I. CUESTIONARIO 1. ¿Por qué es necesario conocer los bornes homólogos en un transformador trifásico? Es importante reconocer, a simple vista, los bornes de los transformadores (para realizar las conexiones, medir secuencias de fases,...). Todos los arrollamientos montados sobre 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 de estos arrollamientos montados sobre la misma columna, los vectores representativos de las f.e.m. respectivos se presentarán como se indica a continuación. Mirando el transformador desde el lado de baja tensión, los bornes de baja tensión se designan de derecha a izquierda, por los símbolos siguientes: N-2U-2V-2W El símbolo N corresponde al borne neutro. Mirando el transformador desde el lado de alta tensión los bornes de alta tensión se designan de izquierda a derecha, por los símbolos siguientes: 1U-1V-1W Dichos símbolos deben estar marcados sobre la tapa de la cuba en forma indeleble y en relieve. A continuación, se puede ver la disposición y designación de los bornes de un trafo, visto desde arriba: En resumen: bornes homólogos estarán señalados por la misma letra, y la indicación suplementaria (tilde o no) informará sobre las polaridades. A continuación, se ven las distintas formas de conexión, según la polaridad de los bornes sobre los que se realice dicha conexión: 2. ¿Como se efectúa una conexión a tierra en un transformador trifásico? Hoy en día los sistemas trifásicos que son puestos a tierra sólidamente son usualmente conectados en Y (estrella), con su punto neutro puesto a tierra, por otra parte, los sistemas no puestos a tierra pueden ser conectados en Y o en delta, sin embargo, la conexión en delta es la más común. Sólidamente puesto a tierra: Puesta a tierra por inductancia: Este medio de puesta a tierra hace referencia a la puesta a tierra a través de una impedancia, cuyo elemento principal es una inductancia. Este medio de puesta a tierra es a veces denominado como reactancia de puesta a tierra. La clase de la puesta a tierra por impedancia utilizando una inductancia se subdivide a menudo en dos categorías: categoría de baja inductancia y categoría de alta 23 inductancia. Puesta a tierra por Resistencia: Este medio de puesta a tierra hace referencia a la puesta a tierra a través de una impedancia, cuyo elemento principal es la resistencia. Esta clase es frecuentemente subdividida en categorías de baja o alta resistencia. La resistencia puede insertarse directamente en la conexión a tierra o puede ser insertada indirectamente de las siguientes formas: En el secundario de un transformador, cuyo primario está conectado entre neutro y tierra. En la esquina del secundario conectado en delta de un transformador de tierra en estrella. Debe tenerse en cuenta que una resistencia de puesta a tierra puede tener una inductancia inherente considerable. Puesta a tierra resonante: Puesta a tierra por capacitancia: Se dice que un sistema está puesto a tierra por capacitancia cuando se conecta a tierra a través de una impedancia, cuyo elemento principal es una capacitancia. La capacitancia es rara vez, si es que nunca, insertada directamente en una conexión a tierra para propósitos de puesta a tierra del sistema. Sin embargo, la capacitancia puede conectarse a tierra para fines de contrarrestar frentes ondas de choque. Además, los neutros de los bancos de condensadores de derivación se han conectado sólidamente a tierra en sistemas no puestos tierra. Tales aplicaciones deben ser cuidadosamente analizadas para detectar sobretensiones durante condiciones de falla. La puesta a tierra de la capacitancia debe evitarse, o analizarse cuidadosamente, para las condiciones de resonancia o para aumentar la corriente de falla. 3. Explique cómo se logra la conexión primaria en estrella, secundario en delta desfasamiento 30° y 210. i = 1: ángulo entre tensiones de fase de alta y baja f = 1x30º = 30º Y: Conexión devanados de alta en estrella. La tensión del VA diagrama de conexiones es la tensión de fase VA del diagrama fasorial. d: Conexión devanados de baja en delta. La tensión indicada en el devanado de baja es de línea. Va 30º Hay que identificar una tensión de línea del lado de baja que esté en fase con VA y que sea generada por la tensión Va desfasada 30º, teniendo en cuenta la secuencia de fases especificada (ABC). 4. ¿Qué implicancia tiene el desfasaje de las tensiones sobre la carga? Los equipos trifásicos operando con tensiones desbalanceadas generalmente funcionan en forma inadecuada, pudiendo sufrir daños y reducción de su vida útil. Cuando con estas tensiones desequilibradas se alimentan motores de inducción trifásicos, éstos producen las siguientes potencias de pérdidas disipadas: Un desequilibrio de 2% en la tensión hace que las corrientes tengan un desbalance de 17%,el cual causará una elevación de temperatura de 65ºC (cuando normalmente sería de 40ºC). Así mismo podemos notar que los más perjudicados en este caso son los motores eléctricos, los mismos que en su operación dinámica presentan las siguientes anomalías Surgimiento de corriente de secuencia negativa. Aparecen torques electromagnéticos contrarios al principal, que producen el frenado del motor. Aumento de las perdidas internas. Elevación de temperatura. Reducción de la vida útil. 8. ¿Puede un transformador de 60 Hz ser operado en sistema de 50 Hz? ¿Qué acciones son necesarias para realizar esta operación? Si pretendemos utilizar el transformador en una red con frecuencia inferior (para nuestro caso Transformador de 60 Hz funcionando a 50 Hz) a la que ha sido calculado, manteniendo constante la tensión aplicada. El aumento de inducción provocaría un aumento de las perdidas en el hierro, cuya compensación sería fácil hasta cierto punto, disminuyendo la intensidad de la carga y las pérdidas en el cobre; pero alcanzándose la saturación rápidamente. El valor excesivo de la corriente magnetizante sería imposible de remediar y el cos ϕ resultaría inadmisible. Solo podría aceptarse la disminución de frecuencia acompañada de una reducción proporcional de la tensión, y con ella, de la potencia del transformador. Un transformador de 60 Hz, funcionando a 50 Hz, bajo la misma tensión y carga, tendrá aproximadamente: 115% de las pérdidas originales en el hierro. Aproximadamente el 300% de la corriente magnetizante relativa original. 99% de las pérdidas en el cobre, primitivas. 105% del aumento normal de temperatura. 83% de la tensión previa de corto circuito, relativa. 9. Mencionar ventajas y desventajas. Conexión Delta – Delta (Δ – Δ). Desventaja: No dispone de salida de neutro, tanto en el primario como en el secundario, con la consiguiente limitación de su utilización. Cada bobinado debe soportar la tensión de red (compuesta), con el consiguiente aumento del número de espiras. Ventaja: Los desequilibrios motivados por las cargas secundarias se reparten entre las fases del primario, evitando los desequilibrios de los flujos magnéticos. Cuando han de circular corrientes elevadas, por cada fase sólo circulará 𝐼𝐿 ∕ √3 lo que permitirá disminuir la sección de los conductores. Conexión Estrella – Estrella (Y – Y). Desventaja: Fuertes desequilibrios de tensiones en primario con desequilibrios en la carga secundaria. Con neutro solo en secundario, el desequilibrio de tensiones en primario aún es más acusado. Utilizado generalmente para pequeñas potencias. Ventaja: Posibilidad de acceder al neutro en primario y secundario, permitiendo obtener dos tensiones, muy útil en líneas de distribución, o bien conectarse a tierra como medida de seguridad para las instalaciones. Son más económicos por aplicarse a cada fase una tensión 𝑉𝐿 ∕ √3 y por tanto, disminuye el número de espiras, aunque aumenta la sección de los conductores, por circular la misma corriente de línea 𝐼𝐿 . Este aumento de sección de conductores favorece la resistencia mecánica a los esfuerzos de cortocircuito. Conexión Estrella – Delta (Y – Δ). Desventaja: Sin posibilidad de acceder a un neutro secundario para redes de distribución, por lo cual no podrá tampoco conectarse a una tierra de seguridad. No es aconsejable conectar el neutro del primario a una tierra de protección por dar lugar a la aparición de armónicos perjudiciales. Transformador de uso muy limitado; por ejemplo, como reductor de tensión al final de líneas. Ventaja: Los desequilibrios de las cargas secundarias quedan compensadas en las tres fases del primario. Conexión Delta – Estrella (Δ – Y). Desventaja: Prácticamente no tiene inconvenientes, aunque su utilización ha de ser adecuada a sus características; por ejemplo, muy empleado como elevador al principio de línea y no al final, ya que cada devanado primario ha de soportar la tensión entre fases de la red. Ventaja: Al producirse una asimetría en la carga, no motiva asimetría del flujo, por producirse un reparto entre las tres columnas del primario. Puede distribuirse el neutro en su secundario siendo muy utilizado para redes de distribución con dos tensiones. No se aconseja conectar el neutro a tierra en las líneas de transporte. La posibilidad de tener un neutro accesible, permite ponerlo a tierra con protección de la instalación. Las ventajas anteriores y sus escasos inconvenientes motivan la utilización de este transformador tanto en transporte como en distribución de energía.
