La prueba de impedancia de secuencia cero mide la Z0 de cada devanado con neutro accesible, es decir, la impedancia que el transformador presenta a corrientes iguales y en fase como las de una falla a tierra. Se hace uniendo los terminales de línea y aplicando tensión contra el neutro, y el valor se compara con el de fábrica y con el usado en los estudios de cortocircuito y protecciones.
Cuando ocurre una falla a tierra, las corrientes que circulan por las tres fases tienen una componente igual y en fase en todas ellas: la secuencia cero. El camino que encuentra esa corriente depende sobre todo de los transformadores, de cómo están conectados sus devanados y de dónde se pone a tierra el neutro. La impedancia de secuencia cero (Z0) de un transformador resume ese camino en un número, y de ese número dependen las corrientes de falla a tierra que calculan los estudios y que ven las protecciones.
Qué es la impedancia de secuencia cero
Es la impedancia que un devanado presenta a tres corrientes iguales y en fase, como las de una falla a tierra. El concepto general está en corriente de secuencia cero. Solo hay camino para esas corrientes si el devanado tiene el neutro accesible y puesto a tierra, es decir, si está en estrella con neutro (YN) o en zigzag con neutro (ZN). Un devanado en delta o en estrella sin neutro a tierra no deja entrar la secuencia cero desde la red.
Por eso la Z0 no es un único valor por transformador: se define para cada devanado con neutro accesible y depende de lo que pase en los otros devanados.
De qué depende
- Devanados en delta: una delta, sea el devanado de baja tensión o un terciario, deja circular la secuencia cero dentro de ella. Con delta, la Z0 vista desde el devanado en estrella queda cerca de la impedancia de cortocircuito entre ese devanado y la delta.
- Tipo de núcleo: en un núcleo de tres columnas sin delta, el flujo de secuencia cero no tiene retorno por el hierro y se cierra por el aire y el tanque, lo que da una Z0 relativamente baja y no lineal. En un núcleo de cinco columnas o en un banco de unidades monofásicas sin delta, la Z0 puede ser muy alta.
- Puesta a tierra del neutro: una resistencia o un reactor de neutro se suman a la Z0 del transformador en el cálculo de la falla.
- Posición del cambiador de tomas, que cambia los devanados en el circuito.
Por qué se mide
Para los estudios
El estudio de cortocircuito necesita la Z0 de cada transformador para calcular la corriente de falla monofásica y su reparto entre fuentes. Si el valor usado es teórico o de un transformador parecido y no el real, las corrientes de falla a tierra calculadas pueden quedar lejos de las reales.
Para las protecciones
- Sobrecorriente de tierra 51N/50N: sus arranques y tiempos se coordinan con las corrientes de falla a tierra, que dependen de la Z0. Lo explicamos en sobrecorriente de fases y tierra.
- Direccional de tierra 67N: un transformador con neutro a tierra es una fuente de secuencia cero; su Z0 define cuánta corriente aporta y, en algunos esquemas, la corriente de neutro se usa como polarización. Lo vemos en unidades direccionales homopolares.
- Distancia 21: el factor de compensación de tierra de los elementos de distancia se calcula con la Z0 de la línea, no con la del transformador, pero la Z0 de los transformadores de cada extremo cambia el reparto de la corriente de falla y, con él, lo que ven los elementos de tierra.
- Falla a tierra restringida y transformadores de puesta a tierra: en un transformador zigzag o estrella-delta usado para dar tierra a un sistema, la Z0 fija directamente la corriente de falla a tierra disponible.
Qué revela la medición
| Hallazgo | Interpretación |
|---|---|
| Coincide con fábrica | El valor del estudio es confiable |
| Muy distinta de fábrica, misma configuración | Error de conexión de prueba, escalado equivocado o cambio en los devanados |
| Distinta del valor usado en el estudio | El estudio y los ajustes deben revisarse con el valor real |
| Cambia mucho con la corriente de prueba | Normal en núcleos de tres columnas sin delta, por el camino del flujo por el tanque |
A qué equipos y niveles aplica
Aplica a transformadores de potencia y autotransformadores de alta y extra alta tensión con neutro accesible, a transformadores de media tensión YN en subestaciones e industria, a transformadores de unidades de generación y de plantas solares, y a transformadores de puesta a tierra. No aplica a devanados sin neutro accesible.
Normas y qué exigen
- IEC 60076-1 describe la medición de la impedancia de secuencia cero como ensayo especial, que se hace cuando se acuerda, y pide limitar la corriente para no sobrecalentar las partes metálicas.
- IEEE C57.12.90 describe el método de prueba en transformadores en líquido.
- Ninguna fija un valor de aceptación: la Z0 depende del diseño. El criterio es la coherencia con fábrica y con el valor usado en estudios y ajustes.
Cómo se interpreta, en general
En la prueba se unen los terminales de línea del devanado y se aplica tensión contra el neutro, con los demás devanados en un estado definido. La Z0 por fase sale de tres veces la relación entre tensión y corriente total, y se expresa en ohmios o en porcentaje de la impedancia base del devanado. Los errores típicos de interpretación son confundir la corriente total con la de fase, que cambia el resultado en un factor de tres, comparar con fábrica un valor medido con otra configuración de los devanados, o medir con el neutro todavía conectado a su resistencia o reactor.
Para fallas entre fases el dato equivalente es la impedancia de cortocircuito.
Pruebas y estudios con Tiza Group
Nuestro equipo mide la impedancia de secuencia cero y las demás pruebas de transformadores de potencia en subestaciones e industria de media, alta y extra alta tensión, y puede llevar el valor medido al estudio de cortocircuito y a la revisión de los ajustes de tierra. Vea nuestras pruebas a transformadores de potencia y la coordinación de protecciones, o escríbanos.
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Referencias
- IEC 60076-1, Power transformers – Part 1: General.
- IEEE Std C57.12.90, Standard Test Code for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers.
- IEEE Std C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
Preguntas frecuentes
¿Para qué sirve conocer la Z0 de un transformador?
Para calcular bien las corrientes de falla a tierra y cómo se reparten. Con ese cálculo se ajustan y coordinan las protecciones de tierra, como la 51N, la direccional 67N y la falla a tierra restringida, y se revisa el comportamiento de los elementos de tierra de la distancia 21.
¿Por qué hay que limitar la corriente y el tiempo al medir la Z0?
Para no sobrecalentar las partes metálicas. En núcleos de tres columnas sin devanado en delta, el flujo de secuencia cero se cierra por fuera del núcleo, a través del tanque, y lo calienta.
¿Existe un valor de aceptación universal para la Z0?
No. Se compara con el protocolo de fábrica y con el valor usado en el estudio de cortocircuito y en los ajustes; una diferencia grande apunta a un error de conexión, a un cambio en los devanados o a un mal escalado.