Fundamentos y Operación de Transformadores: Conexiones Especiales y Limitaciones de Potencia
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¿Qué es un transformador TCUL?
TCUL significa Transformador Conmutador de Tomas Bajo Carga (Tap Changer Under Load). Es un tipo de transformador que posee la capacidad de modificar la toma (tap) de su devanado mientras se encuentra suministrando potencia a la carga, permitiendo así la regulación del voltaje sin interrupción del servicio.
Transformación Trifásica con Dos Transformadores: Conexiones, Ventajas y Desventajas
Es posible realizar una transformación trifásica utilizando únicamente dos transformadores. Sin embargo, todas las técnicas empleadas involucran una reducción significativa en la capacidad de manejo de potencia del banco de transformación.
Tipos de Conexiones
Algunas de las conexiones más importantes que utilizan solo dos transformadores o bobinados son:
- Conexión Delta Abierta (V-V).
- Conexión Y Abierta - Delta Abierta.
- Conexión Scott-T.
- Conexión Trifásica en T.
Ventajas y Desventajas
En cada una de estas configuraciones se usan solo dos transformadores o bobinados. Esto implica que, para que las bobinas sigan entregando el mismo nivel de rendimiento, deberían ser forzadas a operar a mayor capacidad. Si el rendimiento del transformador con sus tres bobinas estaba al tope, al pasar a dos, el rendimiento bajará considerablemente (esto es especialmente relevante si la conexión es provisional para reparar una bobina).
La mayor ventaja que presentan todos estos tipos de conexiones es que ofrecen la opción de obtener una fase adicional cuando se dispone únicamente de dos fases de suministro.
Limitación de Potencia en Conexión Delta Abierta (V-V): ¿Por qué solo el 57.7%?
La conexión en delta abierta está limitada a suministrar solo el 57.7% de la carga de un banco de transformación delta-delta normal debido a la relación entre los ángulos de voltaje y corriente, y la capacidad nominal de los transformadores individuales.
Análisis Fasorial y Potencia Individual
Es importante fijarse en los ángulos de los voltajes y corrientes en este grupo de transformadores. Puesto que falta una de las fases, la corriente de la línea de transmisión es ahora igual a la corriente de fase de cada transformador, y las corrientes y voltajes del grupo difieren en un ángulo de 30°. Dado que los ángulos de corriente y voltaje son diferentes en cada uno de los dos transformadores, se hace necesario examinarlos individualmente para determinar la potencia máxima que pueden suministrar:
- Transformador 1: El voltaje tiene un ángulo de 150° y la corriente tiene uno de 120°.
- Transformador 2: El voltaje está en un ángulo de 30° y la corriente en uno de 60°.
Cálculo de la Potencia Total
La potencia máxima total (aparente) del grupo delta-abierto se expresa como:
PD-abierta = √3 · VF · IF
La corriente nominal (IF) y el voltaje (VF) son los mismos en cada transformador, independientemente de si hay dos o tres unidades. La potencia nominal de un grupo trifásico normal (Delta-Delta) es:
P3-fases = 3 · VF · IF
La relación de la potencia de salida disponible en el grupo delta abierto respecto a la potencia de salida disponible del grupo trifásico normal es:
PD-abierta / P3-fases = (√3 · VF · IF) / (3 · VF · IF) = 1 / √3 ≈ 0.577
Por lo tanto, la potencia disponible que sale del grupo en delta abierta es solo el 57.7% de la potencia nominal del grupo original.
Operación de un Transformador de 60 Hz en un Sistema de 50 Hz
Sí, un transformador diseñado para operar a 60 Hz puede ser operado en un sistema de 50 Hz, pero requiere ajustes obligatorios para evitar daños.
Acciones para la Viabilidad Operacional
Si un transformador de 60 Hz se debe operar a 50 Hz, el voltaje que se le aplique debe reducirse también en un sexto (16.7%) o el flujo máximo en el núcleo será demasiado alto, lo que podría causar saturación y sobrecalentamiento.
Si el voltaje de un transformador se reduce por alguna razón, el valor de potencia nominal (kVA) del transformador debe reducirse en igual cantidad. Si no se hace esta corrección, la corriente en los devanados del transformador excederá la corriente máxima permisible, causando sobrecalentamiento y un posible fallo del equipo.