8/22/2019 Conexion de Transformdores en La Red Monofasica
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CONEXIN DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN REDMONOFASICA
(BANCO DE TRANSFOS 1)
1. Objetivos
Satisfacer las necesidades del usuario.
Definir parmetros del transformador en vaco y con carga.
Dar a conocer los diferentes tipos de conexin, en el acoplamiento de
transformadores monofsicos.
2. Fundamento terico
Transformadores en Paralelo.
La razn ms comn por la que se conectan transformadores en paralelo es el
crecimiento de la carga; cuando sta supera la potencia del transformador
instalado se suele optar por disponer otra unidad en paralelo con la existente. El
disponer de unidades en paralelo tiene las siguientes ventajas: Frente a la falla de una unidad se puede seguir operando con la otra, aunque
sea suministrando una potencia menor y atendiendo los servicios ms
importantes. En algunos servicios esenciales puede ser que, por razones de
seguridad, los equipos se encuentren duplicados y hasta triplicados; sta es
una prctica muy comn en aeronaves.
En general es ms econmico agregar una unidad a la ya existente que poner
una nueva de mayor tamao. Si la demanda es muy variable y se dispone de varias unidades, se las puede
ir agregando a medida de que la carga lo exige y reducir las prdidas que
resultan de operar una mquina de gran potencia a baja carga. Si la demanda
tiene poca variacin, siempre es ms eficiente operar una unidad de gran
potencia, que varias de menor potencia.
Por otra parte, y para una dada potencia, siempre la instalacin de varias
unidades en ms
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Costosa, su operacin es ms compleja, y ocupa ms espacio que una sola
unidad. Tambin debe considerarse que si se dispone de unidades en paralelo y
se desea la continuidad del servicio, parcial o total, ante la falla de una de ellas,
es necesario instalar el equipamiento de maniobra y proteccin adecuado.
De lo anterior se desprende que la decisin de agregar un transformador en
paralelo a uno ya existente, debe ser estudiada cuidadosamente.
CONDICIONES PARA LA PUESTA EN PARALELO
Para la conexin en paralelo de dos transformadores, se deben cumplircondiciones, que, en orden de importancia son:
1) Las tensiones secundarias deben estar en fase.
2) Las relaciones de transformacin deben ser iguales.
3) Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales.
4) Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ngulo de fase.
La primera de las condiciones enunciadas, que si no se cumple, no se puede
hacer el paralelo, porque se producira un cortocircuito; las dems admiten
diferencias: la segunda muy pequeas y la cuarta es muy poco importante.
La primera condicin tiene que ver con la forma en que se deben conectar los
transformadores, mientras que las restantes determinan el comportamiento de los
transformadores ya conectados en paralelo.
Si bien no es una condicin necesaria, las potencias de los transformadores
deben ser prximas entre s: 2 3 a 1 como mximo, si hay mucha diferencia
entre las potencias, salvo algn caso muy especial, seguramente no resultar
econmico hacer el paralelo, especialmente si hay diferencias, aunque leves,
entre las tensiones de cortocircuito.
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COINCIDENCIA DE FASE DE LAS TENSIONES SECUNDARIAS
Como ya se dijo esta es una condicin imprescindible, si no se cumple equivale a
hacer un cortocircuito, por lo tanto se debe ser muy cuidadoso en su verificacin.
Se estudian primero los transformadores monofsicos y luego se extienden las
consideraciones a los transformadores trifsicos.
Transformadores Monofsicos
En la figura se muestran dos transformadores monofsicos que para ser
conectados en paralelo.
Se tiene que hacer la prueba de Polaridad Sustractivo
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Se tiene que hacer la prueba de Polaridad Aditivo.
Banco de transformadores monofsicos.
Los bancos de transformadores monofsicos son utilizados en sistemas elctricos
trifsicos como sustitucin de un transformador trifsico. Por ejemplo, en el
transporte a largas distancias de la energa elctrica. Asimismo, el banco de
transformadores monofsicos tambin sirve para poder cambiar el nmero de
fases del sistema, es decir, un sistema trifsico lo podemos convertir en un
sistema bifsico, de 6 fases, de doce fases, etc.
Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las podemos conectar
de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/, /Y, /. Es decir,
podemos conectar las bobinas primarias en estrella o en tringulo al igual que las
bobinas secundarias. Dependiendo como lo hagamos tendremos unas
caractersticas tcnicas u otras. De esta forma, la relacin de las tensiones de
entrada y de salida no solamente depender de la relacin de vueltas (espiras) de
las bobinas primarias y secundarias, sino que tambin depender de cmo estn
conectadas las bobinas primarias y las bobinas secundarias.
La conexin estrella/estrella (Y/Y).
Con este tipo de conexin se tienen dos neutros, uno en las bobinas primarias yotro en las bobinas secundarias. El problema surge cuando no se conectan estos
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neutros a la masa o tierra, porque las seales u ondas senoidales salen por el
secundario distorsionadas. Solamente no es necesario conectar los neutros a
tierra cuando el sistema trifsico est muy equilibrado. Asimismo, debemos
indicar que no hay un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las
tensiones de salida.
La conexin estrella/tringulo (Y/).
Con este tipo de conexin la corriente en el devanado de las bobinas secundarias
es de un 58% de la corriente carga. La distorsiones de las tensiones de salida no
resultan tan severos como en una conexin Y/Y. Tambin tenemos que sealarque existe un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida
de 30 . Este tipo de conexin se puede utilizar en aplicaciones de reduccin.
La conexin tringulo/tringulo (/).
Este tipo de conexin tiene la desventaja de no disponer de ningn neutro, ni en
el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento elctrico que
resulta ms caro que otro de conexin (Y), para las mismas especificaciones
tcnicas.
En este tipo de conexin las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase.
Este sistema de conexin es utilizado en sistemas trifsicos donde la tensin no
es muy elevada.
La principal ventaja de este modo de conexin es que aunque las cargas no estn
bien equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio.
En el siguiente dibujo se puede apreciar cmo se realizan las conexiones entre
los tres transformadores monofsicos:
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La conexin tringulo/estrella (/Y).
Con una conexin de este tipo se consigue un adelanto de fase de 30 de las
tensiones de salida respecto a las tensiones de entrada.
La principal ventaja de este tipo de conexin es que se reduce considerablementeel gasto econmico en el aislamiento interno del transformador.
Sin embargo, la desventaja del desfase de 30 puede ser negativa, pues la
conexin en paralelo con otra fuente de energa es imposible, por otro lado, en el
caso de que este banco de transformadores tenga que alimentar a un grupo de
cargas aisladas no representara ningn inconveniente el desfase.
Asimismo, podemos apreciar en el dibujo que el secundario tiene un neutro.
Este tipo de conexin se utiliza en aplicaciones de elevacin de tensiones.
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La conexin tringulo abierto.
El siguiente dibujo representa a dos transformadores monofsicos conectados
entre si en la manera denominada tringulo abierto o delta abierta.
Esta forma de conectar dos transformadores monofsicos no es muy empleada.
Solamente se utiliza cuando se nos ha estropeado un transformador, es decir, en
casos de emergencia. El problema de esta conexin es que se pierde potencia en
las lneas, en torno al 13.4%, por ello no se utiliza.
El funcionamiento es el mismo al de una conexin /.
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3. Materiales herramientas y Materiales
Ohmmetro
Voltmetro
Multmetro Digital (Vatmetro, Ampermetro, Voltmetro)
Destornillador
Alicate de Pinza
Alicate de Corte
Transformadores Monofsicos
Cables de Uniones Cinta Maskintape
4. Procedimiento
SIN CARGA
Determinar la polaridad de cada transformador en el caso de que no se
conociera.
Realizar las conexiones que se muestran a continuacin sin carga. Y medir
las magnitudes que se piden en el cuadro adjunto
Serie-serie
SERIE-SERIE
Vpc Tensin primario Total 219.7 VACVp1 Tensin primario Transfo 1 109.8 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 110 VAC
Vsc Tensin Secundario Total 61.6 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 30.8 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 30.8 VAC
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Serie-Paralelo
SERIE-PARALELOVpc Tensin primario Total 219.7 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 109.8 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 110 VAC
Vsc Tensin Secundario Total 30.8 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 30.8 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 30.8 VAC
Paralelo-Paralelo
PARALELO-PARALELOVpc Tensin primario Total 220.2 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 220.2 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 220.2 VAC
Vsc Tensin Secundario Total 61.8 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 61.8 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 61.8 VAC
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Paralelo-Serie
PARALELO-SERIEVpc Tensin primario Total 220.2 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 220.2 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 220.2 VAC
Vsc Tensin Secundario Total 123.3 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 62 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 61.5 VAC
CON CARGA
En cada una de las conexiones anteriores insertar una carga monofsica (un
foco) en paralelo y medir las intensidades que consume la carga.
Nota
Realizar con un foco en paralelo.
Serie-Serie
SERIE-SERIEVpc Tensin primario Total 220.4 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 109.8 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 110 VAC
Ie Corriente de Entrada 0.1048 A
Vsc Tensin Secundario Total 61.3 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 30.7 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 31.2 VAC
Ic Corriente de la Carga 0.21 A
Pe Potencia de Primario 23.09 W
Pc Potencia Activa de la Carga 13.1 W
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Serie-Paralelo
SERIE-PARALELOVpc Tensin primario Total 220.4 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 109.8 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 110 VAC
Ie Corriente de Entrada 0.0718 A
Vsc Tensin Secundario Total 31.3 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 31.3 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 31.3 VAC
Ic Corriente de la Carga 0.16 APe Potencia de Primario 15.82 W
Pc Potencia Activa de la Carga 4.9 W
Paralelo-Paralelo
PARALELO-PARALELOVpc Tensin primario Total 220.4 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 220.4 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 220.4 VAC
Ie Corriente de Entrada 0.2762 AVsc Tensin Secundario Total 62.2 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 62.2 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 62.2 VAC
Ic Corriente de la Carga 0.22 A
Pe Potencia de Primario 60.87 W
Pc Potencia Activa de la Carga 13.3 W
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Paralelo-Serie
PARALELO-SERIEVpc Tensin primario Total 220.7 VAC
Vp1 Tensin primario Transfo 1 220.7 VAC
Vp2 Tensin primario Transfo 2 220.7 VAC
Ie Corriente de Entrada 0.1736 A
Vsc Tensin Secundario Total 123.6 VAC
Vs1 Tensin Secundario Transfo 1 62.5 VAC
Vs2 Tensin Secundario Transfo 2 62.2 VAC
Ic Corriente de la Carga 0.31 A
Pe Potencia de Primario 38.31 W
Pc Potencia Activa de la Carga 38.1 W
DESARROLLO
1) Enunciar dos objetivos ms importantes que se puede encontrar eneste laboratorio.
Identificar el acoplamiento necesario segn necesidad del usuario.
Identificar cul de todos los acoplamiento de transfo genera mayor
Potencia.
2) Transcribir Los fundamentos tecnolgicos necesarios que se tienenpara realizar las conexiones de dos o ms transformadoresmonofsicos, y las aplicaciones que se pueden dar en esta parte.
Para la conexin en paralelo de dos o ms transformadores, se deben cumplir
condiciones, que en orden de importancia son:
1) Las tensiones secundarias deben estar en fase.
2) Las relaciones de transformacin deben ser iguales.
3) Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales.
4) Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ngulo de fase.
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La primera de las condiciones enunciadas, que si no se cumple, no se puede
hacer el paralelo, porque se producira un cortocircuito; las dems admiten
diferencias: la segunda muy pequeas y la cuarta es muy poco importante.
La primera condicin tiene que ver con la forma en que se deben conectar los
transformadores, mientras que las restantes determinan el comportamiento de los
transformadores ya conectados en paralelo.
Las aplicaciones que se pueden dar en esta parte
Es cuando se quiere aumentar la carga a un transformador, se debe
colocar en paralelo otro transformador con las mismas condiciones
indicadas anteriormente, adems este mtodo resulta ms econmico ya
que el cambiar un transformador por uno de mayor potencia se ve en la
necesidad de gastar mayor dinero en la compra, adems buscarle una
utilidad al transformador retirado ya que si no trabaja seria dinero muerto.
3) Con el cuadro de mediciones SIN CARGA Determinar en forma prcticala relacin de transformacin compuesta para cada caso.
Serie-Serie Vpc / Vsc = 219.7 VAC / 61.6 VAC = 3.56
Serie-Paralelo Vpc / Vsc = 219.7 VAC / 30.8 VAC = 7.13
Paralelo-Paralelo Vpc / Vsc = 220.2 VAC / 61.8 VAC = 3.56
Paralelo-Serie Vpc / Vsc = 220.2 VAC / 123.3 VAC = 1.78
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4) Con el cuadro de mediciones (CON CARGA) calcular la potencia queconsume la carga. y comparar con la potencia de entrada y Determinaren forma prctica las prdidas totales de cada transformador.
Serie-Serie
Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.4 * 0.1048) 13.1 = 9.99 Watts
Serie-Paralelo
Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.4 * 0.0718) 4.9 = 15.82 Watts
Paralelo-Paralelo
Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.4 * 0.2762) 13.3 = 47.57 Watts
Paralelo-Serie
Pperdidas = (Vpc * Ie) - Pc = (220.7 * 0.1736) 38.1 = 0.213 Watts
5) Observaciones y Conclusiones.
Se observa que al realizar las medidas elctricas existe una variacin
respecto a la placa del fabricante.
Tener en cuenta el seguimiento del cableado al realizar el laboratorio, por
lo cual si no tenemos cuidado podemos hacer un cortocircuito.
Antes de levantar la llave de tensin, revisemos que los instrumentos estn
en los rangos adecuados, adems que el instrumento sea el adecuado
para realizar dicha medicin
Se concluye que para obtener mayor eficiencia del transformador, se debe
acoplarlo en paralelo-paralelo con otro transformador de las mismas
caractersticas.
La conclusin del cuadro de Mediciones Con Carga es que el
Paralelo-Paralelo le falta consumir su Potencia de Entrada, en cambio el
Paralelo-Serie nos indica que se ha consumido casi toda su Potencia de
Entrada.
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ANEXO:
Ing. FAUSTINO PEREZ ESTRELLAEncargado del Lab. de Mquinas Elctricas
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