pdf (capítulo vi: conexión y operación de transformadores)
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vr-l
96.
CAPITULO VI
CONEXION y OPEP~CION DE TRANS?ORMADORES
1. Designación de Terminales
Alto voltaje
Bajo voltaje
2 • POLARIDAD:
• •
• •
Hl, H2, ••••• , Hn
Xl, X2, •• c •• , Xn
EUROPEO
u, V, w.
u, v, w.
Los transformadores monofásicos o bien polifásicos, tie -nen marcados los terminales con un sistema patrón que
I .
,
designa la POLARIDAD dal transformador. , • .
Para conectar los arrollamientos del mismo transforma -
dor en paralelo, o bien para interconectar ,
009 o Mas -
transformadores en paralelo, o bien para conectar trans -ft.rLir.adores monofásicos para transformación polifásica -
de tensiones, es necesario conocer la designación de los
terminalas.
La marca de polaridad del transform~dor designa las di-
recciones relativas instantáneas de la cor~iente en los
terminales del transformador.
Los transformadores en cuanto a la polarid~d se dividan •
•
•
,
•
~I
,
I
,
'.
•
," 'f • •
r, •
· ,1 · , ,
•
•
97.
en :
a. POLARIDAD ADITIVA :
significa que los terminales de un mismo lado tia-
nen subindices diferentes (Hl, X2; H2, Xl).
Recordando que los subíndices se escogen de modo -
que cuando Hm es + con respecto a Hn simultáneam~
te ~ lo será respecto a Xn y las tensiones se su-
mane
H - ) )H2 1
J) ,. ( ) ,
( ~ <+ X ) ( X •
Fig. VI-l
b. POLARIDAD SUSTRACTIVA :
Cuando los temina.les de un mismo lado poseen sub-
indices iguales (HI, Xl; H2, X2), y las tensiones
se restan. H 1 ( H2
( .c P. ADITIVA : VH y Vx se suman
.. ( P. SUSTRACT: VH y Vx se restan •
x 1 ( ( X2
Fig. VI-2
VI-2
•
VI-3
••
98.
CHEQUEO DE POLAlUOAD :
Cuando un transfomador no posee designación en sus terminales,
es necesario hacer un chequeo de polaridad.
e + 115 - ,
V
A.
B.
o + '12
Fig.
T. (
T .. ¿
- e
VI-3
Aplicamos a los tenninales de Alta Tensión (Menor Diámetro) .
aproxL~adamente 115 v: cortocircuitarnos los terminales Alta -
Tensión y BajaTensión correspondientes a un mismo lado y en -
los otros dos tenninales colocamos un voltímetro. Se prasen -
Un dos Casos :
l. v. Laido;> V. Aplicada
En este caso el transf. es ADITIVO.
2 • V. wido < V. Aplicado
En este caso el Transf. es SUSTRACTrvo •
CONEXIONES DE ~NSFORMADORES MONOFASIOOS :
Lo más común es que estos transfo~adores tengan su primario
•
•
-.
I
•
• •
• .
•
•
•
•
••
99.
y su secundario dividido en dos :
ESQUEMA GENR.l\L :
Hl
Xl
+
N:/2 X2
+V2-
Fig. V!-4
Se presentan varios casos :
+ -H4
a3
Supongamos que su
capacidad es.!!. L k \! I~ .i
+V2- X4
l. PRIMARIO Y SECUNDARIO EN SERIE :
xl ()
2.
+ X2Q-.Q
2 V2
X3
-Fig. vr-5
b. El secundario: 12 = () X4
PRIMARIO EN SERIE Y SECUNDARIO EN PARAT.EIO
B
-----
Hl ;> + 2 V 1 - H4
Corriente que puede soportar : H2 X3
B - a. El primario: 11 = -----
y T T 2Vl Xl
X2 B
+ V2 - b. El Secundario: 12 :; -----
Xl X4 V2
Fig. V1-6 .
.
.
100.
3. PRIMARIO Y SECUNDARIO EN PARALEI.Q :
Se debe tener cuidad::> al conectar en paralelo el prima-
rio, ya que si las f.m.m.s se anulan, se presentan COR -TOCIRCUI'1'OS, por lo tanto se deben conectar Pares con -
Pares e nmpares con Impares.
CONEXION CORRECTA
Hl H4 + vI - ( Hl con H3 y H2 con H4
H3 xl con X3 y X2 con X4
H2
•
~ - ~A""'.A.A
~ Corriente que puede soportar:
X2 B
x3 a. El Primario : ----VI
Xl + V2 -
I X4 B
b. El Secundario: 1 2 = ---Fig. VI-7
PRL~IO EN PARALELO Y SECUNDARIO EN SERIE :
Hl ( + VI - (~ , corriente que puede soportar:
H2
H3 :s
• • a. El prl.¡narl.o : Il = ----.oc A A ~" JI. A ~ A VI
T
B
X3 X2 b. ~l secundario: I2 = ----
Xl b + 2 V2 - ( X4 •
Fig. VI-8
• 101.
VI-4 CONEXIONES EN PARA LE ID : .. •
• RAZONES : 1. Continuidad en el servicio :
si W1a carga es aUmentada por un solo trans-
formador, una avería en éste significa toda -
la carqa no alimentada: se prefieren varios -
transfonnadores alimentando la carga para que
cuando uno de ellos falle o se desconecte por
mantenimiento parte de la carqa continúe ali-
mentada.
2. Se necesitan menos unidades de reemplazo.
3. Crecimiento eventual de la carga. --
A. Cuando los transfo:tlnadores poseen primario en paralelo
y el secundario alimentado cargas independientes. +
Hl H3 vI -H2 H4
.. -'" ...... A .........
•
xl X4
Fig. V1:-9
La única condición que debe tenerse en cuenta es que los du~
primarios deben estar dise~ados para el mismo voltaje •
•
•
102.
B. PRDiARIOS y SE:::UNDARlOS EN PARAIP!O :
Hl H3
H2
.. .. A A .. -
xl
Fig. vI-la
a ...
V2
H4
X4
+ vl -
Las condicionas necesarias para efect~ar esta conexión
son :
l. Que los devanados primarios estén diseñadcs para
la misna tensión, al igual que los secundarios.
2. Las relaciones de transformación deben ser aproxi -madamente iguales. v-- u' S (o
3 • Los secundarios se deben conectar de tal modo que
las tensiones inducidas se Resten en la Malla co -mún, ya q'..le si las tensiones se suman, ci=culará
una gran corriente.
N + El - .... + E2 - 'O
'O X x :::1 + E
2 rl r2 I - --------------- Zzs. uavandd.
I
Como las Z:; ~ s on de un valor
..
-
•
•
,
•
•
..
I
I
•
\
\
• • ,
•
I • \
.
I
• •
•
1
•
•
,
•
103 •
pequeñO, la I será grande.
Se pueden considerar dos casos :
l~ Relación de Espiras Iguales :
Refiriendo cada transfO%nlador al primario •
r
+ • j> •
VI • ;.
- : ~ + .'" V2
+ VI
~ -~ '"r-
- ~ • ~
zool ""
+ VI
~
ZopI l
+ VI -
• Fl.g. VI-12
•
.ro
1'\
,.,
-
+ VI -
+ r
V 1 ....
-" ~
(1)
,.. ...
...
Zop2 -ZOl:)l -
Il ..,
Zop2 + J
I 2 V
-,..
Zopl Zop2
,.
104.
I Cuando se c onectan en paralelo transfor.!ladores de
idéntica relación de transformación, pero de dife-
rente Z, las corrientes son inversamente propor _
cionales a las Zs.
Si los transformadores tienen las mismas capacida-
des (B1 = B2) lo lógico es una repartición de _
carga. Pero si Bl ;: B2 lo ideal es que el mayor
en capacidad tome más carga :
• • • Las Is. son proporcionales a
de (1) Y (2)
las capacidades ~
---... = --- • , ---Il
Il I2 = • =------ ---~-- •
Vl Inl V1 In2
--- --- = ---- = ----Il Bl
---- (2)
Il p.u. ~ I 2 p.u •
(3)
Entonces para que exista r~~~ición equitativa de carga
zopl x Bl = Zop2 x B2 (3)
•
•
•
•
J
• ..
I
. , ,.
•
•
•
105 •
Zl base = ----- x -------
_ _c.""J ...... __ _a __ ca -~ x ---
Bl
= B = 2
---... --
-------
Reeluplazando en (3) Bl Y B2 por sus valores se tiene :
• ----------• -- --- --------- • • ZopLP.u. = Zop2 p.u.
Para lograr la máxima B del acople en paralelo IT debe
, . ser max.una .
Zopl
I ---- L Fasorial
---... ... •
I., Zc~2 IT , .
es max~a cuando Il e 12 +
-,
- + A V - están en fase
o~-------------------o
Fig. V1-13.
I .
•
•
••
106 •
11 = ----=»--zopl
--- = ----- = Zopl
"AV = ----.--
Zop2
Para que 11 e I 2 estén en fase
-1 Tan -----
I Zop2 J ---------~-~-~-=-~_-._=-~-~-~~- =
I Zopll -1 Tan
-----
------ = ------
------
MAXIMA CAPACIDAD DE LOS DOS ~~SFORMADORES : B = Bl+B2 :
Ambos transformadores llegarán a su máxima corriente si-
multáneamente cuando se copan s:.multáneamente.
=
RESUMEN :
i Bl
- ---- = ., B2
+ r l MAX • T2 J -~~ en fase
--
Z2 ----
Zl
/\ I ,. I
p-r : Copaneose simultáneamenta.
.........----.. ,/"
En el caso de no c~plirse la re13cíón anterior, se -
"
•
"'
,
•
107.
adicionan Zs., para hacerla cumplir:
Se añade una Z al de ~C.flO= Impedancia o un condensador al
de mayor Z.
Bl Z2 + Z a~adida 2 Entonces • ------ = • -----------------
B2 Zl + Z añadida 1
2. Para lograr B máxima es necesario que ---- = --'-
En caso de no cumplirse, se puede conseguir arti-
ficialmente.
- -2. Relación de Espiras no EXactamente Iguales -
NI ----- --- LÓgicamente está dife -
T1 rencia no puede sobre -
pasar Cierto limite, límite que es especificado por
los fabricantes.
---- = ---- + x, x 100 TI T2 -
\
•
•
1-
108.
• • -le{iriendo ambos transio%x:tadores al pn.marl.o. + -
-V1
1. -+
Tl Vl Zopl
- ., •
---H3 + Zop2
H4 V1 ---- •
11 a -----------
Fig. VI-14
I - -----------2,-., Zop2
,
•
rt ~ Il + I 2 (3)
De (3) Il: It - I2 (4) •
(4) en (1)
•
(2) = (S)
•
l. I
I 1.
••
•
•
•
------------------------ (A)
De GJ)
------------------------ (B)
--
Las ecuaciones (A) y (B) muestran la corriente de ca-
da transformador. Cuando la relación de transformación
es idéntica al '" a2 y el término v2(a2 - al) = o.
Cuando dicha relación de transformación es diferente
para cada uno de los transformadores, habrá una corrien -----'~
te circul.ante, entre los dos transformadores, que de --pende del valor de al - a2 y es independiente del va -
lor de la corriente de carga, existiendo aún un vacio
(!t '" O).
,
VI-5.
•
•
110.
CONEXIONES POLIFASlCAS DE TRANSFORMAOOP.ES :
ANOTACIONES
1. A menos que se diga lo contrario se considerarán los -
transformadores como IDEALES y de polaridad sustractiva.
2. En los diagrmas, los devanados de un mismo transformador
se dibujarán paralelos.
Hl
H2
,-------0 xl
X2
,------~X3
.-'---------0 X4
Fig. VI-1S
3. Sa empleará el segundo subindice para indicar a que trans -formador pertenece cada tenninal
TI T2
H11 XlI H12 X12
H2l X21 H22 X22
Fig. VI-l6
4. Los diagramas fasoriales los empezarzmos con fasores cc-
nacidos.
I 1
•
,
! I ! I , I
I 1-! ¡
I
I I
•
, ' . 111.
•
VHm Hn siempre en fase con Vxmxn
5. Para sumar o restar fasores siempre se usará el dobe sub
indice.
SISTEMA BIFASICO • •
-
(29) :
Por definición un sistema bifásico son 2 tensiones
de igual maqnitud y desfosados 90o ELECTRICOS.
,
= IVI ~ V2
Fig. vr-17
l. DOS transfo%madores 1 fb en un sistema 2 ~
a. Tet::rafilar (4 Hilos) HU
+ r--_~Xll
-X21
H12 H22 x12 C::J-.J X22
+ -Fig. VI-la
•
V
H21
Hl1
+
112.
DIAGRAMA FASORIAL :
X2l
Xl1
Hl2 H22 xl2
Piq. vt-l9
X22
VHll H2l:: V 1900,
v.<11 X21:: V l..2:..
2. Trifilar (3 hilos). Con este sistema se logra u!\
ahorro de cobreo
I 190~
Hll xl! >
1900 "'V ~ ~
~
- H2l I > x21 T T '"
H22 ~Ü2 x12 X2~
I I .o~ , •
'\J
+ -vLQ: Fig. VI-20
Xll ->
X21 ~ ~
~
F.22 Hl X3l (
x32 ( X12
- v\.Q: + X22
Fig. VI-21
I I I
I 1
1
>
113.
.. FASORIAIMENTE :
Xll XlI
H2I
X2I
X32 x12 X2I ~
X2l X22 XII X22 Xl
HU --- .. o: ... H12 H22 x12 X22
X31
Fig. VI-22
VI-6 UN TRANSFORMADOR l~ EN COm::xION 2~ :
II
vUL ... :12
V~ '"
Un transformador monofási-
Hl " Xl ca no puede utilizarse en
X2 ninguna transformación PO-H3
X3 LIT AS ICA, debido a que po-
X4 H4 see un solo circuito magné -
tico.
Ecuación de la Malla: (Fig. VI-la)
(1) Ivl ~ = Il (rl + J.Xdl) +Eind. por ~ Mutuo.
(2) Ivl ~ = I 2 (r2 + J.Xd2) +~nd. por ~ Mutuo.
el) - (2) : Ivl~-lvl!,== (Il- I 2). (r+J(X)d) •
•
114.
Por la simetria del problema se tiene :
Fiqa VI-23
~ Il" Illl-oC V lJL - V l±. = O I I ~ -Ir ll~ -oC J 111 (r + JXd)
Iv r ~ -~ = [I 1-.. ~ -~ ] 111 (r + JXd)
V IIII-~(r + J{X)d)
Definiendo el siguiente A de Zs., tenemos .,'
z r+J..(X)d z = •
• • JXd
Ivl = ----
r Z I v~=
ez
r
Fig. vr-24.
La corriente para cualquier -& es solamente limitada por la Z pro -pia del devanado, es decir, un cortocircuito enel primario e--quivale a un cortocircuito en el circuito Shunt.
- .... .... + rl Xdl >
r2 XC2 + ~
1 • •
;. v2 :- Fig. VI-25 v
'-r- • > --~
r < ~ •
•
VI-7
H2 H3
115 •
Il - ------------- = ---- Entonces nunca se deben Zl
colocar vOltajes de ¡i
fase, en un circuito mo -.. .." . nOl:asl.Co.
Si se quiere Wla transfor:mación 29', con un solo transfo:rmador,
se requiere un núcleo con DOS Ctos. Magnéticos Independientes.
H 1 9) 1 ,
-,..~ . -....
H4 A
~2 J
S ~
A
Fig. VI-26.
"" -.n ,...
.J"\
xl X2 X3 x4
•
l' 1
TRANSFORMACIONES TRIFASICAS (~ :
DEFINICroN :
w
Un sistema 39' son 3 tensiones de igual magnitud
pero desfosadas entre si, 120° Eléctricos
v 11200 : v3
v l2.:= Vl
'1 l-120~2 V2
Fig. VI-27
VI-S.
116.
SECUENCIA DE FASE :
Es el orden en que l~s tensiones pasan por su máximo positivo.
En nuestro caso la secuencia de fase es VI - V2 - V3
TRANSFS. TRIFASlCOS O B&'COS DE 3 TRANSFS. MONOFASlCOS
La transformación de tensiónes trifásicas puede llevarse a ca-
bo por medio de 3 transfs. monofásicos acanooados en "Bancos",
de tal manera que cada fase requiere un transformador por se-
parado, o bien por medio de ~~ transfo~ador 3~, como una sola
unidad. ,,
Considerables ventajas son las oue se ganan con el uso de un -
solo transformador 39', en lugar de J unidades l~ de la misma -
capacidad total. Las ventajas son :
l. Rendimiento incrementado
2. Tama~o raducido
3. Peso r~ucido
4. Menor costo.
Una reducción en el espacio es una ventaja, desde el punto de
vista escructural en estaciones generadoras o bien subestacic-
nes.
Las desventajas i~cluyen el mayor costo de las reservas cuando
•
•
•
•
•
•
• •
117 •
La capacidad econérnica es la demandada, usualmente de costo
de reparación mayor cuando ocurre una falla de cortocircuito,
mayor peso y dimensiones mayores para reserva que la unidad
l~ de un banco de transformadores.
Los transformadores l~ pueden ser indistintamente de Columnas
o Acorazadas, en cambio cuando se emplea un solo transforma -
dor 3~ su núcleo puede ser también de :
A • COLUMNAS : l. Con las culatas en estrellas
2. Con las culatas en Triánqulo conti-
nuo.
3. Coñ las culatas en Triángulos Bifur-
cado.
4. De dobles columnas.
B. ACORAZADO : l. Con los núcleos en estrella
2. . ,
De eJe canun
3. Mixtos o de cin o columnas.
Las disposiciones I-1 y 1I-2 son las más empleadas •
A-l Tmu~SF. DE COLm1NAS CON LAS CULATAS EN ESTRELLA
Se caracteriza por tener reunidas las culatas de una y
otra parte de los núcleos, en conexión magnética en es-
trella. La Fig. VI-28 resume el proceso de generación
para estos transformadores. El esquema a, muestra 3
•
S1 -
•
118.
transformadores l~ independientes, con los núcleos de
un lado próximos entre si. Por cada uno de estos 3 nú-
cleos centrales, si se mantienen aislados magnéticamen-
te unos de otros, circulará elflujo en una fase y entre
los 3 flujos alternos existirán des~.ses de 120°. Si
unimos magnéticamente los núcleos, en uno solo, circula-
rá en todo momento por éste el flujo resultante.
P2
52 eb)
P3
S3
P3
P S3
-= 1 - ~~$= 1-.....
(a) S - ¡.-
1 1- ,... c;~ ::: -,--
(e)
Fig. VI-28 ~n = ~
La suma algebráica de los valores instantáneos de 3 flu-
jos senoidales desfasados l200 es nula, luego,en cuanto
unimos las 3 culatas en un solo punto magnético O O' ,
el flujo de la columna central será nulo en todo mcmen-
to y podremos suprimirla, tanto vale decir que el flujo
en cada una de las columnas Activas que se conservan vuel -ve ahora por las otras 2, en lugar de cerrarse por la co -lumna central y ello sin pertU=bación alg~,a, antes por
•
• .
,
•
•
"
••
,"
••
,
•
,
•
•
,.
119.
el contario, como resultado mismo de la secuencia de las
ondas de flujo, desfasadas en las otras 2.columnas.
De la Fig. (h) se pasa a la Cc), alineando las cu~atas y
aco'Stando hasta reducir a cero l.a 2. Con ello se pl;'oduce
un ligero desequilibrio de la co:riente magnetizante en
las 3 fases, pero conduce a una construcción plana de los
núcleos que es mucho más sencilla.
,/ El flujo que circula por las secciones del circuito (~n
en el núcleo y ~y en las culatas) es el mismo, ~, que en !
los transformadores monofá3icos • .1
La Fig. VI-29 muestra el esquema del transformador 3~ re
sultante, que es el más usado.
A
PI P2 , I
SI S2
A
?'ig. VI-29
La importancia de este ti?Q de construcción es que no per-
mite la circulación de los tareeros armónicos de flujo ,
ya que a l llegar al centro d~ la estrella no encuentran -
120.
• camino para cerrarse por el hierro y han de completar
su circuito a través del aire, quedando prácticamente
reducidos a un valor insignificante.
A.2 CULATAS EN TRZAR:;UI.Q CONTINOO :
Se deriva en principio, de otros 3 monofásicos, como
el que se acaba de estudiar, sin más que transformar -
la estrella que forman las culatas en un triángulo, co -mo indica la figura VI-3D (a) •
. -
P, -
!h
Fig. VI-30(a).
~n
Fig. VI-30 (b) •
•
121.
Al cambiar así la conexión magnética y dada la simetría
de los circuitos, entre el flujo alterno de una colum -
na, cuyo valor máxjmo designaremos por ~n Y el de una -
rama de las culatas ~y, existirá la misma relación que
entre IL Y la If en un montaje eléctrico en triángu-
lo. Fig. VI-3D (b).
El flujo por fase es el mismo que en el transformador
No obstante la reducción apreciable del volumen de hi&.'"
rro en los puentes superiores e inferiores de los nú -
cleos, la cantidad total es algo mayor que con la dis-
posición de columnas planas.
El tercer armónico de flujo queda igualmente eliminado,
como en el caso anterior, impidiéndose su aparición en
la onda de -r.e.m.
como,en realidad, el montaje propuesto no ofrece ningu-
na ventaja sensible sobre el transformador de columnas
asimétrica, y es, en cambio de construcción más dificil,
su empleo está totalmente abandonado.
B.l ACORAZADO CON NUCLEOS EN ESTRELLA :
si en la configuración anterior se reunen la base de
las columnas en un punto y completamos las restantes
•
,.
122.
culatas por la periferia, resulta un transformador aco-
razado con núcl~os en estrella. ~ig. VI-3I
•
Fig. VI-3I
Las culatas exteriores quedan en triángulo y cerno en -
el caso anterior el flujo que circula por ellas son :
~ = ------
~ , siendo ~ el flujo en cada uno de los -
transformadores l~ equivalentes.
Es un transformador que por su configuración impide la
circulación de los terceros armónicos. Presenta incon-
venient~s de tipo constructivo y ensamble, por lo tan-
• to se ~plea muy rara vez.
a.2 ACORAZADO DE EJE COMUN.
Resulta de reunir las culatas de 3 trasniorrnadores A-
CORAZADOS situados Pon el mismo plano, Fig. VI-32.
El núcleo central está devanado en sentido con~rario
•
•
•
123.
que los extremos, con el objeto de que los flujos tien
den a sumarse en cada dos culatas reunidas. La resul -
tante de estos flujos stwados geométricamente a l200 es
igual, en valor absoluto, a c/u de las ccmponentes.
Con la misma inducción una culata puede ahora conducir
los flujos de 2 fases consecutivas, de donde resulta la
economía de material.
Pi ~ p 1 Si
. A
s~ ro ~
ro Pa . .
P3
Fig. VI-32 ..
Dejan circular fácilmente los terceros armónicos, en fa
se, del flujo, deformadores da la tensión, a través de
los núcleos centrales y con retorno por las columnas pe
riféricas.
Se emplea este tipo con relativa frecuencia en las dis
tribuciones, debido a su forma alargada, que presenta la
instalación en recintos subterráneos de di..-nensiones -
•
•
•
124. I
reduci:Jas.
V¡-3 CONEXIONES POLIFASlCAS - (TRIFASICA .., m=FASlCA).
La generación de potencia en gran escala es usualmente 3~ en
tensiones de generación de 13.2 KV. o ligeramente mayores.
La transmisión se lleva a cabo a muy altas tensiones (44; 66;
110; 132; 220; etc •••• KV) y son necesarios, por lo tanto, los l transformadores para elevar las tensiones de los generadores
a la línea de transmi3ión. En los centros de carga debe redu-
cirse la tensión de transmisión a tensiones de distribución
(6,6; 4,ó; 2,3; :<v) y, en muchos consumidoras, deben reducirse
es~as tensiones a los de utilización de ~40; 220 ó 110 voltios. ,
La transfo~ación polifásica de tensiones 3~ puede llevarse a .
cabo ya sea por el uso de bancos de transformadores l~ inter -
conectados o bien por el uso de transformadores poli=ásicos.
53 dispone de varios métodos de transformación de tensiones -
3~ a 3~ más elevados o más bajos. Las conexiones más canunes
son : :
l. Delta - Delta
2. Estrella - Estrella.
•
•
125.
3. Delta - Estrella "
4. Estrella - Delta
5. Estrella o Delta - Zig-zag
6. Delta Abierta o en V.
• 7. Eseott o TL •
l. CONEXION DELTA - DELTA (A-A)
La figura VI-33 muestra la conexión delta-delta de 3
l transformadores ~~ idénticos. .
El arrollamiento seeun-
dario ab, corresponde al primaro AS; la polaridad de -
la terminal a es la misma que la de A.
I . C C
r AB la
B A b a
lA (a) (b) (e) Fig. Vr-33
como se dijo antes, consideraremos los transformadores •
, fueran ideales; los diagramas vectoriales esta cano s~ --.--
rán dibujados para factor de potencia unitario entre -I
la tensión y la corriente de fase y con carga equili -
brada.
1
126.
Como VI. -- Vf los devanados ceben estar aislados pa-
ra todo el voltaje de linea y como If = (11 (3) I L
(para carga equilibrada) se puede reducir el área del
cor~uctor de cada fase. Por esta razón esta clase de
conexión se emplea para KC~~~OS VOLTAJES (13.2; 44 KV) .
y altas corrientes. Presenta el inconveniente de que
solo se consigue un solo voltaje. cuando se precisa a-
limentar simultáneamenta cargas mixtas de potencia y
all~brado, se puede utilizar la DE~TA con NEUTRO, ?ig.
vr-34, y así se obtienen tres tdnsiones :
c , - v •• - 400 V. j
~. '. . ~¡'lea -
2. V. Linea I
---------- - 20 0 V. ent:e -2
• neutro. Vl.VO y
3. Vcd - 0.866 VI. 380 V. a - -
n ;..- I • I 'JJ
Fig. VI-34
Para que la tensión de salida sea senoidal, la corrien-
• te magnetizante debe contener la componente de tercera
a.L¡¡¡ónica. Ya qua las ccmponent:!s de tarcer.:l ar:nónica -
de la corriente de las 3 fases están desplazadas entre I
por 3 :< 120°'"" 3600 , están todas en f:lse y prcducen -una tercera armónica que circulará por la De1tal ~ esta
•
•
127.
componente ayuda a prodocir el flujo senoidal y la ten-
sión secundaria será por lo tanto senoidal, no existien -do ni corrientes ni tensiones de tercera armónica.
CONEXION FISlCA
X2I • X22 X23
--I
A B e
r XII x12 xl3
Hll H12 HI3 a b e
.-00 X21...---<:1X22 . ...--QX23
H21 H22
XlI x12 x13
a b c
,
Fig. VI-35.
DESFASE ENTRE PRD-fARIO y SECUNDARIO
Figuras VI-33 (a) I (b), Ce).
Diagrama Fasorial del Primario.
Considerando la misma secuencia de fase para primario
y secundario : )
~~~ VCA y en sentido contrari~ al de las
,
)4
••
128.
• del raloj, tiene aguJas se • •
/ , le I ,
VCA / \ I \
I ,
- rBC lCA
- lAB lAB VAB
I , I
, I \
/ \
lB IBC IA - lCA
D1AGR&~ FASOaIAL DEL SECUNDARIO
lb
Vea
I
- lab
I
I I
I
Vbe
I I
I I
1be
le , , , , \ -_.
!ab Van
\ \
- lea
\
\ \
la
LA = !Aa -lCA
lB :11 lBe - lAB
lC :a lCA - IBC
de la Fig. 33 (a)
Fig. Vl-36
la :01 lah - lea
lb "" Ibe - 1ab
re :: lea - 1b-=
da la Fig. 33 (b)
Fig. V1-37
comparande los 2 diagramas fasoriales se puede apreciar
fácilment~, Que el desfase entre primario y secundario
en este caso es de CERO GRADOS. , ~ntonces se tiene la
conexión Ddo.
•
, , .
, •
I · , •
• ,
•
i . · I
I
I
,
F
. ,
-
.. 129.
Vea
- lbe la lb
\ / \ / la "" lea -Iah
\ / \ I
Ib Iab !be = --Iab
Iab Vab le :a Ibe lea -de la
lbe Fig. VI-33 (e) •
\ /
I \ I
\ I Vbe \ /
le
Fig. VI-38
comparando este diagrama fasorial con el del primario,
observamos que el desfase es de 180°. Conexión Dd6.
La conexión Delta-Delta ofrece una ventaja adicional en ~
que puede funcionar la Delta abierta al fallar un trans -fO%Il\ador, pero la capacidad disponible se reduce.
2. CONEXION ESTRELLA - ESTRELLA (y - Y).
Para esta conexión pueden dibujarse los diagramas VECTO -RIALES en 1 (\ mism forma que para li'\ conexión Delta -
Delta. La tensión de linea es -,j3 veces la tensión de
fase, y las dos están desfasadas entre si 30°, y la
IL ::; If.
Los bancos Y ~ Y funcionan con los n~utros conectados a
Tierra¡ el neutro del prL~ario se conecta al neutro de
la fuente de pot~cia. Con el neutro aislado, cualquier
desequilibrio en la carga o cualquier carga l~ conecta-
da a través de un transformador, o bien entre lineas, -
')
••
130.
causará un desplazamiento de la posición del neutro -
eléctrico, quedando las tensiones por fase desequilibra -das, lo cual se obvia conectar.do el neutro a tierra.
La. figura VI-39 muestra las condiciones existentes cuan -do se aisla el neutro. (
La. conexión y - y es muy poco usada ya que si se colo-
ca el neutro a tierra para eliminar los inconvenientes
dal neutro flotantes, las terceras armónicas de la Imag,
producen inter=arencias telefónicas, por lo cual no es
permitido colocar el neutro a tie-""ra a."l el primcll'io; pe -ro si no se coloca el neutro no circularán las terceras
armónicas de la Imag. y el flujo se deforma (APIANA) y
toma una tercera armónica. Esta tercera armónica nos -
produce SOBRE TENSIONES hasta del 50% en cada fase tanto
en el primario cerno en el secundario, pudiendose da~ar
los devanados o aparatos conectados a este sistema.
sin embargo, esta SOBRE TENSION no aparece en las ten-
siones de linea. (a) C. Equil. (b) C. Desequilibrada.
(a) (h)
Fig. VI-3'
•
,
•
•
•
f
1 I I
!
I
I I
I ! j
r
l .
•
\
I
131
Para evitar estos inconvenientes se utilizan dos. proce- 1
dimientos :
l. Se coloca un devanado TERCIARIO.
Hl
H2
~ -
~
11 12
. + Ea + ...
El + ... Es ...
I3
Fiq. VI-40
-~
~
~ -
xl
X2 Yl
Y2
Ecuación vOltiampéricas (T. Ideal).
---- - ---- = ----
En una conexión (Y"'Y), los devanados terciarios se
conectan en Delta. I )
cémo resuelve los inconvenientes de esta conexión
el arrollamiento terciario ?
a. proporciona una corriente de tercera armónica
que anula el flujo de tercera armónica y la
tensión por fase se hace senoidal.
b. Anula el neutro flotante : Conside=emos que
J
••
132.
se coloca una carga DESBAIANCEADA.
HII YII XII
2alL/3 alL/3 alI/3
Y12
Y23 IL
H2n alL/3 X2n alL/3 • Yl3
aIL/3 H13 Hl2 xl3 Xl2
Fig. VI-U.
ECUACIONES :
IX21Xll == IL lY21yll == lY22Y12 == IY23Y13 = IY
IX22X12 = O L~11ñ21 + IH12H22 + IHl3H23 = O
IX23x13 :2 O II.NI = 12.N2 + I3.N3
IHIIH21.Nl ~ rÁ21xll.N2 + lY21YII.N3
IH12H22.NI • rx22x12.N2 + IY22Y12.N3
IH13H23.NI ~ rx23X13.N2 + IY23YIJ.N3 •
(IHllH21 + IH12H22 + IH13a23) Nl == IL.N2 + ¡Y.N3
" ,/
1
V + o. N2 + IY.N3 CERO
+ O. N2 + IY.NJ
•
• . . ,.
I
-
1
I
•
•
1
133.
•
• IL N2
• • IL.N2 + 3IY .N3 ---¡~.. IY:a - -- x --3 N3
N2 IL.N2 2 N2 Entonces: IH11H21:a IL ---- - ------- - --- IL ---~
NI 3NI 3
IL N2 IH12H22 :a - ---- X ----
3 NI
IL N2 N2 m13H2 3 = - ---- x --- --.. - - a
3 NI NI
Entonces al no·-existir f.m.m.s descanpensadas
no hay descompensación en las fases y por lo tan
to no hay NEUTRO FIDTANTE.
Ejemplo: Cuando NI = N2 : N3 e IL = 100 A.
100 -3
se tiene: (Fig. VI-41)
2*100 3
10%
3
Fig. VI-42
•
• •
100
-
NI
•• 134.
ESQ~.ATlCAHENTE ( y - y ).
le C C
la IB
n • a VAN
Vnb VBN
lA I b lb o • (b)
(a) F!g. Vi-43.
CONEXlON FIS!CA a b
XlI x12
A B C
Hll Hl2 Hl3 x2n
Xl. n
(a)
X21 X22
Fig. VI-44 a b
DESFASE ENTRE PRIMrtIO Y SECú"1-TDARIO •
De la Fig. VI-43
b
a
Vna
vnc:
-I \",
.. (e)
e
xl3
(b)
(e)
X23
e
•
•
lb
O
,
.,
•
. ¡ I
'/ I i
'1' I I
•
135.
DIAGRAi'1A FASORIAL DEL PRIMARIO
VNB \ \
\ , , / I
VCB
I
DIAG~~ FASORIAL DE
Vac
\ , , , , - Ia Van
- Vbn
Vnc
\ , I
\ I \ I
Vcb
I , VCN
IC
SECUNDARIO
, lb
/ I
Vna
Fig. VI-45
Vac -van + Vnc
Vcb ,. Ven + vnb Vba
Vba "" Vbn + Vna
dela Fig. VI-43 (b) •
Fig. VI-46
comparando los 2 diagramas fasoriales se puede apreciar
que el desfase entre primario y secundario es de cero
gradOS, obteniéndose la conexión YyO •
•
••
136.
comparando los dos diagramas el desfase es
de 1800 entre primario y secundario (Fig. Vl-47).
obteniéndose la conexión Yy6.
Vcn
Vcb
I \ I \
•
lb
Vac ". Van + vnc
. Vcb ". Vcn + Vbn
Vba .. Vbn + Vna
•
la Vna Van de la Fig. VI-43(c).
I I
Vba
I I
I
vbn
Vnc
\ \
lc
\ \
Yac
3. CONEXION DELTA - ESTRELLA (6- Y) :
Fig. VI-.n
ES la más utilizada por elevar tensiones, ya que los de-
vanados del secundario solo deben estar aislados para
1/V3' VL. Siendo por lo tanto la más canún a la sali-
da de las plantas generadores, es decir, al principio de
las lineas de transmisión.
Tiene además, la ventaja ADICIONAL de permitir el neu _
tro en el secundario lo cual conlleva dos ventajas :
l. Permitir alimentar cargas Mixtas de alumbrado y
Potencia.
2. Protección de Puesta a Tierra : En realidad nin-
gún sistema está completamente aislado de tierra,
ya que entre los conductos del sistema y tierra
•
,.
137. I
existe una capacidad, circulando por éstos una corrien-
tes.
VENTAJAS DE LA PUESTA A TIERRA :
•
1 ---
Fig. VI-48
Sea un dispositivo 3~ cualquiera (Fig. VI-48) cuya car-
caza está tirada a tierra :
Entonces el aislamiento debe hacerse para Vfase.
Cuando el devanado está sin neutro a tierra y uno de -
éstos hace contacto con tierra, las tensiones pasan de •
vf a VL quemándose los aislamientos. Esto se obvia ce-
nectando los neutros a tierra, por medio de una protec-
ción de puesta a tierra (Fig. VI-49). •
• Cuando ocurre una falla a tierra, circula una gran ce-
rriente de falla, pero sin variación de voltaje, para
evitar los efectos de está gran corriente se coloca un
RELE de puesta a tierra •
•
• ••
138.
/ o O '"' ~
~) ~ -
./ o o
(') ..... 3 .....
- ~ o
y v -~ Fig. VI-49
" . La puesta a tierra lo que hace es evitar que un devana-
do respeto a tierra quede a un voltaje superior de la -
fase y un sistema AIS~O A TIERRA no ofrece ninguna Se -guridad a las personas.
Cuando circula una corriente por la bobL~, superior a
la normal, desconecta el sistema, es decir, trabaja co -mo desconectador del sistema, aislando la falla.
Ninguna dificultad aparece observando las corrientes de
tercera armónica, ya que la existencia de una conexión
en Delta permite una t'rayectoria para estas corrientes.
El desequilibrio en las cargas causa muy pequeño dese-
quilibrio de la tensión, ya que el primario del trans -
form ador está conectado en Delta.
•
,
•
I
I
I
I
i I
• •
•
/'
.
,
...,.. I
. \ . ,. '. l '
.
1
•
•
•
•
•
139.
•
CONEXION ESQUEMATICA : ~ - y (Fig. VI-50)
IC e o--.----oC
lB
lBe
lA B IAB
(a)
CONEXION FISICA :
A B
Hll H12
H2l H22
(a) DESFASE ENTRE
lA
\ \
\ VAB \
lAB
- IBC \
e
H13
H23
PRL.'1ARIO
\ \
\
lBe
I I
I
IC
•
/
bIb
IC
n la a IC
a Vna Vna
lb .. O
Ia
(b) (e)
a b e
Xll x12 X13
(b)
Xln
Fig. VI-51
X2n (e)
X2l X22 X23 a b e
y SECUNDARIO
"Be l.1\ == IAB - lCA
IB
/ IB ,., IOC - IAB /
I IC - lCA - lEC -
- rAB de la Fig. VI-50 (a)
lCA
Fig. vI-52
VC
140.
DIAGaAMA FASORIAL DEL SECUND~RIO Vbc
Ie
I
Vne
VAB
/
/ /
I
\ \ 1f \ I
, I , I
I
Vna
VBC
.... - ---.,...:--+-~~---..... ~---; ...
I
Vab
/ /
I
le , Vnb
\ , ~
\
VCA
la
Vea
Vab = Van + Vnb
Vbc ~ Vbn + vne
Vea = Ven + Vna
de la Fig. II- 50 (b)
Fig. VI-53
Comparando los 2 diagramas fasoriales se ve que existe
un desfase de - 30° entre tensiones pirmarias y seeunda-.
rias, ya que el primario está atrasado al secundario,
obteniéndose
Vea
\ \
\ \ la
VAB \
Vna
un
\ , \ ,
. , Dyll. e onex J.on VBC
Vnb
I /
/ ¡-
Van
le
\ / /
I
I
I
vbc
Vne
Vab = Van + Vnb Vab
/ Vbc :o Vbn + Vne
. Vea ~ Ven + vna
de la Fig. II-: 50
Fig. VI-54
(e)
comparando la Fig. VI-54 con la Fig. VI-52, se observa
que el primario se adelanta en lSOoal secundario, que
en el reloj corresponde a las 5, obt~niéndose la eone-
xión denominada DyS.
•
I
•
I 141.
4. CONEXION ESTRELLA - DELTA (Y - A )
Ideal para rebajar tensiones. En cuanto a los terceros
armónicos se diferencia cuando tiene y cuando no tiene
neutro el primario. Cuando posee neutro, los te...""Ceros
• armónicos de la Imag, como están en fase, se suman en
el punto neutro y circulan hacia la fuente y como en el
caso anterior producen interferencias tefelónicas, por
lo cual no se permite el neutro en este tipo de conexio -nes •
• Cuando no existe neutro, los terceros armónicos de Imag,
no pueden circular hacia la fuente y su suma debe ser -
CERO (Fig. VI-55). si no cir~llan estos terceros armó-
• nicos, la onda de flujo se deforma, induciéndose sobre-
tensiones en los devanados.
Este tercer armónico induce tensiones de tercer armóni-
co en los devanados y esas tensiones inducidas (de ter-
• cer armónico) en el secur.dario se suman en la malla de
la delta, produciendo una f.c.e.m. que anula casi com-•
pletarnente el tercer armónico del flujo y tanto el flu-
jo corno las tensiones inducidas vuelven a ser casi Se-
noidales. Se asume que los terceros armónicos al no -
poder circula r por el neutro, lo hacen por la delta se -cundaria •
• •
."
142.
una earga desbalaneeada no altera el sistema de tensio-
nes.
Fig. VI-55
CONEXION ESQUE."1A TlCA
lA e re a. la ·
C lea A
Iáh" la
l b ..
le lbe
rb Ibe lB b le
B (b)
(e) (a)
Fig. VI-56
CONEXlON FISlCA X22 X23
A B C (b)
xll X12 xl3
Hll H13 a b e
X, 11 XU X13
H2n (e)
( a) H21 H22 H23
Fig. V!-57 a b e
I
,
••
143.
DESFASE ENTRE PRIMARIO Y SECUNDARIO
lA
DIAGRAMA FASORIAL DEL PRIMARIO
..... ~C' ...... lB .....
.....
VBN
VAB
... ...... VCA ... ...
",
IC
Fig. VI-58
DIAGRAMA FASORIAL DEL SECUNDARIO
VBC .,. -
vbc
I "', lB I ' .... J Ibc I
la
VAB • VAN + VNB
VEC • VEN + VNC
VCA • VCN + VNA
de la Fig. VI-56 (a)
le • lbe - lea
Ib ,. Iab - Ibe
la .. lea - Iah
de la Fig. VI-56 eb)
lab
IA
VCA
lea
vab Vea
lb
VAB Fig. VI-59
Se observa de la Fig. VI-58 que el secundario está atra -sado 30° con relación al primario, pero los fabricantes
dicen que el desfase es de 1500 obteniéndose la conexión
denc:minada YdS •
•
Vbc
rc ... ..... ..... ....
VBC ..
.....
- lca
I
JJ
VAB
144.
- Iab" " "
I
I I
I
I lab I
;'
..... ...... ..... .....
vab
Fig. VI-60
la
Ib a Iah - Ibe
Vca la .. lca - Iah
Ic .. !be - lca
De la Fiqo VI-56 (c). VCA
- Ibe
Ib
Atrasar.do 30" al secUl".dario coincide-con el primario. Los fa-
bricantes dicen que la conexión tiene un desfase de - 30°,
obteniér.dose la conexión Ydll.
5. CONEX!ON ES~LIA - ZlG-ZAG (Y-Z).
Para efectuar este tipo de conexión es necesario que los
secundarios estén divididos en 2 parte9 iguales. Lo9 3
devanados centrales se conectan en E3trella.
En la conexión Y-Z se desperdicia "COBRE" , puesto que
se necesitan más espiras para determinado voltaje.
Los terceros armónicos de la Dnag o no pueden circular,
presentándose un flujo con terceros armónicos y en cada
fase se inducen SOBRETENSIONES, pero debido a la inter -
,
•
¡ I
I
I I 1 j'
•
,
• ••
145.
conexión entre mitades de fase, la sobretensión debida •
a los terceros armónicos se anula entre vivo y Neutro.
No se presentan f.m.m. DESCOMPENSACA~. con lo cual no
se presentan sobretensiones y el neutro no flota.
El arrollamiento de cada fase, como se dijo antes, se di -vide en dos arrollamientos iguales y se conectan en se -
rie las mitades de dos columnas consecutivas uniéncolas
por las terminales homólogas. La f.e.m. por fase resul-
ta así de la diferencia de dos f.e.m.s. parciales desfa-
sadas 1200•
El montaje Y-Z se usa cada día más para transf. reducto-
res de distribución, donde el neutro secundario es im -
prescindible, y la tensión primaria, relativamente alta
con respecto a la potencia, no hace aconsejable la
conexión en triángulo.
Cano elevador carece de importancia y no convendría tam-
poco, por llevar sobre el mismo núcleo 2 secciones de al-
ta tensión de distinta fase, entre las cuales es preciso •
establecer un aislamiento suplementario.
El montaje inverso Z-Y, tampoco está justificado la ma -
yoria de las veces, quedando pues, como única interesan-
te, la conexión ALTA - BAJA, en Y-Z.
146.
CONEXION ESQUEMATlCA
IA A 4
lb
VAN ¡ b
IC
~ lB
2
( a) la
a
°Fig. VI-61
CONEX!ON FISICA
A B C
H12
H2N
( a)
Fig. Vr-62
I
~ a e 2 2
le la
1
3 4
o
eb) .
(e)
e
2 3 4
4 2 3
1
4 a 3 b 2
3 0---1 2 0---1 4 o-~
1
3
lb
(b)
e
(e)
le
e
,.
b
2
1 ,
I
147.
DESFASE ENTRE PRL\{AR!O 'Y SECUNDARIO
Diagrama .Fasorial del Primario VAB :: VAN + VNB
VCA vea ~ VBN + VNC
VCA :: veN + VNA
lB VNA
De la Fig. VI-61 (a) IC
VCN
VBC
VNB VNC
VAN ..... .... ..... , J
VAB IA
Fig. Vl-63
DIAGRANA FASORIAL DEL SECUNDARIO I
a De la Fig. VI-61(b) 1I
/1 ./ 2 / I
./ / I ./
./ / ./
v13 = v12 + V23
./ / ./
/ 1
C \ \
, 3 \ 4 "- \ ,
.... \ .... \ .....
....... \ ...... \ ...... ........ ,
b
• Fig. VI-64
comparando el diagrama fasoríal del primario y dal secun-
dario, se observa un desfase de po, obteniéndose la yzQ
148 •
. , coneXl.on YZ6.
c
I \ I 2 \ I .... \ ....
I "-\ .....
I "-\ ....
I ... \ .....
I .... \ ....
I I ..... .... I a I /
/
3 / ;'
/ ,- 4 ,-/ ,-
1 ./ ,-/ ;'
1,- " b ;'
Fig. VI-65
VI3 = Vl2 + V23. -
Comparando este diagrama con el del primario se obtiene
un desfase de 180°, y se tendrá la conexión YZ6.
La principal utilización dal sistema ZIG-ZAG, es como rec -tificador 39' (Fig. VI-66), ya que impide que las canpo-
nentes de corriente directa de la corriente rectificada
saturen el núcleo.
I CARGA
Fig. VI-66
•
•
I , I
~ I
•
¡ /.
•
•