TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas...

103
TRANSFORMADORES FEDERICO MILANO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA Y COMUNICACIONES ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL ESPAÑA CURSO 2008/09

Transcript of TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas...

Page 1: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

TRANSFORMADORES

FEDERICO MILANO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA Y COMUNICACIONES ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA

CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL

ESPAÑA

CURSO 2008/09

Page 2: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

2

CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN

2. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS 3. FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO REAL 4. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS EN RÉGIMEN EQUILIBRADO 5. TRANSFORMADORES EN PARALELO 6. AUTOTRANSFORMADOR 7. TRANSFORMADORES CON TOMAS 8. TRANSFORMADORES DE MEDIDA (TENSIÓN, INTENSIDAD)

Page 3: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

3

INTRODUCCIÓN

Page 4: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

4

INTRODUCCIÓN

Page 5: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

5

INTRODUCCIÓN

Page 6: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

6

INTRODUCCIÓN

Page 7: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

7

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

A) NÚCLEO

• CHAPAS DE ACERO AL SILICIO • LAMINADAS EN FRÍO (GRANO ORIENTADO) • CAPA AISLANTE (0,01 mm) “CARLITE” • COLUMNAS, CULATAS, VENTANAS DEL NÚCLEO, JUNTAS • SEGÚN LA POSICIÓN RELATIVA NÚCLEO - DEVANADO

− ACORAZADAS (NÚCLEO “ABRAZA” DEVANADO) − DE COLUMNAS (DEVANADO “ABRAZA” NÚCLEO)

Page 8: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

8

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

• SECCIÓN TRANSVERSAL

− PEQUEÑA POTENCIA: SECCIÓN CUADRADA − GRAN POTENCIA: POLÍGONO ESCALONADO (CRUCIFORME)

• CANALES DE VENTILACIÓN

Page 9: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

9

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

• FIJACIÓN MECÁNICA DE CHAPA (VIBRACIONES) B) DEVANADOS

• HILOS DE COBRE (BARNIZ) • PLETINA DE COBRE (FIBRA DE ALGODÓN O CINTA DE PAPEL) • SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE LOS ARROLLAMIENTOS:

− CONCÉNTRICOS − ALTERNADOS (DISMINUCIÓN FLUJO DISPERSO)

Page 10: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

10

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

A.T. B.T.

B.T. A.T. B.T. A.T. B.T.

C) SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

• PÉRDIDAS ⇒ CALOR ⇒ ↑ TEMPERATURA MÁQUINA • PEQUEÑAS POTENCIAS: TRANSFORMADORES EN SECO

Page 11: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

11

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

• POTENCIAS ELEVADAS:

∗ TRANSFORMADORES EN BAÑO DE ACEITE

− MAYOR CONDUCTIVIDAD TÉRMICA QUE EL AIRE

− MAYOR RIGIDEZ DIELÉCTRICA QUE EL AIRE − ENVEJECIMIENTO

• INHIBIDORES • DEPÓSITO DE EXPANSIÓN (≈ 8%)

− ACEITE MINERAL: INFLAMABLE Y VAPORES MEZCLAS EXPLOSIVAS

Page 12: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

12

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

− ACEITE SINTÉTICO (“ASKAREL”) ⇒ IMPACTO ECOLÓGICO − ACEITES DE SILICONA

∗ ALETAS, VENTILADORES, INTERCAMBIADORES DE CALOR (MVA)

D) AISLADORES PASANTES Y OTROS ELEMENTOS

• PASATAPAS

Page 13: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

13

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

• RELÉ DE BUCHHOLTZ (GAS)

− SOBRECARGAS, FALLOS DE AISLAMIENTO, ETC. − CALENTAMIENTO ANÓMALO ⇒ VAPOR DE ACEITE − SISTEMA DE DOS FLOTADORES: ALARMA Y DESCONEXIÓN

Page 14: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

14

PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

E) PLACA DE CARACTERÍSTICAS DEL TRANSFORMADOR

• POTENCIA NOMINAL • TENSIONES NOMINALES • FRECUENCIA • IMPEDANCIA EQUIVALENTE (%)

Page 15: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

15

FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL

φ−φ=φ

φ+φ=φ

2d2

1d1

HORARIOSENTIDO

dtdN

dtdN

dtdNe 1d

111

11φ

=

Page 16: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

16

FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL

dtdN

dtdN

dtdNe 2d

222

22φ

−φ

=

dtdN

dtdNiReiRv 1d

11111111φ

+=+=

dtdN

dtdNviRe 2d

222222φ

−φ

=+=

SI SE DEFINEN LAS INDUCTANCIAS DE DISPERSIÓN:

1

1d11d di

dNL φ= X1 = Ld1ω

2

2d22d di

dNL φ= X2 = Ld2ω

Page 17: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

17

FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL

v1 = e1 + R1i1 + dtdiL 1

1d dtdNe 11φ

=

e2 = v2 + R2i2 + dtdiL 2

2d dtdNe 22φ

=

φ=

φ=

m22

m11

fN44,4E

fN44,4E ⇒ m

NN

EE

2

1

2

1 ==

Page 18: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

18

FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL

V1 = E1 + R1I1 + jX1I1

E2 = V2 + R2I2 + jX2I2

CAÍDA TENSIÓN TRAFO INDUSTRIAL A PLENA CARGA: 1 - 10% UNOM

22

11

EV

EV ⇒ m

VV

2

1 ≅ (APROXIMADAMENTE)

Page 19: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

19

FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL

INTERRUPTOR S ABIERTO

V1 = E1 + R1I0+ jX1I0

E2 = V2

I0: CORRIENTE DEL PRIMARIO EN VACÍO I0: 0.6 – 8 % I1 NOMINAL ⇒

=

=

22

11

EV

EV ⇒ m

VV

2

1 =

Page 20: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

20

FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL

INTERRUPTOR S CERRADO (EN CARGA)

V1 EN VACÍO = V1 EN CARGA COMO ,

Φm EN VACÍO ≈ Φm EN CARGA

F.M.M. EN VACÍO ≈ F.M.M. EN CARGA

N1 I0 = N1 I1 – N2 I2

Page 21: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

21

CIRCUITO EQUIVALENTE

REDUCCIÓN AL PRIMARIO: VALORES INSTANTÁNEOS: N1i1 – N2i2 = ℜφ RÉGIMEN SENOIDAL: N1I1 – N2I2 = ℜφef

( )2

121111 N

NEI jXRV ++=

( )2

122

2

12

2

1221111 N

NIjXNNV

NNIRI jXRV ++++=

1

ef2

1

21 N

INNI φ

ℜ=−

Page 22: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

22

CIRCUITO EQUIVALENTE

PRIMARIO LREFERIDA A I'IINN

2221

2 ≡=

EXCITACIÓN DE O VACÍODE CORRIENTEIN 0

1

ef ≡=φ

POR LO TANTO:

( ) ( )2

12

2

12221111 N

NVNNI jXRI jXRV ++++=

( ) ( )2

12

1

222

2

21

221111 NNV

NNI

NNjXRI jXRV ++++=

Page 23: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

23

CIRCUITO EQUIVALENTE

( ) ( ) 22221111 'V'I 'jX'RI jXRV ++++=

PRIMARIO LREFERIDA A V'VVNN

2222

1 ≡=

PRIMARIO LREFERIDA A R'RRNN

222

2

2

1 ≡=

PRIMARIO LREFERIDA A X'XXNN

222

2

2

1 ≡=

Page 24: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

24

CIRCUITO EQUIVALENTE

TRANSFORMADOR REAL ⇒ PÉRDIDAS MAGNÉTICAS ⇒ RFE

≡µ

IÓNMAGNETIZAC DE CORRIENTEI

HIERRO EL EN PÉRDIDASII

FE

0

X1R1I1

+

V1

+

V’2

RFE

X’2 R’2I’2

I0IFE Iµ

Page 25: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

25

CIRCUITO EQUIVALENTE

EN LA PRÁCTICA, DEBIDO A QUE I0 <<< I1, I’2 SE SUELE TRABAJAR CON UN CIRCUITO APROXIMADO

X1R1I1+

V1

+

V’2

RFE

X’2 R’2I’2

I0IFE Iµ

XccRccI1+

V1

+

V’2

RFE

I’2

I0IFE Iµ

Rcc = R1 + R’2 ≡ RESISTENCIA DE CORTOCIRCUITO Xcc = X1 + X’2 ≡ REACTANCIA DE CORTOCIRCUITO

Page 26: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

26

ENSAYO DE VACÍO: TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

i2 = 0P0

V20V10

I0~

TRANSFORMADOR

MEDIDAS: V10, V20, P0, I0

IµIFE

RFE

I0

+

V10

ϕ0

IFE

I0

φ

V10 = E10

Page 27: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

27

ENSAYO DE VACÍO: TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

FE

FE

210

0 RRVP ⇒=

FE

10FE

RVI = 2

FE20 III −=µ

µ

µ =IVX 10

010

00

IVP Cos =ϕ

20

10

VVm =

Page 28: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

28

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

Pcc

V1cc

I1ccTENSIÓN VARIABLE

DE C.A.

TRANSFORMADOR

CORTOCIRCUITO

MEDIDAS: V1cc, Pcc, I1cc

Page 29: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

29

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

Page 30: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

30

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO EN CARGA

I2 ≠ 0

ÍNDICE DE CARGA ≡ N1

1

N2

2

N2

2

II

'I'I

IIC ≈==

C = 1 ⇒ PLENA CARGA C > 1 ⇒ SOBRECALENTAMIENTO (ADMITIDO NORMA UNE POCO TIEMPO) MAGNITUDES DE INTERÉS:

• CAÍDA DE TENSIÓN • RENDIMIENTO

Page 31: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

31

CAÍDA DE TENSIÓN

CAÍDA DE TENSIÓN INTERNA ≡ ΔV2 = |V20| – |V2|

CAÍDA DE TENSIÓN RELATIVA O REGULACIÓN ≡ % 100V

VV

20

220c ⋅

−=ε

REFERIDA AL PRIMARIO:

% 100V

'VV

N1

2N1c ⋅

−=ε

EN CARGA:

% 100V

'VV

1

21c ⋅

−=ε

Page 32: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

32

CAÍDA DE TENSIÓN. APROXIMACIÓN DE KAPP

CIRCUITO EQUIVALENTE APROXIMADO. FACTOR DE POTENCIA INDUCTIVO

XccRcc

+

V1N

+

V’2

I’2

Z’L

M

Q ϕ2 ϕ2

ϕ2 V’2

V1N

S

T

N

P RccI’2

XccI’2 O R

I’2

V1N = V’2 + (Rcc + jXcc)I’2

|V1N| – |V'2|= |OS| – |OP| = |PS|

|V1N| – |V'2| = |PS| ≈ |PR|

Page 33: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

33

CAÍDA DE TENSIÓN. APROXIMACIÓN DE KAPP

|PR| = |PQ| + |QR| = |PQ| + |MN|

|PR| = Rcc·I’2·Cos(ϕ2) + Xcc·I’2·Sen(ϕ2)

|V1N| – |V'2| = Rcc·I’2·Cos(ϕ2) + Xcc·I’2·Sen(ϕ2)

|V1N| – |V'2| = C·Rcc·I’2N·Cos(ϕ2) + C·Xcc·I’2N·Sen(ϕ2) APROXIMACIÓN DE KAPP:

εc = C·ε Rcc Cos(ϕ2) + C·ε Xcc·Sen(ϕ2)

Page 34: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

34

CAÍDA DE TENSIÓN

100V

IZ

N1

N1cccc ⋅=ε

100V

'IR100V

IR

N1

N2cc

N1

N1ccRcc ⋅≈⋅=ε

100V

'IX100V

IX

N1

N2cc

N1

N1ccXcc ⋅≈⋅=ε

EFECTO FERRANTI: CON F.D.P. CAPACITIVO ⇒ εc PUEDE SER NEGATIVA

εc = C·ε Rcc Cos(ϕ2) – C·ε Xcc·Sen(ϕ2)

Page 35: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

35

PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

PÉRDIDAS

1) HIERRO: PFE = P0 2) COBRE: PCU = 2

2'I Rcc = C2 2N2'I Rcc = C2Pcc

RENDIMIENTO ≡ η

PERD2

PERD

1

PERD

1

2

PPP1

PP1

PP

+−=−==η

cc2

02

cc2

0

PCPPPCP1

++

+−=η

Page 36: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

36

PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

POTENCIA DEL SECUNDARIO ( ≡ P2)

P2 = V2I2Cos(ϕ2) = CV2I2NCos(ϕ2) POR LO TANTO:

cc2

02N22

2N22

cc2

02N22

cc2

0

PCP)(CosICV)(CosICV

PCP)(CosICVPCP1

++ϕ

ϕ=

++ϕ

+−=η

RENDIMIENTO MÁXIMO:

P0 = cc2OPTPC

cc

0OPT P

PC =

Page 37: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

37

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

BANCOS TRIFÁSICOS

iA ia

iB ib

iC ic

A

B

C

a

b

c

φA

φB

φC

Page 38: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

38

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

CONDICIONES EQUILIBRADAS: • LAS TRES MÁQUINAS IDÉNTICAS • TRABAJANDO EN IDÉNTICAS CONDICIONES • DESFASE ENTRE MAGNITUDES DE 120º

Page 39: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

39

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

PROPIEDADES EN RÉGIMEN EQUILIBRADO: 1) TRAFOS TRIFÁSICOS ⇒ UNIÓN DE 3 MÁQUINAS 2) φA + φB + φC = 0 ⇒ AHORRO DE MATERIAL TRANSFORMADOR DE 3 COLUMNAS (CORE - TYPE) FASES LATERALES (a, c) MAYOR LONGITUD FASE CENTRAL (b) DESEQUILIBRIOS INTENSIDADES MAGNETIZANTES POCA IMPORTANCIA ⇒ FORMA CONSTRUCTIVA MUY EXTENDIDA

Page 40: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

40

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

OTRAS FORMAS CONSTRUCTIVAS: 1) TRANSFORMADORES DE 5 COLUMNAS

• ARROLLAMIENTOS EN LAS COLUMNAS CENTRALES • EL FLUJO SE CIERRA POR LAS LATERALES ⇒ MENOR SECCIÓN CULATA

(MENOR ALTURA TOTAL) 2) TRANSFORMADORES ACORAZADOS (SHELL - TYPE)

Page 41: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

41

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE CIRCUITO MAGNÉTICO A) FLUJOS LIBRES

HAY MALLAS DONDE SÓLO ACTÚA ℑ DE UNA FASE B) FLUJOS LIGADOS

EN CADA MALLA ACTÚAN ℑ DE VARIAS FASES BANCO TRIFÁSICO TRES COLUMNAS CINCO COLUMNAS ACORAZADOS

Page 42: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

42

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

COMPARACIÓN BANCOS TRIFÁSICOS VS. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

• COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO IDÉNTICO • TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS:

∗ MENOR PESO ∗ MENORES PÉRDIDAS ∗ MENOR VOLUMEN DE MÁQUINA Y PARQUE ∗ AVERÍA: OTRO TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Page 43: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

43

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

• BANCOS TRIFÁSICOS:

∗ AVERÍA: RESERVA DEL 33% ∗ MEJORES CONDICIONES DE TRANSPORTE

• UTILIZACIÓN TÍPICA:

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS SALVO CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE GRANDES POTENCIAS

Page 44: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

44

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

MAGNITUDES NOMINALES Y PARÁMETROS POTENCIA NOMINAL, SN (kVA), TRIFÁSICA TENSIÓN NOMINAL PRIMARIA (VN1) (TENSIÓN COMPUESTA) TENSIÓN NOMINAL SECUNDARIA (VN2) (TENSIÓN COMPUESTA) INTENSIDAD NOMINAL:

N

NN U3

SI⋅

=

Page 45: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

45

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN (k) ≠ RELACIÓN NÚMERO DE ESPIRAS

GRUPO DE CONEXIÓN

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN (k)

Dd, Yy

Dy

Yd 2

1

NN3 ⋅

Dz

Yz

Page 46: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

46

ÍNDICE HORARIO

DISTINTOS TIPOS DE CONEXIÓN ORIGINAN DIFERENCIAS DE FASE ENTRE TENSIONES COMPUESTAS DE PRIMARIO Y SECUNDARIO ÍNDICE HORARIO ≡ RETRASO DEL LADO DE MENOR TENSIÓN (R’)

RESPECTO AL DE TENSIÓN MÁS ELEVADA (R) MEDIDO EN MÚLTIPLOS DE 30º

AGUJA GRANDE (ALTA TENSIÓN) ⇔ 12 AGUJA PEQUEÑA (BAJA TENSIÓN) ⇔ HORA CORRESPONDIENTE

YNd1

R

R’

YNd11

R

R’

YNyn0

R

R’

Page 47: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

47

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

+

–VU

+

–V'U

+

–WU

+

–W'U

+

–UU

+

–U'U

R R’

S S’

T T’

N N’

Page 48: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

48

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

N N’ VU

WU

UU

W'U

V'U

U'U

R

S

T

R’

S’

T’

HIPÓTESIS: SISTEMA EQUILIBRADO, SECUENCIA DIRECTA

U

u = U∠0 U

v = U∠-120 U

w = U∠120

U

’u = U’∠0 U

’v = U’∠-120 U

’w = U’∠120

Page 49: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

49

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

TRANSFORMADOR IDEAL:

( )( )

0'N

N0'U

U120101'U120101U

'UU

RS

RS ∠=∠=−∠−∠−∠−∠

=

Page 50: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

50

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

DESFASE 0º ⇒ CONEXIÓN YNyn0

RU UU

=

RU UU

=

RU 'U'U

=

SV 'U'U

=

TW 'U'U

=

TW UU

=

SV UU

=

Page 51: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

51

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO

+

–VU

+

–V'U

+

–WU

+

–W'U

+

–UU

+

–U'U

R R’

S S’

T T’

N

Page 52: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

52

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO

N VU

WU

UU

W'U

V'U

U'U

R

S

T

R’

S’

T’

HIPÓTESIS: TRANSFORMADOR IDEAL, SISTEMA EQUILIBRADO, SECUENCIA

DIRECTA

Page 53: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

53

ÍNDICE HORARIO. CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO

VURS UUU

−=

VRS 'U'U

−=

( )( )

30'N

N360'U30U3

1801201'U120101U

'UU

RS

RS −∠=∠∠

=+−∠−∠−∠

=

CONEXIÓN YNd11 RU UU

=

RTU 'U'U

=

SRV 'U'U

=

TSW 'U'U

=

TW UU

=

SV UU

=

T'U R'U

S'U

30ºN

Page 54: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

54

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO

N VU

WU

UU

W'U

V'U

U'U

R

S

T

R’

S’

T’

HIPÓTESIS: TRANSFORMADOR IDEAL, SISTEMA EQUILIBRADO, SECUENCIA

DIRECTA

Page 55: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

55

ÍNDICE HORARIO. CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO

VURS UUU

−=

CONEXIÓN YNd1

Page 56: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

56

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN TRIÁNGULO-ESTRELLA

R

S

T T’

S’

R’

V'U

W'U

U'U

WU

VU

UU

N’

HIPÓTESIS: TRANSFORMADOR IDEAL, SISTEMA EQUILIBRADO, SECUENCIA

DIRECTA

Page 57: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

57

ÍNDICE HORARIO. CONEXIÓN TRIÁNGULO-ESTRELLA

URS UU

=

CONEXIÓN Dyn11 RSU UU

=RU 'U'U

=

SV 'U'U

=

TW 'U'U

=

TRW UU

=

STV UU

=

RU

TU

SU

30ºN’

Page 58: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

58

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN TRIÁNGULO-TRIÁNGULO

R

S

T T’

S’

R’

W'U

WU

V'U

VU

U'U

UU

HIPÓTESIS: SECUENCIA DIRECTA, TRANSFORMADOR IDEAL, SISTEMA

EQUILIBRADO

Page 59: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

59

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN TRIÁNGULO-TRIÁNGULO

URS UU

=

URS 'U'U

=

0'N

N0'U0U

'UU

RS

RS ∠=∠∠

=

CONEXIÓN Dd0

RSU UU

=

TRW UU

=STV UU

=

RS

T

RSU 'U'U

=

TRW 'U'U

=STV 'U'U

=

R’S’

T’

Page 60: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

60

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN TRIÁNGULO-TRIÁNGULO

R

S

T T’

S’

R’

W'U

WU

V'U

VU

U'U

UU

HIPÓTESIS: SECUENCIA DIRECTA, TRANSFORMADOR IDEAL, SISTEMA EQUILIBRADO

Page 61: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

61

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN TRIÁNGULO-TRIÁNGULO

URS UU

=

VRS 'U'U

−=

60'N

N120180'U

0U'U

U

RS

RS −∠=−∠

∠=

CONEXIÓN Dd10

RSU UU

=

TRW UU

=STV UU

=

RS

T

RTU 'U'U

=

TSW 'U'U

=SRV 'U'U

=

R’

S’

T’ 30º

30º

Page 62: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

62

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ZIGZAG

R’

S’

T’

N VU

WU

UU

R

S

T

N’

2'U V

2'U W

2'U U

2'U V

2'U W

2'U U

HIPÓTESIS: SECUENCIA DIRECTA, TRANSFORMADOR IDEAL, SISTEMA

EQUILIBRADO

Page 63: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

63

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ZIGZAG

VURS UUU

−=

VVWVU

RS 'U23

2'U

2'U

2'U

2'U'U

=+−+

−=

( ) 150'N

N3

2

120'U23

30U3

120'U23

120101U'U

U

RS

RS ∠=−∠

∠=

−∠

−∠−∠=

CONEXIÓN YNzn5

Page 64: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

64

ÍNDICE HORARIO CONEXIÓN ESTRELLA-ZIGZAG

RU UU

=2'U U

TW UU

=

SV UU

=

T'U

R'U

S'U

150º

N

2'U V

2'U W

2'U V

2'U U

2'U W

Page 65: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

65

ESQUEMA EQUIVALENTE

ESQUEMA EQUIVALENTE POR FASE REFERIDO A UN LADO TRANSFORMADOR TRIFÁSICO: ESTRELLA DE IMPEDANCIAS

0Z

1Z

2'Z

0 I

1 I

2'I

+

+

1V

2'V

21 'V , V

TENSIONES SIMPLES

0 21 I ,'I ,I

INTENSIDADES SIMPLES

Page 66: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

66

ENSAYO DE VACÍO

CONEXIÓN: • TENSIÓN NOMINAL ⇒ DEVANADO DE MAYOR TENSIÓN • ABIERTO ⇒ DEVANADO DE MENOR TENSIÓN LECTURAS: • POTENCIA TOTAL ABSORBIDA (TRIFÁSICA) ≡ P0 • INTENSIDAD DE FASE ≡ I0A, I0B, I0C POR DESEQUILIBRIO EN EL CIRCUITO MAGNÉTICO:

( )C0B0A00 III31I ++=

Page 67: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

67

ENSAYO DE VACÍO: TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

FE

FE

2102

FEFE0 RRV3IR3P ⇒==

FE

10FE

RVI = ⇒ 2

FE20 III −=µ ⇒

µ

µ =IVX 10

Page 68: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

68

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

CONEXIÓN: • INTENSIDADES NOMINALES • TENSIÓN REDUCIDA ⇒ DEVANADO DE MAYOR TENSIÓN • CORTOCIRCUITO ⇒ DEVANADO DE MENOR TENSIÓN LECTURAS: • TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO, Vcc, COMPUESTA • POTENCIA TOTAL ABSORBIDA, Pcc, TRIFÁSICA

Page 69: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

69

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

cc2cc1cccc RIR3P ⇒=

=≡

TRIÁNGULO EN CONEXIÓN V

ESTRELLA EN CONEXIÓN 3

VVV

LÍNEA

LÍNEA

SIMPLEcc

Page 70: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

70

CIRCUITO MONOFÁSICO EQUIVALENTE ESTRELLA-ESTRELLA

'Z

1Z

2'Z

0 I

1 I

L2 'I'I

=

+

+

1V

2'V0Z

L'Z

Page 71: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

71

CIRCUITO MONOFÁSICO EQUIVALENTE ESTRELLA-TRIÁNGULO

R A

B

Cc

A’C’B’

Z

r

s

ZL IL

a

a’

b'

t

c'T

S

b

'Z

1Z

2'Z

0 I

1 I

ab2 'I'I

=

+

+

1V

2'V0Z

L'Z3

Page 72: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

72

CIRCUITO MONOFÁSICO EQUIVALENTE TRIÁNGULO-ESTRELLA / ESTRELLA-TRIÁNGULO

RECOMENDACIÓN: CONVERTIR LA CARGA A LA CONEXIÓN DEL DEVANADO DEL TRANSFORMADOR

DOS POSIBILIDADES: • CONVERSIÓN DEL TRIÁNGULO A ESTRELLA • CONVERSIÓN DE LA ESTRELLA A TRIÁNGULO

Page 73: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

73

TRANSFORMADORES EN PARALELO

SITUACIONES PRÁCTICAS: 1) AMPLIACIÓN DE INSTALACIONES (SOLUCIÓN MÁS ECONÓMICA) 2) FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN

• 1 ÚNICO TRANSFORMADOR ⇒ PÉRDIDA DE SUMINISTRO EN AVERÍA O REVISIÓN

• 2 TRANSFORMADORES ⇒ LIMITACIÓN DE POTENCIA

3) POTENCIAS ELEVADAS

• FIABILIDAD (SALIDA DE GENERADORES) • TAMAÑO (TRANSPORTE)

Page 74: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

74

TRANSFORMADORES EN PARALELO CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

• CONDICIONES CONVENIENTES:

− IGUAL RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

CORRECTO FUNCIONAMIENTO EN VACÍO − IGUAL TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO EN p.u.

cc

N

Ncc

N

cc

VIZ

VV

ε== ⇒ EQUILIBRIO DE LA CARGA (CI = CII)

− IGUAL POTENCIA DE CORTOCIRCUITO EN p.u.

⇒ SI εccI = εccII ⇒ Zcc CON IGUAL ARGUMENTO

Page 75: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

75

TRANSFORMADORES EN PARALELO

• CONDICIONES OBLIGATORIAS

− TRAFOS MONOFÁSICOS: CONEXIÓN BORNAS HOMÓLOGAS ENTRE SÍ − TRAFOS TRIFÁSICOS:

∗ CONEXIÓN BORNAS HOMÓLOGAS ENTRE SÍ ∗ IGUAL ÍNDICE HORARIO ∗ IGUAL SECUENCIA DE FASES

INCONVENIENTES:

• AUMENTA LA INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO • AUMENTA COSTE DEL APARELLAJE ELÉCTRICO

Page 76: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

76

TRANSFORMADORES EN PARALELO

INCUMPLIMIENTO DE CONDICIONES

• CONDICIONES CONVENIENTES: FUNCIONAMIENTO POSIBLE (NO ÓPTIMO)

• CONDICIONES OBLIGATORIAS: IMPOSIBILIDAD DE FUNCIONAMIENTO

(CORTOCIRCUITO)

TRANSFORMADORI

TRANSFORMADORII

CARGA

ZccIIZccI

IIIII

I

+

+

V1

V'2

AI

A'I A'II

aI

a'I

a'II

aII

AII

Page 77: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

77

TRANSFORMADORES EN PARALELO

ZccI·II = ZccII·III

100V

IZII100

VIZ

II

N1

IINccII

IIN

II

N1

INccI

IN

I ⋅⋅=⋅⋅

CI·εccI = CII·εccII

ccI

ccII

II

I

CC

ε

ε=

C B A c b a

C B A c b a

I II

R S T

Page 78: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

78

AUTOTRANSFORMADOR

• DIVISOR DE TENSIÓN • ÚNICO ARROLLAMIENTO • PRIMARIO Y SECUNDARIO UNIDOS GALVÁNICAMENTE

Page 79: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

79

AUTOTRANSFORMADOR

• ARROLLAMIENTO SERIE: CIRCULA I1 (MENOS LONGITUD POR TRAFO) • ARROLLAMIENTO COMÚN: CIRCULA I2 - I1 (MENOS SECCIÓN POR TRAFO) • MENOR CANTIDAD DE COBRE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN:

2

1

c

cs

2

1

UU

NNN

NNk =

+==

DESPRECIANDO ℜm LA ECUACIÓN MAGNÉTICA:

NsI1 - Nc(I2 - I1) = 0

HIPÓTESIS IDEAL

Page 80: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

80

AUTOTRANSFORMADOR

COMPORTAMIENTO COMO EL DEL TRANSFORMADOR ARROLLAMIENTOS DE FORMA INDIVIDUALIZADA:

EL AUTOTRANSFORMADOR PUEDE ENTENDERSE COMO UNA FORMA ESPECIAL DE CONECTAR UN TRANSFORMADOR COINCIDE CON SUS CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS

Page 81: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

81

AUTOTRANSFORMADOR

COMPARACIÓN ENTRE TRANSFORMADOR Y AUTOTRANSFORMADOR BASES: DOS MÁQUINAS CON:

1) IGUALES CARACTERÍSTICAS NOMINALES (TENSIÓN, POTENCIA) 2) IGUALES PÉRDIDAS POR UNIDAD DE PESO (Bmax) 3) IGUAL DENSIDAD DE CORRIENTE

PARÁMETROS DE CORTOCIRCUITO: TRAFO ⇒ AUTOTRAFO ⇒

Page 82: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

82

AUTOTRANSFORMADOR

Page 83: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

83

AUTOTRANSFORMADOR

(BASE 3)

BASE 1 ⇒ MISMA POTENCIA NOMINAL

Page 84: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

84

AUTOTRANSFORMADOR

MENOR NECESIDAD DE COBRE ⇒ ⇒

↓↓REACTANCIA DE DISPERSIÓN

EN GENERAL:

Page 85: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

85

AUTOTRANSFORMADOR

PARÁMETROS DE VACÍO

⇒ MISMO FLUJO ⇒ MISMA SECCIÓN CIRCUITO

MAGNÉTICO

AUNQUE TRABAJEN CON AL SER

MENOR SECCIÓN LA VENTANA:

IGUAL B (BASE 2)

Page 86: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

86

AUTOTRANSFORMADOR MENOR LONGITUD MAGNÉTICA ⇒ ↓↓ INTENSIDAD MAGNETIZANTE MENOR PESO ⇒ ↓↓ PÉRDIDAS TOTALES NECESARIO CONOCER LAS DIMENSIONES DEL CIRCUITO EN GENERAL:

T0A0 %i%i <

T0A0 %p%p <

PESO DE COBRE IGUAL DENSIDAD CORRIENTE (BASE 3) ⇒ IGUALES PÉRDIDAS POR UNIDAD DE PESO

Page 87: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

87

AUTOTRANSFORMADOR

FACTOR DE REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS EN EL COBRE

SE PUEDE APLICAR AL PESO DE COBRE

VENTAJAS DE LOS AUTOTRANSFORMADORES

• MENORES PÉRDIDAS (COBRE, HIERRO) • MEJOR RENDIMIENTO

Page 88: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

88

AUTOTRANSFORMADOR

• MENORES CAÍDAS DE TENSIÓN • MENOR INTENSIDAD DE VACÍO • MENOR COSTE: ↓ COBRE, ↓ HIERRO • MENOR TAMAÑO (ESPACIO EN SUBESTACIONES)

INCONVENIENTES DE LOS AUTOTRANSFORMADORES • MAYOR INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO ⇒ ↑ COSTE APARELLAJE • NO EXISTE AISLAMIENTO GALVÁNICO ENTRE PRIMARIO Y SECUNDARIO ⇒ APARICIÓN DE TENSIONES PRIMARIAS EN EL SECUNDARIO

Page 89: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

89

AUTOTRANSFORMADOR

AVERÍA:

Page 90: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

90

AUTOTRANSFORMADOR

CORTOCIRCUITO A TIERRA EN ALTA TENSIÓN:

Page 91: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

91

AUTOTRANSFORMADOR

AVERÍA:

BORNA COMÚN: CONEXIÓN RÍGIDA A TIERRA

Page 92: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

92

AUTOTRANSFORMADOR

REGLAMENTACIÓN: k < 1,25 CON POTENCIALES POR DEBAJO DE 250 V, NO REGULADO ACONSEJABLE (GENERAL) 1 < k < 2

Page 93: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

93

AUTOTRANSFORMADOR

POTENCIA EN LOS AUTOTRANSFORMADORES POTENCIA NOMINAL: POTENCIA MÁXIMA QUE PUEDE TRANSFERIR DEL

PRIMARIO AL SECUNDARIO POTENCIA CEDIDA AL SECUNDARIO:

S2 = V2I2 = V2I1 + V2(I2 - I1) Sc ≡ POTENCIA DE CIRCULACIÓN Si ≡ POTENCIA INTERNA (TRANSFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA)

Page 94: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

94

AUTOTRANSFORMADOR

Si = V2(I2 - I1) = V2I2 = Sp

Sp ≡ POTENCIA DE PASO

AUTOTRAFO SOLO “TRANSFORMA” EL ·100 % DE LA POTENCIA TOTAL

TRANSFERIDA AL SECUNDARIO EJEMPLO: TRAFO 100 kVA, k = 2, TRANSF. ELECTROMAGNÉTICA = 100 kVA AUTOTRAFO 100 kVA, k = 2, TRANSF. ELECTROMAGNÉTICA = 50 kVA

Page 95: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

95

TRANSFORMADORES CON TOMAS

CONTROL DE LA TENSIÓN

• REGULAR TENSIÓN SERVIDA DENTRO LÍMITES LEGALES • CONTROLAR FLUJOS DE P Y Q EN LA RED • AJUSTE TENSIÓN FRENTE A INCREMENTO EN LA CARGA

MONOFÁSICO TRIFÁSICO

Page 96: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

96

TRANSFORMADORES CON TOMAS

CONMUTACIÓN A ALTA TENSIÓN

• ECONÓMICO: EN BAJA TENSIÓN CONMUTADORES DE ALTA INTENSIDAD • TÉCNICO: EN ALTA TENSIÓN MAYOR NÚMERO DE ESPIRAS ⇒ MAYOR

CAPACIDAD DE REGULACIÓN • SI AMBOS ARROLLAMIENTOS ESTÁN A ALTA TENSIÓN LA REGULACIÓN

EN EL ARROLLAMIENTO QUE VAYA A TENER TENSIÓN VARIABLE (B CTE.)

TRANSFORMACIÓN A I CTE. VERSUS TRANSFORMACIÓN A P CTE. CONMUTACIÓN EN VACÍO VERSUS CONMUTACIÓN EN CARGA

Page 97: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

97

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

TRANSFORMADOR DE TENSIÓN

• FUNCIONA CASI EN VACÍO • CAÍDA DE TENSIÓN INTERNA MUY PEQUEÑA • BORNE DE SECUNDARIO A TIERRA ⇒ PELIGRO CONTACTO PRIMARIO Y

SECUNDARIO

Page 98: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

98

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

V1 - V’2 = RccI’2Cos(ϕcc) + XccI’2Sen(ϕcc) IDEALMENTE:

V1 = V’2 ⇒

ERROR DE RELACIÓN O DE TENSIÓN

Page 99: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

99

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

ERROR DE FASE O DE ÁNGULO ≡ DIFERENCIA DE FASE ENTRE V1 Y V2 (MIN) CLASES DE PRECISIÓN: 0,1, 0,2, 0,5, 1, 3 ⇒ VALOR MÁXIMO DE εV A

POTENCIA NOMINAL Y F.D.P. 0,8 INDUCTIVO

APARATO CONSUMO (VA)

VOLTÍMETROS 2-8 BOBINA VOLTIMÉTRICA VATÍMETRO 1-8 BOBINA VOLTIMÉTRICA CONTADOR 2-6

FASÍMETROS 2-12 SINCRONOSCOPIOS 5-15

RELÉS 5-50

Page 100: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

100

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

• FUNCIONA CASI EN CORTOCIRCUITO • EN A.T. BORNE DE SECUNDARIO A TIERRA ⇒ PELIGRO CONTACTO

PRIMARIO Y SECUNDARIO

Page 101: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

101

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

I1 = I’2 + I0 ⇒

IDEALMENTE:

I1 = I’2 = KiI2 B.T. ⇒ TRANSFORMADOR DE TENAZA O PINZAS (NO SE CORTA LA LÍNEA)

Page 102: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

102

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

SI SE DEJA EN CIRCUITO ABIERTO EL SECUNDARIO ⇒ I1 = I0 I1 ES CTE. (RED) Y MUY ELEVADA ⇒ FLUJO CRECE PELIGROSAMENTE ⇒ ↑↑PFE Y V2 ⇒ PELIGRO EN LA VIDA DE LOS AISLANTES Y LA SEGURIDAD DEL PERSONAL SOLUCIONES:

• INTERRUMPIR EL SERVICIO DE LA LÍNEA • CORTOCIRCUITAR PREVIAMENTE EL SECUNDARIO

Page 103: TRANSFORMADORES - ingenieros.es · transformadores de medida (tensiÓn, intensidad) mÁquinas elÉctricas transformadores 3 introducciÓn . mÁquinas elÉctricas transformadores 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS TRANSFORMADORES

103

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

ERROR DE RELACIÓN O DE INTENSIDAD

100

KI

KII

i

1

i

12

i ⋅

ERROR DE FASE ≡ DIFERENCIA DE FASE ENTRE I1 E I2 (MIN) CLASES DE PRECISIÓN: IGUAL QUE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

APARATO CONSUMO (VA) AMPERÍMETRO 1-4

BOBINA AMPERIMÉTRICA VATÍMETRO 1-8 BOBINA AMPERIMÉTRICA CONTADOR 1-2

FASÍMETROS 2-12 RELÉS 5-20