7. Índices de Fase y Operación en Paralelo de Transformadores - Copia

Índices de fase

Ing. Luis Fernando Rodríguez García

Máquinas Eléctricas III

Universidad Tecnológica de Pereira

Contenido

• Tipos de conexión de transformadores

• Índices de fase: método del reloj para la conexión de transformadores trifásicos

Tipos de conexión de transformadores trifásicos

Los elementos trifásicos se pueden conectar de diferentes maneras:

Conexión en delta () Conexión en Y

Conexión en zigzag (Z)

Tipos de conexión de transformadores trifásicos

Conexión Y-Y

Ventajas • Existe punto de neutro (útil para sistemas de puesta a tierra).

• En sistemas de alta tensión, se aplica una menor tensión a los devanados (más

económico).

• Si el neutro no se aterriza, las corrientes de falla son despreciables.

Desventajas

• Introducen componentes armónicas de tercer orden.

• Requiere de un devanado terciario conectado en .

• Problemas en caso de desbalances.

Tipos de conexión de transformadores trifásicos

Conexión -

Ventajas • Presenta una ventaja económica en comparación con la conexión Y-Y, en el caso

que se tengan corrientes elevadas.

• No introducen terceros armónicos. Estas componentes fluyen al interior de la .

• Si se tienen unidades monofásicas, una de las unidades puede ser removida ( abierta).

• En caso de desbalances, el efecto se distribuye en todas las fases.

Desventajas

• No cuentan con punto de neutro. Es difícil diseñar aislamientos y puestas a tierra.

Tipos de conexión de transformadores trifásicos

Conexión -Y

Ventajas • En general, se combinan las ventajas de la conexión Y-Y y -.

Desventajas

• Se introducen desfases, en múltiplos de 30°, entre primario y secundario.

• Un transformador -Y no puede operar con una fase abierta.

Tipos de conexión de transformadores trifásicos

Conexión zigzag

Ventajas • Poseen neutro.

• Permiten la circulación de corrientes desbalanceadas sin crear tensiones

considerables en el neutro.

• Útil para propósitos de sistemas de puesta a tierra.

Desventajas

• Permite la circulación de terceros armónicos

• Requieren capacidad adicional.

Grupos de conexión

El grupo de conexión caracteriza las conexiones de cada uno de los devanados del transformador, y el desfase que existe entre tensión fase-neutro del primario y del secundario.

X X # Dos letras Un número

Conexión de los devanados del primario. Se emplea una letra

mayúscula: D, Y. Conexión de los devanados del

secundario. Se emplea una letra minúscula: d, y, z.

Índice horario. Desfase entre primario y secundario, en

múltiplos de 30°: 0, 1, 2,…,11.

Grupos de conexión

Nota: • El índice horario representa el ángulo de atraso de las tensiones fase-neutro del

secundario respecto a las tensiones fase-neutro del primario.

Dy5: Transformador trifásico, con lado primario conectado en , y lado secundario conectado en Y. La tensión Van está atrasada con respecto a la tensión VAN en un ángulo de 5x30° = 150°.

• Cuando un lado está conectado en Y, y se tiene acceso al neutro, se agrega una letra N (si la conexión en Y es en el primario) ó n (si la conexión en Y es en el secundario).

YNd1: Transformador trifásico, con lado primario conectado en Y, y lado secundario conectado en . La tensión Van está atrasada con respecto a la tensión VAN en un ángulo de 1x30° = 30°. El lado en Y tiene acceso al neutro.

YNyn0: Ambos lados están conectados en Y, y se tiene acceso al neutro en cada uno.

Método del reloj para las conexiones de transformadores trifásicos

Es un método gráfico que: • Dada una conexión, permite determinar el índice horario. • Dado un índice horario, permite determinar cuál es la conexión de los devanados.

Se adopta la siguiente nomenclatura:

Marcas de polaridad

U

U’

u

x

Método del reloj para las conexiones de transformadores trifásicos

Dado el transformador trifásico:

U

U’

V

V’

W

W’

u

x

v

y

w

z

Tres unidades monofásicas

Tener en cuenta que: Tensión UU’ está en fase con la tensión ux Tensión VV’ está en fase con la tensión vy Tensión WW’ está en fase con la tensión wz

El reloj

Permite representar gráficamente los vectores de tensión de cada lado del transformador dependiendo de su conexión. Esto permite a su vez visualizar el índice horario del mismo.

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

Supongamos que se tiene un transformador con conexión Dy5. Inicialmente, se ubican los terminales del lado primario, empezando por la fase U en el número 0.

U

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

En secuencia positiva, la fase V se encuentra atrasada 120° con respecto a la fase U. Esto quiere decir, cuatro posiciones en sentido de las manecillas del reloj.

U

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

En secuencia positiva, la fase V se encuentra atrasada 120° con respecto a la fase U. Esto quiere decir, cuatro posiciones en sentido de las manecillas del reloj.

U

V

120° atrasada

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De manera similar, en secuencia positiva, la fase W se encuentra atrasada 120° con respecto a la fase V. Esto quiere decir, cuatro posiciones en sentido de las manecillas del reloj. U

V

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De manera similar, en secuencia positiva, la fase W se encuentra atrasada 120° con respecto a la fase V. Esto quiere decir, cuatro posiciones en sentido de las manecillas del reloj. U

V

120° atrasada

W

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De esta manera, se ubican los terminales de alta tensión. Este lado está conectado en delta, luego, se dibuja la delta con los terminales ubicados.

U

V W

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De esta manera, se ubican los terminales de alta tensión. Este lado está conectado en delta, luego, se dibuja la delta con los terminales ubicados.

U

V W

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

Ahora, se ubican los terminales de baja tensión. Es necesario tener en cuenta el índice de conexión, ya que este representa el desfase entre primario y secundario.

U

V W

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

En este caso, el índice es 5, lo que quiere decir que el terminal de la primera fase del secundario está ubicada a 5 índices en sentido horario con respecto a U.

U

V W

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

En este caso, el índice es 5, lo que quiere decir que el terminal de la primera fase del secundario está ubicada a 5 índices en sentido horario con respecto a U.

U

V W

x

150° atrasada

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De esta manera, se ubica el primer terminal. La secuencia se conserva en el lado secundario, por lo que las fases y y z están 120° atrás y delante de la fase x, respectivamente. U

V W

x

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De esta manera, se ubica el primer terminal. La secuencia se conserva en el lado secundario, por lo que las fases y y z están 120° atrás y delante de la fase x, respectivamente. U

V W

x

y

z

120° atrasada

120° adelantada

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

De esta manera, se ubican los terminales de baja tensión. Este lado está conectado en Y, luego, se dibuja la Y con los terminales ubicados.

U

V W

x

y

z

¿Cómo representar gráficamente una conexión en el reloj?

Superponiendo los diagramas fasoriales de los dos devanados, se obtiene:

U

V W

x

y

z

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

Supongamos que se tiene una conexión de devanados como la que se muestra:

U

V

W

u

v

w

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

Como el lado primario está conectado en delta, se dibuja una delta.

U

V W

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

Supongamos que se tiene una conexión de devanados como la que se muestra:

U

V

W

u

v

w

En el primario, se aplica una tensión que va de V a U

En el secundario, se induce una tensión que va de neutro (x) a u, PARALELA A LA TENSIÓN DEL PRIMARIO

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

Se ubica el fasor de la tensión n->u en el diagrama, paralela a la tensión V->U

U

V W

u

n

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

El análisis es similar para las otras fases. El diagrama resultante es el que se muestra:

U

V W

u

n v

w

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

¿Cuál es el grupo de conexión?

U

V W

u

n v

w

Dy11

Determinación del índice de fase a partir de una conexión

Ejercicio: determine el grupo de conexión para el siguiente transformador trifásico

U

V

W

x

y

z

Determinación de la conexión a partir del índice

Para determinar la conexión de los devanados a partir de un índice horario dado, tener en cuenta los siguientes aspectos:

• La entrada al transformador en el lado primario es SIEMPRE por los terminales

marcados.

• La salida del transformador en el lado secundario depende del índice horario: Sale por terminales

marcados: u, v, w

Sale por terminales no marcados: x, y, z

Determinación de la conexión a partir del índice

Para determinar la conexión de los devanados a partir de un índice horario dado, tener en cuenta los siguientes aspectos: • A partir del diagrama del reloj, se determinan las conexiones de los devanados que

garanticen las relaciones vectoriales del diagrama.

• Procurar que en cada unidad monofásica, coincida la fase U,V,W del primario con u,v,w (ó x,y,z) del secundario.

Determinación de la conexión a partir del índice

Ejemplo: muestre la conexión de los devanados para un transformador Dy5. Inicialmente, se realiza el diagrama del reloj correspondiente.

U

V W

x

y

z

u,v,w

Determinación de la conexión a partir del índice

La conexión del lado secundario está definida completamente.

x

y

z

U

V

W

U’

V’

W’

Determinación de la conexión a partir del índice

El terminal U’ puede ir conectado a V o a W. Para determinar la conexión final, se analiza del diagrama vectorial.

U

V W

x

y

z

u,v,w

Determinación de la conexión a partir del índice

El terminal U’ puede ir conectado a V o a W. Para determinar la conexión final, se analiza del diagrama vectorial.

U

V W

x

y

z

¡Paralelos!

u,v,w

Determinación de la conexión a partir del índice

Del diagrama, que observa que U’ debe ir conectado con V. Siguiendo la secuencia, se determinan las conexiones de V’ y W’.

U,W’

V,U’ W,V’

x

y

z

u,v,w

Determinación de la conexión a partir del índice

A partir del diagrama, la conexión es:

x

y

z

U

V

W

U’

V’

W’

Determinación de la conexión a partir del índice

Ejercicio: Muestre el diagrama de conexión para un transformador trifásico Yd1.

U

V W

u

v

w

Determinación de la conexión a partir del índice

Ejercicio: Muestre el diagrama de conexión para un transformador trifásico Dy0.

¡NO ES POSIBLE!

Determinación de la conexión a partir del índice

Grupos de conexión pares e impares

Conexiones: Dd, Yy, Dz

Índices pares: 0,2,4,6,8,10

Conexiones: Dy, Yd, Yz

Índices impares: 1,3,5,7,9,11

Grupos pares

Grupos impares

Grupos de conexión

Clasificación de los grupos de conexión

GRUPO I: sin desfase

Dd, Yy, Dz 0, 4, 8

GRUPO III: desfase de 30°

Dy, Yd, Yz 1, 5, 9

GRUPO II: desfase de 60°

Dd, Yy, Dz 2, 6, 10

GRUPO IV: desfase de 90°

Dy, Yd, Yz 3, 7, 11

Grupos de conexión

Obtención de conexiones a partir de otras Cuando se tiene un transformador de cierto grupo de conexión, es posible obtener otros índices horarios, cambiando las conexiones externas del transformador. Existen dos posibles cambios en las conexiones: • Corrimientos cíclicos

• Inversiones

Grupos de conexión

Corrimiento cíclico Consiste en renombrar los terminales de salida del transformador, sin alterar la secuencia de fases. Esto permite cambios entre índices del mismo grupo.

U

V

W

U

V

W

x

y

z

z

x

y

Grupos de conexión

Corrimiento cíclico Consiste en renombrar los terminales de salida del transformador, sin alterar la secuencia de fases. Esto permite cambios entre índices del mismo grupo.

U

V W

x

y

z U

V W

z

x

y

Dy5 Dy9

Grupos de conexión

Inversión Consiste en cambiar la secuencia de fases, tanto en el primario como en el secundario, intercambiando dos fases. Esto permite cambios entre conexiones del grupo III y IV.

U

V

W

U

V

W

x

y

z

x

y

z

Grupos de conexión

Inversión Consiste en cambiar la secuencia de fases, tanto en el primario como en el secundario, intercambiando dos fases. Esto permite cambios entre conexiones del grupo III y IV.

U

V W

x

y

z U

V W

z

x

y

Dy5 Dy7

Operación en paralelo de transformadores

Cuando se tiene un transformador en una instalación existente, y se supera su capacidad nominal, se hace necesario el acoplamiento en paralelo de este transformador con uno nuevo.

Se alivia la sobrecarga

Operación en paralelo de transformadores

Condiciones para el acoplamiento en paralelo de transformadores

1. Igual frecuencia en las redes a acoplar.

2. Igual relación de transformación en vacío, medida a partir de las tensiones de línea.

3. Iguales desfases del secundario con respecto al primario (igual índice horario).

4. Igual secuencia de fases.

5. Igual tensión de cortocircuito.

6. La relación de potencias nominales de los transformadores no debe ser mayor de 3:1.

Operación en paralelo de transformadores

Igual relación de transformación en vacío, medida a partir de las tensiones de línea Si se conectan dos transformadores con diferente relación de transformación en paralelo, se generan corrientes circulantes en el transformador. Estas corrientes llevan a un incremento de las pérdidas en los devanados, y por tanto, a una reducción del rendimiento del transformador. Sin embargo, en la práctica se permite que la diferencia en la relación de transformación no exceda el 0,5%.

Operación en paralelo de transformadores

Igual índice horario • Dos transformadores del mismo índice horario pueden ser conectados en paralelo,

independientemente de la conexión de sus devanados. Es importante en este caso garantizar que las relaciones de transformación en vacío sean iguales.

• Dos transformadores de diferente índice horario pueden ser conectados en paralelo, si es posible obtener el mismo índice horario modificando las conexiones externas (mediante corrimientos cíclicos e inversiones).

Igual secuencia de fases

• Recordar que un cambio en la secuencia de fases lleva a un índice horario diferente en el transformador.

Operación en paralelo de transformadores

Igual tensión de cortocircuito • Si se desea que la distribución de carga en los transformadores sea igual, es necesario

que sus tensiones de cortocircuito sean iguales.

• Si se conectan dos transformadores en paralelo de diferente tensión de cortocircuito (𝑢𝑧1 < 𝑢𝑧2), ¿cuál se carga más?

Se carga más el transformador de menor tensión de cortocircuito

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Se tiene instalado en un subestación un transformador de grupo de conexión Dy7. Se va a realizar el acople en paralelo de un transformador de grupo de conexión Yd1. a. Muestre los diagramas de reloj y los esquemas de conexión para cada uno.

b. Indique cómo realizar la conexión en paralelo de los dos transformadores.

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Los diagramas de reloj para los transformadores indicados son los que se muestran:

U

V W

x

y

z

U

V W

u

v

w

Dy7 Yd1

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo El esquema de conexión de los transformadores es:

x

y

z

U

V

W

U

V

W

u

v

w

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Para la conexión en paralelo, se tiene que:

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Estos transformadores no poseen el mismo índice horario. ¿Es posible conectarlos en paralelo modificando las conexiones externas de este?

¡SI! ¿Cómo modificar las conexiones externas para la conexión en paralelo de estos? Es necesario modificar las conexiones externas del transformador Yd1 para que tenga índice horario 7. Para esto,

Yd1 Yd5 Yd7

Corrimiento cíclico Inversión

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Se parte de los dos diagramas de reloj originales.

U

V W

x

y

z

U

V W

u

v

w

Dy7 Yd1

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Se realiza el corrimiento cíclico en el secundario del transformador Yd1:

U

V W

x

y

z

U

V W

u

v

w

Dy7 Yd1

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Se realiza el corrimiento cíclico en el secundario del transformador Yd1:

U

V W

x

y

z

U

V W

u

v

w

Dy7 Yd1

w

u

v

Yd5

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Se realiza una inversión en las fases V-W y v-w del transformador Yd5*:

U

V W

x

y

z

U

V W

u

v

w

Dy7 Yd1

w

u

v

Yd5

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Se realiza una inversión en las fases V-W y v-w del transformador Yd5*:

U

V W

x

y

z

U

V W

u

v

w

Dy7 Yd1

w

u

v

Yd5

v

w

V W

Yd7

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo Del diagrama resultante, se obtiene la conexión del transformador a la red para el acople en paralelo:

U

V W

u

v

w

Yd1

w

u

v

Yd5

v

w

V W

Yd7

U

V

W

u

v

w

U

W

V

v

u

w

Conexión original Yd1

Conexión final Yd7

Operación en paralelo de transformadores

Ejemplo La conexión final es:

¡Gracias!

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