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• Luigi Fonseca

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I.

OBJETIVO 

II.

Analizar de forma experimental los diferentes métodos de conexión trifásica con transformadores monofásicos y la relación que existen entre las tensiones de linea y de fase en el sistema de conexión trifásica.

MARCO TEÓRICO En las redes de transformación se usan bancos trifásicos o transformadores trifásicos de transformadores monofásicos los cuales se van adecuando progresivamente de acuerdo al aumento de la demanda de la energía eléctrica. Estas conexiones deben hacerse adecuadamente para que cumplan con el objetivo y trabajen en condiciones normales sin falla.

III.

EQUIPO Y/O INSTRUMENTOS A UTILIZAR  

3 transformadores monofásicos de 1kvA 3 VOLTIMETRO AC

  

1 Multimetro 1 Interruptor monofásico tipo cuchilla 30ª Conductores para el circuito

IV.

CUESTIONARIO 1. Presentar cuadros de valores para diferentes métodos de conexión Conexión delta-delta

VL1 VL2

ENTRADA 222.4 V 221V

V1 V2

VL3

227.8 V

V3

SALIDA 111V 115.5 V 116V

Conexión estrella-delta ENTRADA

SALIDA

VL1

225.6 V

V1

68 V

VL2

225.4 V

V2

66.7 V

VL3

225.1 V

V3

67 V

Conexión estrella-estrella ENTRADA

SALIDA

VL1

225.7V

V1

114 V

VL2

226.7 V

V2

115.5 V

VL3

227 V

V3

115 V

Conexión V-V ENTRADA

SALIDA

VL1

225V

V1

115.5 V

VL2

225.4 V

V2

114.5 V

VL3

225.2 V

V3

115V

2. Hacer un fundamento teórico del procedimiento propuesto. De acuerdo a la estructura del núcleo del transformador trifásico, las más empleadas son las siguientes: 



Transformador con sistemas magnéticos acoplados, que es denominado como transformador de tres columnas o núcleo trifásico, que tiene una asimetría en los circuitos magnéticos el que origina que las tres corrientes de excitación no sea iguales y tampoco las terceras armónicas correspondientes(esta asimetría es poco perceptible en la operación en carga). Transformador con sistemas magnéticos independientes, denominado también banco de transformación trifásica a base de transformadores monofásicos o grupo transformador trifásico. En este caso se tiene tres circuitos magnéticos independientes, por lo que las corrientes de excitación serán iguales. Los devanados, tanto primario como secundario, pueden estar acoplados en: estrella (Y,y), triángulo(D,d) o zeta(Z,z). Por convención se adopta la letra mayúscula para indicar la forma de conexión del devanado primario y con letra minúscula, la del devanado secundario. Por lo tanto las combinaciones de conexiones que se obtienen son los siguientes: Dd, Dy, Dz, Yy, Yz, Zd, Zy, Zz, siendo las más empleadas las 6 primeras combinaciones.

3. Hacer diagrama fasorial de las tensiones en la conexión en el primario y secundario del transformador. Conexión delta - delta:

Conexión estrella – delta:

Conexión estrella – estrella Los fasoriales correspondientes son los cuales se ejecutan teniendo en cuenta que cada tensión de fase del lado de baja tensión se corresponde con el de alta tensión, de acuerdo a las polaridades indicadas por las letras correspondientes

4. Analizar teóricamente las tensiones de línea y de fase en el primario y secundario del transformador para diferentes formas de conexión: Conexión Delta-Delta Esta conexión también se denomina triangulo-triangulo, donde la relación de voltajes entre primario y secundario viene dada por:

El voltaje de salida disponible en el secundario es el voltaje de línea del primario por la relación de transformación individual. Las corrientes que circulan por cada "bobina" (fase) son 3 veces menores que las correspondientes de línea. Esto se cumple para primario y secundario. Las corrientes de línea en el secundario son iguales a las del primario por a(o por 1/rt). Observe que se debe respetar las polaridades

Esta conexión no tiene desplazamiento de fase y tiene la ventaja que no tiene problemas con cargas desequilibradas o armónicos, además se puede quitar un transformador para mantenimiento o reparación y queda funcionando con dos transformadores pero como banco trifásico, este tipo de configuración se llama triangulo abierto, delta abierta o configuración en V, en esta configuración entrega voltajes y corriente de fase con las relaciones correctas, pero la capacidad del banco representa el 57.74% (1/v(3)) de la capacidad nominal total disponible con tres transformadores en servicio. Conexión Ye-Ye (Y-Y) La conexión ye-ye o estrella-estrella al igual que la triangulo-triangulo el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de línea primario multiplicado por el inverso de la relación de transformación a (o por rt). Observe como van las polaridades La relación primario a secundario viene dada por:

Los cálculos de los voltajes transformadores

en la salida se hacen como en los monofásicos, tanto para delta-delta

como estrella-estrella. Esta conexión es poco usada debido a las dificultades que presenta:

1. Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas (es lo que comúnmente ocurre), entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente. 2. Los voltajes de terceros armónicos son grandes. Estos problemas son resueltos utilizando estas dos técnicas: - Conectando sólidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial el neutro del devanado primario, esta conexión permite que los componentes aditivos de los terceros armónicos causen un flujo de corriente en el neutro en lugar de acumular grandes voltajes, el neutro también suministra un camino de regreso para cualquier desequilibrio de corriente en la carga. Añadir un tercer devanado conectado en delta al banco de transformadores. Con esta las componentes de voltajes de la tercera armónica en delta se sumaran y causaran un flujo de corriente circulante dentro del devanado. Esto suprime los componentes de voltaje de la tercera armónica de la misma manera que el hacer tierra con los neutros de los transformadores. Conexión delta-Ye (?-Y) conexión triangulo-estrella. También denominado grupo de conexión triangulo-estrella. Donde el voltaje de línea del secundario es igual al voltaje de línea del primario multiplicado por el factor v(3) y el inverso de la relación de transformación.

Conexión Ye-Delta La conexión estrella-delta o estrella-triangulo, se usa generalmente para bajar de un voltaje alto a uno medio o bajo. Una razón de ello es que se tiene un neutro para aterrizar el lado de alto voltaje lo cual es conveniente y tiene grandes ventajas.

La relación de tensiones entre primario y secundario viene dada por:

Esta conexión no presenta problemas con los componentes en sus voltajes de terceros armónicos, puesto que se consume una corriente circulante en el lado de la delta (triangulo). Esta conexión se establece con respecto a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio que se presente. Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje secundario se desplaza 30 con respecto al voltaje primario del transformador. Tipos de núcleo del Transformador trifásico Transformador trifásico de tipo núcleo Transformador trifásico de tipo acorazado

La diferencia de un transformador trifásico de tipo núcleo y de otro de tipo acorazado, está en que en un transformador trifásico de tipo acorazado las tensiones están menos distorsionadas en las salidas de las fases. Lo cual hace mejor al transformador trifásico de tipo acorazado.

Transformadores de tipo poste Tipo convencional de poste: Los transformadores de este tipo constan de núcleo y bobinas montados, de manera segura, en un tanque cargado con aceite; llevan hacia fuera las terminales necesarias que pasan a través de bujes apropiados. Transformador de distribución auto protegido, del tipo poste con capacidad para 25KVA, 12740 Tierra Y/720-120/240 V, elevación de 65° Los bujes de alto voltaje pueden ser dos, pero lo más común es usar un solo buje además de una terminal de tierra en la pared del tanque conectada al extremo de tierra del devanado de alto voltaje para usarse en circuitos de varias tierras. El tipo convencional incluye solo la estructura básica del transformador sin equipo de protección alguna. La protección deseada por sobre voltaje, sobrecarga y cortocircuito se obtiene usando aparta rayos e interrupciones primarias de fusibles montados separadamente en el poste o en la cruceta muy cerca del transformador. La interrupción primaria del fusible proporciona un medio para detectar a simple vista los fusibles quemados en el sistema primario, y sirve también para sacar el transformador de la línea de alto voltaje, ya sea manual, cuando así se desee, o automáticamente en el caso de falla interna de las bobinas. Transformador auto protegido Transformador auto protegido trifásico. Estos transformadores son similares a las unidades monofásicas, con la excepción de que emplea un cortocircuito de tres polos. El cortocircuito está dispuesto de manera que abra los tres polos en caso de una sobrecarga seria o de falla en alguna de las fases. Transformador de distribución auto protegido, del tipo poste con capacidad para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240 V, elevación de 65° Transformador auto protegido para bancos de secundarios. Está en otra variante en la que se proporcionan los transformadores con los dos cortacircuitos secundarios paras seccionar los circuitos de bajo voltaje, confinar la salida de operación únicamente a la sección averiada o sobrecargada y dejar toda la capacidad del transformador disponible para alimentar las secciones restantes. Estos también se hacen para unidades monofásicas y trifásicas.Transformadores de distribución del "tipo estación": estos transformadores tienen, por lo general, capacidad para 250,333 ó 500KVA. Para la distribución a redes de bajo voltaje de c.a. en áreas de alta densidad de carga, hay transformadores de red disponibles en capacidades aún mayores. Transformador de distribución auto protegido, del tipo poste con capacidad para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240 V, elevación de 65°

Sistemas de energía eléctrica de corriente alterna, nunca son monofásicas. Actualmente, se utilizan casi exclusivamente los sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Por esta razinterés el estudio de los transformadores trifásicos. Elementos de una Transformación Trifásica-Trifásica Una transformación trifásica-trifásica consta de un primario, en conexión trifásica equilibrada, que alimenta un sistema trifásico. Para abreviar, a este tipo de transformación le llamaremos simplemente transformación trifásica. Una transformación trifásica puede efectuarse de dos formas: a) mediante tres transformadores monofásicos independientes, unidos entre si en conexión trifásica. b) mediante un solo transformador trifásico que, en cierto modo, reúne a tres transformadores monofásicos. En este caso, la interconexión magnética de los núcleos puede adoptar diversas disposiciones, que examinaremos más adelante. Transformación Trifásica mediante tres Transformadores Monofásicos. Para esta transformación, se utiliza tres transformadores monofásicos de igual relación de transformación. Los primarios se conectan a la red trifásica de donde toman la energía y los secundarios alimentan el sistema trifásico de utilización. Los transformadores son completamente independientes entre si, por lo que los circuitos magnéticos también lo son, no produciéndose, por lo tanto, ninguna interferencia o interacción entre los flujos magnéticos producidos. Cada transformador lleva dos bornes de lata y dos de baja que se conectan entre si de forma que pueda obtenerse la transformación trifásica deseada, para obtener una transformación estrella-estrella, con neutro. El sistema es costoso y las pérdidas en vacío resultan elevadas, a causa de la presencia de tres circuitos magnéticos independientes; desde este punto de vista, es preferible la instalación de un solo transformador trifásico. Sin embargo, en muchas ocasiones pueden resultar más económicos los tres transformadores independientes; por ejemplo, cuando, por razones de seguridad en el servicio es necesario disponer de unidades de reserva: con tres transformadores monofásicos basta otro transformador monofásico, con potencia un tercio de la potencia total, mientras que un transformador trifásico necesitaría otro transformador trifásico de reserva, con potencia igual a la de la unidad instalada. Este sistema de transformación se emplea, sobre todo, en instalaciones de gran potencia, en las cuales, puede resultar determinante el coste de la unidad de reserva.

5. Dar la divergencia de valores teóricos y experimentales, tabulando el error absoluto y relativo porcentual en forma tabulada.

V(voltaje)

Caso IV

V.

I(corriente)

Error

Error

relativo

absoluto

3.1

1.5%

Error relativo 0.3

P(potencia) Error

Error

Error

absoluto

relativo

absoluto

9.97%

118.9

10.34%

CONCLUSIONES  Concluimos que los transformadores trifásicos admiten para una misma relación de transformación distintos tipos de conexión primarias y secundarias y aun para un mismo tipo de conexión primaria y secundaria surgen distintos desplazamientos angulares entre el sistema de tensiones del primario y del secundario  Se ha demostrado experimentalmente que el transformador trifásico se puede remplazar por su circuito equivalente mediante los ensayos de vacío y corto circuito para determinar sus parámetros  El rendimiento de un transformador trifásico se comprueba con los datos del transformador a usar como por ejemplo su potencia en KVA, su tensión de alimentación nominal y su frecuencia.