MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO MANUAL...

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

MANUAL DE APRENDIZAJE

Técnico de Nivel Operativo

MÓDULO FORMATIVO:

INSTALACIÓN ACOPLAMIENTO Y REBOBINADO DE

TRANSFORMADORES

OCUPACIÓN:

MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI

N° de Página……133…… Firma …………………………………….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: ………04.09.14…….

MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO

FAMILIA OCUPACIONAL METALMECÁNICA OCUPACIÓN MECÁNICO ELECTRICISTA DE

MANTENIMIENTO NIVEL TÉCNICO OPERATIVO Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la ocupación de MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a INSTALACIÓN, ACOPLAMIENTO Y REBOBINADO DE TRANSFORMADORES. Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna. Registro de derecho de autor:

AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS 01

Determinar la polaridad de un transformador.

• Alicate de corte • Alicate de puntas • Multímetro

PZA. CANT. DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

HT REF. HT 01 DETERMINACIÓN DE LA POLARIDAD DE UN TRANSFORMADOR

TIEMPO: 5 H HOJA: 1/1

MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO ESCALA: S/E 2004

DETERMINAR LA POLARIDAD DE UN TRANSFORMADOR

MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO REF HO 01 / HT 01 1/2

OPERACIÓN: Determinar la polaridad de un transformador. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y

materiales a utilizar 2do Paso Se unen dos terminales adyacentes entre sí, de Alta y Baja tensión. (primario y secundario)

OBSERVACIÓN: Verificar la tensión nominal del transformador

3er Paso Se aplica el valor conveniente de tensión alterna (VA) a todo el devanado de Alta tensión. PRECAUCIÓN: Alimentar el primario con tensión no mayor a su tensión nominal.

4to Paso Se toma lectura primero de la tensión aplicada en el devanado de Alta tensión

DETERMINAR LA POLARIDAD DE UN TRANSFORMADOR


5to Paso Se toma lectura de la tensión entre los terminales libres de Alta y Baja tensión

OBSERVACIÓN: De acuerdo a esta lectura se determina el tipo de polaridad del transformador.

6to Paso Se codifica los terminales del transformador con H1, H2, x1, x2

INSTALACION ACOPLAMIENTO Y REBOBINADO DE TRANSFORMADORES

MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO REF HIT 01 / HT 01 1/6

EL TRANSFORMADOR DEFINICION Un transformador ideal es una máquina eléctrica estática sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. La figura siguiente muestra un transformador ideal. PARTES

A. NUCLEO Es la parte de hierro de un transformador, en este núcleo se confina el flujo magnético generado por el paso de la corriente en el devanado primario. Aquí se encierra lo que se llama circuito magnético. Fundamentalmente existen 2 tipos de núcleos: el tipo núcleo y el tipo acorazado. Tipo anillo: este tipo de núcleo se representa en la fig.1, indicando el corte A-1 la sección transversal que se designa con S (cm2). Este núcleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U.

Figura 1. Vista y corte de un núcleo tipo “anillo” y láminas de acero al silicio



El aislamiento entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor. Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, se representa en la fig.2, en vistas. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Figura 2. Vista de un núcleo tipo acorazado indicando la longitud magnética media. El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, a estos se les llama “entrehierro”. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

Características de las chapas. Se caracterizan por: Son generalmente de acero al silicio en proporciones de 2 a 4% de este último. Los espesores de estas láminas varían entre 0,3 y 0,5 mm para frecuencias de 50

ciclos Debe existir aislación eléctrica entre chapas, lo que se consigue de diferentes

formas: con una capa de barniz aplicado a una de sus caras, con papel muy delgada encalado sobre una cara de la chapa, o para un material más económico, produciendo una oxidación superficial con vapor de agua. Por el tipo de aislación se tiene efectos sobre el costo de la chapa y sobre la

reducción de la sección neta del hierro. Para chapas de 0,35 a 0,5 mm de espesor, puede estimarse que la reducción de sección neta con aislación de barniz o papel es de un 10% En transformadores pequeños se colocan las chapas una a una, alternando las

juntas, para dar más solidez al conjunto y evitar piezas de unión entre partes del núcleo. En los grandes, las dos cabezas quedan separadas, y deben sujetarse con pernos roscados. En transformadores de gran potencia suele ser necesario formar conductos de

refrigeración en la masa del núcleo, para aumentar la superficie de disipación del calor se colocan entonces separadores aislantes, de espesor conveniente para la circulación del aceite



B. BOBINADOS

- PRIMARIO Viene a ser la bobina o devanado de alambre que recepciona la alimentación de voltaje externa o de la red.

- SECUNDARIO Viene a ser la bobina que recepciona la inducción electromagnética generada por el paso de corriente en la bobina primaria, la cual da como consecuencia la generación de un voltaje inducido.

Si observamos la forma de los bobinados pueden ser de dos formas: cilíndricos y

planos, los cuales son determinados la forma del núcleo.

a. Bobinado cilíndrico: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo anillo.

b. Bobinado plano: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo acorazado.

CLASIFICACIÓN

A. Según el aumento reducción o disminución de la tensión: Transformador Elevador Transformador Reductor

B. Según el número de fases Transformador monofásico - monofásico. Transformador trifásico - trifásico Transformador trifásico - monofásicos Transformador trifásico - hexafásico

C. Según la disposición del circuito magnético: Transformadores de columnas Transformador acorazado

D. Según la disposición de los devanados Transformadores de devanados separados Transformadores de devanados concéntricos Transformadores de devanados doblemente concentricos Transformadores de devanados superpuestos

E. Según el sistema de refrigeración Transformadores refrigerados por aire (secos) Transformadores refrigerados por aire y aceite Transformadores refrigerados por agua y aceite Transformadores refrigerados por aire y piraleno

F. Según el acoplamiento de devanados Transformadores Autotransformadores

G. Según el ambiente donde deben funcionar Transformadores para interior. Transformadores para intemperie.



FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR A. EN VACIO

Al conectarse el primario de un transformador a un generador de corriente alterna, circulará por el primario la corriente producida por el generador, en esta bobina se forma un campo magnético que se propaga a todo lo largo del núcleo atravesando al bobinado secundario, en el cual por

INDUCCION MUTUA aparecerá un voltaje o tensión inducida. Esto según la Ley de inducción de Faraday, este flujo atraviesa el bobinado primario y secundario por lo tanto tenemos:

Como el factor es igual en ambos casos, podemos igualar a los dos segundos miembros de las últimas ecuaciones, con lo que obtenemos:

2

2

1

1

Nε

=Nε

ó 2

1

2

1

NN

=εε

Si despreciamos las caídas de tensiones en el devanado primario, además considerando que en el secundario no hay caída de tensión. Tenemos por la Ley de Lenz :

B. CON CARGA Al conectarse el secundario a una carga “ZL”, circulará por este una corriente secundaria I2, la cual creará su propio flujo magnético Ф2 que se moverá en sentido contrario al flujo Ф1 que lo creó (Ley de Lenz), el flujo magnético Ф2 tratará de disminuir al flujo Ф1 que lo creo,

pero nunca podrá lograrlo porque el transformador se “autorregula”, así el campo magnético Ф1 aumentará de tal manera que vencerá al flujo magnético Ф2 hasta lograr un flujo magnético suficiente para transmitir la energía electrica necesaria solicitada por la carga. En resumen, las corrientes inducidas tienden a contrabalancear las variaciones de la corriente inductora o primaria, igual que la reacción de un fusil, es provocada por la salida del primario I1, para mantener la carga, haciendo prácticamente igual la potencia de entrada y la de la salida S1=S2 esto es U1.I1 = U2.I2, despejando:

t∆∆Φ

t∆∆Φ

N=ε 11 t∆∆Φ

N=ε 22

2

1

2

1

NN

=UU

1

2

2

1

II

=UU



RELACION DE TRANSFORMACION ( a )

En el transformador que se muestra tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario.

La relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es:

VP(t) / VS(t) = NP / NS = a En donde “a” es la relación de espiras del transformador

a = NP / NS

La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es

NP * iP(t) = NS * iS(t) iP(t) / iS(t) = 1 / a

En términos de cantidades, estas ecuaciones son:

POLARIDAD . CLASES Las transformadores al igual que los generadores de CC. (pilas, baterias) deben de identificarse las polaridades de sus terminales para facilitar su correcto conexionado (serie o paralelo) con otros. Las figuras a continuación muestran la prueba a realizarse para determinar la correcta polaridad del transformador, cuyo procedimiento es el siguiente: Se unen dos terminales adyacentes entre sí, de Alta y Baja tensión. (primario y

secundario) Se aplica cualquier valor conveniente de tensión alterna. (VA) a todo el devanado de

Alta tensión. Se toma lectura primero de la tensión aplicada en el devanado de Alta tensión Se toma lectura de la tensión entre los terminales libres de Alta y Baja tensión

POLARIDAD ADITIVA Si la lectura de voltaje tomado es MAYOR que la tensión aplicada (VA) se dice que se ha obtenido una polaridad ADITIVA. POLARIDAD SUSTRACTIVA Si la lectura de voltaje tomado es MENOR que la tensión aplicada (VA) se dice que se ha obtenido una polaridad SUSTRACTIVA.

VP / VS = a

IP / IS = 1 / a



Figura.- Prueba de polaridad de transformadores con terminales identificados pero no codificados Los terminales del transformador se identifican por letras, mientras que la dirección de las tensiones instantáneas y el flujo de corriente se indican por números. Los terminales de alta tensión se identifican con la letra “H” y los de baja tensión con la letra “X”. Por su polaridad, los transformadores son de dos tipos de polaridad: Aditiva y Sustractiva. Si las tensiones instantáneas en los dos devanados están entrando por H1 y saliendo por X2, el transformador posee polaridad aditiva. Pero si las tensiones instantáneas estuvieran entrando por H1 y saliendo por X1, el transformador tendría polaridad sustractiva. Figura.- Muestra prueba de polaridad en transformador codificado En los transformadores reales seria posible decir la polaridad secundaria, solo si el transformador estuviera abierto y sus bobinas examinadas. Para evitar esto, los transformadores usan la convención de puntos. Los puntos que aparecen en un extremo de cada bobina muestran la polaridad del voltaje y la corriente sobre el lado secundario del transformador. La relación es como sigue: Si el voltaje primario es positivo en el extremo punteado de la bobina con respecto al

extremo no punteado, entonces el voltaje secundario será también positivo en el extremo punteado. Las polaridades de voltaje son las mismas con respecto al punteado en cada lado del núcleo. Si la corriente primaria del transformador fluye hacia dentro del extremo punteado de

la bobina primaria, la corriente secundaria fluirá hacía afuera del extremo punteado de la bobina secundaria.


MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO REF HIC 01 / HT 01 1/10

ELTRANSFORMADOR

RELACION DE TRANSFORMACION

s

p

p

s

s

p

s

p

ZZ

=II

=UU

=NN

=a

POTENCIA EN EL TRANSFORMADOR

EN EL PRIMARIO

PPP IxU=S EN EL SECUNDARIO

SSS IxU=S EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR Se tiene que la potencia aparente en el secundario es igual a: SS = SP - PF - PH - PJ Por lo tanto la eficiencia es:

%100xSS

=ηP

S

LEYENDA a = Relación de transformación Np = Número de espiras del primario Ns = Número de espiras del secundario Up = Tensón aplicada al primario (V) Us = Tensón inducida en secundario (V) Ip = Corriente en el primario (A) Is = Corriente en el secundario (A) Zp = Impedancia del primario (Ohmios) Zs = Impedancia del secundario (Ohmios)PF = Pérdida por Foucault PH = Pérdida por Histéresis PJ = Pérdida por efecto Joule Sp = Potencia aparente primario (VA) Ss = Potencia aparente secundario (VA) η = Eficiencia



Ejemplo: 1. Determinar la relación de transformación en un transformador cuyo devanado

primario esta compuesto de 550 vueltas o espiras, y el devanado secundario esta compuesto de 50 vueltas o espiras. Datos: Solución: Np = 550 vueltas a = Np / Ns = 550 / 55 = 10 Ns = 55 vueltas a = 10

a = ?

Rpta: La relación de transformación es de 10.

2. En un transformador que posee una relacion de transformación de 15, se conecta en su devanado primario la tension de 110 voltios. ¿Cual será la tensión en el devanado secundario? Datos: Solución:

a = 15 a = Up / Us Up= 110 V. Despejamos “Us” tenemos Us = ? Us = Up / a Reemplazamos datos: Us = 110V / 15 Us = 7.3V Rpta: La tension en el devanado secundario es de 7.3 Voltios

3. Una radio funciona con corriente de 9V y 360 mA. Si el primario del transformador tiene 440 vueltas. ¿Cuántas hemos de colocarle en el secundario?

Datos: Solución:

Us = 9V S

P

S

P

NN

=UU

Is = 360mA Np = 440 vueltas Transformamos una tensión en el Ns = ? primario de 220 voltios a 9 voltios en el secundario

Rpta: En el secundario será necesario colocar 18 espiras para lograr obtener el voltaje requerido.



CORRIENTE ALTERNA Se llama corriente alterna a aquella corriente que mantiene una diferencia de potencial constante, pero su polaridad varia conforme transcurre el tiempo. Se la suele denominar CA o AC en inglés. A diferencia de la corriente continua que es aquella que mantiene su valor de tensión constante y sin cambio de polaridad, ejemplo de ella puede ser una batería de las que se utilizan en los automóviles o las pilas con las que alimentamos nuestros juguetes o calculadoras electrónicas. A este tipo de corriente se la conoce como C.C. o, según los autores de habla inglesa, DC.

PARAMETROS IMPORTANTES DE LA CORRIENTE ALTERNA Frecuencia (F): Número de veces que una corriente alterna cambia de polaridad en 1 segundo. La unidad de medida es el Hertz (Hz). De esta forma si en nuestro hogar tenemos una tensión de 220 V 60 Hz, significa que dicha tensión habrá de cambiar su polaridad 60 veces por segundo. Fase(θ): Es la fracción de ciclo transcurrido desde el inicio del mismo. Período (T): Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo de C.A. completo. En nuestro ejemplo de una tensión de 220 V 60 Hz su período es de 16.6 mseg. La relación entre la frecuencia y el período es F=1/T Valor instantáneo: Valor que toma la tensión en cada instante de tiempo. Valor máximo: Valor de la tensión en cada "cresta" o "valle" de la señal. Valor medio (Um): Media aritmética de todos los valores instantáneos de la señal en un período dado. Su cálculo matemático se hace con la fórmula:

Valor eficaz (Uef): Valor que produce el mismo efecto que la señal C.C. equivalente. Se calcula mediante:

Valor pico a pico (Upp): Valor de tensión que va desde el máximo al mínimo o de una "cresta" a un "valle". En las siguientes figuras vemos una señal alterna donde se han especificado algunos de estos parámetros: En la figura a) muestra una onda alterna donde se ven tanto el valor eficaz, el valor máximo, el valor pico a pico y el período. En la figura b) vemos dos ondas alternas, de igual frecuencia, pero desfasadas 90º.



En la figura a) si la frecuencia es de 60 Hz entonces el período es T=16.6 mseg y abarcará desde el origen hasta el punto D. En ella también se puede ver la fase, la que es medida en unidades angulares, ya sea en grados o radianes. También podemos ver los distintos puntos donde la señal corta al eje del tiempo graduado en radianes. En la figura b), como ya lo dijimos, se ven dos señales alternas desfasadas 90º (π/2 radianes), esto es, cuando la primera señal arranca del punto A, la segunda lo hace desde el punto B, siendo el desfasaje entre los puntos A y B de 90º. Por lo tanto se dice que tenemos dos señales de igual frecuencia y amplitud pero desfasadas entre sí por 90º. Con lo visto hasta ahora estamos en condiciones de presentar a una señal senoidal en su representación típica: U = Umax sen (2πft + θ)

Donde: Umax: tensión máxima f: frecuencia de la onda t: tiempo θ: fase



OTROS TIPOS DE CORRIENTE ALTERNA En electrónica se utilizan infinidad de tipos de señales por lo cual se hace prácticamente imposible enumerarlas a todas, pero haremos referencia a las más comunes, luego de senoidal y la continua pura. Una de ellas es la pulsatoria (o cuadrada), La llamada “onda triangular” y la llamada onda “diente de sierra”



INTRODUCCION AL DIBUJO TECNICO Existen diferentes normas para efectuar la representación gráfica de los dispositivos eléctricos. Algunas de las cuales son: DIN, BS, ANSI, IEC

Denominación DIN BS ANSI IEC

Transformador con dos

devanados separados

Autotransformador

Transformador de Intensidad

Transformador de tensión



DESCARGAS ELECTRICAS

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA SOBRE EL CUERPO HUMANO Para los seres humanos la corriente eléctrica es peligrosa porque no poseemos ningún sentido para la electricidad; sólo podemos registrar sus consecuencias. Para el cuerpo humano (y en los animales) la corriente eléctrica tiene tres efectos principales: · Efecto químico. · Efecto fisiológico. · Efecto calorífico.

El hombre no puede percibir directamente la corriente eléctrica, sino

solamente sus efectos.

Efecto químico: Aproximadamente 2/3 del cuerpo humano se componen de agua. Al aplicar una tensión aparecerá, pues, una descomposición. Los componentes básicos de nuestro organismo, las células, se mueren, cuando se descompone el líquido celular. Efecto fisiológico: En nuestro organismo necesitamos permanentemente electricidad para que nuestros sentidos corporales informen al cerebro y para que este envíe señales de mando a los terminales nerviosos de los músculos. Para ello se generan impulsos d tensión del orden de 0,1 V. Si desde el exterior quedara aplicada una tensión adicional resultarían perturbados los procesos normales; así por ejemplo, los músculos no se relajarían (calambre muscular). El centro de mando de nuestro corazón se encuentra en el propio corazón (el llamado nódulo seno-auricular), por lo que las corrientes extrañas que circulen a través del corazón serán muy peligrosas. Casi siempre trabajamos con una corriente alterna de 60 Hz, con lo que los músculos del corazón recibirán 120

Recorridos del estímulo y la señal



veces por segundo la orden de contraerse, o sea unas 100 veces más rápido de lo normal. Como consecuencia el corazón trabajaría a toda prisa y superficialmente, con lo que dejaría de bombear la sangre. Este fenómeno se llama fibrilación ventricular o cardiaca y provoca el paro cardíaco.

Electro cardiograma de Electrocardiograma de un corazón sano. un corazón con fibrilación. Efecto calorífico: Todas las sustancias se calientan al paso de la corriente, por tanto, también lo hará el cuerpo humano. En especial los puntos de enterada y salida de la corriente quedarán amenazados, debido a las resistencias de paso, relativamente grandes, se disiparán en ellos grandes potencias (P = I2 R) que se transformarán en calor. Además en los tejidos calientes las proteínas se coagulan y, por otro lado, una elevación de calor de sólo 15°C de la temperatura de los músculos destruye los glóbulos rojos de la sangre.

Marcas dejadas por la corriente en una mano ( puntos de entrada y salida de la corriente.) Márgenes de intensidad. La gravedad que pueden tener en cada caso los efectos descritos depende sobretodo de la intensidad de corriente, pero también del camino por el que circule la corriente por el cuerpo, así como del tiempo que actúe y del tipo de corriente (corriente continua pura, corriente alterna, corriente mixta). Distinguimos cuatro márgenes de intensidad: 0 ... 25 ... 80 ... 5000 ... (valores en mA) 1 2 3 4 Los valores de la tabla siguiente "intensidades de corriente y sus efectos" se obtuvieron en experimentos derivados de accidentes. Ello significa que en algún caso particular pueden producirse efectos mortales para intensidades menores. El estado de salud y de ánimo también desempeñan papel decisivo. Máximas tensiones de contacto permisibles.



Para poder calcular la tensión que puede ya ser peligrosa para el ser humano debemos conocer primero la resistencia del cuerpo humano. Para ello se han realizado un sinnúmero de medidas y calculos que han dado valores

muy diferentes, por lo que no se puede citar ningún valor de validez general. Nosotros vamos a calcular con 1000 W, pues el valor real no suele ser menor. En la figura 14,6 hemos representado simplificadamente la distribución de la resistencia en el cuerpo humano.

Para el margen 2 de intensidades podemos calcular, pues, la tensión: U = I . R U = 0.025A . 1000W U = 25 V Como podemos suponer en general que el cuerpo humano no quedará sometido a la tensión total, se ha determinado que en las instalaciones con una tensión nominal de más de 50 V deberán tomarse medidas adicionales para proteger contra un posible contacto indirecto. Esta tensión límite se denomina máxima tensión permisible de contacto, y es la tensión que puede soportar el ser humano sin sufrir lesiones duraderas.

La máxima tensión permisible de contacto vale: para el hombre 50 V. para los animales 24 V.



Tabla : Intensidades de corriente y sus efectos

Margen I mA Efectos Consecuencias

1

2 10 hasta 25

• Ligero cosquilleo. • entumecimiento. • calambres musculares. • Aumento de la presión

sanguínea.

• Susto con movimientos incontrolados.

• "Ya no puede soltarse". • Paralización de la

respiración a veces pérdida del conocimiento.

2

25 hasta 80

• Convulsiones del estómago.

• fuertes calambres musculares.

• Fibrilación ventricular al cabo de un tiempo.

• Náuseas. • Roturas de huesos debido a

las contracciones. • falla la circulación de la

sangre. • Falta oxígeno en el cerebro

al cabo de 4 min. • Muerte de las células del

cerebro.

3

80 hasta 5000

• Fibrilación ventricular al cabo de 0,1 s.

• Paro cardíaco y muerte.

4

más de 5000

• Quemaduras graves, frecuentemente paro cardíaco, en general no provoca fibrilación ventricular

• Muerte debido a quemaduras, a menudo al cabo de días o semanas.

Esta determinación no debe llevarnos a la falsa conclusión de que las tensiones menores no son peligrosas. Estos valores son simplemente valores medios y el simple hecho de respetarlos no nos protege lo suficiente contra los peligros de la corriente eléctrica.

Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS

01

02

Acoplar 02 transformadores monofásicos en serie. Acoplar 02 transformadores monofásicos en paralelo.



HT REF. HT 02 ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

EN SERIE Y PARALELO TIEMPO: 8 H HOJA: 1/1


ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS


OPERACIÓN: Acoplar 02 transformadores monofásicos en serie. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2 do Paso Verificar: las relaciones de transformación de cada uno de los transformadores, y su polaridad. OBSERVACIÓN: Verificar las tensiones nominales de los primarios de los transformadores

3er Paso Asociar los primarios de los transformadores respetando las marcas de polaridad

4to Paso Asociar los secundarios de los transformadores respetando las marcas de polaridad.



5to Paso Alimentar con tensión alterna apropiada los primarios de los transformadores

PRECAUCIÓN: Tener en cuenta que el voltaje a alimentar no debe exceder el voltaje nominal del transformador

6to Paso Verificar la medida del voltaje de entrada, en el primario de cada transformador.

PRECAUCIÓN: Tener cuidado en la selección de la escala en el voltímetro

7mo Paso Verificar la medida de voltaje de salida, en el secundario de cada transformador.




8vo Paso Verificar la medida de voltaje total de la asociación serie




OPERACIÓN: Acoplar 02 transformadores monofásicos en paralelo. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Verificar: las relaciones de transformación de cada uno de los transformadores, y su polaridad.

OBSERVACIÓN: Verificar las tensiones nominales de los primarios de los transformadores

3er Paso Asociar los primarios de los transformadores en paralelo, respetando las marcas de polaridad

4to Paso Asociar los secundarios de los transformadores en paralelo, respetando las marcas de polaridad.



5to Paso Alimentar con tensión alterna apropiada los primarios de los transformadores


.

6to Paso Verificar la medida del voltaje de entrada, en el primario de cada transformador.

7mo Paso Verificar la medida de voltaje de salida, en el secundario de cada transformador.



8vo Paso Verificar la medida de voltaje total de la asociación paralelo



ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES Se posee dos transformadores similares al anterior con los cuales se ejemplificara las siguientes asociaciones posibles, siempre respetando los puntos que identifican la polaridad del transformador: 1. ACOPLAMIENTO PARALELO – SERIE

En el primario:

VP = V1 = V1

En el secundario:

VS = V2 + V2

Por lo tanto, tendremos:

La razón de transformación compuesta de la asociación de “n” transformadores “ac” es igual a la razón de transformación de un solo transformador del acoplamiento ”a”, dividido entre el número “n” de transformadores que conforman la asociación es decir

2V1V

=a

2a

=V2V

=V+VV

=VV

=a2

1

22

1

S

Pc

na

=ac

2a

=ac



2. ACOPLAMIENTO PARALELO – PARALELO

En el primario:

VP = V1 = V1

En el secundario:

VS = V2 = V2

Entonces: Por lo tanto :

La razón de transformación compuesta de la asociación de “n” transformadores “ac” es igual a la razón de transformación de un solo transformador del acoplamiento “a”

3. ACOPLAMIENTO SERIE – SERIE

En el primario:

VP = V1 + V1

En el secundario:

VS = V2 + V2

a=VV

=VV

=a2

1

S

Pc

a=ac

a=ac



Por lo tanto: La razón de transformación compuesta de

la asociación de “n” transformadores “ac” es igual a la razón de transformación de un solo transformador del acoplamiento “a”

4. ACOPLAMIENTO SERIE - PARALELO

En el primario:

VP = V1 + V1

En el secundario:

VS = V2 = V2

Por lo tanto :

La razón de transformación compuesta de la asociación de “n” transformadores “ac”, es igual a la razón de transformación de un solo transformador del acoplamiento ”a”, multiplicado por el número “n” de transformadores que conforman la asociación es decir

a=V2V2

=V+VV+V

=VV

=a2

1

22

11

S

Pc

a=ac

a=ac

a2=VV2

=VV+V

=VV

=a2

1

2

11

S

Pc a2=ac

na=ac



MAQUINAS ELECTRICAS DEFINICION Son aquellas maquinas que logran convertir la energía eléctrica en energía mecánica o la energía mecánica en energía eléctrica. Cuando la conversión es de eléctrica a mecánica, la maquina se denomina MOTOR. Cuando se emplea para convertir la energía mecánica en eléctrica, la maquina se denomina GENERADOR.

Al motor se le entrega energía por medio de cables, esta energía es convertida en energía mecánica (movimiento) por el motor. A un generador se le entrega energía mecánica a través de algunos mecanismos (bandas, poleas, etc.) y este transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Es necesario remarcar que en ambos casos la maquina eléctrica pierde cierta cantidad de energía en forma de calor. Por lo tanto la energía entrante es siempre mayor que la energía saliente. Un transformador es un aparato que transfiere energía de un sistema de ca a otro. Puede aceptar energía con un voltaje y entregarla con otro voltaje. Esto permite que la energía eléctrica sea generada con voltajes relativamente bajos, transmitida con voltajes altos y corrientes bajas reduciéndose así las perdidas en las líneas y también que se use con voltajes no peligrosos. CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS Estáticas: Dentro de este grupo esta clasificado los transformadores Movimiento limitado: Dentro de este grupo están las maquinas de movimiento reciprocante o vibratorio. Rotativas: En este grupo está el motor lineal o rectilíneo el cual es usado para transportar partes dentro de la fábrica.

1. Estáticas 2. Movimiento limitado 3. Rotativas

Clasificación de las Máquinas Eléctricas



TIPOS DE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS Máquina Síncrona Se denominan así porque la velocidad de estas máquinas esta directamente relacionada con la frecuencia o velocidad de la línea.

ó

1. Máquina Síncrona 2. Máquina Asíncrona o de

Inducción

Tipo de Máquinas Eléctricas Rotativas

Donde: ωS : Velocidad angular del eje o síncrona ωe : Frecuencia angular del sistema eléctrico p/2 : Número de pares de polos f : Frecuencia de la red nS : Velocidad en RPM

min/rev;pf120

=nS

s/rad;2/pfπ2

=2/pω

=ω eS



Máquina Asíncrona o de Inducción Se le llama así por ser no síncrona es decir en la operación de MOTOR estas máquinas poseen una velocidad de operación ligeramente menor que la velocidad síncrona. Y en el modo GENERADOR, la velocidad de operación es ligeramente mayor que la velocidad síncrona. Y se le dice de inducción, porque el voltaje del rotor (que a su vez produce la corriente y el campo magnético del rotor) es inducido en el devanado del rotor sin existan conexiones fisicas por medio de conductores. Aunque es posible usarlas como motor o generador, son tantas sus desventajas como generador que generalmente se usan como motor, por ello al referirse a una máquina de r de inducción se refiere a un “motor de inducción”.



Máquina de Corriente Contínua Es una máquina similar a las anteriores, pero estas máquinas tienen CC. Sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de CA en voltajes CC en los terminales. Este mecanismo se llama COLECTOR y por ello estas máquinas también se conocen como máquinas a colector. LA CAPACIDAD EN EL CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

En un condensador la carga q, la capacidad C y diferencia de potencial v entre sus placas están relacionadas entre sí por:

q = C * V

Si se conecta las placas del condensador a un generador de corriente alterna

q = C * V0·sen(w t)

La intensidad se obtiene derivando la carga respecto del tiempo, i=dq/dt



Para un condensador, la intensidad iC está adelantada 90º respecto a la diferencia de potencial VC. La relación ente sus amplitudes es :

con VC = V0, la amplitud de la fem alterna

Capacidad y C.A: En la figura vemos la conexión de una capacidad a un circuito de C.A.

Es ahora el caso en el que la corriente se adelanta 90º con respecto a la tensión, manteniendo la misma forma de onda que ésta. El cálculo de la reactancia capacitiva (medida en ohms) se hace con la siguiente fórmula:

XC = 1/2πfC y aplicando nuevamente la Ley de Ohm: i(t) = V(t) / XC = 2πfC V(t) También aquí la corriente depende de la frecuencia, pero ahora es directamente

proporcional a ésta.

Vc.w.C=Ic



SIMBOLOGIA


01

Acoplar 03 transformadores monofásicos

• Alicate de corte • Alicate de punta • Multímetro


HT REF. HT 03 ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

PARA SU FUNCIONAMIENTO COMO BANCO TRIFÁSICO


MECÁNICO ELECTRICISTA DE

MANTENIMIENTO ESCALA: S/E 2004

ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS PARA SU FUNCIONAMIENTO COMO BANCO TRIFASICO


OPERACIÓN: Acoplar 03 transformadores monofásicos. Para esta operación se considerara una asociación de transformadores monofásicos en un banco trifásico asociado como Y-D (Estrella – Delta) PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Seleccionar adecuadamente los transformadores a ser asociados, los cuales deben cumplir con ciertos requisitos.

3er Paso Determinar individualmente sus polaridades y marcarlas adecuadamente (Ref. HO 1)


4to Paso Asociar los primarios de los transformadores monofásicos en conexión estrella Y, respetando las marcas de polaridad.



5to Paso Verificar con el ohmimetro la correcta elaboración de los empalmes de los bobinados primarios de los transformadores monofásicos.

OBSERVACIÓN: Seleccionar el rango de 200 en el ohmímetro o similar

6to Paso Asociar los secundarios de los transformadores monofásicos en conexión delta D, respetando las marcas de polaridad.

7mo Paso Verificar con el ohmímetro la correcta elaboración de los empalmes de los bobinados secundarios de los transformadores monofásicos.




8vo Paso Conectar los 03 bornes de la asociación estrella de los primarios, de los transformadores monofásicos a tensión alterna trifásica de 380V

PRECAUCIÓN: Tener en cuenta que los transformadores puedan soportar esta tensión al estar conectados de esta forma.

9no Paso Verificar con el voltímetro el voltaje transformado a la salida del banco trifásico.

PRECAUCIÓN: Seleccionar el rango adecuado en el voltímetro.



ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS Tres transformadores monofásicos debidamente acoplados son equivalentes a un transformador trifásico. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico pueden acoplarse independientemente en estrella (Y) o en delta (D). Esto da lugar a cuatro acoplamientos posibles para un transformador trifásico. 1. Acoplamiento Triángulo (D) - Triángulo (D) 2. Acoplamiento Estrella (Y) - Triángulo (D) 3. Acoplamiento Triángulo (D) - Estrella (Y) 4. Acoplamiento Estrella (Y) – Estrella (Y) Existen otro tipo de acoplamientos especiales en donde en cada uno de los secundarios se necesita que posean dos devanados: 5. Acoplamiento Estrella (Y) – Zigzag 6. Acoplamiento Triangulo (D) – Zigzag Además de los acoplamientos usuales y especiales, mencionados anteriormente, de los transformadores, existen otras formas para transformar corriente trifásica con solo dos transformadores. Todas las técnicas usadas para esto se basan en la reducción de la capacidad de carga de los transformadores, que puede justificarse por ciertos factores económicos Algunas de las principales conexiones de este tipo son: 7. Acoplamiento Delta Abierta – Delta Abierta (Vv0) 8. Acoplamiento Estrella Abierta – Triangulo Abierta (Yv). 9. Acoplamiento Scott -T. 10. Acoplamiento Trifásico - T. CONDICIONES O REQUISITOS PARA ACOPLAMIENTO: Son las siguientes: 1. Igual razón de transmisión : Voltajes nominales identicos 2. Igual tensión de corto circuito: El porcentaje de impedancia de uno de los

transformadores debe estar comprendido entre el 92.5% y el 107% del otro. 3. Correcta conexión de sus polaridades : Ajustes de tomas identicos. 4. Las caracteristicas de frecuencia deben ser identicas.



1. ACOPLAMIENTO TRIANGULO – TRIANGULO (DdO) La conexión Dd0 se ilustra en la siguiente figura

Donde:

VLP = VFP VLS = VFS

Por lo tanto:

VLP / VLS = VFP / VFS = a

Se utiliza frecuentemente para alimentar sistemas de alumbrado monofásicos y carga de potencia trifásica simultáneamente. Tiene la ventaja de poder conectar los devanados primario y secundario sin desfasamiento. No tiene problemas de cargas desbalanceadas o armónicas. Sin embargo, circulan altas corrientes a menos que todos los transformadores sean conectados con el mismo tap de regulación y tengan la misma razón de tensión.

2. ACOPLAMIENTO ESTRELLA – TRIANGULO (Yd5) La conexión Yd5 de los transformadores trifásicos se ilustra en la siguiente figura:

Donde: VLP = 3 * VFP, VLS = VFS. VFP / VFS = a Por lo tanto la relación total “ac” VLP / VLS = ( 3 * VFP) / VFS VLP / VLS = ( 3 * a)

a=ac

a*3=ac



No tiene problema con los componentes del tercer armónico en sus voltajes, ya que ellos se consumen en la corriente circulatoria del lado triangulo o delta. Es más estable con relación a las cargas desbalanceadas, puesto que la delta redistribuye parcialmente cualquier desbalance que se presente. Tiene, un problema, en razón de la conexión delta (d), el voltaje secundario se desplaza 30º con relación al voltaje primario del transformador. El hecho de que un desplazamiento de la fase haya ocurrido puede causar problemas al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos de transformadores. Los ángulos de fase de los transformadores secundarios deben ser iguales si se van a conectar en paralelo, lo que significa que se debe poner mucha atención a la dirección de desplazamiento de 30º de la fase, que sucede en cada banco de transformadores que van a ser puestos en paralelo. La conexión que se muestra en la figura anterior hará que el voltaje secundario se atrase, si la secuencia es RST. Si la secuencia del sistema fase es RTS, entonces la conexión que se ve en la figura hará que el voltaje secundario se adelante al voltaje primario en 30º. Se usa en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir el voltaje. En sistemas de distribución es poco usual (no tiene neutro) se emplea en algunos ocasiones para distribución rural a 20 KV. 3. ACOPLAMIENTO TRIANGULO – ESTRELLA (Dy11)

La conexión Dy11 de los transformadores trifásicos se ilustra en la siguiente figura : Donde: VLP = VFP VLS = 3 * VFS

Además: VLP / VLS = VFP / ( 3 * VFS) VLP / VLS = a / 3 Por lo tanto “ac” es :

a*3=ac



Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que el transformador Yd5. La conexión que se ilustra en la figura anterior, hace que el voltaje secundario atrase el primario en 30º, tal como sucedió antes. Se usa en los sistemas de transmisión en los que es necesario elevar tensiones de generación. En sistemas de distribución industrial, su uso es conveniente debido a que se tiene acceso a dos tensiones distintas, de fase y línea. 4. ACOPLAMIENTO ESTRELLA – ESTRELLA (Yy0)

La conexión Yy0 de los transformadores se muestra en la siguiente figura Donde: VFP = VLP / 3 . VLS = 3 * VFS. Por lo tanto, la relación de voltaje en el transformador es : VLP/VLS = ( 3 * VFP)/( 3 *VFS) = a

Desventajas - Si las cargas en el circuito del transformador están desbalanceadas, entonces los voltajes en las fases del transformador se desbalancearan seriamente. - No presenta oposición a los armónicos impares (especialmente el tercero). Debido a esto la tensión del tercer armónico puede ser mayor que el mismo voltaje fundamental. Ambos problemas, pueden resolverse usando alguna de las dos técnicas que se esbozan a continuación: • Conectar sólidamente a tierra el neutro primario de los transformadores. Esto permite que los componentes adicionales del tercer armónico, causen un flujo de corriente en el neutro, en lugar de causar gran aumento en los voltajes. El neutro también proporciona un recorrido de retorno a cualquier corriente desbalanceada en la carga. • Agregar un tercer bobinado (terciario) conectado en delta al grupo de transformadores. Esto permite que se origine un flujo de corriente circulatoria dentro del bobinado, permitiendo que se eliminen los componentes del tercer armónico del voltaje, en la misma forma que lo hace la conexión a tierra de los neutros.

a=ac



De estas técnicas de corrección, una u otra deben usarse, siempre que un transformador Yy0 se instale. En la practica muy pocos transformadores de estos se usan pues el mismo trabajo puede hacerlo cualquier otro tipo de transformador trifásico.

5. ACOPLAMIENTO ESTRELLA – ZIGZAG

Donde:

También:

FPV*3=LPV

FSV*23=LSV

Reemplazando tenemos:

FSV*23

FPV*3=

LSVLPV

=Ca

Por lo tanto:

Se emplea prácticamente en transformadores de distribución reducida potencia. Se puede extraer neutro en baja tensión, se puede también conectar a tensiones relativamente elevadas. Admite toda clase de desequilibrios. En las tensiones secundarias no se presentan terceras armónicas, es mas claro que el estrella-estrella. Pueden funcionar con el neutro central a plena carga. Del lado de baja tensión, cada devanado se subdivide en mitades. Cada una de las mitades interiores se conecta con la parte superior del otro núcleo, este tipo de conexión se utiliza para los transformadores de distribución pequeños, tienen como ventaja respecto a la conexión Triangulo-Estrella, que el lado de alta tensión que se puede construir en conexión en estrella es de mas bajo costo. El inconveniente principal es que el número de espiras del secundario es un 15.5% mas alto.

FSVFPV

=aLSVLPV

=Ca

a*3

2=Ca



6. ACOPLAMIENTO TRIANGULO – ZIGZAG

Donde:

También: FPV=LPV

FSV*23=LsV

Reemplazamos:

Por lo tanto:

7. ACOPLAMIENTO DELTA ABIERTO – DELTA ABIERTO (Vv0)

La conexión Vv0 de los transformadores se muestra en la siguiente figura Donde: Además:

Reemplazamos: Por lo tanto:

FSVFPV

=arsVRSV

=Ca

FPV=RSV

FSV=rsV

a=FSVFPV

=rsVRSV

=Ca

a=Ca

FSVFPV

=aLSVLPV

=Ca

FSV*3FPV*2

=

FSV*23

FPV=

LSVLPV

=Ca

a*32=Ca



En ciertos casos un grupo completo de transformadores puede no utilizarse para lograr transformación trifásica. Por ejemplo, supongamos que un grupo de transformadores Dd0, compuesto de transformadores separados, tiene una fase averiada que se debe retirar para repararla. La fase T se llama fase fantasma, en algunas ocasiones. De modo que la conexión Delta-abierta admite que un grupo de transformadores cumpla su función con solamente dos transformadores, permitiendo que cierto flujo de potencia continúe, aun habiéndosele removido una fase dañada. Así, un transformador está produciendo la potencia reactiva que el otro está consumiendo. Este intercambio de energía entre los dos transformadores es el que limita la salida al 57.7% de la potencia nominal del grupo original, en lugar del 66.7% esperado en otras condiciones. Otra alternativa para considerar la potencia indicada de la conexión delta-abierta es que el 86.7% de la potencia nominal de los dos transformadores restantes se puede usar. La conexión delta abierta también se emplea cuando ocasionalmente es necesario suministrar una pequeña potencia trifásica a una carga principal monofásica. En tal caso se emplean esta conexión, en la cual el transformador T2 es mucho más grande que T1.

8. ACOPLAMIENTO ESTRELLA - ABIERTA- DELTA- ABIERTA (Yv)

Este tipo de conexión es muy similar a la conexión delta-abierta, con la diferencia de que los voltajes primarios se obtienen a partir de dos fases y un neutro. Esta conexión se ilustra en la siguiente figura:

Se utiliza para dar servicio a clientes de comercio pequeños que necesitan corriente trifásica en áreas rurales en donde aun no se han instalado las tres fases en los postes de la línea de conducción.



Con esta conexión, un usuario puede obtener servicio de corriente trifásica de manera provisional, hasta que con el aumento de la demanda se requiera la instalación de la tercera fase en los postes de conducción. La desventaja principal de esta conexión es que por el neutro del circuito primario debe fluir una corriente de retorno considerablemente grande. 9. ACOPLAMIENTO SCOTT – T

La conexión Sott-T es la manera de obtener dos fases, separadas 90° de una fuente de alimentación trifásica. En los comienzos de la transmisión de CA, los sistemas de potencia bifásicos y trifásicos eran bastantes comunes. Por aquellos días, era una necesidad rutinaria la interconexión de sistemas de dos y tres fase, y la conexión Scott-T de transformadores se desarrollo para lograr dicho propósito. Hoy en día la potencia bifásica esta limitada a ciertas aplicaciones de control y esta conexión se sigue utilizando para producir la potencia necesaria para su funcionamiento. Esta conexión consiste en dos transformadores monofásicos con idéntica potencia nominal. Uno tiene derivación en su bobinado primario al 86.6% de voltaje a plena carga. Están conectados tal como se ilustra en la figura. La derivación del transformador T2 al 86.6%, está conectada a la derivación central del transformador T1. También es posible convertir potencia bifásica en potencia trifásica por medio de está conexión, pero, puesto que existen muy poco generadores bifásicos en uso, esto casi nunca se hace.



10. ACOPLAMIENTO TRIFASICO – T La conexión Scott T usa dos transformadores para convertir potencia trifásica en potencia bifásica a diferente nivel de voltaje. Por medio de una sencilla modificación en tal conexión, los mismos dos transformadores pueden también convertir potencia trifásica en potencia trifásica a diferente nivel de voltaje. Esta conexión se ilustra en la figura. Aquí, tanto el bobinado primario como el secundario del transformador T2 se han derivado al 86.6% y las derivaciones están conectadas a las derivaciones centrales de los correspondientes bobinados del transformador T1. En está conexión T1 se llama principal y T2 transformador excitador.

Como en la conexión scott T, las tensiones de alimentación trifásicas producen dos voltajes desfasados 90° en los devanados primarios de los dos transformadores. Estos voltajes primarios producen tensiones secundarias, desfasadas también 90°. Sin embargo, a diferencia de la conexión Scott T, las tensiones secundarias se combinan para producir salida trifásica. Una ventaja principal de la conexión T trifásica sobre las otras conexiones trifásicas con dos transformadores es que se puede conectar un neutro, tanto al lado primario como al lado secundario del grupo de transformadores. Esta conexión se usa algunas veces en transformadores independientes de distribución trifásica, puesto que sus costos de fabricación son más bajos que los de un grupo completo de transformadores trifásicos. Puesto que la parte inferior de los bobinados secundarios de transformador independiente no se usa, ni en el lado primario ni en el secundario, pueden dejarse de lado sin que se modifique su comportamiento. De hecho esto es lo que ocurre en los transformadores de distribución.



CALCULO DE CONDUCTORES EN UN TRANSFORMADOR

Tabla 1: Tabla de dimensiones estándar de láminas para núcleo de transformadores

Dimensiones Ventana Parte central Ancho Alto Ancho Alto

Longitud del circuito

magnético A G F C D

Peso libras

Pulg. Pulg. Pulg. Pulg. Pulg. Pulg. Pulg.

1/2 1 1/2 1 1/4 1/4 3/4 0,195 3,00 9/16 1 11/16 1 13/32 9/32 27/32 0,277 3,38 5/8 1 7/8 1 9/16 5/16 15/16 0,380 3,75

11/16 2 1/16 1 23/32 11/32 1 1/32 0,506 4,13 3/4 2 1/4 1 7/8 3/8 1 1/8 0,657 4,50

13/16 2 7/16 2 1/32 13/32 1 7/32 0,835 4,88 7/8 2 5/8 2 3//16 7/16 1 5/16 1,04 5,25 1 3 2 1/2 1/2 1 1/2 1,56 6,00

1 1/4 3 3/4 3 1/8 5/8 1 7/8 3,04 7,50 1 3/8 4 1/8 3 7/16 11/16 2 1/16 4,05 8,25 1 1/2 4 1/2 3 3/4 3/4 2 1/4 5,25 9,00 1 3/4 5 1/4 4 3/8 7/8 2 5/8 8,34 10,50

2 6 5 1 3 12,5 12,00



Tabla 2 : Tabla de calibre de conductores para transformadores

SE: Simple Esmalte DE: Doble Esmalte Diámetro Nominal: Diámetro del cobre Diámetro Total: Diámetro del cobre más el esmalte

LONGITUD UNITARIA PESO TOTAL DIAMETRO NOMINAL

SECCION NOMINAL S. E. D. E.

ResistenciaS. E. D. E.

DIAMETRO TOTAL AWG mm mm2 Km/Kg Km/Kg Ohm/Kg Kg/Km Kg/Km SE (mm) DE(mm)

41 0.071 0.0040 27.778 27.027 4420.700 0.036 0.037 0.084 0.092 40 0.079 0.0050 21.739 20.834 3518.500 0.046 0.048 0.094 0.102 39 0.089 0.0064 17.241 16.667 2780.800 0.058 0.060 0.104 0.114 38 0.102 0.0082 13.699 13.158 2102.500 0.073 0.076 0.119 0.130

37 0.114 0.0100 10.870 10.527 1690.200 0.092 0.095 0.132 0.145

36 0.127 0.0130 8.621 8.333 1368.300 0.116 0.119 0.147 0.160

35 0.142 0.0160 6.802 6.622 1091.200 0.147 0.151 0.163 0.178 34 0.160 0.0200 5.423 5.305 856.000 0.184 0.188 0.183 0.198 33 0.180 0.0250 4.309 4.228 678.800 0.232 0.236 0.206 0.224 32 0.203 0.0320 3.409 3.333 538.300 0.293 0.300 0.231 0.249 31 0.226 0.0400 2.715 2.661 426.900 0.368 0.376 0.254 0.274

30 0.254 0.0510 2.158 2.120 338.600 0.463 0.472 0.285 0.302 29 0.287 0.0650 1.716 1.690 268.500 0.583 0.592 0.320 0.338 28 0.320 0.0800 1.359 1.339 212.900 0.736 0.747 0.356 0.373 27 0.360 0.1020 1.079 1.065 168.900 0.926 0.939 0.396 0.417 26 0.404 0.1290 0.859 0.847 133.900 1.163 1.181 0.440 0.462

25 0.455 0.1630 0.682 0.673 106.200 1.466 1.485 0.493 0.516 24 0.511 0.2040 0.540 0.532 84.210 1.853 1.879 0.551 0.577 23 0.576 0.2550 0.428 0.422 66.790 2.337 2.367 0.617 0.643

22 0.643 0.3220 0.341 0.337 52.960 2.932 2.965 0.686 0.714

21 0.724 0.4070 0.269 0.266 42.000 3.713 3.753 0.770 0.798

20 0.813 0.5150 0.214 0.212 33.310 4.666 4.715 0.861 0.892 19 0.912 0.6500 0.170 0.168 26.420 5.877 5.929 0.963 0.993 18 1.020 0.8200 0.135 0.133 20.950 7.412 7.473 1.077 1.110 17 1.150 1.0400 0.107 0.106 16.610 9.342 9.411 1.207 1.240 16 1.290 1.3100 0.085 0.085 13.170 11.717 11.801 1.349 1.384

15 1.450 1.6500 0.067 0.067 10.470 14.872 14.978 1.509 1.547 14 1.630 2.0900 0.054 0.053 8.285 18.66 18.787 1.692 1.732 13 1.830 2.6300 0.042 6.571 23.636 1.923

12 2.050 3.3000 0.033 5.211 29.948 2.151

11 2.300 4.1500 0.027 4.132 37.564 2.408



1. Medir el valor de “A” y “e” , y calcular la sección bruta “Sb” y sección neta “Sn”

exA=Sb pulg2 Sbx85.0=Sn pulg2 (transformar a mm2) 2. Calcular la relación “v/V” vueltas por Voltio

[ ]Snxβxfx4.4

10=V/v

8

donde 310x7.10=β

3. Calcular la Potencia Aparente

Del primario “Pp” 2)903.0

Sn(=Pp VA.

Del secundario “Ps”

Ppx85.0=Ps VA

4. Calcular el número de espiras o vueltas totales de cada bobinado Del primario “Np”

[ ] VpxV/v=Np Del secundario “Ns”

[ ] VsxV/v=Ns 5. Calcular las corrientes en primario “Ip” y secundario “Is”

IpxVp=Pp VpPp

=Ip A

IsxVs=Pp VsPs

=Is A

6. Determinar las densidades a utilizar en el primario “Jp” y el secundario “Js” Utilizando esta tabla

Potencia Aparente (S) VA.

Densidad de la corriente (J) A/mm2

0.8 - 1 7.4 1 - 3 7.2 3 - 5 7.0 5 - 8 6.8

8 - 10 6.6 10 - 15 6.4 15 - 20 6.2 20 - 30 6.0 30 - 40 5.5 40 - 50 5.0 50 - 60 4.5

60 - 100 4.0 100 - 200 3.5 200 - 300 3.0 300 - 400 2.5 400 - 600 2.0 600 - 800 1.8

800 - 1000 1.6



7. Calcular las secciones del cobre del alambre primario “Scup” y secundario “Scus”

JpIp

=Scup mm2

JsIs

=Scus mm2

Con estos datos ubicamos en la columna 3 (Sección Nominal) de la tabla 2 el valor más cercano al obtenido, tanto para el primario como para el secundario. Luego se ubica el valor relacionado con este en la columna 1 (AWG). Determinándose así el número o calibre del conductor primario y secundario. 8. Calcular la longitud de una espira promedio “Lep”

[ ]Cx2+e+Ax2=Lep pulg (transformarlo a metros) 9. Cálculo de la Longitud Total de cada bobinado

Del Primario “Ltp”

LepxNp=Ltp m Del Secundario “Lts”

LepxNs=Lts m 10. Cálculo del peso de cada bobinado

Para hallar este dato nos ubicamos en la columna (AWG) de la tabla 2, de acuerdo al calibre elegido de cada bobinado, luego nos desplazamos horizontalmente hasta la columna (Peso Total) tomando el dato que corresponde a Kg/Km Y decimos: Peso del Primario “Pep”

Km/KgenprimarioalambredelPesoxLtp=Pep Peso del Secundario “Pes”

Km/KgenundariosecalambredelPesoxLts=Pep



COMPENSACION EN CORRIENTE ALTERNA MONOFASICA En todo circuito o instalación eléctrica, se transforma energía eléctrica en otros tipos de energía. Las cuales son: • Energía Activa

Es aquella que es aprovechable, mediante la cual se puede obtener energía luminosa, térmica, mecánica, etc..

• Energía Reactiva Es aquella generada por las bobinas, la cual es nociva pues hace que por los cables circule corrientes más elevadas. Algunos ejemplos de circuitos generadores de este tipo de energía son los transformadores, motores, partidores de luminarias, etc..

En la figura siguiente se muestra ejemplo una instalación monofásica típica

Si este tipo de circuito monofásico típico lo representamos en función de resistencias e inductancias totales tendremos el siguiente esquema:



En un diagrama vectorial de Corrientes con respecto al circuito anterior tendremos: En términos prácticos, podemos decir que cuanto mayor sea el ángulo, menor será el valor del Factor de Potencia o CosФ (Fi), y por lo tanto peor será el rendimiento de la instalación o receptor considerado. Y que cuanto menor sea el ángulo, mayor será el valor del Factor de Potencia o CosФ (Fi), y por lo tanto mejor será el rendimiento de la instalación o receptor considerado. Para lograr aumentar el factor de potencia o CosФ (Fi), se trata de COMPENSAR la reactancia inductiva XL con la reactancia capacitiva XC, ya que los condensadores tienen un comportamiento inverso que las bobinas. Esto se hace de la siguiente manera:



Así mismo las potencias reactivas inductivas son compensadas por las potencias reactivas capacitivas: En la figura anterior se muestra que el circuito original compuesto por un resistor y una reactancia inductiva. La corriente inductiva Ir o bien (Q r ) debe compensarse con otra corriente Ic o bien (Q c ), de manera que el circuito total resulte equivalente a un resistor puro:

rQ=Qc XcU

=Ic

Reemplazando la 2da ecuación en la 1ra tenemos:

XcU

=Qc2

Cfπ21

=Xc

Finalmente tenemos que el condensador de compensación se determina con la siguiente expresión:

2Ufπ2Qc

=C

Por lo tanto

Qc : Potencia reactiva capacitiva P : Potencia activa Φ1 : Angulo de desfasamiento antes de la compensación. Φ2 : Angulo de desfasamiento después de la compensación. C : Capacidad ω : Frecuencia angular U : Tensión eléctrica

2Ufπ2Qc

=C

)2Φtan1Φtan(.P=Qc _



Ejemplos: 1. Una lámpara fluorescente de 220V/40W, tiene un factor de potencia de 0.5 y toma una

corriente de servicio, de 0.455 A. El factor de potencia debe ser mejorado a cosФ = 1, por medio de una compensación en paralelo. Calcule a) la absorción de potencia de la luminaria b) la potencia reactiva necesaria del condensador c) la capacidad del condensador d) la toma de corriente después de la compensación Solución U = 220V PL = 40W CosФ1 = 0.5 I1 = 0.455 A CosФ2 = 1 a) P1 = U.I1. CosФ1 = 220V. 0.455 A. 0.5 = 50 W b) Qc = QL = P1. tan Ф1 = 50W. 1.732 = 86.6 Var c) C = Qc / (ω . U2 ) = 86.6 Var / (2.π.60Hz. (220V)2 ) = 4.75 uF d) I2 = P1 / (U. Cos Ф2 ) = 50W / (220 V.1) = 0.227 A

2. Debe ser compensada una potencia reactiva de 1Kvar. La tensión de la red es de

220V / 60Hz. Calcule la capacidad del condensador Solución Qc = 1 Kvar U = 220 V f = 60 Hz C = Qc / (ω . U2 ) = 1000 Var / (2.π . 60Hz. (220V)2 ) = 54.8 uF

3. Un condensador, con la capacidad de 17.7 uF, absorve, a 60Vac, una potencia

reactiva de 20 Var. Calcule: a) la frecuencia de la tensión alterna aplicada b) la potencia reactiva a 220 Vac 60 Hz Solución a) f = Qc / (2.π. C. U 2 ) = 20 Var / ( 2. π. 17.7uF. 60V 2 ) = 50 Hz b) Qc = 2.π. f. C. U 2 = 2. π. 60Hz. 17.7uF . 220 2 = 322.8 Var



ESQUEMA Acoplamiento de 03 transformadores monofásicos en banco trifásico de conexión Delta-Delta



LAS 5 NORMAS DE SEGURIDAD 1. DESCONEXIÓN TOTAL. 2. ASEGURARSE CONTRA UNA RECONEXIÓN. 3. COMPROBAR LA AUSENCIA DE TENSIÓN. 4. PUESTA A TIERRA Y CORTOCIRCUITADO 5. TAPAR O CUBRIR LAS PARTES PRÓXIMAS SOMETIDAS A TENSION.

Antes de trabajar en instalaciones eléctricas deben tomarse medidas necesarias para respetar las cinco normas de seguridad y necesariamente en el orden indicado.

Todo técnico electricista o profesional de la electricidad, debe hacer todo lo posible para proteger así mismo y sus compañeros de los posibles daños. O sea que deberá respetar como mínimo las normas de seguridad, aún incluso cuando otros sean más despreocupados y se las salten creyendo demostrar así su valentía. Ser valiente no consiste en someterse conscientemente a un peligro o al no respetar las normas de seguridad, sino en revelarse contra los comentarios despreciativos de los compañeros de trabajo. A continuación vamos a explicar detenidamente las citadas normas, indicando algunos consejos para su realización en la práctica. DESCONEXIÓN TOTAL. Es la deconexión de todos los polos y por todos los lados de la instalación. Realización: Un método sencillo de cumplir esta norma es desenrroscar los fusibles o automáticos o bien desconectar los disyuntores. No es suficiente la desconexión de un interruptor monopolar, pues otra persona podría volverlo a conectar sin más. Además otros conductores no desconectados podrían seguir soportando una tensión. De aquí puede observarse la importancia de esta norma. ASEGURARSE DE UNA RECONEXIÓN. Deberán tomarse medidas que garanticen que solo aquellas personas que trabajen en la instalación puedan volverla a conectar. Realización: Si se han desenrroscado los fusibles no deberán dejarse junto al tablero de distribución, sino que la persona que trabaje en la instalación deberá llevárselo consigo. Los dispositivos de bloqueo, ofrecen una seguridad adicional. Para informar a otros técnicos o usuarios de la instalación pueden emplearse etiquetas autoadhesivas que se pegarán sobre los dispositivos protectores, disyuntores o portafusibles. Pueden ser de color rojo o amarillo.

¡NO CONECTAR!ESTÁN TRABAJANDO

Lugar:................................Sólo podrá quitar elletrero:Nombre:............................

NO CONECTAR¡PELIGRO!



Evidentemente aún es más seguro que ninguna otra persona pueda tener acceso a los interruptores, o sea que los armarios o salas de conmutación estén cerrados con llave. COMPROBAR LA AUSENCIA DE TENSIÓN. Aunque se crea haber interrumpido el circuito eléctrico adecuado, en determinados casos aún puede suceder que determinadas partes de la instalación en cuestión estén sometidas a tensión, bien sea por fallos en el circuito de la instalación o por rotulados o indicadores equivocados. Por tanto deberá necesariamente comprobarse la ausencia de tensión antes de empezar a trabajar. Realización: Sólo deberán emplearse voltímetros o buscapolos bilpolares, pues los buscapolos monopolares pueden en determinadas condiciones no indicar la existencia de tensión aunque esta esté presente. Esto de debe a que en los buscapolos monopolares la corriente necesariamente debe circular por el cuerpo humano para que encienda la lámpara de efluvios. La intensidad de esta corriente puede ser demasiado pequeña a pesar de la tensión peligrosa si existe una resistencia excesiva del punto de trabajo. En este caso la lámpara de efluvios no se encendería. Es además imprescindible comprobar e funcionamiento del aparato para controlar la tensión inmediatamente antes de su utilización.

PUESTA A TIERRA Y CORTOCIRCUITADO. Estas medidas adicionales garantizan que los dispositivos de protección contra sobrecorrientes se activen y desconecten si por error se sometiera la instalación a tensión antes de tiempo. Deberá en primer lugar ponerse a tierra y a continuación cortocircuitar para que las cargas existentes (en cables largos) puedan pasar a tierra. Al trabajar en instalaciones de hasta 1000 V. De tensión nominal (excepto en líneas aéreas puede suprimirse esta norma si ya se han respetado las normas de seguridad 1, 2 y 3. Realización: La unión de tierra con los cables de fases y de estos entre sí deberá realizarse con una resistencia mínima. Para ello se emplean cables de unión especiales, con abrazaderas, pinzas o garras de contacto, cuyos diámetros deben estar calculados para las intensidades de cortocircuito que pudieran aparecer. Está por ejemplo, prohibido el colocar cuerdas o cadenas metálicas sobre líneas aéreas. TAPAR LAS PARTES PRÓXIMAS SOMETIDAS A TENSIÓN. Cuando se deba trabajar en las proximidades de partes de circuitos sometidas a tensión deberán tomarse las medidas necesarias que impidan un posible contacto con estas partes. Realización: Con frecuencia es suficiente el tapar con materiales plásticos las partes en cuestión ( por ejemplo fundas de plástico para los soportes aisladores y para los cables en líneas aéreas) o vallar con rejas. El peligro aumenta cuando se emplean herramientas o aparatos voluminosos. Mediante señalización clara y visible de la zona de peligro se logra una seguridad adicional.


01

Instalar 02 transformadores monofásicos en triángulo abierto.



HT REF. HT 04 ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS EN

PARALELO TIEMPO: 4 H HOJA: 1/2



ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS EN PARALELO


OPERACIÓN: Acoplar 02 transformadores monofásicos en triángulo abierto. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Seleccionar adecuadamente los transformadores a ser asociados, los cuales deben cumplir con ciertos requisitos. OBSERVACIÓN: Verificar sus relaciones de transformación, polaridades.

3ro Paso Conectar los primarios de los transformadores, teniendo en cuenta la polaridad y modo de asociación.

4to Paso Comprobar con el ohmímetro la correcta asociación de los primarios de los transformadores monofásicos en conexión delta abierto. OBSERVACIÓN: Seleccionar el rango de 200 en el ohmímetro o similar



5to Paso Conectar los bobinados secundarios de los transformadores, teniendo en cuenta la polaridad y modo de asociación.

6to Paso Verificar con el ohmímetro la correcta asociación de los bobinados secundarios de los transformadores monofásicos. OBSERVACIÓN: Seleccionar el rango de 200 en el ohmímetro o similar

7mo Paso Conectar tensión trifásica a los primarios de los transformadores

PRECAUCIÓN: Los transformadores deben poseer voltajes nominales capaces de soportar la tensión trifásica de 380V.



8vo Paso Verificar con el voltímetro el voltaje de salida en los bornes secundarios de esta asociación.

PRECAUCIÓN: Seleccionar el rango del voltímetro adecuado


01

Instalar 02 transformadores monofásicos en triángulo abierto.








Instalar 02 transformadores trifásicos en paralelo.









OPERACIÓN: Instalar 02 transformadores trifásicos en paralelo. Se considera para esta operación instalar dos transformadores trifásicos Yd5 (Estrella – Triángulo) PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Seleccionar adecuadamente los transformadores trifásicos a ser asociados, los cuales deben cumplir con los requisitos establecidos.

3er Paso Determinar individualmente sus polaridades y marcarlas adecuadamente (Ref. HO 1) En cada uno de los bobinados.

4to Paso Asociar los primarios de ambos transformadores trifásicos en conexión Y estrella. OBSERVACIÓN: Respetar las marcas de polaridad respectivas.



5to Paso Verificar con el ohmimetro la correcta asociación de los bobinados primarios de ambos transformadores trifásicos, codificándolos por fases.


6to Paso Asociar los secundarios de ambos

transformadores trifásicos en conexión Delta “D”, respetando las marcas de polaridad.

7mo Paso Verificar con el ohmímetro la correcta asociación de los bobinados secundarios de cada uno de los transformadores trifásicos, codificando cada terminal respectivamente. OBSERVACIÓN: Seleccionar el rango de 200 en el ohmímetro o similar



8vo Paso Alimentar con tensión trifásica ambos transformadores y verificar las respectivas tensiones en los terminales secundarios de ambos. PRECAUCIÓN: Tener en cuenta que los transformadores puedan soportar la tensión aplicada Seleccionar rango adecuado en el voltímetro

9no Paso Quitar momentáneamente la alimentación a ambos transformadores trifásicos y asociar en paralelo los secundarios, respetando la polaridad y fases respectivas.

10mo Paso Conectar tensión a los primarios de los transformadores trifásicos y efectuar las mediciones de voltaje en las salidas de los transformadores. PRECAUCIÓN: Seleccionar el rango adecuado en el voltímetro



EL TRANSFORMADOR TRIFASICO

DEFINICION Son maquinas electricas que sirven para transformar las tensiones alternas trifásicas, y son de uso comun cuando el espacio del que se dispone es limitado, pues exigen menos espacios que tres transformadores monofásicos de los mismos KVA nominales. Suelen emplear núcleos de tres a cinco columnas. Los bobinados del primario y del secundario suelen estar devanados unos encima de otros a fin de reducir las perdidas y de que la tensión de cortocircuito sea pequeña, existen varias posibles disposiciones de los bobinados. PARTES

Boquillas de Baja Tensión Placa de datos Boquillas de Alta Tensión Bobinados Núcleo de hierro Radiador de enfriado



IDENTIFICACION



ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS EN PARALELO Se dice en la práctica que dos (2) o más transformadores están conectados en paralelo si sus lados de Alta tensión están conectados en la misma red de alta tensión, y los de baja en la red correspondiente. Para el perfecto funcionamiento de los transformadores trifásicos en paralelo, se deben cumplir los siguientes requisitos: La conexión de transformadores en paralelo se hace necesaria debido a los incrementos de la demanda que superan la capacidad existente o cuando los requerimientos de confiabilidad y continuidad de operación lo exigen, este es el caso, que si un transformador falla, el otro continuará alimentando la carga sin interrupción . Cuando la demanda de energía se reduce temporalmente, resulta más económico operar un transformador pequeño cerca de su límite de capacidad a plena carga que un transformador mayor a capacidad reducida. Por lo que, cuando le demanda energética es muy fluctuante resulta mas provechoso la instalación de dos o más transformadores en paralelo que utilizar un transformador de gran capacidad. En estas condiciones el sistema es más flexible porque tiene la posibilidad de agregar una parte de los transformadores en paralelo cuando sea necesario. Para simplificar la conexión de los transformadores en paralelo y evitar la necesidad de pruebas de polaridad, rotación de fase, etc., el ANSI en su norma C 57. 12. 70-1964 (R-1971) uniforma las marcas y la conexión para transformadores de distribución y potencia. Los transformadores marcados según tal norma, pueden operar en paralelo por la simple conexión de terminales numeradas igualmente. Por supuesto, esto es aplicable a los transformadores que tienen características similares como la relación de vueltas, impedancia, desplazamiento angular, etc



A. La razón de transformación “ac” debe ser aproximadamente la misma para todo Es decir la misma tensión nominal en los lados de alta y baja. Esto evita tener corrientes de desequilibrio perjudiciales, cuanto mayor es la diferencia entre las razones de transformación, la corriente de desequilibrio es mayor.

B. Los indices horarios de los grupos de conexión deben ser iguales Es decir la misma posición de fase en los lados de alta y baja tensión. De esta manera se evita que circulen corrientes de compensación entre los distintos transformadores.



C. Los transformadores deben tener preferentemente las mismas tensiones de corto circuito Con esto se evita que los transformadores soporten cargas distintas, osea que por los transformadores con menor tensión cortocircuito circulen corrientes excesivamente intensas. La tolerancia entre las diferentes tensiones de cortocircuito es de %10±

Cuando poseen la misma tensión de cortocircuito entre los transformadores, la carga total se distribuye proporcionalmente a sus potencias nominales. En caso contrario contrario la carga sobre cada transformador se distribuye en razón inversa a sus tensiones de cortocircuito. Entonces cuando más alta sea la tensión de cortocircuito, menor será la porción de carga.

D. La relación de potencias de los transformadores a conectar debe ser menor que

3 a 1 Si esta relación fuera mayor también podrían circular en algunos casos corrientes de compensación, pues las diferentes razones R/XL provocarían distintos desfases entre las diferentes tensiones



E. Correcta conexión de sus polaridades Para evitar cortocircuitos, que pueden presentarse debido a conexiones equivocadas de polos invertidos de los devanados, osea, fases diferentes, se comprueba la igualdad de las fases según lo siguiente: - Conectese el lado de alta tensión - Efectúe una conexión del lado de baja tensión - Intercalese voltímetros entre la linea y los polos de los devanados libres (se debe

poner a escala máxima ) - En conexión correcta, los voltímetros dan indicaciones nulas

.



CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA Una red de alimentación con sólo dos conductores resulta en muchos de los casos insuficiente debido al alto consumo de energía que requieren un alto número de instalaciones y aparatos electricos. Por esto para la obtención y distribución de la energía electrica se suele utilizar el sistema de corrientes alternas trifásicas, llamado también sistema trifásico. De esta manera se dispone por ejemplo de dos tensiones 220V y 380V. En la figura siguiente se observa en bloques la forma como es generada la corriente alterna trifásica.

Además a partir de ello se empezará a distribuir y alimentar las necesidades asociando este tipo de generaciones adecuadamente.

Esta corriente trifásica es generada por máquinas electricas SINCRONAS llamadas también generadores la cual al generar las corrientes, se obtienen que estas estarán desfasadas en un 1/3 de ciclo, es decir, (360º/3 = 120º) entre sí. Como se puede observar en la figura siguiente, de es como tener 3 tensiones monofásicas desfasadas entre sí, además se sabe que, un ciclo completo de cada una



dura 16.7 milisegundos (ms) en una red de 60 Hz. Entonces, cada una de las tres fases está retrasada respecto de la anterior 16.7/3 = 5.57 ms. En cualquier punto a lo largo del eje horizontal del gráfico de arriba, encontrará que la suma de las tres tensiones es siempre cero, y que la diferencia de tensión entre dos fases cualesquiera fluctúa como una corriente alterna

La corriente trifásica es generada por a partir de las máquinas GENERADORAS las cuales pueden internamente estar conectadas en Estrella o Triángulo.

En conexión estrella se cumple que:

FL V.3=V

FL I=I



En la conexión triángulo o delta se cumple que :

FL V=V

FL I.3=I Finalmente algunos equivalencias en cuanto a Potencia Trifásica

I.V.3=S

φCos.I.V.3=P

φSen.I.V.3=Q

Pf.3=P

S : Potencia aparente V : Tensión de línea I : Corriente de línea P : Potencia activa Cos Ф : Factor de potencia Q : Potencia reactiva Sen Ф : Factor reactivo Pf : Potencia activa de una fase



ESQUEMAS Acoplamiento de 02 transformadores trifásicos en paralelo. Cada uno de los cuales se encuentra conexionado en Estrella – Delta.


02

Mantenimiento de transformadores trifásicos. Mantenimiento de transformadores monofásicos.

• Alicate de corte • Alicate de puntas • Multímetro • Juego de llaves


HT REF. HT 05 MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES TIEMPO: 4 H HOJA: 1/2



MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES


OPERACIÓN: Mantenimiento preventivo de un transformador trifásico PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Inspeccionar las boquillas de Alta Tensión Limpiar las boquillas de cualquier sustancia no propia del material con el cual se encuentran fabricadas.

3er Paso Inspeccionar las boquillas de Baja Tensión. Limpiar los bornes adecuadamente utilizando escobillas de fierro.

4to Paso

Verificar el estado y la hermeticidad del tanque de aceite refrigerante, además de las canaletas y aletas radiadoras de calor, de ser necesario repintar.



5to Paso Efectuar la medición del nivel de aislamiento con respecto a tierra de las bobinas de alta tensión, utilizando el megohmetro.

6to Paso Efectuar la medición del nivel de aislamiento con respecto a tierra, de las bobinas de baja tensión, utilizando el megohmetro.



OPERACIÓN: Mantenimiento preventivo de un transformador monofásico PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Inspeccionar el estado externo del transformador verificando el estado de las borneras del bobinado primario y secundario. OBSERVACIÓN: Se debe observar el estado de las láminas.

3er Paso Probar la resistencia en el bobinado primario, de tratarse de un transformador reductor su ohmiaje deberá ser relativamente alto comparado con el del secundario. OBSERVACIÓN: Seleccionar rango de 200 ohmios o similar en el ohmímetro.

4to Paso Probar la resistencia en el bobinado secundario, cuyo resultado deberá ser menor en ohmios que la resistencia del primario.

OBSERVACIÓN: Seleccionar rango de 200 ohmios o similar en el ohmímetro.



5to Paso Verificar que no exista continuidad entre ambos bobinados

6to Paso Efectuar la medición del nivel de aislamiento con respecto a tierra o masa de ambos bobinados.


01

Mantenimiento de máquina de soldar.

• Llave francesa • Llave pico de pato • Alicate universal • Multímetro


HT REF. HT 05 MANTENIMIENTO DE MÁQUINA DE SOLDAR


MANTENIMIENTO DE MAQUINAS DE SOLDAR

MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO REFHO 09 / HT 06 1/2

OPERACIÓN: Mantenimiento de máquinas de soldar. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Verificar el estado externo de la máquina de soldar

3er Paso Desensamblar la máquina identificando parte por parte desmontada OBSERVACIÓN: Se debe tener orden y cuidado al desarmar las partes.

MANTENIMIENTO DE MAQUINAS DE SOLDAR

MECÁNICO ELECTRICISTA DE MANTENIMIENTO REFHO 09 / HT 06 2/2

4to Paso Verificar el motor del ventilador, la máquina soldadora esta equipada, con un motor ventilador y depende de este la ventilación para tener un buen enfriamiento. El motor esta equipado con baleros sellados con lubricación de por vida.

5to Paso Inspeccionar Estabilizador armado, como su nombre lo dice, estabiliza o no permite que la máquina tenga variaciones al soldar.

6to Paso Verificar Transformador principal, es un dispositivo que cambia los valores de tensión (voltaje), e intensidad de una corriente alterna entre los bornes de entrada y salida, manteniendo la misma frecuencia (continua). OBSERVACIÓN: Verificar medidas de ohmiaje en los bobinados.

7mo Paso Verificar el Selector de corriente, la máquina cuenta con un selector para cada tipo de corriente de soldadura ( CA o CD). El cual es situado para satisfacer las aplicaciones particulares de la soldadura.

OBSERVACIÓN: Debe poseer buen aislamiento, cierre y corte de circuito.



GRUPOS DE CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS El grupo de conexión indica como se encuentran conexionados los diferentes bobinados del transformador trifásico, así como el índice horario del desfasaje entre los vectores de tensión de los devanados.

Ejemplo: EL DIAGRAMA DEL RELOJ Representa los 360º posibles que puede desplazarse el vector tensión secundario respecto del vector tensión primario, como si fuera un reloj que da la hora, en la cual cada 30º es una hora. Cualquier grupo de conexión debe tener un acoplamiento de referencia, para nuestro caso se muestra el estrella 0º, así se podrá medir el ángulo de desfasaje del vector tensión secundario con respecto a esta referencia.

EN LAS COLUMNAS DEL TRANSFORMADOR Los vectores tensión primaria y secundaria están en fase, en cada columna, pero con respecto a las demás columnas están desfasadas 120º en todo momento.

PRIMARIO SECUNDARIO D : Triángulo d : Triángulo Y : Estrella y : Estrella Z : Zigzag z : Zigzag V : Delta abierto v : Delta abierto



EL INDICE HORARIO Indica el número de veces de 30º en que el vector de baja tensión en estrella está retrasado respecto al vector de alta tensión en triángulo con terminales homologados. La tensión en estrella está siempre desplazada 30º respecto a la tensión en triángulo. TIPOS Se pueden obtener 16 acoplamientos o grupos de conexión. A continuación se detalla en la siguiente tabla cada uno de los tipos posibles de acoplamientos considerando su índice de desfasamiento y su código de descripción.

ACOPLAMIENTOS Nº Primario Secundario Indice

Grupo de Conexión

01 Estrella Estrella 0 Yy0 02 Estrella Estrella 1 Yy1 03 Estrella Estrella 2 Yy2 04 Estrella Estrella 3 Yy3 05 Estrella Estrella 4 Yy4 06 Estrella Estrella 5 Yy5 07 Estrella Estrella 6 Yy6 08 Estrella Estrella 7 Yy7 09 Estrella Estrella 8 Yy8 10 Estrella Estrella 9 Yy9 11 Estrella Estrella 10 Yy10 12 Estrella Estrella 11 Yy11 13 Triángulo Triángulo 0 Dd0 . .

16 Zigzag Zigzag 11 Zz11



1. ACOPLAMIENTO TRIANGULO – TRIANGULO (DdO) La conexión Dd0 se ilustra en la siguiente figura

Donde:

VLP = VFP VLS = VFS

Por lo tanto:

VLP / VLS = VFP / VFS = a

Se utiliza frecuentemente para alimentar sistemas de alumbrado monofásicos y carga de potencia trifásica simultáneamente. Tiene la ventaja de poder conectar los devanados primario y secundario sin desfasamiento.

No tiene problemas de cargas desbalanceadas o armónicas. Sin embargo, circulan altas corrientes a menos que todos los transformadores sean conectados con el mismo tap de regulación y tengan la misma razón de tensión.

2. ACOPLAMIENTO ESTRELLA – TRIANGULO (Yd5)

La conexión Yd5 de los transformadores trifásicos se ilustra en la siguiente figura:

Donde: VLP = 3 * VFP, VLS = VFS. VFP / VFS = a Por lo tanto la relación total “ac” VLP / VLS = ( 3 * VFP) / VFS VLP / VLS = ( 3 * a)

a=ac

a*3=ac



No tiene problema con los componentes del tercer armónico en sus voltajes, ya que ellos se consumen en la corriente circulatoria del lado triangulo o delta. Es más estable con relación a las cargas desbalanceadas, puesto que la delta redistribuye parcialmente cualquier desbalance que se presente. Tiene, un problema, en razón de la conexión delta (d), el voltaje secundario se desplaza 30º con relación al voltaje primario del transformador. El hecho de que un desplazamiento de la fase haya ocurrido puede causar problemas al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos de transformadores. Los ángulos de fase de los transformadores secundarios deben ser iguales si se van a conectar en paralelo, lo que significa que se debe poner mucha atención a la dirección de desplazamiento de 30º de la fase, que sucede en cada banco de transformadores que van a ser puestos en paralelo. La conexión que se muestra en la figura anterior hará que el voltaje secundario se atrase, si la secuencia es RST. Si la secuencia del sistema fase es RTS, entonces la conexión que se ve en la figura hará que el voltaje secundario se adelante al voltaje primario en 30º. Se usa en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir el voltaje. En sistemas de distribución es poco usual (no tiene neutro) se emplea en algunos ocasiones para distribución rural a 20 KV. 3. ACOPLAMIENTO TRIANGULO – ESTRELLA (Dy11)

La conexión Dy11 de los transformadores trifásicos se ilustra en la siguiente figura :

Donde: VLP = VFP VLS = 3 * VFS

Además: VLP / VLS = VFP / ( 3 * VFS) VLP / VLS = a / 3 Por lo tanto “ac” es:

Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que el transformador Yd5. La conexión que se ilustra en la figura anterior, hace que el voltaje secundario atrase el primario en 30º, tal como sucedió antes. Se usa en los sistemas de transmisión en los que es necesario elevar tensiones de generación. En sistemas de distribución industrial, su uso es conveniente debido a que se tiene acceso a dos tensiones distintas, de fase y línea.

a*3=ac



4. ACOPLAMIENTO ESTRELLA – ESTRELLA (Yy0) La conexión Yy0 de los transformadores se muestra en la siguiente figura

Donde: VFP = VLP / 3 . VLS = 3 * VFS. Por lo tanto, la relación de voltaje en el transformador es: VLP/VLS = ( 3 * VFP)/( 3 *VFS) = a

Desventajas - Si las cargas en el circuito del transformador están desbalanceadas, entonces los voltajes en las fases del transformador se desbalancearan seriamente. - No presenta oposición a los armónicos impares (especialmente el tercero). Debido a esto la tensión del tercer armónico puede ser mayor que el mismo voltaje fundamental. Ambos problemas, pueden resolverse usando alguna de las dos técnicas que se esbozan a continuación: • Conectar sólidamente a tierra el neutro primario de los transformadores. Esto permite que los componentes adicionales del tercer armónico, causen un flujo de corriente en el neutro, en lugar de causar gran aumento en los voltajes. El neutro también proporciona un recorrido de retorno a cualquier corriente desbalanceada en la carga. • Agregar un tercer bobinado (terciario) conectado en delta al grupo de transformadores. Esto permite que se origine un flujo de corriente circulatoria dentro del bobinado, permitiendo que se eliminen los componentes del tercer armónico del voltaje, en la misma forma que lo hace la conexión a tierra de los neutros. De estas técnicas de corrección, una u otra deben usarse, siempre que un transformador Yy0 se instale. En la practica muy pocos transformadores de estos se usan pues el mismo trabajo puede hacerlo cualquier otro tipo de transformador trifásico.

a=ac



5. ACOPLAMIENTO ESTRELLA – ZIGZAG (Yz5) Donde:

También:

FPV*3=LPV

Reemplazando tenemos:

FSV*23

FPV*3=

LSVLPV

=Ca

Por lo tanto:

Se emplea prácticamente en transformadores de distribución reducida potencia. Se puede extraer neutro en baja tensión, se puede también conectar a tensiones relativamente elevadas. Admite toda clase de desequilibrios. En las tensiones secundarias no se presentan terceras armónicas, es mas claro que el estrella-estrella.Pueden funcionar con el neutro central a plena carga. Del lado de baja tensión, cada devanado se subdivide en mitades. Cada una de las mitades interiores se conecta con la parte superior del otro núcleo, este tipo de conexión se utiliza para los transformadores de distribución pequeños, tienen como ventaja respecto a la conexión Triangulo-Estrella, que el lado de alta tensión que se puede construir en conexión en estrella es de más bajo costo. El inconveniente principal es que el número de espiras del secundario es un 15.5% mas alto. 6. ACOPLAMIENTO TRIANGULO – ZIGZAG (Dz0)

Donde: También: FPV=LPV

Reemplazamos:

Por lo tanto:

FSVFPV

=aLSVLPV

=Ca

a*3

2=Ca

FSVFPV

=aLSVLPV

=Ca

FSV*3FPV*2

=

FSV*23

FPV=

LSVLPV

=Ca

a*32=Ca

FSV*23=LSV

FSV*23=LsV



CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES EN TRIANGULO ABIERTO La nomenclatura a1a2-b1b2-c1c2 me indica que la parte izquierda representa el secundario del transformador (en una conexión Delta o Triángulo en el secundario) y la parte derecha representa un conjunto de cargas con impedancia Z que hemos colocado en este caso en configuración también Delta o Triángulo. Ya que es una conexión Dd, más a la izquierda del secundario del transformador que se ha indicado líneas arriba está ubicado el primario del transformador que no se dibujó, pero que se entiende existe. En este caso la tensión entre los puntos a1(c2) y b2(c1) sigue siendo la misma que la que se tendría si no se hubiese quitado el bobinado c1c2. Es decir, si con todo el sistema completo, la tensión de línea “V” c1c2 era “U”, luego, con el sistema sin el arrollamiento c1c2 la tensión de línea sigue siendo “U”. La explicación de esto reside en el hecho que se tiene que realizar una suma vectorial de voltajes para obtener el voltaje final resultante entre los puntos requeridos. En el gráfico siguiente vemos tres vectores, correspondientes al voltaje en cada fase, que tienen un punto común y están separados 120º. Si tuviéramos el sistema completo al realizar la suma de voltajes en todo el triángulo obtendríamos 0. Y si realizamos una suma vectorial desde a1 hasta b2 se obtendrá el mismo voltaje que en un sistema sin el bobinado c1c2.

APLICACIONES - Solución temporal cuando se daña una fase en una conexión Delta – Delta. - En áreas en las cuales se espera un crecimiento de carga y se prevee para el

futuro la adición de un tercer transformador para completar la delta. - Para soportar cargas que son una carga monofásica grande y una carga trifásica

más pequeña.



- Cuando esta conexión puede ser más económica en el uso de materiales. Por

ejemplo, ciertos autotransformadores trifásicos (como en el caso de un compensador de arranque para un motor de inducción)



INSTALACIONES ELECTRICAS 1. Tres motores de corriente trifásica deben ser alimentados con energía eléctrica, por

medio de una distribución. A los motores y a la distribución se coloca líneas de alimentación. ¿Cuál es la sección mínima a colocar cuando?´ a) no se compensa a) se compensa cada motor con cosΦ = 1 (compensación individual) b) se compensa en la distribución con cosΦ = 1 (compensación central)

Motor M1 M2 M3 Tensión nominal U en V 380 380 380 Corriente nominal I en A 22.4 9 36 Conexión ∆ Y ∆ Potencia nominal P en W 11 4 18.5 Cos Φ 0.85 0.82 0.87

Velocidad de giro v en min1

1450 1430 2930

Solución: a) A1= 4mm2 A2=1.5mm2 A3=6mm2 M1: P1= 3 .U.I1.CosФ1 = 3 .380V.22.4A.0.85 = 12.53Kw Q1= 3 .U.I1.SenФ1 = 3 .380V.22.4A.0.527 = 7.77Kvar M2: P2= 3 .U.I2CosФ2 = 3 .380V.9A.0.82 = 4.86Kw Q1= 3 .U.I2.SenФ2 = 3 .380V.9A.0.572 = 3.39Kvar M3: P3= 3 .U.I3CosФ3 = 3 .380V.36A.0.87 = 20.61Kw Q3= 3 .U.I3.SenФ3 = 3 .380V.36A.0.493 = 11.68Kvar Pt = P1 + P2 + P3 = 38.00Kw Qt = Q1 + Q2 + Q3 = 22.84Kvar

KVA3.44=)34.22(_)Kw38((=)Q_P(=S 2222

A3.67=V380.3

KVA3.44=

U.3S

=I

A = 16 mm2 b) M1: I1 = 22.4 . 0.85 = 19.4 A A1 = 2.5 mm2 M2: I2 = 9 A. 0.82 = 7.38 A A2 = 1.5 mm2 M3: I3 = 36 A. 0.87 = 31.3 A A3 = 4 mm2

A7.57=1.V380.3

Kw38=

φCos.U.3P

=I A = 10 mm2

c) A1 = 4 mm2 A2 = 1.5 mm2 A3 = 6 mm2 A = 10 mm2



2. El motor de una bomba está conectado a una red de alta tensión (10KV 3 Ф 50Hz). El ciclo de trabajo diario es de 2 horas. La indicación del contador ha variado en 30días, 5 Kwh. Calcular: a) el trabajo eléctrico b) la absorción de potencia activa

del motor Nota: Transformador de tensión : 10 Kv / 100 V Transformador de corriente: 15 A / 1A

Solución: a) Las relaciones de transformación son:

De tensión : 10 Kv / 100 V = 100 De corriente : 15 A / 1 A = 15 W = 100.15. 5 Kwh = 7500 Kwh

b) La potencia es:

P = W / t = 7500 Kwh / (30 . 2h ) = 125 Kw

3. En un torno se tornea un perno, a un diámetro de 40mm. Al desbastar, la velocidad de

corte es de 120m/min. El motor de accionamiento tiene una potencia nominal de 4Kw y una velocidad de giro nominal de 1430 1/min. El rendimiento del trono se calcula en 0.7. Calcule: a) la velocidad del husillo principal b) la relación de transmisión total c) la potencia útil para el corte d) la fuerza de corte F, con la potencia nominal del motor.

Solución:

a) min1

955=π.m04.0minm

120=π.d

v=η u

b) 5.1=

min1

955

min1

1430=η

η=i

u

a



c) P1 = 4 Kw

P2 = P1 . η = 4 Kw . 0.7 = 2.8 Kw

d) P2 = 2 π. η . M = v . F F = P2 / v = KN4.1=m120s60.W10.8.2

=

minm

120

Kw8.2 3

4. Un ascensor tiene una carga útil de 450Kg. La cabina pesa 160Kg. La velocidad es de

1.5m/s. Rendimientos supuestos: Motor 80%, transmisión de fuerzas mecánicas (engranajes, poleas, rieles) 65% Factor de potencia supuesto: 0.85 El motor se conecta a una red de 380 / 220V – 50 Hz Calcule: a) la masa del contrapeso (seleccionar el valor mas favorable) b) la potencia necesaria del ascensor c) la toma de corriente del motor

Solución: a) el valor más favorable para el contrapeso

m = 160 Kg + 450 Kg/2 = 385 Kg

b) ascensor:

P 2A = F. v = Kw31.3=sm

5.1.KgN

81.9.2Kg450

P 1A = Kw09.5=65.0Kw31.3

=ηP

A

A2

c) motor

P 2M = 5.09 Kw

P 1M = Kw37.6=8.0Kw09.5

=ηP M2

A4.11=85.0.V380.3

Kw37.6=

φCos.U.3P

=I M1



EQUIPOS DE PROTECCION La energía eléctrica tiene dos riesgos fundamentales, uno es de incendio por calentamiento de conductores o receptores, debido a consumo excesivo o cortocircuito, y el otro es el de electrocución o descargas eléctricas en personas.

Para evitar los cortocircuitos e incendios se emplean:

o Fusibles: Su funcionamiento es simple, se hace pasar toda la electricidad por secciones finas de conductos, de manera que un aumento indeseado de intensidad, hace que se queme la parte más débil de la instalación, es decir, el material conductor del fusible, interrumpiéndose de esta manera el circuito y evitando males mayores. Para restablecer el servicio será necesario sustituir el fusible por otro nuevo. Actualmente, los fusibles en baja tensión (menos de 1.000 voltios) prácticamente sólo se utilizan como primera protección general de la instalación, quedando instalados en la caja general de protecciones, entre la acometida y el contador de consumo eléctrico.

Cartucho fusible 220 V. / 6 A.

Fusible de alto poder de corte 500 V. / 200 A. 1. Base portafusible. 2. Cartucho fusible. 3. Empuñadura. (acoplable al fusible para su inserción o retirada del portalfusuble)

o Interruptores Automáticos Magneto-Térmicos (PIA): (Pequeño Interruptor Automático) Externamente son interruptores con los que el usuario puede cortar el suministro de corriente a zonas del edificio, pero cuentan con la propiedad de desconectarse automáticamente si la corriente que los atraviesa es mayor al límite



para el que están fabricado, no siendo necesario sustituirlos cada vez que se disparan automáticamente.

o Interruptor limitador (ICP): Es un Interruptor Automático instalado por la compañía suministradora, que limita el paso de corriente al máximo contratado, cortando automaticamente si se supera este máximo.

o Interruptor Diferencial: Se utiliza para evitar descargas eléctricas sobre personas, externamente son muy parecidos a los Interruptores Automáticos, permitiendo cortar manualmente el suministro. Se distinguen por un pulsador de prueba que se utiliza para comprobar su correcto funcionamiento. Estos interruptores se desconectan automáticamente cuando detectan una salida indeseada de energía eléctrica fuera del circuito que protegen. Por ejemplo, si se produce un fallo en la funda aislante del cable, por contacto con una persona puede producirse una derivación a tierra (potencial cero). El diferencial se activa al detectar la salida indeseada de energía eléctrica, cortando inmediatamente el suministro de energía y evitando desagradables consecuencias.

El orden de instalación de las protecciones será:

1. Acometida. 2. Fusible. 3. Contador. 4. Interruptor Limitador (ICP). 5. Interruptor Diferencial 6. Interruptores Automáticos (PIA) con

salida a cada uno de los circuitos de la instalación (Alumbrado, Cocina, Usos generales, etc.)



ESQUEMA Esquema eléctrico de una máquina de soldar


01

02

Instalar autotransformador monofásico. Instalar autotransformador trifásico.



HT REF. HT 06 INSTALACIÓN DE TRANSFORMADORES ESPECIALES



INSTALACION DE TRANSFORMADORES ESPECIALES


OPERACIÓN: Instalar autotransformador monofásico. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Seleccionar el transformador, verificando la tensión nominal de su bobinado primario, y las marcas de polaridad correspondientes. OBSERVACIÓN: Se debe considerar las caracteristicas del auto transformador.

3er Paso Asociar en serie el bobinado primario con el secundario

4to Paso Comprobar la correcta asociación de los devanados. PRECAUCION: Utilizar rango adecuado del ohmímetro como 200 ohmios o similar.



5to Paso Conectar tensión al autotransformador, acorde con la tensión nominal del bobinado. PRECAUCION: Tener cuidado de conectar los bornes adecuados del autotransformador.

6to Paso Observar el resultado midiendo la tensión entre el borne o punto de asociación y punto común.

PRECAUCION: Seleccionar rango adecuado de voltaje en el instrumento de medición a fin de no deteriorarlo.



OPERACIÓN: Instalar autotransformador trifásico. Para esta operación se conectará el autotransformador trifásico en Estrella. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y materiales a utilizar

2do Paso Seleccionar adecuadamente el transformador trifásico, observando sus características (tensión nominal del primario, marcas de polaridad) OBSERVACIÓN: Verificar además el estado del transformador.

3er Paso Asociar correctamente los bobinados primarios y secundarios de cada bobinado trifásico. OBSERVACIÓN: Proceder con mucho cuidado y orden.

4to Paso Conectar al autotransformador trifásico en estrella



5to Paso Verificar con el ohmimetro la correcta conexión en estrella del autotransformador. PRECAUCION: Seleccionar rango adecuado de ohmiaje.

6to Paso Conectar la tensión trifásica al autotransformador, acorde con la tensión nominal del mismo. PRECAUCIÓN: Tener cuidado al conectar puede originar algún cortocircuito si se procede incorrectamente.

7mo Paso Verificar con el voltímetro el valor del voltaje en los bornes de derivación del autotransformador trifásico. PRECAUCION: Seleccionar rango adecuado de voltaje en el instrumento de medición a fin de no deteriorarlo.


01

02

Instalar transformador de medida de tensión. Instalar transformador de medida de intensidad.

• Alicate de corte • Alicate de puntas • Multímetro • Transformador de corriente • Transformador de voltaje


HT REF. HT 06 INSTALACIÓN DE TRANSFORMADORES ESPECIALES




OPERACIÓN: Instalar transformador de medida (tensión, intensidad). PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso Planificación del trabajo a ejecutar considerando lo siguiente: a) Ejecución de diagrama en hoja de tarea b) Orden y limpieza del lugar de trabajo c) Disposición de los instrumentos, equipos y

materiales a utilizar 2do Paso Seleccionar adecuadamente los transformadores de corriente (TC) y de tensión (TT), teniendo en cuenta sus características técnicas y los valores de tensión a los cuales van a ser conectados. OBSERVACIÓN: Verificar el estado de ambos transformadores.

3er Paso Seleccionar adecuadamente los instrumentos de medición: voltímetro y amperímetro a utilizar. PRECAUCIÓN: Verificar si el rango de voltaje y corriente de los instrumentos concuerdan con los transformadores a conectar.

4to Paso Aperturar llave principal de entrada de tensión trifásica. PRECAUCIÓN: Asegurarse de dejar INDICADOR DE NO ACTIVAR la llave mientras se esté trabajando.



5to Paso Conectar el transformador de corriente. OBSERVACIÓN: Posicionar adecuadamente el transformador de corriente insertándolo en el cable.

6to Paso Conectar el transformador de tensión entre dos fases. OBSERVACIÓN: Efectuar correctamente el empalme de derivación.

7mo Paso Conectar el amperímetro a la salida del secundario del transformador de corriente. OBSERVACIÓN: Este paso es siempre antes de alimentar al circuito con tensión.

8vo Paso Conectar el voltímetro a la salida del secundario del transformador de tensión. OBSERVACIÓN: Este paso es siempre antes de alimentar al circuito con tensión.



9no Paso Cerrar la llave principal de alimentación trifásica, luego de haber verificado las instalaciones ejecutadas. PRECAUCIÓN: Verificar el circuito antes de proceder.

10mo Paso Verificar el funcionamiento de los instrumentos conectados: Transformador de Tensión (TC) y Transformador de Corriente (TC)

OBSERVACIÓN: Observar en los instrumentos de medida los cuales deben de desplazar sus respectivas agujas indicadoras.



EL AUTOTRANSFORMADOR DEFINICION Viene a ser el mismo transformador monofásico o trifásico, al cual se le conecta en serie los dos bobinados (primario y secundario), creándose un nuevo transformador cuya característica principal es de tener un devanado secundario introducido en el devanado primario. La potencia aparente de entrada tiene dos componentes, la primera es POTENCIA TRANSFORMADA (existe tanto en la bobina primaria como en la bobina secundaria convencional) y la segunda es la POTENCIA DE LINEA (es la transmitida desde la linea hasta la salida por conducción directa) TIPOS A. Autotransformador Monofásico

Reductor Reduce la tensión de entrada monofásica U1c, obteniéndose como salida monofásica

la tensión de salida U2c

Se sabe que:

2

1

UU

=a C2

C1C U

U=a

También: 21C1 U+U=U

Reemplazando:

C2

C1C U

U=a

Elevador Aumenta la tensión de monofásica de entrada U1c la cual es obtenida en la salida U2c

Se sabe que:

2

1

UU

=a C2

C1C U

U=a

También:

Reemplazando:

1+a=aC

2

21C U

U+U=a

2

2

2

1C U

U+U

U=a

2C2 U=U

1+a=a1c

21

2C U+U

U=a

2

21

C UU+U

=a1

2C1 U=U21C2 U+U=U

1+a1

=aC

C2

C1C U

U=a



B. Autotransformador Trifásico

Se sabe que:

12

11

UU

=a C2

C1C U

U=a

También

)U+U(3=U 1211C1 Reemplazando:

CONEXIONES TRIFÁSICAS 1.-Conexión en estrella de autotransformadores.

Tres autotransformadores monofásicos pueden conectarse en estrella, como se indica en la figura.

En estas condiciones, el comportamiento del banco es análogo, en muchos aspectos, al de un banco de tres transformadores de dos circuitos conectados en estrella – estrella. Si el neutro está aislado, como el de la figura, las tensiones respecto al neutro están desequilibradas a menos que los transformadores tengan características de excitación exactamente iguales. Además, las tensiones entre línea y neutro contienen terceros armónicos relativamente grandes originados por la supresión de los terceros armónicos de las corrientes de excitación.

12C2 U3=U

C2

C1C U

U=a

12

1211C U3

)U+U(3=a

12

12

12

11C U

U+U

U=a 1+a=aC



2.-Conexión en triángulo de autotransformadores. Tres autotransformadores pueden conectarse en triángulo en la forma indicada en la figura B.

Un posible inconveniente de esta conexión es que las tensiones de línea de los secundarios no están en concordancia de fase con las tensiones de línea de los primarios. Además, la mayor razón de transformación que puede obtenerse es 2:1. Como en la conexión triángulo – triángulo de transformadores de dos circuitos, los terceros armónicos de las corrientes de excitación circulan por el triángulo, pero no aparecen en las corrientes de línea.

Los autotransformadores también pueden conectarse en triángulo como se indica en la figura (C). En la cual los devanados serie se conectan en serie con las líneas de alta tensión y los devanados comunes se conectan en triángulo. Al igual que la conexión triángulo de la figura (B), las tensiones de línea del primario y secundario no están en fase. 3.-Conexión de autotransformadores en triángulo abierto.

A diferencia de la conexión en triángulo, la conexión en triángulo abierto de autotransformadores, indicada en la figura (D), no está restringida a razones de transformación inferiores a la 2:1. Además, si se prescinde de las caídas de tensión debidas a las impedancias de fuga, las tensiones de línea del primario y secundario están en concordia de fase.

Luego, si se conectan ambos lados del primario y secundario de un banco de autotransformadores conectados en triángulo abierto a circuitos conectados en estrella, sólo podrá conectarse a tierra el neutro de uno de los lados del banco, ya que existe una diferencia de tensión entre los neutros de los circuitos primarios y secundarios.



APLICACIONES

- Fuente de corriente alterna CA regulable

- Interconexión de dos líneas de alto voltaje

VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas:

- Mejor desempeño en eficiencia operacional ya que es capaz de entregar mayor potencia que un transformador convencional por un menor precio.

Desventajas:

- No posee aislamiento eléctrico entre los circuitos primario y secundario.



TRANSFORMADORES DE MEDIDA Son aquellos transformadores que son utilizados para alimentar instrumentos de medición y aparatos de protección. La mayoría de circuitos de potencia poseen valores de tensión y corriente demasiados altos, por lo cual no permiten ser medidos dichos parámetros eléctricos con instrumentos convencionales. Por ello este tipo de transformadores permite una medición de los parámetros electricos de una forma segura. También son utilizados en la operación de relés de protección de sistemas de potencia, como los relés de sobrecorriente, falta de voltaje, de impedancia, etc. Son :

- Transformador de Corriente - Transformador de Potencial

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser 600/5, 800/5, 1000/5. Los valores nominales de los transformadores de corriente son de 5 A y 1 A. El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este transformador esta constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a él. Tipos de construcción: Los tipos de transformadores de corriente son: a. Tipo primario devanado:

Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.

b. Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

c. Tipo toroidal (ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.

d. Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.



Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como:

- Tipo seco - Rellenos de compuestos - Moldeados o en baño de líquido.

Conexiones trifásicas Es practica universal utilizar un transformador de corriente por fase, tres transformadores de corriente para un sistema trifásico, en este caso los secundarios se conectan en estrella con el neutro sólidamente a tierra.

Si el circuito de potencia es un circuito de 3 hilos sin hilo neutro, la suma instantánea de las tres corrientes de línea que circulan por los primarios hacia la carga, y por lo tanto, la suma de las corrientes del secundario también debe ser nula si los tres transformadores son iguales. En consecuencia puede suprimirse la conexión entre el neutro de los secundarios conectados en estrella y el de los amperímetros, señalada el la figura con línea de trazos. En cambio, esta conexión es necesaria cuando el circuito tiene un hilo neutro.

También se puede utilizar la siguiente conexión de la siguiente figura

Los amperímetros Aa y Ac están directamente en serie con los dos transformadores de corriente, y por lo tanto, indican las intensidades de las corrientes que circulan por las líneas A y C. La primera ley de Kirchoff aplicada al nudo n, da como relación entre las corrientes de los secundarios. ia+ ib+ ic= 0 como ia e ic son proporcionales a las intensidades de las corrientes de línea de los primarios iA e iC respectivamente, la intensidad ib que señala el amperímetro Ab es proporcional también a la intensidad iB de la corriente del primario si es nula la suma de intensidades de las corrientes de

primario, como debe ocurrir si el circuito de potencia es un circuito de 3 hilos.



PRECAUCIONES DE SEGURIDAD El devanado secundario siempre debe estar cortocircuitado antes de desconectar la carga. Si se abre el circuito secundario con circulación de corriente por el primario, todos los ampervueltas primarios son amperevueltas magnetizantes y normalmente producirán una tensión secundaria excesivamente elevada en bornes del circuito abierto. Todos los circuitos secundarios de los transformadores de medida deben estar puestos a tierra. Cuando los secundarios del transformador de medida están interconectados; solo debe ponerse a tierra un punto. Si el circuito secundario no esta puesto a tierra, el secundario, se convierte, de hecho, en la placa de media de un condensador, actuando el devanado de alta tensión y tierra como las otras dos placas. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados. Además, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deberá ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores de potencial de varios niveles de precisión, dependiendo de que tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicación especial.



El enrollado primario de un transformador de potencial se conecta en paralelo con el circuito de potencia y en el secundario se conectan los instrumentos o aparatos de protección. Estos transformadores se construyen para todas las tensiones de circuitos normalizados. Normalmente son de tipo seco o moldeado para tensiones inferiores a 23 KV y en baño de líquido para tensiones superiores. Estos transformadores introducen errores de dos clases: - Error en la razón - Error en el ángulo de fase Estos errores se deben principalmente a la impedancia equivalente en serie y generalmente son bastante pequeños. Ejemplo un transformador que se diseña para 150V a una carga de medidor con 300KV debería tener en las terminales primarias una razón nominal de 2000/1, la razón real de espiras difiere ligeramente de éste valor a fin de compensar la caida de tensión. El error de fase es un problema cuando se van a medir Watts, VAR e impedancias . Conexiones Trifásicas Para conectar transformadores de potencial en forma trifásica se usan dos tipos de conexiones usualmente, estas son: a. Conexión esttrella-estrella: Se utiliza cuando se requiere neutro en el secundario. b. Conexión en V: Esta conexión se utiliza cuando no se requiere neutro secundario, es

más económica ya que. se requiere solo dos transformadores de potencial. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD En las instalaciones de alta tensión se debe de poner a tierra un borne de salida del transformador de tensión. En caso contrario entre los devanados de alta y baja tensión se tendrá un cortocircuito a tierra, con lo que el fusible correspondiente desconectará la instalación.



MEDIDAS DE PROTECCION Pueden clasificarse en 2 grupos según su principio de funcionamiento: A. Sin conductor especial de protección

a) Aislamiento protector

REPRESENTACION DENOMINACION EXPLICACION

Aislamiento total Piezas metálicas totalmente envueltas por material asilante

Revestimiento aislante exterior

Revestimiento plástico sobre la cubierta

Revestimiento aislante interior

La cubierta metálica está forrada por dentro con plástico

Aislamiento intermedio

Piezas metálicas totalmente envueltas por material aislante, las que sobresalen al exterior poseen una pieza intermedia aislante

Rp1: Resistencia de paso cubierta / cuerpo humano Ri: Resistencia interna de cuerpo humano Rp2: Resistencia de paso cuerpo humano / capa aislante



b) Protección por muy baja tensión

c) Protección por separación



B. Con conductor especial a) Por puesta a neutro

Ik: Corriente de corto circuito RB: Resistencia de difusión a la tierra de servicio

b) Por puesta a tierra

IF: Corriente de fallo RB: Resistencia de difusión a tierra de servicio RS: Resistencia de la tierra de protección



c) Circuito protector contra corrientes de fallo

d) Circuito protector contra tensiones de fallo



e) Sistema con hilo de tierra de protección

FORMULAS Puesta a neutro

Conexión de protección de corriente de defecto U CO = 50 (en general) U CO = 24 (juguetes, circuitos de tomacorrientes en salas de clases y ambientes veterinarios)

Ir : Corriente de ruptura IN : Corriente Nominal K : Factor Zb : Resistencia de bucle IC : Corriente de corto circuito Rt : Resistencia de puesta a tierra en servicio, conectadas en paralelo Rt : Resistencia de puesta a tierra En el extremo final de una red de mas de 200m

Nr I.k=I

A.xL.2

=Z b

rC II ≥

Ω2R t ≤

Ω5R t ≤

Condiciones

RE : Resistencia de puesta a tierra U CO : Tensión admisible de contacto I ∆N : Corriente de defecto, nominal

N∆

COE I

U=R



ESQUEMA Autotransformador monofásico y trifásico



METODOS DE VERIFICACION a) Medida de la resistencia de aislamiento

b) Medida de la resistencia de difusión a tierra

c) Medida de la resistencia de bucle



d) Verificación de los circuitos de protección



Z1 : Resistencia en bucle U1 : Tensión con el interruptor Abierto U2 : Tensión con el interruptor Cerrado Ic : Corriente de corto circuito I : Corriente Ud : Caída de tensión

Rdesp : Resistencia de La zona de desplazamiento Ri : Resistencia interna del medidor de tensión El estado del aislamiento del suelo no requiere medidas de protección, adicionales, si: U en V con respecto a tierra ≤300

>300

Rdesp : Resistencia entre el equilibrio de potencial, en el baño y la barra del equilibrio de potencial U1 : Tensión con el interruptor abierto U2 : Tensión con el interruptor cerrado I : Corriente R Lin : Resistencia de la línea

FORMULAS Determinación de la resistencia en bucle

Estado de aislamiento de suelos

Ensayo de equilibrio de potencial

Estado de aislamiento de aparatos reparados

K

11 I

U=Z

IU

=Z d1

21

1K U_U

U.I=I

21d U_U=U

2

21idesp U

U_U.R=R

LIN21

p R_IU_U

=R

Ω3R P ≤

Condición

Condiciones necesarias del medidor de aislamiento, independiente de la red: Tensión en vacío U ≤ 750 V Corriente de cortocircuito Is ≤ 12 mA Tensión con carga de Rl = 500KΩ U ≥ 500V

Estado del aislamiento, requisito para: Aparatos con accionamiento electromotriz R ais ≥ 1 MΩ Aparatos electrotérmicos (también con motor) R ais ≥ 250 KΩ



COMPENSACION EN CORRIENTE TRIFASICA La mayoria de industrias para mover las maquinarias utiliza la corriente eléctrica trifásica, porque el nivel de potencia a obtener es mayor que un sistema de alimentación monofásico. Pero al igual que en el sistema de alimentación monofásico, presenta dos tipos de energía las cuales como sabemos son: • Energía Activa

Es aquella que es aprovechable, mediante la cual se puede obtener energía luminosa, térmica, mecánica, etc..

• Energía Reactiva Es aquella generada por las bobinas, la cual es nociva pues hace que por los cables circule corrientes más elevadas. Algunos ejemplos de circuitos generadores de este tipo de energía son los transformadores, motores, partidores de luminarias, etc..

EL PROBLEMA • Las compañías eléctricas aplican Recargos y Multas al consumo de Energía Reactiva • Esta energía reactiva provoca sobrecargas en las líneas transformadoras y

generadoras sin producir un trabajo útil. • Especial atención requiere la Magnitud del factor de potencia en una instalación. Un

bajo factor de Potencia puede significar: Alimentadores y Transformadores sobrecargados Mayores caídas de voltaje Mayores pérdidas de potencia en la línea Finalmente un funcionamiento inadecuado de los artefactos e instalaciones

SOLUCION • Generar una energía en el sentido inverso a la consumida por la instalación para

neutralizar el efecto de las pérdidas, provocadas por los campos magnéticos. • Los condensadores generan energía reactiva capacitiva.



VENTAJAS • Reducción de Recargos y Multas de parte de las Cías. Eléctricas • Reducción de las Caídas de Tensión en la línea • Reducción de la Sección de los conductores • Disminución de las Pérdidas en conductores y transformadores • Aumento de la Potencia disponible en la instalación En las siguientes figuras se muestran esquemas tipicos de conexiones de impedancias y sus bancos de condensadores trifásicos a fin de poder aumentar el factor de potencia, mejorando el rendimiento del sistema y además ahorrando el consumo innecesario de corriente adicional la cual como sucede en el sistema monofásico genera potencia reactiva.

Banco de condensadores en Triángulo

Banco de condensadores en Estrella Para los cuales se aplican las mismas expresiones que para una compensación monofásica pero teniendo en cuenta que la potencia y la capacitancia es el triple:

2Ufπ2Qc

=C

Qfase.3=Qc Pfase.3=P

Cf.3=C )2Φtan1Φtan(.P=Qc _



Ejemplos: 1. Tres condensadores en conexión triángulo absorben de la red trifásica de 380 Vac

60Hz, una potencia reactiva de 1Kvar. Calcule: a) la potencia reactiva en cada fase b) la corriente reactiva en cada fase c) la resistencia reactiva en cada fase d) la capacidad en cada fase e) la capacidad total Solución a) Qfase = Qc / 3 = 1000Var / 3 = 333.33 Var b) Ir fase = Q fase / V fase = 333.33 Var / 380V = 0.88 A c) X fase = V fase / I fase = 380 V / 0.88 A = 431.8 Ω d) C f = 1 / (ω. X fase ) = 1 / (2 . π. 60Hz . 431.8 Ω ) = 6.2 uF e) C = 3 . Cf = 3 . 6.2uf = 18.6 uF

2. En una instalación trifásica de 380Vac 60Hz hay que compensar una potencia

reactiva de 36Kvar. Calcule:

a) la corriente en cada fase, en conexión triángulo b) la capacidad total en conexión triángulo c) la corriente en cada fase, en conexión estrella d) la capacidad total en conexión estrella

Solución a) V fase = 380V

Q fase = Qc / 3 = 36Kvar / 3 = 12Kvar I fase = Q fase / V fase = 12Kvar / 380 V = 31.6 A

b) C = Qc / ( ω . V 2 ) = 36000 var / ( 2.π. 60Hz. (380V) 2 ) = 662 uF Por lo tanto la capacidad será en ∆ 3 x 220 uF

c) V fase = 220 V I fase = Q fase / V fase = 12000var / 220V = 54.6 A d) C = Qc / ( ω . V 2 ) = 36000var / ( 2.π. 60Hz. (220V) 2 ) = 1940 uF

Por lo tanto la capacidad será en Y 3 x 647 uF

3. Un motor asincrónico trifásico de 380V/8Kw tiene, con la carga nominal, un factor de potencia de 0.78. Con esta carga el rendimiento es de 0.85. Se debe de mejorar el factor de potencia por medio de tres condensadores en conexión triángulo. Determinar: a) la potencia reactiva necesaria de los condensadores b) la capacidad total del grupo de condensadores Solución: U=380V P2=8Kw CosΦ1 = 0.78 CosФ2 = 0.95 n = 0.85 a) P1 = P2/n = 8Kw / 0.85 = 9.41Kw

Qc = P1 (tan Φ1 – tan Ф2) = 9.41 Kw (0.802 – 0.329) = 4.46Kvar b) C = Qc / (ω. U 2 ) = 4460var / (2.π.60 Hz. (380V)2 ) = 89.7uF

C en ∆ : 3 x 30uF


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BIBLIOGRAFÍA

1. MAQUINA DE SOLDAR MILLER: Instructivo de Operación MI-250-CD Soldadura de Corriente Directa1993.

2. STEPHEN J. CHAPMAN: Máquinas Eléctricas, Mc Graw-Hill,1987 3. GEORGE MC PHERSON: Introducción a las máquinas eléctricas y

transformadores, Limusa, 1987 4. MAXIMIANO SALVADOR GONZALES: Análisis de circuitos eléctricos I y II, 3ra Edición,

UNI, 1991 5. WOLFGANG MÜLLER: Electrotecnia de Potencia curso superior GTZ,

Reverté SA, 1980

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