivel de voltaje. Uno tiene una toma en su devanado En este caso, tanto el devanado primario primario a 86.6% de su voltaje a plena como secundario del transformador T2 carga. tienen una toma al 86.6% y las tomas están conectadas a las tomas centrales de los Están conectados como se muestra en la devanados correspondientes del figura a. La toma de 86.6% del transformador T1. transformador T2 está conectada a la toma central del transformador T1. En esta conexión a T1 se le llama transformador principal y a T2 se le llama Vab = V∟ 120° V bc = V∟0° V ca = V∟ -120° transformador de conexión en T. Vab = V∟ 120° V bc = V∟ 0° V ca = V∟ -120° Conexión del transformador Scott-T a) Diagrama de Nota: cableado; b) voltajes de entrada trifásicos; c) voltajes VAB= VS2 - VS1 = (V/a) ∟ 120° V BC= VS1 = (V/a) ∟ 0° ; ; en los devanados primarios del transformador; VAB= -VS1 - VS2 = (V/a) ∟ -120° d) voltajes secundarios bifásicos. En las figuras anteriores se muestra la Conexión trifásica en T del transformador: La conexión T trifásica: a) Diagrama de cableado; b) voltajes de entrada trifásicos; La conexión Scott-T utiliza dos c) voltajes en los devanados primarios del transformadores para convertir potencia transformador; trifásica en potencia bifásica con un nivel d) voltajes en los devanados secundarios diferente de voltaje. del transformador; e) voltajes secundarios trifásicos Mediante una sencilla modificación de esta resultantes. conexión, los mismos dos transformadores 8
  • 9. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Paralelo de Transformadores los transformadores en paralelo está Trifásicos determinada por la igualdad de sus voltajes nominales, relación de vueltas en los devanados, porcentaje de impedancias y relaciones de su reactancia a su resistencia. Si estas condiciones no se cumplen, las corrientes de carga no se pueden dividir proporcionalmente en las capacidades nominales de KVA de los transformadores, y puede surgir una diferencia de fase entre las corrientes. Para simplificar la conexión de los transformadores en paralelo y evitar La conexión de transformadores en la necesidad de pruebas de polaridad, paralelo se hace necesaria debido a los rotación de fase, etc., el ANSI en su norma incrementos de la demanda que superan la C 57. 12. 70-1964 (R-1971) uniforma las capacidad existente o cuando los marcas y la conexión para transformadores requerimientos de confiabilidad y de distribución y potencia. continuidad de operación lo exigen, este es el caso, que si un transformador falla, el Los transformadores marcados según tal otro continuará alimentando la carga sin norma, pueden operar en paralelo por la interrupción. Cuando la demanda de simple conexión de terminales numeradas energía se reduce temporalmente, resulta igualmente. Por supuesto, esto es aplicable más económico operar un transformador a los transformadores que tienen pequeño cerca de su límite de capacidad a características similares como la relación plena carga que un transformador mayor a de vueltas, impedancia, desplazamiento capacidad reducida. angular, etc. Por lo que, cuando le demanda energética Cuando tenemos un transformador es muy fluctuante resulta más provechoso conectado a barras, alimentando un cierto la instalación de dos o más receptor, por ejemplo de 50 KVA, y la transformadores en paralelo que utilizar un demanda de este receptor aumenta a transformador de gran capacidad. En estas 100KVA, necesitamos instalar otro condiciones el sistema es más flexible transformador de 50 KVA. Este se conecta porque tiene la posibilidad de agregar una en paralelo con el anterior y ahora la parte de los transformadores en paralelo potencia es suficiente para alimentar esa cuando sea necesario. Dos demanda del receptor. Se unen primarios a transformadores trifásicos operarán en las barras de alimentación, y se unen paralelo si tienen el mismo arreglo en los secundarios a las barras de distribución o devanados (por ejemplo, Y-delta), están salida, pero, para poder hacer esta conectados con la misma polaridad, tienen conexión en paralelo se deben cumplir la misma rotación de fase y su ciertas condiciones: desplazamiento angular es el mismo. Para conectar dos transformadores en paralelo, 1. Igualdad de tensiones y relación de los diagramas de tensión deben, coincidir. transformación. 2. Igualdad de desfase de los Por supuesto, es necesario que los dos diagramas vectoriales (secundario transformadores tengan impedancia, respecto al primario). capacidad nominal y frecuencia similares. 3. Igualdad de secuencia. La división de la corriente de carga, en 4. Igualdad de tensiones de proporción a las capacidades de KVA de cortocircuito. 9
  • 10. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel 5. Una cierta relación de potencia. Si a este último bobinado, lo dividimos en Entonces, cumpliéndose estas cinco dos partes tenemos la conexión Zig-Zag. condiciones, se pueden conectar en paralelo dos o más transformadores. Análisis de cada Condición: 1. Igualdad de Tensiones y relación de transformación: Por estar unidos primarios y secundarios es lógico que las tensiones primarias y 3. Secuencia o sentido de rotación secundarias deben ser iguales, pues sino de las fases Secundarias: un transformador le enviaría corriente al otro. No basta con que la relación sea La secuencia de fases se llama al orden de igual, deben ser también iguales las rotación de los vectores Es la sucesión en tensiones. Por ejemplo: 1000/100 y 100/10. el tiempo, de los máximos de los Tengo igual relación pero no puedo parámetros eléctricos tensión o intensidad, conectar un primario de 1000V con otro de en las tres fases de un sistema. A ella 100V. corresponde un sentido de rotación del diagrama vectorial. Igualdad de tensiones primarias y secundarias implica igual relación pero Los transformadores cuya secuencia sea igual relación no implica iguales tensiones opuesta, es decir tengan sentido de giro de primarias y secundarias. De no cumplirse los diagramas vectoriales opuesto no esta condición aparecen corrientes pueden conectarse en paralelo, porque en circulantes entre las máquinas, ya en vacío. un determinado instante van a coincidir los No es conveniente que estas superen el vectores de tensión secundaria pero, aun 10% de las nominales. siendo del mismo grupo de conexión, en el instante siguiente los vectores comienzan a 2. Igual desfase de diagramas desplazarse y aparecen diferencias de vectoriales (secundario respecto potencial entre las fases homólogas. del primario): Entonces, para poner en paralelo, los La condición fundamental para que puedan transformadores deben tener diagramas funcionar los transformadores en paralelo, vectoriales que giren en igual sentido. Todo es que los terminales a empalmar entre si depende de las conexiones internas del se hallen en todo momento al mismo transformador. Observemos un motor potencial. eléctrico trifásico, según el orden de conexiones a las líneas ABC o RST en Hemos visto conexión triángulo, estrella y nuestro país es el sentido de giro, si veamos la Zig-Zag pero antes permutamos dos fases el giro es en sentido interpretemos las conexiones y sus contrario. diagramas vectoriales correspondientes. 4. Igualdad de tensiones de Cortocircuito: 10
  • 11. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel La tensión de cortocircuito sirve entre otras alimentarlo porque nos saltan las cosas para determinar la impedancia de la protecciones debido a la sobrecarga que máquina, ya que: sufre la máquina de menor impedancia. Zcc = Ucc / Icc 5. Cierta relación de Potencia: Donde: R = Resistencia total referida Condición íntimamente ligada a la anterior. XL = reactancia total referida ZCC = UCC/ In Resulta que según la potencia de la máquina es la ucc% que tiene, a mayor La In se obtiene de la máquina y la UCC potencia mayor ucc% , tiene mas figura en placa, luego se conoce la resistencia (mas alambre), es mas grande, impedancia de la máquina. Dos mayor dimensión física, por consiguiente, transformadores en paralelo en esquema más L, luego aumenta Z, aumenta ucc, es unifilar serían como dos impedancias en decir, la ucc% = f(P) y ucc% α Pot. paralelo respecto de la carga. La corriente que viene de la red y que pide el receptor Si graficáramos ucc% = f(pot) es una curva se distribuye según los valores de las creciente. Luego podré poner en paralelo impedancias internas, si son iguales, cada máquinas cuyas ucc% difieran sólo en un transformador aporta la misma potencia de 10 % y no más. En una gama de potencias, 100 KVA cada uno que pide la carga. una regla práctica es que la relación de potencia sea 1:3. Es decir si debo alimentar 200 kVA podré poner en paralelo uno de 50 kVA y en la condición límite otro de 150 kVA, en servicio transitorio. Análisis de la placa de tres Transformadores Pero si son distintas, pasará más corriente por la más chica, en el ejemplo (abajo), la Transformador de alimentación: de 2%, saltan los fusibles protectores (a) y Pueden tener una o varias bobinas al quedar solo con un transformador de 100 secundarias y proporcionan las tensiones kVA y la carga pidiendo 200 kVA, también necesarias para el funcionamiento del saltan las protecciones y quedan las dos equipo. máquinas fuera de servicio. A veces incorporan fusibles que cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador. Transformador 1: Es decir, tenemos suficiente potencia instalada en los transformadores para Transformador de la universidad ubicado abastecer el receptor y no podemos en el taller de matriceria: 11
  • 12. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Voltaje en el secundario: 3 220 V Corriente 236.2 A Transformador 2: Se encuentra ubicado en la bodega de transformadores de la empresa eléctrica. Su placa es la que se presenta a continuación: Su placa es la que se presenta a continuación: Norma: IEC - ASA Marca: Alsthom-Unelec Tipo: TXHN Fabricado en: Francia Año: 1981 Potencia: 90 KVA Nivel de aislamiento: 1L15 kV Diagrama vectorial: Dyn5 Peso total: 431 Kg Impedancia en voltios: 3.4% Nivel de aceite: 101 Kg Voltajes en el Primario: 1 13660 V Interpretación: 2 13630 V Marca: INATRA 3 13200 V 4 12670 V Potencia nominal ---- 125 KVA 5 12540 V Número de fases ---- 3 Corriente 3.94 A Tensión primaria ---- 22 KV Tensión secundaria ---- 220 V 12
  • 13. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Corriente primaria ---- 3.28 A Conexión: Dy5 Corriente secundaria ---- 828 A Corriente primaria: 1.57 A Corriente secundaria: 157 A Alta tensión bornes h1, h2, h3 Refrigeración: ONAN Voltios Posición Al conmutador Conexión Peso total: 550 Kg Vol.ac.li140 23100 1 3-4 22550 2 4-2 Altitud: 3000mt 22000 3 2-5 Temperatura ambiente: 30℃ 23450 4 5-1 20800 5 1-6 Triángulo Aceite: Mineral Baja Tensión X0,X1,X2,X3 220 127 Estrella Relé Buchholz: Transformador 3: Se encuentra ubicado en el taller de electricidad en la Universidad El relé Buchholz, no es más que un dispositivo con una combinación de un colector de gas y presión. Funciona bajo el modelo tradicional (tipo conservador) de los Su placa es la que se presenta a transformadores, en donde el tanque de los continuación: mismos se encuentra completamente lleno con aceite y a su vez se une mediante una tubería a otro tanque "auxiliar", el cual actúa como una cámara de expansión. En dicha tubería de unión entre los tanques se encuentran dos elementos del relé, uno de ellos es la cámara colectora de gas, en donde cuando cierta cantidad de gas ha sido recolectada se cierra un contacto y, usualmente, suena una alarma. El gas colectado es analizado dentro de un dispositivo especial para determinar cual de los aislamientos está dañándose y verificar N.- 01048097 cual de los principales aislamientos se está Norma: ANSI deteriorando. Cabe destacar que este Potencia: Normal 80kVA dispositivo que analiza el gas no es parte Año: 04 del relé como tal. Nivel Aislamiento: 150KV El otro elemento, cuya pieza es operada Número de fase: 60HZ por el chorro de aceite que pasa por la Clase de aislamiento: ‫ܣ‬௢ tubería cuando ocurren fallas, cierra los Tensión primaria: 220 KVA contactos que disparan los interruptores del Tensión secundaria: 220 V transformador. Es curioso acotar que en los 13
  • 14. Facultad de Ingeniería Electrónica Máquinas Eléctricas I 5° Ciclo Realizado por: Jorge Chuya & Willian Coronel Estados Unidos, el elemento colector de Conclusiones gas del relé Buchholz no tiene mucha utilidad, dado que la protección del mismo En conclusión se puede decir que el tema ha sido subestimada, en parte porque no documento nos ayudo de gran manera a se fabrican ese tipo de dispositivos por allá. conocer el tema de los transformadores trifásicos y por ende en el de máquinas Por lo que se sabe, será evidente que los eléctricas con mayor profundidad, sobre relés colectores de gas y de presión son toda la parte del trabajo de campo, con principalmente suplementarios a otras estos conocimientos que son vanos si nos formas de protección. Empezando por el ponemos a tomar en cuenta la importancia hecho de que un transformador debe de de los trasformadores en todas sus ser del tipo que permita tal tipo de aplicaciones y sobre todo al conocer su protección; con ello se nota que las fallas construcción, conexiones, podemos dentro del tanque del mismo solo serán las conocer por se eligen de acuerdo al trabajo que estos relés puedan detectar, porque que van a realizar. protecciones como los relés diferenciales u otros tipos de relés son los que se Bibliografía encargarán de detectar fallas externas, inclusive entre las conexiones del transformador y los interruptores. http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador A continuación se lo puede observar en un http://www.asifunciona.com/tablas/transfor circuito de aplicación: madores/simb_transf.htm http://www.nichese.com/trans-auto.html http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores /pagina_n1.htm Stephen J. Chapman, Fundamentos de circuitos eléctricos. 4th_Edition 14