Influencia del 3er armónico en transformadores

Transformadores triángulo-estrella

Consideremos un transformador triángulo-estrella, que alimenta unas cargas no lineales, idénticas, conectadas entre fase y neutro (figura 1).

 

Fig. 1: Corrientes armónicas de 3er orden en un transformador triángulo-estrella.

Cada una de las cargas produce una corriente armónica de rango 3. Recordemos que estas corrientes (I3), armónicas de rango 3, son iguales.

Por tanto, las corrientes armónicas de rango 3 en los arrollamientos primarios del transformador, son también idénticas entre sí (I’3).

En cada nudo del triángulo del primario, las corrientes armónicas de rango 3 se compensan y, por tanto, la corriente en la red de alimentación no contiene el armónico 3.

Por tanto, la corriente armónica de rango 3 no se transmite a la red. Pero estas corrientes circulan por los arrollamientos primarios del transformador y provocan calentamientos adicionales.

Por otra parte, la circulación de estas corrientes provoca una distorsión de la tensión en el primario debido a las impedancias de los arrollamientos del transformador.

Esta disposición se utiliza normalmente en la distribución, lo que evita la circulación de corrientes armónicas de 3er rango en las redes de transporte y distribución de energía.

Hay que tener presente que la eliminación de las corrientes armónicas de 3er orden no es completa si las cargas no son totalmente iguales. Por tanto, si las corrientes armónicas de 3er orden de las 3 fases no son idénticas, no se anulan totalmente en los vértices del triángulo.

Transformadores con el secundario en zig-zag

Consideremos ahora un transformador con el secundario en zig-zag, que alimenta cargas no lineales, idénticas, conectadas entre fase y neutro (figura 2). Cada una de estas cargas produce una corriente armónica de rango 3 (representada por I3 en el esquema). Se recuerda que estas corrientes armónicas de rango 3 son iguales.

Fig. 2: Corrientes armónicas de 3er orden en un transformador con el secundario en zig-zag.

Se ve fácilmente en esta figura que en cada columna del secundario, se anulan los amperio-vueltas. De lo que se deduce que no circula ninguna corriente armónica de 3er orden por el primario y por tanto, tampoco por la red.

Esta disposición se utiliza normalmente aunque el transformador sea más pesado que el transformador triángulo-estrella.

La figura 3 y el cálculo que sigue permiten entender por qué las corrientes de pulsación 3.k.ω no se encuentran en el primario del transformador (corriente homopolar nula).

Fig. 3: Transformador con el secundario en zig-zag y atenuación del 3er orden.

Por ejemplo, la corriente que circula por el arrollamiento primario (N1), vale:

Siendo:

De donde:

Hay que decir también que la eliminación de las corrientes del 3er armónico sólo es total si las cargas están perfectamente equilibradas. En este caso, con el secundario en zig-zag, si las corrientes armónicas de 3er orden de las 3 fases no son idénticas, la compensación en amperios-vuelta en cada columna del secundario no es total, puede circular por el arrollamiento primario una corriente armónica de 3er orden y por tanto pasar también a la red de alimentación.

Por lo tanto, cabe recordar que las soluciones mas simples para evitar el sobrecalentamiento del conductor neutro, son:

·       utilizar un conductor neutro separado para cada fase,

·       duplicar la sección del conductor neutro.

Sabiendo que la corriente en el neutro no puede sobrepasar 1,7 veces la corriente en cada fase, es una solución tecnológicamente simple para evitar la sobrecarga del conductor neutro.

 

 

 

 

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