• Author / Uploaded
• Ernesto Morales Carrioni

Citation preview

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

1/ 13

ENCABEZAMIENTO NOMBRE DE LA ASIGNATURA:

LABORATORIO DE MÁQUINA ELECTRICAS 1

CÓDIGO: SEMESTRE: 212L9 2014 / 1 INTENSIDAD HORARIA : 2 HORAS SEMANALES HORARIO : martes 8:30 – 10:30 ING. CARLOS ARTURO SUAREZ LANDAZABAL DOCENTE : CORREO: [email protected] CELULAR: 300-8054264

INTEGRANTES PRACTICA No : 8 FECHA DE LA PRACTICA : marzo/25/2014 NOMBRE DE LA PRACTICA: CONEXION EN PARALELO DE TRANSFORMADORES No. NOMBRE Y APELLIDO IDENTIFICACIÓN 1 Luis Duarte 1143245048 2 Manuel De Piñeres 1045720198 3 Ernesto Morales 1123631901 1140868893 4 Aldair Molina 5

Ailin Presn

1140840792

1. MARCO TEORICO ( EL DE LA GUIA E INVESTIGADO)

Marco teórico de la investigación La conexión de transformadores en paralelo se hace necesaria debido a los incrementos de la demanda que superan la capacidad existente o cuando los requerimientos de confiabilidad y continuidad de operación lo exigen, este es el caso, que si un transformador falla, el otro continuará alimentando la carga sin interrupción. Cuando la demanda de energía se reduce temporalmente, resulta más económico operar un transformador pequeño cerca de su límite de capacidad a plena carga que un transformador mayor a capacidad reducida. Por lo que, cuando le demanda energética es muy fluctuante resulta más provechoso la instalación de dos o más transformadores en paralelo que utilizar un transformador de gran capacidad. En estas condiciones el sistema es más flexible porque tiene la posibilidad de agregar una parte de los transformadores en paralelo cuando sea necesario. Por otra parte el reglamento de servicio de compañías de distribución de energía eléctrica como Eleoccidente, exigen como demanda contratada (cobrada en Bs/KVA) por lo menos el 30% de la capacidad de transformación instalada en la industria y si se están operando los transformadores por debajo de ese nivel de carga, resultará costoso mantener un transformador de gran capacidad subutilizado. Dos transformadores monofásicos operarán en paralelo si se conectan con la misma polaridad. Dos transformadores trifásicos operarán en paralelo si tienen el mismo arreglo en los devanados (por ejemplo, Y-delta), están conectados con la misma polaridad, tienen la misma rotación de fase y su desplazamiento angular es el mismo.

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

2/ 13

Para conectar dos transformadores en paralelo, los diagramas de tensión deben, coincidir. Por supuesto, es necesario que los dos transformadores tengan impedancia, capacidad nominal y frecuencia similares. La división de la corriente de carga, en proporción a las capacidades de KVA de los transformadores en paralelo está determinada por la igualdad de sus voltajes nominales, relación de vueltas en los devanados, porcentaje de impedancias y relaciones de su reactancia a su resistencia. Si estas condiciones no se cumplen, las corrientes de carga no se pueden dividir proporcionalmente en las capacidades nominales de KVA de los transformadores, y puede surgir una diferencia de fase entre las corrientes. Si se cumplen estas condiciones, dos transformadores pueden ser conectados en paralelo de la manera que se muestra en la figura:

No obstante, la conexión de dos transformadores en paralelo puede acarrear una serie de inconvenientes: - En caso de que se produzca un cortocircuito en el bobinado secundario, la potencia de cortocircuito sería el doble y podría causar grandes desperfectos en la instalación. - En caso de sobrecarga en uno de los dos transformadores, se produciría una desconexión total del CT, pudiendo ocasionar graves problemas de suministro. - Existe peligro de accidentes eléctricos, dada la reversibilidad de los transformadores. Conexiones estandarizadas: Para simplificar la conexión de los transformadores en paralelo y evitar la necesidad de pruebas de polaridad, rotación de fase, etc., el ANSI en su norma C 57. 12. 70-1964 (R-1971) uniforma las marcas y la conexión para transformadores de distribución y potencia. Los transformadores marcados según tal norma, pueden operar en paralelo por la simple conexión de terminales numeradas igualmente. Por supuesto, esto es aplicable a los transformadores que tienen características similares como la relación de vueltas, impedancia, desplazamiento angular, etc.

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

3/ 13

En la conexión de transformadores en paralelo, con unidades nuevas o existentes, los factores importantes a considerar son la economía, confiabilidad y continuidad de operación. La operación de transformadores en paralelo puede ser necesaria debido a un incremento de la carga, mayor que la capacidad de los transformadores existentes, por la necesidad de tener disponible la mitad de la capacidad total de los transformadores si falla una unidad o por la necesidad de que el suministro no se interrumpa en caso de que falle un transformador. Los transformadores que operan en paralelo, deben tener la misma relación vectorial, una relación de vueltas aproximadamente igual y una impedancia igual o similar. Si se van a adquirir nuevas unidades para operar en paralelo, se deben indicar los requisitos en las especificaciones. Igualmente, al adquirir un nuevo transformador para operar en paralelo con una unidad existente, la impedancia y la capacidad nominal de KVA de la unidad existente se deben poner en las especificaciones. Es aconsejable mostrar al fabricante el esquema ilustrado en la placa de identificación y el número de serie de la unidad existente. También, se debe indicar si hay la previsión para equipo de enfriamiento en el transformador existente. Es recomendable pedir los diagramas de la placa de identificación para aprobación, con la impedancia de diseño indicada. La impedancia real probada se debe grabar sobre la placa metálica de identificación. La revisión de estos dibujos asegurará la comprobación final, necesaria para la operación apropiada de los transformadores en paralelo.

Marco teórico de la guía

La conexión en paralelo de transformadores es una acción que en oportunidades es necesario realizar, especialmente cuando se necesita incrementar la potencia suministrada a una carga. En estos casos es importante tener presente algunos parámetros como son: U, I, fasores de tensión y corriente (n° complejo) U, I, valores eficaces de tensión y corriente (n° real) Z, impedancia (n° complejo) a relación de transformación (n° real)

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

4/ 13

Es de gran importancia tener pleno conocimiento de cada uno de los transformadores para poder realizar su acoplamiento de funcionamiento en paralelo. En el caso de transformadores monofásicos se debe tener presente el concepto de polaridad y para acoplar transformadores trifásicos, valen las mismas consideraciones que se realizan para transformadores monofásicos, más las restricciones referentes al grupo de conexión de transformadores trifásicos. A fin de realizar un análisis general se suponen los transformadores de distinta potencia nominal, con su relación de transformación e impedancia porcentual de cortocircuito. Para poder evaluar la corriente que circula por cada transformador se considerará primero los transformadores sin carga, obteniendo la tensión en vacío en bornes del secundario y la corriente de circulación entre transformadores a causa de la diferencia entre las relaciones de transformación. De igual forma es necesario analizar el comportamiento del paralelo en vacío y se debe realizar el estudio de la corriente circulante entre los dos transformadores. Para que ambos transformadores tomen su corriente nominal simultáneamente deben cumplir unas exigencias de potencia nominal y de impedancia de corto circuito en cada uno de ellos tomados en sus propias bases para los equipos a conectar en paralelo El correcto funcionamiento en paralelo de transformadores implica los siguientes puntos básicos:  Conexión correcto de sus terminales (correspondencia entre bornes homólogos)  La pertenencia al mismo grupo de conexión (transformadores trifásicos)  El aprovechamiento total de sus capacidades nominales.  Ausencia de corriente de circulación, es decir los transformadores deben poseer relaciones iguales o con la mínima diferencia  Los transformadores deben alcanzar su potencia nominal simultáneamente, para lo cual sus valores relativos de impedancia de cortocircuito (tomadas en la base propia) deben ser iguales.

2. 2. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. 

Estudiar y analizar el comportamiento de transformadores funcionando conectados en paralelo por el secundario.

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

5/ 13

3. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS con todos los datos técnicos. Los materiales utilizados en la práctica son:  Dos Transformadores monofásico 200 VA, 110V/55v, S=200 VA, Ref: 4039, Ref: 4036 en el lado primario 115 y 57.5 en el secundario, relación de trasformación 2:1 Los dos transformadores debían tener las mismas características para poder ser conectados en paralelo.



Multímetro FLUKE 179 TRUE RMS

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

6/ 13



Fuente DC/AC PaekTech 2235: serial no: 091174615 , input:-115v/230v 50/60hz, fuse:115v/15A 230v/8AF , power:150w+1125w, 0utput: 0-30v/0-5 A adj 5V/3A fired -0250V/4.5A



carga de conexión

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1



PAGINA:

Caja de puentes o caja de conexión

4. ESQUEMA DE CONEXIONES REALIZADAS - IMÁGENES DEL MONTAJE DE LA

7/ 13

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

8/ 13

PRACTICA Con los materiales puestos en la mesa de trabajo y con las indicaciones específicas de la placa del transformador, sabiendo la relación 2:1 (200 VA – 115 V) se realizó la práctica de conexión en paralelo de transformadores. Se armó el circuito con el equipo e instrumentos de medición para realizar la práctica, de conexión en paralelo de transformadores.

Se realizaron dos montajes, el primero de ellos alimentando por el lado de alta y el segundo alimentando por el lado de baja; en ambos montajes se realizaron mediciones en vacío y con carga en el lado de secundario. En cada uno de los ensayos se invirtió la salida para ver lo que pasaba con la intensidad de carga.

Montaje de la práctica:

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

9/ 13

5. 5. DATOS , CALCULOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA (TODAS LAS TABLAS)

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

10/ 13

6.1. Tabla de todos los datos obtenidos

Vn (V) Vs(V) Ic(A) Ie(A)

Lado secundario Homólogos 114.1 V 56.77 V 0.074 A 0.090 A

Lado secundario invertido 98.5 V 0.363 V 0 3.32 A

6.2. Especificaciones de equipos e instrumentos utilizados. Para este laboratorio de máquinas 1 sobre el tema conexión en paralelo de los transformadores se utilizaron los siguientes instrumentos:   



Dos Transformador monofásico 200 VA, 110V/55v, S=200 VA , Ref: 4039 ,Ref: 4036 Multímetro FLUKE 179 TRUE RMS MULTIMETRE Fuente DC/AC PaekTech 2235: serial no: 091174615 , input:-115v/230v 50/60hz, fuse:115v/15ª 230v/8AF , power:150w+1125w, 0utput: 0-30v/0-5 A adj 5V/3A fired -0250V/4.5A Carga 15 w

 

Caja de puentes o caja de conexión Conectores (caimanes)

6.3. Elabore el diagrama para identificar la conexión realizada en cada caso de acuerdo a los valores tomados en el ítem 6.1. Se realizaron dos montajes, alimentando por el lado de alta en ambos montajes se realizaron mediciones con carga en el lado de secundario. En el segundo montaje se invirtió la salida para ver lo que pasaba con la intensidad de carga.

CASO 1 El primer montaje fue alimentando el transformador por el lado primario y se conectó la carga en el segundario del segundo transformador.

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

11/ 13

conexión en paralelo con polaridad de los bornes homólogos

CASO 2 El segundo montaje fue alimentando el transformador por el lado primario y se conectó la carga en el Lado secundario con la polaridad invertida del segundo transformador.

conexión en paralelo con polaridad en el lado secundario invertida

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

12/ 13

6.4. Haga un análisis de los resultados obtenidos en cada caso y saque sus propias conclusiones Los datos obtenidos fueron satisfactorios para Analizar el comportamiento de dos transformadores funcionando conectados en paralelo por el secundario y conectado una carga y como resultado los voltajes de entrada y de salida varia con respecto a la relación con el lado del secundario invertido se analizo que el voltaje de salida fue mínimo y la corriente en la carga fue 0, por eso en la carga se analizó que la lámpara no alumbro por su mínimo voltaje y corriente.

6.5. Comentarios técnicos sobre esta práctica Para realizar esta prueba se tuvieron muchos aspectos importantes en cuenta entre estos se pueden mencionar los siguientes:     

Tener precaución en la manipulación de los instrumentos de medida. Seguir las recomendaciones de seguridad dadas por el ingeniero a cargo de instruirnos en esta práctica. Tener en cuenta la conexión de los transformadores y los parámetros que se deben cumplir. consultar e investigar sobre el tema objetivo de esta práctica, de acuerdo a los lineamientos definidos en la presente guía. Verificar que los datos o valores tomados son los necesarios para realizar un informe correcto.

6. ESTUDIO – INFORME Y RESPUESTAS AL CUESTIONARIO DE LA PRACTICA 7.1. Cuál sería el objetivo de conectar en paralelo los secundarios de dos transformadores? Cuando se excede la demanda de la carga o se está a punto de exceder la capacidad de un transformador ya en operación. Al conectar transformadores en paralelo, los transformadores se repartirán la carga con el mismo factor de carga. La conexión de transformadores en paralelo se hace necesaria por los incrementos de la demanda y cuando los requerimientos de confiabilidad y continuidad de operación lo exigen, este es el caso, que si un transformador falla, el otro continuará alimentando la carga sin interrupción. 7.2. Existe una forma alterna de lograr el mismo objetivo pero más eficientemente? Explique su respuesta. Se recomienda reducir las pérdidas en el hierro y en el cobre para poder lograr mayor eficiencia. O bien agregar un nuevo transformador y así obtener un banco de transformadores monofásicos, para que estos se repartan la demanda de carga.

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

13/ 13

7.3. Analice los resultados obtenidos y haga una relación con la teoría existente para este caso. Dos o más transformadores se pueden conectar en paralelo si poseen las mismas características: 1º) Las tensiones secundarias deben estar en fase. 2º) Las relaciones de transformación deben ser iguales. 3º) Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales. 4º) Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ángulo de fase. 5°) Igual polaridad, en los transformadores monofásicos. Y deberán tener:  Conexión correcta de sus terminales (correspondencia entre bornes homólogos)  La pertenencia al mismo grupo de conexión (transformadores trifásicos)  El aprovechamiento total de sus capacidades nominales.  Ausencia de corriente de circulación, es decir los transformadores deben poseer relaciones iguales o con la mínima diferencia

 Los transformadores deben alcanzar su potencia nominal simultáneamente, para lo cual sus valores relativos de impedancia de cortocircuito (tomadas en la base propia) deben ser iguales. 7.4. Con base en los valores de las mediciones obtenidas en su práctica, a la consulta realizada previamente, y a la comparación realizada defina unas conclusiones para su experiencia desarrollada en esta práctica. En conclusión con lo ya analizado y explicado en el ítem 6.4 Conexión de transformadores en paralelo En ciertas ocasiones, se hace necesario el montaje de dos transformadores en un CT. Este hecho puede venir motivado por ciertas circunstancias, aunque la más usual es la necesidad de abastecer a una gran cantidad de usuarios, tal que, un transformador quedaría pequeño para tal demanda. En estos casos se pueden instalar dos transformadores en paralelo dando por resultado la suma de la potencia nominal de ambos. 7.5. En un resumen técnico y corto defina que puede ocurrir si al tener en paralelo por el secundario dos transformadores, uno de los transformadores presenta una falla operativa. Sea claro en sus respuestas. El estar dos transformadores en paralelo, ellos se repartirán la demanda de la carga, y si uno de ellos falla, la carga total caerá sobre el transformador que aún sigue en funcionamiento, y si esta carga supera la capacidad del transformador en funcionamiento, se encontrara en sobrecarga. Por lo tanto será necesario tener un transformador monofásico de repuesto en caso de falla.

UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

PAGINA:

14/ 13

7. CONCLUSIONES

   

Al conectar transformadores en paralelo, se podrá suplir una mayor demanda de carga, ya que los transformadores se repartirán dicha demanda. Al conectar de manera invertida el lado secundario de los transformadores en paralelo, se observa mayor intensidad de entrada y 0 en la carga utilizada (bombillo de 15 W). Los transformadores que se conecten en paralelo, deberán tener las mismas características y datos de placa. O preferiblemente comprarlos simultáneamente al mismo fabricante. En el caso de transformadores monofásicos, se debe tener en cuenta que la polaridad deberá ser la mismas (en el caso de la práctica realizada, los transformadores tiene polaridad aditiva o sustractiva).

8. BIBLIOGRAFIA UTILIZADA CHAPMAN, Stephen. Máquinas eléctricas. 4° edición. México D.F. McGraw-Hill. 2005.

KOSOW, Irving. Maquinas eléctricas y transformadores. 2° edición. México D.F. PretinceHall Hispanoamérica, S.A. 1993.

Jesús Fraile Mora, Máquinas Eléctricas, Sexta Edición http://www.tuveras.com/transformador/transformador_ensayos.htm#comienzo