Transform Adores de Potencia - Grupos de Conexion

Unidad 1

Ing. Julian E. Campero

Tecnicatura Superior en Mecatrónica

15/03/2009

Transformadores de PotenciaGrupos de Conexión

Electrotecnia II – Transformadores de Potencia – Grupos de Conexión 2

I. CONEXIÓN DE LOS TRANSFORMADORES TRIFASICOS

El ángulo de fase de la tensión inducida secundaria en cada fase con respecto a la tensión primaria depende exclusivamente de la conexión interna del arrollamiento. Este ángulo de fase indica el retardo de la tensión de salida (letras minúsculas) con relación a la tensión de entrada (letras mayúsculas). Las diferentes conexiones usuales están normalizadas. Se las conoce con el nombre de conexiones horarias, por cuanto en cada grupo el desfasaje entre una tensión de fase primaria y la correspondiente secundaria es igual al existente entre las agujas de un reloj analógico para cuatro posiciones tomadas como referencia:

Índice Horario 0 6 11 5 Desfasaje 0º 180º 330º 150º

Ya que se conviene para el primario la utilización de letras mayúsculas y para el secundario la de minúsculas, y recordando que la conexión triángulo se designa normalmente con la letra "∆" ó la "D" (de "Dreieck": triángulo en alemán) y la conexión estrella con la letra "Y", resultan así una serie de conexiones normalizadas para lograr los desfasajes de la tabla 1 y que se resumen en la tabla 2, en la cual la letra "z" abreviatura de zig‐zag, encontrará su justificación más adelante.


Las siguientes figuras ilustran la forma de efectuar las conexiones eléctricas para lograr las conexiones normalizadas. En todos los casos, designaremos con U V W los bornes de entrada de línea al primario y con u v w los bornes de salida a línea del secundario. También se ha indicado en cada caso la polaridad relativa de cada par de arrollamientos primario y secundario.

Comenzando con la figura 3, se ilustra la conexión Dd0 . En ella se observa que tanto el primario como el secundario están conectados en triángulo, respetando en cada par de bobinas la polaridad relativa en las conexiones a línea. Como en cada fase los fasores El y E2 tienen que estar prácticamente en coincidencia de fase, en los dos diagramas fasoriales es evidente que las tensiones de línea correspondientes a una misma rama del circuito magnético deben tener el mismo sentido (fasores UV y uv , por ejemplo). En consecuencia, con referencia a los hipotéticos centros de estrella primario O y secundario O', los fasores de fase resultarán coincidentes, su desfasaje es de 0° , grupo 0.

Fig.3a ‐ 3b

Pasemos a la figura 3b en la cual se ilustra la conexión Yy0 . Aquí, tanto el primario como el secundario están conectados en estrella, pero respetando en cada par de bobinas la polaridad relativa en las conexiones a línea. Como en cada fase los fasores El y E2 tienen que estar prácticamente en coincidencia de fase, en los dos diagramas fasoriales es evidente que las tensiones de fase correspondientes a una misma rama del circuito magnético deben tener el mismo sentido (fasores U y u , por ejemplo). En consecuencia, con referencia a los dos centros de estrella O y O', los fasores de fase resultarán coincidentes, su desfasaje es de 0 ° , grupo 0.

Pasemos a la figura 4, en la cual se ilustra la conexión Dd6 . Aquí tanto el primario como el secundario están conectados en triángulo, pero teniendo en cada par de bobinas la polaridad relativa invertida en las conexiones a línea. Como en cada fase los fasores El y E2 tiene que estar prácticamente en coincidencia de fase, en los dos diagramas fasoriales es evidente que las tensiones de línea correspondientes a una misma rama del circuito magnético deben tener sentidos opuestos (fasores UV y uv , por ejemplo). En consecuencia, con


referencia a los hipotéticos centros de estrella primario O y secundario O', los fasores de fase resultarán en oposición, su desfasaje es de 180° , grupo 6.

Fig.4a ‐ 4b

Pasemos a la figura 4b, en la cual se ilustra la conexión Yy6 . Aquí, tanto el primario como el secundario están conectados en estrella, pero teniendo en cada par de bobinas la polaridad relativa invertida en las conexiones a línea. Como en cada fase los fasores El y E2 tienen que estar prácticamente en coincidencia de fase, en. los dos diagramas fasoriales es evidente que las tensiones de fase correspondientes a una misma rama del circuito magnético deben tener sentidos opuestos (fasores U y u , por ejemplo). En consecuencia, con referencia a los dos centros de estrella O y O', los fasores de fase resultarán en oposición, su desfasaje es de 180° , grupo 6.

Analicemos ahora las conexiones compuestas triángulo‐estrella y estrella triángulo. Veamos en primer lugar la figura 5 en la cual se ilustra la conexión Dy5 . Es una conexión casi en oposición de las salidas, con primario en triángulo y secundario en estrella. En cada par de bobinas la polaridad relativa está invertida en las conexiones a línea. Observando el sentido de la tensión en la rama de más a la izquierda en el circuito magnético .(fasor UV ), la tensión en la bobina secundaria ubicada sobre la misma rama debe tener entonces sentido opuesto (fasor u ). En consecuencia resultan los sentidos de los fasores de fase, su desfasaje es de 150° , grupo 5.

Pasando a la figura 5 se observa la conexión Yd5. También es una conexión casi en oposición de las salidas, con primario en estrella y secundario en triángulo. En cada par de bobinas la polaridad relativa está invertida en las conexiones a línea. Observando el sentido de la tensión en la rama de más a la izquierda en el circuito magnético (fasor U), la tensión en la bobina secundaria ubicada sobre la misma rama debe tener entonces sentido opuesto (fasor w u). En consecuencia resultan los sentido de los fasores de fase, cuyo desfasaje es de 150º, grupo 5 .


Con razonamientos análogos se analizan las figuras 6a y 6b, que corresponden a desfasajes de 330º, grupo 11

Fig.5a-5b

Fig.6a‐6b

Resta ahora sólo el análisis de los grupos de conexiones zig‐zag, en los cuales se conectan en serie en cada fase del secundario dos mitades de los arrollamientos secundarios de diferentes ramas del circuito magnético. Hay una conexión que corresponde a cada uno de los cuatro grupos horarios vistos.

Comencemos con el grupo 0, conexión D z 0 , figura 7 . Nótese en esta conexión, al igual que en todas las demás, que una parte del secundario está en estrella y que el puente correspondiente siempre está en el medio del bobinado y no en uno de sus extremos.


Fig.7a-7b

Observando las polaridades relativas de los arrollamientos, resultan evidentes los sentidos de los fasores tensión en cada parte de los secundarios. Así, en el caso particular de la rama de más a la izquierda, el medio bobinado del secundario de la misma rama y que sale por el borne a tiene el mismo sentido para su tensión que el del fasor UV , no así la otra mitad del bobinado sobre la misma rama (desde el centro de estrella y que luego empalma con otra mitad que sale por el borne v), cuyo sentido es obviamente opuesto. Más explícitamente, para llegar al punto v del diagrama del secundario, deben sumarse dos fasores que corresponden a los dos medios arrollamientos en serie desde el centro de la estrella hasta el borne v; la primera mitad está sobre la rama del circuito magnético al que corresponde la tensión UV , pero circulando desde el punto de polaridad relativa (secundario) y no hacia el punto de polaridad relativa (primario), razón por la cual el fasor O'v' tiene sentido opuesto al del fasor UV ; la segunda mitad está sobre la rama del circuito magnético al que corresponde la tensión VW , circulando hacia el punto de polaridad relativa (secundario) al igual que hacia el punto de polaridad relativa (primario), razón por la cual el fasor v'v tiene el mismo sentido que el fasor VW . De la misma manera se ubican los restantes fasores de tensiones secundarias. Se observa que los fasores de fase resultan en fase, lo cual corresponde al grupo 0, desfasaje 0°


Fig.8a-8b Razonando de manera análoga, se pueden interpretar las demás conexiones zig‐zag,

tal como se ve en las figuras 8 y 9

Fig.9

Análisis de las diferentes conexiones

1. Las letras mayúsculas se refieren a los bornes de entrada del primario y las minúsculas a los bornes de salida del secundario, independientemente de cuál es el bobinado de alta tensión y cuál el de baja.

2. En los diagramas fasoriales se representan las fuerzas electromotrices inducidas en primario y secundario, con sus desfasajes correspondientes. En todos los ejemplos se explicitó el desfasaje entre los fasores de fase V y v .


3. El desfasaje indica en cada caso el atraso de la tensión secundaria con respecto a la primaria, tomando como referencia una secuencia positiva (U‐V‐W).Si se cambiara la secuencia, los desfasajes serían del mismo valor, pero en ese caso la tensión secundaria adelantaría con respecto a la primaria. Si se quisiera lograr este adelanto sin cambiar la secuencia, debería invertirse el conexionado interno del triángulo y del zig‐zag.

4. Todos los diagramas se han trazado suponiendo que todos los bobinados tienen el mismo sentido de arrollamiento, simbolizado por la posición de los puntos que indican las polaridades relativas.

5. Los conexionados mas recomendados son los que corresponden a los grupos 0 y 11. Los otros grupos se deben adoptar para transformadores que deberán funcionar en paralelo con otros ya existentes y que están conectados según uno de esos dos grupos 6 ó 5 .

Ventajas e inconvenientes de las diferentes conexiones.

I) Conexión estrella‐estrella Esta conexión es la preferida en sistema de alta tensión, por cuanto la tensión en cada bobina es sólo UL/Raíz (3), es decir 1,73 veces menor que la tensión de línea. Esto no sólo permite reducir la aislación, sino que como implica corrientes más elevadas, obliga al use de conductores de mayor diámetro, lo que hace al transformador más apto para tolerar eventuales cortocircuitos. Además, esta conexión, al permitir el conductor neutro, logra que todo el sistema tenga respecto a tierra una tensión prefijada.

Sin embargo, también tiene sus inconvenientes. En efecto, si se dañara el neutro, un desequilibrio de las cargas ocasionaría fuertes tensiones de desequilibrio (leer sistemas trifásicos). Es decir, este sistema de conexión es muy inestable si no se emplea un conductor neutro. La existencia de este neutro hace que cualquiera desequilibrio se convierta en una importante corriente por el neutro, pero no ocasiona sobretensiones en la carga. Aparece otro inconveniente como resultante de la tercera armónica presente en el generador. Efectivamente, al ser:

ua = U1 sen ωt + U3 sen 3 ωt + U5 sen 5 ωt + ...

ub = U1 sen ωt + U3 sen 3 (ωt ‐ 120) + U5 sen 5 (ωt ‐ 120) + ...

uc = U1 sen ωt + U3 sen 3 (ωt + 120) + U5 sen 5 (ωt + 120) + ...

estas terceras armónicas se inducen también en la tensión secundaria. Si el secundario tiene asimismo el neutro conectado, por él circula una corriente resultado de la suma de las tres tensiones que se encuentran en fase. Si existe el neutro primario, por él circula la suma de las corrientes de tercera armónica, que puede ser importante dando una serie de interferencias. Pero si este neutro no existiera, la corriente tiene que volver a su forma senoidal, con lo cual


se distorsionaría fuertemente el flujo y aparecerían picos de tensión importante en la tensión inducida, que podrían dañar los aislantes.

Para poder compatibilizar las ventajas de este sistema de conexión con los posibles inconvenientes que puede traer, se recurre normalmente a un arrollamiento terciario conectado en triángulo y en cortocircuito. Por este arrollamiento circula así una corriente debida a las terceras armónicas, que no pasa a la línea. Dimensionándolo para que resista esta corriente, si bien constituye un costo adicional, éste queda compensado por permitir el uso de esta conexión sin mayores inconvenientes.

II) Conexión triángulo‐triángulo Es la conexión preferida para sistemas de media y baja tensión porque asegura mejor la simetría del sistema de tensiones secundarias ante la presencia de una carga desequilibrada. El mayor inconveniente de esta conexión es que al no permitir conductor neutro, no admite la distribución tetrafilar con dos tensiones alternativas. Tiene además como ventajas el poder usar conductores de menor diámetro al operar a tensión más alta, y también el anular las terceras armónicas. Otra ventaja importante es que permite la conexión en V.

lll) Conexión triángulo‐estrella Es el tipo de conexión conveniente para elevar la tensión a la salida de la central y a la

entrada a una red de distribución tetrafilar. El arrollamiento en triángulo cortocircuita las terceras armónicas y el conjunto acepta bastante bien cargas desequilibradas por el neutro secundario.

l V) Conexión estrella‐triángulo Se emplea normalmente en el transformador reductor al final de una línea de

transmisión, la cual no requiere conductor neutro. El secundario cortocircuita las terceras armónicas y el primario de alta tensión puede ser puesto a tierra.

V) Conexión estrella‐zig‐zag Se logra aquí no sólo la eliminación de las terceras armónicas sino que también se evitan los inconvenientes de un desequilibrio de la carga secundaria, por cuanto la misma se reparte entre dos fases. Desde este punto de vista es netamente superior a la conexión estrella‐estrella, empleándose principalmente en sistemas de iluminación. Tiene el inconveniente de ser más caro en razón de la mayor dificultad de construcción del secundario.

Vl) Conexión triángulo‐zig‐zag Con ventajas similares a la conexión anterior, se lo emplea si se parte de línea sin neutro, pero se desea un neutro en la distribución. A la óptima repartición de la carga se une aquí la máxima simetría de la tensión. El costo también es mayor que en el caso triángulo‐estrella.


Transformadores Trifásicos: Grupo de conexión según VDE 0532 D: triángulo A.T. Y: estrella A.T. d: triángulo B.T. y: estrella B.T. n: neutro accessible B.T. #: 30º de desfasaje de UL A.T. respecto de UL B.T.


Documents

Transform Adores de Potencia - Grupos de Conexion