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Explicación de los grupos vectoriales de los transformadores: Dyn11, Yyn0 y compatibilidad del sistema
Resumen rápido
- Dyn11 tiene un devanado en triángulo de alta tensión. Yyn0 tiene un devanado en estrella de alta tensión. Ambos tienen un devanado en estrella de baja tensión con un terminal de neutro.
- Con la tensión de alta tensión (HV) a las 12 en punto, el fasor de baja tensión (LV) de Dyn11 apunta a 11 y va adelantado 30°. Yyn0 presenta un desplazamiento de fase nulo.
- Para una revisión de sustitución o en paralelo, comprueba la fase real, la relación y las tomas, la impedancia, la puesta a tierra y la protección, así como el grupo vectorial.
El grupo vectorial de un transformador es una forma concisa de expresar dos cosas a la vez: cómo está conectado cada devanado trifásico y cómo se sitúan los fasores de baja tensión con respecto a los de alta tensión. Se escribe como un código breve en la placa de características —Dyn11, Yyn0, YNd11, YNyn0— y se lee de izquierda a derecha en el orden alta tensión/baja tensión, independientemente de la dirección en la que fluya realmente la energía a través de la unidad.
Esa única línea de código responde a un número sorprendente de cuestiones prácticas. Indica al diseñador si existe un terminal neutro en el lado de baja tensión, qué conexiones de devanados deben tenerse en cuenta en un estudio de secuencia cero y si dos unidades pueden conectarse al mismo bus sin que exista un ángulo de fase permanente entre ellas. No indica la impedancia del transformador, su esquema de puesta a tierra, su rango de tomas ni si se ha configurado el esquema de protección correspondiente. Tener claros estos límites es lo que distingue una interpretación útil del código de una interpretación errónea que puede salir muy cara.
Lee sobre las letras de los devanados de los transformadores y la notación del neutro
Las letras son lo primero porque describen las conexiones físicas, y esas conexiones determinan todo lo que el número puede significar.
Las letras mayúsculas se refieren al devanado de mayor tensión y las minúsculas, al devanado de menor tensión. D/d significa delta, Y/y significa «estrella» o «triángulo», y Z/z significa «en zigzag». Un sufijo N/n significa que el punto neutro de ese devanado se conecta a un terminal. El orden viene determinado por la tensión del devanado, no por la dirección de la energía: un transformador elevador de un generador que transmite energía del lado de baja tensión al de alta tensión sigue indicándose con el devanado de alta tensión en primer lugar. Guía de notación de bobinados de Schneider Electric explica el significado de estas letras.
| Símbolo | Conexión de alta tensión / baja tensión | Se ha sacado el punto neutro |
|---|---|---|
| Dyn11 | Delta / estrella | Solo LV (n) |
| Yyn0 | Estrella / estrella | Solo LV (n) |
| YNyn0 | Estrella / estrella | Ambos (N y n) |
| YNd11 | Estrella/triángulo | Solo alta tensión (N) |
Interpretación de los dos símbolos que aparecen en este artículo, uno al lado del otro:
- Dyn11 — Bobinado de alta tensión en triángulo, bobinado de baja tensión en estrella, neutro de baja tensión sacado al exterior, posición 11 en el reloj.
- Yyn0 — Bobinado de alta tensión en estrella, bobinado de baja tensión en estrella, neutro de baja tensión sacado al exterior, posición del reloj en 0. No aparece la letra N mayúscula, por lo que el neutro de alta tensión no se saca a un terminal, aunque el bobinado de alta tensión esté conectado en estrella.
Es precisamente en este último punto donde se cometen muchos errores de interpretación. Ambos códigos contienen una «n», y es fácil suponer que la letra se refiere al transformador en su conjunto, en lugar de a un devanado específico. Pero no es así. En Yyn0, el neutro solo está disponible en el lado de baja tensión; el punto de estrella de alta tensión existe eléctricamente en el interior del transformador, pero no se presenta como un terminal para su conexión. YNyn0 es un transformador diferente desde el punto de vista del sistema, ya que ofrece ambos terminales de neutro y, por lo tanto, diferentes posibilidades en cuanto a cómo se referencia el lado de alta tensión.
El número de reloj es la segunda parte de la expresión, y solo cobra sentido una vez que se han determinado las letras. Un devanado delta no tiene un punto neutro físico, por lo que cualquier referencia de fase a neutro en ese lado debe construirse, en lugar de medirse en un terminal. La convención estándar resuelve esto permitiendo un neutro ficticio con el fin de indicar el desplazamiento de fase. Ese neutro ficticio es una referencia para el diagrama fasorial; no es un terminal accesible y no debe conectarse nada a él.
Comparación del desplazamiento de fase de Dyn11 y Yyn0 en el reloj vectorial
Para comparar dos grupos de vectores de forma objetiva, ambos deben representarse en el mismo sistema de referencia. La convención utilizada en la norma IEC 60076-1 para el desfase es la siguiente: se toman los fasores correspondientes entre los terminales y el neutro en cada lado, utilizando un neutro real cuando existe y uno ficticio cuando no lo hay; se aplica una secuencia de fases positiva a los terminales de alta tensión (AT) y se hace girar los fasores en sentido antihorario. El fasor de alta tensión se sitúa a las e12. A continuación, se lee el número en el reloj del fasor de baja tensión en la misma esfera, y los números crecientes del reloj se corresponden con un retraso creciente de la baja tensión. Véase el Definición de la IEC, reproducida por la GSO.
En virtud de dicho convenio:
- Dyn11. La referencia de alta tensión (AT) está en 12. El fasor de la terminal de baja tensión (BT) respecto al neutro aparece en 11. La posición 11 corresponde a un retraso de 330°, que es el mismo desplazamiento que un adelanto de 30°. Ambas descripciones son correctas y describen una misma relación física; la que utilice un documento dependerá de si cuenta por el camino más corto o por el más largo. La documentación de los equipos a veces lo indica directamente como «baja tensión con avance de 30°» y dibuja la referencia de baja tensión en el 11, con la alta tensión en el 12, lo que supone la misma geometría. Guía de aplicaciones de Danfoss ilustra esta convención.
- Yyn0. La referencia de alta tensión (AT) está en la posición 12. El fasor entre el terminal de baja tensión (BT) y el neutro también se sitúa en la posición 12, ya que la posición 0 del reloj indica un desplazamiento nulo. Los dos fasores apuntan en la misma dirección en el dial.
Dos advertencias a tener en cuenta a la hora de interpretar estos indicadores.
En primer lugar, la comparación se refiere a las direcciones, no a las longitudes. Un diagrama de reloj es una representación angular. Lee por separado los datos de tensiones nominales en los terminales y de relación de tensión, distinguiendo entre las magnitudes de tensión entre fases y de tensión de devanado. La esfera utiliza direcciones para aclarar el ángulo; la longitud de sus flechas no representa un cálculo de la relación de tensión. Un grupo vectorial proporciona información sobre la conexión y la fase, mientras que los valores nominales reales de tensión son magnitudes independientes que figuran en la placa de características.
En segundo lugar, los términos «adelanto» y «retraso» describen la rotación del fasor, no la corriente. Un grupo vectorial no dice nada sobre el ángulo de fase entre la tensión y la corriente, ni sobre el factor de potencia, ni sobre cuál de los dos lados es la fuente en un momento dado. Se trata de una relación entre dos conjuntos de tensiones definida por la geometría del devanado.
La consecuencia práctica de colocar esos dos diagramas uno al lado del otro es sencilla: entre el lado de baja tensión (BT) de un Dyn11 y el lado de baja tensión (BT) de un Yyn0, ambos referidos a la misma referencia de alta tensión (AT), existe una diferencia angular de 30°. Ese único hecho es el que da lugar a la mayor parte del debate sobre compatibilidad que viene a continuación.
Separar el borne neutro del sistema de puesta a tierra
Las minúsculas n Es una indicación relativa al hardware. Indica que el punto estrella LV se lleva a un borne al que se puede conectar un cable. No especifica que el borne esté conectado a tierra, ni indica cuál es la impedancia de puesta a tierra, ni que el neutro esté dimensionado para la corriente que devolverá cualquier carga concreta a través de él.
Cada vez que se difumina esta distinción, se mezclan tres conceptos distintos:
- Topología de bobinado — si existe o no un punto neutro, lo cual es una propiedad de la conexión (la conexión en delta no tiene ninguno; la conexión en estrella tiene uno).
- Terminal accesible — si se destaca ese punto, que es lo que registran N o n.
- Puesta a tierra del sistema — cómo está conectado a tierra el neutro, si lo hay, en el sistema instalado, y qué otros elementos están conectados a tierra y dónde.
En un proyecto en el que se prevén cargas de fase a neutro en el lado de baja tensión, el borne de neutro es un requisito previo, pero no la solución. El diseño debe garantizar que el conductor de neutro llegue efectivamente a las cargas, que el borne y el conductor tengan la capacidad nominal necesaria para soportar la corriente de neutro que generará la combinación de cargas, y que el desequilibrio que se produzca en la instalación sea aceptable. Guía de puesta a tierra de sistemas de Schneider Electric muestra cómo se relacionan las conexiones de los devanados y la puesta a tierra del sistema. Un sistema de distribución de cuatro hilos alimentado por un transformador con un neutro accesible es un diseño coherente; el mismo transformador sin un conductor neutro que llegue hasta la carga no lo es, independientemente de lo que indique la placa de características.
Cómo influyen los grupos vectoriales en las faltas a tierra y en la protección diferencial
El comportamiento en caso de fallo a tierra es un paso más allá. La impedancia de secuencia cero de un transformador depende del grupo de devanado y de la construcción magnética, y la corriente de fallo que circula en una instalación real depende además de cómo esté conectado a tierra el sistema a ambos lados. Un devanado en triángulo cerrado puede proporcionar una vía de circulación interna para los componentes de secuencia cero, pero eso es diferente de una vía de corriente de línea de secuencia cero a través de sus tres terminales externos; sin embargo, la magnitud de cualquier corriente de fallo a tierra, y su distribución entre las distintas vías, es un cálculo de red que requiere los datos reales del transformador y la conexión a tierra real del sistema. El grupo por sí solo no determina la impedancia de secuencia cero ni establece la capacidad de corriente del neutro del devanado. Véase Manual de distribución de ABB por la influencia de las conexiones de los devanados y la configuración magnética.
En los trabajos de sustitución, hay otro ámbito en el que entra en juego el grupo vectorial: la protección diferencial de los transformadores. Un esquema diferencial para un transformador de dos devanados puede compensar el desfase introducido por el grupo de devanados, ya que las corrientes que entran y salen de la unidad parecen desplazadas en ese mismo ángulo. Cuando se sustituye una unidad, es necesario comprobar que el método de relé utilizado, los datos del transformador y los datos del transformador de corriente se ajustan a las características de la nueva unidad. Un esquema de protección puesto en servicio para un grupo vectorial no es automáticamente válido para otro. Manual de relés de ABB ofrece un ejemplo de compensación de grupos vectoriales.
¿Pueden Dyn11 y Yyn0 alimentar el mismo bus de baja tensión en paralelo?
Consideremos un caso concreto. Una planta cuenta con un transformador de distribución Dyn11 que alimenta un cuadro de baja tensión. Se propone instalar una segunda unidad para compartir la carga en el mismo barrido de baja tensión, y la propuesta consiste en un transformador Yyn0 de la misma potencia en kVA y la misma relación de tensión nominal, alimentado por la misma secuencia de fases de alta tensión, con la correspondencia convencional entre las designaciones de alta y baja tensión en los terminales.
Sobre el papel, las dos unidades parecen intercambiables. Ambas tienen los mismos valores nominales especificados de tensión entre fases y kVA; ambas disponen de un neutro de baja tensión. Estos valores nominales de tensión en los terminales coincidentes no significan que las relaciones de espiras de las bobinas individuales sean idénticas para las diferentes conexiones de los devanados. El grupo vectorial es la única línea de la placa de características que difiere, y es decisiva. Tomando como referencia la misma tensión de alta tensión, el lado de baja tensión existente se sitúa en la posición 11 del reloj y el lado de baja tensión de la unidad propuesta, en la posición 0 del reloj. Esto supone un desplazamiento de 30° entre los dos lados de baja tensión. Antes de cerrar el acoplamiento de barras previsto, las tensiones correspondientes en los terminales de baja tensión presentarían una diferencia de fase de 30°. Por lo tanto, no son adecuadas para una conexión en paralelo directa en esta configuración indicada. La coincidencia en kVA y en tensión nominal no elimina esa diferencia, ya que ninguna de ellas hace referencia al ángulo.
Esa es la conclusión definitiva, y basta para el análisis: las dos unidades no son directamente compatibles en el bus común previsto en las condiciones indicadas. De ello se deriva una decisión de diseño —revisar la especificación, reconsiderar la disposición de los devanados o revisar la disposición del bus— y no un procedimiento de conmutación. Nada de lo aquí expuesto debe interpretarse como un método para conectar dos transformadores entre sí; esa es una decisión de ingeniería y operativa que debe tomarse en función de la instalación concreta.
Comprueba la compatibilidad de los transformadores antes de ponerlos en paralelo
El error más común y más sutil es justo el contrario: dar por sentado que un grupo de vectores coincidentes resuelve la cuestión. No es así. En el caso de dos candidatos Dyn11 con los mismos supuestos de referencia, el código ya no introduce esa diferencia de 30°, pero la fase real y las demás condiciones de compatibilidad siguen requiriendo verificación.
- Secuencia de fases y correspondencia de terminales. El grupo indica una relación, no un cableado. Tanto la rotación de fases de alta tensión (AT) entrante como la correspondencia física real entre los terminales de alta tensión (AT) y baja tensión (BT) deben confirmarse consultando los planos de las unidades concretas. Dos transformadores Dyn11 correctamente etiquetados, pero conectados con una correspondencia de fases incorrecta, seguirán estando mal conectados.
- Relación y toma prevista. La relación de transformación y la posición efectiva de la toma determinan la tensión en circuito abierto en la barra de baja tensión. Dos unidades con la misma relación nominal, pero situadas en posiciones de toma diferentes, no presentarán la misma tensión en circuito abierto, y la corriente circulante resultante es consecuencia de la diferencia de tensión, no del grupo vectorial.
- Impedancia y enlaces de conexión. La impedancia de cortocircuito, las potencias nominales de las dos unidades y la impedancia de los enlaces de conexión de baja tensión determinan conjuntamente cómo se distribuye la carga entre ellas. La adaptación de grupos vectoriales no aporta ninguna información al respecto.
- Puesta a tierra y protección del neutro. Es necesario comprobar, basándose en la documentación del propio proyecto, si ambos neutros están conectados a tierra, cómo están conectados y si el esquema de protección cubre la nueva configuración. Dos unidades con el mismo grupo vectorial pueden formar parte de un sistema cuya configuración de puesta a tierra haga que su conexión en paralelo sea una situación diferente a la que sugiere la placa de características.
Guía de funcionamiento en paralelo de Schneider Electric enumera las características que hay que comparar.
Para tener una visión más amplia de cómo se relacionan entre sí los datos de la placa de características, la impedancia y las decisiones de selección, el material publicado sobre cómo leer la placa de características de un transformador, Selección de un transformador de distribución para un proyecto industrial y impedancia porcentual en estudios de corriente de fallo y caída de tensión abarca las magnitudes circundantes. El Resumen de las familias de transformadores muestra la gama de productos a la que se aplican esas decisiones. Si estás preparando una sustitución o una revisión paralela, el grupo vectorial es el punto de partida adecuado; solo tienes que asegurarte de que las otras cuatro líneas de investigación también figuren en la lista.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la Dyn11 tiene una adelantanza de 30° cuando el reloj 11 cuenta con retraso?
El reloj 11 registra un desfase de 330° respecto a la referencia de alta tensión. Una vuelta completa son 360°, por lo que la misma dirección de baja tensión se adelanta 30° a la referencia.
¿Qué significa la «n» de Yyn0?
Esto significa que el punto estrella de la tensión de línea se conecta a un terminal neutro. Consulta los planos y los datos técnicos para conocer la configuración de la puesta a tierra y cómo se puede utilizar el neutro.
¿En qué se diferencia YNyn0 de Yyn0?
Ambos tienen devanados en estrella y un desplazamiento de fase nulo. La capital N en YNyn0 indica que se ha sacado tanto el neutro de alta tensión como el de baja tensión.
¿Es suficiente un grupo de emparejamiento para el funcionamiento en paralelo?
Confirme la secuencia de fases y la correspondencia de los terminales, la relación de transformación y las tomas, la impedancia y el reparto de carga, así como el diseño de la puesta a tierra y la protección para el barrido común previsto.
