INED 5TO ELECTRICIDAD: LAS INSTALACIONES DE DELTA ESTRELLA INDUSTRIALES

INSTALACIONES DE DELTA ESTRELLA INDUSTRIALES

Hay seis puntas que salen de los devanados de armadura de un generador trifásico y el voltaje de salida está conectado a la carga externa por medio de estas seis puntas. En la práctica, esto no sucede así. En lugar de ello, se conectan los devanados entre sí y sólo salen tres puntas que se conectan a la carga.

Existen dos maneras en que pueden conectarse los devanados de armadura. El que se emplee uno u otro es cosa que determina las características de la salida del generador. En una de las conexiones, los tres devanados están conectados en serie y forman un circuito cerrado. La carga está conectada a los tres puntos donde se unen dos devanados. A esto se le llama conexión delta, ya que su representación esquemática es parecida a la letra griega delta (A), En la otra conexión, una de las puntas de cada uno de los devanados se junta con una de los otros dos, lo que deja tres puntas libres que salen para la conexión a la carga. A éste se le llama conexión Y, ya que esquemáticamente representa la letra Y.

En ambos casos, los devanados están espaciados 120 grados, de manera que cada devanado producirá un voltaje desfasado 120 grados con respecto a los voltajes de los demás devanados.

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS CONEXIONES DELTA Y ESTRELLA

Como todos los devanados de una conexión delta están conectados en serie y forman un circuito cerrado, podría parecer que hay una elevada corriente continuamente en los devanados, aun en ausencia de carga conectada. En realidad, debido a la diferencia de fase que hay entre los tres voltajes generados, pasa una corriente despreciable o nula en los devanados en condiciones de vacío (sin carga).

Las tres puntas que salen de la conexión delta se usan para conectar la salida del generador a la carga. El voltaje existente entre dos cualesquiera de las puntas, llamada voltaje de la línea, es igual al voltaje generado en un devanado, que recibe el nombre de voltaje de fase. Así pues, como se puede apreciar en la figura, tanto los tres voltajes de fase como los tres voltajes de línea son iguales, y todos tienen el mismo valor. Sin embargo, la corriente en cualquier línea es "3 o sea, aproximadamente 1.73 veces la corriente en cualquier fase del devanado. Por lo tanto, nótese que una conexión delta suministra un aumento de corriente pero no hay aumento en el voltaje.

La potencia total real que produce un generador trifásico conectado en delta es igual a "3, o 1.73 veces la potencia real en cualquiera de las líneas. Sin embargo, téngase presente de lo estudiado en los volúmenes 3 y 4, que la potencia real depende del factor de potencia (cosθ) del circuito. Por lo tanto, la potencia real total es igual a 1.73 veces el voltaje de la línea multiplicado por la corriente de línea, multiplicada a su vez, por el factor de potencia.

O sea:

P real = 1,73 E línea I Línea cos (α)

Las características de voltaje y corriente de una conexión Y son opuestas a las que presenta una conexión delta. El voltaje que hay entre dos líneas cualesquiera de una conexión Y es 1.73 veces el voltaje de una fase, en tanto que las corrientes en la línea son iguales a las corrientes en el devanado de cualquier fase. Esto presenta un contraste con la conexión delta en la cual, según se recordará, el voltaje en la línea es igual al voltaje de fase y la corriente en la línea es igual a 1.73 veces la corriente en la fase. Así pues, en tanto que una conexión delta hace posible aumentar la corriente sin aumentar el voltaje, la conexión Y aumenta el voltaje pero no la corriente.

Conexión Delta

En una conexión delta, el voltaje de línea es igual al voltaje de fase, mientras que la corriente de línea es 3 ó 1.73 veces la corriente de fase.

El extremo del devanado 1 esta conectado al punto inicial del devanado 2 y a la salida del devanado 3.

El Devanado 2 esta conectado al punto inicial del devanado 3 y a la salida del devanado 1.

Y el devanado 3 está conectado al punto inicial del devanado 1 y a la salida del devanado 2.

Conexión Estrella

En una conexión estrella ó , el voltaje de línea es igual a 3 ó 1.73 veces el voltaje de fase, mientras que la corriente de línea es igual al voltaje de fase.

El extremo inicial de cada uno de las devanados están conectado juntos en un punto fijo o común y los extremos finales o las salidas de los devanados están conectados a la carga.

MOTORES TRIFASICOS CONEXIONES

Los sistemas eléctricos de corriente alterna, casi siempre son sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Es por lo cual, el estudio de los transformadores trifásicos es de mucha importancia, en el mundo de las maquinas eléctricas.

Un transformador trifásico es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico trifásico, manteniendo una relación entre sus fases la cual depende del tipo de conexión de este circuito.

Los conceptos sobre transformadores monofásicos, son aplicables para transformadores polifásicos. Se debe considerar las fases una a una, y los resultados obtenidos serán los mismos en cada fase. Los transformadores trifásicos se utilizan para el suministro o el transporte de energía a grandes distancias de sistemas de potencias eléctricas. Lo que se conoce como la distribución eléctrica, a grandes distancias. Un sistema trifásico puede estar conformando por 3 transformadores monofásicos. Estos circuitos magnéticos son independientes, es decir no se producirá reacción o interferencia entre los respectivos flujos magnéticos.

También existen los transformadores trifásicos compuestos de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases. Los transformadores trifásicos tienen ciertas ventajas sobre los tres transformadores monofásicos, una de ellas es que son más económicos. Siempre un transformador trifásico es más barato que los tres transformadores monofásicos. También algo para considerar es la relación de tamaño. Un único transformador trifásico es siempre de tamaño inferior a un banco de transformadores monofásicos. Los transformadores trifásicos están conectados de diferentes formas con ciertas ventajas y desventajas que conjuntamente con cada tipo de conexión se analizara en este ensayo.

TIPOS DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Los transformadores se utilizan para satisfacer un amplio campo de necesidades. Los transformadores de distribución, montados sobre los postes, proporcionan a los consumidores domésticos, cantidades de potencia relativamente pequeñas. Los transformadores de potencia se utilizan en las plantas generadoras para elevar el valor de tensión generada a más altos niveles para el transporte.

La tensión de transporte se reduce mediante transformadores en las subestaciones de distribución local. En estos transformadores de potencia se produce fuertes calentamientos debido al efecto Joule en las bobinas y por la histéresis, también debido a las corrientes de Foucault del núcleo. Es por lo cual se requiere de refrigeración que puede ser, por enfriamiento natural o forzado, o también por sistemas de circulación de agua o aceite. En la práctica se utiliza el aceite debido a su durabilidad y capacidad para disipar del calor. También existen transformadores de medida: de tensión, para medir voltajes, y de intensidad para medir corrientes, pero estos son en gran parte transformadores monofásicos. Los transformadores de corriente polifásicos requieren tantos pares de arrollamientos o carretes elementales como fases. Cabe mencionar que también existen otros tipos de transformadores: de audio y video, que funcionan a una amplia gama de frecuencias, también existen transformadores de radiofrecuencias que transfieren energía en estrechas bandas de frecuencias de un circuito a otro. Estos últimos, se los menciona por conocimiento general, pero el estudio de estos no está dentro del alcance de este ensayo.

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Para decidir la conexión más apropiada para acoplar las fases, se deben tener en cuenta muchas consideraciones, que en ocasiones podrían ser contradictorias a simple vista. Para realizar una conexión conveniente es necesario un estudio a detalle de las posibles soluciones, sus ventajas y desventajas, y cuando se aplican.

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

Ventajas.

Conexión más económica para transformadores de alta tensión que de pequeña potencia.

Conexión Estrella-Estrella.

Pueden conectarse neutros a los dos bobinados, tanto con la tierra, como para una distribución equilibrada con cuatro cables. Una de las conexiones más sencillas para poner "en fase", en el funcionamiento en paralelo.

Debido al tamaño relativamente grande de los conductores, la capacidad electrostática entre las espiras es elevada, de manera que los esfuerzos debidos a las ondas producidas por sobretensiones momentáneas que afectan a los enrollamientos, se disminuyen considerablemente.

Si una fase en cualquier bobinado funciona defectuosa, las dos fases restantes pueden funcionar resultando una transformación monofásica. La carga que podría suministrar seria del 58 por ciento de la potencia normal trifásica.

Inconvenientes.

Los neutros negativos son muy inestables, a menos que sean sólidamente conectados a una toma de tierra.

Las unidades trifásicas o baterías de polaridad opuesta no pueden funcionar en paralelo, a no ser que la conexión de las fases del primario o del secundario de un transformador o batería se invierta.

Una avería en una fase hace que una unidad trifásica no pueda trabajar en una distribución de tres fases hasta que se repare. La construcción de los enrollamientos es más dificultosa y su coste, más elevado. Especialmente cuando es para corrientes altas.

Aplicaciones.Los transformadores conectados de estrella-estrella encuentran su mayor aplicación como unidades de núcleo trifásico para suministrar una potencia relativamente pequeña. En la práctica, es generalmente difícil conseguir que una carga de iluminación por distribución trifásica de cuatro hilos resulte siempre equilibrada y, por esta razón esta conexión no es apropiada para tales cargas. Para la distribución de fuerza; esta conexión es completamente apropiada desde el punto de vista de su funcionamiento, con tal que se empleen transformadores de núcleo trifásico, pues los transformadores tipo de concha y monofásicos en tándem a menudo producen perturbaciones debidas a los armónicos.

Conexión estrella-estrella con triangulo terciario

Conexión Estrella-Estrella con Triangulo Terciario.

Primario

El devanado con triangulo terciario, consiste en un enrollamiento auxiliar adicional empleado en ciertas condiciones con los transformadores o baterías de transformadores trifásicos y este enrollamiento queda separado y es distinto de los enrollamientos primario y secundario, aunque va devanado sobre los mismos núcleos. La conexión auxiliar consiste en un solo enrollamiento por fase; los tres enrollamientos van conectados formando un circuito en triangulo cerrado en la forma usual, el cual puede estar alejado enteramente de cualquier circuito externo, o al que se pueden conectar terminales, los que podrán ser empleados para los fines que se citan más abajo.

Ventajas.

Estas serán mejor comprendidas estudiando las aplicaciones de esta conexión, la cual, como se verá, resulta bastante limitada en la práctica.

Inconvenientes.

Enrollamientos adicionales, que dependen en su tamaño de los fines para que se diseñen, lo cual aumenta el tamaño de la estructura y el coste inicial de los aparatos. Las características del enrollamiento terciario son las mismas que las de un enrollamiento en triangulo ordinario. Si se emplea para alimentar una carga externa en los transformadores en que ambos bobinados son para altas tensiones, el circuito auxiliar puede alcanzar una diferencia de potencia elevada con respecto a la tierra, debido a la carga electroestática inducida, a menos que el circuito sea conectado a la tierra, bien por medio de un terminal, bien mediante un compensador trifásico con neutro a la tierra. Si el triangulo queda aislado, se puede presentar la misma tensión anormal, pero como esta se reduce al enrollamiento auxiliar, fácilmente puede evitarse este inconveniente.

Una avería en el circuito en triangulo auxiliar, puede hacer que el transformador o batería resulte inservible como consecuencia del fenómeno del tercer armónico o también los enrollamientos principales pueden resultar averiados como consecuencia de una ruptura en el circuito en triangulo.

Aplicaciones.

Usado conjuntamente con transformadores trifásicos de conexión estrella-estrella, estrella con estrella interconectada y estrella interconectada con estrella, del tipo de concha o bien baterías trifásicas de transformadores con núcleo monofásico, el bobinado terciario aislado en triangulo facilita el corto circuito de la componente del tercer armónico de la corriente magnetizante. Lo cual elimina a este tercer armónico de los enrollamientos principales. Los puntos neutros de tales enrollamientos son, por esta razón, estables y pueden ser conectados con la tierra sin originar efectos perniciosos para el transformador o distribución. En este caso, el bobinado terciario en triangulo está proyectado para facilitar la F.M.P. (fuerza magnética principal) correspondiente a la que se requiere para eliminar al tercer armónico. Los transformadores del tipo de núcleo trifásico, con las conexiones previamente mencionadas, no requieren este circuito terciario en triangulo, pues el tercer armónico es despreciable.

Además de facilitar el corto circuito del tercer armónico de la corriente magnetizante. El bobinado terciario en triangulo puede ser utilizado para alimentar una carga externa, tal como motores, y también para fines generales de distribución. Si los motores son del tipo sincrónico. puede resultar un aumento muy importante del factor de potencia del primario del transformador y la intensidad de la corriente en el circuito primario puede reducirse apreciablemente. El bobinado terciario en triangulo, cuando alimenta una carga externa, tanto puede aplicarse a los transformadores trifásicos del tipo de núcleo, como a los tipo acorazado y también a las baterías de transformadores, es de particular interés en los casos en que la tensión necesaria para la carga auxiliar, es considerablemente más baja que la tensión del enrollamiento secundario.

Comparado con la conexión de triangulo a estrella, el bobinado terciario en triangulo ayuda a limitar las corrientes anormales en el caso de un corto circuito de línea a neutro y esto depende de la impedancia entre el bobinado terciario y los enrollamientos principales.

Conexión de triangulo-estrella interconectada

Ventajas.

Las tensiones del tercer armónico quedan eliminadas por la circulación de las corrientes del tercer armónico en el bobinado primario en triangulo.

Conexión de triangulo-estrella interconectada.

El neutro del secundario puede ser conectado a la tierra, o puede ser utilizado para fines de la carga, o puede servir de neutro para una distribución de corriente continua trifilar.

Se puede obtener una distribución desequilibrada de cuatro cables, y las tensiones de desequilibrio son relativamente pequeñas, siendo proporcionales solamente a la impedancia interna de los bobinados, lo que permite alimentar simultáneamente circuitos equilibrados y desequilibrados.

Inconvenientes.

No se dispone de neutro para la toma de tierra en el primario, aunque esto no constituya de modo necesario un inconveniente pues la alimentación en el lado del primario del transformador está conectada a la tierra en el generador o en el secundario del transformador elevador de tensión.

Una avería en una fase impide el funcionamiento de una batería o unidad trifásica.

El enrollamiento en triangulo puede resultar débil mecánicamente en el caso de un transformador reductor con una tensión muy grande en el primario, o con una tensión en el primario medianamente alta, y pequeña potencia.

Debido al desplazamiento de la fase entre las mitades de los enrollamientos, que están conecta-dos en serie para formar cada fase, los enrollamientos en estrella interconectada requieren un 15.5% más de cobre, con el consiguiente aumento del aislamiento total. El tamaño del armazón, también por esta razón es mayor con el aumento consiguiente del coste del transformador.

Aplicación.

La aplicación principal de esta conexión tiene efecto en transformadores reductores de tensión para alimentar convertidores sincrónicos trifásicos y, al mismo tiempo, proporcionar en el lado de la estrella interconectada, un neutro para la distribución de corriente continua. A causa de la interconexión en él secundario, se puede tener una corriente continua muy desequilibrada sin que produzca efectos nocivos en la característica magnética del transformador.

Esta conexión solamente resulta aconsejable tratándose de transformadores trifásicos del tipo de acorazado o de baterías de tres transformadores monofásicos. La interconexión en el secundario no es necesaria en los transformadores trifásicos del tipo de núcleo usual, pues, al emplear un enrollamiento simple en estrella, se produce un flujo magnético que circula siguiendo el circuito magnético en la misma dirección, en los tres brazos, y como el flujo continuo correspondiente debe encontrar un camino de retorno a través del aire o a través del depósito del transformador y del aceite, resulta que sus efectos magnéticos son despreciables.

Conexión estrella-triangulo

Ventajas.

Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la circulación de la corriente de este tercer armónico en el secundario en triangulo.

El neutro del primario se puede conectar con la tierra.

El neutro del primario se mantiene estable por el secundario en triangulo.

Conexión de Estrella- Triangulo.

Es la conexión más conveniente para los transformadores reductores de tensión, debido a las características inherentes de los enrollamientos en estrella para altas tensiones y de los enrollamientos en triangulo para las bajas tensiones.

Inconvenientes.

No se puede disponer de un neutro en el secundario para conectar con la tierra o para una distribución de cuatro cables, a menos que se disponga un aparato auxiliar.

Un defecto en una fase hace que no pueda funcionar la batería o unidad trifásica hasta que se la repare.

El enrollamiento en triangulo puede resultar débil mecánicamente en el caso de un transformador elevador con una tensión en el secundario muy alta, o con una tensión secundaria medianamente alta y potencia pequeña.

Aplicaciones.

La aplicación principal de esta conexión tiene efecto en los transformadores reductores para alimentar una carga equilibrada trifásica, por ejemplo, motores.

Conexión de triangulo-estrella

Ventajas.

Se eliminan las tensiones del tercer armónico al circular la corriente de iste tercer armónico por el primario en el triangulo. El neutro del secundario se puede conectar con la tierra o puede ser utilizado para tener un suministro de cuatro cables.

Se puede tener un suministro desequilibrado de cuatro cables, y las tensiones desequilibradas resultantes son relativamente pequeñas, siendo solamente proporcionales a las impedancias interna de los enrollamientos. Por esta razón se pueden alimentar simultáneamente cargas equilibradas y desequilibradas.

Inconvenientes.

No se dispone de neutro en el primario para conectarlo con la tierra. Esto no es precisamente un inconveniente, pues, por lo general en el circuito del primario del transformador hay una toma de tierra, sea en el generador, sea en el secundario del transformador elevador de tensión.

Una avería en una fase hace que una batería o unidad trifásica no pueda funcionar hasta que se la repare.

El enrollamiento en triangulo puede ser débil mecánicamente en el caso de un transformador reductor de tensión con el primario a tensión muy alta o con una tensión mediana en el primario y potencia pequeña.

Aplicaciones.

La aplicación principal tiene efecto como reductor de tensión para alimentar una distribución de cuatro cables, con carga equilibrada o desequilibrada. Con esta conexión se puede alimentar una carga mixta, como para motores e iluminación.

Esta conexión es igualmente aplicable para elevar la tensión con miras a alimentar una distribución de alta tensión o línea de transmisión, pues son eliminadas las tensiones del tercer armónico, puede disponerse de un neutro en la A.T. para conectar con la tierra, y los enrollamientos de A.T. poseen las características más robustas.

Conexión de estrella interconectada-estrella

Conexión de Estrella Interconectada. Estrella.

Ventajas.

Puede disponerse de neutros para conectar con la tierra tanto en el primario como en el secundario, lo que permite alimentar distribuciones de cuatro cables con cargas equilibradas y desequilibradas.

Las tensiones del tercer armónico entre las líneas y el neutro en el primario, se alimentan por la oposición entre tales tensiones en las mismas de los enrollamientos que están conectadas en serie para constituir una fase.

Ambos enrollamientos son muy robustos mecánicamente. En este aspecto, esta conexión es prácticamente tan buena como la de estrella-estrella.

Inconvenientes.

Se requiere en el enrollamiento primario un 15,5 % de cobre adicional, con el aumento correspondiente en el aislamiento total. El tamaño de la armazón debe, por consiguiente, ser mayor y el coste del transformador es más elevado.

Debido a las dificultades de fabricación en la construcción de las bobinas, el enrollamiento en estrella interconectada debe ser siempre de baja tensión. Por esta razón, esta conexión no resulta apropiada para transformadores reductores de tensión. La tolerancia en los desequilibrios de la carga es mayor cuando el enrollamiento en estrella interconectada es el secundario.

Aplicaciones. Esta conexión se ha aplicado como substituye de las de estrella-triangulo o de triangulo-estrella. Se deseaba una conexión con la cual se pudieran alimentar cargas desequilibradas y también eliminar las tensiones del tercer armónico con un enrollamiento que poseyese la rigidez mecánica de la conexión en estrella.

La combinación de estrella interconectada a estrella resulto que daba los resultados deseados, con la excepción de que no se eliminaban las tensiones del tercer armónico en el bobinado en estrella. La conexión de estrella interconectada a estrella puede, por esta razón, utilizarse para los fines en que resulte apropiado emplear la conexión de triangulo-estrella o de estrella a triangulo, teniendo siempre presente que con ciertos tipos de transformadores no es conveniente conectar con la tierra el neutro de la estrella, mientras que con todos los tipos, el enrollamiento en estrella deberá ser el de alta tensión.

Conexión de estrella-estrella interconectada

Ventajas, inconvenientes y aplicaciones.

Conexión de Estrella- estrella interconectada.

Como esta combinación es exactamente la inversa de la de estrella interconectada a estrella y, asimismo, es tan similar a ella, lo que se ha dicho respecto a esta última conexión se aplica igualmente a la que describimos, Debe observarse de todas maneras, que, cuando las observaciones referentes a la conexión estrella interconectada a estrella se aplique a la conexión estrella a estrella interconectada, las palabras "primario" y "secundaria" deberán intercambiarse. En la Gran Bretaña, por lo menos, la conexión estrella-estrella interconectada se ha empleado para substituir la de triangulo a estrella en los transformadores reductores de tensión de potencia relativamente pequeña y tensiones primarias altas, con las cuales un enrolamiento en triangulo no tendría estabilidad mecánica. La carga desequilibrada que admite esta conexión, es mayor que con la combinación estrella interconectada a estrella.

Conexión de estrella-estrella interconectada

Ventajas, inconvenientes y aplicaciones.

Conexión de estrella-estrella interconectada.

En lo que es las conexiones hay un sinfín mas que son de gran importancia en el ambito de la electricidad ya que nos permiten desarrollar mejor aprendizaje en el campo ya mencionado. En este tema que son las instalaciones de Delta Estrella Industriales como lo podemos ver estan las caracteristicas de las conexiones de Delta y Estrella que consiten en tres puntas que salen de la conexión delta que se usan para conectar la salida del generador a la carga. El voltaje existente entre dos cualesquiera de las puntas, llamada voltaje de la línea, es igual al voltaje generado en un devanado, que recibe el nombre de voltaje de fase. Así pues, como se puede apreciar en la figura, tanto los tres voltajes de fase como los tres voltajes de línea son iguales, y todos tienen el mismo valor. Sin embargo, la corriente en cualquier línea es "3 o sea, aproximadamente 1.73 veces la corriente en cualquier fase del devanado. Por lo tanto, nótese que una conexión delta suministra un aumento de corriente pero no hay aumento en el voltaje.

Tambien diremos estan las definiciones de lo que es las conexiones Delta y Estrella que son:

Conexión Delta

En una conexión delta, el voltaje de línea es igual al voltaje de fase, mientras que la corriente de línea es 3 ó 1.73 veces la corriente de fase.

Conexión Estrella

En una conexión estrella ó , el voltaje de línea es igual a 3 ó 1.73 veces el voltaje de fase, mientras que la corriente de línea es igual al voltaje de fase.

A continuacion veremos lo que es la Conexion Delta y Estrella en estas imagenes: