Puesta en paralelo de transformadores trifasicos en conexion Yd y Dy

7/24/2019 Puesta en paralelo de transformadores trifasicos en conexion Yd y Dy

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE MECANICALABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS

PUESTA EN PARALELO DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS CONEXIÓN D – Y

INTRODUCCION

En el presente informe se expondrá la forma de trabajo para el caso de Transformadores

Trifásico, hay que tener en cuenta que el asumir que el transformador es desbalanceado es

una condición que resultaría demasiado operativa ya que se tendría que trabajar por fase lo

cual tendría demasiadas complicaciones, por esta razón en este informe se toma como

condición que la conexión realizada nos da como resultado un Transformador Trifásico

Balanceado.

En este informe se podrá constatar que a pesar de las consideraciones tomas hacia el

transformador los valores obtenidos son muy cercanos al valor real, lo cual nos dice que esta

forma de solución es válida.

Demos decir que este tipo de conexiones es muy utilizado en los sistemas de generación y

transmisión ya que son las etapas en las que se trabaja con mayores Voltajes y potencias, por

este motivo es vital conocer completamente este tipo de conexión y sus características.





FUNDAMENTO TEORICO

DEFINICION

Se entiende el servicio en paralelo de transformadores, la forma de funcionamiento que se da

cuando existen dos o más transformadores con sus devanados primarios conectados

eléctricamente en paralelo entre sí, y además por otro lado, también están eléctricamente

conectados en paralelo sus devanados secundarios entre sí.

Tensión nominal:

La tensión nominal Un en el lado de entrada es la que se establece en el arrollamiento de

entrada durante el servicio nominal y para la que está diseñado el transformador.

La tensión nominal Un en el lado de salida es la que se establece durante el servicio en vacío

(tensión de servicio en vacío U0 a la tensión y frecuencia nominales en el lado de entrada.

Relación de transformación nominal

La relación de transformación nominal kn de un transformador viene dada por una fracción no

simplificada, cuyo numerador es la tensión nominal del arrollamiento de alta tensión, y el

denominador la del arrollamiento de baja tensión (por ejemplo,13200V/400 V).

Margen de ajuste nominal

Los márgenes de ajuste vienen fijados en las normas y se expresan en un porcentaje de la

tensión nominal (por ejemplo, ±4 %).Según VDE 0532, en la placa de características se indican las tensiones nominales y las

ajustables, en voltios.

Por ejemplo, siendo la tensión nominal en el lado de entrada de 20000 V y el margen de

ajuste nominal del ±5 % en la placa de características vienen indicados los valores de tensión:

21000 V, 20000 V y 19000V.





REGLAS PARA EL ACOPLAMIENTO EN PARALELO DETRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Las combinaciones primario-secundarias reunidas bajo el mismo grupo dan un ángulo igual

entre la f.e.m. de línea de uno y otro lado respectivamente, y pueden acoplarse en paralelo

sin más que unir entre sí las terminales designadas con la misma inicial. Así, A1, A2, A3

pueden conectarse en paralelo; B1, B2, y B3 también; C1, C2, y C3 igualmente, y, por último

D1, D2, y D3.

En cambio, las combinaciones pertenecientes a dos grupos distintos son incompatibles en

principio: A1 no puede acoplarse con D1 o D2, o con C1 o C2, etc., porque, existiendo

coincidencia de fases primarias, no puede haberla entre las secundarias.

Como puede observarse sí se pueden paralelar los transformadores de un mismo grupo.

Podemos comprobar el paralelaje entre el transformador D1 con el D2.

Grupo en delta

Grupo en estrella

Como puede observarse los dos

transformadores tienen el mismo

desplazamiento angular por lo tanto

pueden conectarse en paralelo.

De esta manera se pueden comprobar

que todos los demás grupos indicados

pueden ser paralelados ya que tienen

los mismos desplazamientos angulares.





CONDICIONES IDEALES DE FUNCIONAMIENTO

Al unir los bornes secundarios y sin que exista carga conectada a ellos, lostransformadores solo deben tomar su corriente de vacío. Esto implica que nodeben existir corrientes secundarias si no existe carga

A efectos de obtener el máximo aprovechamiento de los transformadores encarga, las corrientes que aporte a la carga cada uno de ellos, debería ser lanominal.

Para una corriente de carga dada, las corrientes que aportan cada uno de los

transformadores deben estar en fase con la corriente de carga a efectos de quesus magnitudes sean mínimas para dicha demanda.

CONDICIONES A CUMPLIR

1. Los bornes a unir deben tener la misma polaridad

2. Las relaciones nominales de transformación “kn” deben ser iguales.

3. Las tensiones nominales porcentuales de cortocircuito uzn% deben ser iguales.

4. Compatibilidad de los grupos de conexión.

5. Igualdad de las secuencias de las tensiones secundarias.6. Las componentes de las tensiones porcentuales nominales de cortocircuito deben ser

iguales

7. Las potencias aparentes nominales Sn no deben diferir en más de 3 a 1





CAPACIDAD EN IMPEDANCIA

Dos o más transformadores se pueden paralelar siempre y cuando sus impedancias sean, en

cierta proporción, inversamente proporcionales a sus capacidades y cuando la carga total a

alimentar, no sobrepase la suma de los KVA que puede proporcionar dicho acoplamiento.

Las fórmulas básicas para conectar en paralelo dos o más transformadores son las

siguientes:

St es la potencia en KVA del grupo, a la tensión de cortocircuito unitario en KVA.

Sg es la suma de las capacidades del grupo, en KVA.

Zg es la impedancia del grupo de transformadores.

S1, S2, S3 … es la capacidad del banco 1, del banco 2, del banco 3, etc en KVA

Z1,Z2,Z3,… esla impedancia del trasformador 1, T2, T3 , etc

En caso particular para dos transformadores también se usan las siguientes formulas

x + y = Carga total conectada al acoplamiento en KVA, en que:

S1 es la capacidad en KVA del banco 1.

S2 es la capacidad en KVA del banco 2.

Z1 es la impedancia del banco 1 en por ciento.

Z2 es la impedancia en % del banco 2 en por ciento.

x es la capacidad que puede proporcionar el banco 1, en KVA

y es la capacidad que puede proporcionar el banco 2, en KVA.





MATERIALES

UN TRANSFORMADOR 6 TRANSFORMADORES

TRIFASICO MONOFASICOS 220/110 1 KVA

MOTOR TRIFASICO VATIMETRO TRIFASICO

PANEL DE CONDENSADORES PANEL DE LAMPARAS

C = 20µF





PROCEDIMIENTO

En la primera parte del procedimiento se verificó la polaridad de cada transformador (este

procedimiento ya se vio en laboratorios anteriores). La polaridad es muy importante al

momento de realizar la conexión de los transformadores para formar una bancada trifásica, yaque si conectáramos dos transformadores con polaridad invertida estos podrían dañarse.

Ya con las polaridades determinadas se procedió a armar el banco trifásico, se cogieron tres

transformadores monofásicos y se conectaron en delta por el lado de baja tensión y en

estrella por el lado de alta tensión, después se realizó el mismo procedimiento con los tres

transformadores restantes.

Después de realizar las conexiones en

delta y estrella para ambos grupos de

transformadores, estos se conectaron

en paralelo.

Ya con los dos bancos trifásicos puestos en paralelo, se conectaron el vatímetro trifásico y el

autotransformador trifásico por el lado de baja tensión. El esquema de conexión se puedeapreciar en la figura siguiente

Teniendo la puesta en paralelo de los bancos trifásicos conectados al vatímetro y alautotransformador se procede a conectarlos por el lado de alta tensión a una carga.

Para este laboratorio se tendrán en cuenta tres tipos de cargas: resistiva, capacitiva y motor

eléctrico, una carga desbalanceada por bobina, capacitador y resistencia.





CALCULOS Y RESULTADOS

Para armar el circuito, se requirió medir la relación de trasformación de los transformadores;

estos son los datos obtenidos para los transformadores ensayados





Datos de los ensayos de cortocircuito

Bancada #1 de transformadores Bancada #2 de transformadores

n aprox: 1.999 n aprox: 1.920





MEDICION DE VOLTAJE SIN CARGA





MEDICION DE VOLTAJE CON CARGA (MOTOR 3 )





MEDICION DE VOLTAJE CON CARGA (CAPACITADORES Y MOTOR 3 )





MEDICION DE VOLTAJE CON CARGA (RESISTIVA)





CUESTIONARIO

Hallar el circuito equivalente para cada banco en condiciones nominales

ANALISIS DE LA PRUEBA AL BANCO DE TRANSFORMADORES

Transformador N°01

P = 50w

Transformador N°02

P = 49w





VALOR DE IMPEDANCIA PARA CADA CIRCUITO

El valor de la impedancia de la conexión trifásica del Banco de Condensador será:

R1medio = 0.6257

X1medio = 1.1712

Ω = 1.3423‚63.38°

De la misma forma el valor de la impedancia del segundo banco de Transformadores

Monofásicos será:

R2medio = 0.59161

X2medio = 1.0978Ω = 1.3279‚61.887°

El valor de la resistencia interna del motor cuando funciona en vacío es:

Z = 90.73 Ω

R = 17.007 Ω

X = 89.1218 Ω

Z = 90.73‚79.1962°

Calculamos la relacion de transforacion:

V2 = V’

V’ = 2V1

V2 = 2 V1

V1 / V2 = 1/2 = 0.295

n = 0.295





ANALISIS DEL CIRCUITO 1

Motor 3 en vacio

Circuito equivalente Monofásico reflejado al lado de B.T

V = = 37.8164 v

Ω

Ω

Ω

°

°

° A

Corroborando con los datos obtenidos en el laboratorio:

La corriente reflejada al lado de 220V debe tener un valor próximo a “1.4A” según dato

I1’ = I1*0.295 = 4.756‚-127.077°A

Este valor es muy cercano al obtenido experimentalmente.





Hallando las corriente de cada transformador trifásico reflejado al lado de B.T.

ANALISIS DEL CIRCUITO 1

Motor 3 en vacío mas panel de condensadores en estrella.

Para C = 20uF -> jXc = 132.626‚-90°

Realizando la conversión en forma teórica en estrella estrella cuya relación de transformación entre

voltajes de línea es: a = 0.295

La carga de Motor y panel de condensadores se pueden analizar como una sola ya que ambas son

balanceadas y en conexión en estrella.





Ahora hallaremos el valor de la impedancia reflejada en baja tensión

Ω

Los valores de las impedancias de cada Transformador Trifásico siguen siendo los mismos:

Ω

Ω

Circuito equivalente Monofásico reflejado al lado de baja tensión.

Hallando el valor de la corriente reflejada al lado de A.T.

Al ser corroborado este valor con los obtenidos en el laboratorio se puede decir que son cercanos ya

que el obtenido en el laboratorio es aproximadamente 5.5ª

-Hallando las corriente de cada transformador reflejado al lado de B.T.





¿Qué ventajas/desventajas tienen los bancos de transformadores monofásicos conrespecto a los transformadores trifásico?

Ventajas

Los bancos de transformadores monofásicos se debe a su fácil mantenimiento ya quecada transformador es independiente, es decir el costo de mantenimiento es menor que

al de un transformador trifásico.

En conexión delta – delta se puede trabajar solo con dos transformadores en caso de que

el tercer transformador se encuentre dañado, en un transformador trifásico de un solo

núcleo todo el equipo tendría que dejar de funcionar.

Desventajas

Un banco de transformadores monofásicos ocupa gran espacio en comparación a un

transformador trifásico de un solo núcleo.

El costo de adquisición es mayor en comparación a un transformador trifásico de un solonúcleo.

¿En un transformador trifásico tipo núcleo las pérdidas en vacío por fase son iguales?Explique.

No, las pérdidas en vacío en un transformador trifásico de un solo núcleo, son menores

que a las de un banco de transformadores monofásicos, ya que el núcleo del

transformador trifásico es menor en tamaño con respecto a un banco, en consecuencialas pérdidas serán menores.

¿Cómo es el reparto de carga en transformadores trifásicos puestos en paralelo?Explicar comprobando con los obtenidos en el laboratorio.

El reparto de carga en transformadores trifásicos puesto en paralelo esta dado por lasiguiente expresión:

Donde: yi = 1/Zi

Sin = Potencia nominal de cada transformadorSL’= Potencia entregada a la cargaZi = Impedancia de cortocircuito en por unidadSi’ = Potencia que aporta cada transformador

Como los transformadores empleados en el banco son iguales entonces las impedanciasde cortocircuito en por unidad serán iguales, por lo tanto la expresión anterior queda de lasiguiente manera.




OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Para el presente laboratorio se utilizaron los parámetros de cortocircuito de cada uno de lostransformadores monofásicos utilizados, además también se halló la relación detransformación de cada uno.

La polaridad de los transformadores es importante cuando se realiza una conexión en deltaestrella, ya que si no se tiene en cuenta este ítem pueden dañarse los transformadores.

Teniendo en cuenta que, la relación de transformación y la tensión en corto circuito sean casiiguales, se armaron los 2 grupos de transformadores para la conversión trifásica.

Lo expuesto anteriormente hace ver que es muy importante que se cumplan los requisitos deconexión en paralelo o en conexión de bancadas trifásicas, ya que si no es así en el sistema

aparecen corrientes muy altas a bajo voltaje, haciendo que estos equipos se quemen avoltajes nominales.

Los valores de corriente e impedancias analizados teóricamente, a partir de los circuitosequivalentes en cada una de la experiencia, nos dan datos cercanos a las corrientes medidas

en el laboratorio, esto debido a que no se trabajó con los circuitos equivalentes exactos.

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