CONEXIONES DE TRANSFORMADORES Y DIAGRAMAS

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES Y DIAGRAMAS

1.-Transformadores De Medida.

Hay dos transformadores especiales que se usan con los sistemas de potencia para mediciones. Uno es el transformador de potencia y el otro, es el de corriente.

1.1-Transformador De Potencia.

Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra del voltaje del sistema de potencia, para que se mida con los instrumentos incorporados. Puesto que el objetivo principal es el muestreo del voltaje, deberá ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores potenciales de varios niveles de precisión, dependiendo de que tan precisa deban ser sus lecturas, para cada aplicación especial.

1.2.- Transformador De Corriente.

Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser 600 / 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los transformadores de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este transformador esta constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a él.

Tipos De Construcción:

Los tipos de transformadores de corriente son:

• Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.

• Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

• Tipo toroidal(ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.

• Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en baño de líquido.

Circuito equivalente.

El circuito equivalente de un transformador de corriente es el siguiente:

Donde: Yo: admitancia de excitación.

Z2: Impedancia de carga.

Zeq: Impedancia equivalente referida al secundario.

2.-Auto-Transformadores.

En algunas ocasiones es recomendable cambiar los niveles de voltaje en una mínima cantidad.

Por ejemplo puede ser necesario incrementar un voltaje de 110 a 120v o de 13.2 a 13.8 kv. Estos pequeños aumentos pueden ser necesarios por caídas de voltaje que suelen ocurrir en los sistemas de potencia, a mucha distancia de los generadores. En tales circunstancias sería un desperdicio y sumamente costoso usar un transformador convencional con dos bobinados completos, cada uno con tensión nominal de mas o menos el mismo voltaje. En lugar de esto se suele utilizar un transformador especial llamado autotransformador.

La figura siguiente nos muestra un esquema del autotransformador. Consta de un bobinado de extremos A y D, al cual se le ha hecho una derivación en el punto intermedio B. Por ahora llamaremos primario a la sección completa A D y secundario a la porción B D, pero en la práctica puede ser a la inversa, cuando se desea elevar la tensión primaria.

En el autotransformador elevador , la primera bobina se ilustra conectada en forma aditiva a la segunad bobina. Ahora, la relación entre los voltajes de la primera y la segunda bobina se establece por la relación de vueltas del transformador. Sin embargo, el voltaje a la salida de todo el transformador es la suma de los voltajes de la primera y la segunda bobina. Aquí la primera bobina se denomina común, por que su voltaje aparece en ambosn lados del transformador. La bobina mas pequeña se denomina bobina serie, porque está conectada en serie con la bobina común.

En el transformador reductor el voltaje de alimentación es la suma de los voltajes en las bobinas series y común, mientras que el voltaje de salida es solamente el voltaje en la bobina común.

Puesto que las bobinas del transformador están físicamente conectadas, para el autotransformador se usa una terminología diferente de la que se utiliza para otro tipos de transformadores.

El primario del autotransformador (el lado que recibe la corriente) puede ser cualquiera de sus lados, dependiendo de si el autotransformador actúa como reductor o como elevador.

Ejercicio ejemplo de autotransformadores.

Un transformador de 100-Va, 120/12 V, va a conectarse para que sirva como auto transformador elevador, se le aplicara al transformador un voltaje primario de de 120volts.

a.- Cual es el voltaje secundario del transformador?

b.- Cual es la capacidad nominal máxima en voltio-amperios para esta modalidad de operación.

c.- Calcule el aumento que se obtendrá por la conexión de este transformador, sobre la capacidad nominal de un transformador con una operación convencional de 120v.

12 < 0º V

Para lograr una transformación elevadora con un primario de 120v en este transformador, la relación de espiras entre el embobinado común y las espiras en el embobinado serie debe ser 120:12(o10:1)

A.- Este transformador se utiliza como elevador. El voltaje secundario es VH, Entonces:

VH = Nse + Nc / Vl . Vl ; VH = 12 + 120 / 120 .120v; VH = 132V.

B.- La capacidad nominal máxima en voltios-amperios en cualquier de los devados de este transformador es 100 va. ¿ Cuanta potencia aparente de entrada y de salida puede suministrar ? . para averiguarlo, examine el devanado serie. El voltaje serie en el devanado es 12v y la capacidad nominal del devanado en voltiamperios es 100va. Entonces, la corriente maxioma del devanado serie es:

Ise,max = Semax/ Vse = 100va / 12v = 8.33A

Puesto que Ise es igual a la corriente secundaria Is (o Ih) y como que el voltaje secundario Vs = Vh = 132v, la potencia aparentye es:

Ssal = Vs Is = Vh Ih; SSal = (132v) (8.33A ); SSal = 1,100va = Sent

C.- El aumento sobre la capacida nominal se puede calcular del punto (b) o separada de la ecuación, del punto (b).

Ses/Sw = 1100va/100va =11

Entonces:

Ses/Sw = Nse+Nc/Nse; Sse= 12+120/12 = 132/12=11

Por cualquier de las dos ecuaciones, la capacidad nominal de potencia aparente se incrementa en un factor de 11.

Vc=Voltaje común; Ic=Corriente común; Ise= Corriente serie; Vse= Voltaje serie

3.- Transformadores Trifásicos.

3.1.-Construcción.

Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de potencia del mundo son, hoy en día, sistemas de ca trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella.

Los transformadores para circuitos trifásicos pueden construirse de dos maneras. Estas son:

• Tomando tres transformadores monofásicos y conectándolos en un grupo trifásico.

• Haciendo un transformador trifásico que consiste en tres juegos de devanados enrollados sobre un núcleo común.

3.2.-Conexiones De Transformador Trifásico.

Un transformador trifásico consta de tres transformadores monofásicos, bien separados o combinados sobre un núcleo. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico pueden conectarse independientemente en estrella( ð ð o en delta( ð ). Esto da lugar a cuatro conexiones posibles para un transformador trifásico.

3.2.1- Conexión Estrella( ð )- Estrella( ð )

En una conexión ð ðð, el voltaje primario de cada fase se expresa por VFP=VLP /Ö3. El voltaje de la primera fase se enlaza con el voltaje de la segunda fase por la relación de espiras del transformador. El voltaje de fase secundario se relaciona, entonces, con el voltaje de la línea en el secundario por VLS =Ö3 * VFS. Por tanto, la relación de voltaje en el transformador es

VLP / VLS = (Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = a

Se emplea en sistemas con tensiones muy elevadas, ya que disminuye la capacidad de aislamiento. Esta conexión tiene dos serias desventajas.

• Si las cargas en el circuito del transformador estan desbalanceadas, entonces los voltajes en las fases del transformador se desbalancearan seriamente.

• No presenta oposición a los armónicos impares(especialmente el tercero). Debido a esto la tensión del tercer armónico puede ser mayor que el mismo voltaje fundamental.

Ambos problemas del desbalance y el problema del tercer armónico, pueden resolverse usando alguna de las dos técnicas que se esbozan a continuación.

• Conectar sólidamente a tierra el neutro primario de los transformadores. Esto permite que los componentes adicionales del tercer armónico, causen un flujo de corriente en el neutro, en lugar de causar gran aumento en los voltajes. El neutro también proporciona un recorrido de retorno a cualquier corriente desbalanceada en la carga.

• Agregar un tercer embobinado(terciario)

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