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Transformadores (Conexiones y Pruebas)

Para obtener una corriente eléctrica trifásica es necesario la implementación de un banco de transfomadores trifásico. El valor de la corriente es determinado por el tipo de conexión de transformadores que se utilice. El tipo de conexión en los bobinados primarios de los transformadores dependerá del valor del voltaje de la red y de los mismos bobinados primarios de los transformadores

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TRANSFORMADORES
(CONEXIONES Y PRUEBAS)
ISIDRO JOSE VERA COA
C.I: 17.447.277
VII SEMESTRE
INGENIERIA ELECTRICA
TUTOR: ING. RANIELINA RONDON
TECNOLOGIA ELECTRICA
08 DE JUNIO DE 2016
Conexiones de los Transformadores y
para qué se usa cada conexión
• CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.
En nomenclatura abreviada se utilizan las letras mayúsculas para A.T. y
minúsculas para b.t.; para triángulo D, d; estrella Y, y; zigzag Z, z. Según se
realice la conexión de los devanados primario y secundario, se obtendrán
diferentes tipos de transformadores: a) Estrella en el primario Y – estrella
en el secundario y, o simplemente estrella-estrella Yy. b) Estrella-triángulo
Yd. c) Estrella-zigzag Yz. d) Triángulo-triángulo Dd. e) Triángulo-estrella
Dy. Las relaciones de trasformación corresponden siempre a las ff.ee.mm.
de vacío, por lo que se utilizarán las nomenclaturas de V y E,
indistintamente, para la tensión.
CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA.
En este tipo de transformador, sus devanados primarios y secundarios
están conectados en estrella, y se puede llevar el neutro tanto en el
primario como en el secundario. 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:
Transformadores  (Conexiones y Pruebas)
• En la conexión estrella-estrella, se cumple: ms = mc. El principal
inconveniente de la conexión estrella-estrella es el desequilibrio de
tensiones en la línea conectada al primario, que aparece cuando fuertes
desequilibrios en la carga secundaria. En el transformador estrella-estrella,
con neutro en ambos devanados, al sobrecargar una fase en el secundario
Ia, aumentará proporcionalmente la corriente en la fase en el secundario Ia,
aumentará proporcionalmente la corriente en la fase del devanado de la
misma columna del primario IA y, por tanto, provocará caída de tensión
mayor en un conductor de línea que en los otros dos. Las corrientes Ia e IA
se cierran por el neutro y no por las otras fases.
Si el transformador sólo dispone de neutro en el secundario, todavía es
mayor el desequilibrio, puesto que una sobrecarga en el secundario Ia
provoca otra en el primario IA, que, al carecer de neutro, hace que circule
por las otras dos fases IB e IC, sin que hayan variado las corrientes del
secundario de estas fases Ib e Ic. Un fuerte aumento de IB e IC, sin estar
compensadas, motiva una asimetría en los flujos y, por tanto, un
desequilibrio en las ff.ee.mm. del primario y secundario.

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  • 1. TRANSFORMADORES (CONEXIONES Y PRUEBAS) ISIDRO JOSE VERA COA C.I: 17.447.277 VII SEMESTRE INGENIERIA ELECTRICA TUTOR: ING. RANIELINA RONDON TECNOLOGIA ELECTRICA 08 DE JUNIO DE 2016
  • 2. Conexiones de los Transformadores y para qué se usa cada conexión • CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS. En nomenclatura abreviada se utilizan las letras mayúsculas para A.T. y minúsculas para b.t.; para triángulo D, d; estrella Y, y; zigzag Z, z. Según se realice la conexión de los devanados primario y secundario, se obtendrán diferentes tipos de transformadores: a) Estrella en el primario Y – estrella en el secundario y, o simplemente estrella-estrella Yy. b) Estrella-triángulo Yd. c) Estrella-zigzag Yz. d) Triángulo-triángulo Dd. e) Triángulo-estrella Dy. Las relaciones de trasformación corresponden siempre a las ff.ee.mm. de vacío, por lo que se utilizarán las nomenclaturas de V y E, indistintamente, para la tensión.
  • 3. CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA. En este tipo de transformador, sus devanados primarios y secundarios están conectados en estrella, y se puede llevar el neutro tanto en el primario como en el secundario. 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:
  • 5. • En la conexión estrella-estrella, se cumple: ms = mc. El principal inconveniente de la conexión estrella-estrella es el desequilibrio de tensiones en la línea conectada al primario, que aparece cuando fuertes desequilibrios en la carga secundaria. En el transformador estrella-estrella, con neutro en ambos devanados, al sobrecargar una fase en el secundario Ia, aumentará proporcionalmente la corriente en la fase en el secundario Ia, aumentará proporcionalmente la corriente en la fase del devanado de la misma columna del primario IA y, por tanto, provocará caída de tensión mayor en un conductor de línea que en los otros dos. Las corrientes Ia e IA se cierran por el neutro y no por las otras fases.
  • 6. Si el transformador sólo dispone de neutro en el secundario, todavía es mayor el desequilibrio, puesto que una sobrecarga en el secundario Ia provoca otra en el primario IA, que, al carecer de neutro, hace que circule por las otras dos fases IB e IC, sin que hayan variado las corrientes del secundario de estas fases Ib e Ic. Un fuerte aumento de IB e IC, sin estar compensadas, motiva una asimetría en los flujos y, por tanto, un desequilibrio en las ff.ee.mm. del primario y secundario.
  • 7. Una ventaja muy interesante que presenta este transformador es la posibilidad de sacar neutro, tanto en el lado de b.t. como en el de A.T. El neutro permite obtener dos tensiones (230/400 V), o bien, conectarlo a tierra como medida de seguridad en cierto tipo de instalaciones. Este tipo de transformador es más utilizado para pequeñas potencias, ya que además de poder disponer de dos tensiones, es más económico, por aplicar una tensión a cada fase. y, por consiguiente, disminuir el número de espiras, aunque ha de aumentarse la sección de los conductores, por circular la corriente de línea IL por cada fase. Por otra parte, el aumento de sección de conductores favorece la resistencia mecánica a los esfuerzos de cortocircuito.
  • 8. CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO • El devanado primario está conectado en estrella, mientras que el secundario lo está en triángulo. La relación de transformación simple será:
  • 10. • Este transformador no dispone de salida de neutro y, por tanto, no tendrá utilidad en redes de distribución a dos tensiones. Por el mismo motivo, tampoco podrá conectarse a tierra el secundario. Cualquier interrupción en alguna fase del secundario deja fuera de funcionamiento el transformador. Aunque el primario pueda conectarse a tierra como medida de protección de la línea, no es aconsejable, al dar lugar a la aparición de armónicos, siempre perjudiciales. En el funcionamiento con cargas desequilibradas, el desequilibrio en dos fases, como las a y b, se reparte entre las tres fases del secundario, a, b, c, transmitiéndose, por tanto a las tres fases del primario A, B, y C. Su uso es muy limitado.
  • 11. • Este transformador no dispone de salida de neutro y, por tanto, no tendrá utilidad en redes de distribución a dos tensiones. Por el mismo motivo, tampoco podrá conectarse a tierra el secundario. Cualquier interrupción en alguna fase del secundario deja fuera de funcionamiento el transformador. Aunque el primario pueda conectarse a tierra como medida de protección de la línea, no es aconsejable, al dar lugar a la aparición de armónicos, siempre perjudiciales. En el funcionamiento con cargas desequilibradas, el desequilibrio en dos fases, como las a y b, se reparte entre las tres fases del secundario, a, b, c, transmitiéndose, por tanto a las tres fases del primario A, B, y C. Su uso es muy limitado.
  • 12. CONEXIÓN ESTRELLA-ZIGZAG. • Para salvar el inconveniente del funcionamiento del transformador estrella- estrella para cargas muy desequilibradas y conservar sus ventajas, surgió el estrella-zigzag, aunque eleva su coste con respecto a aquél. La conexión zigzag consiste en dividir cada devanado de una fase en dos partes iguales y enrolladas en sentido contrario, en dos columnas consecutivas, conectándolas en serie.
  • 14. • En la determinación de las relaciones de transformación, ha de tenerse en cuenta el desfase existente entre las bobinas del secundario por encontrarse en distintas columnas. La f.e.m. por fase del secundario se obtiene por suma vectorial de las dos ff.ee.mm. inducidas en dos bobinas (superior e inferior) de dos columnas consecutivas:
  • 15. • El diagrama vectorial de la conexión zigzag se obtiene partiendo de una estrella equilibrada que corresponda a las ff.ee.mm. de las tres bobinas conectadas al neutro (e4, e5, e6) y, a continuación, se representan las ff.ee.mm. de las tres bobinas restantes (e1, e2, e3), teniendo en cuenta que en la misma columna la f.e.m. inducida en una bobina e4 es de sentido opuesto a la inducida en la otra bobina e1.
  • 16. • La f.e.m. inducida en una fase del devanado trifásico en conexión zigzag es veces superior a la f.e.m. inducida en cada una de las dos bobinas que interviene en dicha fase. Para averiguar la relación de transformación simple, es necesario advertir que la f.e.m. inducida en una columna en conexión zigzag sería dos veces el valor absoluto de la f.e.m. inducida en cada bobina. En realidad, es la relación de tensiones por columna: En una de ellas será:
  • 17. CONEXIÓN TRIÁNGULO-TRIÁNGULO • En este tipo de transformador, tanto el primario como el secundario están conectados en triángulo. La relación de transformación simple será:
  • 18. • Al igual que en transformador estrella--estrella, se cumple que las relaciones de transformación simple y compuesta son iguales: ms = mc. No dispone de salida de neutro, tanto en el primario como en el secundario, con la consiguiente limitación en su utilización. Otro de los inconvenientes de la conexión en triángulo es que cada bobinado debe soportar la tensión de red (compuesta), con el consiguiente aumento del número de espiras. • Los desequilibrios motivados por las cargas en el secundario se reparten igualmente entre las fases del primario, evitando los desequilibrios de flujos magnéticos. En el caso de conectar una impedancia Z, entre las fases a y b, hará circular por el secundario las corrientes Ia, Ib e Ic (Ia > Ib; Ib = Ic), contrarrestadas por las corrientes primarias IA, IB e IC (IA > IB; IB = IC), repercutiendo en dos fases de la red R, S.
  • 20. CONEXIÓN TRIÁNGULO-ESTRELLA • En la conexión triángulo-estrella, se conectan el primario en triángulo y el secundario en estrella. La relación de transformación simple es:
  • 22. • Este tipo de transformador prácticamente no presenta inconvenientes, si bien su utilización ha de ser adecuada a las características generales que presenta la conexión en triángulo y en estrella. Esté transformador es muy empleado como transformador elevador al principio de la línea y no al final, porque cada fase del devanado primario ha de soportar la tensión entre fases de red. Al producirse un desequilibrio en la carga, no motiva asimetría del flujo, por producirse un reparto entre las tres columnas del primario. Así, como en el caso de una impedancia Z, conectada a las fases a y b, da lugar a las corrientes Ia e Ib en el secundario (Ia = Ib), las cuales a su vez motivarán las corrientes IA, IB e IC (IA = IB; IC = 0), que se transmiten a la red en las tres fases.
  • 23. • También presenta las ventajas del neutro en el secundario, aunque no es aconsejable conectar el neutro a tierra en las líneas de transporte. Las ventajas citadas y los escasos inconvenientes motivan la utilización de este transformador tanto en transmisión como en distribución de energía.
  • 24. TIPOS DE PRUEBAS • Pruebas destructivas • En estas pruebas se somete al transformador a castigo severo hasta que este falla estas pruebas son poco común por que se daña permanentemente al transformador generalmente estas pruebas las realiza el fabricante como control de calidad y en investigación, algunas de estas son: • Pruebas de resistencia: Los puntos con alta resistencia en partes de conducción, son fuente de problemas en los circuitos eléctricos, ya que originan caídas de voltaje, fuentes de calor, pérdidas de potencia, etc.; ésta prueba nos detecta esos puntos. • Pruebas de corto circuito: En la prueba de cortocircuito los terminales del secundario del transformador se cortocircuitan y los del primario se conectan a una fuente adecuada de voltaje. El voltaje de entrada se ajusta hasta que la corriente de los devanados corocicuitados sea igual a su valor nominal (asegurándonos de mantener un voltaje bajo). De nuevo, se miden el voltaje, la corriente y la potencia de entrada. Ya que el voltaje de entrada es tan pequeño durante la prueba, la corriente que fluye por la rama de excitación es despreciable. Si la corriente de excitación se ignora, toda la caída de voltaje en el transformador puede ser atribuida a los elementos del circuito en serie.
  • 25. • Pruebas de humedad: La humedad en la parte sólida del aislamiento de papel es uno de los factores más importantes en relación al estado de los transformadores de potencia. La humedad puede entrar en el aislamiento de un transformador desde la atmósfera durante la instalación o reparación. Un aumento en el contenido de humedad en el aislamiento de papel acelera el proceso de envejecimiento. La humedad es también un subproducto del proceso de envejecimiento. • La entrada de humedad en el aislamiento de papel impregnado en aceite tiene efectos peligrosos. La resistencia dieléctrica se reduce, la celulosa envejece más rápidamente y se forman burbujas de gas a altas temperaturas. Todos estos efectos aumentan el riesgo de un corte eléctrico repentino. • Por lo tanto, la determinación del contenido de humedad dentro del aislamiento es una manera muy importante de evaluar la fiabilidad y la vida útil de un transformador. • Pruebas de impacto • Pruebas de temperaturas
  • 26. PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS • Estas son las pruebas que comúnmente se realizan en la industria como mantenimiento preventivo para asegurar su buen funcionamiento si en algunas de estas pruebas se tienen como resultados valores fuera de la norma se tendrá a proceder un plan de mantenimiento, algunas de estas son: • Prueba de aislamiento: Consiste en verificar que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia mínima soportable bajo la operación a la que serán sometidos, así como de comprobar la no inadecuada conexión entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseño del producto y que no exista defectos en el mismo. • Prueba al aceite dieléctrico: Es conveniente monitorear la condición del aceite mediante la realización de pruebas en laboratorio, con el fin de realizar oportunamente el reacondicionamiento y/o cambio del mismo, antes de que dicho aceite se deteriore al punto que se pueda esperar una falla. Las características físico-electro-químicas del aceite, el voltaje, la potencia, construcción y condiciones de servicio del transformador determinarán sí se debe seguir un programa anual de pruebas o uno más frecuente.
  • 27. PRUEBAS FÍSICAS • Apariencia Visual. Se verifica que el aceite sea brillante y transparente, sin sedimentos, ni sólidos en suspensión. Color. Es un número que indica el grado de refinación de un aceite nuevo, y en un aceite en servicio indica el grado de envejecimiento y/o contaminación. Tensión Interfacial. Se mide la concentración de moléculas polares en suspensión y en solución con el aceite; por lo tanto proporciona una medición muy precisa de los precursores de sedimento disuelto en el aceite mucho antes de que algún sedimento se precipite. •
  • 28. PRUEBAS ELÉCTRICAS • Factor de Potencia. Es una de las pruebas más significativas para evaluar un aceite aislante. Un bajo factor de potencia indica bajas perdidas dieléctricas y un bajo nivel de contaminantes o bajo deterioro del aceite. Rigidez Dieléctrica. Se mide el voltaje en el cual el aceite tiene una ruptura. Dicha prueba es muy útil en campo, ya que indica la presencia de agentes contaminantes como agua; aunque un buen valor de rigidez dieléctrica no garantiza la ausencia de ácidos y sedimentos. •
  • 29. PRUEBAS QUÍMICAS • Contenido de Humedad. Un bajo contenido de agua, refleja en el aceite una alta rigidez dieléctrica, minimiza la oxidación del aceite y la corrosión de los metales del transformador. Numero de Neutralización. Es un número usado como medida de los constituyentes ácidos presentes en un aceite. Un valor bajo, indica una baja conducción eléctrica y baja corrosión.
  • 30. PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENTOS • El Factor de Potencia de un aislamiento es una cantidad adimensional normalmente expresada en por ciento, que se obtiene de la resultante formada por la corriente de carga de pérdidas que toma el aislamiento al aplicarle una corriente de un voltaje determinado, es en si, una característica propia del aislamiento al ser sometido a campos eléctricos. • Debido a la situación de no ser aislantes perfectos, además de una corriente de carga puramente capacitiva, siempre los atravesará una corriente que está en fase con el voltaje aplicado (Ir), a esta corriente se le denomina de pérdidas dieléctricas, en estas condiciones el comportamiento de los dieléctricos queda representado por el siguiente diagrama vectorial.
  • 31. PRUEBAS DE RESPUESTA A LA FRECUENCIA • El análisis de Respuesta a la Frecuencia (FRA) o análisis del barrido de la respuesta en frecuencia, es un método potente y sensible para evaluar la integridad mecánica de los núcleos, devanados y estructuras de sujeción de los transformadores de potencia al medir sus funciones de transferencia eléctrica en un amplio rango de frecuencias. Prueba de Corriente de Excitación • La prueba de Corriente de Excitación, en los transformadores de potencia, permite detectar daños o cambios en la geometría de núcleo y devanados; así como espiras en cortocircuito y juntas o terminales con mala calidad desde su construcción.
  • 32. • Pruebas de Factor a Boquillas Las boquillas de cualquier equipo pueden probarse por cualquiera de los siguientes métodos: a) Prueba de equipo aterrizado (GROUND). Esta es una medición de las cualidades aislantes del aislamiento entre el conductor central de la boquilla y la brida de sujeción. La prueba se realiza energizando la terminal de la boquilla por medio de la terminal de alta tensión del medidor y la terminal de baja tensión del medidor a la brida de sujeción, la brida debe de estar aterrizada. b) Prueba de equipo no aterrizado (UST). Esta es una medición del aislamiento entre el conductor central y el tap capacitivo. Esta prueba se aplica a boquillas que cuentan con un condensador devanado a lo largo de la boquilla. El objeto principal del capacitor, es controlar la distribución del campo eléctrico, tanto interno con externo de la boquilla.
  • 33. • Prueba de Collar Caliente a Boquillas. Es una medición de la condición de una sección del aislamiento de la boquilla, entre la superficie de los faldones y el conductor. Se lleva a cabo energizando uno o más collares situados alrededor de la porcelana de la boquilla y aterrizando el conductor central (terminal) de la misma. Esta prueba es de gran utilidad para detectar fisuras en la porcelana o bajo nivel del líquido o compound. Prueba de collar sencillo. Refleja información relacionada con la condición del aislamiento de la parte superior de la boquilla. Si se obtienen valores elevados de pérdidas, se recomienda hacer la prueba en cada faldón para analizar la magnitud de la falla. • Prueba de collar múltiple. Proporciona información de la condición del aislamiento en general entre la brida y el conductor central.