Grupo Vectorial del Transformador Explicado: Dyn1, Dyn11 y Yyn0, y por qué el número de reloj determina su proyecto

Los dos transformadores eran idénticos sobre el papel: 1.250 kVA cada uno, 13,8 kV a 480Y/277 V, con impedancias dentro de medio punto porcentual entre sí. Aun así, no podían operarse en paralelo. La razón era una sola línea en la placa de características — el grupo vectorial del transformador — donde la unidad instalada indica Dyn11 y la unidad de repuesto que se nos pidió igualar indica Dyn1. En trabajos trifásicos, ese número de reloj decide si dos unidades son gemelas o extrañas, y es la línea que con mayor frecuencia se deja en blanco en las consultas.

Qué le dice realmente un grupo vectorial de transformador

Las letras describen las conexiones de los devanados y el número indica el desplazamiento de fase. Las letras mayúsculas corresponden al devanado de alta tensión (HV), y las minúsculas, al de baja tensión (LV): D y d significan conexión en triángulo, Y y y significan conexión en estrella, Z y z significan conexión en zigzag, y una n minúscula indica que el punto neutro está sacado y terminado. Así, una grupo vectorial del transformador escrita como Dyn11 es una conexión en triángulo en el devanado de alta tensión, una conexión en estrella en el devanado de baja tensión con el neutro sacado, y un desplazamiento de fase de 11 × 30 = 330 grados.

La convención del reloj se define con los símbolos de conexión en IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Imagine el fasor de alta tensión apuntando a las doce en punto; el fasor de baja tensión se sitúa en la hora indicada por el número. Las once en punto equivalen a 330 grados, lo que significa que el fasor de baja tensión adelanta al de alta tensión en 30 grados. La una en punto corresponde a 30 grados en sentido opuesto, de modo que, en un transformador Dyn1, el fasor de baja tensión atrasa al de alta tensión en 30 grados. Ambas configuraciones son válidas y muy comunes. Asimismo, están separadas entre sí por 60 grados, no por 0 grados, detalle que suele causar confusión.

Ninguno de estos aspectos es un parámetro configurable durante la puesta en servicio. El grupo vectorial depende exclusivamente de cómo se conectan físicamente los devanados dentro del tanque y de cómo se conducen los conductores hasta los bornes; por tanto, queda fijado en la fase de diseño, se indica en la placa de características y se verifica mediante ensayos de fábrica. En pedidos mixtos también encontrará configuraciones como YNd11 (devanado de alta tensión en estrella con neutro, devanado de baja tensión en triángulo) para funciones de elevación de tensión, Yzn11 para secundarios en zigzag y Dd0 para unidades industriales de triángulo a triángulo.

 

Grupos vectoriales que encontrará en proyectos reales

Seis grupos cubren casi todo lo que pasa por nuestro banco de pruebas. La tabla siguiente es la versión práctica que enviamos a los ingenieros de proyecto cuando nos preguntan qué grupo deben incluir en una especificación.

Grupo Vectorial	Desfase de fase (BT respecto a AT)	Dónde lo encuentras	Motivo de su elección
Yyn0	0 grados, en fase	Unidades pequeñas de distribución y redes de BT que deben mantenerse en fase con el suministro de AT	Suministro sencillo de cuatro hilos, pero sin devanado en triángulo para absorber armónicos tripolares
Dyn1	La BT se retrasa 30 grados respecto a la AT	Unidades de distribución trifásicas y montadas sobre pedestal construidas según la práctica norteamericana	Disposición de distribución ANSI y CSA habitual; el triángulo atrapa los armónicos tripolares
Dyn11	La BT adelanta 30 grados respecto a la AT	Redes de distribución europeas y según la práctica de la IEC, y la mayoría de los proyectos de exportación	El grupo de distribución IEC predeterminado, con el mismo beneficio armónico que Dyn1
YNd11	La BT adelanta 30 grados respecto a la AT	Transformadores de elevación de generador y de transmisión, estrella de AT con neutro conectado a tierra	Proporciona un neutro de AT conectado a tierra para el sistema, con un devanado de BT en triángulo
Yzn11 / Dz0	BT adelanta 30 grados / está en fase	Unidades que alimentan cargas de BT desequilibradas intensamente en sistemas tetrapolares	El devanado zigzag secundario transporta corriente de secuencia cero sin sobrecalentarse
Dd0 + Dy11	30 grados entre los dos secundarios	Transformadores para rectificadores y accionamientos de doce pulsos	Los 30 grados entre los devanados secundarios anulan las armónicas quinta y séptima

El patrón que genera más problemas es el regional. En Norteamérica, la práctica habitual en distribución adopta Dyn1, donde el devanado de baja tensión (LV) se retrasa 30 grados respecto al de alta tensión (HV); en cambio, según la norma IEC y la práctica europea, se adopta Dyn11, donde el LV se adelanta. Ambas opciones son correctas, y a menudo un diagrama unifilar incluye únicamente las letras de los devanados, sin el número horario. Si una especificación indica simplemente «delta-estrella» y nada más, el proveedor fabricará conforme a la convención local, por lo que una unidad de repuesto pedida desde otro país podría llegar con una diferencia de fase de 60 grados respecto al equipo que debía sustituir.

Por tanto, especifique siempre el símbolo completo: Dyn11, no «delta-estrella». Incluya también el requisito del neutro, ya que Dd o Dy sin la letra «n» indican la ausencia total de terminal neutro, lo cual modifica tanto el modo de conexión a tierra del sistema de baja tensión como la respuesta de los dispositivos de protección. Los seis caracteres adicionales en el plano no suponen ningún costo en la etapa de cotización y, una vez emitido el documento, no pueden corregirse sin una reconexión en fábrica y una nueva prueba.

 

Por qué el número de reloj determina si dos unidades pueden funcionar en paralelo

Se deben cumplir cuatro condiciones antes de que dos transformadores puedan compartir un bus. Deben tener el mismo desplazamiento de fase, la misma relación de tensión, impedancias estrechamente coincidentes y posiciones idénticas de tomas. Solo la primera es absoluta. Las directrices para la operación en paralelo en IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) tratan esta cuestión exactamente en este orden: el grupo de conexión debe coincidir, la relación debe coincidir dentro de una fracción de un porcentaje y las impedancias deben ser lo suficientemente similares como para que ninguna unidad supere su valor nominal.

Esto es lo que realmente ocasiona una incompatibilidad. Considere dos unidades de 1000 kVA con un secundario nominal de 480 V y una impedancia del 5,5 %. Si sus grupos difieren en 30 grados, los dos voltajes secundarios se encuentran en ángulos de fase distintos, y el voltaje entre las fases correspondientes de las dos máquinas es 2 × 480 × sen 15 grados, es decir, aproximadamente el 52 % del voltaje nominal. Al dividir ese valor entre la suma de las dos impedancias, la corriente circulante es aproximadamente 4,7 veces la corriente nominal —incluso antes de conectar cualquier carga. Si los dos números horarios difieren en 60 grados —por ejemplo, una unidad Dyn1 junto a una Transformador Dyn11 — los dos voltajes difieren exactamente en el voltaje nominal completo y la corriente circulante se aproxima a nueve veces la corriente nominal. Cerrar el dispositivo de paralelización en ese estado no constituye simplemente una molestia durante la puesta en servicio; equivale a un cortocircuito con un interruptor conectado.

Las incompatibilidades de relación e impedancia son más silenciosas, pero costosas. Una diferencia de relación del 1 % entre dos unidades idénticas, salvo esa diferencia, genera una corriente circulante de aproximadamente el 9 % de la corriente nominal con una impedancia del 5,5 %, lo que se manifiesta como pérdidas adicionales en vacío y como un transformador cálido sin carga alguna. Una incompatibilidad de impedancia no impide en absoluto que las unidades operen en paralelo; simplemente determina cuál trabaja más: con relaciones iguales, la carga se reparte en proporción inversa a la impedancia, de modo que la unidad de menor impedancia alcanza su carga nominal mientras su compañera aún soporta menos carga. Así es como un transformador se sobrecarga en una instalación donde todas las placas de características parecen correctas.

 

Armónicos, puesta a tierra y carga desequilibrada: la segunda razón por la que el grupo importa

La disposición en zigzag hace más que simplemente rotar un fasor. En una unidad Dyn, el devanado de alta tensión conectado en triángulo proporciona una trayectoria cerrada interna en el transformador para las corrientes de tercer armónico y de secuencia cero, por lo que el voltaje secundario permanece cercano a una forma sinusoidal incluso cuando el núcleo opera bajo carga elevada. En una unidad Yyn sin devanado en triángulo ni devanado terciario, esas mismas corrientes no tienen dónde circular dentro de los devanados y, en su lugar, desplazan el punto neutro; por eso los diseños Yyn normalmente se limitan a potencias menores de distribución y resultan inadecuados para una planta con numerosos variadores de frecuencia.

El devanado delta también proporciona la trayectoria de secuencia cero que permite el funcionamiento de la protección contra fallos a tierra. En un transformador Dyn, un fallo a tierra en el lado de baja tensión (BT) genera una corriente que la protección del lado de alta tensión (AT) puede detectar y cuantificar, porque el devanado delta ofrece la trayectoria de retorno. Si se elige un grupo sin dicha trayectoria, la corriente de fallo debe buscar su recorrido a través de la disposición de puesta a tierra, lo que normalmente implica ajustes de protección más lentos o menos sensibles. El hecho de que el neutro esté o no disponible externamente —el «n» en Dyn11— determina si se dispone de un sistema de BT de cuatro hilos, de un terminal neutro para conectar una resistencia de puesta a tierra o de una carga de tres hilos que debe conectarse a tierra en otro lugar.

Dos casos adicionales surgen con suficiente frecuencia como para planificarlos. Las instalaciones con cargas monofásicas de baja tensión intensas, como un edificio comercial con una demanda elevada de iluminación y tomas en una sola fase, se benefician más de grupos en zigzag, como Yzn11, diseñados para soportar corriente de secuencia cero de forma continua. Asimismo, un rectificador de doce pulsos o un accionamiento de corriente continua de gran tamaño normalmente se alimenta mediante un transformador de tres devanados cuyos dos secundarios presentan un desfase de 30 grados, ya que dicho desfase es el que cancela los armónicos quinto y séptimo antes de que lleguen a la red de suministro. Ambas opciones se definen en la etapa de especificación; ninguna de ellas constituye una modificación posterior.

 

Qué incluir en la especificación y cómo verificarlo

Cinco líneas en la consulta eliminan casi todo el riesgo. Primero, el símbolo completo de conexión con el número de reloj, por ejemplo Dyn11, más el requisito del neutro. Segundo, el rango de tomas y si la unidad debe funcionar en la misma toma que un transformador existente: una unidad de repuesto que coincida en todos los aspectos excepto en la posición de toma aún no es una unidad de repuesto paralelizable. Tercero, la impedancia requerida con una tolerancia especificada, ya que una banda del 5,5 % al 6 % es un producto distinto de «aproximadamente el 6 %». Cuarto, el nivel de cortocircuito que debe soportar el devanado de baja tensión, puesto que este parámetro interactúa con el sistema de puesta a tierra y de protección. Quinto, la secuencia de fases y la convención de marcado de terminales que desee, ya que las designaciones de terminales norteamericanas e IEC no son lo mismo.

La verificación es sencilla y constituye una prueba rutinaria, no una prueba especial. La norma IEC 60076-1 incluye la medición de la relación de tensión y la comprobación del desplazamiento de fase, mientras que la norma IEEE C57.12.90 enumera las pruebas de relación, así como las pruebas de polaridad y de relación de fase, entre las mediciones realizadas en unidades sumergidas en líquido. Solicite el registro de ensayo que muestre el desplazamiento de fase medido efectivamente en la unidad, no solo las cifras de la relación. Una hoja de ensayo que informe únicamente tres relaciones y no incluya ninguna comprobación de conexión no le aporta información alguna sobre si el grupo coincide con el plano.

Luego, compare el nombre de la placa con la hoja de ensayo antes de que la unidad salga de la fábrica. El símbolo de conexión, la relación de transformación, la impedancia, la tabla de derivaciones y el grupo vectorial deben remitir todos al mismo registro de ensayo, y la placa debe llevar la marca de certificación exigida por el proyecto: una marca cULus o CSA para una instalación canadiense o estadounidense, siendo CSA C227.4 la norma que establece los requisitos para las unidades trifásicas de distribución montadas sobre pedestal. Puede realizar esa verificación usted mismo en la UL Solutions búsqueda de certificaciones en https://www.ul.com/, y vale la pena hacerla antes de aceptar una fotografía de la placa como prueba. Este es también el momento adecuado para fotografiar la placa y archivarla, porque dicha fotografía se convierte en la referencia para la próxima pieza de repuesto que solicite.

 

Cómo fabricamos y ensayamos unidades trifásicas personalizadas

Ryan Electric fabrica transformadores desde 2007 en una instalación de 120 000 m² equipada con más de 180 conjuntos de equipos de producción y ensayo, y cuenta con 37 patentes; trabaja cumpliendo los requisitos de UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS y CE. Como Proveedor de transformadores listado por UL , enviamos unidades marcadas con cULus y compatibles con CSA a proyectos en Norteamérica, y la grupo vectorial del transformador en cada unidad se verifica en el área de pruebas antes de pintar el tanque. Se realizan pruebas de relación y relación de fase en cada unidad trifásica; el desplazamiento medido se registra en la hoja de pruebas rutinarias, y la placa de identificación se compara con dicha hoja y no con el plano, ya que allí es donde suelen ocultarse las discrepancias.

Gran parte del trabajo personalizado que realizamos no es exótico. Es un proyecto que requiere una Transformador Dyn11 para coincidir con un tablero de distribución diseñado en Europa o con una unidad Dyn1 que se instalará junto a un transformador montado sobre pedestal norteamericano en el mismo bus, o como repuesto para reemplazar una unidad ya instalada cuya placa de identificación es el único registro existente sobre su conexión. Desde 2023 también operamos como socio oficial de empresa conjunta de Eaton, lo cual tiene importancia principalmente por un motivo: la documentación y los registros de ensayos que un socio de empresa conjunta debe conservar son exactamente los mismos que necesita un ingeniero de proyecto cuando surge una consulta sobre paralelización tres años después de la puesta en servicio.

 

El siguiente paso

Envíenos dos elementos y normalmente obtendrá la respuesta en un día: la fotografía de la placa de identificación del transformador que ya posee —incluyendo el símbolo de conexión y la tabla de derivaciones— y el diagrama unifilar del bus al que se conectará la nueva unidad. Con esa información, nuestros ingenieros le confirmarán el grupo que necesita y le indicarán si un modelo disponible en stock Transformador Dyn11 o una construcción Dyn1 es la adecuada, y consignar por escrito la relación de transformación, la tolerancia de impedancia y el rango de tomas que permitan la operación en paralelo.

Si está especificando desde cero y aún no ha definido el símbolo de conexión, ese es el momento adecuado para plantearlo. El grupo vectorial del transformador se determina mediante el plano y se confirma mediante una prueba, por lo que es posible corregirlo libremente en la etapa de cotización. Solicite una revisión de la especificación con anotaciones, o envíenos las potencias nominales con las que está trabajando y le proporcionaremos el grupo, la banda de impedancia y el plan de ensayos para su proyecto.

Sobre el autor

Esta guía fue elaborada por el equipo de ingeniería de aplicaciones de Ryan Electric, una Proveedor de transformadores listado por UL trabajando con proyectos de servicios públicos, industriales, centros de datos y energías renovables en toda América del Norte, el Medio Oriente, el sudeste asiático y África. Nuestros ingenieros han supervisado las pruebas de aceptación en fábrica de unidades sumergidas en aceite y de tipo seco, desde 500 kVA hasta 200 MVA, incluida la verificación de la relación de transformación y la relación de fase en construcciones trifásicas. Envíe los planos, el listado de motores y una fotografía de la placa de características existente a nuestro departamento de ingeniería para su revisión antes de emitir la orden de compra.