Transformador trifasico

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TRANSFORMADORES TRIFASICOS Ing. Edgar Chacca Cuti

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TRANSFORMADORES TRIFASICOS Ing. Edgar Chacca Cuti

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OBJETIVOS

• Identificar las partes constructivas y las características de funcionamiento de las maquinas síncronas y de transformadores.

• Analizar el funcionamiento de los transformadores trifásicos.

• Determinar el grupo de conexión de los transformadores trifásicos.

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

• Casi todos los principios sistemas de operación y distribución del mundo actual, son sistemas trifásicos de corriente alterna. Puestos que los sistemas trifásicos juegan un papel importante en la vida moderna, es necesario entender como se utilizan los transformadores en ellos.

• Los transformadores para circuitos trifásicos se suelen construir de dos maneras: – Tomar tres transformadores monofásicos y conectarlos en un banco trifásico.

– Construir un transformador trifásico que consta de tres conjuntos de devanados enrollados sobre un núcleo.

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

Banco de tres transformadores trifásicos

Transformador trifásico de tres columnas

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

• Al ser un núcleo trifásico, la suma de las tres columnas deben de anularse, ya que no existe cuarta columna de retorno. Esto es cierto, ya que los flujos se encuentra desfasados 120° en el tiempo, lo cual hace que las suma de flujos sea cero.

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

BANCO TRIFASICO

• Alternativas de mantenimiento.

• Menos costo del transformador de reserva.

• El defecto de una fase no se transmite a las otras.

• Fácil de transportar.

• Posibilidad de operar con apenas dos transformadores (conexión delta abierto).

• Uso en tensiones muy altas.

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

TRANSFORMADOR TRIFASICO

• Único núcleo en común, en un tanque común.

• Cuesta menos.

• Ocupa menos espacio.

• El rendimiento es un poco mejor.

• Tiene menor flujo disperso.

• Un defecto en una de las fases se puede propagar a las demás.

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO Conexiones de los arrollamientos

• Para relacionar las tensiones y las 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 de tensiones y corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión, las polaridades de los enrollados en un mismo circuito magnético o fase, y las designaciones de bornes.

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

• Los tres arrollamientos, tanto el primario como el secundario, se pueden conectar de diversas formas, siendo las siguientes algunas de las conexiones mas frecuentes: – Conexión Estrella

– Conexión Triangulo

– Conexión Zig Zag

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1. TRANSFORMADOR TRIFASICO

GRUPOS DE CONEXIÓN

• Se refiere a la forma como se conecta los devanados en el primario y el secundario.

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D y 1

INDICE DE CONEXIÓN

El devanado de baja tensión

está conectado en estrella.

El devanado de alta tensión

está conectado en delta.

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2. GRUPOS DE CONEXION

• La primera letra mayúscula, define la forma de conexión de los bobinados de alta tensión, D (Triangulo), Y (Estrella).

• La segunda letra minúscula, define la forma de conexión de los bobinados de baja tensión, d (triangulo), y (estrella) o z (zigzag).

• El numero multiplicado por 30, define el ángulo de desfasaje entre las tensiones de fase equivalentes de alta y baja tensión.

Las conexiones normalizadas más utilizadas pertenecen a

los grupos 0 (0°), 5 (150°), 6 (180°) y 11 (330°).

D y 1

INDICE DE CONEXIÓN

El devanado de baja tensión

está conectado en estrella.

El devanado de alta tensión

está conectado en delta.

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2. GRUPOS DE CONEXION

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2. GRUPOS DE CONEXION

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PLACA CARATERISTICA DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO

2. GRUPOS DE CONEXION

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN ESTRELLA – ESTRELLA

Para una tensión dada entre fases

, la tensión en bornes de una fase de un

transformador conectado en estrella es

, mientras que cuando se trata

de transformadores conectados en triangulo la tensión en cada bobina es

, o sea, un 73 % mayor; la corriente en cada bobina de un transformador conectado en estrella es igual a la corriente de línea

, mientras que la de un

transformador conectado en triangulo es

, o sea, el 58 % de la corriente

de línea.

Así pues, siempre que las restantes condiciones sean las mismas, el devanado de un transformador conectado en estrella tendrá menos espiras, necesitara un conductor de mayor sección transversal que un transformador equivalente conectado en triangulo y su construcción será algo mas costosa.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN ESTRELLA – ESTRELLA

Las construcciones con hilos mas gruesos (mayor sección transversal) proporcionan devanados mecánicamente fuertes y, por tanto, mejor dispuestos a resistir los esfuerzos debidos a grandes corrientes de cortocircuito, mientras que las tensiones mas bajas reducen el esfuerzo dieléctrico sobre el aislamiento.

Por tales razones, la conexión Y-y se considera ventajosa cuando han de enlazarse dos sistemas de tensiones relativamente altas, e incluso existe otra razón que puede resultar conveniente en determinados casos, la de que no existe desplazamiento de fases entre las tensiones de primario y secundario.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN ESTRELLA – ESTRELLA

La conexión Y-y presenta dos inconvenientes graves:

1. Si la carga del transformador es desequilibrada, se producen flujos alternos en las columnas que van en fase, es decir pulsan, al unísono (homopolares), lo que da lugar a tensiones homopolares que provocan un desequilibrio en las tensiones simples (traslado del neutro) tanto del primario como del secundario.

2. Existen terceros armónicos de tensión.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN ESTRELLA – ESTRELLA

Los problemas anteriores se pueden resolver mediante una de las siguientes técnicas:

1. Conectando rígidamente a tierra los neutros de los transformadores, especialmente el del primario. Esta solución no es del todo conveniente, ya que entonces se permite que circulen los armónicos de la corriente en vacío.

2. Añadir un tercer devanado (terciario) conectado en triangulo, que anula los flujos homopolares debidos bien sea a los armónicos de tensión como a los desequilibrios de carga. A pesar de nos ser necesario, los devanados terciarios tienen terminales hacia el exterior del transformador que se utilizan en la alimentación de los servicios auxiliares del centro de transformación en el que están situados. Como el devanado terciario debe ser capaz de soportar corrientes circulantes, normalmente su capacidad es el orden de la tercera parte de la potencia asignada de los otros dos devanados. En la practica, la conexión Y-y se usa muy poco, ya que pueden lograrse iguales prestaciones con otro tipo de transformador trifásico.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN ESTRELLA – DELTA

Esta conexión no tiene problemas con las componentes de tercer armónico de tensión, puestos que estos dan lugar a una corriente circulante en el lado conectado en triangulo. La conexión se comporta razonablemente bien bajo cargas desequilibradas, ya que el triangulo redistribuye parcialmente cualquier desequilibrio que se presente.

Sin embargo, esta disposición tiene el problema de que, debido a la conexión en triangulo, las tensiones secundarias sufren un desplazamiento de 30 grados con respecto a las tensiones del primario, lo cual puede causar inconvenientes al conectar en paralelo los secundario de dos grupos transformadores.

La conexión Y-d se adapta particularmente bien a transformadores en sistemas de alta tensión en el extremo reductor de tensión de la línea.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN DELTA - ESTRELLA

Esta conexión presenta las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que la conexión Y-d. Se utiliza como transformador elevador en las redes de AT. El empleo de la conexión en estrella en la parte de alta tensión permite poner a tierra el punto neutro, con lo que queda limitado el potencial sobre cualquiera de las fases a la tensión simple del sistema, reduciéndose al mismo tiempo el coste de los devanados de AT por las razones expuestas en la explicación de la conexión Y-y.

Esta conexión es también muy utilizada en los transformadores de distribución, correspondiendo la estrella al lado de baja tensión, que permite de este modo alimentar cargas trifásicas y cargas monofásicas.

El primario en triangulo tiende a compensar los desequilibrios producidos por las cargas monofásicas.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN DELTA – DELTA

Esta conexión se utiliza en transformadores de BT, ya que se necesita mas espiras/fase de menor sección. Se comporta bien frente a cargas desequilibradas. La ausencia del neutro puede a veces ser una desventaja.

Este montaje puede trabajar al 58 % (es decir

) de la potencia asignada

trabajando en triangulo abierto en el caso de un banco trifásico con transformadores monofásicos en el que hay una unidad averiada y hay que proceder a su reparación.

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3. Conexiones de los transformadores trifásicos CONEXIÓN ESTRELLA – ZIGZAG (Y-z)

La conexión zig-zag se emplea únicamente en el lado de BT. Este montaje se utilizan en redes de distribución, ya que permite el uso del neutro en el secundario. Se comporta bien frente a desequilibrios de cargas.

Debido a la composición de tensiones del lado secundario, se requiere un 15 % mas de espiras que en una conexión en estrella convencional.

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