jueves, 16 de junio de 2016

REGULACIÓN DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO

Un transformador soporta la corriente de vacio o de excitación Io sin calentarse u ocasionar sobrecargas en sus arrollamientos. Al aplicarle carga al secundario, el primario debe hacer un esfuerzo para entregar la potencia que exige la carga, la cual manifestaría cualquier anomalía que tenga el transformador.

En el momento de aplicarle carga, aparece una I1 y una I2, que corresponden a los arrollamientos primario y secundario respectivamente.

Cuando el transformador trabaja en vacio, la E1 y la E2 deben tener unos valores muy aproximados a los valores nominales o de placa. Al aplicarle carga, el valor de la E2 va disminuyendo a medida que el valor de dicha carga aumenta. A este efecto se le conoce como regulación del transformador o regulación de voltaje o regulación de tensión del transformador. Cada transformador tiene su propia regulación. (Nota: esto no quiere decir que el transformador regule tensión)

La carga en un transformador varia, desde valores muy pequeños hasta alcanzar alcanzar valores muy elevados. El valor del voltaje en su secundario depende no solamente de la variación de la carga, sino tambien del factor de potencia de la misma, por lo tanto se debe conocer el comportamiento del transformador cuando se le aplica carga resistiva, inductiva o capacitiva.

Si el transformador fuera ideal, sus devanados no tendrian ninguna resistencia eléctrica, es mas, no requeriria de ninguna potencia reactiva (VAr) para establecer su campo magnético en la parte activa. Este tipo de transformador tendria una relación perfecta con todas las condiciones de carga y el voltaje secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen una determinada resistencia en sus devanados y estos requieren de una potencia reactiva para producir sus campos magneticos. En consecuencia, los devandos primario y secundario poseen una resistencia real Reactancia general X. Es evidente que si el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variará con la cargan debido a los efectos de R, XL y Xc.

Por lo tanto, la regulación de un transformador es el cambio de voltaje que sucede en el secundario cuando trabaja el transformador en vacio hasta cuando trabaja a plena carga.

La tensión de regulación se expresa en %.
La regulación de un transformador monofásico E regulacion se calcula mediante la ecuación:

                        E2 en vacio - E2 a plena carga
Eregulacion = ------------------------------------------------ * 100    (%)
                             E2 a  plena carga

La tensión de regulación debe tener un valor máximo del 10%, es decir la tensión secundaria solo puede variar máximo un 10% con relación a la tensión nominal o de vacío.

Al hablar de Tensión E2 a plena carga es igual que hablar de Tensión a carga nominal o tensión a potencia nominal en el secundario.

Al hablar de E2 en vacio es igual a la a la tensión sin conexión de carga alguna al secundario del transformador, es decir los terminales del secundario se encuentra abierto a cualquier carga.

RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

Las maquina eléctricas reales dan un rendimiento o eficiencia dependiendo de las condiciones de trabajo en que se encuentren. Entre mejores condiciones de funcionamiento se encuentre la maquina, mayor va a ser su rendimiento y por consiguiente puede entregar la potencia nominal al consumidor y mayor será su tiempo de vida útil en horas.

Por lo anterior, se debe tener en cuenta el porcentaje de rendimiento que tiene un transformador y de acuerdo al resultado obtenido, tomar la acción correctiva para mejorarlo. Estas condiciones pueden ser un mantenimiento adecuado o aplicarle la carga de acuerdo a sus características de placa.

Los transformadores tienen un rendimiento muy elevado. El rendimiento de un transformador debe estar entre el 94% y el 99%. El rendimiento de un transformador es mayor entre mas alta es su potencia.

El rendimiento de una maquina se representa por la letra minúscula "eta" del alfabeto griego: η

El valor de la eficiencia o rendimiento se representa en %, en diferentes oportunidades se puede representar en por unidad: pu.

El rendimiento de una maquina eléctrica estática o transformador se calcula relacionando la potencia que entrega su secundario y la potencia que absorbe de la red el devanado primario. En decir:
                                                                 P2
                                                        η = ---------- *¨100     (%)
                                                                 P1
Debido a que la capacidad de un transformador esta basado en la potencia de salida, la ecuación anterior puede modificarse de la siguiente manera, en función de las pérdidas en el hierro y las pérdidas en el cobre.

               P2                                                                                                    P2
η = -------------------------- *¨100     (%)          , es decir,   η = --------------------------- * 100     (%)
         P2 + Pérdidas                                                                              P2 + Pfe +  Pcu

Si no se multiplica la relación por 100, entonces se obtiene el valor en pu y es adimensional.

Por tal razon mediante los valores medidos de potencia en la prueba de vacio Pfe y en la prueba de cortocircuito Pcu se puede obtener la eficiencia nominal o rendimiento nominal del transformador, siendo P2 la potencia nominal de salida del Transformador.


PÉRDIDAS EN EL COBRE - PRUEBA EN CORTOCIRCUITO

Si en un conductor eléctrico circula una corriente eléctrica, este se calienta y en consecuencia en los arrollamientos de una maquina eléctrica, en nuestro caso, transformador, se desarrolla un calor debido al paso de dicha corriente. Este calor se disipa ocasionando pérdidas en las bobinas del transformador, llamadas también pérdidas en el cobre y representadas por Pcu.

La ecuación que representa estas pérdidas en: Pcu = I2 * R

En nuestro caso trabajan dos arrollamientos, las pérdidas totales serian:
Pcu = I12 * R1 + I22 * R2

R1 también se puede denotar como Rp y R2 como Rs, es decir R1 resistencia ohmica del devanado primario y R2 Resistencia ohmica del devanado secundario.




Para cuantificar los valores de la pérdidas en el cobre, el devanado secundario (de bajo voltaje) se pone en corto circuito con un conductor eléctrico que soporte la corriente del secundario del transformador garantizando una buena conexión eléctrica.
Por el primario se hace circular una intensidad de corriente eléctrica cuyo valor no debe ser mayor al valor de la corriente primaria nominal I1.

El valor de esta corriente se obtiene energizando el primario desde una fuente de tensión alterna variable. e instalando los instrumentos de medida en el primario: Vatímetro, amperímetro y voltímetro, y el secundario con una pinza amperimétrica para medir la intensidad de corriente del secundario. Antes de conectar el transformador a la fuente se verifica que la fuente variable tiene un valor de 0V.

Se inicia con un valor de 0V, conectado al lado de Alta Tensión del Transformador, y muy lentamente se va subiendo la tensión alterna hasta que llegue al valor de I1 según su valor nominal especificado por placa de características o calculado.

El valor de esta tensión registrado por el voltímetro indicara la caída de tensión que se presenta en el arrollamiento primario, cuando el secundario esta en corto. A este voltaje se le llama voltaje de cortocircuito o de impedancia y se denota o representa por Ucc o Uz, cuyo valor no puede exceder el 3% del voltaje nominal primario. El valor de este voltaje, en %, se encuentra consignado en la placa de características de cada transformador, o esta normalizado por ICONTEC o por normailizadas para su recibo o utilización por las empresas comercializadoras de energía eléctrica: CODENSA, EPM, etre otras. Ver tabla 5 y tabla 6 para transformadores monofasicos nuevos o reparados respectivamente, y tablas 7 y 8 para el caso de transformadores trifasicos, para el caso de transformadores Serie AT menor o igual a 15kV y BT menor o igual a 1200V.

Bajo las condiciones descritas anteriormente, el valor medido por el voltimetro determina la tensión de cortocircuito Ucc o Uz. El valor medido por el vatimetro determina las pérdidas en el cobre Pcu que se presentan en el transformador en prueba. El valor de estas pérdidas están normalizados para cada transformador.

Los valores de I1, Uz y Pcu, registran para obtener el modelo eléctrico del transformador en prueba asi como la corriente I2.

NOTA: Por las bobinas del secundario en cortocircuito, circulara una corriente cuyo valor debe ser igual a la corriente nominal del secundario. No se debe colocar ningún instrumento o equipo de medida en serie con el devanado en corto ya que cualquier aparato de medida, en estas condiciones, introducirá grande errores de impedancia debido a las pérdidas y/o caída de tensión que se presentaría en dicho equipo. El valor de esta corriente se puede medir con una pinza voltiamperimétrica.

Para Profundizar

PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES NTC 1358

Con relación al protocolo de pruebas para transformadores puede profundizar en NTC 1358.
A continuación muestro un ejemplo sencillo de informe que incluye protocolo de pruebas.

PÉRDIDAS EN EL HIERRO - PRUEBA EN CIRCUITO ABIERTO

En una maquina eléctrica estática o transformador las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas (circulantes, vagabundas, de Eddy o de Foucault), consideradas en conjunto, constituyen lo que se denomina las pérdidas en el hierro, en el núcleo o también llamadas pérdidas en vacío. Estas generalmente se representan por Pfe o P0.



Para determinar el valor de estas pérdidas, el transformador se trabaja en vacío, es decir el devanado secundario abierto, y debe ser energizado por la bobina de baja tensión (para un transformador de distribución que no se dispone de la tensión nominal de alimentación para el primario), para transformador de BT a BT se puede alimentar y hacer la prueba por el lado de Alta Tensión del Transformador..
El valor del voltaje de alimentación aplicado debe ser el valor nominal o el de placa.
Al trabajar el trabajar el transformador en vacío, por la bobina energizada circula una corriente de excitación (I0) la cual magnetiza el núcleo y hace que se desarrolle una potencia en sus laminas. Esta potencia que se manifiesta en forma de calor, es registrada por el vatimetro el cual da el valor de las pérdidas en el hierro (potencia disipada en el núcleo) que se presenta en el transformador de prueba.

Los valores de E1, I0 y Pfe se cuantifican por medio de los aparatos de medida conectados al circuito en el lado primario: vatimetro, voltimetro, amperimetro, en el lado secundario: Voltimetro.

Durante la realización de esta práctica, en los aparatos de medida también se desarrolla una potencia de un valor tan bajo, que se desprecian y no se tienen en cuenta para los resultados de potencia en el transformador.

Para obtener resultados confiables al realizar esta practica, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
1. El transformador de distribucion se energiza por el lado de BT, debido a las siguientes razones:
a. Se tiene mayor facilidad para la obtención del voltaje de alimentación, debido a que su valor de tension es mas bajo que el requerido al lado de Alta Tensión.
b. La I0 corriente en vacío es de un valor mas significativo por el lado de BT que en las bobinas de AT, siendo mas fácil su medición.
c. Se puede utilizar aparatos o instrumento de medida de baja escala.

2. Se utilizan instrumentos de medida digitales o aparatos de medida analogos cuya constante de precisión sea por lo menos 0.5.

3. Los resultados obtenidos en esta prueba se deben comparar con los valores consignados en la tablas normativas, determinando de esta manera, si las perdidas en el hierro obtenidas, se encuentran muy aproximadas a las consignadas en la tabla. Si esto se cumple, se determina que el núcleo tiene pérdidas que se encuentran dentro de lo normal. En caso de que el valor de las perdidas sobrepasen los valores estipulados , se considera que el núcleo no se encuentra en buen estado y al poner el transformador en funcionamiento , este presentara efectos de calor o potencia disipada mayores a las normalmente esperadas, es decir pérdidas en el hierro elevadas que no le permitirán al transformador entregar su potencia nominal.
Una fuente de consulta para esta tablas es la RA7-060 según la normatividad de Empresas Publicas de Medellín, a cuya fuente debe revisar, fuera de la tabla 5 que allí se en cuenta también encuentra otras aplicadas.

P0 :   Perdidas de vacío, perdidas en el núcleo o perdidas en el hierro, tambien denotada como Pfe.
I0:     Corriente de vacío o de excitación del transformador
Pc:    Perdidas en el cobre del transformador o perdidas con carga, también denotada como Pcu o Pcc
Uz::   Tensión de Corto Circuito o % de E1










Respetado lector, le invito a profundizar revisando la norma NTC 1031

PÉRDIDAS EN EL TRANSFORMADOR

Hay que tener en cuenta que al hablar de pérdidas se hace referencia a la potencia activa en vatios, que una maquina eléctrica: Transformador, motor, o equipo utiliza para su funcionamiento pero que realmente no es aprovechada en el uso eléctrico.

Cuando un transformador se encuentra en funcionamiento, circulan corrientes alternas por sus devanados, estableciéndose un campo magnético también alterno en el núcleo de hierro.

Como resultado de este efecto, se producen perdidas en el hierro y en el cobre que representan una potencia real disipada en vatios y que hacen que el transformador se caliente. Estos efectos son los que hacen que la potencia total entregada al devanado primario es ligeramente mayor que la potencia entregada por el devanado secundario.

Por tal motivo, las perdidas definidas en el transformador son:
1- Las perdidas en el hierro las cuales se pueden cuantificar mediante la prueba en vacío.
2- Las perdidas en el cobre las cuales se pueden cuantificar mediante la prueba de cortocircuito.

VALORES NOMINALES DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

La potencia eléctrica de un transformador se refiere a la potencia máxima que puede proporcionar cuando el factor de potencia de la carga es igual a la unidad, este decir esta carga tiene un comportamiento resistivo.

La potencia nominal se refiere siempre a las tensiones e intensidades nominales para los cuales se diseño el transformador, es decir los datos que se encuentran en su placa de características. Bajo estas condiciones el transformador podrá trabajar permanentemente y en condiciones normales de potencia, tensión, corriente y frecuencia, sin peligro de deterioro por sobrecalentamiento no de envejecimiento de su parte activa.

El valor de la potencia de un transformador se expresa en términos de la potencia aparente, la cual seria la base para el diseño del mismo. Las unidades de esta potencia aparente S son:

VA: Voltamperio
kVA:  Kilovoltamperio
MVA: Megavoltamperio

Las potencias mas comunes y estándar de fabricación de para los transformadores monofásicos de distribución son:
5, 10, 15, 25, 37.5 , 50, 75, 100 kVA

Consulte que otros valores de potencia se construyen para transformadores de distribución en aceite monofásico, y cuales son todas las potencias de fabricacion de transformadores de aceite trifasicos.

sábado, 11 de junio de 2016

CONEXIÓN EN PARALELO

Un transformador trifásico NO se puede conectar en paralelo si:
- Tienen Conexiones diferentes en primario y/o secundario. Por ejemplo, no puede conectar un transformador Yy con uno Dd. Tampoco se podrá conectar un transformador Yy con un Yd, entre otros casos.
- NO se pueden conectar en paralelo transformadores de diferentes Indices Horarios. Por ejemplo: Si el indice horario de dos transformadores son Dyn5 para el primero y Dyn11 para el segundo, no se pueden conectar en paralelo. (En este caso si tienen la misma tensión en primario y secundario, para el Dyn5, la tensiones del secundario se encuentran desfasadas 150 grados eléctricos de las tensiones primarias, y para el caso del Transformador Dyn11, las tensiones secundarias están desfasadas 330 grados eléctricos con respecto a las tensiones del devanado primario.
- Las bobinas primarias y secundarios no son idénticas.
- Las tensiones en primario y secundarios son diferentes.

Para profundizar:
Conexión en paralelo de transformadores trifásicos

Para para conectar en paralelo los transformadores Monofásicos deben:
- Tener las mismas tensiones nominales primarios y secundarios
- Tener bobinas en devanado primario y secundario idénticas
- Tener las mismas polaridades

Para profundizar:
Conexión en paralelo

Tenga en cuenta que los transformadores monofásicos se pueden conectar para conformar transformadores trifásicos, a estos no se les denomina transformadores trifásicos sino Bancos Trifásicos.

jueves, 9 de junio de 2016

ÍNDICE HORARIO EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO


Si se consideran todas las conexiones posibles para un transformador trifásico: como se conectan los bobinados (estrella o triángulo), donde están los “puntos” y como nombro los bornes se concluye que la tensión secundaria desfasa a su correspondiente primaria EN UN MÚLTIPLO DE 30º.

En consecuencia tengo 12 casos posibles (12*30=360)

Para indicar esta característica en los transformadores trifásicos configurados por los fabricantes se define el INDICE HORARIO del transformador. INDICE HORARIO: Diferencia de ángulo entre una tensión primaria (de fase o de línea) y su correspondiente tensión secundaria. Se expresa según la posición de las agujas del reloj (en el cual “las horas están a cada 30º") y donde por convención la tensión primaria tomada como referencia se pone en la hora 0 (o 12) y la secundaria en el múltiplo de 30º que corresponda, así las 3 corresponde a 90º. La hora que resulta indica el índice horario es decir el desfasaje entre las tensiones primarias y secundarias.
Nota: El índice horario solo se habla en los transformadores trifásicos.

La forma de indicar totalmente al grupo de conexión debe incluir el índice horario expresándose de la forma: (conexión bobinados primarios)(conexión bobinados secundarios)(neutro)(índice) Para el caso del ejemplo en el que el neutro no sea accesible será: dy11 Si el neutro fuera accesible se indica: dyn11. En consecuencia: Si se arma un transformador trifásico (Banco Trifásico) partir de tres monofásicos la forma de la conexión determina su grupo de conexión conjuntamente con el índice. Si se tiene un transformador trifásico el fábricante siempre indica el índice de conexión y resulta por su importancia un “dato de placa de características”.

Una información sintética de los transformadores trifásicos se localiza en este link, que lo invito a revisar.
En el siguiente link se encuentra un ejemplo de Indice Horario para un transformador Trifásico.

Le invito a revisar los siguientes videos y obtener sus conclusiones:
Video 1, Video 2, Video 3.

Adicionalmente, le invito a revisar esta excelente pagina y simular los indices horarios de transformadores.
Aqui también puede analizar con respecto a los indices horarios.



miércoles, 8 de junio de 2016

Materiales usados en las redes de distribución