UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR

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1 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CONEXONES TRFASCAS DE TRANSFORMADORES Hoja Nº 65 Los gruos de conexión: Según las normas EC 76, se utilizan los gruos de conexión indicados en la TABLA 1 ara los transformadores de otencia. Para caracterizar un gruo de conexión se utiliza: en el lado de AT los símbolos D, Y en el lado de BT los símbolos d, y, z y una cifra característica ue indica. el ángulo (obtenido de multilicar esa cifra or 30 ) de retraso de la tensión del lado de BT con resecto a la tensión del lado de AT de la misma fase. Este ángulo de desfasaje uede estar entre 0 y 360. Para la cifra característica 0, las tensiones de una misma fase del lado de AT y BT están en fase. Para la cifra característica 5, el ángulo de desfasaje es 5 x 30 = 150, etc. En la TABLA, ara todos los arrollados se suone igual sentidos de magnetización (igual olaridad). Cómo determinar un gruo de conexión: El fasor de tensión del terminal del lado de AT se lleva en forma de aguja sobre la esfera de un reloj de manera ue esté sobre el número 12. Se lleva luego el fasor corresondiente del lado de BT, el terminal v sobre la esfera, recordando ue el sentido de giro de los fasores de tensión es en sentido ouesto al de la marcha de las agujas de un reloj. Si el fasor v señala el 5, entonces la cifra característica es 5. En la figura 4.24 está mostrada la determinación ara la conexión Dy5. (En una conexión DELTA, el fasor de la tensión v se lleva hacia el centro de la esfera.

2 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CONEXONES TRFASCAS DE TRANSFORMADORES Hoja Nº 66

3 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CARACTERSTCAS DE OPERACÓN DE LOS Hoja Nº 67 TRANSFORMADORES RFASCOS 4.3. Utilización de los diferentes gruos de conexión: En el caso de transformadores de distribución se obtienen en el secundario dos tensiones distintas, cuando en el caso de una conexión en Estrella, se utiliza también el neutro, llevando el neutro hacia afuera. Cargas monofásicas (como el alumbrado y artefactos domésticos.ej.:) se conectan entre una línea y el neutro, donde la tensión es solo 1/ 3 de la tensión entre líneas. Otras cargas monofásicas mayores (Aire Acondicionado, Secadoras, Hornos, se conectan entre líneas. Determinante ara el uso de un gruo de conexión es su comortamiento bajo un desbalance de carga y en esecial, la carga del unto neutro. Fig Carga monofásica entre dos líneas

4 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. USO DE CONEXONES TRFASCAS EN FUNCON DE Hoja Nº 68 CARGAS DESEQULBRADAS Todo transformador debe hallarse tanto en euilibrio eléctrico como magnético; ó sea, ue las tensiones inducidas en los arrollados rimarios deben estar en euilibrio con las tensiones alicadas, y el flujo rincial no debe ser distorsionado or las FMM es de la corrientes de carga (condición de excitación del transformador). En el caso de transformadores monofásicos, este estado de euilibrio se obtiene or sí solo. En el caso de los transformadores olifásicos, ue deben cumlir las condiciones de una conexión determinada, los desbalances de carga ueden ocasionar una distorsión del euilibrio magnético ó eléctrico. Carga monofásica entre dos líneas: Una carga monofásica entre dos líneas según la figura 4.31 no roduce distorsión del euilibrio magnético en conexión alguna: la FMM de las corrientes de carga ara cada ventana se anulan, lo mismo las FMM es de los arrollados de cada columna (desreciando la corriente de excitación). Para simlificar, se ha suuesto las corrientes del rimario y secundario iguales, ó sea; el mismo número de vueltas en el rimario y secundario. Carga del unto neutro: En este caso, los diferentes tios constructivos y gruos de conexión muestran un comortamiento diferente. Sobre la carga del unto neutro, las normas EC dicen lo siguiente: a) Conexión Estrella-Estrella sin arrollado de comensación: 1. En transformadores tio acorazado, de cinco columnas y en bancos de transformadores, se debe evitar la carga del unto neutro. 2. En transformadores trifásicos de tres columnas y en casos donde se exija buena simetría de las tensiones (alumbrado) se ermite una carga del unto neutro con una corriente de hasta 10% n.

5 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. USO DE CONEXONES TRFASCAS EN FUNCON DE Hoja Nº 69 CARGAS DESEQULBRADAS b) Conexión Estrella-Estrella con arrollado terciario de comensación: El neutro ermite carga nominal. Se utiliza esta conexión ara interconectar sistemas. c) Conexión Estrella-Delta, Delta-Estrella: El neutro ermite carga nominal. Se utiliza como transformadores a la salida de los generadores en lantas eléctricas ara elevar la tensión. Esta conexión es igualmente de uso generalizado en distribución a baja tensión. d) Conexión Estrella-ig-zag: El neutro ermite carga nominal. Se utiliza esta conexión en distribución a baja tensión. e) Conexión Delta-Delta: Esta conexión es oular en la industria etrolera. Se emlea igualmente a bordo de grandes buues Oeración en aralelo de transformadores: Para una adecuada y ótima oeración en aralelo de transformadores, se deben cumlir una serie de condiciones. Además de la condición obvia, de ue las tensiones nominales del rimario de los transformadores tienen ue ser igual a la tensión de la red ue los alimenta, se habla de cuatro condiciones ara la oeración en aralelo de transformadores.

6 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. OPERACÓN EN PARALELO DE TRANSFORMADORES Hoja Nº 70 Para obtener estas cuatro condiciones, consideremos dos transformadores y en aralelo. Sus otencias nominales sean S n y S n, las tensiones del secundario en vacío y y sus imedancias de cortocircuito (valores referidos al secundario) y. Si ambos transformadores se conectan en el rimario a la tensión 1, se obtiene ara las tensiones en vacío del secundario. N N α 2 = 1 1 N N α 2 = 1 1 Recorriendo la malla en el circuito de la Fig en el sentido indicado se obtiene: + + = 0

7 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. OPERACÓN EN PARALELO DE TRANSFORMADORES Hoja Nº 71 En el nodo se tiene: + + = 0 De las dos exresiones anteriores se tiene: = = Como se ve, las corrientes se comonen de dos términos. El rimer término es roorcional a la corriente de carga. El segundo término es una corriente indeendiente de la carga y lo llamamos corriente circulatoria circ. Esta corriente origina un aumento de las érdidas en el cobre, or ello se exige = 0. circ De esto se desrenden inmediatamente dos condiciones: ue las tensiones en vacío de los secundarios de los transformadores a conectar en aralelo sean iguales en magnitud y fase. O sea, ue se exige : (1) igual relación de transformación y (2) igual cifra característica del gruo de conexión. Otra condición se obtiene observando el rimer término de las corrientes e. En lo sucesivo se considera cumlida la condición =. Dividiendo ahora las exresiones ara e se obtiene: = (**)

8 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. OPERACÓN EN PARALELO DE TRANSFORMADORES Hoja Nº 72 O sea, las corrientes están en relación inversa a las imedancias. Amliando se obtiene: de donde, = = n / u u n. 3 cc cc n. / 3. n n n n n La relación entre las corrientes es or tanto igual a la relación de las corrientes nominales multilicada or la relación inversa de las tensiones relativas de cortocircuito. Esto uiere decir, ue el transformador con menor tensión relativa de cortocircuito tomará en relación a su caacidad una carga mayor ue el transformador de mayor tensión relativa de cortocircuito. De la conexión en aralelo se obtendrá la caacidad máxima, cuando ara carga creciente, ambos transformadores a la vez alcanzan su caacidad nominal. Con ello se obtiene una tercera condición: (3) u u cc = cc Esta condición, según las normas EC se cumle suficientemente bien, si ambos valores no difieren en más del 10%. Según la exresión (**) las corrientes e están en relación inversa a las imedancias. Como los fasores de las corrientes se suman geométricamente, la carga ótima se obtendrá solo si las corrientes son de igual fase. Esto, junto a la condición (3), lleva a una última condición: (4) u u r = r De dos transformadores del mismo tio de construcción, el de menor caacidad tiene un mayor u r. La condición 4 or lo tanto solo se cumle si las caacidades nominales de los transformadores no difieren demasiado. Dos transformadores, cuya relación de caacidades sea mayor ue 3:1 no deben ser, or lo tanto conectados en aralelo

9 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CORRENTES DE EXCTACÓN EN CONEXONES Hoja Nº 73 TRFASCAS 4.5 Corrientes de excitación en transformadores y conexiones trifásicas: Al determinar la forma de onda de la corriente de excitación de un transformador monofásico hemos visto, ue su onda i = i (ωt) contiene todas las armónicas de orden imar, en esecial la armónica de tercer orden. En consideración a estas armónicas en la corriente de excitación, es necesario examinar el comortamiento de las distintas conexiones trifásicas Primario en Estrella con neutro, Secundario en Estrella: Examinamos rimero este transformador, de uso muy raro, cuyo rimario está conectado en Estrella con el neutro unido con el neutro de la red trifásica y cuyo secundario está conectado en Estrella. amos a considerar en rimer lugar Transformadores con retorno magnético libre ó sea, con un gruo de tres transformadores monofásicos ó un transformador trifásico tio acorazado. En cada fase, se origina una corriente de excitación como la determinada ara un transformador monofásico en 3.1. En vacío, or el neutro circulará así la suma de las corrientes de excitación de las tres fases, en esecial 3 veces la onda de la tercera armónica de una fase. La razón de ello es, ue en todo instante la suma de las ondas de la fundamental y la suma de las armónicas no divisibles or 3, es cero. Por otro lado todas las armónicas divisibles or tres son de igual fase y or tanto se suman. La tensión ue se induce en cada fase, es or tanto senoidal.

10 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CORRENTES DE EXCTACÓN EN CONEXONES Hoja Nº 74 TRFASCAS En el caso de transformadores sin retorno magnético libre, ó sea transformadores trifásicos tio columna, se tienen las mismas condiciones anteriores. Solo es de observar, ue ara el transformador tio columna asimétrico, la corriente de excitación en el arrollado del núcleo central es menor ue en las dos columnas exteriores. Por el neutro circula or tanto la suma de las tres corrientes de excitación Primario en Estrella sin neutro: Si el rimario en Estrella está conectado a una red trifásica sin neutro, entonces no ueden circular las armónicas de la corriente de excitación de orden divisible or tres. Esto se debe a ue auí, la suma de las corrientes de las tres fases es cero en todo instante. Esto se cumle ara la fundamental y la uinta, sétima, etc., armónica; ero no se cumle ara la tercera armónica o las divisibles or tres, ya ue son de igual fase. La corriente de excitación, ara flujo senoidal, como ya se ha visto debe tener una forma de onda como la reresentada en la figura Tal como lo muestra esta figura, hay contenido areciable en esecial de la tercera armónica i 3. Sin embargo, como esta tercera armónica no uede circular, la forma de onda real de la corriente de excitación se obtiene como la diferencia de la corriente i (Fig ), corresondiente al flujo senoidal φ 1 ; y la tercera armónica i 3 ; la corriente real de excitación es entonces (i - i 3 ).

11 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CORRENTES DE EXCTACÓN EN CONEXONES Hoja Nº 75 TRFASCAS A esta corriente corresonde un flujo φ 2 con una forma de onda chata, la cual tiene una gran comonente de tercera armónica. Fig Estas armónicas de tercer orden del flujo tienen igual fase en las tres fases y or ello el mismo sentido en las tres columnas ó núcleos del transformador. En transformadores tio columna, las líneas del flujo (comonente de 3a armónica) solo se ueden cerrar sobre las dos culatas a través del aire ó tanue de aceite; en transformadores con retorno libre, se cierran a través del hierro. De lo anterior se desrende, ue en lugar de las terceras armónicas de igual fase de la corriente de excitación, se originan armónicas de igual fase en los flujos de cada columna y en este caso se habla de una excitación forzada del Transformador. Las armónicas de igual fase de los flujos originan tensiones inducidas de igual fase en las tres fases de orden etc. Como en una conexión Estrella, cada dos fases están conectadas en sentido ouesto, en el secundario de una conexión estrella las armónicas de la tensión de orden se anulan en la tensión entre terminales. En el caso de una conexión en Delta, donde los tres arrollados van conectados en serie el flujo adicional induce corrientes armónicas de orden etc, ue se oonen a la causa ue los origina y anulan así ése flujo adicional.

12 UNERSDAD SMON BOLAR Deartamento de Conversión y Transorte de Energía Sección de Máuinas Eléctricas Prof. E. Daron B. CORRENTES DE EXCTACÓN EN CONEXONES Hoja Nº 76 TRFASCAS Bajo un arrollado terciario ó arrollado de comensación se entiende un arrollado cerrado y disuesto alrededor de todos los núcleos y la cual actúa como el arrollado en Delta descrito antes. Su función no es la de entregar otencia sino la de eliminar el flujo adicional de orden etc. Como se verá más adelante, este arrollado ermite igualmente la carga del unto neutro. En transformadores tio columna, la suma de las corrientes de excitación en todo instante debe ser cero. Ahora se tiene ue la corriente de excitación del núcleo central ( o2 ) es menor ue la de las columnas exteriores ( o1 e o3 ). La corriente residual o en éste caso será anulada or una corriente de fase ouesta y la ue se rearte or igual a las tres fases, de manera ue las tres corrientes de excitación o1, o2 e o3 satisfacen la condición ' + ' + ' o1 o2 o3 = 0 Este flujo adicional induce tensiones en las f ases ue se suman a las tensiones inducidas roducto de las corrientes de excitación o1, o2 e o3.