MAQUINAS ELECTRICAS I

UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA
CARRERA:
INGENIERÍA ELÉCTRICA
CÁTEDRA:
MAQUINAS ELÉCTRICAS I
PROFESOR:
A.T.P.:
Ing. Roberto WULF
Ing. Sergio ROATTA
Ing. Pablo YORNET
CURSO/AÑO:
Q – 3051
2014
GRUPO Nº:
INTEGRANTES
LEGAJO
RESPONSABLES
TRABAJO PRÁCTICO Nº 2
ENSAYOS EN PARALELO, OPOSICION Y DE CALENTAMIENTO
DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS
FECHA DE PRESENTACIÓN
CALIFICACIÓN
1ra
Presentación
OBSERVACIONES:
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 1 de 10
MAQUINAS ELECTRICAS I
TRABAJO PRACTICO Nro. 2
ENSAYOS EN PARALELO, OPOSICION
TRANSFORMADORES MONOFASICOS
Y
DE
CALENTAMIENTO
DE
En este trabajo practico se conocerá como pueden estudiarse experimentalmente las
distintas condiciones y características del funcionamiento del transformador
monofásico cuando este se halla bajo plena carga. En el funcionamiento en paralelo
se verifican con mediciones las condiciones necesarias que debe cumplir el
transformador para que tome la carga acorde a su capacidad. Con esta finalidad se
estudiará primeramente el paralelo de dos transformadores gemelos, luego, dos con
distinta relación de transformación y finamente, dos con distinta impedancia de
cortocircuito.
En el ensayo en oposición se medirán las pérdidas magnéticas y en cortocircuito del
transformador mientras que el mismo funciona bajo plena carga nominal.
Simultáneamente se conocerá la circulación de potencia entre ambas maquinas, así
como las ventajas económicas y técnicas de este método de ensayo.
El ensayo de calentamiento se realizará aplicando directamente la plena carga
nominal de tipo capacitiva al transformador. Se trazará la característica parcial de
calentamiento y, según Normas, se hallarán los parámetros de calentamiento, la
elevación final de temperatura y la constante de tiempo de calentamiento.
La ejecución de los ensayos se realizará de acuerdo a las Normas IRAM 2018, 2099,
F21-04 y 2106.
A - PLAN DE REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS
1.- Ensayo en paralelo de transformadores monofásicos
1.1- Se realizará el ensayo en paralelo de dos transformadores gemelos. Se anotarán
las lecturas de los instrumentos para plena carga nominal del grupo.
1.2- Se realizará al ensayo en paralelo de dos transformadores con distinta relación
de transformación. Se anotarán las lecturas de los instrumentos cuando una de las
unidades toma su plena carga.
1.3- Se realizara el ensayo en paralelo de dos transformadores con distinto valor de
impedancia de cortocircuito expresada en p-u. Se anotarán las lecturas de los
instrumentos cuando una de Ias unidades alcanza su plena carga.
En cada uno de los ensayos anteriores la carga común de los transformadores será
de factor de potencia unitario y se medirán los siguientes valores: diferencia de
tensiones inducidas en el secundario, corrientes internas de circulación en vacío y
además todas las tensiones y corrientes en el primario y secundario.
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 2 de 10
2 - Ensayo en oposición de transformadores monofásicos
2.1- Se conectará el circuito de medición a la fuente del lado primario (vacío) de los
transformadores, respetando la polaridad de tensiones inducidas en el secundario.
Seguidamente se medirán la tensión, corriente y potencia primario las corrientes en
cada uno de los transformadores y las tensiones en el secundario cuando el grupo
está funcionando en vacío.
2.2- Manteniendo la alimentación primaria desconectada, se conecta el circuito de
medición del secundario (cortocircuito), ajustando la tensión reducida de modo de
hacer circular la corriente nominal en los arrollamientos de los transformadores. Se
anotarán los valores de corrientes en cada transformador y los de tensión corriente y
potencia consumidas.
2.3- Se aplicarán simultáneamente las dos fuentes, en el primario y en el secundario.
Del lado de vacío se ajustará la tensión nominal, mientras que en el secundario
deberá establecerse la corriente nominal. Se tomarán las lecturas de todos los
instrumentos, Se tomará otra lectura de los instrumentos invirtiendo la polaridad de la
tensión aplicada en el primario.
3 - Ensayo de calentamiento
3.1- Sobre el transformador a ensayar, se medirán las resistencias de los
arrollamientos primario y secundario a temperatura ambiente, suponiendo que esta es
la de los arrollamientos3.2- Se procederá con el calentamiento del transformador aplicando al mismo la
carga nominal puramente capacitiva. Se deberá explicar otra forma de realizar este
ensayo, por Ej.: el TF en cortocircuito a tensión reducida con I = In + Iad.
La temperatura del transformador se leerá mediante un termómetro
convenientemente colocado. Antes de terminar al ensayo, se medirán nuevamente
las resistencias.
4- Cálculo de la reactancia de dispersión
4.1- Se procederá a medir las dimensiones del núcleo y arrollamientos de una fase
del transformador trifásico.
4.2- Se medirán los valores de Pcc, Ucc e Icc de la misma fase del transformador.
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 3 de 10
B - PROTOCOLO DEL ENSAYO
1) Ensayo en paralelo de transformadores monofásicos
Datos de los transformadores
Tr
A
B
Marca
Potencia
Tensiones
Corrientes
Número
DATOS DE TRANSFORMADORES
TA
TB
TF 3229 (Vb1 - Vb2)
TF 3230 (Va2 - Va1)
R
Z
X
Za = Zb
R
Z
X
2,94
3,88
2,54
U = 0
2,89
3,83
2,51
TA
TB
TF 3229 (Vb1 - Vb2)
TF 3230 (Va - Va2)
R
Z
X
Za <> Zb
R
Z
X
2,94
3,88
2,54
U = 0
1,22
2,21
1,84
TA
TB
TF 3229 (Vb1 - Vb2)
TF 3230 (Vb1 - Vb2)
R
Z
X
Za = Zb
R
Z
X
2,94
3,88
2,54
U <> 0
2,94
3,88
2,54
Circuito de medición
Transformadores
a ensayar
Ta
Ia
A
A
I2
V
LL c
Tb
R
A
Ib
V
LL 1
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 4 de 10
Instrumentos y equipos de control
MAGNITUD
U1
U2a
U2b
ΔU
I2a
I2b
Ic
I
Zadic
Variac
Rcarga
INSTRUMENTO
MARCA
ALCANCE
CLASE NUMERO
Cuadro de valores medidos
CONDICION
Vacío
aa = ab
Za = Zb Carga
aa  ab
Za = Zb
aa = ab
Za  Zb
Vacío
Carga
Vacío
Carga
Llave
abierta
abierta
cerrada
abierta
abierta
cerrada
abierta
abierta
cerrada
U1 (V)
ΔU (V)
U2a (V)
U2b (V)
I2a (A)
---
I2b (A)
-----
I2 (A)
---
---
-----
---
---
-----
---
---
Ic (A)
-----------
---
---
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 5 de 10
-------
2) Ensayo en Oposición
Datos de los transformadores
Trafo
A
B
Marca
Numero
Potencia
Tensiones
Corrientes
Circuito de medición
2Po
LL 1
W
2 Io
Io
A
A
Transformador
a ensayar
AT
BT
V
V
Vn
A
W
A
Io
AT
BT
V
V
2 Ucc
Fuente variable
Instrumentos y equipos de control
Magnitud
U1
2 Io
2 Po
Ia1cc
Ib1cc
2 Ucc
2 Pcc
Icc
Ua2
Ub2
Variac
Variac
Instrumento
Marca
Alcance
Clase
Número
Cuadro de valores medidos
Ensayo 2.1
U1
2 Io
Ensayo 2.2
2 Po
Ua2
Ub2
Icc
2 Ucc
2 Pcc
Ia1cc
Ib1cc
Ensayo 2.3
U1
2 Io
2 Po
Ia1cc
Ib1cc
Icc
2 Ucc
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
2 Pcc
Ua2
Ub2
Página 6 de 10
3) Ensayo de calentamiento
Datos del transformador:
Marca
Potencia
Tensiones
Corrientes
Circuito de medición
I nominal
Transformador
a ensayar
A
U nominal
V
Instrumentos y elementos utilizados:
Magnitud
U1
I1
Temp amb.
Temp. Trafo
Tiempo
C. carga
Rat y Rbt
Instrumento
Marca
Alcance
Clase
Numero
Cuadro de valores medidos
Medición de Resistencias
Resistencia alta tensión
Resistencia baja tensión
En frío
En caliente
Evolución de Temperatura
T
ta
min
t
ºC
θ
ºC
ºC
T: tiempo transcurrido
ta: temperatura ambiente
t: temperatura en arrollamientos
θ: sobreelevación de temperatura
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 7 de 10
4- Determinación de la Xd a partir de las mediciones físicas del Transformador
y uso del Relacionómetro
r2
r3
r1
NUCLEO
BOBINAS
1
3
2
N1
h
N2
NUCLEO
a1
a3
a2
Transformador : datos a determinar en el Laboratorio
a1=
N1=
h =
a2 =
N2 =
Lm =
a3 =
Medición de la relación de transformación y de Xd.
Con el uso del relaciómetro se determinará la relación de transformación de baja y
alta tensión, a partir de espiras conocidas.
Con las mediciones de Pcc, Ucc e Icc se calculo la Xdeq = 0.0729 Ω = x1 + X’2
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 8 de 10
C - REDACCIÓN DEL INFORME
1 - Ensayo en paralelo de transformadores
1.1- Para interpretar las condiciones eléctricas en paralelo se trazará el circuito
equivalente con transformador ideal y aplicando ambas fuentes de alimentación,
marcar las polaridades de tensiones y corrientes y efectuar un breve análisis sobre el
funcionamiento en paralelo.
1.2- Para el ensayo 1.2, con la tensión de diferencia en el secundario y con las
impedancias de cortocircuito dadas, se calculará la corriente de circulación y se
comparará con el valor medido.
1.3- Con los valores medidos en el ensayo 1.2, se construirá el fasorial de tensiones y
corrientes y se discutirá la distribución de la carga común entre ambas unidades en
las condiciones de este ensayo.
1.4- Calcular las corrientes, potencias y factores de potencia da cada transformador y
hacer la comparación con los valores obtenidos en el ensayo.
1.5- Para el ensayo 1.3, construir el fasorial de tensiones y corrientes y discutir la
distribución- de la carga común, destacando el efecto de las distintas impedancias.
1.6- Aplicando el circuito equivalente aproximado para el ensayo 1.3, calcular las
corrientes, potencias y factores de potencia. Efectuar la comparación con los
valores medidos.
2 - Ensayo en oposición
2.1- Con los valores medidos en el ensayo 2.1, calcular la corriente, potencia, factor
de potencia y los parámetros G y B para cada transformador.
2.2- Con los valores medidos en el ensayo 2.2, calcular las pérdidas en el cobre, el
factor de potencia, la impedancia de cortocircuito y sus componentes de resistencia y
reactancia equivalentes.
2.3- En base a los valores medidos en ensayo 2.3, se repetirán los cálculos antes
enunciados para los ensayos 2.1 y 2.2. Hacer un análisis comparativo con los valores
obtenidos en los ensayos.
2.4- Hacer un breve resumen sobre el estado eléctrico y magnético de cada
transformador en el ensayo 2.3 en comparación con el mismo de los ensayos 2.1 y
2.2. Indicar que aplicación podría tener este ensayo.
3 - Ensayo de calentamiento
3.1- Representar gráficamente la elevación de temperatura del transformador en
función del tiempo y aplicando el método gráfico que dan las normas IRAM 2018,
determinar la elevación final de temperatura.
3.2- Determinar gráficamente, en base a la curva obtenida la constante de tiempo de
miento. Usando los parámetros obtenidos escribir la expresión analítica de la
característica térmica.
3.3- Aplicando la curva de calentamiento obtenida en el ensayo calcular la variación
de temperatura en el transformador si se lo somete al siguiente régimen de trabajo:
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 9 de 10
Partiendo del estado frío, 1 hora a plena carga, siguiendo luego con una interrupción
completa de ½ hora y finalizando a continuación con una sobrecarga del 50% durante
½ hora.
Utilizar los valores de pérdidas en el hierro y en el cobre obtenidos en el Trabajo
Práctico Nro. 1.
3,4- Utilizando los valores de resistencias de los arrollamientos en frío y en caliente,
calcular la temperatura de elevación en el transformador durante el periodo de
ensayo y compararla con el valor medido directamente con termómetro.
3.5- Con la elevación de temperatura establecida en al ensayo y con la temperatura
ambiente- te normalizada, se obtiene la temperatura máxima del transformador bajo
carga nominal.
Conociendo la clase de aislación del transformador, opinar si la potencia nominal del
transformador está correctamente fijada.
4- Cálculo de la reactancia de dispersión
A partir de las ecuaciones deducidas para el cálculo de reactancia de dispersión y
con las dimensiones del transformador registradas se determinara las reactancias
de dispersión del transformador.
Se deberá comparar los valores de cálculos dimensiónales y los resultantes de
ensayo de cortocircuito.
T.P.Nº2 - Ensayo en Paralelo, Oposición y de Calentamiento
Página 10 de 10