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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS INFORME Nº 2

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INDICE TRANSFORMADOR TRIFÁSICO ...................................................................................................................... 2 1.

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 2

2.

DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................................................................... 7

3.

VENTAJAS Y DEVENTAJAS DE LA CONEXIÓN (D-A) ............................................................................... 8

4.

CANTIDAD DE MANZANOS QUE ABARCA............................................................................................. 9

5.

CANTIDAD DE POSTES: ....................................................................................................................... 10

6.

CANTIDAD DE SECCIONADORES ........................................................................................................ 10

8.

CÁLCULOS ........................................................................................................................................... 12

9.

EVALUACIÓN DE COSTOS ................................................................................................................... 13

9.1. 9.1.1. 10.

PRECIO DEL TRANSFORMADOR...................................................................................................... 13 PRECIO DE ACCESORIOS.......................................................................................................... 14 ANEXOS........................................................................................................................................... 15

10.1.

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES DEL TRANSFORMADOR................................................... 15

10.2.

PLANO DE UN TRANSFORMADOR .............................................................................................. 17

10.3.

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES DEL POSTE CONCRETO................................................... 18

11.

CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 19

12.

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 19

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TRANSFORMADOR TRIFÁSICO 1. INTRODUCCIÓN Actualmente casi todos los sistemas principales de generación y distribución de potencia en el mundo son trifásicos de CA. Para transformar la corriente alterna trifásica se puede hacer uso de tres transformadores monofásicos. En el sistema trifásico estos tres transformadores deben trabajar como una sola unidad. Es lógico preguntarse si no sería posible unir los tres transformadores monofásicos en un solo artefacto trifásico y con ello conseguir economía de material. Imaginémonos tres transformadores independientes. Uniéndolos en un solo transformador trifásico, dejamos sin modificación aquella parte de los núcleos que llevan los arrollamientos y unimos los demás lados de los tres núcleos en un camino magnético común. Tal sistema magnético puede ser comparado con la conexión en estrella de tres circuitos eléctricos.

Pero en el sistema trifásico con carga uniforme el conductor neutro resulta superfluo; prescindiendo de él, habremos conseguido economía de cobre. En el sistema magnético al conductor neutro corresponde el tronco central común. El flujo en el hierro del transformador puede ser considerado como directamente proporcional a la tensión y atrasado en fase con respecto a la misma en un ángulo casi igual a 90°. En consecuencia, las tres tensiones primarias deben dar lugar a tres flujos de igual amplitud desfasados entre sí 120°. La suma de estos tres flujos en el tronco común es igual a cero, lo que permite suprimirlo. El núcleo simétrico indicado en la figura no se presta a la fabricación y actualmente se lo reemplaza por el indicado en la siguiente figura.

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En el caso de que el transformador trabaje en régimen desequilibrado la suma de los tres flujos no es cero, por lo que este flujo neto deberá establecerse por el aire o la carcasa del transformador. Las formas me comunes de realizar las conexiones de los bobinados de los arrollamientos son: estrella (con o sin neutro), en triángulo y en zig‐zag.

Las distintas conexiones se designan con letras, de acuerdo a la siguiente nomenclatura: Estrella => Y (en el lado de alta tensión); y (en el lado de baja tensión). Triángulo => D (en el lado de alta tensión); d (en el lado de baja tensión). Zig‐zag => Z (en el lado de alta tensión); z (en el lado de baja tensión). Dependiendo de los tipos de conexión, pueden aparecer diferencias de fase entre las tensiones compuestas del primario y secundario. Se denomina grupo al desplazamiento o desfasaje entre las estrellas equivalentes del primario y secundario. En lugar de considerar el valor del desplazamiento en grados se utiliza un número que se obtiene de la siguiente relación: N° Grupo = Desplazamiento angular en grados / 30° Este número debe tenerse en cuenta para conectar en paralelo dos o más transformadores trifásicos, además de la misma relación de transformación, impedancia relativa de cortocircuito, secuencia de fase y frecuencia de diseño. Conexiones de los transformadores Las conexiones básicas de los transformadores trifásicos son: Y‐y; Y‐d; D‐y; D‐d; Y‐z. Vamos a analizar las ventajas e inconvenientes de cada tipo de conexión. CONEXIÓN Y‐y En esta clase de transformadores, las tres fases de ambos bobinados están conectadas en estrella, siendo la tensión de línea √3 veces mayor que la tensión de fase.

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INFORME Nº 2 Aquí también coincide que la relación de transformación: 𝑚=

𝑉𝐿1 𝑉𝐹1 = 𝑉𝐿2 𝑉𝐹2

La conexión estrella – estrella tiene dos problemas graves: - Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas, entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse en forma muy severa. - Los voltajes de tercer armónica pueden ser grandes Estos problemas con la tercera armónica se deben a la no linealidad del circuito magnético del hierro. Dos de las técnicas utilizadas para reducir y hasta anular sus efectos son: - Conectar sólidamente a tierra los neutros es decir el centro de la estrella de ambos bobinados del transformador, especialmente el neutro del lado primario, esta conexión a tierra permite que las componentes de tercer armónica, (secuencia cero), causan un flujo de corriente por el neutro en lugar de acumularse altos voltajes en el transformador.

-

Insertar en el transformador un tercer bobinado, llamado terciario, el cual deberá conectarse en triangulo o delta. Como las componentes de tercer armónica son de secuencia cero se inducen corrientes en el bobinado terciario que anula los efectos perniciosos que ocurren en los restantes bobinados.

Este tipo de transformadores es muy poco utilizado. CONEXIÓN Y‐d En esta clase de transformadores las tres fases del bobinado primario están conectadas en estrella y las del secundario en triángulo. Aquí el voltaje de línea primario está relacionado con el voltaje de fase por: VL1 = √3 VF2, mientras que el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de fase secundario VL1 = VF2, por tanto la relación de voltajes de fase es: m= VF1 / VF2, por lo que la relación general entre voltajes de línea será:

𝑉𝐿1 𝑉𝐹1 = √3 = √3 𝑚 𝑉𝐿2 𝑉𝐹2

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Expresión que indica que la relación de transformación general de la conexión Y–d es √3 veces mayor que la relación de transformación de voltajes de fase o de espiras. Esta conexión no presenta problemas con los componentes de tercer armónica puesto que se consumen en una corriente circulante en el lado conectado en delta o triángulo. Esta conexión también es más estable con respecto a las cargas desequilibradas. Sin embargo presenta como problema que debido a la conexión el voltaje secundario se desplaza 30 grados con respecto al voltaje del primario del transformador. Este hecho del desplazamiento angular puede causar problemas en la puesta en paralelo de los secundarios de los transformadores. Los ángulos de fase de los bobinados del secundario de los transformadores deben ser iguales si se desean conectar en paralelo, por tanto se tiene que poner especial atención en la dirección del desplazamiento de la fase en 30 grados. Según sea la secuencia de fase que se conecta el lado primario la tensión del secundario puede adelantar o atrasar en 30 grados. CONEXIÓN D‐y En esta clase de transformadores, las tres fases del bobinado primario están conectadas en triángulo, mientras que las del bobinado secundario lo están en estrella. Aquí el voltaje de línea primario es igual al voltaje de fase primario, VL1 = VF1, mientras que los voltajes secundarios VL2 = √3 VF2 Por lo tanto VL1 / VL2 = m / √3

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CONEXIÓN D‐d

Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho desequilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados. En esta clase de transformadores tanto el bobinado primario y secundario están conectados en triángulo, resultando las tensiones de línea y de fase iguales, resultando la relación de transformación: 𝑚=

𝑉𝐿1 𝑉𝐹1 = 𝑉𝐿2 𝑉𝐹2

CONEXIÓN Y‐z (Zig‐zag)

Se consigue la conexión zig‐zag descomponiendo cada fase del bobinado secundario en dos mitades, las cuales se colocan en columnas sucesivas del núcleo magnético y arrolladas en sentido inverso, conectando los finales en estrella. Esta conexión se emplea únicamente en el lado de baja tensión. Tiene un buen comportamiento frente a desequilibrios de carga.

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS INFORME Nº 2 2. DESARROLLO DEL PROYECTO

Transformador monofásico: 2 instalados Ubicación: Sucre esquina Camacho Potencia: 2 x 25 KVA delta abierto Puesto del transformador: T072-DA Voltaje : 7200 V

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TRANSFORMADOR

3. VENTAJAS Y DEVENTAJAS DE LA CONEXIÓN (D-A) Ventajas: Menor coste unitario. En la actualidad su precio es del orden de la mitad que el de uno seco de la misma potencia y tensión. – menor nivel de ruido. – menores pérdidas de vacío. – mejor control de funcionamiento. – pueden instalarse a la intemperie. – buen funcionamiento en atmósferas contaminadas. – mayor resistencia a las sobretensiones, y a las sobrecargas prolongadas. Los transformadores en baño de aceite se construyen para todas las potencias y tensiones, pero para potencias y/o tensiones superiores a los de distribución MT/BT para CT, siguen siendo con depósito conservador Desventajas: La principal desventaja, es la relativamente baja temperatura de inflamación del aceite, y por tanto el riesgo de incendio con desprendimiento elevado de humos. Según la norma UNE, el valor mínimo admisible de la temperatura de inflamación del aceite para transformadores, es de 140 ºC. Por este motivo (también por razones medioambientales), debajo de cada transformador, debe disponerse un pozo o depósito colector, de capacidad suficiente para la totalidad del aceite del transformador, a fin de que, en caso de fuga de aceite, por ejemplo, por fisuras o rotura en la caja del transformador, el aceite se colecte y se recoja en dicho depósito.

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4. CANTIDAD DE MANZANOS QUE ABARCA Este transformador abarca 45.1 m con respecto a la calle Camacho y 42.2 m con la calle sucre

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INFORME Nº 2 5. CANTIDAD DE POSTES: Son tres postes de cemento de 10 metros de altura

6. CANTIDAD DE SECCIONADORES La cantidad de seccionadores es Uno por fase, total tres.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS INFORME Nº 2 7. CANTIDAD DE PARARRAYOS

La cantidad de pararrayos es de Uno

Poste de concreto de 10 metros. Clase 5

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INFORME Nº 2 8. CÁLCULOS

Se sabe que en las líneas antes de entrar al transformador tienen un voltaje de:

𝑈1 = 7200 [𝑉]

Por tanto la relación de transformación será: 𝐾=

𝑈1𝑓 𝑈2

7200 𝐾 = √3 224 𝐾 = 18,56 La corriente en el primario será: 𝐾=

𝐼2 𝐼1

𝐼1 =

𝐼2 𝐾

𝐼1 =

30 18,56

𝐼1 = 1,62 [𝐴] La potencia instalada será: 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 = 𝑆𝑛 − (𝐼1 ∗ 𝑈1 ) 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 = 2 ∗ 75 ∗ 103 − (1,62 ∗ 7200) 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 = 150000 − (11664) 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 = 138336 [𝑊] 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 = 138,336 [𝑘𝑊]

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS INFORME Nº 2 9. EVALUACIÓN DE COSTOS

9.1. PRECIO DEL TRANSFORMADOR

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9.1.1. PRECIO DE ACCESORIOS ITEM

CANT

UNID

DESCRIPCION DEL MATERIAL - EQUIPO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

86.5 2 3 3 1 2 4 4 2 3 14 2 10 3 2 18 2

Mts. PZAS PZAS. PZAS. PZA. PZAS. PZAS. PZAS. PZAS. PZAS. PZAS. PZAS. Mts. Pzas. Pzas. Mts. PZAS.

Cable de aluminio Duplex No.4 AWG -1Ais/1des Rack de una via mas aislador Seccionador fusible de 15 KV. Pararrayos de 11 KV. Poste de Concreto de 10 mts. Clase 5 Crucetas de madera de 5 pies 3/4” Balancines p/ Crucetas de madera de 30 ” Pernos Coche p/ Balancin Tirafondos p/Balancin Pernos de 5/8 x 18“ Rosca Final Volandas cuadradas de 5/8 2 x 2 “ Pernos de 5/8 x 16” Cable de Cobre aislado No. 4 para aterramiento Grampas Squision 1/0 a 1/0 Varilla de Copperwell (Completos) 2.4 mts. 3/4” Alambre de Cobre Nro. 6 desnudo Grampas paralelas de 1/0 a Cable Al. Nro. 6

COSTO UNIT. 9 30 620 750 4500 310 40 18 15 40 9 32 19 65 105 25 18 TOTAL =

TOTAL Bs. 778.5 60 1.860 2.250 4.500 620 160 72 30 120 126 64 190 195 210 450 36 11.721,5

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ANEXOS

10.1.

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES DEL TRANSFORMADOR

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PLANO DE UN TRANSFORMADOR

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INFORME Nº 2 10.3.

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CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES DEL POSTE CONCRETO

DESCRIPCION

PRECIO X UNIDAD

Poste de Concreto Pretensado de 10 Mts510 Kg

$461,250

Poste de Concreto Pretensado de 12 Mts510 Kg

$578,284

Poste de Concreto Pretensado de 12 Mts750 Kg

$627,851

Poste de Concreto Pretensado de 12 Mts1050 Kg

$821,946

Poste de Concreto Pretensado de 14 Mts750 Kg

$929,417

Poste de Concreto Pretensado de 14 Mts1050 Kg

$1,435,896

Poste de Concreto Pretensado de 8 Mts-510 Kg

$339,393

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11. CONCLUSIONES Luego de haber hecho los diferentes estudios tanto económicos como el dimensionamiento de los transformadores, sección de cables a utilizar se vio una clara visión de los costos utilizados en la instalación de toda la red eléctrica y de transformadores situados en nuestra ciudad de Oruro, donde podemos decir que se cumplió satisfactoriamente el objetivo trazado. 12.

BIBLIOGRAFÍA  

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Titulo: Electrotecnia General Y Aplicada . Autor: Moller –Wer Editorial Labor S.A Titulo: Circuitos Trifásicos Y Problemas Resueltos Autor: Alfonso Bachiller Soler Sevilla Editorial Universidad Ramón Cano Gonzales, Narciso Moreno Alfonzo Titulo: Fundamentos De Electricidad Autor: Milto n Gussow Editorial Mcgraw – Hill http://www.fccindustrial.com/es/actividades/instalaciones-yhttp://www.procimec.com/electromecanicas/