Los transformadores de puesta a tierra de tipo seco se diseñan ampliamente con conexión en zig-zag, porque esta estructura de devanado ofrece una alta impedancia de excitación a las corrientes de secuencia positiva y negativa durante el funcionamiento normal, mientras que proporciona una baja impedancia a las corrientes de secuencia cero durante las fallas a tierra monofásicas.
Esto hace posible crear un punto neutro artificial y ofrecer una ruta confiable para la corriente de secuencia cero en las redes de distribución de media tensión.
En comparación con los transformadores ordinarios conectados en estrella o triángulo, los transformadores de puesta a tierra en zig-zag son más adecuados para aplicaciones de puesta a tierra en redes de MT, plantas de energía eólica y solar, sistemas de distribución industrial y centros de datos.
1. ¿Qué función cumple un transformador de puesta a tierra?
En muchas redes de media tensión, el lado secundario del transformador principal está conectado en triángulo, o no se puede acceder directamente al punto neutro. En tales casos, no existe un punto neutro natural para conectar una bobina de supresión de arco, una resistencia de puesta a tierra del neutro o un equipo de protección de secuencia cero.
Un transformador de puesta a tierra se utiliza para:
- Crear un punto neutro artificial N;
- Conectar una bobina de supresión de arco, una resistencia de puesta a tierra del neutro o un reactor;
- Proporcionar una ruta de retorno para la corriente de secuencia cero durante las fallas a tierra;
- Limitar las sobretensiones inducidas por arco y mejorar la sensibilidad de la protección de secuencia cero;
- Opcionalmente, suministrar energía auxiliar a través de un devanado secundario.
Los transformadores de puesta a tierra de tipo seco suelen adoptar aislamiento de resina fundida o impregnada. Están libres de aceite, son resistentes al fuego y adecuados para subestaciones interiores, salas de interruptores y plantas de energía renovable.
2. Estructura del devanado en zig-zag
El devanado en zig-zag, también llamado devanado en zig-zag o en forma de zig-zag, se forma dividiendo cada devanado de fase en dos partes iguales. Estas dos partes se bobinan en diferentes columnas del núcleo y se conectan con polaridad opuesta.
Características clave:
- Cada fase tiene dos secciones de devanado con igual número de espiras;
- Las dos secciones se colocan en diferentes columnas del núcleo;
- Los devanados se conectan en cruz con polaridad opuesta;
- Los extremos de los devanados trifásicos se unen para formar el punto neutro N;
- Los extremos de línea se conectan a las fases A, B y C.
De esta manera, la tensión de cada fase no es soportada por un único devanado en una columna del núcleo, sino por dos devanados ubicados en diferentes columnas. Esto crea la típica relación fasorial en "zig-zag".
3. Principio de funcionamiento
Funcionamiento normal
Bajo una tensión trifásica equilibrada, solo fluyen corrientes de secuencia positiva y negativa a través del transformador de puesta a tierra. Debido a la estructura de devanado conectado en cruz, el transformador presenta una alta impedancia de excitación.
Por lo tanto, durante el funcionamiento normal:
- Solo fluyen la corriente de excitación y pequeñas pérdidas;
- El transformador opera casi en vacío;
- El impacto en el funcionamiento trifásico normal es mínimo;
- Las pérdidas adicionales de la red son muy bajas.
Falla a tierra monofásica
Cuando ocurre una falla a tierra monofásica, aparecen la tensión de secuencia cero y la corriente de secuencia cero. La corriente de secuencia cero retorna a través de la tierra y fluye hacia el punto neutro del transformador de puesta a tierra.
En un devanado en zig-zag, las corrientes de secuencia cero en las tres fases están en fase. Debido a la conexión en cruz, las amperes-vueltas de secuencia cero en la misma columna del núcleo se cancelan entre sí. Como resultado, el flujo de excitación de secuencia cero es muy pequeño, y la impedancia de secuencia cero está determinada principalmente por la reactancia de dispersión.
Esto le otorga al transformador de puesta a tierra una impedancia de secuencia cero relativamente baja, permitiendo que la corriente de secuencia cero fluya de manera confiable a través del punto neutro y el dispositivo de puesta a tierra.
Cabe señalar que la impedancia de secuencia cero no es cero. Un transformador de puesta a tierra en zig-zag se utiliza principalmente para proporcionar un punto neutro artificial y transportar corriente de secuencia cero, no para transmitir potencia activa.
4. Por qué se prefiere la conexión en zig-zag
Baja impedancia de secuencia cero
Los transformadores de puesta a tierra en zig-zag proporcionan una ruta estable para la corriente de falla a tierra. Cuando se utilizan con resistencias de puesta a tierra del neutro, ayudan a que la protección de secuencia cero opere de manera rápida y selectiva. Cuando se utilizan con bobinas de supresión de arco, apoyan la compensación de corriente capacitiva y la extinción del arco.
Bajas pérdidas normales
Dado que el transformador opera casi en vacío en condiciones normales, la corriente de excitación y las pérdidas en el núcleo se mantienen bajas. Esto hace que la conexión a largo plazo a la red sea técnicamente razonable.
Mejor utilización de la capacidad de la bobina de supresión de arco
Los transformadores ordinarios pueden verse limitados por la impedancia de secuencia cero, las pérdidas adicionales y el aumento de temperatura cuando se utilizan para fines de puesta a tierra. Un transformador de puesta a tierra en zig-zag, si se diseña de acuerdo con las normas aplicables y se verifica su aumento de temperatura y duración de la falla, puede soportar una carga que coincida con la potencia nominal de la bobina de supresión de arco o la resistencia de puesta a tierra conectada.
Devanado auxiliar opcional
Muchos transformadores de puesta a tierra en zig-zag de tipo seco se diseñan con conexiones ZNyn o ZNyn11. El lado de alta tensión utiliza la conexión en zig-zag para crear el punto neutro, mientras que el lado de baja tensión proporciona un devanado secundario conectado en estrella para la alimentación auxiliar. El grupo de conexión exacto debe seguir el diseño del producto y las normas aplicables.
Adecuado para aplicaciones en interiores y de energía renovable
La construcción de tipo seco evita el uso de aceite aislante, reduce el riesgo de incendio y simplifica la instalación y el mantenimiento. Esto lo hace adecuado para subestaciones interiores, salas de distribución, parques eólicos, plantas fotovoltaicas e instalaciones industriales.
5. Comparación con transformadores ordinarios
| Ítem |
Transformador de puesta a tierra en zigzag |
Transformador Y/Δ ordinario |
| Función principal |
Crear un punto neutro artificial, transportar corriente de secuencia cero |
Transformar tensión, transmitir potencia |
| Funcionamiento normal |
Prácticamente en vacío |
Generalmente con carga |
| Impedancia de secuencia cero |
Relativamente baja |
Depende de la estructura del núcleo y de la conexión |
| Aplicación de bobina de supresión de arco |
Adecuada en condiciones nominales |
A menudo limitada |
| Disponibilidad de punto neutro |
Sí |
Depende de la conexión del sistema |
Los transformadores ordinarios de tres columnas sin un devanado estabilizador conectado en delta o un camino de flujo de secuencia cero dedicado suelen tener una capacidad de corriente de secuencia cero limitada y no deben ser reemplazados simplemente por un transformador de puesta a tierra en zig-zag sin una verificación detallada.
6. Resumen
Un transformador de puesta a tierra de tipo seco en zig-zag proporciona un punto neutro artificial para sistemas de media tensión. Opera casi en vacío en condiciones normales y ofrece una baja impedancia de secuencia cero durante fallas a tierra, soportando bobinas de supresión de arco, resistencias de puesta a tierra del neutro y protección de secuencia cero. Las conexiones típicas incluyen ZNyn y ZNyn11, con devanados auxiliares opcionales.
Para proyectos internacionales, se utilizan comúnmente los siguientes términos:
- Conexión en zig-zag / Devanado en zig-zag
- Transformador de puesta a tierra / Transformador de conexión a tierra
- Impedancia de secuencia cero
- Punto neutro artificial
- Bobina de supresión de arco / Bobina Petersen
- Resistencia de puesta a tierra del neutro
Cabe señalar que un transformador de puesta a tierra en zig-zag no es un transformador de potencia convencional. Su capacidad debe determinarse en función de la corriente capacitiva del sistema, la capacidad de la bobina de supresión de arco, el valor de la resistencia de puesta a tierra del neutro, la duración de la falla, los límites de aumento de temperatura y si se requiere una carga secundaria.
Si está buscando equipos o revisando propuestas técnicas, una fábrica profesional de transformadores de puesta a tierra del neutro en China puede brindar soporte para la verificación detallada del diseño, las pruebas de fábrica y la personalización para sistemas de puesta a tierra de media y alta tensión.
Inicio de sesión
