Los transformadores son componentes fundamentales en los sistemas de energía, y las conexiones de sus devanados influyen directamente en su desempeño y en los escenarios de aplicación. Las conexiones más comunes de los devanados de los transformadores son la conexión en triángulo (D) y la conexión en estrella (Y o Yn). Este artículo ofrece una descripción detallada de estos dos tipos de conexión, sus métodos de notación, los grupos de conexión, así como las ventajas y aplicaciones de cada uno.
I. Método de notación para los grupos de conexión de transformadores
1. Significado de las letras mayúsculas y minúsculas
El grupo de conexión de un transformador se indica con letras mayúsculas y minúsculas: las letras mayúsculas indican el tipo de conexión del lado primario (o lado de alta tensión), y las letras minúsculas indican el tipo de conexión del lado secundario (o lado de baja tensión). Específicamente:
- Y (o y): Conexión en estrella
- D (o d): Conexión en delta
Los números utilizan la notación del reloj para representar la relación de fase entre las tensiones de línea primaria y secundaria, donde el fasor de la tensión de línea primaria es la manecilla de los minutos fijada en la posición de las 12 en punto, y el fasor de la tensión de línea secundaria es la manecilla de las horas.
2. Ejemplo de un grupo típico
Por ejemplo, “Yn, d11” indica una conexión en estrella del lado primario con una línea neutra, una conexión en triángulo del lado secundario y una tensión de línea secundaria que va 330 grados atrasada (o 30 grados adelantada) respecto a la tensión de línea primaria. En esta notación, 11 significa que cuando el fasor de la tensión de línea primaria se encuentra en la posición de las 12 en punto, el fasor de la tensión de línea secundaria se encuentra en la posición de las 11 en punto.
Más información sobre: Transformador en triángulo-estrella
II. Grupos comunes de conexión de transformadores
La combinación de dos devanados en un transformador da lugar a los siguientes cuatro grupos de conexión:
- Y, y
- D, y
- Y, d
- D, d
Los grupos de conexión más comunes son “Y, y” y “Y, d”.
Grupo de conexión Yyn0
- Lado de alta tensión: conexión en estrella (Y) con puesta a tierra del neutro
- Lado de baja tensión: conexión en estrella (y) con puesta a tierra del neutro
- Los fasores de tensión de línea primaria y secundaria se superponen, lo cual se indica con un “0” en el reloj.
Grupo de conexión Dyn11
- Lado de alta tensión: conexión en triángulo (D)
- Lado de baja tensión: conexión en estrella (y) con un conductor neutro
- Los fasores de tensión de línea primaria y secundaria difieren en 330 grados (a las 11 en punto).
III. Análisis del desempeño de los grupos de conexión
1. Pérdida en vacío
- Grupo de conexión Yyn0: La conexión en estrella del lado de alta tensión genera una corriente de excitación sinusoidal; sin embargo, debido a la no linealidad de la curva de magnetización, el flujo del núcleo contiene componentes significativos de tercer armónico, lo que aumenta las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas.
- Grupo de conexión Dyn11: La corriente armónica de tercer orden puede circular por el devanado de alta tensión, lo que hace que el flujo en el núcleo sea sinusoidal y reduce las pérdidas. Las pérdidas en vacío de las conexiones Dyn11 pueden ser aproximadamente 10% menores que las de las conexiones Yyn0.
2. Corriente de secuencia cero
- Grupo de conexión Yyn0: Una carga secundaria desequilibrada genera un flujo de secuencia cero, lo que aumenta las pérdidas adicionales. Los transformadores de gran capacidad no son adecuados para este método de conexión.
- Grupo de conexión Dyn11: La corriente de secuencia cero en el devanado primario puede circular dentro del mismo, lo que debilita el flujo de secuencia cero del devanado secundario y reduce el sobrecalentamiento. La pérdida por carga de las conexiones Dyn11 puede ser aproximadamente 20% menor que la de las conexiones Yyn0.
3. Cortocircuito monofásico
- Grupo de conexión Dyn11: Baja impedancia de secuencia cero, lo que da lugar a una alta corriente de cortocircuito monofásica en el lado de baja tensión y a una alta sensibilidad de protección.
- Grupo de conexión Yyn0: Alta impedancia de secuencia cero, lo que da lugar a un alto voltaje de secuencia cero y a una asimetría significativa en el voltaje de fase.
IV. Selección de métodos de conexión en la práctica
1. Conexión en triángulo en el lado de baja tensión del transformador principal
- Razón: Elimina los armónicos de tercer orden y evita la distorsión armónica en la forma de onda de la tensión de la red eléctrica. La corriente de secuencia cero forma una corriente circulante en la conexión en triángulo, lo que mantiene la calidad de la energía.
2. Principios para elegir los métodos de conexión
- Conexión en Y-D: Se utiliza habitualmente en transformadores reductores, ya que la conexión en estrella del lado de alta tensión reduce las pérdidas en la línea.
- Conexión D-Y: Se utiliza habitualmente en transformadores elevadores, pero también es común en transformadores de distribución en los que el lado de baja tensión está conectado a tierra.
3. Manejo de casos especiales
- Conexión Y-Y: Por lo general, no se utiliza debido a la falta de rutas armónicas, lo que puede provocar una distorsión significativa en la salida.
- Problemas con los transformadores de varias etapas: Por ejemplo, un transformador de 10/0,4 kV que suministra energía a un edificio de oficinas debe garantizar que la línea neutra esté conectada a tierra al transformar 400 V o 380 V a 110 V para equipos específicos.
V. Conclusión
La elección del método adecuado de conexión de los transformadores es fundamental para el funcionamiento seguro y estable de los sistemas eléctricos. Los métodos de conexión adecuados pueden reducir las pérdidas, mejorar la eficiencia, suprimir los armónicos y garantizar la calidad de la energía. En la práctica, se debe seleccionar el método de conexión adecuado en función de las necesidades específicas, aprovechando las ventajas de cada método para garantizar la confiabilidad y la eficiencia económica del sistema eléctrico.
