Grupo Vetorial do Transformador Explicado: Dyn1, Dyn11 e Yyn0, e por que o Número de Relógio Define seu Projeto

Os dois transformadores eram idênticos no papel: 1.250 kVA cada um, 13,8 kV para 480Y/277 V, impedância com diferença inferior a meio ponto percentual entre si. Mesmo assim, não puderam ser operados em paralelo. O motivo era uma única linha na placa de identificação — o grupo Vetorial do Transformador — onde a unidade instalada indica Dyn11 e a unidade de reposição que nos pediram para igualar indica Dyn1. Em trabalhos trifásicos, esse número de relógio define se duas unidades são gêmeas ou estranhas, sendo essa linha a mais frequentemente deixada em branco na solicitação.

O que o Grupo Vetorial de um Transformador Realmente Informa

As letras descrevem as conexões dos enrolamentos e o número descreve o deslocamento de fase. Letras maiúsculas pertencem ao enrolamento de alta tensão (HV), e letras minúsculas, ao enrolamento de baixa tensão (LV): D e d significam delta, Y e y significam estrela, Z e z significam zigzag, e um pequeno n significa que o ponto neutro é trazido para fora e terminado. Assim, uma grupo Vetorial do Transformador escrita como Dyn11 é um enrolamento HV em delta, um enrolamento LV em estrela com o neutro trazido para fora e um deslocamento de fase de 11 × 30 = 330 graus.

A convenção do relógio é definida com os símbolos de conexão em IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Imagine o fasor de alta tensão apontando para as doze horas; o fasor de baixa tensão situa-se na hora indicada pelo número. Onze horas correspondem a 330 graus, o que equivale a dizer que o fasor de baixa tensão antecede o de alta tensão em 30 graus. Uma hora corresponde a 30 graus na direção oposta, portanto, numa unidade Dyn1, o fasor de baixa tensão atrasa-se em relação ao de alta tensão em 30 graus. Ambas as configurações são legítimas e extremamente comuns. Além disso, elas diferem entre si em 60 graus, não em 0 graus — esse é o detalhe que frequentemente engana os profissionais.

Nada disso é um parâmetro ajustável durante a comissionamento. O grupo resulta da forma como os enrolamentos estão fisicamente conectados no interior do tanque e de como os terminais são conduzidos até os bornes; portanto, ele é fixado na fase de projeto, indicado na placa de identificação e confirmado por ensaio realizado na fábrica. Em pedidos mistos, você também encontrará os grupos YNd11 (alta tensão em estrela com neutro, baixa tensão em triângulo) para funções de elevação de tensão, Yzn11 para secundários em zigue-zague e Dd0 para unidades industriais triângulo-triângulo.

 

Grupos Vetoriais Encontrados em Projetos Reais

Seis grupos cobrem quase tudo que atravessa nossa área de testes. A tabela abaixo é a versão prática que enviamos aos engenheiros de projeto quando eles perguntam qual grupo deve ser indicado numa especificação.

Grupo Vetorial	Deslocamento de fase (BT em relação à AT)	Onde Você o Encontra	Por que é escolhido
Yyn0	0 graus, em fase	Pequenas unidades de distribuição e redes de BT que devem permanecer em fase com a alimentação de AT	Alimentação simples de quatro fios, mas sem enrolamento delta para absorver harmônicos triplos
Dyn1	BT atrasa AT em 30 graus	Distribuição trifásica e unidades montadas em pedestal construídas segundo a prática norte-americana	Arranjo de distribuição ANSI e CSA familiar; o delta retém harmônicos triplos
Dyn11	BT adianta AT em 30 graus	Redes de distribuição europeias e conforme a prática da IEC, e a maioria dos projetos de exportação	O grupo de distribuição IEC padrão, com o mesmo benefício harmônico que o Dyn1
YNd11	BT adianta AT em 30 graus	Transformadores de elevação de gerador e de transmissão, estrela de AT com neutro aterrado	Fornece um neutro de AT aterrado para o sistema, com enrolamento de BT em delta
Yzn11 / Dz0	BT está adiantada em 30 graus / em fase	Unidades alimentando cargas de BT fortemente desequilibradas de quatro fios	O enrolamento secundário em zigue-zague conduz corrente de sequência zero sem superaquecimento
Dd0 + Dy11	30 graus entre os dois secundários	Transformadores retificadores e de acionamento de doze pulsos	Os 30 graus entre os secundários anulam as harmônicas quinta e sétima

O padrão que causa mais problemas é o regional. Na prática norte-americana de distribuição, adota-se o Dyn1, em que o enrolamento de baixa tensão (LV) atrasa-se 30 graus em relação ao de alta tensão (HV); já na prática da IEC e europeia, adota-se o Dyn11, em que ele se adianta. Ambos estão corretos, e um diagrama unifilar frequentemente indica apenas as letras dos enrolamentos, sem o número horário. Se uma especificação indicar apenas “delta-estrela”, sem mais nada, o fornecedor construirá conforme a convenção local, e uma peça de reposição encomendada de outro país pode chegar com um deslocamento de 60 graus em relação à unidade que deveria substituir.

Portanto, escreva o símbolo completo: Dyn11, não apenas “delta-estrela”. Acrescente também a exigência quanto ao neutro, pois Dd ou Dy sem a letra “n” significa ausência total de terminal neutro, o que altera a forma como o sistema de baixa tensão é aterrado e o que os dispositivos de proteção detectam. Os seis caracteres adicionais no desenho não têm custo algum na fase de cotação e não podem ser corrigidos posteriormente sem uma reconexão na fábrica e novos ensaios.

 

Por que o número do relógio determina se duas unidades podem operar em paralelo

Quatro condições devem ser satisfeitas antes que dois transformadores possam compartilhar um barramento. Eles devem ter o mesmo deslocamento de fase, a mesma relação de tensão, impedâncias bem ajustadas e posições idênticas dos taps. Apenas a primeira é absoluta. As orientações para operação em paralelo em IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) abordam essa questão exatamente nessa ordem: o grupo de ligação deve coincidir, a relação deve coincidir dentro de uma fração de porcentagem e as impedâncias devem ser suficientemente próximas para que nenhuma unidade ultrapasse sua classificação.

Aqui está o que um descompasso realmente faz. Considere duas unidades de 1.000 kVA com tensão secundária nominal de 480 V e impedância de 5,5%. Se seus grupos diferirem em 30 graus, as duas tensões secundárias estarão em ângulos de fase diferentes, e a tensão entre as fases correspondentes das duas máquinas será 2 × 480 × sen 15 graus, ou cerca de 52% da tensão nominal. Divida esse valor pela soma das duas impedâncias e a corrente circulante será aproximadamente 4,7 vezes a corrente nominal — mesmo antes de qualquer carga ser conectada. Se os dois números horários diferirem em 60 graus — por exemplo, um transformador Dyn1 ao lado de um Transformador Dyn11 — as duas tensões estarão separadas por uma diferença igual à tensão nominal inteira, e a corrente circulante se aproximará de nove vezes a corrente nominal. Fechar o dispositivo de paralelismo nesse estado não é apenas um incômodo durante a colocação em serviço; é um curto-circuito com um interruptor.

Desajustes de relação e impedância são mais silenciosos, mas caros. Uma diferença de 1% na relação entre duas unidades idênticas, exceto por esse parâmetro, gera uma corrente circulante de aproximadamente 9% da corrente nominal com uma impedância de 5,5%, o que se manifesta como perda adicional em vazio e como um transformador aquecido sem carga alguma. Um desajuste de impedância não impede de forma alguma que as unidades operem em paralelo; ele apenas determina qual unidade trabalha mais: com relações iguais, a carga é dividida inversamente à impedância, de modo que a unidade de menor impedância atinge sua carga total enquanto sua parceira ainda suporta uma carga menor. É assim que um transformador fica sobrecarregado em um local onde todas as placas de identificação parecem corretas.

 

Harmônicos, Aterramento e Carga Desequilibrada: A Segunda Razão pela Qual o Grupo Importa

O arranjo de enrolamento faz mais do que girar um fasor. Em uma unidade Dyn, o enrolamento de AT conectado em delta fornece um caminho fechado, dentro do transformador, para correntes de terceira harmônica e de sequência zero, de modo que a tensão secundária permanece próxima de uma forma senoidal, mesmo quando o núcleo é forçado intensamente. Em uma unidade Yyn, sem enrolamento em delta nem enrolamento terciário, essas mesmas correntes não têm onde circular nos enrolamentos e, em vez disso, deslocam o ponto neutro, razão pela qual os projetos Yyn normalmente são limitados a potências menores de distribuição e constituem uma má escolha para instalações repletas de inversores de frequência variável.

O delta também conduz o percurso da sequência zero que permite o funcionamento da proteção contra faltas à terra. Num transformador Dyn, uma falta à terra no lado de baixa tensão (BT) a jusante gera uma corrente que a proteção no lado de alta tensão (AT) consegue detectar e quantificar, pois o delta fornece o percurso de retorno. Escolha um grupo sem esse percurso e a corrente de falta terá de encontrar outro caminho através da disposição de aterramento, o que normalmente implica ajustes de proteção mais lentos ou menos sensíveis. O facto de o neutro ser ou não trazido para fora — o "n" em Dyn11 — determina se se tem um sistema BT de quatro condutores, um terminal neutro para um resistor de aterramento ou uma carga de três condutores que deve ser aterrada noutro local.

Dois outros casos ocorrem com frequência suficiente para serem previstos. Instalações com cargas pesadas em baixa tensão monofásicas, como um edifício comercial com grande demanda de iluminação e tomadas em uma única fase, são melhor atendidas por grupos em zigue-zague, como Yzn11, projetados para conduzir corrente de sequência zero continuamente. Além disso, um retificador de doze pulsos ou um grande acionamento CC normalmente é alimentado por um transformador de três enrolamentos cujos dois secundários estão defasados em 30 graus, pois esse deslocamento é o que cancela as harmônicas de quinta e sétima ordem antes que elas atinjam a rede de alimentação. Ambas as escolhas são definidas na fase de especificação; nenhuma delas é uma adaptação posterior.

 

O que incluir na especificação e como verificá-la

Cinco informações na solicitação eliminam quase todo o risco. Primeiro, o símbolo completo de conexão com o número do relógio, por exemplo Dyn11, além do requisito relativo ao neutro. Segundo, a faixa de taps e se a unidade deve operar no mesmo tap de um transformador existente — uma unidade de reserva que corresponda em todos os aspectos, exceto na posição do tap, ainda não é uma unidade de reserva paralelizável. Terceiro, a impedância exigida, com tolerância especificada, pois uma faixa de 5,5% a 6% é um produto diferente de ‘aproximadamente 6%’. Quarto, o nível de curto-circuito que o enrolamento de BT deve suportar, já que o grupo interage com o esquema de aterramento e proteção. Quinto, a sequência de fases e a convenção de marcação dos terminais desejada, pois as designações norte-americanas e IEC para terminais não são a mesma coisa.

A verificação é simples e constitui um ensaio rotineiro, e não um ensaio especial. A norma IEC 60076-1 inclui a medição da relação de tensão e a verificação do deslocamento de fase, enquanto a norma IEEE C57.12.90 enumera os ensaios de relação, bem como os ensaios de polaridade e de relação de fase entre as medições realizadas em transformadores imersos em líquido. Solicite o registro do ensaio que mostre o deslocamento de fase medido efetivamente na unidade, e não apenas os valores da relação. Uma folha de ensaio que apresente apenas três relações, sem verificação da conexão, não fornece nenhuma informação sobre se o grupo corresponde ao desenho.

Em seguida, leia a placa de identificação em comparação com a folha de ensaio antes que a unidade deixe a fábrica. O símbolo de ligação, a relação de transformação, a impedância, a tabela de derivações e o grupo vetorial devem todos remeter ao mesmo registro de ensaio, e a placa deve exibir a marca de certificação exigida pelo projeto — uma marca cULus ou CSA para instalações no Canadá ou nos EUA, sendo a norma CSA C227.4 a que estabelece os requisitos para unidades trifásicas de distribuição montadas em base. Você pode realizar essa verificação pessoalmente na UL Solutions pesquisa de certificações em https://www.ul.com/, e vale a pena fazê-la antes de aceitar uma fotografia da placa de identificação como prova. Este também é o momento ideal para fotografar a placa e arquivá-la, pois essa fotografia se tornará a referência para a próxima peça de reposição que você solicitar.

 

Como fabricamos e ensaiamos unidades trifásicas personalizadas

A Ryan Electric fabrica transformadores desde 2007 em uma instalação de 120 000 m², equipada com mais de 180 conjuntos de equipamentos de produção e ensaio e detentora de 37 patentes, atendendo aos requisitos das normas UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS e CE. Como Fornecedores de transformadores listados pela UL , enviamos unidades marcadas com cULus e compatíveis com a CSA para projetos na América do Norte, e a grupo Vetorial do Transformador em cada unidade é comprovada no local antes de a tina ser pintada. Os testes de relação e de relação de fase são realizados em cada unidade trifásica; o deslocamento medido é registrado na folha de teste de rotina, e a placa de identificação é verificada em comparação com essa folha, e não com o desenho técnico, onde os descompasso costumam se esconder.

A maior parte do trabalho personalizado que realizamos não é exótica. Trata-se de um projeto que necessita de uma Transformador Dyn11 para corresponder a um quadro de comutação projetado na Europa ou a uma unidade Dyn1 para ser instalada ao lado de um transformador montado em pedestal norte-americano no mesmo barramento, ou ainda uma unidade de reposição construída para corresponder a uma unidade já instalada, cuja placa de identificação é o único registro remanescente da forma como foi conectada. Desde 2023, também atuamos como parceiro oficial de joint venture da Eaton, o que tem importância principalmente por um motivo: a documentação e os registros de ensaios que um parceiro de joint venture é obrigado a manter são exatamente os mesmos registros de que um engenheiro de projeto precisa quando surge uma dúvida sobre paralelismo três anos após a entrada em operação.

 

O Próximo Passo

Envie-nos duas coisas e, normalmente, a resposta leva um dia. A fotografia da placa de identificação do transformador que você já possui — incluindo o símbolo de conexão e a tabela de derivações — e o diagrama unifilar do barramento ao qual a nova unidade será conectada. Com esses dados, nossos engenheiros confirmarão o grupo de que você precisa e informarão se uma unidade pronta para entrega Transformador Dyn11 ou se uma construção Dyn1 é a adequada, e registre por escrito a relação de transformação, a tolerância de impedância e a faixa de taps que tornam possível a operação em paralelo.

Se você está especificando do zero e ainda não definiu o símbolo de ligação, esse é o momento certo para levantá-lo. O grupo Vetorial do Transformador é definido pelo desenho e confirmado por ensaio, portanto é possível acertá-lo livremente já na fase de cotação. Solicite uma revisão da especificação com marcações, ou envie as potências com as quais você está trabalhando e nós lhe enviaremos, para seu projeto, o grupo, a faixa de impedância e o plano de ensaios.

Sobre o autor

Este guia foi elaborado pela equipe de engenharia de aplicações da Ryan Electric, uma Fornecedores de transformadores listados pela UL trabalhando com projetos de concessionárias, industriais, de centros de dados e de energias renováveis em toda a América do Norte, Oriente Médio, Sudeste Asiático e África. Nossos engenheiros supervisionaram testes de aceitação de fábrica para unidades imersas em óleo e a seco, de 500 kVA a 200 MVA, incluindo verificação de relação de transformação e relação de fase em construções trifásicas. Envie os desenhos, a lista de motores e uma fotografia atualizada da placa de identificação à nossa equipe de engenharia para análise antes de emitir a ordem de compra.