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El transformador de puesta a tierra (transformador en zigzag) proporciona un punto neutro para la puesta a tierra en sistemas eléctricos trifásicos de tres hilos.

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Transformador Zig Zag

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El transformador de puesta a tierra, conocido comúnmente como transformador en zigzag, es un transformador de uso específico que se utiliza para proporcionar un punto neutro para la puesta a tierra en sistemas eléctricos trifásicos de tres hilos que no disponen de un neutro accesible. Crea un neutro artificial, lo que permite conectar el neutro del sistema directamente a tierra o a través de una impedancia de puesta a tierra, como una resistencia de puesta a tierra del neutro (NGR) o un reactor de puesta a tierra del neutro (NGRa).

A diferencia de los transformadores convencionales, un transformador en zigzag no está diseñado para alimentar cargas eléctricas. Sus funciones principales son la puesta a tierra del sistema, el control de la corriente de fallo y la estabilización de la tensión.

Principio de funcionamiento
En un sistema trifásico equilibrado:
·Las tres corrientes de fase son iguales y están desfasadas 120°.
·La disposición de los devanados hace que los flujos magnéticos se anulen entre sí.
·El transformador consume únicamente una pequeña corriente de magnetización.

Durante una falla de línea a tierra:
1. La corriente de falla a tierra fluye a través del transformador.
2. El devanado en zigzag proporciona una vía de retorno para la corriente de secuencia cero.
3. El punto neutro permanece estable.
4. Los relés de protección detectan la falla y aíslan el circuito afectado.

Estructura del devanado en zigzag
El transformador tiene:
· Tres ramas
· Dos devanados interconectados por rama
·Cada bobinado lleva la mitad de dos bobinados de fase diferentes
·Bobinados conectados en forma de zigzag

Esta configuración:
·Produce una tensión insignificante en condiciones de equilibrio
·Proporciona una vía de baja impedancia para las corrientes de secuencia cero
·Impide que las corrientes de secuencia positiva y negativa fluyan a través del neutro

Componentes principales

Núcleo magnético
·Núcleo de acero al silicio CRGO
·Construcción de tres o cinco ramas
·Diseño laminado de bajas pérdidas

Bobinados
·Conductores de cobre o aluminio
·Disposición de bobinados interconectados en zigzag
·Diseñados para soportar corrientes de fallo a tierra

Terminal de neutro
·Punto neutro artificial
Puede ser:
·Con puesta a tierra directa
·Con puesta a tierra por resistencia
·Con puesta a tierra por reactancia

Sistema de refrigeración
Tipos sumergidos en aceite:
·ONAN – Aceite, aire natural
·ONAF – Aceite, aire natural forzado
Versiones de tipo seco:
·AN – Aire natural
·AF – Aire forzado

Especificaciones técnicas típicas
·Tensión del sistema: 3,3 kV – 66 kV (disponibles valores nominales superiores)
·Potencia nominal: 50 kVA – 10 MVA
·Frecuencia: 50 Hz / 60 Hz
·Refrigeración: ONAN, ONAF, AN, AF
·Puesta a tierra del neutro: sólida, mediante resistencia o reactor
·Clase de aislamiento: A, F o H
·Capacidad de resistencia a fallos de corta duración: normalmente de 10 a 60 s

Características principales
·Crea un neutro artificial
·Proporciona una vía para la corriente de fallo a tierra
·Mejora la estabilidad del sistema
·Reduce las sobretensiones transitorias
·Facilita el funcionamiento de los relés de protección
·Diseño compacto y económico
·Alta capacidad de resistencia a cortocircuitos
·Pérdidas mínimas en condiciones normales de funcionamiento

Aplicaciones
·Sistemas eléctricos industriales de media tensión
·Operaciones mineras
·Plantas petroquímicas
·Parques eólicos
·Plantas de energía solar
·Subestaciones de distribución de las empresas de suministro eléctrico
·Puesta a tierra del neutro de generadores
·Plataformas marinas
·Centros de datos
·Plantas de tratamiento de agua y de aguas residuales

Ventajas
·Permite la puesta a tierra cuando no existe neutro
·Mejora la seguridad del personal y de los equipos
·Limita las sobretensiones causadas por fallos a tierra
·Permite una protección selectiva contra fallos
·Compatible con resistencias y reactancias de puesta a tierra del neutro
·Bajos requisitos de mantenimiento
·Funcionamiento fiable a largo plazo

Consideraciones de diseño
A la hora de especificar un transformador de puesta a tierra, los ingenieros suelen tener en cuenta:
·Tensión del sistema
·Nivel de corriente de fallo a tierra
·Duración de la falla (p. ej., 10 s, 30 s o 60 s)
·Método de puesta a tierra (directa, mediante resistencia o mediante reactor)
·Nivel de aislamiento (BIL)
·Método de refrigeración
·Instalación en interior o exterior
·Condiciones ambientales

Normas aplicables
Entre las normas internacionales más comunes se incluyen:
·IEC 60076 – Transformadores de potencia
·IEEE C57.32 – Requisitos, terminología y código de ensayo para dispositivos de puesta a tierra del neutro
·Serie IEEE C57.12 – Requisitos generales para transformadores
·Especificaciones de puesta a tierra propias de la empresa de suministro eléctrico y específicas del cliente

Instalación típica
Una instalación típica de transformador de puesta a tierra incluye:
·Aparamenta de media tensión
·Transformador en zigzag
·Resistencia de puesta a tierra del neutro (NGR) o reactancia de puesta a tierra del neutro
·Transformador de corriente del neutro (TC)
·Relés de protección contra fallos a tierra
·Descargadores de sobretensión
·Conexión a la red de puesta a tierra
·Equipos de supervisión y control

Resumen
Un transformador de puesta a tierra (en zigzag) es un transformador especializado diseñado para establecer un punto neutro estable en sistemas trifásicos que carecen de él. Al proporcionar una vía controlada para las corrientes de secuencia cero y de fallo a tierra, mejora la seguridad del sistema, el rendimiento de los relés de protección y la estabilidad de la tensión. Los transformadores en zigzag se utilizan ampliamente en instalaciones industriales, plantas de energías renovables y redes de distribución de las empresas de suministro eléctrico, donde es esencial una puesta a tierra eficaz.