La impedancia homopolar de un transformador depende de si la corriente de secuencia cero de un devanado tiene amperios-vuelta que la equilibren en otro. Si los hay (YNyn, YNd, Yzn), la impedancia es la de cortocircuito entre devanados. Si no (YNy, Yyn), es una impedancia de magnetización alta que depende del núcleo. Un triángulo la reduce y aumenta la corriente de falla a tierra.
Qué mide la impedancia homopolar
La impedancia de secuencia cero de un transformador es la que encuentra la corriente homopolar. Esa corriente es la misma en las tres fases y vuelve por el neutro o por el triángulo. Esta guía resume cómo cambia el valor con la conexión (IEC 60076-8, cláusula 4.7). Más sobre el diagrama homopolar de un transformador en componentes simétricas y diagrama homopolar del transformador.
La regla es una sola. Si la corriente homopolar de un devanado tiene amperios-vuelta que la equilibren en otro devanado, la impedancia es igual o cercana a la de cortocircuito entre esos devanados. Si no los tiene, la corriente actúa como corriente de magnetización y la impedancia es alta o muy alta, según el circuito magnético.
Qué papel tiene el circuito magnético
En el núcleo de tres columnas, el flujo homopolar sale del hierro y cierra por fuera. La impedancia de magnetización es moderada y no lineal. En el núcleo de cinco columnas, en el acorazado y en un banco de unidades monofásicas, el flujo regresa por el hierro y la impedancia es muy alta (cláusula 4.4). Más sobre qué cambia entre un núcleo de tres y uno de cinco columnas en núcleo de tres y cinco columnas.
Si el estudio depende de este valor, la medición se pide como ensayo especial (IEC 60076-1, cláusula 10.7). La prueba de impedancia de secuencia cero la describe.
Devanado en triángulo
Las tensiones entre fases de un triángulo suman cero por la conexión cerrada. Para la tensión homopolar, el triángulo se comporta como un cortocircuito (cláusula 4.5).
Una corriente homopolar no puede intercambiarse entre los tres terminales del triángulo y un sistema externo. Pero otro devanado en estrella con neutro a tierra puede inducir una corriente de cortocircuito que circula dentro del triángulo. Visto desde el otro devanado, el transformador presenta entonces una impedancia con carácter de cortocircuito entre ese devanado y el triángulo.
Devanado en zigzag
En un zigzag, cada columna lleva partes de dos fases con sentido de arrollamiento opuesto. Los amperios-vuelta de la corriente homopolar se anulan en cada columna y no hay magnetización. La corriente solo encuentra la impedancia baja del flujo de dispersión entre las partes del devanado (cláusula 4.6).
Resumen por conexión
La norma resume los valores típicos en su tabla 1 para devanados concéntricos, numerados de (1) el más externo a (3) el más interno. Los porcentajes se refieren a la impedancia de referencia U²/S. Los transformadores marcados con asterisco en la tabla son aquellos en los que la corriente homopolar del devanado excitado no se equilibra con la de ningún otro.
| Conexión | Impedancia homopolar vista desde el devanado con neutro a tierra | Cláusula |
|---|---|---|
| YNyn o YNauto sin triángulo | La corriente pasa entre los dos sistemas si ambos neutros están a tierra. Impedancia normal de cortocircuito. Sin transferencia posible, es la impedancia de magnetización. | 4.7.1 |
| YNd, Dyn, YNynd, YNyn + d | Impedancia baja, de carácter de cortocircuito. Una corriente circula por el triángulo y compensa los amperios-vuelta. | 4.7.2 |
| Yzn o ZNy | Impedancia baja desde el lado del zigzag. El zigzag se equilibra por sí mismo. | 4.7.3 |
| YNy o Yyn, núcleo de tres columnas | Impedancia de magnetización. En la tabla 1, del orden de 50 % a 70 % de la impedancia de referencia. | 4.3, 4.4 |
| YNy o Yyn, cinco columnas, acorazado o banco | Impedancia de magnetización muy alta. | 4.3, 4.4 |
Para las combinaciones con equilibrio de amperios-vuelta, la tabla 1 usa factores a1, a2 y a3 aplicados a las impedancias de cortocircuito. Esos factores están en general entre 0,8 y 1.
YNyn o YNauto sin triángulo
El transformador recibe y transfiere corriente homopolar entre los dos sistemas, siempre que los neutros estén a tierra. Si el neutro de un autotransformador no está a tierra, la transferencia sigue siendo posible, pero con una impedancia diferente. Si el sistema opuesto no acepta la corriente, el transformador presenta la impedancia de magnetización, que es muy alta en cinco columnas, en acorazado y en banco de monofásicos (cláusula 4.7.1).
YNd, Dyn, YNynd
El transformador presenta una impedancia baja, de carácter de cortocircuito, a la corriente homopolar de un sistema puesto a tierra de forma efectiva que entra por un devanado yn. La corriente circulante en el triángulo aporta los amperios-vuelta de compensación.
Por eso un devanado adicional en triángulo en un Yy, o en un banco de tres monofásicos, reduce la impedancia homopolar del sistema conectado y su factor de falla a tierra. La consecuencia es que la corriente de falla a tierra prevista aumenta (cláusula 4.7.2).
Verifique que la resistencia al cortocircuito del triángulo terciario o de estabilización sea suficiente para la corriente homopolar máxima inducida en una falla a tierra en cualquiera de los sistemas conectados. También pueden conectarse dentro del triángulo reactores limitadores incorporados, para llevar esa corriente a un valor tolerable.
Yzn o ZNy
El transformador presenta una impedancia baja a la corriente homopolar del sistema del lado zigzag. Por eso un transformador con devanado ZN sirve para crear un punto neutro donde conectar una impedancia de puesta a tierra, cuando el devanado del transformador principal es un triángulo. Se le llama transformador de puesta a tierra o acoplador de neutro (cláusula 4.7.3, con remisión a IEC 60289, sección 6). Se obtiene la misma función con una combinación YNd en el transformador de puesta a tierra. Sobre las ventajas de los devanados en estrella, triángulo y zigzag, véase devanados en estrella, triángulo y zigzag.
Si el lado Y tiene su neutro a tierra (YNzn), el transformador presenta impedancia de magnetización a la corriente homopolar de ese lado, de un valor parecido al de un YNyn. El zigzag está equilibrado en sí mismo, pero no puede compensar los amperios-vuelta de la corriente homopolar del devanado Y opuesto.
Dos conexiones que no deben mezclarse
IEC 60076-8, cláusula 6.1, no recomienda la marcha en paralelo de un Dyn con un Yzn porque sus propiedades de impedancia homopolar son diferentes. La guía de marcha en paralelo trata las demás condiciones.
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Referencias
- IEC 60076-8, guía de aplicación de transformadores de potencia, cláusulas 4.4 a 4.7 y tabla 1.
- IEC 60076-1, transformadores de potencia: requisitos generales, cláusula 10.7.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un transformador YNd tiene impedancia homopolar baja?
Porque la corriente homopolar del devanado en estrella provoca una corriente de compensación que circula por el triángulo. Los amperios-vuelta se equilibran y la corriente solo encuentra la impedancia de cortocircuito entre los dos devanados (IEC 60076-8, cláusulas 4.5 y 4.7.2).
¿Qué cambia al añadir un devanado de estabilización en triángulo a un Yy?
La impedancia homopolar del sistema conectado baja, y con ella su factor de falla a tierra. La consecuencia es que la corriente de falla a tierra prevista aumenta (IEC 60076-8, cláusula 4.7.2).
¿La impedancia homopolar es siempre igual a la de secuencia positiva?
No. Cuando hay equilibrio de amperios-vuelta es igual o cercana a la de cortocircuito. La norma indica que las diferencias suelen estar entre el 10 % y el 15 %, y en el caso de los dos devanados principales con terciario, entre el 10 % y el 20 % (IEC 60076-8, cláusulas 4.3.2 y 5.3).