Tema: “Modelado de transformadores trifásicos ... · transformadores acoplados a redes...

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Tema: “Modelado de transformadores trifásicos. Combinaciones: estrella, delta y combinaciones paralelas.”

En esta actividad los estudiantes serán capaces de:

Aplicar la normativa ANSI de representación fasorial y nomenclatura para los transformadores trifásicos o conexiones en banco.

Serán capaces de verificar los desfasamientos y la rotación de fases mediante instrumentos que registran la secuencia y muestran el desfasamiento de manera grafica por medio de muestreo de señal con osciloscopio.

Serán capaces de representar matemáticamente los circuitos con transformadores aplicando los análisis en por unidad.

Verificaran los requerimientos para conexiones paralelas de arreglos de bancos de transformadores estrella y delta y viceversa.

Como se ha estudiado previamente en conversión de energía, los transformadores tienen como funciones principales en un sistema de potencia las siguientes aplicaciones:

1. Cambiar el nivel de tensión. 2. Transformar la tensión para elevación en sistemas de transmisión. 3. Transformar la tensión para reducción del voltaje en sistemas de distribución. 4. Servir como acople entre los sistemas de medición, control o regulación. 5. Aislamiento de redes.

Las aplicaciones son diversas y para todas ellas existe un estudio particular. En los sistemas de transmisión que es el objetivo principal del estudio, se vislumbra una aplicación practica de grupos de transformadores acoplados a redes generadoras en conexión estrella con el primario también en estrella o delta pero el secundario de alta tensión muchas veces se conecta en estrella para transmitir hacia la subestación de sub-transmisión que recibe en delta. Como puede notarse la aplicación de diferentes tipos de redes obedece a ciertas ventajas en el cambio de impedancia de entrada ante las corrientes de posibles fallas que se puedan dar en el sistema. Normativa de desfasamientos. La normativa internacional dice que la tensión de secuencia positiva del lado de baja tensión va en fase con la tensión de secuencia positiva del lado de alta tensión, se dice que el desfasamiento es homogéneo. Tales casos son las conexiones estrella-estrella, delta-delta para los ángulos de conexión de cero grados respectivamente.

. Objetivos Específicos

Facultad: IngenieríaEscuela: Ingeniería electrónicaAsignatura: Análisis de Sistemas de Potencia I

Introduccion Teorica

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Conexión estrella-estrella Conexión delta-delta

Conexión delta-estrella Conexión estrella-delta

Figura 5.1.

Figura 5.2.

Análisis de Sistemas de Potencia I

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( )

( )

( )

( )LVneutroFase

HVneutroFase

LVLL

HVLL

V

V

V

Va

−

−===potencial bajo lado deTension

potencial alto lado deTension homogeneo

Relaciones de Transformación. La relación a este aspecto es importante definir los niveles de tensión a la entrada y salida de los equipos de transformación. Los casos en los cuales tanto el devanado de alta tensión esta conectado de la misma forma que el de baja tensión, la relación de transformación es igual a la razón entre voltajes de fase, también es posible obtenerla como la razón entre voltajes de línea, resultados deben ser iguales. En los casos donde la conexión del lado de alta no es igual a la de baja tensión, la relación de transformación de fase es diferente a la relación de transformación de línea. Esto es porque en los casos de redes en conexión delta no existen voltajes respecto a neutro como en el lado que se encuentra en estrella, para estos casos la relación de transformación se tomará como si ambos lados estuvieran conectados en forma homogénea (la misma conexión a ambos lados). Nomenclatura estándar. Las normas ANSI /IEEE han establecido una manera vectorial de reconocimiento de los desfasamientos angulares, para ello se utilizan dos conceptos básicos:

1) Tensiones de secuencia positiva: son las tensiones ideales de fase a neutro para las componentes a, b y c, no importando si la conexión es estrella o delta.

2) Ángulo de secuencia de fases: es el ángulo de desplazamiento de los fasores de tensión o corriente medido positivamente en sentido anti-horario y negativamente en sentido horario.

Los estándares de construcción dicen que la tensión de secuencia positiva del lado de entrada del transformador debe estar siempre adelantada en treinta grados a la tensión de secuencia positiva del lado de salida del transformador. La secuencia es positiva con permutaciones de fases ABC en sentido de las agujas del reloj. El triángulo de representación fasorial: es el triángulo que se forma al unir los fasores de tensión de línea a línea (cabeza y cola), si la secuencia es positiva es ABC y si es negativa es ACB.

Figura 5.3.


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Figura 5.4.

1 Mesa de trabajo Lucas Nülle o similar. Salida a baja tensión 22 voltios por fase o similar. 3 transformadores monofásicos Lucas Nülle de relación unitaria. 4 Interruptores de corte para pruebe de permutación de fases. 1 Osciloscopio con una punta 2BNC para conexión con LM6113. 1 Amplificador de separación LM6113. Cables de toda medida. Medidor Profitest para detección de secuencia de fases. Multímetro digital.

Parte I: “Mediciones de relación de transformación y desfasamientos angulares en bancos de transformadores trifásicos. Análisis de la conexión Estrella-Delta”. Paso 1. Implemente el circuito ilustrado de la Figura 5.5, el cual esta constituido por un banco de transformadores monofásicos y un juego de interruptores los cuales NUNCA trabajaran simultáneamente para no confundir las señales registradas con el amplificador de separación. Paso 2. Por medio del Panel de Sincronismo, determine la secuencia de fases a la entrada y a la salida en el orden de conexión de secuencia positiva ABC. Paso 3. Conecte el amplificador de separación de manera de registrar las señales de tensión de línea a línea a la entrada, la tensión de línea a línea de salida, para los casos ab, bc y ca, respectivamente (ver Figura 5.5). Inicialmente todos los interruptores de corte SW estarán en la posición de abiertos. Paso 4. Ajuste el amplificador de separación de manera de poner a cero las trazas y ajustando para reducir los errores de medición con el osciloscopio, asegúrese que las ganancias del amplificador de separación que estén en uso, estén en su máxima salida (consulte al docente de laboratorio si es necesario).

Material y Equipo

Procedimiento


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Figura 5.5.


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Paso 5. Inicialmente cuando todo este conectado, ajuste la tensión de salida de fase a neutro para una tensión de alimentación de bajo voltaje, como por ejemplo 22 voltios al neutro. Esta tensión servirá para alimentar el lado en conexión estrella. Paso 6. La tensión de línea a línea AB a la entrada del transformador será la tensión de referencia y esta siempre estará conectada en el canal D (últimos dos terminales del amplificador de separación). Paso 7. Grafique los oscilogramas, donde la señal 1 será la de salida del transformador en el canal A del amplificador de separación (Vab) y la señal 2 será la de entrada del transformador en el canal D del amplificador de separación (VAB), compare las señales siguiendo el orden de las combinaciones de estado de los interruptores SW como lo indica la Tabla 5.1.

Combinación SW 1 SW 2 SW 3 SW 4

1 1 0 0 1

2 0 1 0 1

3 0 0 1 1

Tabla 5.1.


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Paso 8. Realice mediciones de voltaje con el tester y complemente la Tabla 5.2 y Tabla 5.3.

Fases

Tensión de fase a neutro a la entrada del

transformador

Fases

Tensión de fase a neutro a la

salida del transformador

Relación de transformación

de fase


promedio

AN an

BN bn

CN cn

Tabla 5.2.

Puntos

Tensión de línea a línea a la entrada del transformador

Puntos

Tensión de línea a línea a la salida del

transformador


de línea


promedio

AB ab

BC bc

CA ca

Tabla 5.3. Paso 9. ¿Qué secuencia de fases fue registrada a la salida del banco de transformadores ABC o ACB, para la combinación 1?.


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Paso 10. ¿Qué ángulo de fase puede registrarse entre la tensión de líneas AB a la entrada del transformador y la tensión de líneas a la salida ab, para las combinaciones sugeridas?. Combinación 1: Ángulo de fase: __________.

Combinación 2: Ángulo de fase: __________.


Paso 11. Repita todos los Pasos desde el 1 hasta el 7 y desde el 9 hasta el 10, pero ahora con la Figura 5.6 , la cual posee una leve modificación en el lado secundario del transformador. Paso 12. Registrar las graficas de fase para las nuevas combinaciones de la Tabla 5.4 y anótelas.

Combinación SW 1 SW 2 SW 3 SW 4

4 1 0 0 1

5 0 1 0 1

6 0 0 1 1

Tabla 5.4.


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Paso 13. ¿Qué ángulo de fase puede registrarse entre la tensión de líneas AB a la entrada del transformador y la tensión de líneas a la salida ab, para las combinaciones sugeridas?. Combinación 4: Ángulo de fase: __________.



Paso 14. Con los datos obtenidos complemente la información de la Tabla 5.5.

Combinación Secuencia de

permutación de fases

Desfasamiento de la conexión ( ° ) Índice de conexión Designación

ANSI / DIN

1 Y∆1 / YD1

2

3

4

5

6

Tabla 5.5.


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Figura 5.6.


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Parte II: “Conexiones paralelas de transformadores trifásicos”. Paso 1. Implemente el circuito de la Figura 5.7 y Figura 5.8, el cual consiste en un banco estrella-delta en paralelo con otro banco delta-estrella. Deberá buscar una combinación apropiada con el secuenciador de lámparas para que se pueda conectar los bancos en paralelo. Paso 2. Ajuste el voltaje de las fuentes de poder de manera de obtener la misma cantidad de tensión primaria y secundaria en ambos bancos para que puedan ser conectados en paralelo (RECUERDE QUE ES NECESARIO TENER TENSIONES HOMOGÉNEAS DE LÍNEA A LÍNEA EN AMBOS BANCOS). Paso 3. Cierre el interruptor de conexión paralela únicamente para la entrada del banco 2 y registre la secuencia de permutación de fases para el banco 1 y banco 2. Paso 4. ¿Se encienden las lámparas del secuenciador de fases?. Explique. ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Paso 5. Busque diferentes combinaciones en las cuales las luminarias estén encendidas y apagadas (LA CONEXIÓN ELÉCTRICA EN PARALELO SOLO SE HARÁ EN EL LADO PRIMARIO PARA AMBOS BANCOS, PERO NO EN EL SECUNDARIO).

Estado de luminarias

No.

Arreglo e índice de conexión Banco Y∆

Arreglo e índice de conexión Banco ∆Y

L1 L2 L3

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabla 5.6. Paso 6. Repita el procedimiento anterior, pero ahora con las conexiones de las Figuras 5.9 y 5.10.


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Figura 5.7: “Conexión YD1”.

Figura 5.8: “Conexión DY1”.


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Figura 5.9: “Conexión YD7”.

Figura 5.10: “Conexión DY7”.


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Parte I. 1. Presente todos los esquemas de desfasamiento para las condiciones de la Tabla 5.4. 2. ¿Cuáles son los arreglos estrella-delta y delta-estrella que tienen la misma secuencia de fases?.

Explique. 3. Dibuje y esquematice los esquemas de triángulos de vectores para el lado de entrada y salida

para cada uno de los arreglo estrella-delta y delta para los procedimientos descritos para la Figura 5.5 y Figura 5.6. (Sugerencia: deben ser 6 pares de triángulos).

Parte II.

1. ¿Cuáles son los arreglos en banco trifásico que pueden conectarse sin ningún inconveniente en paralelo?.

2. ¿Qué efecto sucede con el sincronoscopio de lámparas cuando existe la misma secuencia de fases?.

3. ¿Qué condiciones deben reunirse para conectar bancos estrella-delta y delta estrella en paralelo entre sí?.

1) ¿Para qué aplicaciones se utiliza los ángulos de desfasamiento de las subestaciones eléctricas?. 2) Cuando es conveniente hacer conexiones de bancos trifásicos en arreglos paralelos. Explique. 3) Cuando se dice que un sistema trifásico de subestación en banco estrella-delta, se encuentra en

secuencia negativa a un banco trifásico delta-estrella. 4) ¿Qué son arreglos homogéneos y heterogéneos para la conexión de subestaciones?. 5) ¿Qué efectos puede darse en un sistema de potencia (para la empresa generadora y los

usuarios) en el que ocurre un cortocircuito debido a una mala conexión de subestaciones paralelas?.

CNR. / Centro Nacional de Registros. “ATLAS DE EL SALVADOR 2001”. STEAVENSON, William D. “ANÁLISIS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA”. Segunda edición. McGraw-Hill. 1988. HARPER, Enrique. “TÉCNICAS COMPUTACIONALES EN SISTEMAS DE POTENCIA”. McGraw-Hill. México. EXPÓSITO, Antonio Gómez. “ANÁLISIS Y OPERACIÓN DE SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA”. McGraw-Hill. Segunda edición. 2002. GRAINGER/ STEAVENSON JR. “ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA”. McGraw-Hill. USA. 1995. FITZGERALD, A. E./ KINGSLEY, Charles/UMANS, Stephen D. “MÁQUINAS ELECTRICAS”. McGraw-Hill. México. Quinta Edición. 1992. FINK, Donald G./BEATY, H Wayne. “MANUAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA”. McGraw-Hill. Décimo Tercera edición. 1996.

Discusión de resultados

Investigacion complementaria

Bibliografía


GUÍA 5 Pág. 15

DE JALÓN/ Javier García, RODRIGUEZ/ José Ignacio, BRAZÁLEZ Alfonso. MANUAL DE MATLAB 5.3: “APRENDIENDO MATLAB COMO SI ESTUVIERA EN PRIMERO”. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Madrid, Febrero 2001. http:// www.powerword.com http:// www.cyme.com http:// www.etesal.com.sv http:// www.minec.gob.sv Página WEB de la Universidad Pontificia Católica de Chile.


EVALUACION

% 14 57 810 Nota

CONOCIMIENTO

20%

Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos durante la evaluación previa de la práctica.

Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos

Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos

APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 20%

Un porcentaje de mediciones, entre el 0% y 45% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas.



20%

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es insuficiente.

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria contiene menos elementos de lo solicitado.

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es suficiente.

20%

No interpreta correctamente todos los resultados obtenidos durante la práctica, aún con apoyo del docente.

Interpreta correctamente, aunque con apoyo docente, los resultados que se obtienen durante la práctica.

Interpreta correctamente los resultados obtenidos durante la práctica.

ACTITUD10%

Se ha tardado un tiempo mucho mayor al esperado para realizar la práctica.

Se ha tardado un tiempo poco mayor al esperado para realizar la práctica.

El tiempo de realización de la práctica es mejor que el esperado.

10%

No tiene actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Su actitud es parcialmente proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Muestra claramente una actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

TOTAL100%

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Docente:

Puesto No:|

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