Diagrama Vectorial del Transformador: Una Herramienta Esencial para el Análisis de Fallas
Un transformador es un dispositivo que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro por inducción electromagnética. Los transformadores se utilizan ampliamente en sistemas de potencia para elevar o reducir voltajes, aislar circuitos y equilibrar cargas. Los transformadores se pueden clasificar en diferentes tipos según su construcción, configuración de bobinado y grupo vectorial.
Un diagrama vectorial de un transformador es una representación gráfica de las relaciones fasoriales entre los voltajes y corrientes primarios y secundarios del transformador. Es una herramienta esencial para comprender el rendimiento y comportamiento del transformador en diversas condiciones de operación y escenarios de fallo.
En este artículo, explicaremos qué es un diagrama vectorial de un transformador, cómo dibujarlo y cómo usarlo para el análisis de fallas. También discutiremos los diferentes tipos de conexiones de transformadores y grupos vectoriales, así como sus implicaciones para la protección y coordinación de sistemas de potencia.
¿Qué es un Diagrama Vectorial?
Un diagrama vectorial es un diagrama en el que se pueden representar uno o más vectores. Un vector es una cantidad que tiene tanto magnitud como dirección. En ingeniería eléctrica, las cantidades alternantes, como voltajes y corrientes, a menudo se representan mediante vectores, ya que varían en magnitud y dirección con el tiempo.
En un diagrama vectorial, las cantidades alternantes se representan mediante flechas. La longitud de la flecha representa el valor eficaz de la cantidad alternante. La posición angular representa el ángulo de fase de la cantidad con respecto a un eje de referencia u otra cantidad. El extremo de la flecha representa la dirección en la que actúa la cantidad.
Cuando una cantidad eléctrica actúa lejos de la fuente hacia la carga, el vector que representa la cantidad se considera positivo. Cuando actúa hacia la fuente desde la carga, se considera negativo.
¿Qué es un Diagrama Vectorial de un Transformador?
Un diagrama vectorial de un transformador es un diagrama vectorial que muestra las relaciones fasoriales entre los voltajes y corrientes primarios y secundarios de un transformador. También muestra el desfase de fase y la polaridad de los bobinados del transformador.
Un diagrama vectorial de un transformador se puede dibujar para cualquier tipo de transformador, como de una fase o de tres fases, conectado en estrella o en delta, o con diferentes configuraciones de bobinado y grupos vectoriales.
Un diagrama vectorial de un transformador nos puede ayudar a:
Determinar los parámetros del circuito equivalente de un transformador, como impedancia, resistencia, reactancia, y pérdidas.
Analizar el rendimiento y eficiencia de un transformador bajo diversas condiciones de carga, como sin carga, a plena carga, sobrecarga o cortocircuito.
Identificar y diagnosticar fallas en un transformador o sus circuitos asociados, como circuito abierto, cortocircuito, fallo a tierra o fallo interturno.
Seleccionar y coordinar dispositivos de protección para un transformador, como fusibles, interruptores, relés o esquemas de protección diferencial.
Verificar la conexión y polaridad correctas de un transformador durante la instalación o puesta en marcha.
¿Cómo Dibujar un Diagrama Vectorial de un Transformador?
Para dibujar un diagrama vectorial de un transformador, necesitamos conocer la siguiente información:
El voltaje nominal y corriente de los bobinados primario y secundario del transformador.
La configuración y conexión del transformador, como en estrella o en delta.
El grupo vectorial del transformador, que indica el desfase de fase y la polaridad de los bobinados.
La impedancia de la carga y el factor de potencia del transformador.
Los pasos para dibujar un diagrama vectorial de un transformador son:
Elegir un eje de referencia para el diagrama. Generalmente, se elige el eje horizontal como eje de referencia.
Dibujar el vector de voltaje primario a lo largo del eje de referencia con su dirección positiva apuntando hacia la derecha. Etiquetarlo como V1.
Dibujar el vector de voltaje secundario con su longitud proporcional a su valor eficaz y su ángulo según su grupo vectorial. Etiquetarlo como V2.
Dibujar el vector de corriente primaria con su longitud proporcional a su valor eficaz y su ángulo según su factor de potencia. Etiquetarlo como I1. La dirección de I1 debe ser opuesta a V1 si el bobinado primario está suministrando potencia al bobinado secundario.
Dibujar el vector de corriente secundaria con su longitud proporcional a su valor eficaz y su ángulo según su factor de potencia. Etiquetarlo como I2. La dirección de I2 debe ser opuesta a V2 si el bobinado secundario está recibiendo potencia del bobinado primario.
Dibujar el vector de impedancia de la carga con su longitud proporcional a su valor y su ángulo según su factor de potencia. Etiquetarlo como ZL. La dirección de ZL debe ser opuesta a I2 si la carga es pasiva (resistiva o inductiva).
Dibujar cualquier otro vector relevante para el análisis, como impedancia, resistencia, reactancia, pérdidas, etc.
Ejemplo: Diagrama Vectorial de un Transformador Monofásico
Consideremos un transformador monofásico con las siguientes especificaciones:
Voltaje nominal primario: 240 V
Voltaje nominal secundario: 120 V
Corriente nominal primaria: 10 A
Corriente nominal secundaria: 20 A
