Un transformador transfiere energía eléctrica (potencia) de un sistema a otro por inducción, sin ninguna conexión física entre los dos sistemas (aparte de las conexiones a tierra y de enlace). Por lo tanto, el Código Eléctrico Nacional (NEC) se refiere a los transformadores como «sistemas derivados por separado».
La mayoría de los transformadores aumentan o disminuyen la tensión, pero los transformadores de aislamiento no lo hacen; simplemente desacoplan el devanado primario del secundario.
Algunos aspectos básicos
El devanado del transformador conectado a la fuente de tensión es el «primario». El devanado del transformador conectado a la carga es el «secundario».
La tensión que puede inducirse en el devanado secundario a partir del campo magnético primario es una función del número de espiras (vueltas) del conductor secundario cortadas por el campo electromagnético primario. La tensión en el lado primario es la «tensión de línea primaria» mientras que la tensión en el lado secundario es la «tensión de línea secundaria».
Los transformadores se clasifican en kilovoltios-amperios (kVA), donde 1kVA = 1.000 voltios-amperios (VA).
Transformadores conectados en triángulo y en estrella
Los transformadores conectados en triángulo tienen tres devanados conectados de extremo a extremo. Los conductores de línea se conectan a cada punto donde se unen dos devanados. Este sistema se llama «Delta» porque cuando se dibuja parece un triángulo (el símbolo griego Delta para la letra D). En un transformador delta/triángulo, tanto el devanado primario como el secundario están conectados en triángulo (Fig. 1).
Fig. 1. Los transformadores conectados en triángulo tienen tres devanados conectados de extremo a extremo entre sí.
Cuando trabaje con transformadores en triángulo, no se olvide de la «pata alta» (véase la barra lateral más adelante).
Los transformadores conectados en estrella tienen un cable de cada uno de los tres devanados conectado a un punto común. Los otros conductores de cada uno de los devanados se conectan a los conductores de línea. Un secundario configurado en estrella suele representarse con una disposición de los devanados en forma de Y (Fig. 2)
Fig. 2. Los transformadores conectados en estrella tienen un conductor de cada uno de los tres devanados conectado a un punto común.
Corrientes de línea
Se puede calcular la corriente de línea de un transformador utilizando la fórmula apropiada para sistemas monofásicos o trifásicos:
Singular: I = VA ÷ E
Tres fases: I = VA ÷ (E × 1,732)
Protección contra la sobreintensidad
Para proteger los devanados de un transformador contra la sobreintensidad, utilice los porcentajes indicados en la tabla 450.3(B) y sus notas aplicables.
La sección 450.3(B) cubre la protección de los devanados del transformador, no de los conductores que alimentan o salen del transformador.
Para corrientes de 9A o más, se aplica la Sec. 450.3(B), Nota 1. Cuando el 125% de la corriente primaria no corresponde a un fusible estándar o a un disyuntor no ajustable, se puede utilizar el siguiente valor nominal del dispositivo de protección de sobreintensidad (OCPD), como se indica en la Sec. 240.6(A).
Protección de sobreintensidad primaria, ejemplo de menos de 9A
Pregunta: ¿Cuál es la capacidad máxima de OCPD primaria para un transformador de 2kVA con carga continua, monofásico y de 240V?
Corriente primaria = (Capacidad VA del transformador) ÷ (Tensión primaria)
Corriente primaria = 2.000VA ÷ 240V
Corriente primaria = 8.33A
Protección del primario = (Corriente del primario) × (Tabla 450.3(B) Porcentaje)
Protección del primario = 8,33A × 167%
Protección del primario = 13,92A
Protección de sobrecorriente del primario superior a 9A ejemplo
Pregunta: ¿Cuál es el valor máximo de la OCPD primaria para un transformador de 45kVA con carga continua, trifásico y de 480V (Fig. 3)?
Fig. 3. A continuación se muestra cómo calcular la clasificación OCPD para un transformador cuando la corriente primaria es inferior a 9A.
Corriente primaria = Clasificación VA del transformador ÷ (Tensión primaria × 1,732)
Corriente primaria = 45.000VA ÷ (480V × 1.732)
Corriente primaria = 54A
Protección primaria = (Corriente primaria) × (Tabla 450.3(B) Porcentaje)
Protección primaria = 54A × 125%
Protección primaria = 68A
Por lo tanto, utilice un OCPD de 70A en esta situación.
Dimensionamiento de los conductores primarios
Dimensione los conductores primarios al menos al 125% de las cargas continuas, más el 100% de las cargas no continuas, basándose en las ampacidades nominales de la temperatura de los terminales como se indica en la Tabla 310.15(B)(16), antes de cualquier ajuste de ampacidad .
Proteja los conductores contra la sobrecorriente según su ampacidad después del ajuste de ampacidad, como se especifica en la Sec. 310.15 . Puede utilizar la siguiente clasificación estándar de OCPD (por encima de la ampacidad de los conductores que se están protegiendo) si la clasificación de OCPD no supera los 800A .
Ejemplo de dimensionamiento del conductor primario
Pregunta: ¿Qué tamaño de conductor primario se puede utilizar para un transformador de 45kVA con carga continua, trifásico y de 480V, donde el OCPD primario está dimensionado a 70A?
Paso 1: Dimensionar el conductor primario al 125% del valor nominal de la corriente primaria.
I = 45.000VA ÷ (480V × 1,732) = 54A
54A × 1,25 = 68A
Un conductor de 4 AWG tiene un valor nominal de 70A a 60°C .
Paso 2: Verificar que los conductores están protegidos según sus ampacidades .
Un conductor 4 AWG con capacidad de 70A a 60°C puede ser protegido por un OCPD primario de 70A.
Dimensionamiento del conductor secundario
La ampacidad del conductor secundario debe ser al menos igual a la capacidad del dispositivo alimentado por los conductores secundarios o el OCPD en la terminación de los conductores secundarios . Suponga que los conductores secundarios van a transportar toda la capacidad del transformador de forma continua.
Paso 1: Determine la capacidad del dispositivo alimentado por los conductores secundarios al 125% de la capacidad secundaria.
Paso 2: Dimensione los conductores secundarios para que tengan una ampacidad de al menos la capacidad del dispositivo alimentado por los conductores secundarios.
Ejemplo de dimensionamiento de conductores secundarios Pregunta: ¿Qué tamaño de conductor secundario puede utilizarse para un transformador de 45kVA de carga continua, trifásico, de 480V-120/208V?
Paso 1: Determinar la capacidad de corriente del secundario.
Corriente secundaria = VA del transformador ÷ (Tensión secundaria × 1,732)
I = 45.000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Paso 2: Dimensionar el OCPD secundario para carga continua (125% de la corriente nominal secundaria) .
125A × 1,25 = 156A
Por lo tanto, utilice un OCPD de 175A en esta situación.
Paso 3: Dimensione el conductor secundario para que tenga una ampacidad de al menos el OCPD secundario de 175A (Paso 2) .
Utilice un cable 2/0 AWG de 175A a 75°C.
Puesta a tierra y conexión
Un puente de conexión del sistema, dimensionado según la sección 250.102(C) en función del área de los conductores secundarios, debe instalarse en el mismo lugar en el que el conductor del electrodo de puesta a tierra termina en el punto neutro de un transformador.
Un conductor de electrodo de puesta a tierra debe conectar el punto neutro de un sistema derivado por separado a un electrodo de puesta a tierra de un tipo identificado en la Sec. 250.30(A)(4). Dimensione el conductor del electrodo de puesta a tierra según la Sec. 250.66, basándose en el área del conductor secundario no conectado a tierra.
Evitar errores
Un error de cálculo puede tener resultados trágicos. Entonces, ¿cómo puede reducir las posibilidades de error en sus cálculos de transformadores?
La matemática involucrada no es particularmente desafiante, pero si selecciona la fórmula incorrecta, sus resultados serán erróneos incluso si su matemática es correcta. Estos cuatro sencillos pasos le ayudarán a seleccionar la fórmula correcta para una aplicación determinada:
1. Compruebe dos veces el valor nominal en VA.
2. Identifique las tensiones primarias y secundarias, y si son monofásicas o trifásicas.
3. Compruebe dos veces la caracterización de la carga y los cálculos.
4. Compruebe que ha utilizado las fórmulas correctas. He aquí un consejo para ayudarle a hacerlo sin que se le nublen los ojos: Haga referencia a las fórmulas incorrectas. Por ejemplo, estás trabajando en un sistema monofásico. Mira la fórmula de uno trifásico. ¿Es ésta la que has utilizado? Si no es así, genial. Pasa al siguiente punto y utiliza un proceso similar.
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