Al decidir las conexiones de un transformador para una aplicación específica existen muchas consideraciones que se deben tener en cuenta, por lo tanto antes de elegir un tipo de conexión específico, se cree necesario describir las características de las principales conexiones en un transformador trifásico de potencia.
Conexión Estrella – Estrella
En este tipo de conexión el voltaje primario de cada fase del transformador está dado por VPF=VLP/√3, mientras que el voltaje de fase en el secundario está
relacionado por VLS=√3VFS.
Tiene dos problemas grandes, el primero es que las cargas del circuito del transformador están desbalanceadas, los voltajes de las fases del transformador pueden llegar a desbalancearse severamente y el segundo es que los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes.
Ambos problemas se pueden solucionar utilizando una de las dos técnicas siguientes: poniendo sólidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial el neutro de los devanados primarios, esto permite que las componentes aditivas de tercer armónico provoquen un flujo de corriente a través del neutro en lugar de ocasionar sobre voltajes, además el neutro provee un camino de retorno para los desbalances de corriente en la carga; o adicionando un tercer devanado
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(terciario o llamado también de compensación), lo que provoca que las componentes de tercer armónico del voltaje se sumarán en la delta causando una corriente circulante dentro de este devanado, esto suprime las componentes de tercer armónico del voltaje, de la misma forma que poniendo a tierra los neutros de los transformadores.
Una de estas dos técnicas debe realizarse una cuando se utilice esta conexión, en la práctica se utilizan muy poco la conexión Y - Y puesto que alguno de los otros tipos de conexión de transformadores trifásicos puede realizar las mismas labores a menor costo.
Aplicaciones:
De uso cuando se debe disponer neutro en el lado de baja tensión. Transformadores de distribución, lado de baja tensión 380 V o bien 220/127 V. también en alta tensión, para puestas de neutro a tierra, evitando una bobina trifásica de puesta a tierra (transformadores de tres bobinados).
Útil para transformadores con potencias pequeñas, o moderadas, conectados a tensiones elevadas.
Configuración Estrella – Estrella - Terciario
Estos tipos de transformadores son mucho más caros, por el terciario. Permite puestas atierra en cualquier lado. Admite desequilibrios. No crea terceras armónicas de tensión. El devanado terciario, triángulo, puede tener aplicación por ejemplo para alimentar un grupo síncrono para regular la tensión de una línea.
Conexión Estrella – Triángulo
En esta conexión el voltaje primario de línea está relacionado con el voltaje primario de fase por VPL=√3VPF, mientras que el voltaje secundario de la línea es
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No tiene problemas por componentes de tercera armónica en sus voltajes ya que ellas son consumidas en una corriente circulante en el devanado delta, es también más estable cuando hay cargas desbalanceadas puesto que la delta redistribuye parcialmente cualquier desbalance que ocurra, sin embargo tiene el siguiente problema, debido a la conexión, el voltaje secundario está desfasado 30°con relación al voltaje primario del transformador, lo que puede causar problemas en la puesta en paralelo de los secundarios de dos bancos de transformadores.
Aplicaciones
Adecuado como transformador reductor (final de línea), cuando no se requiere puesta a tierra en el secundario. No genera terceras armónicas de tensión.
Se usa generalmente para bajar de un voltaje alto a uno medio o bajo, por la razón de que se tiene un neutro para aterrizar el lado de alto voltaje lo cual es conveniente y tiene grandes ventajas.
Conexión Triángulo – Estrella
En esta conexión el voltaje primario de línea es igual al voltaje primario de fase VPL=VPF, mientras que los voltajes secundarios están relacionados por
VSL=V√3SF. Tiene las mismas ventajas y el mismo desfasaje que en el caso de la
conexión Estrella-Delta.
Aplicaciones
Es útil como transformador elevador, se usa en sistemas de potencia para elevar los niveles de tensión, es la más empleada en subestaciones de centrales de generación, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje por razones de aislamiento.
No motiva flujos por el aire en caso de cargas desequilibradas (cortocircuitos), ni traslados de neutros (sobretensiones), tampoco es generador de terceras
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armónicas de tensión. Tiene la posibilidad de sacar neutro, por lo que admite cargas desequilibradas
Conexión Triángulo – Triángulo
En esta conexión el VPL=VPF y VSL=VSF, no tiene desplazamiento de fase, y tiene la ventaja que no tiene problemas con cargas desequilibrada o armónicos, además se puede quitar un transformador para mantenimiento o reparaciones y queda funcionando con dos transformadores pero como banco trifásico; este tipo de configuración se llama triangulo abierto o configuración en V, en esta configuración entrega voltajes y corrientes de fase con las relaciones correctas, pero la capacidad del banco representa el 57,74% (1/) de la capacidad nominal total disponible con tres transformadores en servicio.
Este tipo de conexión se realiza cuando se desea mínimas interferencias en el sistema, además si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio ya que las corrientes de carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados.
La nomenclatura que se emplea para designar los grupos de conexión, es la publicada por la Norma IEC 60076-1 Power Transformers, generalmente está compuesta por dos letras y un número.
la primera letra representa la conexión del arrollamiento de alta tensión y se escribe en mayúscula.
la segunda letra representa la conexión del arrollamiento de baja tensión y se escribe en minúscula.
El número representa el índice horario, desplazamiento angular.
Índice horario
El índice horario es la diferencia de ángulo o de fase entre la tensión primaria y su correspondiente tensión secundaria que se puede dar dependiendo del tipo de
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conexión. Se expresa según la posición de las agujas del reloj, en el cual la diferencia entre horas son 30º, y donde por convención la tensión primaria tomada como referencia se pone en la hora 12 y la secundaria en el múltiplo de 30 que corresponda, la hora que resulta indica el índice horario, es decir el desfase entre las tensiones primarias y secundarias, el conocimiento del desfase (índice horario) es muy importante cuando se vaya a conectar transformadores en paralelo.
En el Anexo 1.2 se muestra los esquemas de los diferentes tipos de conexión para los transformadores trifásicos de potencia.
Analizando las características de cada uno de los tipos de conexiones posibles se llega a la conclusión que para el caso de estudio, la conexión Delta-Estrella es la más idónea técnicamente, esta decisión se fortalece aún más revisando la Guía de Ingeniería de Siemens (Siemens Power Engineering Guide), el cual especifica que los transformadores de gran potencia para centrales de generación producidos por éste fabricante, son para ser conectados en la configuración Delta-Estrella.
Aplicando la nomenclatura de la norma IEC el tipo de conexión elegido para los transformadores de potencia de las subestaciones de las centrales de generación de Enerjubones S.A., es YNd5, quiere decir que el devanado de más alta tensión tendrá una conexión Estrella con neutro y el devanado de menor tensión tendrá una conexión Delta con un desfasaje entre la tensión primaria y su correspondiente tensión secundaria de 180°.