Configuraciones de los grupos de conexin de los transformadores trifsicos

Conexin Estrella En la conexin estrella se unen en un mismo punto los tres extremos de los devanados que poseen la misma polaridad, existiendo dos formas bsicas segn se unan, (U, V, W) o bien (U', V', W').

Conexin Triangulo En la conexin en tringulo se unen sucesivamente los extremos de polaridad opuesta de cada dos devanados hasta cerrar el circuito. Segn sea el orden de sucesin se obtienen dos configuraciones.

Conexin zig -zag La conexin zig -zag en la prctica slo se emplea en el lado de menor tensin. Consiste en subdividir en dos partes iguales los devanados secundarios, una parte se conecta en estrella y luego cada rama se une en serie con las bobinas invertidas de las fases adyacentes, siguiendo un determinado orden cclico.

Nomenclatura Un transformador conectado en su primario en tringulo (A.T.) y en su secundario en estrella (B.T), y cuyas tensiones compuestas estn desfasadas 330, se identificara como:

Designacin de las conexiones Las diferentes conexiones se designan con letras, de acuerdo a la siguiente nomenclatura:

ndice horario El desfase entre las tensiones compuestas se mide con el llamado ndice horario. El ndice horario indica los desfases en mltiplos de 30, de tal forma que 30 = 1, 60 = 2, 90 = 3, etc. Determinacin del ndice horario Dependiendo de los tipos de conexin de los devanados de un transformador, pueden aparecer unas diferencias de fase entre las tensiones compuestas de primario y secundario. Para que esta diferencia de fase quede unvocamente determinada se supondr que el transformador se alimenta por medio de un sistema equilibrado de tensiones de sentido directo (RST, UVW o ABC, segn la notacin usada). De esta forma son ngulos positivos los de retraso del lado de menor tensin respecto al devanado de tensin ms elevada. Los ngulos se miden en mltiplos de 30, identificando por 1 a 30, 2 a 60, 3 a 90, etc. Esto permite nombrar los ngulos como se nombraran las horas en un reloj. Pasos que deben seguirse para determinar el ndice horario: Se representan las f.e.m.s. simples del devanado primario, de tal forma que el terminal U se sita en la parte superior del diagrama (coincidiendo con el n 12 del reloj imaginario).

Se representan las f.e.m.s. simples secundarias. Para ello debe tenerse en cuenta que los devanados primario y secundario situados en la misma columna del ncleo producen f.e.m.s. en fase, para los pares homlogos, y en contrafase para pares no homlogos. Se superponen ambos diagramas. El ngulo horario es el que forman dos vectores, uno que pasa por el punto U, y el centro del diagrama y el otro el que pasa por u y ese mismo centro. Este ngulo coincide con el que forman las tensiones compuestas. De aqu se deduce el ndice horario. Ejemplo

Tenemos un transformador conectado en tringulo (A.T) - estrella (B.T).

Se comienza por representar las bobinas de la mismas columnas enfrentadas entre s, a travs de lo que sera la caja de bornes.

Se supone aplicado un sistema de tensiones directo y se dibujan las f.e.m.s simples del primario, colocando el terminal U coincidiendo con las 12 h del reloj. El resto de f.e.m.s simples se dibujan situndonos en U y siguiendo las bobinas en el orden U, V, W.

De U pasamos por U' y llegamos a V, de V a V' y llegamos a W y de W por W' llegamos a U. Para dibujar las f.e.m.s. secundarias se comprueba si los puntos de la caja de bornes son homlogos. En este ejemplo lo son, puesto que tenemos U, V, W y u, v, w.

Para bornes homlogos, los devanados de una misma columna del ncleo (U y u por ejemplo) estn en fase, lo que indica que sus tensiones compuestas y simples tienen la misma fase. Esto implica que el vector U-U' es paralelo al u-u', el V-V' lo es al v-v', y el W-W' lo ser al w-w'.

En este caso, secundario estrella, comenzamos sealando el punto u'=v'=w', y marcamos u-u' paralelo U-U' y lo mismo con v-v', w-w'.

Sobreponiendo ambos grficos resulta un ngulo de 330 (siguiendo el sentido directo) que equivale a un ndice horario de 11.

Grupos de conexin de transformadores trifsicos

Conexin D d Se utiliza mucho en transformadores de B.T., ya que se necesitan ms espiras de menor seccin. Esto es as porque la corriente por los devanados del transformador es un 58% menor que la de lnea. Sin embargo la tensin que soportan es la propia tensin compuesta de la lnea.

Como primario y secundario estn en tringulo la relacin de transformacin ser directamente la relacin entre el nmero de espiras:

Ventajas

La conexin D-d tiene la ventaja de que, en caso de avera, uno de los transformadores puede ser separado del conjunto sin que esto impida la continuidad en el funcionamiento del sistema trifsico, aunque con una potencia total menor.

Conexin Y y Para las conexiones estrella Y, la corriente de lnea es la misma que la que circula por cada devanado del transformador. En cambio la tensin en bornes de una bobina del devanado es un 58% menor que la tensin compuesta:

Como primario y secundario estn en estrella, la relacin de transformacin ser directamente la relacin entre el nmero de espiras:

Ventajas La conexin Y-y permite disponer del neutro tanto en el devanado de alta tensin como en el de baja, y conectar as el neutro del primario del transformador con el neutro de la fuente de energa (alternador). Inconvenientes La conexin Y-Y debe evitarse a menos que se haga una conexin neutra muy slida (de baja impedancia) entre el primario y la fuente de potencia. Si no se proporciona neutro, los voltajes de fase tienden a desequilibrarse severamente cuando la carga es desequilibrada. Tambin surgen problemas con las armnicas terceras. Si es necesario tener una conexin Y-y con un neutro primario dbil o sin uno, cada transformador de fase debe tener un tercer devanado adems del primario y del secundario al que se llama "terciario". Este tercer devanado se conecta en tringulo y permite anular los problemas debidos a armnicos o a desequilibrios de cargas. Aunque no es necesario, estos devanados

suelen disponerse con terminales hacia el exterior para aprovechar su potencia en servicios auxiliares (lmparas, ventiladores, bombas, etc.). Principales aplicaciones de transformadores con grupo de conexin Yy0: Transformadores de distribucin. Carga en neutro 10 % de carga nominal.

Conexin D - y La conexin D-y se utiliza para elevar la tensin, ya que, adems de la propia relacin de transformacin debida a las espiras, interviene el factor 3 que multiplica la tensin del secundario.

Esta conexin se utiliza mucho como transformador elevador en las redes de A.T. En este caso la alta tensin est en el lado de la estrella, lo cual permite poner a tierra el punto neutro, con lo que queda limitado del potencial sobre cualquiera de las fases a la tensin simple del sistema. Tambin se usa mucho esta configuracin en transformadores de distribucin, colocando la estrella al lado de baja tensin. Esto permite alimentar cargas trifsicas y monofsicas (entre fase y neutro). Principales aplicaciones de transformadores con grupo de conexin Dy5: Transformadores de distribucin. Carga en neutro = carga nominal Principales aplicaciones de transformadores con grupo de conexin Dy11: Transformadores de red. Carga en neutro = carga nominal. Preferible a Yz5. Conexin Y - d La conexin Y-d se utiliza para reducir la tensin, ya que, adems de la propia relacin de transformacin debida a las espiras, interviene el valor 3 para reducir la tensin del secundario.

Debido a este factor reductor aadido, esta conexin se usa en subestaciones de alta tensin reductoras, subestaciones de reparto y de distribucin. Ventajas No tiene problemas de armnicos de tensin. Se comporta bien ante cargas desequilibradas, ya que el tringulo redistribuye posibles desequilibrios. Inconvenientes La conexin Y-d da como resultado un desplazamiento de fase de 30 entre los voltajes primarios y secundarios, lo cual puede dar inconvenientes al conectar en paralelo dos grupos de transformadores. Principales aplicaciones de transformadores con grupo de conexin Yd5: Transformadores de centrales y subestaciones. Carga en neutro = carga nominal. Conexin Y - z La conexin zig-zag se emplea nicamente en el lado de B.T. Este montaje se utiliza en redes de distribucin ya que permite el uso de un neutro en el secundario. Se comporta bien frente a desequilibrios de cargas. Debido a la composicin de tensiones del lado secundario se requiere un 15% ms de espiras que una conexin en estrella convencional. Principales aplicaciones de transformadores con grupo de conexin Yz5: Transformadores de red. Carga en neutro = carga nominal. Potencia limitada a 400 kVA.

Transformacin trifsica con 2 transformadores monofsicos Existen varios modos de transformacin trifsica con slo dos transformadores. Estos diseos desaprovechan parte de la capacidad de potencia de los dos transformadores usados, si bien su uso queda explicado por razones prcticas o econmicas. Las conexiones ms comunes son: V-V o D abierta Y abierta -D abierta Conexin T Conexin Scott-T

V-V o D abierta Usos Como una solucin temporal cuando se daa una fase de un grupo trifsico en conexin D-d. En reas que esperan un crecimiento de carga y se prev para el futuro la adicin de un tercer transformador para completar la conexin D-d del banco trifsico. Para soportar cargas que son una combinacin de una carga monofsica grande y una carga trifsica ms pequea. Cuando esta conexin puede ser ms econmica en el uso de materiales. Por ejemplo, ciertos autotransformadores trifsicos (como en el caso de un compensador de arranque para un motor de induccin).

La prdida de capacidad con respecto al grupo trifsico total es del 42,3%, es decir, slo puede aprovecharse un 57,7% de la potencia que suministrara el grupo trifsico al completo. Considerando slo los dos transformadores restantes, slo es posible utilizar un 86,7% de la potencia nominal de los dos transformadores restantes. Y abierta-D abierta Usos Para dar servicio a pequeos establecimientos que requieran corriente trifsica en reas rurales en donde an no se han instalado las tres fases en los postes de la lnea de conduccin. As el usuario puede obtener servicio de corriente trifsica de manera provisional, hasta que con el aumento de la demanda se requiera de la tercera fase en los postes de conduccin. Las prdidas son las mismas que para el caso V-V. La prdida de capacidad con respecto al grupo trifsico total es del 42,3%, es decir, slo puede aprovecharse un 57,7% de la potencia que suministrara el grupo trifsico al completo. Su principal desventaja es que por el neutro del circuito primario debe fluir una corriente de retorno muy alta.

Conexin T Usos En la construccin de algunos transformadores de distribucin, pues sus costes menores compensan la desventaja de su prdida de capacidad.

Una de sus ventajas es que puede conectarse un neutro tanto al primario como al secundario del grupo. Su prdida de capacidad es slo del 7,1811 % respecto con la capacidad propia de los dos transformadores. Conexin Scott-T Usos La conexin Scott-T permite acoplar circuitos trifsicos con bifsicos y viceversa. Eran usuales cuando, en los comienzos de la transmisin con corriente alterna, haba sistemas bifsicos y trifsicos de potencia.

Aplicacin En el sistema japons de ferrocarriles, las locomotoras se han diseado para funcionar a 60 Hz monofsicos, de modo que slo se requiere un cable adicional. La red de potencia es trifsica. Se emplean bancos de transformadores de Scott para suministrar dos voltajes monofsicos desde el sistema trifsico. Una fase para los trenes que corren hacia el Norte y otra para los que van hacia el Sur. Circuito equivalente El estudio del transformador trifsico con carga equilibrada se reduce al estudio del transformador monofsico equivalente por fase, suponiendo que los devanados de alta y baja tensin estn conectados en estrella y por tanto la tensin a utilizar ser la tensin entre fase y neutro, sea el neutro real o imaginario. Esquema equivalente por fase para conexin Y-y Esquema equivalente por fase para conexin Y-d Esquema equivalente por fase para conexin D-d Esquema equivalente por fase para conexin D-y

La potencia y prdidas del circuito monofsico equivalente sern la tercera parte de las del transformador trifsico. Esquema equivalente por fase para conexin Y-y

Esquema equivalente por fase para conexin Y-d

Esquema equivalente por fase para conexin D-d

Esquema equivalente por fase para conexin D-y

Paso de impedancias de un devanado a otro

El paso de impedancias de uno a otro devanado en un transformador trifsico es ms complejo que para el monofsico, en el que intervena nicamente la relacin de espiras al cuadrado.

Ahora es necesario definir dos relaciones caractersticas para el transformador trifsico, denominadas: Relacin de transformacin monofsica rt.

Relacin de transformacin trifsica rt,III.

La impedancia por fase de la carga trifsica siempre se podr poner como su equivalente en estrella mediante la expresin:

Esta misma impedancia "vista desde el primario" (en funcin de las tensiones e intensidades del primario) y siguiendo con la hiptesis del transformador ideal, ser:

Para referir una impedancia del secundario al primario se aplicar la siguiente relacin:

Expresin vlida independientemente de cmo estn organizados los devanados de primario y secundario.

En el caso de conexin D-d e Y-y, el valor de rt,III es igual a rt. En el caso de Y-d ser:

En el caso D-y ser: