12 feb. 2012

Diseño de un Transformador de Puesta a Tierra en ZigZag


Muchos sistemas eléctricos operan totalmente aislados de tierra o puestos a tierra a través de una impedancia. A pesar de las ventajas que esto proporciona, pero una desventaja es su insensibilidad a las fallas monofásicas a tierra. Estas fallas monofásicas a tierra, que no se caracterizan por un corto circuito común, no posibilitan una adecuada protección. 

En un sistema no puesto a tierra, el conductor puede caer a tierra sin que actúe la protección. Para aprovechar las ventajas del sistema no puesto a tierra y también aprovechar la ventaja principal de un sistema puesto a tierra es decir, alta sensibilidad a las fallas a tierra, hace la necesidad de utilizar un transformador de puesta a tierra. Un transformador de puesta a tierra, es un transformador que opera en vacio y tiene las siguientes características. 
  • Tiene una impedancia infinita en operación normal del sistema, por tanto es una característica del sistema no puesto a tierra.
  • Tiene una impedancia pequeña bajo fallas monofásicas, es decir, tiene la característica de sistema puesto a tierra.
El transformador de puesta a tierra puede estar conectado en estrella-delta o Zig-Zag. Instalado para proveer una impedancia homopolar de secuencia cero en su punto de instalación, de forma tal, que en sistemas aislados de tierra, se tenga una corriente limitada de falla monofásica que permita detectarla cuando ocurra.

Es un transformador común de relación 1:1, conectado especialmente como autotransformador, cuyas bobinas de fases distintas comparten el mismo flujo magnético. Este es un dispositivo con sus seis devanados pero conectados de una manera conveniente en Zig-Zag.



Las secuencias positivas y negativas están bloqueadas por el transformador conectado en Zig-Zag. En una falla monofásica a tierra, las corrientes de secuencia cero están en fase a través de la conexión a tierra del transformador en Zig-Zag. Como las bobinas del transformador están conectados en Zig-Zag, las corrientes indicadas en la figura. Se producen flujos magnéticos que son contrabalanceados o compensados con un flujo magnético idéntico en sentido contrario. Por tanto, en cada lado del transformador los flujos se anulan, posibilitando el paso de las corrientes de secuencia cero. Así, este transformador aterra el sistema aislado a
través de una impedancia de secuencia cero, que es muy pequeña. El transformador de puesta a tierra en Zig-Zag presenta una reactancia de secuencia cero Xo muy pequeña, por tanto se consideran aptos para su uso en los sistemas eléctricos aislados. La conexión presentada en la figura anterior puede ser representada
esquemáticamente en la siguiente figura.


Obsérvese en la figura  las bobinas que están acopladas en el mismo núcleo del transformador están en paralelo. En una falla monofásica a tierra los flujos son contrarios, aterrando instantáneamente el sistema eléctrico.

El transformador normalmente, es fabricado con los devanados en Zig-Zag. La construcción de este equipo es similar al transformador trifásico normal, sin embargo solo se incluye un devanado de alta tensión en cada pierna, dividido en dos porciones iguales e interconectadas entre sí en Zig-Zag.  El aparato entonces es un autotransformador con relación 1 a 1 con los devanados arreglados de tal manera que los voltajes de cada línea a tierra son mantenidos bajo condiciones normales de operación, este sistema ofrece una impedancia mínima al flujo de corriente de falla monofásica, teniendo un neutro puesto a tierra. Bajo condiciones normales, la corrientes que fluyen a través de los devanados son las corrientes de magnetización propias del transformador solamente, pero estos estas diseñados para llevar la corriente máxima de falla durante un periodo de por lo menos 10 segundos. El transformador se fabrica exactamente como un transformador trifásico, y es sumergido en aceite. Para limitación de las corrientes de falla, se pueden añadir resistencias, y pueden insertarse entre el punto neutro y tierra, o entre las  terminales del aparato.

El tamaño del transformador, se calcula de acuerdo a la corriente de falla de fase a tierra, multiplicada por el voltaje de fase a tierra y este se multiplica por la constante “K”  la cual se determina por el lapso de tiempo requerido para que el relé opere. El factor K que determina el transformador, conexión Zig-Zag, en un tiempo de 10 segundos, ver el siguiente cuadro.



Para el diseño del Transformador de Puesta a Tierra en ZigZag he diseñado un pequeño programa para realizar los cálculos matemáticos.  

18 comentarios:

muy interesante el post, ¿es decir que podemos usarlo en sistemas con neutro flotante correcto?

@Fidel

Exacto es para usar en sistemas de conexión (estrella - delta) ó neutro flotante.

Saludos

con que lenguaje lo hicist jushel (de adictoshp)

Es necesario instalar una resistencia entre el neutro y el sistema de aterramiento? el programa que realiza los cálculos te da el valor de la resistencia?

saludos
Wilber

Hola Wilber, el programa realiza el calculo impedancia que necesitas para poder despejar y detectar las fallas a tierra con un transformador de puesta a tierra en un sistema aislado. Ahora si tu sistema eléctrico ya cuenta con un neutro y es necesario agregar un resistencia en serie, es otro calculo, ya que este aplica para un sistema estrella - delta.

saludos

Muchas gracias, me fue de gran ayuda, muy buen aporte

COMO SE LE HACE RELACION DE TRANSFORMACIO (TTR)

como se le hace relacion de transformacion(ttr)

La relación de un transformador de puesta a tierra en ZigZag siempre va ser 1 a 1.

Estimado como haces para determinar la impedancia de secuencia cero en el transformador? ya que este parámetro se calcula al hacer la especificación del equipo

Es limitando la corriente que va pasar por el neutro y es ahí en función a esa corriente homopolar se determina la impedancia homopolar , es por eso que el programa tiene la función de cambiar el porcentaje de esa Io.

agradeceria me enviaras el archivo referente a reactor zigzag o vieras la manera de actualizar la descarga porque me imposible descargar
saludos franz

EL LINK MUY BUENO PERO NO SE DESCARGA

Buenos dias
La nota es muy buena, pero no he podido efectuar la descarga
Mi correo dariusingenierus@gmail.com
Gracias

Buena la descripción, sólo lo preciso.
Gracias.

Muy buena publicación. Estimado estoy haciendo el estudio para la implementación de un Transformador ZigZag para puesta a Tierra, y me sería de mucha ayuda que me puedas brindar los cálculos técnicos del cálculo de la Resistencia de PAT
Mi correo es: vicente_sken@hotmail.com
De antemano te doy las gracias
Saludos
Vicente Esquén

Muy buena publicación. Estimado estoy haciendo el estudio para la implementación de un Transformador ZigZag para puesta a Tierra, y me sería de mucha ayuda que me puedas brindar los cálculos técnicos del cálculo de la Resistencia de PAT
Mi correo es: vicente_sken@hotmail.com
De antemano te doy las gracias
Saludos
Vicente Esquén

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