Mquinas Mquinas Mquinas Mquinas

elctricas Ielctricas Ielctricas Ielctricas I

El transformador

Regulacin de tensinParalelo de transformadores monofsicos

PhD. Maria Teresa Mendoza

Objetivos Especficos

Mquinas elctricas I

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Identifica las partes constructivas y las caractersticas defuncionamiento de las mquinas sncronas y de transformadores.

Realiza pruebas e interpreta los resultados a mquinas sncronas ytransformadores.

Evala el rendimiento de la operacin de las mquinas sncronas y de transformadores.

Interpreta y realiza el conexionado de esquemas elctricos para la instalacin o ensayo de mquinas sncronas y transformadores.

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Tensin de cortocircuito

Tensin que es necesario aplicar al primario de un transformador, quetiene el secundario en cortocircuito, para que por l circule la intensidadnominal.

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Impedancia, resistencia e inductancia de

corto circuito

Las expresiones que dan estas magnitudes son:

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Intensidad mxima de cortocircuito

La corriente de cortocircuito se puede reducir aumentando la reactanciainterior. Sin embargo, est da un aumento en la Ucc y esto es uninconveniente en el funcionamiento normal del transformador.

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Factor de potencia en cortocircuito

Su valor suele ser bajo, pero no tan bajo como el factor de potencia envaco.

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Cada de tensin activa y reactiva

En los transformadores trifsicos las tensiones de cortocircuito suelenser aproximadamente.

8Regulacin de voltaje

Se debe poder controlar los niveles de tensin para que el suministro que llega hasta los usuarios tenga unas tensiones adecuadas.

Margen de regulacin => 3%Vn

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En general, una RV debe ser tanpequea como sea posible. Mas, a vecesse utiliza transformadores de altaimpedancia y alta RV para reducir lascorrientes de falla.

Aplicando la ley de voltajes, el voltaje en el primario puede ser hallado a partir de:

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Regulacin de tensin

Debido a la impedancia interna del transformador ocurrencadas de tensin en su interior. Como tal la tensin desalida de un transformador en carga es diferente de latensin de salida de un transformador en vaco.

Regulacin de tensin

La regulacin de tensin depende, de:

-La magnitud de las impedancias.-El ngulo fase de la corriente que circula por el transformador.

A pesar de constituir una prdidas, la reactancia serie esnecesaria para limitar las corrientes de falta. Sin embargo, unvalor elevado causa problemas de regulacin de tensin. 10

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Regulacin de tensin

Graficando la variacin de tensin, observase que a medida que elf.d.p. se hace ms inductivo la VR empeora (mayor cada de tensin).

Operacin de transformadores en

paralelo

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Operacin de transformadores en paralelo

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Dos transformadores operan en paralelo, cuando reciben energa de una misma lnea, entregndola a una carga comn.

Un aumento de la demanda supone elevar la potencia de lostransformadores y en algunos casos sobrecargar el transformador, loque contribuye a un acortamiento de la vida til.

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Ventajas de conectar en paralelo

Frente a la falla de una unidad se puede operar con la otra.

Es mas econmico agregar una unidad a la ya existente que poner una de

mayor tamao.

Si la demanda es muy variable y se dispone de varias unidades, se las

puede ir agregando a medida que la carga lo exige.

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Desventajas de conectar en paralelo

La instalacin de varias unidades es mas costosa.

Su operacin es mas compleja.

Ocupa mas espacio que solo una unidad.

Ante la falla de una de ellas, es necesario instalar el equipamiento de

maniobra y proteccin adecuado.

Agregar un transformador en paralelo a uno ya existente, DEBE SERESTUDIADO CUIDADOSAMENTE.

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Aumento de la intensidad de cortocircuito Aumento del costo de aparellaje elctrico

Desventajas de conectar en paralelo

En la prctica situaciones de emergencia o desconocimiento tcnicointroducen complejidad en esta aplicacin. Como:- Prdida de datos de las unidades- Instalaciones inadecuadas que introducen altas impedancias- Paralelo de unidades con regulacin bajo carga, donde influye la

estrategia de control.

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Condiciones para la puesta en paralelo

Tensiones secundarias deben estar en fase.

Las relaciones de transformacin deben ser iguales.

Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales.

Las impedancias de cortocircuito en el tap nominal y taps extremos en

caso la regulacin exceda 5%.

Sine cua non => sino se cumple no sepuede hacer elparalelo

La potencia de los transformadores deben ser prximas, si hay muchadiferencia, salvo caso muy especial, seguramente no resultareconmico hacer el paralelo.

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Condiciones para la puesta en paralelo

En la prctica dos son las estrategias de control ms usadas para la puesta en

paralelo de transformadores.

- Maestro-seguidor (master-follower)

- Corriente circulante

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Recomendable para transformadorescon iguales caractersticas tcnicas.

Se calcula la corriente circulante y seminimiza a travs de ajustesespecficos de los conmutadores.

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Operacin de transformadores en paralelo

PolaridadIdentifica terminales de la misma polaridad instantnea. Para facilitar laidentificacin de polaridad se utiliza la simbologa de punto.

Condicin obligatoria

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Coincidencia de fase de las tensiones secundariasCondicin imprescindible, si no se cumple equivale a hacer uncortocircuito.

Verificacin de la coincidencia de fase

Al cerrar el interruptor no debecircular corriente, o que lo haga enuna forma no peligrosa.

Se debe cumplir la primera. Si en lugar de restarse lastensiones, stas se suman, al cerrar el interruptor se produciraun cortocircuito.

(1)

(2)

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Condicin obligatoria

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Reparto de cargasSi se representa cada transformador por su admitancia serie Ye, sepuede calcular la corriente a travs de cada uno de ellos.

Transformadores con igual relacin de transformacin.

Admitancia total Cada de tensin

Corriente del transformador k

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Reparto de cargasSi se representa cada transformador por su admitancia serie Ye, sepuede calcular la corriente a travs de cada uno de ellos.

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Operacin de transformadores en paralelo

Resolviendo estas ecuaciones nos queda:

La potencia aparente de cada transformador es:

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Acoplamiento de transformador de igual Sn, Vcc, rt

Siendo que la mquina tiene igual relacin de transformacin, se verifica:

Caso ideal

InA, InB y InN son las intensidades nominales de cada mquina, por lo tanto:

ndice de carga

Por lo tanto:

Tensin cortockto

Los transformadores trabajan con igual grado decarga.

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Acoplamiento con igual Vcc, rt y distinta Sn

Siendo que el grado de carga es Ii/Ini y ya que la potencia no es

igual, la corriente nominal de estos tampoco lo ser.

Sin embargo, siendo el grado de carga el mismo, la corriente de la

carga ser proporcional al valor de la corriente nominal.

Puesto que la relacin de transformacin y las Vcc son iguales, secumplir.

Por tanto, aunque no circule la misma cantidad de corrientepor cada uno de los transformadores, el grado de carga serel mismo y por tanto se aprovecha toda la capacidad.

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Transformador con igual relacin de transf. y distinta UccCuando las Ucc son distintas, se produce un desaprovechamiento dela potencia nominal, lo que puede significar una importante prdida depotencia.

La cada de tensin en ambos se debe cumplir cuando por ambos transf. Circulan las corrientes nominales.

El producto de la impedancia equivalente por lacorriente nominal son las Ucc.

El transformador que alcanza el mayor nivel de carga es el demenor tensin de cortocircuito.Desaprovechamiento de potencia.

Si disminuye ZccB disminuye IA y por tanto SA.

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Transformador con igual relacin de transf., distinta UccObservase la potencia desaprovechada del Trafo A en funcin de los valoresque se vayan dando a la tensin de cortocircuito del Trafo B 7% y 11%.

Si la tensin de cortocircuito del Trafo B esta entre 11% y 15%, laevolucin de la potencia desaprovechada en el Trafo B, es:

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Acoplamiento de Transformadores con distinta Ucc y rtLa diferencia entre las Ucc provocar un desigual reparto de la carga. Ladiferencia de rt da lugar a la aparicin de una corriente que circula entreambos transformadores (corriente de circulacin).

La aparicin de dicha corriente dependeexclusivamente de la diferencia de Rt. Losfactores que aparecen en el denominadorsolo contribuye a que el valor sea masgrande.

La corriente de circulacincontribuye en el valor de lapotencia no aprovechada.

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Transformador con distinta relacin de transformacin

Considerando una pequea diferencia en la relacin detransformacin, el circuito equivalente debe ser modificado.

Circuito de dos mallas, tres impedancias y una fuente en cada mallas.

La corriente de circulacin se suma altransformador mayor U20, es decir demenor relacin de transformacin y seresta al otro.

Como la corriente de circulacin recorre el circuito de bajaimpedancia de los transformadores, pequeas diferencias puedencausar importantes corrientes.

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Operacin de transformadores en paralelo

Necesidad de relaciones de transformacin muy prximaLa figura abajo nos muestra la corriente circulante entre los transformadores.

Esta corriente no tiene ninguna utilidad y es responsable por unsobrecalentamiento del transformador, pues circula por la resistencia delos devanados disipando potencia por efecto Joule.

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Condiciones lmite de la operacin de transformadores

en paralelo

Los transformadores no deben operar cuando:

El reparto de cargas es tal que uno de ellos esta sobrecargado.

La corriente de circulacin en uno de los transformadores

es mayor a 10%In.

La suma de corriente de circulacin y de la carga supera el valor de la In.

Cuando no se cumple alguna de las condiciones conveniente aparecencorrientes de circulacin y desigualdades en el reparto de cargas. Estodisminuye la eficiencia y reduce la cantidad mxima de potencia.

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Zcc

rt

Problemas

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Para el transformador monofsico tipo TRB 400 de la tabla anexa, calcular:a) Corriente de vaco.b) Si en el ensayo de cortocircuito a corriente nominal la tensin result ser de 24000V, determinar la resistencia y reactancia de cortocircuito del transformador.c) Rendimiento al 80% de carga con un factor de potencia 0,85 inductivo

TRANSFORMADORES MONOFSICOS DE RELACIN 20.000/400 VTipo Potencia

(KVA)Prdidas en vaco ( W)

Prdidas en cortoci. (W)

Corriente de vaco con tensin nominal (%)

TRB10 10 105 360 7,0TRB25 25 145 800 5,1TRB50 50 210 1380 4,3TRB100 100 345 2340 3,0TRB250 250 675 4010 2,0TRB400 400 990 6780 1,8TRB800 800 1660 10200 1,6TRB1000 1000 1950 12100 1,5

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TRB400 400 990 6780 1,8

TRANSFORMADORES MONOFSICOS DE RELACIN 20.000/400 VTipo Potencia

(KVA)Prdidas en vaco ( W)

Prdidas en cortoci. (W)

Corriente de vaco con tensin nominal (%)

S = U1.I1n 400.000 VA = 20.000 V . I1n I1n = 20A

I0 = 0,018.I1n = 0,36 A

U1U1 U2U2

I2=0I2=0

(t) (t)

I0I0A

Tensin y frecuencia nominal

Tensin y frecuencia nominal

Secundario en circuito abiertoSecundario en circuito abierto

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U2=0U2=0

Secundario en cortocircuitoSecundario en cortocircuito

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

U1ccU1cc

I2nI2n

(t) (t)

I1nI1nA W

Tensin primario muy

reducida

Tensin primario muy

reducida

Corriente nominal I1n, I2n

Corriente nominal I1n, I2nU1cc = 24000 V

RccRccXccXcc

I1nI1nU1cc

PCC = 6780 W = Rcc.I1n2 Rcc = = 16,95 6780

400

U1cc = (Rcc+Xcc).I1n24.000 [ = (16,95 + j. Xcc).20 [0

24.000 [ = ( 16,952 + Xcc2) [ . 20 [0

Xcc = 120015/04/2013

=

U2n.I2.cos

U2n.I2.cos + PCu + PFe

= 97,2% = = 0,972

400.800.0,85

400.800.0,85 + 6780 + 990

I2 = C. I2n = 0,8.I2n = 0,8.1000 A = 800 A

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Transformadores en paralelo

Dos transformadores monofsicos de 2300 a 230v, 60Hz tiene potencias nominales de

600 y 400 kva respectivamente, ambos se conectan en paralelo y suministran potencia

a una carga de 1MVA, cos= 0.8 en retraso conectado al lado de baja tensin de los

transformadores.

Los transformadores conectados en paralelo tienen las siguientes caractersticas:

Transformador N 1 R1 = 0.016 X1 = 0.07

Transformador N 2 R2 = 0.025 X2 = 0.06

Si la tensin de alimentacin es 2300v, determine la potencia activa y reactiva que

dara cada transformador.

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P1 = 486.11 kW Q1 = -312.54 kVAP2 = 313.88 kW Q2 = -287.45 kVA

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- Transformadores de potencia, de medida y de proteccin. Enrique

Ras. Ed. Alfaomega Marcombo.

- Mquinas elctricas. Stephen Chapman. Ed. McGraw-Hill.

- Mquinas elctricas rotativas y transformadores. Donald

Richardson. Arthur Caisse. Ed. Prentice-Hall Hispanoamericana.

- Fraile Mora, Jess. Mquinas Elctricas Madrid. McGraw-Hill.2003

- Schneider Electric USA. Loading Considerations When Paralleling

Transformers. Application Guide.2007

- IEEE standard requirements for load tap changers. IEEE Std C57.131-

1995.

Referencias

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