Operación en Paralelo de Transformadores Monofásicos y Trifásicos

Necesidades y condiciones para la conexión en paralelo de transformadores

En una red de sistema de energía, los transformadores se utilizan para aumentar y reducir los niveles de voltaje. La clasificación de un transformador se selecciona de acuerdo con la demanda de carga. Pero la demanda de carga aumenta día a día. Por lo tanto, para satisfacer la demanda de carga adicional, debemos cambiar el transformador existente por uno de mayor capacidad o podemos agregar un transformador adicional conectado con el transformador existente.

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La forma económica de satisfacer la demanda de carga es conectar un segundo transformador en paralelo con el transformador existente.

Necesidad de operación paralela de transformadores

La operación en paralelo del transformador es necesaria por las siguientes razones.

• Para suministrar una carga de más clasificaciones al transformador existente, necesitamos conectar el segundo transformador en paralelo con el transformador existente.
• En el momento del mantenimiento, se utiliza un segundo transformador para mantener la continuidad del suministro al consumidor. Aumenta la fiabilidad de un sistema.
• Cuando un transformador está en condición de falla o no funciona por cualquier motivo, el segundo transformador se usa para suministrar y evitar la intrusión de energía.

Condiciones para el funcionamiento en paralelo de transformadores

Para garantizar el funcionamiento en paralelo exitoso de los transformadores, se deben cumplir las siguientes condiciones.

• El devanado primario de ambos transformadores está diseñado adecuadamente para el voltaje y la frecuencia del sistema de suministro.
• Ambos transformadores están conectados con la misma polaridad. Si las polaridades no coinciden, existe la posibilidad de un cortocircuito. Por lo tanto, al conectar ambos transformadores en paralelo, la polaridad de ambos transformadores debe coincidir.
• La relación de transformación (relación de transformación) de ambos transformadores debe ser idéntica. Significa que la clasificación de voltaje de los devanados primario y secundario debe ser idéntica. Si la relación de transformación no es la misma, es posible el funcionamiento en paralelo de los transformadores. Pero cierta cantidad de corriente circulante fluirá en condiciones sin carga. Y creará condiciones de carga desiguales.
• Para evitar la circulación de corriente, la relación X/R debe ser la misma. Significa que el triángulo de impedancia debe ser idéntico para ambos transformadores. Si la relación X/R no es la misma, ambos transformadores operarán con diferentes factores de potencia.
• Cuando ambos transformadores tienen clasificaciones de KVA diferentes, la impedancia equivalente es inversamente proporcional a la clasificación de kVA individual (se ignora la corriente circulante).

Operación en Paralelo de Transformador Monofásico

Se pueden conectar dos transformadores monofásicos en paralelo como se muestra en la figura a continuación.

Como se muestra en la figura, el devanado primario de ambos transformadores está conectado con la barra colectora de suministro y el devanado secundario de ambos transformadores está conectado con la barra colectora de carga. De esta forma, podemos conectar dos o más de dos transformadores en paralelo y superar las capacidades nominales de los transformadores.

Al conectar transformadores en paralelo, las polaridades del transformador deben coincidir. De lo contrario, provocará un cortocircuito y puede dañar el transformador.

Condición ideal

En una condición ideal, consideramos que ambos transformadores tienen la misma relación de tensión y la misma relación de transformación. Entonces, el triángulo de impedancia de ambos transformadores es idéntico en forma y tamaño. El diagrama fasorial de esta condición se muestra en la siguiente figura.

Dónde,

• E =Voltaje secundario sin carga de cada transformador
• V₂ =Tensión del terminal secundario (carga)
• V₁ =Voltaje del terminal primario (suministro)
• Yo_UN =Corriente suministrada por el transformador-1
• I_B =Corriente suministrada por el transformador-2
• I =Corriente total

Como se muestra en el diagrama fasorial, la corriente de carga total (I) se está quedando atrás de V₂ por un ángulo de ф. Y actual I_A y yo_B de un transformador individual están en fase con la corriente total (I).

Y corriente individual (I_A y yo_B ) para cada transformador es;

Del mismo modo, I_B actual se deriva como;

Razones de voltaje iguales

Supongamos que los transformadores tienen la misma relación de tensión. Por lo tanto, el voltaje sin carga de ambos transformadores es igual (E_A =E_B =mi). En esta condición, no fluirá corriente entre dos transformadores. El circuito equivalente de esta condición es como se muestra en la siguiente figura.

Dónde,

• E_A , E_B =Voltaje sin carga
• Z_A , Z_B =Impedancias
• Yo_UN , Yo_B =Corriente secundaria del transformador respectivo
• V₂ =Voltaje terminal
• I =Corriente total

Aquí, la impedancia de ambos transformadores está conectada en paralelo. Por lo tanto, la impedancia total Z_AB es;

El diagrama vectorial de esta condición se muestra en la figura a continuación.

Aquí, I_A actual y yo_B no están en fase. Por lo tanto, la corriente total suministrada a la carga es una suma fasorial de I_A y yo_B . Y la corriente total (I) es como se muestra en el diagrama vectorial. Aquí, hemos considerado que el voltaje sin carga de cada transformador es el mismo y está en fase en el diagrama vectorial.

Del mismo modo,

Supongamos que Q_R y Q_B son las potencias consumidas por cada transformador respectivamente.

P_R =V₂ Yo_A y     Q_B =V₂ Yo_B

La potencia total consumida por ambos transformadores es Q;

Q =V₂ yo

Ahora,

Del mismo modo,

Por lo tanto, Q_R y Q_B se obtienen en magnitud y en fase a partir de las ecuaciones vectoriales anteriores.

Relación de voltaje desigual

Si la relación de transformación no es la misma para ambos transformadores, el voltaje secundario sin carga no es el mismo. En esta condición, alguna cantidad de corriente fluirá entre los transformadores en condiciones sin carga. Esta corriente se conoce como corriente circulante IC.

El diagrama vectorial de esta condición se muestra en la figura a continuación.

La FEM sin carga de ambos transformadores no es la misma en esta condición. Por lo tanto,

E_A =Yo_A Z_A + I Z_L

E_B =Yo_B Z_B + I Z_L

Dónde,

Z_L =impedancia de carga

I =I_A + I_B y     V₂ =I Z_L

Entonces,

E_A =Yo_A Z_A + (Yo_A + I_B )Z_L

E_B =Yo_B Z_B + (yo_A + I_B ) Z_L

Restar las ecuaciones anteriores;

E_A – E_B =Yo_A Z_A – Yo_B Z_B

(E_A – E_B ) + I_B Z_B =Yo_A Z_A

Coloca el valor de I_A en la ecuación de E_B;

Del mismo modo,

Ahora, coloque el valor de la corriente total (I) en la ecuación de voltaje terminal V₂;

Las impedancias del transformador (Z_A y Z_B ) son siempre menores que la impedancia de carga Z_L . Entonces, para facilitar la ecuación, despreciamos Z_A Z_B en comparación con Z_L (Z_A +Z_B ).

Operación en Paralelo de Transformadores Trifásicos

En un transformador trifásico también podemos conectar dos o más de dos transformadores en paralelo para aumentar la capacidad de carga. Las condiciones requeridas en el funcionamiento en paralelo de un transformador trifásico son las mismas que las de un transformador monofásico. Además, hay alguna condición que se debe seguir.

• La secuencia de fase de ambos transformadores es la misma y se verifica mediante el indicador de secuencia de fase.
• El desplazamiento de fase entre el devanado primario y el devanado secundario debe ser el mismo.
• Los tres transformadores utilizados en el banco de transformadores deben ser del mismo tipo de transformador (núcleo o carcasa).
• Al calcular la relación de voltaje, tenga en cuenta los voltajes de línea. Y mantenga la relación de voltaje igual.

Debe haber una relación de voltaje entre el voltaje del terminal primario y secundario. Muestra que esta relación de voltaje no es igual a la relación del número de vueltas por fase. Por ejemplo, si V₁ y V₂ son el voltaje del terminal primario y secundario respectivamente, entonces la relación de giro para la conexión estrella/triángulo (Y-Δ) sería:

El diagrama de circuito de la operación en paralelo de un transformador trifásico es como se muestra en la siguiente figura.

El devanado primario y secundario de ambos transformadores (T1 y T2) se conectan como se muestra en la figura anterior. Aquí, los terminales b y c del devanado secundario se mantienen flexibles y se conectan con un voltímetro para fines de prueba. Si ambos voltímetros muestran lectura cero, las polaridades son correctas. Si el voltímetro muestra el doble de los voltajes de fase, las polaridades son incorrectas.

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