Un devanado de transformador en zigzag es un devanado de transformador de propósito especial con una conexión en zigzag o "estrella interconectada", de modo que cada salida es la suma vectorial de dos (2) fases desplazadas por 120°. [1] Se utiliza como transformador de puesta a tierra , creando una conexión neutra faltante a partir de un sistema trifásico sin conexión a tierra para permitir la conexión a tierra de ese neutro a un punto de referencia de tierra ; para realizar mitigación de armónicos, ya que pueden suprimir corrientes armónicas triplete (3.º, 9.º, 15.º, 21.º, etc.); [2] para suministrar energía trifásica como un autotransformador (que sirve como primario y secundario sin circuitos aislados); [3] y para suministrar energía trifásica no estándar, desfasada. [1]
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Los transformadores trifásicos de nueve devanados suelen tener tres devanados primarios y seis devanados secundarios idénticos, que se pueden utilizar en una conexión de devanado en zigzag como se muestra en la imagen. [1]
Un transformador de puesta a tierra convencional de seis devanados o un banco en zigzag , [1] con la misma cantidad de devanados y núcleos que un transformador trifásico convencional , también se puede utilizar en una conexión de devanado en zigzag.
En todos los casos, la primera bobina de cada núcleo de bobinado en zigzag se conecta en sentido contrario a la segunda bobina del siguiente núcleo. Las segundas bobinas se unen para formar el neutro y las fases se conectan a las bobinas primarias. Por lo tanto, cada fase se acopla con cada una de las otras fases y los voltajes se cancelan. Por lo tanto, habría una corriente insignificante a través del punto neutro, ya que el Zig-Zag tiene una alta impedancia de secuencia positiva y negativa, con una baja impedancia de secuencia cero que se puede conectar a tierra. [4]
Cada una de las tres "ramas" se divide en dos secciones. Las dos mitades de cada rama tienen un número igual de vueltas y están enrolladas en direcciones opuestas. Con el neutro conectado a tierra, durante una falla de cortocircuito de fase a tierra, un tercio de la corriente regresa a la corriente de falla y el resto debe pasar por dos de las tres fases cuando se utiliza para derivar un punto de conexión a tierra desde una fuente delta. [5]
Si una o más fases fallan a tierra, el voltaje aplicado a cada fase del transformador ya no está en equilibrio; los flujos en los devanados ya no se oponen. (Usando componentes simétricos , esto es I a0 = I b0 = I c0 .) Existe una corriente de secuencia cero (falla a tierra) entre el neutro del transformador y la fase que falla. El propósito de un transformador en zigzag en esta aplicación es proporcionar una ruta de retorno para fallas a tierra en sistemas conectados en delta. Con una corriente insignificante en el neutro en condiciones normales, se puede usar un transformador de tamaño insuficiente (incapaz de soportar una carga de falla continua) solo si se requiere una clasificación de tiempo corto, siempre que la carga defectuosa se desconecte automáticamente en una condición de falla. La impedancia del transformador no debe ser demasiado baja para la corriente de falla máxima deseada. Se puede agregar impedancia después de que se sumen los secundarios para limitar las corrientes de falla máximas (la ruta 3 I o ). [6]
Se puede utilizar una combinación de bobinados en Y (estrella o estrella), delta y en zigzag para lograr un cambio de fase vectorial . Por ejemplo, una red eléctrica puede tener una red de transmisión de transformadores estrella/estrella de 110 kV/33 kV, con delta/estrella de 33 kV/11 kV para la red de distribución de alto voltaje. Si se requiere una transformación directamente entre la red de 110 kV/11 kV, una opción es utilizar un transformador estrella/delta de 110 kV/11 kV. El problema es que el delta de 11 kV ya no tiene un punto de referencia de tierra. La instalación de un transformador en zigzag cerca del lado secundario del transformador de 110 kV/11 kV proporciona el punto de referencia de tierra requerido. [7]
Las empresas de servicios públicos suelen requerir transformadores en zigzag cuando conectan inversores trifásicos (normalmente para energías renovables ) a la red para proporcionar una tensión neutra estable y evitar tensiones excesivas entre fase y tierra. Esto también protege los dispositivos de conmutación dentro de los inversores, que suelen ser transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). [8]