Tipos de Transformadores Trifásicos

    1. Introducción
    2. ¿Qué es el transformador trifásico?
    3. Tipos de transformadores
    4. Transformadores trifásicos a vacío
    5. Conexiones trifásicas de transformadores
    6. Importancia de la conexión a tierra de los neutros
    7. Conexiones de transformadores trifásicos usando dos transformadores
    8. Transformaciones trifásicos en paralelo
    9. Devanados
    10. Conclusiones
    11. Referencias

    Extracto- El transformador trifásico es el equipo de transformación de redes trifásica, se puede decir también que es el uso de tres transformadores monofásicos lo hacen de forma respectivas es decir tres veces. El conocimiento a fondo del transformador trifásico es indispensable para todo proyectista eléctrico o electrónico.

    Introducción

    El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. En el presente ensayo nos enfocaremos principalmente en el transformador trifásico, sus diferentes clasificaciones y sus conexiones. Al hablar de este dispositivo como lo es el transformador trifásico podríamos decir que tiene tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o de triángulo (?) y las combinaciones entre ellas: triangulo - triangulo ?-?, triangulo-estrella ?-Y, estrella-triángulo-? y estrella-estrella Y-Y.

    Los transformadores trifásicos tienen grandes ventajas como su rendimiento incrementado, tamaño reducido, peso reducido y menor costo. Una reducción del espacio es una ventaja desde el punto de vista estructural en estaciones generadoras o bien subestaciones.

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    ¿Qué es el transformador trifásico?

    El transformador trifásico está definido como un sistema trifásico que se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos.

    Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un transformador trifásico como vemos a continuación.[1]

    Tipos de transformadores

    Transformador Trifásico tipo acorazado:

    Puede considerarse como tres transformadores monofásicos de tipo acorazado, colocados uno junto a otro, tal como se muestra en la figura 1. La única diferencia entre esta disposición, que corresponde a un transformador trifásico, es que las láminas del núcleo de este último están entrelazadas, es decir, las tres partes del núcleo no están separadas. Esto hace que los flujos en el núcleo, correspondientes a fases diferentes, se superpongan en las partes indicadas por D-E-F y G.

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    Fig. 1

    La figura 1 nos indica los tres transformadores trifásicos y la unidad trifásica correspondiente.

    Transformador Trifásico tipo núcleo, con tres columnas:

    En las figuras colocadas debajo de este argumento nos indica la formación de un transformador trifásico tipo núcleo a partir de tres unidades monofásicas. Si las tensiones aplicadas son sinusoidales, simétricas y equilibradas los flujos de la figura 2 cumplen la relaciónMonografias.com

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    Fig. 2

    La figura 2 nos indica la parte central del núcleo omitida y nos dice la disposición del núcleo lo que presenta un pequeño desequilibrio del circuito magnético para las tres fases lo que permite un importante material de ahorro del núcleo.

    Polaridad de Transformador tipo núcleo

    En el transformador trifásico tipo núcleo, la situación es diferente. La polaridad se puede establecer sólo para los enrollados que están sobre una misma pierna o columna del núcleo. Junto al concepto de "marcas de polaridad", se tiene el de "comienzos de enrollado" o "puntas de enrollado", debido a la necesidad de que en todo instante se cumpla la relación (3.4). De esta forma, se puede considerar como "comienzos de enrollado" a los terminales tales que si por ellos entran corrientes, se establezcan flujos. Para cada columna entonces; H1 y X1 (o H2 y X2 o H3 y X3) serán homólogos o no, dependiendo de si la polaridad es sustractiva o aditiva.




    Transformadores de tipo poste.

    Los transformadores de este tipo constan de núcleo y bobinas montados, de manera segura, en un tanque cargado con aceite; llevan hacia fuera las terminales necesarias que pasan a través de bujes apropiados.

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    Fig. 3

    Los bujes de alto voltaje pueden ser dos, pero lo más común es usar un solo buje además de una terminal de tierra en la pared del tanque conectada al extremo de tierra del devanado de alto voltaje para usarse en circuitos de varias tierras. El tipo convencional incluye solo la estructura básica del transformador sin equipo de protección alguna.

    La protección deseada por sobre voltaje, sobrecarga y cortocircuito se obtiene usando aparta rayos e interrupciones primarias de fusibles montados separadamente en el poste o en la cruceta muy cerca del transformador. La interrupción primaria del fusible proporciona un medio para detectar a simple vista los fusibles quemados en el sistema primario, y sirve también para sacar el transformador de la línea de alto voltaje, ya sea manual, cuando así se desee, o automáticamente en el caso de falla interna de las bobinas.

    Transformador auto protegido.

    Estos transformadores son similares a las unidades monofásicas, con la excepción de que emplea un cortocircuito de tres polos. El cortocircuito está dispuesto de manera que abra los tres polos en caso de una sobrecarga seria o de falla en alguna de las fases.

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    Fig. 4

    Transformador de distribución auto protegido, del tipo poste con capacidad para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240 V, elevación de 65°

    Monografias.comTransformador auto protegido para bancos de secundarios. Está en otra variante en la que se proporcionan los transformadores con los dos cortacircuitos secundarios paras seccionar los circuitos de bajo voltaje, confinar la salida de operación únicamente a la sección averiada o sobrecargada y dejar toda la capacidad del transformador disponible para alimentar las secciones restantes. Estos también se hacen para unidades monofásicas y trifásicas. Transformadores de distribución del "tipo estación": estos transformadores tienen, por lo general, capacidad para 250,333 ó 500KVA. Para la distribución a redes de bajo voltaje de c.a. en áreas de alta densidad de carga, hay transformadores de red disponibles en capacidades aún mayores.

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    Fig. 5

    Transformador de distribución auto protegido, del tipo poste con capacidad para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240 V, elevación de 65°

    Transformadores trifásicos a vacío

    Efecto que produce un terciario en una conexión Triangulo.- El diseño de los devanados terciarios está determinado por las conexiones del sistema y los resultados que se espera obtener del triángulo de terciarios.

    Por ejemplo, si están aislados los neutros de los primarios y los secundarios y el triángulo de terciarios no alimenta a carga alguna, las únicas corrientes que pueden circular por los devanados terciarios son los terceros armónicos o corrientes de excitación de secuencia cero y en consecuencia, los devanados pueden ser relativamente finos. Sin embargo, el neutro de la estrella de alta tensión suele estar puesto a tierra, y a veces lo están ambos neutros. En estas condiciones las averías de puesta a tierra de las líneas de alta tensión pueden inducir corrientes muy intensas en el terciario y éstos deberán poder soportar el calentamiento y las fuerzas mecánicas ocasionadas por ellas. A menudo, el triángulo de terciarios alimenta una carga.

    Por ejemplo circuitos auxiliares de una subcentral, o condensadores estáticos para regulación del factor de potencia y de la tensión. En estas condiciones el triángulo de terciarios debe soportar los efectos de cortocircuitos entre sus propios terminales.

    Tipos de transformadores trifásicos las fases tienen independencia magnética. -En los transformadores de columna existe dependencia magnética. Como muestra la figura, los flujos son mutuamente dependientes.

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    Fig. 6

    Fig.11. Transformador tipo columna en que muestra dependencia magnética

    Al llegar al punto c, estos flujos se suman dando origen a 3I0. Si uno de estos flujos varia, los otros también lo hacen para compensar la suma 3I0.

    En el caso de transformadores acorazados, existe independencia magnética. Como se aprecia en la figura, cada una de las bobinas tiene una circulación de flujo independiente de otra.

    Fig.7 Transformador tipo acorazado que muestra independencia magnética.

    Conexiones trifásicas de transformadores

     Para relacionar las tensiones y las corrientes primarias con las secundarias, no basta en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, sino que se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Una manera de establecer estos desfases consiste en construir los diagramas fasoriales de tensiones y corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión (estrella, triángulo o zig-zag), las polaridades de los enrollados en un mismo circuito magnético o fase, y las designaciones de los bornes.

    Consideraciones.-

    • Los enrollados ubicados en una misma fase, se dibujan siempre paralelos y con las marcas de polaridad o de comienzo de enrollado en el mismo sentido.

    • Los enrollados se dibujan ubicados formando ángulos entre sí, iguales a la diferencia de fase entre las tensiones que existen en ellos y, por comodidad se representan por un trazo.

    • Para todos los casos se considera secuencia positiva en los sistemas trifásicos de tensiones a ambos lados del transformador.

    • Se considera positivo el ángulo en que las tensiones secundarias atrasan a las tensiones respectivas del primario.

    • A cada tipo de conexión trifásica se le asigna un subíndice numérico (entre 0 y 12) que indica porque múltiplo de 30º, el fasor voltaje del lado secundario atrasa al fasor voltaje del primario. Esto se denomina desplazamiento angular de la conexión.

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    Conexión Estrella (Y).- La conexión estrella tiene voltajes de línea que se relacionan con los voltajes de fase.

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    Fig.8(a) Conexión en Estrella

    Conexión Estrella-Estrella (Y-Y).- En la figura 3(b) se muestra la conexión de un transformador trifásico ó de tres transformadores monofásicos formando un banco trifásico en conexión estrella tanto para el primario como para el secundario. Se puede apreciar que para obtener el circuito equivalente "por fase", basta con considerar una de las tres fases, ya que existe un punto común (neutro).

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    Fig. 8(b) Conexión en Estrella-Estrella

    Conexión Triangulo-Triangulo (?- ?).- La Figura 4 muestra un transformador ó banco trifásico en conexión estrella-estrella. Como se observa, no es posible considerar una sola fase ya que no existe un punto común. Si se cortocircuita el secundario; desde el primario se ve el circuito, el que puede transformarse en una estrella equivalente, donde se puede obtener un "punto común" o "punto neutro". Este punto no es real; sin embargo, permite considerar una sola fase del transformador trifásico.

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    Fig.9

    Conexión Triangulo-Estrella (?- Y).- Bajo las mismas consideraciones anteriores, el circuito equivalente por fase.

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    Fig.10

    Conexión Estrella-Triangulo (?-Y).- La conexión estrella-triangulo es contraria a la conexión triangulo-estrella. En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos.

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    Fig.11

    Conexión Triangulo abierto.-   La nomenclatura a1a2-b1b2-c1c2 me indica que la parte izquierda representa el secundario del transformador en una conexión triángulo en el secundario y la parte derecha representa un conjunto de cargas con impedancia Z que hemos colocado en este caso en configuración también Delta o Triángulo. Ya que es una conexión Dd, mas a la izquierda del secundario del transformador que se ha indicado líneas arriba está ubicado el primario del transformador que no se dibujó por razones de espacio.

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    Fig.12

    Importancia de la conexión a tierra de los neutros

    La conexión a tierra de los neutros de los transformadores trifásicos en su comportamiento a vacio se radica en que por medio del neutro es posible la circulación de las corrientes armónicas y con esto se logra variar la distorsión de la señal de entrada. De existir esta distorsión, también se transmitirá al secundario y por ende, a las cargas conectadas al transformador.

    Conexiones de transformadores trifásicos usando dos transformadores

    Algunas de las conexiones más importantes con dos transformadores son 4:

    1. La conexión ? abierta (o V-V)

    2. Conexión Y abierta-? abierta

    3. Conexión Scott-T

    4. Conexión trifásica en T

    La conexión triangulo abierta (o V-V)

    Conexión de un transformador en Monografias.comabierta o V-V. Muestra el banco de transformadores en operación normal conectado a una carga resistiva. Si el voltaje nominal de un transformador en el banco es V? y la corriente nominal es I? entonces la potencia máxima que puede suministrar a la carga es:

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    El ángulo entre el voltaje V, Y la corriente l, en cada fase es 0°, por lo que la potencia total suministrada por el transformador es:

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    En ciertas situaciones no puede utilizarse un banco de transformadores completo para realizar una transformación trifásica. Por ejemplo, supóngase que un banco de transformadores triangulo-triangulo (?-?) que consta de transformadores separados tiene una fase dañada que se debe retirar para su reparación. La situación resultante se muestra en la siguiente figura, si dos voltajes secundarios que permanecen son VA= V ?0° Y VB= V ?-120° V, entonces el voltaje que pasa a través de la abertura que dejó el tercer transformador está dado por:

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    Éste es el mismo voltaje que estaría presente si el tercer transformador siguiera ahí. A menudo, a la fase C se le llama fase fantasma.

    Entonces, la conexión triangulo o delta abierta posibilita que un banco de transformadores siga funcionando con sólo dos de sus transformadores. Permitiendo que fluya cierta potencia aun cuando se haya removido una fase dañada.

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    Fig. 13

    En la siguiente figura se muestra un transformador con delta abierta. Debido a que falta una de las fases del transformador, la corriente de línea de transmisión es igual a la corriente de fase en cada transformador y las corrientes y voltajes en el banco del transformador tienen un ángulo que difiere por 30°.

    Para el transformador 1 el voltaje tiene un ángulo de 150° y la corriente tiene un ángulo de 120°, por lo que la expresión para la potencia máxima en el transformador es:

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    Fig. 14

    Transformador triángulo abierta

    Para el transformador 2, el voltaje tiene un ángulo de 30° y la corriente tiene un ángulo de 60°, por lo que la potencia máxima es:

    La corriente nominal es la misma en cada transformador, sin importar si son dos o tres, y el voltaje es el mismo en cada transformador; por lo que la razón entre la potencia de salida disponible del banco delta abierta y la potencia disponible del banco trifásico normal es:

    La potencia disponible que sale del banco delta abierta es sólo 57.7% del valor nominal del banco original.

    Después de todo, la potencia total que los dos generadores juntos pueden producir equivale a dos tercios del valor nominal del banco original. Para encontrar la respuesta se debe examinar la potencia reactiva del banco delta abierta. La potencia reactiva del transformador 1 es:

    Entonces, un transformador produce potencia reactiva que consume el otro. Este intercambio de energía entre los dos transformadores es lo que limita la potencia de salida a 57.7% del valor nominal del banco original en lugar del esperado 66.7%.

    Las conexiones triangulo abierta se utilizan ocasionalmente cuando se desea suministrar una pequeña cantidad de potencia trifásica a una carga monofásica. En tal caso, se puede utilizar la conexión de esta figura, donde el transformador T2es mucho más grande que el transformador TI.

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    Fig.15

    La utilización de una conexión de transformador en A abierta para suministrar una pequeña cantidad de potencia trifásica y mucha potencia monofásica. El transformador T2, es mucho mayor que el transformador T1,

    Conexión Estrella abierta- Triangulo abierta

    La conexión estrella abierta-triangulo abierta es muy parecida a la conexión triangulo abierta excepto en que los voltajes primarios se derivan de dos fases y el neutro. Se utiliza para dar servicio a pequeños clientes comerciales que necesitan servicio trifásico en áreas rurales donde no están disponibles las tres fases.

    Con esta conexión un cliente puede obtener el servicio trifásico provisional basta que la demanda haga necesaria la instalación de la tercera fase.

    Una gran desventaja de esta conexión es que debe fluir una corriente de retorno muy grande en el neutro del circuito primario.

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    Fig. 16

    Diagrama de cableado de la conexión del transformador estrella abierta-triangulo abierta.

    La conexión Scott-T

    La conexión Scott-T es una manera de obtener dos fases separadas 90° a partir de un suministro de potencia trifásica, consta de dos transformadores monofásicos con idéntica capacidad. Uno tiene una toma en su devanado primario a 86.6% de su voltaje a plena carga. Están conectados como se muestra en la figura 2-43a. La toma de 86.6% del transformador T2está conectada a la toma central del transformador T1.

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    Fig. 17

    La conexión T trifásica

    La conexión Scott-T utiliza dos transformadores para convertir potencia trifásica en potencia bifásica con un nivel diferente de voltaje. Mediante una sencilla modificación de esta conexión, los mismos dos transformadores pueden convertir potencia trifásica en potencia trifásica con otro nivel de voltaje.

    En este caso, tanto el devanado primario como secundario del transformador T2tienen una toma al 86.6% y las tomas están conectadas a las tomas centrales de los devanados correspondientes del transformador T1. En esta conexión a T1se le llama transformador principal y a T2se le llama transformador de conexión en T.

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    Fig. 18

    Transformaciones trifásicos en paralelo

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    Fig. 19

    Condiciones que debemos tener en cuenta:

    • Que los desfases entre las tensiones primarias y secundarias sean los msimos en el transformador a acoplar en paralelo.

    • Igual capacidad (con enfriamiento o sin enfriamiento) de devanados.

    • Igual impedancia (referida a la misma base de voltaje y capacidad).

    • Iguales voltajes lado alimentación y lado carga.

    • Igual relación de transformación en vacío.

    • Igual tipo de enfriamiento.

    • Diseño para igual altura de operación sobre el nivel del mar.

    • Igual tipo de aislamiento (igual temperatura de operación).

    Las combinaciones primario-secundarias reunidas bajo el mismo grupo dan un ángulo igual entre la línea de uno y otro lado respectivamente, y pueden acoplarse en paralelo sin más que unir entre sí las terminales designadas con la misma inicial.

    La conexión de transformadores en paralelo se hace necesaria debido a los incrementos de la demanda que superan la capacidad existente o cuando los requerimientos de confiabilidad y continuidad de operación lo exigen, este es el caso, que si un transformador falla, el otro continuará alimentando la carga sin interrupción.

    Cuando la demanda de energía se reduce temporalmente, resulta más económico operar un transformador pequeño cerca de su límite de capacidad a plena carga que un transformador mayor a capacidad reducida. Por lo que, cuando le demanda energética es muy fluctuante resulta más provechoso la instalación de dos o más transformadores en paralelo que utilizar un transformador de gran capacidad. En estas condiciones el sistema es más flexible porque tiene la posibilidad de agregar una parte de los transformadores en paralelo cuando sea necesario.

    Dos transformadores monofásicos operarán en paralelo si se conectan con la misma polaridad. Dos transformadores trifásicos operarán en paralelo si tienen el mismo arreglo en los devanados (por ejemplo, Y-delta), están conectados con la misma polaridad, tienen la misma rotación de fase y su desplazamiento angular es el mismo.

    Para conectar dos transformadores en paralelo, los diagramas de tensión deben coincidir. Por supuesto, es necesario que los dos transformadores tengan impedancia, capacidad nominal y frecuencia similares. La división de la corriente de carga, en proporción a las capacidades de KVA de los transformadores en paralelo está determinada por la igualdad de sus voltajes nominales, relación de vueltas en los devanados, porcentaje de impedancias y relaciones de su reactancia a su resistencia.

    Si estas condiciones no se cumplen, las corrientes de carga no se pueden dividir proporcionalmente en las capacidades nominales de KVA de los transformadores, y puede surgir una diferencia de fase entre las corrientes.

    Capacidad e Impedancia

    Dos o más transformadores se pueden paralelar siempre y cuando sus impedancias sean, en cierta proporción, inversamente proporcionales a sus capacidades y cuando la carga total a alimentar, no sobrepase la suma de los KVA que puede proporcionar dicho acoplamiento.

    Las fórmulas básicas para conectar en paralelo dos o más transformadores son las siguientes:

    o bien:

    St = S1 + S2 + S3 + … en KVA, en donde:

    Z1 Z2 Z3

    St es la potencia en KVA del grupo, a tensión del cortocircuito unitario en KVA.

    Sg es la suma de las capacidades del grupo, en KVA.

    Zg Es la impedancia del grupo de transformadores en por ciento.

    Los transformadores trifásicos se clasifican en tres grupos según su desplazamiento angular, como se muestra en la figura 20

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    Fig. 20 transformadores trifásicos sin derivación

     

    Cuatro de los diagramas usuales de 3 a 6 fases se ilustran como los grupos IV y V de la figura 21. Su construcción no implica mayores complicaciones que las del método para conexiones de 3 fases a 3 fases.

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    Fig. 21 transformadores de 6 fases sin derivación.

     Para operar en paralelo, los transformadores deben pertenecer al mismo grupo. Ningún intercambio de terminales externos origina el cambio de un grupo a otro. Entonces, si se tienen dos transformadores delta-delta, uno de los cuales corresponde al grupo I y el otro al grupo II, no pueden operar en paralelo. Si se sobrepusieran los diagramas de la tensión de estos transformadores, los diagramas de baja tensión no coincidirían.

    Sin embargo, todos los transformadores Y-delta o delta-Y se pueden reducir a un mismo diagrama y, por lo tanto clasificarse en un mismo grupo. Un banco Y-Y puede operar en paralelo con un banco Y-Y similar o con un banco delta-delta, pero ninguno de estos bancos puede operar paralelo con un banco delta-Y o Y-delta

    En la conexión de transformadores en paralelo, con unidades nuevas o existentes, los factores importantes a considerar son la economía, confiabilidad y continuidad de operación.

    La operación de transformadores en paralelo puede ser necesaria debido a un incremento de la carga, mayor que la capacidad de los transformadores existentes, por la necesidad de tener disponible la mitad de la capacidad total de los transformadores si falla una unidad o por la necesidad de que el suministro no se interrumpa en caso de que falle un transformador.

    Los transformadores que operan en paralelo, deben tener la misma relación vectorial, una relación de vueltas aproximadamente igual y una impedancia igual o similar. Si se van a adquirir nuevas unidades para operar en paralelo, se deben indicar los requisitos en las especificaciones. Igualmente, al adquirir un nuevo transformador para operar en paralelo con una unidad existente, la impedancia y la capacidad nominal de KVA de la unidad existente se deben poner en las especificaciones.

    Es aconsejable mostrar al fabricante el esquema ilustrado en la placa de identificación y el número de serie de la unidad existente. También, se debe indicar si hay la previsión para equipo de enfriamiento en el transformador existente.

    Es recomendable pedir los diagramas de la placa de identificación para aprobación, con la impedancia de diseño indicada. La impedancia real probada se debe grabar sobre la placa metálica de identificación. La revisión de estos dibujos asegurará la comprobación final, necesaria para la operación apropiada de los transformadores en paralelo.

    Devanados

    Los devanados de los transformadores.

         Los devanados de los transformadores se pueden clasificar en baja y alta tensión, esta distinción es de tipo global y tiene importancia para los propósitos de el realización práctica de los devanados debido a que los criterios constructivos para la realización de los devanados de baja tensión, son distintos de los usados para los devanados de alta tensión.          Para los fines constructivos, no tiene ninguna importancia la función de un devanado, es decir, que sea primario o el secundario, importa solo la tensión para la cual debe ser previsto.

    Otra clasificación de los devanados se puede hacer con relación a la potencia del transformador, para tal fin existen devanados para transformadores de baja potencia, por ejemplo de 1000 a 2000 VA y para transformadores de media y gran potencia. Los devanados para transformadores de pequeña potencia son los más fáciles de realizar. En este tipo de transformadores los devanados primario y secundario son concéntricos y bobinado sobre un soporte aislante único. Por lo general, se usan conductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobrepuestas. Por lo general, el devanado de menor tensión se instala más cerca del núcleo interponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores, se instala en forma concéntrica el devanado de tensión mayor. Los extremos de los devanados (denominados también principio y final del devanador) se protegen con aislante de forma de tubo conocido como "spaguetti".

    Devanados para transformadores de distribución.

    En estos transformador, las diferencia entre las tensiones primaria y secundaria es notable, por ejemplo, los transformados para reces de distribución de 13200 volts a las tensiones de utilización de 220/127 volts debido a estas diferencias, se emplean criterios constructivo distintos a os considerados en los transformadores pequeños de baja tensión y se dividen en devanados de baja tensión y de alta tensión.

    Devanados de baja tensión.

    Están constituidos por lo general, de una sola espiral (algunas veces en dos o tres capas sobrepuestas), con alambres rectangular aislado. El conductor se usa generalmente para potencia pequeñas y tiene diámetros no superiores a 3 o 3.5 mm. El aislamiento de los conductores, cuando son cilíndricos, puede ser de algodón o de papel, más raramente conductor esmaltado en el caso que los transformadores que no sean enfriados por aceite.

    Para transformadores de mediana y gran potencia, se recurre al uso de placa o solera de cobre aislada, el aislamiento es por lo general de papel. En el caso de que las corrientes que transporte el devanado sean elevadas ya sea por vacilidad de manipulación en la construcción o bien para reducir las corrientes parásitas, se puede construir el devanado don más de una solera o placa en paralelo.

    Devanados de alta tensión.

    Los devanados de alta tensión, tiene en comparación con los de baja tensión, muchos espiras, y la corriente que circula por ellos, es relativamente baja, por lo que son de conductor de cobre de sección circular con diámetro de 2.5 a 3.0 mm.

     Con respecto a las características constructivas, se tienen variantes de fabricante a fabricante, hay básicamente dos tipos, el llamado "tipo bobina" formados de varias capas de condutores, estas bobinas tienen forma discoidal, estas bobinas se conectan, por lo general, en serie para dar el número total de espiras de una fase. El otro tipo des el llamado "de capas" constituido por una sola bobina con varias capas, esta bobina es de longitud equivalente a las varias bobinas discoidales que constituirían el devanado equivalente, por lo general, el número de espiras por capa en este tipo de devanado, es superior al constituido de varias bobinas discoidales.

    Como aspectos generales, se puede decir que el primer tipo (bobinas discoidales), da mayor facilidad de enfriamiento e impregnarse de aceite, debido a que dispone canales de circulación más numerosos, también tiene la ventaja de que requiere de conductores de menor diámetro equivalente al otro tipo, da mayor facilidad constructiva. Tiene la desventaja de ser más tardado en su construcción.

              Las bobinas discoidales se conocen también como "tipo galleta" en algunos casos, se forman cada una, de un cierto número de conductores dispuestos en capas y aisladas estas capas entre sí por papel aislante, cada bobina al terminar se "amarra" con cinta de lino o algodón para darle consistencia mecánica y posteriormente se les da un baño de barniz y se hornean a una cierta temperatura, con lo cual adquiere la rigidez mecánica necesaria. Cada bobina, está diseñada para tener una tensión no superior a 1000-1500 volts, por lo que para dar la tensión necesaria para una fase, se deben colocar varias bobinas en serie.

    Posición de los devanados.

             La disposición de los devanados en los transformadores, debe ser hecha de tal forma, que se concilien en la mejor forma las dos exigencias que son contrastantes entre sí, del aislamiento y de la menor dispersión del flujo. La primera requiere de la mayor separación entre devanados, en tanto que la segunda, requiere que el primario s encuentra los más cercano posible del secundario,. En la práctica, se alcanza una solución conveniente del problema con la disposición de los devanados dentro e los siguientes tipos:

    -      Concéntrico.

    -      Concéntrico doble.

    -      Alternado.

    En el tipo concéntrico, cada uno de los devanados está distribuido a lo largo de toda la columna el devanado de tensión más baja se encuentra en la parte interna (más cercano al núcleo) y aislado del núcleo, y del de tensión más elevada, por medio de tubos aislantes (cartón baquelizado, baquelita, etc.).

    En la disposición de concéntrico doble, el devanado de tensión más de baja se divide en dos mitades dispuestas respectivamente al interior y al exterior uno de otro.

    En el llamado tipo alternado, los dos devanados están subdivididos cada uno en una cinta número de bobinas que están dispuestas en las columnas en forma alternada.

    Las consideraciones que orientan desde el punto de vista de diseño, la disposición de los devanados, son aquellos referentes al enfriamiento, el aislamiento, la reactancia de dispersión y a los esfuerzos mecánicos.

    Con relación a los aislamientos, la solución más conveniente la representa el tipo concéntrico simple, porque requiere de una sola capa aislante entre los dos devanados, por lo que esta disposición es ventajosa en el caso de tensiones elevadas.

    El llamado concéntrico doble tiene la prerrogativa de dar lugar a la reactancia de dispersión con valor de alrededor de la mitad de aquel relativo al concéntrico simple. El tipo alternado, en cambio, permite variar tales reactancias, repartiendo en forma distinta las posiciones de las bobinas de los dos devanados. Para el esfuerzo mecánico son mejor las disposiciones de tipo alternado, pues permite que el transformador soporte mejor los esfuerzos mecánicos.

    Construcción de los devanados.

     Como se indicó anteriormente, los conductores usados para la construcción de los devanados, pueden ser de alambre circular (como un diámetro comprendida entre 0.2 y 0.4 mm) o bien solera de distintas medidas.

    Según sea el tipo de las espiras de las bobinas, se pueden construir en dos formas.

    -      Helicoidal continua.

    -      Con bobinas separadas (discoidales).

    Las bobinas helicoidales se hacen, por lo general, cuando el conductor empleado es de solera, lo único que se debe tener cuidado es en la forma del aislamiento con respecto al núcleo y eventualmente su constitución mecánica. Este tipo de construcción tiene cierto  tipo de limitaciones, en cuanto al aislamiento se refiere, aún cuando se puede construir en varias capas, por lo que su práctica se limita a los devanados de baja tensión.

    La construcción de bobinas discoidales (para devanados con bobinas separadas), generalmente se hace con el mismo número de espiras por bobinas y de capas se hace de manera que se limite la tensión máxima entre espiras de capas adyacentes a una valor entre 200 y 300 volts, con esto se espera que en general, y sólo en casos excepcionales, el voltaje por bobina sea cuando mucho 1000 volts entre capas separadas por papel aislante.

    Con relación a la posición de  los devanados, los transformadores son de dos tipos: de devanados concéntricos y devanados alternados.

    En el caso de los transformadores con devanados concéntricos, estos, los devanados primario y secundario, son completamente distintos y se encuentran montados uno dentro del otro sabor el núcleo, estando, por razones de aislamiento, principalmente el devanado de menor voltaje más cerca del núcleo.

    En transformadores de mayor potencia y sólo excepcionalmente, se puede dividir el devanado de bajo voltaje en dos partes, de manera que uno quede cercano al núcleo y la otra se coloque sobre el devanado de alta tensión, es decir, es un doble concéntrico.

    La disposición de los devanados concéntrica, es la que tiene un mayor campo de aplicación.

    Cualquiera que sea el tipo de devanado, la construcción de las bobinas se hace normalmente sobre moldes de madera o metálicos montados sobre bobinadoras o devanadoras cuyo tipo es distinto, dependiendo principalmente del tamaño de bobinas por construir. En el caso de bobinas para transformadores pequeños, que se pueden hacer en talleres de bobinado, estas bobinas son de tipo manual, y eventualmente se pueden llegar a usar tornos.

    Cuando se termina de devanar una bobina, antes  su montaje se le debe dar un tratamiento como secarla en vacío para quitar posibles restos de humedad, y también un proceso de impregnación de barniz aislante y horneado a una temperatura que depende del tipo de barniz y cuyo objetivo es dar consistencia mecánica.

    Aislamiento externo de los devanados.

    Los devanados primario y secundario, deben estar aislados entere sí, generalmente este aislamientos de por medio de separadores de madera, baquelita o materiales aislantes similares que además cumplan con funciones refrigerantes.

    Conclusiones

    El ensayo de transformadores trifásicos es de mucha importancia y nos ah dando a entender su funcionamiento como está formado, sus diferentes conexiones las cuales son muy diversas y muy importantes como triangulo-triangulo, triangulo-estrella, estrella-triangulo y así sucesivamente.

    Podemos decir que los transformadores trifásicos es un dispositivo que consta de tres fases, como lo indica el nombre, que sirve para bajar el nivel de tensión, en cualquiera de sus dos configuraciones, estrella o triangulo. Como diferencia fundamental entre ambos es el tipo de conexión de sus bobinas, en la conexión estrella tienes un punto común que se llama neutro, y que absorbe la diferencia de corriente que pueda llegar a circular por las fases, así otorga protección.

    Referencias

    [1] www.tuveras.com/transformador/eltransformador.htm

    [2]www.tuveras.com/eltrafotrifasico/eltrafotrifasico.htm#comienzo

    [3] www.inele.ufro.cl/apuntes/05CONVERSION3.pdf

    [4] www.tuveras.com/eltrafotrifasico/eltrafotrifasico.

    [5] personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Trafos_Paralelo.pdf

    [6] http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/ParaleLO02.JPG

     

     

     

     

     

     

    Autor:

    Pedro José Jaramillo Carrión

    Verónica Tatiana Gallegos Olaya

    vetagaol_16[arroba]hotmail.com

    Universidad Politécnica Salesiana

    Cuenca - Ecuador



    Artículo original: Monografías.com

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    Tipos de Transformadores Trifásicos

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