PDF (Capítulo VI: Conexión y operación de transformadores)

96.
CAPITULO VI
vr-l
CONEXION y
1.
DE TRANS?ORMADORES
OPEP~CION
Designación de Terminales
EUROPEO
2•
Alto voltaje
••
Bajo voltaje
••
w.
Hl, H2, ••••• , Hn
u,
Xl, X2, •• c
u, v, w.
•• ,
Xn
V,
I.
POLARIDAD:
Los transformadores monofásicos o bien polifásicos, tie
-
nen marcados los terminales con un sistema patrón
,
que
designa la POLARIDAD dal transformador.
,
•.
Para conectar los arrollamientos del mismo transforma dor en paralelo, o bien para interconectar
009 o
,
Mas -
-
transformadores en paralelo, o bien para conectar trans
ft.rLir.adores monofásicos para transformación polifásica -
de tensiones, es necesario conocer la designación de los
terminalas.
La
transform~dor
marca de polaridad del
recciones relativas instantáneas de la
designa las dicor~iente
en los
terminales del transformador.
Los transformadores en cuanto a la
polarid~d
se dividan
•
•
•
•
97.
en :
a.
POLARIDAD ADITIVA :
significa que los terminales de un mismo lado tianen subindices diferentes (Hl, X2; H2, Xl).
Recordando que los subíndices se escogen de modo que cuando
te
~
Hm
es + con respecto a Hn
simultáneam~
lo será respecto a Xn y las tensiones se su-
mane
,
-
•
)H2
)
H1
,.
J)
,
~I
(
~
()
<+
,
X
I
)
(
Fig. VI-l
,
b.
X
•
POLARIDAD SUSTRACTIVA :
'.
Cuando los temina.les de un mismo lado poseen sub•
,"
indices iguales (HI, Xl; H2, X2), y las tensiones
'f
••
r,
•
·
·,
,1
se restan.
(
H1
(
x1 (
P. ADITIVA : VH y Vx se suman
.c
..
,
H2
P. SUSTRACT: VH y Vx se restan •
(
(
X2
Fig. VI-2
•
••
98.
•
CHEQUEO DE POLAlUOAD :
VI-2
•
Cuando un transfomador no posee designación en sus terminales,
es necesario hacer un chequeo de polaridad.
+ 115 -
e
,
(
A. T.
V
¿
B. T ..
-.
-
o + '12
e
Fig. VI-3
I
Aplicamos a los tenninales de Alta Tensión (Menor Diámetro)
.
aproxL~adamente
115
v: cortocircuitarnos los terminales Alta -
Tensión y BajaTensión correspondientes a un mismo lado y en
los otros dos tenninales colocamos un voltímetro.
-
Se prasen •
Un
l.
dos Casos :
v.
•
•
Laido;> V. Aplicada
•
En este caso el transf. es ADITIVO.
2•
•
VI-3
V. wido
<
V.
Aplicado
En este caso el Transf. es SUSTRACTrvo •
CONEXIONES DE
~NSFORMADORES
MONOFASIOOS :
Lo más común es que estos transfo~adores tengan su primario
•
.
••
99.
y
su secundario dividido en dos :
+
+
ESQUEMA GENR.l\L :
Hl
- H4
a3
Supongamos que su
N:/2 X2
+V2-
+V2-
Xl
L k \! I~ .i
capacidad es.!!.
X4
Fig. V!-4
Se presentan varios casos :
l.
PRIMARIO Y SECUNDARIO EN SERIE :
+
xl ()
X2Q-.Q X3
2 V2
B
b. El secundario: 1
-
() X4
2
=
-----
Fig. vr-5
•
2.
•
Hl
PRIMARIO EN SERIE Y SECUNDARIO EN PARAT.EIO
+
;>
2 V 1
-
H4
Corriente que puede soportar :
H2
X3
B
y
T
a. El primario:
-----
11 =
2Vl
T
Xl
•
X2
+
Xl
V2
B
-
X4
b. El Secundario: 1 2
:;
----V2
Fig. V1-6
.
.
.
100.
3.
PRIMARIO Y SECUNDARIO EN PARALEI.Q :
Se debe tener cuidad::> al conectar en paralelo el primario, ya que si las f.m.m.s se anulan, se presentan COR
-
TOCIRCUI'1'OS, por lo tanto se deben conectar Pares con Pares e nmpares con Impares.
CONEXION CORRECTA
Hl
-
vI
+
H4
(
H3
Hl con H3
y
H2 con H4
xl con X3
y X2 con X4
H2
•
-
~
~A""'.A.A
Corriente que puede soportar:
~
X2
B
I
Xl
VI
-
V2
+
X4
,
Hl
(
B
b. El Secundario: 1 2 =
Fig. VI-7
PRL~IO
----
a. El Primario :
x3
EN PARALELO Y SECUNDARIO EN SERIE :
+
-
VI
(~
corriente que puede soportar:
H2
H3
.oc
A
JI.
~"
A
---
•
•
a. El prl.¡narl.o
:
~
A
:s
Il
= ----
A
VI
T
B
Xl
b
+
b.
X3
X2
2 V2
-
Fig. VI-8
(
X4
~l
secundario: I2 =
---•
•
101.
VI-4
..
CONEXIONES EN PARA LE ID :
•
•
RAZONES :
Continuidad en el servicio :
1.
si
W1a
carga es aUmentada por un solo trans-
formador, una avería en éste significa toda la carqa no alimentada: se prefieren varios transfonnadores alimentando la carga para que
cuando uno de ellos falle o se desconecte por
mantenimiento parte de la carqa continúe alimentada.
2.
Se necesitan menos unidades de reemplazo.
3.
Crecimiento eventual de la carga.
-A.
Cuando los transfo:tlnadores poseen primario en paralelo
y el secundario alimentado cargas independientes.
+
vI
H3
Hl
-
H4
H2
.
...... A .........
-'"
•
X4
xl
Fig. V1:-9
La única condición que debe tenerse en cuenta es que los du~
primarios deben estar
dise~ados
•
para el mismo voltaje •
102.
B.
PRDiARIOS y SE:::UNDARlOS EN PARAIP!O :
Hl
+
vl
-
H3
H2
H4
I
I
..
..
A
-
A
-
...
a
..
xl
•
X4
V2
vI-la
Fig.
Las condicionas necesarias para
efect~ar
esta conexión
•
son :
\
l.
Que los devanados primarios estén diseñadcs para
la misna tensión, al igual que los secundarios.
2.
Las relaciones de transformación deben ser aproxi
-
v--
madamente iguales.
•
3•
u' S
(o
Los secundarios se deben conectar de tal modo que
las tensiones inducidas se Resten en la Malla co
-
mún, ya q'..le si las tensiones se suman, ci=culará
\
una gran corriente.
•
+ El
-
....
'O
+ E2
x
rl
r2
•
•
,
N
'O
X
I
-
:::1
+
E
2
--------------
Zzs.
,
uavandd.
•
I
•
•
Como las Z:; ~ s on de un valor
..
I
•
\
..
103 •
.
I
pequeñO, la I será grande.
Se pueden considerar dos casos :
l~
Relación de Espiras Iguales :
Refiriendo cada transfO%nlador al primario •
•
•
r
+
•
•
VI
•
-
:
1
-
;.
.'"
V2
-
~
•
-
+
~
~
+
VI
•
j>
+
VI
'"r-
Zop2
-
~
~
-
ZOl:)l
-
•
zool
""
Il
,.,
+
+
VI
r
~
ZopI
V1 ....
l
.ro
+
-
VI
1'\
Zop2
,.. ...
...
..,
+
J
V
I2
-
-
,..
"
~
•
Fl.g.
VI-12
Zopl
(1)
•
,
•
•
Zop2
J
,.
104.
..
•
I
Cuando se c onectan en paralelo transfor.!ladores de
idéntica relación de transformación, pero de difeI
rente Z, las corrientes son inversamente propor _
cionales a las Zs.
Si los transformadores tienen las mismas capacidades (B1
= B2 )
carga.
Pero si Bl ;: B2 lo ideal es que el mayor
lo lógico es una repartición de
_
.,. ,
en capacidad tome más carga :
•
Las Is. son proporcionales a
• •
las capacidades
~
---... = --- ,•
Il
Il
=------
---
---- (2)
I2
=
---~--
Vl Inl
••
Il p.u.
V1 In2
~
I 2 p.u •
•
de (1) Y (2)
--- --- = ---- = ---Il
•
Bl
(3)
•
Entonces para que exista
zopl x Bl = Zop2 x B2
r~~~ición
(3)
•
equitativa de carga
•
105 •
=
Zl base
---... --
----- x -------
Bl
_
-~
_c.""J ...... _ _
_ a _ _ ca
x ---
=
B
2
=
-------
Reeluplazando en (3) Bl Y B2 por sus valores se tiene :
----------•
•
--- ---------
-
• • ZopLP.u. = Zop2 p.u.
Para lograr la máxima B del acople en paralelo IT
,
debe
.
ser
. max.una
Zopl
---- L
I
...
...
•
-,
I.,
+
-
•
+
Zc~2
IT
,
V
-
Fig. V1-13.
I
•
.
están en fase
o~-------------------o
•
--es max~a
A
.
Fasorial
cuando Il e 1 2
••
106 •
•
•
"'
11
= ----=»-zopl
--- =
I Zop2
I Zopll
-1
Tan
J
----- =
-----
---------~-~-~-=-~_-._=-~-~-~~- =
Zopl
Tan
-1
------
-----
"AV
= ----.--
Zop2
,
Para que 1
1
e I 2 estén en fase
MAXIMA CAPACIDAD DE LOS DOS
------ = ------
~~SFORMADORES
: B = Bl+B2 :
Ambos transformadores llegarán a su máxima corriente simultáneamente cuando se copan s:.multáneamente.
=
+
r l MAX • T2 J -~~
en fase
-
RESUMEN :
/\ I
i., -
Bl
---B2
En el caso de no
p-r
,.
I
Z2
=
----
:
Zl
c~plirse
"
Copaneose simultáneamenta.
.........----..
,/"
la re13cíón anterior, se
-
•
107.
adicionan Zs., para hacerla cumplir:
Se añade una Z al de
Impedancia o un condensador al
~C.flO=
de mayor Z.
Entonces
Z2 +
Bl
••
------
a~adida
2
----------------Zl + Z añadida 1
=
B2
2.
Z
Para lograr B máxima es necesario que ---- = - -'En caso de no cumplirse, se puede conseguir artificialmente.
2.
Relación de Espiras no EXactamente Iguales
-
NI
----T1
---
LÓgicamente está dife rencia no puede sobre -
pasar Cierto limite, límite que es especificado por
los fabricantes.
----
+
= ----
TI
T2
\
•
•
-
x,
x 100
1-
108.
•
•
-le{iriendo ambos transio%x:tadores al pn.marl.o.
+ -
-V1
-+
Tl
Zopl
Vl
--+-
H3
V1
H4
--
11
1.
.,
•
Zop2
-
-
•
a
-----------
I ,-., 2
-----------
Fig. VI-14
,
Zop2
•
rt
~
Il + I 2
De (3)
(4)
en
I l : It - I2
(3)
(4)
•
(1)
•
(2) = (S)
•
l.I
I
1.
,
-----------------------De
(A)
GJ)
••
------------------------
(B)
-Las ecuaciones
(A) y (B) muestran la corriente de ca-
•
da transformador.
Cuando la relación de transformación
es idéntica al '" a 2 y el término v2(a 2 - al) = o.
Cuando
dicha relación de transformación es diferente
para cada uno de los transformadores, habrá una corrien
-----'
~
-
te circul.ante, entre los dos transformadores, que de pende del valor de al - a 2 y es independiente del va •
•
lor de la corriente de carga, existiendo aún un vacio
(!t '" O).
110.
VI-5.
CONEXIONES POLIFASlCAS DE TRANSFORMAOOP.ES :
ANOTACIONES
I
•
1.
A menos que se diga lo contrario se considerarán los
1
-
transformadores como IDEALES y de polaridad sustractiva.
2.
En los diagrmas, los devanados de un mismo transformador
se dibujarán paralelos.
, - - - - - - - 0 xl
•
•
Hl
X2
,------~X3
,
.-
H2
' - - - - - - - - - 0 X4
Fig. VI-1S
3.
-
Sa empleará el segundo subindice para indicar a que trans
formador pertenece cada tenninal
TI
!
T2
I
H11
XlI
H12
X12
!
I,
I
I
H2l
X21
H22
X22
1!¡
Fig. VI-l6
4.
Los
diagramas fasoriales los empezarzmos con fasores cc-
nacidos.
I
II
•
,'
.
111.
VHm
5.
Hn
siempre en fase con Vxmxn
-
Para sumar o restar fasores siempre se usará el dobe sub
indice.
SISTEMA BIFASICO
••
(29)
:
Por definición un sistema bifásico son 2 tensiones
de igual maqnitud y desfosados 90 o ELECTRICOS.
,
=
IVI
~
V2
Fig.
l.
DOS
a.
vr-17
transfo%madores 1 fb en un sistema 2
Tet::rafilar (4 Hilos)
HU
r--_~Xll
+
•
~
-
X21
H22
H12
+
Fig. VI-la
•
-
x12
C::J-.J
X22
112.
DIAGRAMA FASORIAL :
X2l
H21
VHll H2l::
V 190 0
v.<11 X21::
V
,
l..2:..
Xl1
Hl1
X22
xl2
H22
Hl2
Piq. vt-l9
2.
Trifilar (3 hilos).
Con este sistema se logra u!\
ahorro de cobreo
190~
I
+
V 1900
-
Hll
>
~
"'V
xl!
~
~
> x21
H2l
I
T
~Ü2
H22
T
'"
X2~
x12
I
'\J
+
I .o~ •,
-
vLQ:
I
I
I
Fig. VI-20
- Xll
X21
>
~
~
~
F.22
Hl
X3l
(
x32
(
-
v\.Q: +
Fig. VI-21
X22
X12
I
1
>
113.
..
FASORIAIMENTE :
Xll
XlI
H2I
X2I
X32
x12
X2I
~
X2l
X22
---
HU
..
XII
H22
H12
x12
X22
o:
...Xl
X22
X31
Fig. VI-22
1
VI-6
UN TRANSFORMADOR
l~
EN COm::xION
2~
:
Un transformador monofási-
II
"
Hl
vUL ...
:12
V~
ca no puede utilizarse en
Xl
X2
H3
ninguna transformación PO-
X3
LIT AS ICA, debido a que po-
'"
X4
H4
see un solo circuito magné
-
tico.
Ecuación de la Malla:
(1)
(2)
el) -
Ivl ~
Ivl ~
(2) :
(Fig. VI-la)
=
Il (rl + J.Xdl) +Eind. por
=
I 2 (r2 + J.Xd 2 )
Ivl~-lvl!,==
•
+~nd.
por
~
Mutuo.
~
Mutuo.
(Il- I 2 ) . (r+J(X)d) •
114.
Por la simetria del problema se tiene :
Fiqa VI-23
~
lJL -
V
V
l±. = O
I I ~ -Ir ll~ -oC
r ~-~
Iv
=
IIII-~(r +
V
Il"
[I 1-..
~ -~
Illl-oC
J
]
111
(r
+
JXd)
111
(r +
JXd)
J{X)d)
Definiendo el siguiente A de Zs., tenemos
.,'
z
z=
r+J..(X)d
•
• •
JXd
Ivl
v~=
ez
= ----
r ZI
r
Fig. vr-24.
-
corriente para cualquier -& es solamente limitada por la Z pro
La
pia del devanado, es decir, un cortocircuito enel primario
-
e-
quivale a un cortocircuito en el circuito Shunt.
+
....
rl
Xdl
~
>
~
• ;.
• :-
v1
-
....
'-r-
r
• >
<
~
r2
XC2
+
v2 Fig. VI-25
-
•
115 •
•
Il -
-------------
=
----
Entonces nunca se deben
Zl
colocar vOltajes de ¡i
fase, en un circuito mo
. .." .
nOl:asl.Co.
Si se quiere
Wla
-
transfor:mación 29', con un solo transfo:rmador,
se requiere un núcleo con DOS Ctos. Magnéticos Independientes.
l' 1
H1
H2
H3
-
9) 1
~2
,
J
,..~
.
-
.n X2
S
,...
~
....
H4
"" xl
.J"\
A
X3
x4
•
A
Fig. VI-26.
VI-7
TRANSFORMACIONES TRIFASICAS (~
DEFINICroN :
:
Un sistema 39' son 3 tensiones de igual magnitud
pero desfosadas entre si, 120° Eléctricos
v
1120
0
:
v3
v
w
'1
l-120~2
Fig. VI-27
V2
l2.:= Vl
116.
•
SECUENCIA DE FASE :
Es el orden en que
l~s
tensiones pasan por su máximo positivo.
En nuestro caso la secuencia de fase es VI - V2 - V
3
VI-S.
TRANSFS. TRIFASlCOS O B&'COS DE 3 TRANSFS. MONOFASlCOS
La
transformación de tensiónes trifásicas puede llevarse a ca-
bo por medio de 3 transfs. monofásicos acanooados en "Bancos",
de tal manera que cada fase requiere un transformador por separado, o bien por medio de
~~ transfo~ador 3~,
como una sola
unidad.
,-,
Considerables ventajas son las oue se ganan con el uso de un solo transformador 39', en lugar de J unidades
capacidad total.
l~
de la misma -
Las ventajas son :
l.
Rendimiento incrementado
2.
Tama~o
3.
Peso
4.
Menor costo.
raducido
r~ucido
Una reducción en el espacio es una ventaja, desde el punto de
vista escructural en estaciones generadoras o bien subestacicnes.
Las desventajas
i~cluyen
el mayor costo de las reservas cuando
•
•
••
117 •
•
La
capacidad econérnica es la demandada, usualmente de costo
de reparación mayor cuando ocurre una falla de cortocircuito,
mayor peso y dimensiones mayores para reserva que la unidad
l~
de un banco de transformadores.
Los transformadores
l~
pueden ser indistintamente de Columnas
o Acorazadas, en cambio cuando se emplea un solo transforma dor
A•
•
3~
su núcleo puede ser también de :
COLUMNAS :
l.
Con las culatas en estrellas
2.
Con las culatas en Triánqulo continuo.
3.
Coñ las culatas en Triángulos Bifurcado.
B.
ACORAZADO :
4.
De dobles columnas.
l.
Con los núcleos en estrella
2.
.
,
De eJe canun
3.
Mixtos o de cin o columnas.
Las disposiciones I-1 y 1I-2 son las más empleadas •
•
A-l
Tmu~SF.
DE COLm1NAS CON LAS CULATAS EN ESTRELLA
Se caracteriza por tener reunidas las culatas de una y
otra parte de los núcleos, en conexión magnética en estrella.
La
Fig. VI-28 resume el proceso de generación
para estos transformadores.
•
El esquema a, muestra
3
118.
transformadores
l~
,
independientes, con los núcleos de
un lado próximos entre si.
Por cada uno de estos 3 nú-
cleos centrales, si se mantienen aislados magnéticamen-
•
te unos de otros, circulará elflujo en una fase y entre
los 3 flujos alternos existirán
des~.ses
de 120°.
Si-
unimos magnéticamente los núcleos, en uno solo, circulará en todo momento por éste el flujo resultante.
P2
•
52
eb)
"
P3
••
S3
-
S1
P3
S3
(a)
P1
-
S1
Fig. VI-28
La
¡.-
1-
-=
~~$=
,...
c;~
-,--
,"
1-
.....
:::
(e)
~n = ~
suma algebráica de los valores instantáneos de 3 flu-
jos senoidales desfasados l20 0 es nula, luego,en cuanto
••
unimos las 3 culatas en un solo punto magnético O O' ,
el flujo de la columna central será nulo en todo mcmen-
,
to y podremos suprimirla, tanto vale decir que el flujo
•
en cada una de las columnas Activas que se conservan vuel
-
ve ahora por las otras 2, en lugar de cerrarse por la co
-
lumna central y ello sin pertU=bación
alg~,a,
antes por
•
•
•.
,.
119.
,
el contario, como resultado mismo de la secuencia de las
ondas de flujo, desfasadas en las otras 2.columnas.
De la Fig. (h) se pasa a la Cc), alineando las
aco'Stando hasta reducir a cero l.a 2.
cu~atas
Con ello se pl;'oduce
un ligero desequilibrio de la co:riente magnetizante
•
y
en
las 3 fases, pero conduce a una construcción plana de los
núcleos que es mucho más sencilla.
,/El flujo que circula por las secciones del circuito (~n
en el núcleo y
.1
~y
en las culatas)
es el mismo, ~, que en
!
los transformadores monofá3icos •
La Fig. VI-29 muestra el esquema del transformador
3~
re
sultante, que es el más usado.
A
PI
P2
,
I
SI
S2
A
?'ig. VI-29
La importancia de este ti?Q de construcción es que no per-
mite la circulación de los tareeros armónicos de flujo ,
ya que a l llegar al centro
•
d~
la estrella no encuentran -
120.
•
camino para cerrarse por el hierro
y
han de completar
su circuito a través del aire, quedando prácticamente
reducidos a un valor insignificante.
A.2
CULATAS EN TRZAR:;UI.Q CONTINOO :
Se deriva en principio, de otros 3 monofásicos, como
el que se acaba de estudiar, sin más que transformar -
-
la estrella que forman las culatas en un triángulo, co
mo indica la figura VI-3D (a) •
-
.
P,
-
!h
Fig. VI-30(a).
~n
Fig. VI-30 (b) •
•
121.
Al cambiar así la conexión magnética y dada la simetría
de los circuitos, entre el flujo alterno de una colum na, cuyo valor máxjmo designaremos por
~y,
rama de las culatas
entre IL
lo.
Y la If
~n
Y el de una -
existirá la misma relación que
en un montaje eléctrico en triángu-
Fig. VI-3D (b).
El flujo por fase es el mismo que en el transformador
No obstante la reducción apreciable del volumen de hi&.'"
rro en los puentes superiores e inferiores de los nú cleos, la cantidad total es algo mayor que con la disposición de columnas planas.
El tercer armónico de flujo queda igualmente eliminado,
como en el caso anterior, impidiéndose su aparición en
la onda de r.e.m.
como,en realidad, el montaje propuesto no ofrece ninguna ventaja sensible sobre el transformador de columnas
asimétrica, y es, en cambio de construcción más dificil,
su empleo está totalmente abandonado.
B.l
ACORAZADO CON NUCLEOS EN ESTRELLA :
si en la configuración anterior se reunen la base
de
las columnas en un punto y completamos las restantes
•
,.
122.
culatas por la periferia, resulta un transformador acorazado con
núcl~os
en estrella.
~ig.
VI-3I
•
Fig. VI-3I
Las culatas exteriores quedan en triángulo y cerno en el caso anterior el flujo que circula por ellas son :
~
= ------
~
, siendo
transformadores
l~
~
el flujo en cada uno de los
-
equivalentes.
Es un transformador que por su configuración impide la
circulación de los terceros armónicos.
venient~s
to se
a.2
Presenta incon-
de tipo constructivo y ensamble, por lo tan-
~plea
muy rara vez.
•
ACORAZADO DE EJE COMUN.
Resulta de reunir las culatas de 3 trasniorrnadores ACORAZADOS situados Pon el mismo plano, Fig. VI-32.
El núcleo central está devanado en sentido
con~rario
•
123.
que los extremos, con el objeto de que los flujos tienden a sumarse en cada dos culatas reunidas.
La
resul -
tante de estos flujos stwados geométricamente a l20 0 es
igual, en valor absoluto, a c/u de las ccmponentes.
Con la misma inducción una culata puede ahora conducir
los flujos de 2 fases consecutivas, de donde resulta la
economía de material.
Pi
~
p1
Si
.A
•
s~
ro
~
ro Pa
.
.
P3
Fig. VI-32 ..
Dejan circular fácilmente los terceros armónicos, en fase, del flujo, deformadores da la tensión, a través
los núcleos centrales
y
de
con retorno por las columnas pe-
riféricas.
Se emplea este tipo con relativa frecuencia en las distribuciones, debido a su forma alargada, que presenta la
instalación en recintos subterráneos de di..-nensiones
•
•
•
•
124.
I
reduci:Jas.
V¡-3
CONEXIONES POLIFASlCAS -
(TRIFASICA .., m=FASlCA).
La generación de potencia en gran escala es usualmente 3~
en
tensiones de generación de 13.2 KV. o ligeramente mayores.
La transmisión se lleva a cabo a muy altas tensiones
(44; 66;
l
110; 132; 220; etc •••• KV) y son necesarios, por lo tanto, los
transformadores para elevar las tensiones de los generadores
a la línea de transmi3ión.
En los centros de carga debe redu-
cirse la tensión de transmisión a tensiones de distribución
(6,6; 4,ó; 2,3; :<v) y, en muchos consumidoras, deben reducirse
es~as
tensiones a los de utilización de
~40;
220 ó 110 voltios.
,
La
transfo~ación
polifásica de tensiones
3~
puede llevarse a
cabo ya sea por el uso de bancos de transformadores
l~
.
inter -
conectados o bien por el uso de transformadores poli=ásicos.
53 dispone de varios métodos de transformación de tensiones 3~
a
3~
más elevados o más bajos.
Las conexiones más canunes
:
son :
l.
Delta - Delta
2.
Estrella - Estrella.
•
•
125.
•
Delta - Estrella
4.
Estrella - Delta
5.
Estrella o Delta - Zig-zag
6.
Delta Abierta o en V.
7.
Eseott o TL •
l.
CONEXION DELTA La
DELTA
(A-A)
figura VI-33 muestra la conexión delta-delta de 3
transformadores
l
"
3.
~~
idénticos.
.
El arrollamiento seeun-
dario ab, corresponde al primaro AS; la polaridad de la terminal a es la misma que la de A.
I
C
.
C
la
r AB
B
(b)
(a)
lA
a
b
A
(e)
Fig. Vr-33
como se dijo antes, consideraremos los transformadores
cano
,
s~
.--
fueran ideales; los diagramas vectoriales esta
-
-
rán dibujados para factor de potencia unitario entre I
la tensión y la corriente de fase y con carga equili brada.
1
•
126.
-
Como VI.
Vf
los devanados ceben estar aislados pa-
ra todo el voltaje de linea y como If = (11 (3)
I
L
(para carga equilibrada) se puede reducir el área
cor~uctor
de cada fase.
conexión se emplea para
y altas corrientes.
del
Por esta razón esta clase de
KC~~~OS
VOLTAJES (13.2; 44 KV) .
Presenta el inconveniente de que
solo se consigue un solo voltaje.
cuando se precisa a-
limentar simultáneamenta cargas mixtas de potencia
all~brado,
se puede utilizar la
y
con NEUTRO, ?ig.
DE~TA
vr-34, y así se obtienen tres tdnsiones :
,
c
~.
2.
-v
'.
.
-
••
~¡'lea
V. Linea
400 V.
I
---------2
-
2 0 0 V. ent:e
•
Vl.VO
3.
a
n
j
y neutro.
Vcd - 0.866 VI. - 380 V.
;..-
•I
I
'JJ
Fig. VI-34
Para que la tensión de salida sea senoidal, la corrien•
te magnetizante debe contener la componente de tercera
a.L¡¡¡ónica.
Ya qua las ccmponent:!s de tarcer.:l ar:nónica -
de la corriente de las 3 fases están desplazadas entre
una tercera a rmónica que circulará por la De1tal
I
-
por 3 :< 120°'"" 360 , están todas en f:lse y prcducen
0
~
esta
•
•
127.
componente ayuda a prodocir el flujo senoidal y la ten-
-
sión secundaria será por lo tanto senoidal, no existien
do ni corrientes ni tensiones de tercera armónica.
CONEXION FISlCA
X2I
•
A
Hll
I
e
r
XII
HI3
H12
X23
-
B
X22
a
x12
xl3
b
e
.-00 X21...---<:1X22 ....--QX23
H21
H22
XlI
a
x12
b
x13
c
,
Fig. VI-35.
DESFASE ENTRE PRD-fARIO y SECUNDARIO
Figuras VI-33 (a)
I
(b), Ce).
Diagrama Fasorial del Primario.
Considerando la misma secuencia de fase para primario
y secundario :
)
~~~
,
VCA
y en sentido
contrari~
al de las
)4
••
128.
•
,, .
•
aguJas
del raloj, se tiene
/
I
/
VCA
••
,,le
\
\
I
I
LA = !Aa
,
lCA
-
lB
lBe
rBC
lC
,,
I
I
:a
lCA
lCA
,
- lAB
•
I
·,
•
- IBC
de la Fig. 33 (a)
lAB
- lAB
:11
-
,•
VAB
\
I
\
/
IBC
lB
Fig. Vl-36
IA
- lCA
FASOaIAL DEL SECUNDARIO
le
D1AGR&~
I
I
Vea
I
I
,,
,,
_.-
\
•
la
:01
lah - lea
- 1ab
lea - 1b-=
lb "" Ibe
I
re
::
da la Fig. 33 (b)
- lab
.i
Van
!ab
·I
I
\
I
I
\
I
\
I
\
I
\
1be
lb
- lea
Fig. V1-37
la
Vbe
,
comparande los 2 diagramas fasoriales se puede apreciar
fácilment~,
Que el desfase entre primario y secundario
en este caso es de CERO GRADOS. ,
~ntonces
se tiene
la
conexión Ddo.
F
')
..
129.
Vea
-
la
\
lbe
/
\
\
.,
I
\
-Iab
/
la "" lea
/
Ib = Iab
Iab
Vab
lbe
\
I
\
-
-
Iah
!be
-
lea
Ibe
de la
Fig. VI-33 (e) •
le
:a
/
I
\
Vbe
••
lb
I
\
/
le
Fig. VI-38
comparando este diagrama fasorial con el del primario,
observamos que el desfase es de 180°.
Conexión Dd6.
La conexión Delta-Delta ofrece una ventaja adicional en
~
que puede funcionar la Delta abierta al fallar un trans
-
fO%Il\ador, pero la capacidad disponible se reduce.
2.
CONEXION ESTRELLA - ESTRELLA (y -
Y).
Para esta conexión pueden dibujarse los diagramas VECTO
-
RIALES en 1 (\ mism forma que para li'\ conexión Delta Delta.
La tensión de linea es
-,j3
veces la tensión de
fase, y las dos están desfasadas entre si 30°, y la
IL ::; If.
Los bancos Y
~
Y funcionan con los
Tierra¡ el neutro del
-
la fuente de
pot~cia.
prL~ario
n~utros
conectados a
se conecta al neutro de
Con el neutro aislado, cualquier
desequilibrio en la carga o cualquier carga
l~
conecta-
da a través de un transformador, o bien entre lineas, -
•
130.
causará
un desplazamiento de la posición del neutro
-
eléctrico, quedando las tensiones por fase desequilibra
-
•
das, lo cual se obvia conectar.do el neutro a tierra.
La.
figura VI-39 muestra las condiciones existentes cuan
-
do se aisla el neutro.
La.
f
1
conexión
y
- y
I
(
I
es muy poco usada ya que si se colo-
!
ca el neutro a tierra para eliminar los inconvenientes
I
dal neutro flotantes, las terceras armónicas de la Imag,
producen inter=arencias telefónicas, por lo cual no es
permitido colocar el neutro a tie-""ra
a."l
el primcll'io; pe
-
,
•
ro si no se coloca el neutro no circularán las terceras
armónicas de la Imag. y el flujo se deforma (APIANA)
y
I
toma una tercera armónica.
Esta tercera armónica nos -
I
produce SOBRE TENSIONES hasta del 50% en cada fase tanto
en el primario cerno en el secundario, pudiendose
da~ar
los devanados o aparatos conectados a este sistema.
sin embargo, esta SOBRE TENSION no aparece en las ten-
siones de linea. (a) C. Equil.
(b) C. Desequilibrada.
I
!
j
(a)
(h)
Fig. VI-3'
r
l.
•
131
Para evitar estos inconvenientes se utilizan dos. proce- 1
dimientos :
•
l.
Se coloca un devanado TERCIARIO.
\
Hl
-
11
~
12
.
+
...Ea
+
El
~
~
...
H2
- X2
xl
+
Es
...
~
I3
~
Yl
Y2
Fiq. VI-40
Ecuación vOltiampéricas (T. Ideal).
---- -
---- = ----
En una conexión (Y"'Y), los devanados terciarios se
conectan en Delta.
I
)
cémo resuelve los inconvenientes de esta conexión
el arrollamiento terciario ?
a.
proporciona una corriente de tercera armónica
que anula el flujo de tercera armónica y la
tensión por fase se hace senoidal.
b.
Anula el neutro flotante : Conside=emos
J
I
que
••
132.
se coloca una carga DESBAIANCEADA.
HII
YII
XII
alL/3
2alL/3
alI/3
Y12
IL
Y23
H2n
X2n
alL/3
alL/3
Yl3
•
aIL/3
Hl2
H13
xl3
Xl2
Fig. VI-U.
ECUACIONES :
IX21Xll == IL
IX22X12
=O
IX23x13
:2
lY21yll == lY22Y12
L~11ñ21
O
II.NI
==
IY23Y13 = IY
+ IH12H22 + IHl3H23 = O
= 12.N2
+ I3.N3
IHIIH21.Nl ~ rÁ21xll.N2 + lY21YII.N3
IH12H22.NI • rx22x12.N2 + IY22Y12.N3
IH13H23.NI ~ rx23X13.N2 + IY23YIJ.N3
•
(IHllH21 + IH12H22 + IH13a23) Nl
"
V
CERO
,/
==
+
IL.N2 + ¡Y.N3
o.
N2 + IY.N3
1
+ O. N2 + IY.NJ
•
•
,.
..
133.
I
•
•
• •
-
IL.N2 + 3IY .N3
---¡~..
IL
N2
-- x -3
N3
IY:a -
2
N2
IL.N2
IH11H21:a IL ---- - ------- - --- IL ---~
NI
NI
3NI
3
N2
Entonces:
IL
IH12H22
:a -
m13H2 3 = -
N2
----
X ----
3
NI
IL
N2
N2
---- x ---
NI
3
--.. - - a
NI
1
Entonces al no·- existir f.m.m.s
descanpensadas
no hay descompensación en las fases y por lo tan
-
to no hay NEUTRO FIDTANTE.
I
•
Ejemplo:
Cuando NI = N2 : N3
se tiene:
e
(Fig. VI-41)
2*100
3
10%
•
100
-
3
3
Fig. VI-4 2
•
1
•
•
IL = 100 A.
100
,
••
134.
ESQ~.ATlCAHENTE
le
( y -
C
C
b
la
IB
I
lA
•
a
Vna
vnc:
..
\",
I
lb
b
(b)
a
b
XlI
A
B
O
(e)
F!g. Vi-43.
CONEXlON FIS!CA
lb
a
Vnb
VBN
(a)
•
n
VAN
o
.,
y ).
e
xl3
x12
C
(b)
Hll
Hl2
Hl3
x2n
Xl. n
(e)
(a)
X22
X21
Fig. VI-44
a
b
•
X23
e
•
•
DESFASE ENTRE PRIMrtIO Y SECú"1-TDARIO
De la Fig. VI-43
.¡
I
'/
I
i
'1'
•
I
I
135.
DIAGRAi'1A FASORIAL DEL PRIMARIO
VNB
,I
\
VCN
Fig. VI-45
I
\
\
,,
I
/
IC
VCB
DIAG~~
FASORIAL DE SECUNDARIO
•
Vac
\
Vnc
Vba
,,
Vcb ,. Ven +
vnb
/
I
Van
-
Vnc
Vba "" Vbn + Vna
,,
- Ia
-van +
Vac
, lb
dela Fig. VI-43
(b) •
Vna
Vbn
\
,
I
\
Fig. VI-46
I
\
I
Vcb
comparando los 2 diagramas fasoriales se puede apreciar
que el desfase entre primario y secundario es de cero
gradOS, obteniéndose la conexión YyO •
•
••
136.
comparando los dos diagramas el desfase es
0
de 180 entre primario y secundario (Fig. Vl-47).
obteniéndose la conexión Yy6.
Vcb
•
I \
I
\
lb
Vac ". Van +
. Vcb ". Vcn + Vbn
Vcn
la
Vba .. Vbn +
Vna
\
I
\
I
Fig. VI-.n
\
I
Vnc
3.
Vna
\
I
Vba
•
de la Fig. VI-43(c).
Van
I
vnc
Yac
vbn
CONEXION DELTA -
lc
ESTRELLA (6- Y) :
ES la más utilizada por elevar tensiones, ya que los de-
vanados del secundario solo deben estar aislados para
1/V3' VL.
Siendo por lo tanto la más canún a la sali-
da de las plantas generadores, es decir, al principio de
las lineas de transmisión.
Tiene además, la ventaja ADICIONAL de permitir el neu _
tro en el secundario lo cual conlleva dos ventajas :
l.
Permitir alimentar cargas Mixtas de alumbrado y
Potencia.
2.
Protección de Puesta a Tierra : En realidad ningún sistema está completamente aislado de tierra,
ya que entre los conductos del sistema y tierra
•
,.
137.
I
existe una capacidad, circulando por éstos una corrientes.
VENTAJAS DE LA PUESTA A TIERRA :
•
1-Fig. VI-48
Sea un dispositivo
3~
cualquiera (Fig. VI-48) cuya car-
caza está tirada a tierra :
Entonces el aislamiento debe hacerse para Vfase.
Cuando el devanado está sin neutro a tierra y uno de éstos hace contacto con tierra, las tensiones pasan de
•
vf a VL quemándose los aislamientos.
Esto se obvia ce-
nectando los neutros a tierra, por medio de una protección de puesta a tierra (Fig. VI-49).
•
Cuando ocurre una falla a tierra, circula una gran cerriente de falla, pero sin variación de voltaje, para
evitar los efectos de está gran corriente se coloca un
RELE de puesta a tierra •
•
•
•
•
••
138.
,
/
'"'
~
~
o
O
•
~)
-
.
./
o
o
I
(')
. . .3.....
I
-
~
y
-
o
v
~
Fig. VI-49
"
I
.
La puesta a tierra lo que hace es evitar que un devana-
i
I
do respeto a tierra quede a un voltaje superior de la fase y un sistema
AIS~O
A TIERRA no ofrece ninguna Se
-
guridad a las personas.
Cuando circula una corriente por la
bobL~,
••
superior a
la normal, desconecta el sistema, es decir, trabaja
co
-
•
mo desconectador del sistema, aislando la falla.
Ninguna dificultad aparece observando las corrientes de
tercera armónica, ya que la existencia de una conexión
en Delta permite
una
I
/'
t'rayectoria para estas corrientes.
El desequilibrio en las cargas causa muy pequeño dese-
,
quilibrio de la tensión, ya que el primario del trans form ador está conectado en Delta.
...,..
I
. .
\
,.'.
l'
.
•
1
139.
•
CONEXION ESQUEMATICA :
~
-
(Fig. VI-50)
y
e
IC
bIb
o--.----oC
IC
lB
la
n
lBe
a
a
Vna
•
lA
IC
lb
.. O
IAB
B
Vna
(a)
Ia
(b)
a
CONEXION FISICA :
e
b
x12
Xll
e
B
A
(e)
X13
(b)
Hll
Xln
H13
H12
•
Fig. VI-51
•
X2n
(e)
H2l
H22
X2l
H23
X22
a
b
X23
e
(a)
DESFASE ENTRE PRL.'1ARIO y SECUNDARIO
•
"Be
lA
lBe
IB
\
\
/
/
\
VAB
I
\
- rAB
lAB
l.1\ == IAB - lCA
IB ,., IOC - IAB
IC
- lCA - lEC
de la Fig. VI-50 (a)
lCA
- IBC
\
/
\
Fig. vI-52
I
\
I
\
I
VC
IC
•
140.
DIAGaAMA FASORIAL DEL
SECUND~RIO
Vbc
Ie
\
/
/
\
I
/
\
,
I
,
I
I
VBC
1f
Vab = Van + Vnb
Vbc
I
~
Vbn +
vne
I
Vne
Vea = Ven + Vna
de la Fig. II- 50
Vna
VAB
(b)
.... - ---.,...:--+-~~---.....~---;...
/
\
la
/
I
I
le
Vab
,
\
Fig. VI-53
Vea
,
~
Vnb
VCA
Comparando los 2 diagramas fasoriales se ve que existe
un desfase de - 30° entre tensiones pirmarias y seeunda.
rias, ya que el primario está atrasado al secundario,
.,
obteniéndose un e onex J.on Dyll.
VBC
Vea
Vnb
/
\
I
\
/
\
\
VAB
\
/
¡-
la
Vna
Vab
Vab
= Van
Vbc
:o
Vbn + Vne
Vea
~
Ven + vna
+ Vnb
.
Van
de la Fig. II-: 50 (e)
le
\
,
\
I
I
,
\
Vne
Fig.
I
VI-54
/
/
vbc
comparando la Fig. VI-54 con la Fig. VI-52, se observa
que el primario se adelanta en lSOoal secundario, que
en el reloj corresponde a las 5,
obt~niéndose
la eone-
I
xión denominada DyS.
•
•
I
141.
4.
CONEXION ESTRELLA - DELTA (Y
Ideal para rebajar tensiones.
- A )
En cuanto a los terceros
armónicos se diferencia cuando tiene y cuando no tiene
neutro el primario.
•
Cuando posee neutro, los te...""Ceros
armónicos de la Imag, como están en fase, se suman
en
el punto neutro y circulan hacia la fuente y como en el
caso anterior producen interferencias tefelónicas, por
lo cual no se permite el neutro en este tipo de conexio
-
nes •
•
Cuando no existe neutro, los terceros armónicos de Imag,
no pueden circular hacia la fuente y su suma debe ser CERO (Fig. VI-55).
•
si no
cir~llan
estos terceros armó-
nicos, la onda de flujo se deforma, induciéndose sobretensiones en los devanados.
Este tercer armónico induce tensiones de tercer armónico en los devanados y esas tensiones inducidas (de ter-
•
cer armónico) en el secur.dario se suman en la malla de
la delta, produciendo una f.c.e.m. que anula casi com•
pletarnente el tercer armónico del flujo y tanto el flujo corno las tensiones inducidas vuelven a ser casi Senoidales.
Se asume que los terceros armónicos al no -
poder circula r por el neutro, lo hacen por la delta se
-
cundaria •
•
•
."
142.
una earga desbalaneeada no altera el sistema de tensiones.
Fig. VI-55
CONEXION ESQUE."1A TlCA
lA
C
a.
re
e
la ·
lea
A
Iáh"
la
l b ..
lbe
le
rb
lB
Ibe
le
b
B
(b)
(e)
(a)
Fig. VI-56
X22
CONEXlON FISlCA
A
X23
C
B
(b)
H13
Hll
xll
X12
a
b
X, 11
XU
xl3
e
X13
H2n
(e)
( a)
Fig. V!-57
H21
a
H22
b
H23
e
I
••
143.
DESFASE ENTRE PRIMARIO Y SECUNDARIO
DIAGRAMA FASORIAL DEL PRIMARIO
..... ~C'
......
.....
lB
VAB • VAN
+ VNB
VBN
VEC • VEN
+ VNC
VCA • VCN
+
.....
... ......
... ...VCA
VNA
de la Fig. VI-56 (a)
",
IC
lA
Fig. VI-58
VAB
DIAGRAMA FASORIAL DEL SECUNDARIO
-.,.
VBC
le • lbe - lea
vbc
Ib
I "',
I
' ....
J
I
,. Iab - Ibe
lB
la .. lea
Ibc
-
Iah
de la Fig. VI-56 eb)
la
VCA
lab
IA
lea
Vea
vab
lb
VAB
,
Fig. VI-59
Se observa de la Fig. VI-58 que el secundario está atra
-
sado 30° con relación al primario, pero los fabricantes
dicen que el desfase es de 150 0 obteniéndose la conexión
denc:minada YdS •
•
144.
.
VBC
la
-
"
Iab"
;'
"
Ib
Vbc
a
Iah -
Ibe
la .. lca - Iah
Vca
Ic .. !be - lca
rc
... .....
..... ....
VCA
.....
De la Fiqo VI-56 (c).
I
I
- Ibe
I
- lca
I
I
I
I
lab
.....
......
JJ
VAB
.....
Ib
vab
Fig.
.....
VI-60
Atrasar.do 30" al secUl".dario coincide-con el primario.
bricantes dicen que la conexión tiene un desfase de
Los fa- 30°,
obteniér.dose la conexión Ydll.
5.
CONEX!ON
ES~LIA
- ZlG-ZAG (Y-Z).
Para efectuar este tipo de conexión es necesario que los
secundarios estén divididos en 2 parte9 iguales.
Lo9 3
devanados centrales se conectan en E3trella.
En la conexión Y-Z se desperdicia "COBRE" , puesto que
se necesitan más espiras para determinado voltaje.
Los terceros armónicos de la Dnag o no pueden circular,
¡
I
presentándose un flujo con terceros armónicos y en cada
I
fase se inducen SOBRETENSIONES, pero debido a la inter •
•
,
I
I1
j'
,
••
•
145.
conexión entre mitades de fase, la sobretensión debida
•
a los terceros armónicos se anula entre vivo y Neutro.
No se presentan f.m.m.
DESCOMPENSACA~.
con lo cual
no
se presentan sobretensiones y el neutro no flota.
-
El arrollamiento de cada fase, como se dijo antes, se di
vide en dos arrollamientos iguales y se conectan en se rie las mitades de dos columnas consecutivas uniéncolas
por las terminales homólogas.
La f.e.m. por fase resul-
ta así de la diferencia de dos f.e.m.s. parciales desfasadas 1200
•
El montaje Y-Z se usa cada día más para transf. reductores de distribución, donde el neutro secundario es im
-
prescindible, y la tensión primaria, relativamente alta
con respecto a la potencia, no hace aconsejable la
conexión en triángulo.
Cano elevador carece de importancia y no convendría tampoco, por llevar sobre el mismo núcleo 2 secciones de alta tensión de distinta fase, entre las cuales es preciso
•
establecer un aislamiento suplementario.
El montaje inverso Z-Y, tampoco está justificado la ma yoria de las veces, quedando pues, como única interesante, la conexión ALTA - BAJA, en Y-Z.
146.
CONEXION ESQUEMATlCA
4
A
IA
VAN
lb
¡
b
3
~
a
e
2
b
2
la
le
IC
lb
1
~
lB
2
( a)
4
3
la
le
.
2
o
eb)
a
(e)
e
°Fig. VI-61
e
CONEX!ON FISICA
A
B
3
2
C
4
(b)
3
2
4
1
H12
4
a
b
3
2
H2N
3 0 - - - 1 2 0---1 4
o-~
e
(e)
( a)
1,
1
I
Fig. Vr-62
I
,.
147.
DESFASE ENTRE PRL\{AR!O 'Y SECUNDARIO
Diagrama .Fasorial del Primario
VAB :: VAN + VNB
VCA
vea
~
VBN + VNC
VCA :: veN
+
VNA
VNA
lB
De la Fig. VI-61 (a)
IC
VCN
VBC
VNB
VNC
VAN
.....
....
..... ,
J
VAB
IA
Fig. Vl-63
DIAGRANA FASORIAL DEL SECUNDARIO
I
1I
a
De la Fig. VI-61(b)
/1
./
./
./
./
v13
I
/
= v12
+ V23
/
/
./
./
/
C
1
\
,
\
3
"-
•
I
/
2
./
, ....
\
4
\
.... .....
\
.......
\
......
\
...... ........\
,
b
Fig. VI-64
comparando el diagrama fasoríal del primario y dal secundario, se observa un desfase de po, obteniéndose la
yzQ
148 •
.,
coneXl.on YZ6.
c
I
I \\
I
2
.... ....
\
I
I
I
I
\
"- .....
\
"- ....
\
... .....
\ I
I
.... ....
..... ....
I
/
I
/
/
3
,,-
/
/
/
1,;'
,- ; '
•
4
,- . /
1
b
a
;'
"
Fig. VI-65
VI3 = Vl2 + V23.
-
Comparando este diagrama con el del primario se obtiene
un desfase de 180°, y se tendrá la conexión YZ6.
¡
La principal utilización dal sistema ZIG-ZAG, es como rec
/.
-
tificador 39' (Fig. VI-66), ya que impide que
las canpo-
nentes de corriente directa de la corriente rectificada
•
saturen el núcleo.
•
I
CARGA
I,
Fig. VI-66
I
•
•
~
I