Diagrama Vectorial del Transformador: Una Eina Essencial per a l'Anàlisi de Falles
Un transformador és un dispositiu que transmet l'energia elèctrica d'un circuit a un altre mitjançant la inducció electromagnètica. Els transformadors s'utilitzen ampliament en sistemes de potència per augmentar o disminuir les voltatges, aïllar circuits i equilibrar càrregues. Els transformadors es poden classificar en diferents tipus segons la seva construcció, configuració d'enrotllaments i grup vectorial.
Un diagrama vectorial d'un transformador és una representació gràfica de les relacions fasorials entre els voltatges primari i secundari i les corrents d'un transformador. És una eina essencial per entendre el rendiment i el comportament d'un transformador en diverses condicions d'operació i escenaris de fallada.
En aquest article, explicarem què és un diagrama vectorial d'un transformador, com dibuixar-lo i com utilitzar-lo per a l'anàlisi de fallades. També discutirem els diferents tipus de connexions de transformadors i grups vectorials i les seves implicacions per a la protecció i coordinació dels sistemes de potència.
Què és un Diagrama Vectorial?
Un diagrama vectorial és un diagrama en el qual es poden representar un o més vectors. Un vector és una quantitat que té magnitud i direcció. En enginyeria elèctrica, les quantitats alternades com els voltatges i corrents sovint es representen amb vectors, ja que varien en magnitud i direcció amb el temps.
En un diagrama vectorial, les quantitats alternades es representen amb fletxes. La longitud de la fletxa representa el valor eficaç de la quantitat alternada. La posició angular representa l'angle de fase de la quantitat respecte a un eix de referència o a una altra quantitat. La punta de la fletxa representa la direcció en la qual actua la quantitat.
Quan una quantitat elèctrica actua allunyant-se de la font cap a la càrrega, el vector que representa la quantitat es considera positiu. Quan actua cap a la font des de la càrrega, es considera negatiu.
Què és un Diagrama Vectorial d'un Transformador?
Un diagrama vectorial d'un transformador és un diagrama vectorial que mostra les relacions fasorials entre els voltatges i corrents primari i secundari d'un transformador. També mostra el desplaçament de fase i la polaritat dels enrotllaments del transformador.
Un diagrama vectorial d'un transformador es pot dibuixar per a qualsevol tipus de transformador, com ara monofàsic o trifàsic, connectat en estrella o delta, o amb diferents configuracions d'enrotllaments i grups vectorials.
Un diagrama vectorial d'un transformador ens pot ajudar a:
Determinar els paràmetres del circuit equivalent d'un transformador, com ara impedància, resistència, reactància, i pèrdues.
Analitzar el rendiment i l'eficiència d'un transformador en diverses condicions de càrrega, com ara sense càrrega, plena càrrega, sobrecàrrega o curcircuit.
Identificar i diagnosticar falles en un transformador o els seus circuits associats, com ara circuits oberts, curcircuit, falla a terra, o falla inter-turn.
Seleccionar i coordinar dispositius de protecció per a un transformador, com ara fusibles, interruptors, relés, o esquemes de protecció diferencial.
Verificar la connexió i la polaritat correctes d'un transformador durant la instal·lació o la comissió.
Com Dibuixar un Diagrama Vectorial d'un Transformador?
Per dibuixar un diagrama vectorial d'un transformador, necessitem conèixer la informació següent:
El voltatge nominal i la corrent dels enrotllaments primari i secundari del transformador.
La configuració i connexió del transformador, com ara en estrella o delta.
El grup vectorial del transformador, que indica el desplaçament de fase i la polaritat dels enrotllaments.
La impedància de càrrega i el factor de potència del transformador.
Els passos per dibuixar un diagrama vectorial d'un transformador són:
Escollir un eix de referència per al diagrama. Normalment, s'escull l'eix horitzontal com a eix de referència.
Dibuixar el vector de voltatge primari al llarg de l'eix de referència amb la seva direcció positiva apuntant cap a la dreta. Etiquetar-lo com V1.
Dibuixar el vector de voltatge secundari amb la seva longitud proporcional al seu valor eficaç i l'angle segons el seu grup vectorial. Etiquetar-lo com V2.
Dibuixar el vector de corrent primari amb la seva longitud proporcional al seu valor eficaç i l'angle segons el seu factor de potència. Etiquetar-lo com I1. La direcció de I1 hauria de ser contrària a V1 si l'enrotllament primari està alimentant l'enrotllament secundari.
Dibuixar el vector de corrent secundari amb la seva longitud proporcional al seu valor eficaç i l'angle segons el seu factor de potència. Etiquetar-lo com I2. La direcció de I2 hauria de ser contrària a V2 si l'enrotllament secundari està rebent potència de l'enrotllament primari.
Dibuixar el vector de impedància de càrrega amb la seva longitud proporcional al seu valor i l'angle segons el seu factor de potència. Etiquetar-lo com ZL. La direcció de ZL hauria de ser contrària a I2 si la càrrega és passiva (resistiva o inductiva).
Dibuixar qualsevol altre vector rellevant per a l'anàlisi, com ara impedància, resistència, reactància, pèrdues, etc.
Exemple: Diagrama Vectorial d'un Transformador Monofàsic
Considerem un transformador monofàsic amb les especificacions següents:
