Conexiones comunes del devanado del transformador y sus aplicaciones

Los transformadores son componentes cruciales en los sistemas de potencia, y las conexiones de sus devanados afectan directamente a su rendimiento y a los escenarios de aplicación. Las conexiones 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 y las ventajas y aplicaciones de cada uno.

I. Método de notación para grupos de conexión de transformadores

1. Significado de las letras mayúsculas y minúsculas

El grupo de conexión de un transformador se denota mediante letras mayúsculas y minúsculas: las mayúsculas indican el tipo de conexión del lado primario (o lado de alta tensión) y las 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 delta

Los números utilizan la notación de reloj para representar la relación de fase entre las tensiones de línea primaria y secundaria, donde el fasor de tensión de línea primaria es el minutero fijado en la posición de las 12 horas, y el fasor de tensión de línea secundaria es el minutero.

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 retrasada respecto a la tensión de línea primaria 330 grados (o adelantada 30 grados). En esta notación, 11 significa que cuando el fasor de tensión de la línea primaria está en la posición de las 12 en punto, el fasor de tensión de la línea secundaria está en la posición de las 11 en punto.

Más información: Transformador en estrella Delta

II. Grupos comunes de conexión de transformadores

La combinación de dos devanados en un transformador forma los cuatro grupos de conexión siguientes:

1. Y, y
2. D, y
3. Y, d
4. D, d

Los grupos de conexión más utilizados son "Y, y" e "Y, d".

Grupo de conexión Yyn0

• Lado de alta tensión: Conexión en estrella (Y) con neutro a tierra
• Lado de baja tensión: Conexión en estrella (y) con neutro a tierra
• Los fasores de tensión de línea primaria y secundaria se solapan, lo que 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 línea neutra
• Los fasores de tensión de línea primaria y secundaria difieren 330 grados (las 11 en punto del reloj).

III. Análisis del rendimiento 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, pero debido a la no linealidad de la curva de magnetización, el flujo del núcleo contiene importantes componentes de tercer armónico, lo que aumenta las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas.
• Grupo de conexión Dyn11: La corriente del tercer armónico puede circular por el devanado de alta tensión, haciendo que el flujo del núcleo sea sinusoidal y reduciendo las pérdidas. La pérdida en vacío de las conexiones Dyn11 puede ser aproximadamente 10% menor que la de las conexiones Yyn0.

2. Corriente de secuencia cero

• Grupo de conexión Yyn0: La carga secundaria desequilibrada genera 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 devanado, debilitando el flujo de secuencia cero del devanado secundario y reduciendo el sobrecalentamiento. La pérdida de 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 se traduce en una elevada corriente de cortocircuito monofásica en el lado de baja tensión y una alta sensibilidad de protección.
• Grupo de conexión Yyn0: Alta impedancia de secuencia cero, lo que provoca una alta tensión de secuencia cero y una asimetría significativa en la tensión 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 terceros armónicos 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, manteniendo la calidad de la energía.

2. Principios de elección de los métodos de conexión

• Conexión Y-D: Se utiliza normalmente para transformadores reductores, ya que la conexión en estrella del lado de alta tensión reduce las pérdidas en la línea.
• Conexión D-Y: Normalmente se utiliza para transformadores elevadores, pero también es común en transformadores de distribución en los que el lado de baja tensión está conectado a tierra.

3. Tratamiento de casos especiales

• Conexión Y-Y: Generalmente no se utiliza debido a la falta de rutas armónicas, que pueden causar una distorsión de salida significativa.
• Problemas de los transformadores multietapa: Por ejemplo, un transformador de 10/0,4 kV que suministra energía a un edificio de oficinas debe asegurarse de que la línea neutra está conectada a tierra cuando transforma 400 V o 380 V en 110 V para equipos específicos.

V. Conclusión

Elegir el método de conexión de transformadores adecuado es crucial para el funcionamiento seguro y estable de los sistemas eléctricos. Unos métodos de conexión adecuados pueden reducir las pérdidas, mejorar la eficiencia, suprimir los armónicos y garantizar la calidad de la energía. En las aplicaciones prácticas, el método de conexión adecuado debe seleccionarse en función de las necesidades específicas, aprovechando las ventajas de cada método para garantizar la fiabilidad y la eficiencia económica del sistema eléctrico.