Cuando la empresa operadora de un sitio minero en Australia Occidental decidió ampliar la instalación de procesamiento, el ingeniero eléctrico se enfrentó a un problema que estaba acostumbrado a resolver. El transformador principal utilizado en el sitio era un transformador ordinario porque sus fases de tres hilos significaban que el neutro no estaba disponible. La entidad necesitaba neutro para un procedimiento de protección de corriente del equipo de trituración, así como para el suministro de energía de 240 voltios para la electricidad y el suministro de agua de la fábrica. La decisión correcta fue no reemplazar el transformador, que era una unidad de 10 MVA que funcionaba bien durante quince años. La empresa decidió optar por un transformador delta, que era un transformador delta estrella con un neutro artificial, que podía proporcionar protección de línea así como suministrar la energía auxiliar necesaria para el sitio. Con la instalación del transformador delta, se estableció el neutro, por lo que la fábrica comenzó sus operaciones a tiempo. La forma de seleccionar el transformador delta correcto depende de la estructura de bobinado aplicada: conexión delta-delta o una combinación completamente diferente.
Resumen: Los transformadores delta son aquellos en los que uno de los bobinados o ambos están conectados en forma delta. Delta se refiere a una configuración de triángulo cerrado, donde cada bobinado de fase se conecta en su extremo con el siguiente. En los transformadores delta, la tensión de la línea es igual a la tensión de la fase.
Qué es una Conexión Delta — y Por Qué Se Utiliza
En la conexión delta, los devanados trifásicos del transformador están conectados entre sí extremo a extremo para crear un lazo cerrado que se asemeja a un delta. No hay un punto neutro, lo que significa que no hay conductores neutros, y las tensiones de línea son las mismas que las tensiones de fase. Y las corrientes que fluyen a través de las líneas serán iguales a la suma vectorial de las corrientes de los conductores. La conexión delta tiene muchas características eléctricas que demuestran su efectividad para ciertas aplicaciones y le otorgan algunas ventajas sobre la conexión estrella (wye). La ausencia de un neutro permite conectar cargas solo entre las líneas, pero no entre una línea y un conductor neutro, lo que significa que la carga debe tener clasificaciones de voltaje más altas (aparatos de 230V o 120V no pueden conectarse a una línea de voltaje más alto en conexión delta). La conexión delta trabaja para mantener las corrientes armónicas triplenas (tercera, sexta y novena armónicas) dentro de la conexión delta del devanado, evitando así que vayan ya sea al lado de suministro o al lado de carga. Así, este es el principal beneficio de una conexión delta en transformadores de distribución que trabajan con cargas no lineales: computadoras, variadores de frecuencia, iluminación LED y sistemas UPS no permitirán que las corrientes no lineales vayan al lado primario, evitando así el calentamiento de los transformadores, cables, turbinas y motores. Además, la conexión delta es capaz de trabajar con cargas desbalanceadas, por lo que si alguna fase en un dispositivo conectado en delta está más cargada que las demás fases, la corriente circulante dentro del delta asegurará que las cargas se distribuyan de manera uniforme.
Las características físicas y económicas de una conexión delta también deben tenerse en cuenta. El diseño del devanado en el caso de la conexión delta utiliza conductores de cobre que no son más gruesos que los cables de cobre en el caso de la conexión wye, y se necesita aislamiento para la tensión de línea. Para una introducción a la gama completa de configuraciones de devanados de transformadores y sus aplicaciones, consulte el catálogo de productos en Subian Eléctrico, que incluye transformadores delta-delta, delta-wye y wye-delta, así como transformadores de puesta a tierra, transformadores de aislamiento y transformadores de potencia especiales para el mercado global.
Las Tres Principales Configuraciones de Transformadores Delta — y Dónde Pertenece Cada Una
La tabla a continuación resume las tres configuraciones principales de transformadores que involucran un devanado delta, sus características eléctricas definitorias y las aplicaciones donde cada una es la elección correcta.
| Configuración | Conexión Primaria | Conexión Secundaria | Características Eléctricas Clave | Mejor para |
|---|---|---|---|---|
| Delta‑Delta (Δ‑Δ) | Delta | Delta | No hay un punto neutro en ninguno de los devanados; la carga desbalanceada se maneja de manera eficiente debido a las corrientes circulantes en el delta. También filtra los armónicos triplenos en ambos lados. El suministro monofásico se puede tomar a través de cualquier dos líneas a plena tensión de línea. En caso de falla de cualquiera de las fases de un transformador delta-delta, el transformador se puede utilizar en modo delta-abierto (V-V) a una capacidad reducida; proporcionando así esta tan necesaria tolerancia a fallas en aplicaciones industriales donde está involucrada la costosa detención de un proceso de producción. | Las conexiones delta trifásicas son adecuadas para accionamientos de motores industriales, calefacción por resistencia, aparatos de soldadura, etc., donde los neutros son innecesarios. La propiedad de manejo de excepciones de la conexión delta trifásica es importante en industrias de procesos continuos como la industria del carbón, la industria del petróleo y gas, y el procesamiento químico. |
| Delta‑Y (Δ‑Y) | Delta | Y (Estrella) | Para cargas monofásicas y para la puesta a tierra del sistema, hay un neutro en el lado secundario. El devanado delta en el lado primario previene el flujo de armónicos de tercer orden aguas arriba desde el lado de suministro. El devanado en estrella proporciona una referencia a tierra para la carga. Junto con la transformación de voltaje que viene con una diferencia de fase de 30 grados entre los voltajes primario y secundario, esto merece una cuidadosa consideración al conectar transformadores en paralelo. | Los transformadores de reducción estándar dividen la corriente en tipos trifásicos y monofásicos. Reciben energía de la misma línea secundaria, por ejemplo, motores trifásicos alimentados con 480V y iluminación de 277V, desde una línea secundaria que transporta 480Y/277V en América del Norte. De manera similar, en los mercados de IEC, los transformadores de potencia de reducción suministran motores de 400V o cargas de 230V desde 400Y/230V secundarios. Estos transformadores son el diseño más aplicado en los sectores comercial e industrial. |
| Y‑Delta (Y‑Δ) | Y (Estrella) | Delta | Suministra el neutro en el lado primario, lo que permite la puesta a tierra para la protección en un sistema. El delta en el lado secundario atrapa los armónicos inducidos por la carga, evitando que lleguen al primario. El propósito es trabajar con un generador de conexión en estrella al elevarse a una línea de transmisión de conexión delta. El lado en estrella puede ser puesto a tierra para mantener un voltaje de sistema estable y dirigir la corriente de falla a tierra. | Los transformadores elevadores se utilizan para conectar un generador conectado en estrella con una línea de transmisión conectada en delta. Son un ejemplo de un transformador de puesta a tierra que establece un punto neutro de un sistema delta no conectado a tierra. Este tipo de puesta a tierra adicional es popular en industrias suministradas a través de una fuente conectada en delta pero que necesitan un neutro para protección contra corriente de cortocircuito. |
Armónicos, Puesta a Tierra y la Opción Delta Abierto: Tres Consideraciones Prácticas
Aparte de la configuración fundamental del devanado, tres factores principales ayudan a finalizar el transformador delta adecuado para cualquier caso.
El primero son los armónicos. Las aplicaciones no lineales como los variadores de frecuencia, las fuentes de alimentación ininterrumpidas, las luces LED y los balastos electrónicos crean corrientes armónicas que fluyen hacia el transformador. La tercera armónica, que es 180 Hz en un sistema de 60 Hz y 150 Hz en un sistema de 50 Hz, y sus múltiplos impares (armónicas triplen) pueden interrumpir en gran medida porque se combinarán en el conductor neutro de un sistema delta-estrella, lo que puede llevar al sobrecalentamiento. Las conexiones delta atrapan estas armónicas triplen, circulando dentro del delta y convirtiéndose en calor. Delta-delta es capaz de atrapar armónicas en ambos lados de su operación. Delta-estrella solo atrapará bien en el lado del primario. Estrella-estrella no tiene capacidad para atrapar armónicas y rara vez se utiliza en la industria debido a eso. En caso de que las cargas produzcan demasiadas armónicas, entonces se debe utilizar el transformador delta con al menos un devanado delta (especialmente el que enfrenta la fuente de armónicas).
La segunda consideración es la puesta a tierra y la protección contra fallas a tierra. Delta nunca tendrá un neutro, por lo que no hay un punto de puesta a tierra natural para usar. Cuando el transformador de utilidad está conectado en delta, el sistema está desprotegido a tierra a menos que se utilice un transformador de puesta a tierra. Un sistema desprotegido a tierra posee sus peligros específicos: cuando ocurre una falla a tierra, el interruptor no se dispara, y hay un sobrevoltaje en las fases no afectadas, y puede haber una segunda falla a tierra causando un cortocircuito entre las fases. El uso del transformador de puesta a tierra estrella-delta, o el transformador de puesta a tierra zig-zag permite la puesta a tierra del sistema que se requiere para un funcionamiento adecuado con el uso de la falla a tierra. El transformador de puesta a tierra se conecta al bus delta, mientras que su neutro (que está ya sea conectado a tierra directamente o con la ayuda de un resistor que limita la corriente de falla tanto como sea necesario para el proceso de operación del relé de protección) permite tener un comportamiento controlado de la falla a tierra.
El tercer tipo de conexión es la configuración delta-abierta (V-V). Cuando el transformador delta-delta falla en una de sus fases (un devanado o una fase), el resto de sus fases puede funcionar en modo de conexión delta abierta, lo que permite suministrar una cierta carga trifásica. En la configuración de delta abierta, la capacidad es solo el 57,71% de la capacidad de la conexión delta-delta (en lugar del 66,71%), debido al desplazamiento de fase de 60 grados entre dos devanados en lugar de 120 grados, lo que hace imposible proporcionar un valor de corriente superior a la capacidad nominal para cada uno de los devanados. La conexión de delta abierta se utiliza en situaciones de emergencia: permite que un proceso crítico continúe funcionando mientras se obtiene un nuevo transformador, pero no se usa para la operación normal del transformador delta-delta. La regulación de voltaje en modo delta abierta es peor que en el modo delta-delta, al igual que el equilibrio de fases. En caso de que la falla del transformador cause grandes pérdidas para la planta de fabricación, la opción de delta abierta sirvió como una solución temporal confiable. Para un análisis más profundo sobre cómo las configuraciones de transformadores se integran con el sistema eléctrico de distribución más amplio, nuestro artículo sobre el mejor guía básica para compradores de transformadores eléctricos proporciona el marco integral para especificar y evaluar cualquier compra de transformador.
Cómo especificar un transformador delta: los parámetros que importan
La preparación de una especificación de compra para un transformador delta implica que el comprador estipule las especificaciones eléctricas que el transformador debe cumplir y proporcione un alto nivel de detalles, de modo que cada licitante ofrezca un producto similar. Los parámetros clave son la clasificación en kVA (que debe definirse a través del cálculo de carga aplicando la regla de carga continua 80% para el margen térmico), voltaje primario y secundario y configuración de bobinado (por ejemplo, en el caso de un transformador reductor delta-estrella — “13.8 kV Delta primario, 480Y/277 V secundario” o en el caso de un transformador de aislamiento delta-delta — “480 V Delta primario, 480 V Delta secundario”), impedancia (expresada como un porcentaje de la base de kVA del transformador y que generalmente varía de 5% a 6% para transformadores de distribución; una impedancia demasiado baja conduce a una menor calidad de voltaje, pero a mayores corrientes de falla, y debe coordinarse con los medios de protección y la clasificación de cortocircuito del equipo), clase de aislamiento y aumento de temperatura (para un transformador seco Clase F o Clase H, donde el aumento puede variar de 80 a 150 grados Celsius, o para transformadores de aceite el aumento de temperatura suele ser de alrededor de 65 grados Celsius sobre 30 grados Celsius), método de enfriamiento (ONAN para transformadores de aceite, AN o AF para los secos; el enfriamiento forzado permite aumentar la clasificación en kVA de un transformador seco hasta 25-33%. Por lo tanto, el comprador debe especificar si se requieren capacidades adicionales), tomas (las tomas fuera de circuito son estándar y generalmente de 2.5% pasos hacia arriba y hacia abajo del voltaje primario nominal para ajustar el voltaje de suministro real; el cambiador de tomas bajo carga es más costoso, pero podría aplicarse para aplicaciones críticas y si el voltaje primario varía mucho), envoltura (NEMA 1 para condiciones interiores secas, NEMA 3R para exteriores, NEMA 4X para lavado, o NEMA 12 para industria a prueba de polvo), y estándar (IEC 60076, IEEE C57.12, o estándar nacional local, porque un estándar determina la forma en que se deben realizar las pruebas y los métodos que el equipo necesita documentar). Una buena especificación hace que el proveedor proporcione respuestas a todo lo anterior y una especificación vaga le da al fabricante la oportunidad de hacer su propio juicio.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un transformador delta y uno estrella?
Un bobinado delta consiste en un triángulo de lazo cerrado sin neutro. El voltaje de línea de un sistema conectado en delta es igual al voltaje de fase; sin embargo, la corriente de línea es √3 veces la corriente de fase en esta configuración. Un bobinado estrella tiene un punto neutro donde se intersectan los tres bobinados, lo que hace posible que el voltaje de línea sea √3 veces el voltaje de fase, mientras que la corriente de línea es igual a la corriente de fase. Además, debido a las ventajas de la conexión estrella, como la neutralidad para cargas monofásicas y la posibilidad de poner a tierra el sistema, muchos usuarios la utilizan junto con bobinados delta.
¿Cuándo debo usar un transformador delta-delta?
Intente usar un transformador delta-delta bajo una condición de carga que generalmente se caracteriza por el uso de sistemas trifásicos o de tres hilos, que incluye principalmente motores, dispositivos de calefacción o máquinas de soldadura, notando que no hay necesidad de un cable neutro en ninguno de los transformadores. Además, un transformador delta-delta puede operar fácilmente bajo condiciones de carga desbalanceadas, atrapar los armónicos en ambos lados de estos transformadores, y también puede ser utilizado en caso de la falla de una sola fase en una conexión delta abierta. Así, un transformador delta-delta es una solución perfecta para aplicaciones industriales que implican cargar motores pesados, por ejemplo.
¿Puede un transformador delta suministrar cargas monofásicas?
De hecho, un secundario conectado en delta puede ser utilizado para suministrar cargas monofásicas vinculadas entre dos líneas cualesquiera y capaces de soportar el valor completo de la tensión de línea. Sin embargo, las cargas monofásicas deben estar construidas para manejar la tensión de línea del sistema delta particular utilizado — es decir, equipos de 480 voltios para sistemas delta de 480 voltios — y equilibradas en las tres fases para que no ocurra un desequilibrio excesivo. Un secundario delta no puede aplicarse a cargas que requieren un circuito neutro para operar a baja tensión, como cargas de 120 voltios o 277 voltios.
¿Qué es una conexión de transformador delta abierta?
La conexión delta abierta consiste en dos transformadores monofásicos conectados en dos de las tres fases para servir a una carga trifásica. La configuración utiliza 57.7% de la capacidad de un transformador en una conexión delta trifásica completa. Este tipo de conexión se utiliza en caso de falla de una de las fases en un sistema trifásico completo o como una solución económica y permanente en algunas aplicaciones de carga ligera. La regulación de tensión es más pobre y también el equilibrio de fases no es tan estable como el del sistema trifásico completo.
Referencias
- IEEE C57.12.00 — Estándar para Requisitos Generales para Transformadores de Distribución, Potencia y Regulación Sumergidos en Líquido. El estándar fundamental de IEEE para el diseño, prueba y rendimiento de transformadores, incluyendo las configuraciones de bobinado delta y wye y las características eléctricas asociadas.
- IEC 60076 — Transformadores de Potencia. La serie de estándares internacionales que define los requisitos de diseño, prueba y rendimiento para transformadores de potencia y distribución, incluyendo las designaciones de grupo vectorial — Dyn11, YNd1, y otros — que especifican la configuración de bobinado y la relación de fase.
- Eaton — Guía de Configuraciones de Bobinado de Transformadores y Aplicaciones. Fabricante de transformadores delta-delta, delta-wye y wye-delta, con documentación técnica que cubre la selección, la instalación y los requisitos de conexión a tierra para cada configuración.
- Schneider Electric — Grupos Vectoriales de Transformadores y Conexiones de Bobinado. Orientación del fabricante sobre la especificación y la aplicación de configuraciones de bobinado de transformadores delta y wye para sistemas de potencia comerciales e industriales.
El proceso de seleccionar el transformador delta ideal implica identificar un diseño de bobinado que corresponda al tipo de sistema eléctrico y sus características, como voltaje, conexión a tierra, armónicos y neutro. Un transformador delta-delta se utiliza para la carga industrial trifásica y de tres hilos y tiene los elementos necesarios de mitigación de armónicos y seguridad para plantas de procesamiento continuo. Un transformador delta-wye reduce el voltaje y crea neutro para una carga mixta de sistemas monofásicos y trifásicos y tiene capacidades para mitigar armónicos de la fuente de entrada. Un transformador wye-delta eleva el voltaje del generador para la transmisión de electricidad o crea neutro para un sistema delta para mejorar la seguridad. Cada configuración de transformadores delta cumple su propósito y un comprador informado sabe qué transformador se necesita para la aplicación en lugar de elegir el que el vendedor tenga en stock. Co. Subian es un fabricante de transformadores delta en las tres configuraciones y es capaz de proporcionar transformadores con el rango de kVA y clase de voltaje, impedancia y certificaciones que demanda el mercado. Es esencial utilizar transformadores correctamente fabricados para la operación de fábricas, minas o instalaciones de procesamiento donde los transformadores deben estar diseñados adecuadamente para el sistema eléctrico, lo que hace que el proceso de configuración sea extremadamente importante.