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Página 1 de 10 PRIMERA EDICIÓN: ENERO 2011 ÚLTIMA PUBLICACIÓN: ENERO 2011 DIBUJÓ: CENTRO DE INFORMACIÓN REDES ENERGÍA REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN 1. Objetivo Indicar las generalidades, los materiales para el montaje y las principales recomendaciones para la instalación de un Banco de transformadores en conexión Y abierta – Delta abierta en las redes de EPM. En principio, éste banco de transformadores se instalará en aquellos casos en que un usuario solicita un punto de conexión trifásico, pero en la zona sólo se dispone de un suministro monofásico (fase – R, S o T y neutro), pero es posible realizar el tendido de una segunda fase (diferente a la fase existente) del sistema trifásico. 2. Generalidades· Esta conexión se logra con 2 transformadores monofásicos. Estos transformadores serán de igual capacidad cuando se alimentan solamente cargas trifásicas y tendrán capacidades diferentes cuando alimentan cargas monofásicas y trifásicas. · Se utiliza cuando se dispone de 2 fases y neutro en el lado primario. De esta forma se genera un sistema trifásico de voltajes en el lado secundario, es decir se “genera” la otra fase 1 . Ver Esquema de conexiones. · Este banco de transformadores funciona cuando sólo se dispone de un suministro bifásico con neutro o en condiciones de emergencia cuando una unidad de un banco trifásico Y Delta convencional se encuentre por fuera de servicio. · Cuando los transformadores son de igual capacidad (cargas trifásicas únicamente), esta conexión reduce la capacidad de cada transformador monofásico al 86.6%, lo que equivale a reducir la capacidad del banco al 57.7%, respecto la capacidad del banco trifásico completo (tres unidades monofásicas).
· En esta conexión, se puede utilizar la derivación en el secundario (tap central) de uno de los transformadores para suministrar potencia monofásica como en el caso de un transformador monofásico trifilar. Ver Esquema de conexiones.
3. Montaje del Banco, Listado de Materiales y Esquema de Conexiones
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Se denomina “fase generada” a la fase que aparece en la red secundaria. Ver recomendaciones al respecto de la instalación en el numeral 4.
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· El transformador denominado “Columna de iluminación” se deberá instalar entre las fases más adelantadas según la secuencia RST o ABC de la red trifásica (usualmente entre las fases R y S. Esta conexión se denomina “Conexión en adelanto” y de esta forma se optimiza la capacidad de éste transformador.
· Si la carga es exclusivamente trifásica y equilibrada, se deberán utilizar 2 transformadores monofásicos de mayor capacidad en KVA, comparado con los KVA de los transformadores del banco trifásico completo. En la Tabla 1 se ubica el valor de Carga Trifásica (KVA) – columna 1 y se busca la capacidad de los dos transformadores en la columna 2 (carga monofásica igual a cero). En este caso la capacidad de los 2 transformadores (“Columna de iluminación” y “Columna de potencia”) será igual.
· Si la carga está compuesta de una componente monofásica y otra trifásica, se deberán utilizar transformadores con diferentes capacidades nominales. En la Tabla 1 se ubica el valor de Carga Trifásica (KVA) – columna 1 y el valor de Carga Monofásica (KVA) en la fila superior. La capacidad del transformador denominado “Columna de iluminación” será la intersección de estos valores en la tabla. La capacidad del transformador denominado “Columna de potencia” se determina tal como en el caso de exclusivamente trifásica y equilibrada. En este caso la capacidad de los 2 transformadores será diferente.
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En la literatura en inglés es “Lighting leg”, haciendo referencia al tipo de cargas monofásicas más usual.
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Tabla 1. Determinación de la capacidad de los transformadores del Banco Y abierta – Delta abierta4
NOTAS:
o Los valores de la Tabla 1 fueron calculados para factores de potencia típicos, tanto de cargas monofásicas como trifásicas y para la conexión del banco de transformadores en adelanto. Los valores indicados corresponden a capacidades comercialmente disponibles.
o Las recomendaciones de la Tabla 1 en cuanto a la carga de ruptura del poste son indicativas y fueron determinadas únicamente con los pesos estimados de los transformadores comerciales a utilizar y siguiendo las directrices dadas en [4]. Cuando las capacidades de los transformadores requieran un poste o estructura con carga de ruptura superior a 750 kg-f o similar, ya sea sin encerramiento o con él, se deberá seleccionar la solución más apropiada y segura. Finalmente, la capacidad del poste se deberá determinar con base en los pesos reales de los transformadores finalmente seleccionados, entre otras consideraciones técnicas.
o Cuando la capacidad requerida por un usuario supere la capacidad máxima suministrada por un solo banco de transformadores, se podrá instalar un segundo banco de transformadores, evitando conexiones inapropiadas en las redes secundarias, previo análisis de: la capacidad de los alimentadores monofásicos, medición de energía, puntos de conexión asignados a un usuario, reparto de cargas, entre otros aspectos técnicos. En este caso también se deberá analizar la posibilidad de realizar un suministro trifásico convencional.
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Cálculos según formulación indicada en [2] y [3].
0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10 10 15 25 25 37.5 37.5 50 50 50 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 20 15 25 25 37.5 37.5 50 50 50 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 -30 25 37.5 37.5 37.5 50 50 50 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 - -40 25 37.5 37.5 50 50 50 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 - - -50 37.5 37.5 50 50 75 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 - - - -60 37.5 50 50 75 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 - - - - -70 50 50 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 100 - - - -80 50 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 100 - - - -90 75 75 75 75 75 100 100 100 100 100 - - - -100 75 75 75 75 100 100 100 100 100 - - - -110 75 75 100 100 100 100 100 100 - - - -120 75 100 100 100 100 100 100 - - - -130 100 100 100 100 100 100 - - - -140 100 100 100 100 - - - -150 100 100 100 - - - -160 100 - - - -170 100 - - - -CARGA MONOFÁSICA (KVA) CARGA TRIFÁSICA (KVA)
Poste con carga de ruptura mínima de 510 kg-f (sin encerramiento) Poste con carga de ruptura mínima de 750 kg-f (sin encerramiento)
Poste o estructura tipo H con carga de ruptura a determinar según peso de transformadores 700-800 Kg (sin encerramiento) Poste o estructura tipo H con carga de ruptura a determinar según peso de transformadores >800 kg (con encerramiento) - Capacidad de transformadores monofásicos mayor a 100 KVA (máxima capacidad comercial usualmente utilizado)
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4.2. Medición de energía
Para la correcta medición de energía trifásica5 (Medidor integrado y/o usuario) se deberá utilizar un medidor de energía con las siguientes características:
o Un medidor electrónico de tres elementos, de rango variable. El rango de operación del medidor deberá contener el rango 110 – 240 VAC.
o La referencia para las mediciones de voltajes será el punto neutro del banco de transformadores.
o De esta forma se garantizan resultados correctos bajo condiciones de desbalance en los voltajes o en la carga. Se deberá tener presente los dos voltajes de calibración presentes en estos medidores (120 VAC para dos fases y 208 VAC para la otra fase).
Cuando la carga del usuario es exclusivamente monofásica se deberá utilizar un medidor monofásico trifilar convencional, 120/240 V.
En caso de que el banco de transformadores alimente dos o más usuarios, se deberá tener cuidado con el cableado secundario y la instalación de los medidores deberá realizarse según se indica en el Esquema de conexiones.
4.3. Tensión secundaria
El punto de conexión asignado al cliente será en el nivel 1.
Debido a que para las cargas trifásicas se tiene un neutro flotante, el voltaje fase-neutro en condiciones nominales de operación alcanza un valor de 135 Vrms, es decir 13% superior a 120 Vrms. Por lo anterior se recomienda el ajuste del tap, 2 posiciones para aumentar la relación de transformación respecto del valor nominal, en los dos transformadores. De esta forma se reducen lo voltajes secundarios a un nivel apropiado. Se deberá tener presente que el ajuste del tap deberá realizarse con el transformador desenergizado.
4.4. Recomendaciones en la instalación
Se deberá verificar que las dos fases sean diferentes, es decir R y S, S y T o T y R.
Tener precaución de no alimentar los dos transformadores de una sola fase, ya que se puede presentar, una tensión de dos veces el voltaje línea-línea en el secundario, es decir 480 VAC.
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· La derivación del punto neutro del banco de transformadores utilizada para alimentar cargas monofásicas a 120 VAC, sólo debe hacerse en uno de los transformadores del banco. El punto neutro del otro transformador deberá ser inhabilitado y señalizado para evitar conexiones inapropiadas (riesgo de corto circuito).
NOTA: Bajo ninguna circunstancia se deberá utilizar el punto neutro (tap central) del otro transformador.
· Al momento de realizar la instalación, se recomienda registrar:
o Las tensiones faseneutro y fasefase en la red secundaria.
o Las tensiones fasefase del sistema trifásico.
NOTA: En caso de que se presenten diferencias considerables entre los valores de tensión medidos y los indicados en el Esquema de conexiones, se deberán revisar las conexiones realizadas y medir de nuevo.
o La corriente que circula por la bajante al momento de realizar la instalación. Esta corriente por lo general será diferente de cero.
· No se deberá conectar el punto neutro del banco de transformadores (punto neutro de las cargas monofásicas) con el punto neutro de las cargas trifásicas, ya que se presentarían altos desbalances (voltajes y corrientes) en estado estacionario. Esto aplica principalmente para cargas trifásicas conectadas en Y (p.e. motores de inducción con estator devanado en Y). Por lo anterior, el punto neutro de las cargas trifásicas se debe dejar flotando.
· Las protecciones primarias por sobrecorriente se deberán realizar de acuerdo a la capacidad nominal
cada transformador.
4.5. Recomendaciones para usuarios conectados al banco de transformadores
Además de las protecciones usualmente utilizadas en las instalaciones a nivel de usuario, se recomienda lo siguiente:
· No se deberá conectar el punto neutro del banco de transformadores (punto neutro de las cargas monofásicas) con el punto neutro de las cargas trifásicas, ya que se presentarían altos desbalances (voltajes y corrientes) en estado estacionario. Esto aplica principalmente para cargas trifásicas conectadas en Y (p.e. motores de inducción con estator devanado en Y). Por lo anterior, el punto neutro de las cargas trifásicas se debe dejar flotando.
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NOTA: No se deberán conectar cargas monofásicas entre la fase generada y el neutro monofásico.
· Todas las carcasas y tableros se deben de equipotencializar (conectar al conductor de protección o de puesta a tierra de equipos) con el fin de evitar condiciones que resulten peligrosas por fallas internas en equipos (p.e. tensiones de contacto). Esta es una recomendación de cableado y de seguridad que es independiente de la conexión del banco de transformadores.
· Se deberá recomendar al cliente la instalación de un relé de desbalance de tensión o similar que desconecte las cargas (monofásicas y trifásicas) en condiciones de falla, ya que bajo diversas condiciones de falla posibles, no se preserva el balance en las tensiones trifásicas (magnitud y fase) y también se afectan las tensiones monofásicas. En el ajuste de este relé se deberá incluir un % apropiado de desbalance y una temporización (delay), para evitar disparos frecuentes por condiciones normales en la tensión de operación. Esta es una recomendación de protección y de seguridad que es independiente de la conexión del banco de transformadores. 5. Referencias [1] General Electric, Distribution Transformer Manual. [2]. T. A. Short, Electric Power Distribution Handbook, 2004. [3]. ABB, Distribution Transformer Guide, 2002. [4]. Ministerio de Minas y Energía, Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE, Agosto 2008.