t11 transformadores trifásicos

Escuela Técnica Superior de Ingenieros deCaminos, Canales y PuertosAsignatura: ELECTROTECNIA

(1) Pero a diferencia del conductor neutro que, con cargas monofásicas, es útil ante desequilibrios accidentales, lastensiones de alimentación de los transformadores trifásicos siempre son equilibradas (salvo avería que provoca ladesconexión del transformador), por lo que esta condición se satisfará siempre.

(2) Lo cual, debido a que la longitud del circuito magnético de la fase central es menor, provoca un pequeño desequili-brio en la corriente magnetizante y en la corriente de pérdidas en el hierro de cada fase. Pero estas corrientes sólo sonapreciables en vacío.

© Saturnino Catalán Izquierdo. UPV -1-

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Tema 11TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Índice:1.- Transformador de columnas2.- Formas de conexión3.- Monofásico de estudio para el caso equilibra-

do4.- Características típicas.5.- Centros de transformación

1.- Transformador de columnas

Transformar un sistema trifásico en otro sistematrifásico de distinta tensión puede realizarse utilizandotres transformadores monofásicos. A esta solución se ledenomina banco trifásico de transformadores monofási-cos. Esta es, de hecho, la solución adoptada cuando laspotencias a transformar son de centenares de MVA. Sinembargo, en la mayoría de ocasiones resulta más rentableutilizar un transformador que integra, en una sola máqui-na, los tres transformadores monofásicos. La formaconstructiva más frecuente es la que se denomina transfor-mador trifásico de columnas.

La concepción del transformador de columnas sepuede observar en la secuencia siguiente:

1º. Se integran tres transformadores monofási-cos (A, B y C) compartiendo una columna

2º. Como el sistema de tensiones está equili-brado, los flujos en las tres fases tambiénestán equilibrados, luego el flujo que circulapor la columna central es: PΦA%

PΦB%PΦC'0

3º. La columna central no es necesaria, al igualque el neutro en un sistema equilibrado encorrientes, y se elimina(1)

4º. Para facilitar su construcción, las tres colum-nas restantes se sitúan en el mismo plano(2).



Transformador de algunos VA

Transformador de centenares dekVA en cuba de aceite

Transformador de columnas con encapsulado en resina

Transformador de centenares de MVAsumergido en aceite y con depósito deexpansión

Núcleo de un transformador de columnas


(1) Existe una conexión estrella especial que precisa que los devanados se hayan dividido en dos mitades. Se denominaconexión zig-zag.

(2) Por ejemplo, si ambos lados se conectan en estrella pero el lado 1 se alimenta por UVW (centro de estrella en XYZ) yel lado 2 entrega potencia por los bornes xyx (centro de estrella en uvw) , el índice de conexión será 6.

(3) El comportamiento de cada forma de conexión frente a desequilibrios se estudio en los temas de Sistemas Trifásicos:Con corrientes desequilibradas la conexión triángulo se comporta perfectamente, pero en conexión estrella esimprescindible el conductor neutro. Igual ocurre con la existencia de corrientes armónicas.


2.- Formas de conexión

Cada lado de un transformador trifásico se puede conectar en triángulo o en estrella(1) y, como cadadevanado tiene dos extremos, cada conexión puede realizarse de varias formas distintas. Debido a esto, unade las características de los transformadores es su índice de conexión, esto es, el ángulo que idealmenteforman las tensiones de línea del lado 1 con las tensiones de línea del lado 2. Estos ángulos siempre sonmúltiplos de 30º por lo que la forma de indicarlo es en forma de índice horario, esto es, la hora hacia la queapunta la tensión de línea del lado 2 cuando la tensión de línea del lado 1 apunta a las 12(2).

Para identificar de forma abreviada la forma de conexión se utilizan letras: D mayúscula para el ladode mayor tensión y d minúscula para el lado de menor tensión, cuando se conectan en triángulo, Y o y parala conexión estrella y N o n para el centro de estrella si está accesible en un borne exterior.

La conexión estrella implica menor tensión de fase por lo que resulta apropiada en los lados de mayortensión, la conexión triángulo implica menor corriente de fase por lo que es apropiada para los lados de mayorcorriente. Sin embargo, la utilización de la conexión estrella o triángulo depende fundamentalmente de quese requiera o no disponer de conductor neutro y de que existan o no desequilibrios de corriente(3).

Así, algunos ejemplos de formas de conexión son:

S Centros de transformación: convierten un sistema trifásico de 20 ó 30 kV en un sistematrifásico de baja tensión de unos 400 V, con neutro habitualmente. Incorporan transformadorescon el lado de alta tensión en triángulo, para garantizar un buen comportamiento con cargasdesequilibradas, y el lado de baja tensión en estrella, para disponer de neutro accesible.Habitualmente son Dyn11.

S Subestaciones transformadoras: en las que se convierte desde el nivel de transporte (400 kV,220 kV) hasta el nivel de distribución se utiliza frecuentemente YNd11. El neutro accesibleen el lado de mayor tensión permite conectar el centro de estrella a tierra y el triángulo en ellado de menor tensión garantiza un buen comportamiento con corrientes desequilibradas.

3.- Monofásico de estudio para el caso equilibrado

Cuando las tensiones y las corrientes en ambos lados del transformador están equilibradas puedeaplicarse la secuencia de análisis de sistemas trifásicos equilibrados. De esta forma se analiza únicamente unafase y se sabe que las otras dos son iguales pero desfasadas 120º. Partiendo del circuito original con cada ladodel transformador conectado en estrella o en triángulo, la secuencia puede ser:



1º. Se obtiene el equivalente Yy . Como se deben mantener invariables las tensiones y corrientes delínea en ambos lados, esto significa considerar que los valores de fase en el equivalente son:

.Ufase,eqYy'Ulínea

3Ifase,eqYy'Ilínea

La relación de transformación de cada fase del transformador equivalente Yy coincide con la

relación de transformación de línea: rt, fase eqYy'E1, fase eqYy

E2, fase eqYy

'U10, fase eqYy

U20, fase eqYy

'U10, línea

U20, línea

' rt, línea

2º. Se separa una de las fases del transformador equivalente Yy y se analiza (por ejemplo la faseRnrn). La potencia de una fase es a de la total.

3º. Los valores obtenidos permiten conocer directamente los valores de línea aplicando las relacionesdel punto 1. Si es necesario obtener las corrientes y tensiones de fase de algún lado deltransformador que realmente se encuentre en triángulo habrá que aplicar las relaciones linea øfase de la conexión triángulo: Ulínea'Ufase Ilínea' 3@Ifase

4.- Características típicas

Para transformadores de potencia entre algunos kVA y algunosMVA los valores habituales son los que aparecen en la tabla adjunta.Los valores situados a la derecha corresponden con las potencias másaltas.

I0 3 . . . 0,3 % IN

PFe 0,5 . . .0,06 % SN

Pcu 2,5 . . . 0,25 % SN

uRcc 2,5 . . . 0,25 % UN

uXcc 6 . . . 14 % UN

η 97 . . . 99,7 %



Valores de catálogo (ABB) de transformadores de distribución en aceite con envolvente hermética


(1) El estudio detallado del proyecto y ejecución de los centros de transformación se realiza en la asignatura posteriorMáquinas e Instalaciones Eléctricas. Análogamente, las subestaciones eléctricas que convierten en el nivel detransporte (fundamentalmente 400 kV y 220 kV) se estudia en Gestión, Transporte y Distribución de la EnergíaEléctrica


Ejemplo de CT sobre-poste extraído de un proyecto-tipo de Iberdro-la: (3) es la línea de entrada en media tensión (20 kV), (9) el cuadrode protecciones de baja tensión y (6) la línea de salida en bajatensión

5.- Centros de transformación

Una de las aplicaciones más extendidasde los transformadores son los centros detransformación que convierten la energíaeléctrica desde el nivel de distribución enmedia tensión (frecuentemente 20 kV) hasta elnivel de distribución en baja tensión (400 V).El diseño de estas aplicaciones está muy nor-malizada(1).

El ejemplo más simple son los centrosde transformación sobre-poste que se utilizanen algunas zonas para potencias entre 50 y 100kVA. Pero la solución constructiva más habi-tual es situar los elementos de maniobra (inte-rruptores y seccionadores) en celdas modularesy los transformadores en un recinto cerradoque, en muchas ocasiones, es prefabricado.



Ejemplo de CT con tres celdas de conexión con líneas de media tensión, dos transformadores con suscorrespondientes protecciones y cuadros de baja tensión , extraído de un proyecto-tipo de Iberdrola

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