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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Educación Basada en Competencias
“Conexión Estrella-Delta Para un Banco de Transformadores”
MATERIA: Instalaciones Eléctricas Industriales
ALUMNOS
NOMBRES
CARNET
A
10%
B
C
10%
10%
D
E
30% 40%
1.
2.
3.
FECHA DE PRÁCTICA _______________ F. ________________
FECHA DE ENTREGA _______________ F. ________________
A: Investigación previa (comprobación de lectura de la guía de práctica de laboratorio)…….………....10%
B: Orden y Aseo ………………………………………………………………………………………………....10%
C: Puntualidad…………………………………………………………………………………………………....10%
D: Participación en el desarrollo de la práctica………………………..………………………….…………..30%
E: Reporte……………………..………………………………………………………………….……………….40%
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Formar Profesionales con Alto Sentido Crítico y Ético con Capacidad de
Autoformación y con las competencias técnicos-científicas requeridas para resolver problemas
mediante soluciones enfocadas al desarrollo social y respetuoso del medio ambiente.
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INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES
PRÁCTICA DE LABORATORIO No. 4
“CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA PARA BANCO DE
TRANSFORMADORES”
I. OBJETIVOS.
1. Examinar las principales características de los transformadores de distribución
2. Comprender la polaridad de los devanados del transformador de distribución.
3. Montaje de una subestación con transformadores del tipo distribución, para un banco
conectado en Estrella-Delta con cargas monofásicas y trifásicas.
II. TEORÍA BÁSICA
Cuando se energiza el devanado primario de un transformador por medio de una fuente
de CA, se establece un flujo magnético alterno en el núcleo del transformador. Este flujo
alterno concatena las vueltas de cada devanado del transformador induciendo así voltajes
de CA en ellos. Estudie el circuito que se ilustra en la figura 2.1.
Ip
1
3
5
2
4
6
Figura 2.1.
Por definición, un voltaje en CA cambia continuamente su valor y su polaridad, por lo
tanto, el voltaje aplicado al devanado primario (terminales 1 y 2) cambia constantemente
la polaridad de la terminal 1 con respecto a la terminal 2. Las terminales 1 y 2 no pueden
tener jamás la misma polaridad. La terminal 1 debe de ser positiva o negativa con
2
respecto a la terminal 2. Por consiguiente, el flujo magnético alterno induce voltajes en
todos los demás devanados, haciendo que aparezca un voltaje de CA en cada par de
terminales. Las terminales de cada devanado también cambian de polaridad la una en
relación a la otra.
Cuando se habla de la polaridad de los devanados de un transformador, se trata de
identificar todas las terminales que tienen la misma polaridad (positiva o negativa) en el
mismo instante. Pero lo común es usar marcas de polaridad para identificar estas
terminales. Estas marcas pueden ser puntos negros, cruces, números, letras o cualquier
otro símbolo que indique cuales terminales tienen la misma polaridad. Por ejemplo en la
figura 2.1 se utilizaron puntos negros o marcas de polaridad que señalan que en un
instante dado:
1 es positivo con respecto a 2,
3 es positivo con respecto a 4,
6 es positivo con respecto a 5
Conviene hacer notar que una terminal no puede ser positiva por si sola, solo puede serlo
con respecto a otra terminal. En consecuencia, en cualquier momento dado, las
terminales 1, 3 y 6 son todas positivas con respecto a las terminales 2, 4 y 5.
Cuando las baterías o celdas se conectan en serie para obtener un mayor voltaje de
salida, la terminal positiva de una de las baterías se debe conectar con la terminal
negativa de la siguiente. Cuando se conectan de esta forma, los voltajes individuales se
suman. De igual manera, si los devanados del transformador se conectan en serie para
que los voltajes individuales se sumen o sean aditivos, la terminal con la marca de
polaridad de un devanado se debe conectar a la terminal no marcada del otro devanado.
Los transformadores monofásicos son usualmente montados en postes a lo largo de las
calles del sector residencial, cada uno alimentando un cliente o un grupo de clientes
residenciales, en algunas ocasiones son montados en piso o bóvedas. El devanado o
bobina primaria del transformador se conecta al alimentador, típicamente entre la línea y
el neutro (ver figura 2.2). La capacidad del transformador seleccionado para este tipo de
servicio, usualmente presenta un rango entre 25 a 100 KVA.
La mayoría de los transformadores de distribución tiene una construcción tipo acorazado.
Los devanados primarios y secundarios se bobinan alrededor del cuerpo central del
núcleo en forma concéntrica y con el devanado de bajo voltaje colocado en el interior y
de manera adyacente al núcleo. El núcleo de hierro, completo con sus devanados
primario y secundario, se coloca dentro del tanque de acero, el cual se llena con aceite
aislante y se sella en la parte superior (ver figura 2.3).
Debido a que es relativamente pequeño, se utiliza un muy poco volumen de aceite, no es
necesario hacer previsiones para respiración la que permita la expansión y contracción
ocasionada por los cambios de temperatura.
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El aceite actúa como refrigerante en el aislamiento del núcleo y los devanados y el calor
generado se disipa en la atmosfera a través de las paredes de acero del tanque.
Figura 2.2. Transformador
Monofásico Montado en Poste
Algunos transformadores de distribución se equipan con un cambiador de tomas o
derivaciones con operación manual en el lado de alto voltaje. La toma, normalmente se
fija cuando el transformador se instala por primera vez y solamente se ajusta (sin carga),
si la demanda del cliente se modifica significativamente o cuando se desea conectar
clientes adicionales al mismo transformador.
Los transformadores pueden conectarse al alimentador primario por medio de un
desconectador con fusible para proporcionar protección contra una falla interna del
transformador. Adicionalmente a esto, se conecta muy cerca del transformador, un
supresor o pararrayos de sobrevoltaje que provee protección contra impulsos de alto
voltaje causados por descargas atmosféricas y maniobras de operación. Además, los
transformadores de distribución existen algunos conocidos como CSP (Completamente
Auto Protegidos), se suministran desde la fábrica con equipo de protección incorporado
que incluye:
• Un supresor de sobrevoltaje (pararrayos),
• Un fusible en el primario para proteger el devanado primario de sobrecorrientes,
• Interruptores de circuito secundario para proteger el devanado secundario.
Interruptor de potencia efectúa una apertura o disparo en respuesta a una temperatura
alta que aparezca en el devanado secundario debido a una falla o una sobrecarga
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permanente. Antes que el valor de disparo sea alcanzado, se activa una luz de alarma
roja por la condición de alta temperatura lo cual indica que el transformador está
sobrecargado.
Figura 2.3. Transformador de Distribución Típico.
En la práctica, el devanado secundario de los transformadores monofásicos,
realmente consiste de dos devanados de 120 voltios que pueden ser conectados en
serie o en paralelo (ver figura 2.4), dependiendo de los requerimientos de voltaje del
cliente. A menudo, de los contactos se sacan hasta tres o cuatro terminales de bajo
voltaje que se colocan sobre un lado del tanque para facilitar diferentes arreglos en
las conexiones.
Figura 4. Devanado secundario típico del Transformador de Distribución.
5
Conexión de transformadores.
Los clientes industriales y comerciales requieren usualmente un suministro de potencia
trifásica; para lograr este propósito se pueden emplear una variedad de configuraciones
en los transformadores monofásicos y trifásicos. Para nuestra práctica de laboratorio, se
mirara la aplicación de tres transformadores monofásicos individuales, que se
interconectan para formar un banco que suministrará la potencia trifásica y monofásica
requerida. Se asume que el alimentador primario, es decir, la fuente de potencia, esta
conectada en Y con un voltaje de 23 KV línea-línea y con el neutro puesto a tierra. Los
devanados del primario de los transformadores de distribución monofásicos se pueden
conectar en Y o en delta.
Conexión en Y del Primario. Cada devanado primario individual se conecta a la línea
apropiada y al neutro. El punto de neutro común de estos tres devanados primarios se
conecta al neutro del alimentador, el cual se lleva a tierra tanto en el punto de alimentación
como en algunos postes en forma intermitente a lo largo de la ruta del alimentador (ver
figura 2.5). Los transformadores individuales se seleccionan para las condiciones de
voltaje requeridas; que en esta instalación particular es 13.2 KV a través de cada
devanado primario, desde la línea hasta el neutro.
13.2 KV
13.2 KV
Figura 5. Conexión en Estrella del lado primario del banco de transformadores.
Servicio a 240/120 voltios desde un secundario en Delta. La disposición con secundario
en delta, típicamente se utiliza para proporcionar alimentación trifásica a 600, 480, 240 ó
208 voltios. Con el sistema a 240 voltios, las cargas monofásicas pueden conectarse
directamente a través de los 240 voltios línea a línea y los 120 voltios pueden
suministrarse, mediante derivación en el centro de uno de los devanados de las fases
(ver figura 2.6). Este punto central, usualmente se lleva a tierra y en esta forma se dispone
de alimentación monofásica con tres hilos, el cual es norma o estándar. Es de extrema
importancia recordar que esta configuración puede instalarse solamente en una fase del
banco interconectado. Si derivamos en el centro las tres fases y después las llevamos a
tierra, esencialmente se hace un corto circuito en los puntos medios de los devanados
secundarios.
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Figura 2.6. Alimentación a 120/240 voltios desde un secundario en Delta.
III.
INVESTIGACIÓN PREVIA.
1) Verdadero ó falso. Los transformadores de distribución se colocan adyacentes a las
instalaciones del cliente y sirven para reducir el voltaje y cumplir con los
requerimientos del cliente (residencial, comercial e industrial, etc.)
2) Algunos transformadores son equipados con un cambiador manual de tomas o
derivaciones en el lado de alto voltaje. ¿Bajo qué circunstancias pueden cambiarse
esta toma?
3) ¿Cuál es el significado del término “polaridad de voltaje”? ¿Por qué la polaridad es
importante?
4) Es común que tres transformadores monofásicos se interconecten para proporcionar
una alimentación trifásica al cliente. ¿Qué precauciones se deben observar al hacer
tales conexiones?
5) El diagrama (figura 3.1) muestra las conexiones de un banco trifásico de
transformadores.
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a) ¿Es esta una configuración delta-delta, delta-Y, Y-Y o Y-delta?
b) Falso/Verdadero. El primario se conecta a un alimentador de distribución de cuatro
hilos y 23 KV.
c) ¿Cual es el voltaje a través del primario de cada transformador monofásico?
d) ¿Cuál es el voltaje inducido en el secundario de cada transformador monofásico?
e) ¿Cuál es la relación de vueltas de cada transformador monofásico?
IV.
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
El desarrollo de esta práctica consiste en realizar en primer lugar una inspección a cada
uno de los tres transformadores de distribución que se encuentran el laboratorio,
determinaran los datos característicos (posición de TAP, datos de placa, ubicación de
bujes del devanado primerio y secundario, etc.). Luego realizaran el montaje de una
subestación trifásica 23 KV, 75 KVA, 240/120V, de acuerdo a la polaridad (aditivo o
sustractivo) de cada transformador. Debe seguir las precauciones de seguridad para
realizar este trabajo, entre ellas uso y cuido del Equipo de Protección Personal, uso
y cuido de las herramientas y uso y cuido de las escaleras.
V.
MATERIAL Y EQUIPO.
1 Tester Digital
1 Escalera de extensión
1 Caja de herramientas
Conductor calibre AWG #4 desnudo para
el primario
Conductor AWG 2/0 forado para las
bajadas del secundario
3 Transformadores de 25 KVA
1 Casco
1 Par de Guantes
3 Corta circuitos 25 KV, 100 A y herrajería
3 Pararrayos 21 KV y herrajería
VI.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.
Polaridad de los devanados.
Es esencial observar la correcta polaridad de los devanados cuando se haga estas
conexiones. Los terminales de los devanados, usualmente se marcan para indicar la
dirección de la polaridad, es decir desde X1 a X2 y X3 a X4 en el caso de los devanados
secundarios.
1. La figura 6.1 muestra el arreglo para probar la polaridad de un transformador
monofásico. Los dos devanados, es decir, primario y secundario, se conectan en serie y
a un voltaje bajo CA (Corriente Alterna).
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2. En la práctica el instructor asignara la polaridad a cada uno de los transformadores.
Conexión de un banco de transformadores.
3. Realizar el montaje de una subestación trifásica 23 KV, 75 KVA, 240/120 V, conexión
Y-Delta como se muestra en la figura 6.3. Debe conectar las protecciones necesarias
para cada uno de los transformadores. Solicitar al instructor todas las herramientas y
materiales para poder llevar acabo la obra.
Nota 1: Revisar el diagrama en la figura 6.2 antes de iniciar la obra.
Nota 2: Debe polarizar todos los puntos necesarios para una conexión segura.
Nota 3: La subestación debe presentar la mejor estética posible en cuanto a la
conexión de los conductores en alta y baja tensión
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Figura 6.3 Arreglo a montar en de una subestación.
VII. PRUEBA DE CONOCIMIENTOS.
Realice los diagramas respectivos para una conexión de transformadores de distribución
configurados de la siguiente forma:
a) Delta- Estrella, 23 KV, 75 KVA, 208/120 V
b) Delta-Delta, 23 KV, 75 KVA, 480/240 V
c) Estrella abierta-Delta abierta, 13.2 KV, 100KVA, 240/120
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