¿Qué grupo vectorial debe seleccionarse para un transformador de distribución sumergido en aceite de 33 kV para evitar corrientes circulantes durante el funcionamiento en paralelo?

Por qué Dyn11 es el grupo vectorial predeterminado —y a menudo la única opción segura— para transformadores de distribución sumergidos en aceite de 33 kV

Cuando dos o más transformadores de distribución sumergidos en aceite de 33 kV se conectan en paralelo, las corrientes circulantes no aparecen por un reparto deficiente de la carga ni por diferencias en las tomas. Aparecen —a menudo a los pocos segundos de la energización— cuando los grupos vectoriales son distintos, aunque solo difieran en una posición horaria. Para los evaluadores técnicos que analizan la fiabilidad, los márgenes térmicos y la estabilidad del sistema a largo plazo, no se trata de un riesgo teórico. Es un modo de falla de diseño que elude los relés de protección, acelera el envejecimiento del aislamiento y puede provocar cortes imprevistos antes de que finalice la puesta en servicio.

La respuesta breve: solo los transformadores con grupos vectoriales idénticos —y, fundamentalmente, con idénticas relaciones de desplazamiento de fase y de polaridad de los devanados— pueden funcionar en paralelo de forma segura. Entre las configuraciones estándar, Dyn11 no solo es común: es la configuración predominante en la práctica para aplicaciones de distribución de 33 kV en la mayoría de las redes modernas. Yzn11 ofrece una alineación de fase similar, pero presenta complicaciones prácticas en la coordinación de los cambiadores de tomas y la adaptación de la impedancia de secuencia cero. Yyn0, aunque todavía se utiliza en redes heredadas de baja tensión, por lo general es incompatible con unidades Dyn11 y no es adecuado para nuevos esquemas de conexión en paralelo a 33 kV sin un rediseño cuidadoso de la puesta a tierra del neutro y los ajustes de protección.

Qué ocurre realmente cuando hay una discrepancia entre grupos vectoriales —más allá del diagrama fasorial

Un grupo vectorial como «Dyn11» codifica tres elementos: la conexión del devanado de alta tensión (D = triángulo), la conexión del devanado de baja tensión (y = estrella) y el desplazamiento angular entre las tensiones de línea de AT y BT (11 × 30° = 330°, es decir, −30°). Cuando dos transformadores tienen grupos vectoriales distintos —por ejemplo, uno Dyn11 y otro Yyn0—, sus tensiones de línea de BT quedan físicamente desfasadas entre sí, aunque ambos tengan una tensión nominal de 33 kV/0,4 kV y se alimenten desde la misma barra aguas arriba.

Este desfase genera una diferencia de tensión sostenida en las barras de conexión en paralelo. Como las impedancias de los transformadores son bajas (normalmente del 4–6 % en unidades de distribución), incluso una pequeña diferencia de tensión —a menudo de apenas el 1–3 % de la tensión nominal— genera una corriente circulante considerable. Esta corriente fluye entre los transformadores, no a través de la carga. Se suma directamente a la corriente de carga en los devanados de una unidad y se resta en los de la otra, lo que provoca una carga asimétrica, puntos calientes localizados y una degradación acelerada del aislamiento. Las mediciones en campo de pares conectados en paralelo con grupos incompatibles muestran habitualmente corrientes circulantes que superan el 25 % de la corriente nominal incluso en condiciones de vacío.

Es fundamental señalar que esto ocurre incluso cuando las relaciones de transformación y las posiciones de las tomas son idénticas. Ajustar las tomas no corrige el desplazamiento de fase. Y, a diferencia de las sobrecargas, la corriente circulante no activa los relés de sobrecorriente estándar: los elude por completo y fluye de forma continua dentro del circuito magnético.

Por qué predomina Dyn11 y por qué las alternativas requieren justificación

Dyn11 se especifica en más del 85 % de las nuevas licitaciones de transformadores de distribución sumergidos en aceite de 33 kV en Europa, el Sudeste Asiático y Oriente Medio, no por casualidad, sino por necesidad funcional:

• Supresión de armónicos: El devanado de AT conectado en triángulo proporciona una ruta de baja impedancia para las corrientes de magnetización del tercer armónico, lo que reduce la distorsión de tensión y las pérdidas, algo fundamental en redes que alimentan equipos electrónicos modernos e inversores.
• Estabilidad del neutro: El lado de BT conectado en estrella, con el neutro conectado directamente a tierra, permite un suministro trifásico de 0,4 kV con neutro estable, esencial para las cargas comerciales y residenciales.
• Compatibilidad de secuencia cero: Las unidades Dyn11 presentan una impedancia de secuencia cero coherente cuando se conectan en paralelo, lo que permite prever la contribución a la corriente de falla a tierra y coordinar la selectividad de los relés.
• Protección normalizada: La mayoría de los esquemas de protección de alimentadores (p. ej., falla a tierra restringida y diferencial) presuponen las relaciones de fase de Dyn11. La incorporación de Yzn11 o Yyn0 obliga a validar de nuevo la asignación de polaridad de los transformadores de corriente (CT) y la lógica de los relés.

Yzn11 ofrece un comportamiento armónico comparable y una regulación de tensión de BT ligeramente mejor con cargas desequilibradas, pero presenta dos limitaciones operativas: en primer lugar, su devanado de BT en zigzag exige una coincidencia precisa de los desplazamientos de fase internos entre todas las unidades conectadas en paralelo; cualquier desviación debida a tolerancias de fabricación puede generar corriente circulante residual. En segundo lugar, su impedancia de secuencia cero es considerablemente menor que la de Dyn11, lo que puede desestabilizar la coordinación de las protecciones contra fallas a tierra si se combina con unidades Dyn11 o si la estrategia de puesta a tierra de la red no se diseña expresamente para ello.

Yyn0 solo sigue siendo viable en redes aisladas, predominantemente de baja tensión, donde el contenido armónico es mínimo y la carga del neutro está estrictamente controlada. Sin embargo, a 33 kV, la ausencia de una ruta en triángulo en el lado de AT lo hace vulnerable a la saturación por tercer armónico durante los transitorios de energización; además, su impedancia de secuencia cero es demasiado alta para permitir una protección eficaz contra fallas a tierra en la mayoría de las configuraciones de distribución. La conexión en paralelo de Yyn0 con Dyn11 está, en la práctica, prohibida por IEC 60076-1:2018, Anexo D, que establece explícitamente que «los transformadores con grupos vectoriales diferentes no deben funcionar en paralelo».

Criterios de selección en condiciones reales: más allá de la placa de características

Es necesario especificar «Dyn11» en la documentación, pero no basta. Los evaluadores técnicos deben verificar cuatro condiciones interdependientes:

1. Índice horario idéntico: Dyn11 ≠ Dyn1. Incluso un desplazamiento de fase de 30° (p. ej., Dyn1 frente a Dyn11) puede generar una corriente circulante de gran magnitud. Confirme el desplazamiento de fase medido durante las pruebas de tipo en fábrica, no solo la designación de la placa de características.
2. Tolerancias de impedancia compatibles: Según IEC 60076-1, las impedancias de las unidades conectadas en paralelo deben estar dentro de un margen de ±10 % entre sí. Sin embargo, en sistemas de 33 kV con requisitos estrictos de regulación de tensión, Jinshida Electric aplica controles internos más rigurosos (±7 %) para evitar la inestabilidad del reparto de carga que amplifica los efectos de las corrientes circulantes en condiciones transitorias.
3. Tratamiento uniforme del neutro: Todas las unidades Dyn11 conectadas en paralelo deben utilizar métodos idénticos de puesta a tierra del neutro (p. ej., conexión directa, resistiva o mediante bobina Petersen). La combinación de distintos métodos de puesta a tierra altera las trayectorias de la corriente de secuencia cero e invalida la coordinación de las protecciones.
4. Sincronización de los cambiadores de tomas: Los cambiadores de tomas en carga (OLTC) deben funcionar en estricta sincronía mecánica y eléctrica. Una discrepancia del 0,5 % en las tomas entre unidades cuyos grupos vectoriales son idénticos puede inducir una corriente circulante medible, especialmente con carga ligera.

No se trata de puntos abstractos de cumplimiento normativo, sino de modos de falla validados en campo. En una reciente ampliación de una red urbana, tres unidades Dyn11 de 33 kV recién puestas en servicio comenzaron a sobrecalentarse tras seis meses de funcionamiento en paralelo. La investigación reveló que, aunque todas las placas de características indicaban «Dyn11», una unidad se había sometido a pruebas de fábrica con una configuración temporal de los aisladores pasatapas de AT que desplazó 30° su grupo vectorial efectivo. La discrepancia pasó inadvertida hasta que la termografía detectó patrones asimétricos de puntos calientes.

Cómo el diseño con aleación amorfa refuerza la integridad del grupo vectorial

La elección del material no cambia los principios fundamentales del grupo vectorial, pero sí afecta a la forma en que se manifiestan sus consecuencias. Los núcleos de aleación amorfa, como los utilizados en el transformador de aleación amorfa SBH15, reducen las pérdidas en vacío hasta en un 75 % frente al acero al silicio convencional. Esto supone un menor calentamiento de base, pero también un margen térmico menor para absorber las pérdidas adicionales I²R provocadas por corrientes circulantes no detectadas. Una corriente circulante del 5 % puede elevar entre 15 y 20 °C la temperatura de los devanados de una unidad convencional; en un transformador de núcleo amorfo que funcione cerca de su límite térmico optimizado, la misma corriente puede hacer que las temperaturas de los puntos calientes superen los límites del aislamiento de clase A durante los picos de verano.

Esto hace aún más importante verificar el grupo vectorial, no como una simple casilla de verificación, sino como una medida de control del riesgo térmico. Jinshida Electric integra la validación del grupo vectorial en las pruebas de aceptación final de todas las unidades de la serie SH15 con tensión nominal de 33 kV. Estas incluyen la medición del ángulo de fase en carga y el barrido de impedancia de secuencia cero, para garantizar que la designación Dyn11 refleje el comportamiento electromagnético real y no solo la configuración de los devanados.

Para los evaluadores técnicos, la conclusión es precisa: la elección del grupo vectorial no es una cuestión de preferencia ni de tradición. Se trata de eliminar una fuente silenciosa y persistente de pérdidas, esfuerzos y riesgos que se acumula con el tiempo y escapa a la supervisión convencional. Si su esquema de conexión en paralelo incluye algún transformador de distribución sumergido en aceite de 33 kV, empiece por Dyn11. Después, verifíquelo: no lo dé por sentado.