Cómo leer la placa de características de un transformador: kVA, tensión, impedancia y conexiones

Resumen rápido

• Anota la identificación del equipo, los kVA y las condiciones de refrigeración, así como las tensiones nominales, el número de fases y la frecuencia, indicando sus unidades originales.
• Anota el rango de derivación, el grupo de conexión y el porcentaje de impedancia. Comprueba la derivación instalada y la base de prueba en los registros correspondientes del equipo.
• Para solicitar un recambio o un presupuesto, compruebe los terminales, el ajuste físico y las condiciones del emplazamiento comparándolos con los planos y el informe de pruebas.

La placa de características de un transformador es un documento técnico conciso. En ella se indican la potencia nominal, las relaciones de tensión, la configuración de los devanados y la impedancia declarada de una unidad concreta. La documentación complementaria permite determinar si un valor indicado es nominal, garantizado o el valor obtenido en las pruebas. Leerla correctamente es el primer paso para elaborar un pliego de condiciones de sustitución o una solicitud de presupuesto, ya que cada campo de la placa tiene un significado preciso que difiere de lo que indican los medidores en servicio o de lo que describen los planos sobre las interfaces físicas. Este artículo repasa cada uno de los principales grupos de campos utilizando un ejemplo didáctico claramente marcado y, a continuación, recopila esas lecturas en una lista de comprobación para copiar y verificar.

Empieza por el bloque de identidad y valoración

Antes de interpretar cualquier valor, determina qué es lo que tienes realmente. La placa de características está fijada físicamente a la carcasa del transformador; normalmente está grabada o estampada en una placa metálica montada en la pared del depósito o en el panel de la carcasa. Si se puede acceder a la placa dadas las condiciones del emplazamiento, empieza por fotografiarla con buena iluminación y anota todos los campos visibles en una tabla o formulario. Mantén dos columnas separadas: valores legibles confirmados y valores ilegibles o que faltan. No intentes adivinar los caracteres desgastados. Un dígito erróneo en la tensión nominal o en el número de serie puede invalidar todo el proceso de sustitución.

Los campos que hay que copiar en la primera pasada son:

• Nombre y ubicación del fabricante — identifica al fabricante y ayuda a localizar los registros correspondientes; la norma aplicable debe consultarse por separado
• Designación del modelo o tipo — ayuda a localizar el juego de planos de diseño correspondiente y la documentación de apoyo
• Número de serie — identifica la unidad al cotejar los registros de fábrica; comprueba que cualquier informe recuperado se refiera al mismo equipo
• kVA nominal y clase de refrigeración — la capacidad en las condiciones de refrigeración indicadas
• Tensiones nominales, fases y frecuencia — los requisitos de la interfaz eléctrica
• Grupo vectorial / código de conexión — la disposición de los devanados y el desfase
• Impedancia porcentual — el valor de impedancia indicado; comprueba la prueba o la base de especificación correspondiente
• Gama de grifos — la gama de relaciones nominales disponibles en esta unidad
• Tipo de carcasa o índice de protección IP — la clase de protección física

El ejemplo ilustrativo que se utiliza a lo largo de este artículo es una unidad de tipo seco con los siguientes datos de la placa de características. Estos valores definen el ejemplo ilustrativo y no se refieren a un modelo concreto suministrado:

Hay dos distinciones que hay que tener en cuenta de inmediato. En primer lugar, la potencia nominal de 500 kVA indica la capacidad de potencia aparente en las condiciones de funcionamiento especificadas, incluida la refrigeración; no es lo mismo que la demanda medida que consume su carga actual. Una demanda medida de 420 kVA es numéricamente inferior a 500 kVA, pero esa simple comparación no determina la idoneidad ni la capacidad de sustitución. Aún es necesario revisar el historial de carga, la carga por fase, la forma de onda, el crecimiento, el servicio de arranque y las condiciones de refrigeración del emplazamiento. En segundo lugar, la designación de refrigeración «AN» indica refrigeración por aire natural. La potencia nominal en kVA es inseparable de esa condición de refrigeración. Algunos diseños de tipo seco tienen una potencia nominal separada para aire forzado. Anote esa potencia nominal solo si el fabricante la especifica realmente con los ventiladores, controles y condiciones de funcionamiento requeridos; el mero hecho de añadir ventiladores no establece una capacidad adicional. La tensión, los kVA y la potencia térmica describen diferentes aspectos de la misma unidad; para confirmar los kVA es necesario conocer las condiciones de funcionamiento indicadas.

Los fundamentos de Eaton explica qué son los kVA y el aumento de temperatura, y Documento sobre los transformadores de tipo seco de Schneider Electric muestra una calificación «AN» para su serie de ejemplos.

Tensión nominal, frecuencia y número de fases

Las dos tensiones nominales indican la relación de tensión prevista en el devanado a la frecuencia y en la toma especificadas. No garantizan la tensión exacta en los terminales en todas las condiciones de carga: las condiciones de alimentación y la caída de tensión interna también influyen. En el ejemplo didáctico, tanto los 11 kV como los 400 V son valores de línea a línea en una unidad trifásica. Para el devanado de baja tensión del ejemplo, conectado en estrella equilibrada con el neutro sacado al exterior, 400 V ÷ √3 ≈ 231 V da como resultado la tensión fase-neutro. La tensión nominal indicada de 400 V es de línea a línea; no se puede dar por sentado que exista un neutro ni que se mantenga esa relación en todas las conexiones de devanado. Anote ambas tensiones tal y como aparecen impresas, sin convertirlas, y luego indique la base de medición por separado.

La frecuencia y el número de fases son campos independientes que hay que copiar. La frecuencia influye en la relación voltios por hercio, en el flujo magnético y en el comportamiento de la impedancia. Por lo tanto, una indicación de 50 Hz es un elemento de especificación independiente de 500 kVA. Si la frecuencia de alimentación propuesta difiere, solicite al fabricante los datos de características técnicas o la confirmación de idoneidad para esa tensión y frecuencia; la mera coincidencia entre kVA y tensión no determina por sí sola el régimen de funcionamiento permitido.

Comprueba el rango de toma de alta tensión y la posición de la toma instalada

El rango de tomas indicado como ±2 × 2.5% significa dos pasos a cada lado de la tensión nominal, siendo cada paso el 2.5% de la tensión nominal. Aplicado al devanado de alta tensión nominal de 11 kV del ejemplo ilustrativo, esto da lugar a cinco posiciones de toma nominales discretas:

Cada nivel de toma ilustrado define una relación de tensión nominal para el devanado de alta tensión. Los identificadores de posición real deben proceder de la propia ficha técnica de la unidad. En la toma nominal de 11.55 kV, hay más espiras de alta tensión en circuito; al aplicar esa tensión nominal de alta tensión se obtienen aproximadamente 400 V en el modelo de relación en vacío. En el nivel de toma de 10.45 kV, hay menos espiras de alta tensión en el circuito y la tensión nominal correspondiente vuelve a dar aproximadamente 400 V. La tensión real en carga también depende de las condiciones de alimentación y de carga. Las tomas modifican la relación de espiras efectiva, lo que permite al transformador compensar una tensión de alimentación que se sitúe por encima o por debajo de la nominal.

Schneider Electric explica el efecto de la relación de tensión de las tomas para sus equipos de baja tensión.

La distinción fundamental radica entre el rango impreso y la posición instalada. La placa de características indica qué posiciones de toma existen. No indica en qué posición se encuentra actualmente el transformador, ni puede indicar cuál es la tensión de alimentación real en ese emplazamiento. Para conocer la posición de toma instalada, es necesario consultar el informe de puesta en servicio o el registro de funcionamiento. Para saber si esa posición sigue siendo adecuada, es necesario realizar una medición actual de la tensión de alimentación real. En caso de sustitución o solicitud de presupuesto, se debe copiar el rango completo de tomas de la placa y, a continuación, verificar la posición instalada a partir de los registros de la instalación y del esquema o plano de bornes, y no basándose únicamente en la placa de características.

El tipo de conmutador de tomas no indica el modo de funcionamiento permitido. Un conmutador de tomas fuera de tensión requiere que el equipo se aísle y se desconecte de tensión siguiendo el procedimiento aplicable; un conmutador de tomas en carga es un mecanismo diferente, diseñado para su función específica de conmutación bajo tensión. Consulte la designación real del dispositivo y la documentación de funcionamiento. La placa de características indica las relaciones disponibles, no constituye una instrucción para cambiar las tomas.

Cómo leer un grupo vectorial Dyn11

El código de grupo vectorial Dyn11 es una etiqueta compacta de cuatro elementos que describe la disposición de los devanados, el terminal neutro y el desfase entre las tensiones de alta y baja tensión. Cada elemento tiene un significado específico y el uso de mayúsculas y minúsculas es intencionado:

La letra D mayúscula indica que el devanado de alta tensión (AT) está conectado en triángulo. La letra y minúscula indica que el devanado de baja tensión (BT) está conectado en estrella. La letra n indica que el punto de estrella de BT se lleva a un terminal neutro; el esquema de instalación establece cómo se utiliza ese terminal. El número 11 representa el desfase según la convención habitual del reloj: con el fasor de referencia de alta tensión a las doce en punto, el de baja tensión apunta a las once en punto, lo que supone un adelanto de 30°. Esa referencia no implica que un devanado de alta tensión en triángulo tenga un terminal neutro físico.

El código de conexión indica la topología del devanado y la relación de ángulos de fase. Lo que no establece por sí solo es la secuencia física de los terminales de alta y baja tensión, la disposición real de la puesta a tierra en el lugar de instalación, ni si esta unidad puede funcionar en paralelo con otro transformador. El funcionamiento en paralelo requiere una relación de fases, relaciones de tensión y características de impedancia compatibles, junto con el reparto de carga y la protección previstos. Para confirmar la compatibilidad también se necesitan los diagramas de terminales reales y la disposición de puesta a tierra del emplazamiento. Estos datos complementan la placa de características; un código por sí solo no autoriza el funcionamiento en paralelo.

Manual de distribución de ABB explica el uso de mayúsculas y minúsculas, la notación neutra y la convención del reloj.

Qué significa una impedancia del transformador del6%

La impedancia porcentual se define utilizando una prueba de cortocircuito como referencia; en la placa de características o en las especificaciones puede figurar un valor declarado que debe compararse con el resultado correspondiente de la prueba. Durante la prueba de cortocircuito en fábrica, se pone en cortocircuito un devanado y se aplica tensión al otro. La tensión aplicada se aumenta desde cero hasta que la corriente circulante alcanza el valor nominal de ese devanado. El porcentaje de impedancia es la relación entre esa tensión aplicada y la tensión nominal total del devanado alimentado, expresada en porcentaje. En el ejemplo ilustrativo, un 6% significa que se requiere el 6% de la tensión nominal aplicable para producir la corriente nominal según la base de ensayo de cortocircuito definida; no se alega ningún registro de ensayo real para la placa de muestra.

Lea el valor Z del 6% con la frecuencia, la temperatura de referencia, la base de clasificación, la toma y el par de devanados indicados. Esto no garantiza que se produzca una caída de tensión de funcionamiento del 6% bajo carga. La regulación real de la tensión en condiciones de carga reales depende del factor de potencia de la carga y de los componentes resistivos y reactivos de la impedancia, que deben obtenerse de los datos adecuados del fabricante o de ensayos cuando el estudio los requiera. La cifra del 6% por sí sola no determina la corriente de fallo real disponible. Una estimación simplificada basada únicamente en el transformador supone una fuente aguas arriba suficientemente rígida; un cálculo real del sistema debe evaluar esa suposición. El cálculo de la corriente de fallo a nivel del sistema depende de la impedancia del transformador, de la impedancia de la fuente procedente de la red situada detrás de los terminales de alta tensión y de las impedancias de los cables del circuito.

Si utilizas el valor de impedancia porcentual para un estudio de protección o una comprobación de funcionamiento en paralelo, debes hacer coincidir dicho valor con el número de serie específico y con las condiciones de referencia (temperatura y frecuencia) en las que se midió. Comprueba esos detalles en el informe de correspondencia y en las especificaciones, incluida cualquier corrección respecto a la temperatura de referencia. No des por sentado que todos los valores de la placa de características están redondeados ni que todos los informes utilizan la misma base, toma o condición de referencia.

Guía de distribución de Eaton explica el papel que desempeñan el transformador y la impedancia de la fuente en un estudio de fallos.

Convierte la placa de identificación en una lista de comprobación para la sustitución

La información que figura en la placa de características es un punto de partida, no una especificación completa. La tabla siguiente muestra qué campos se pueden copiar directamente de la placa y cuáles requieren un documento aparte o una comprobación in situ antes de considerar que dos transformadores son intercambiables.

El traspaso práctico para una sustitución o una solicitud de presupuesto (RFQ) se basa en tres documentos, además de la información que figura en la placa de características: el esquema y el plano de disposición general (que indican las dimensiones físicas, el peso y las posiciones de entrada de los cables, junto con las distancias de seguridad requeridas en los planos correspondientes o en las instrucciones de instalación), el diagrama de terminales o conexiones (que muestra la disposición física de los terminales, la convención de etiquetado y la conexión del neutro), y el informe de pruebas de fábrica identificado por el número de serie (que indica las pruebas realmente realizadas, sus resultados y la base en la que se fundamentan; la evidencia del aumento de temperatura puede figurar en un informe independiente en lugar de formar parte de cada registro rutinario). Estos tres documentos, junto con la confirmación de la tensión de alimentación real y la posición de la toma instalada, completan el panorama que la placa de características por sí sola no puede ofrecer.

Si un recambio propuesto difiere en cualquier campo de la placa de características —kVA, clase de refrigeración, tolerancia de impedancia, grupo vectorial o rango de tomas diferentes—, dicha diferencia requiere una evaluación técnica antes de que las unidades puedan considerarse intercambiables. Una placa de características coincidente es prueba de una intención de diseño similar; sin embargo, por sí sola no confirma que el recambio vaya a funcionar de forma idéntica en el contexto específico de la instalación y del sistema.

Guía de instalación de Schneider Electric muestra cómo los planos y las especificaciones de la obra complementan la placa.

Para obtener información adicional sobre los tipos de transformadores y los aspectos a tener en cuenta a la hora de dimensionarlos, consulte el gama de transformadores, el Serie de transformadores de tipo seco, el Serie de transformadores sumergidos en aceite, el Artículo sobre el dimensionamiento de transformadores para proyectos de ampliación de fábricas, y la explicación de ¿Por qué la potencia nominal de los transformadores se expresa en kVA en lugar de en kW?.

Preguntas frecuentes

¿Qué debo hacer si faltan datos en la placa de identificación o si estos son ilegibles?

Regístralos como «desconocidos». Utiliza el modelo visible, el número de serie o la etiqueta de identificación del equipo para buscar los registros correspondientes del fabricante. Confirma que los documentos se refieran a la misma unidad antes de incluir la potencia nominal en la solicitud de presupuesto.

¿El porcentaje de impedancia indicado me indica la caída de tensión real bajo carga?

No. Se basa en las condiciones de la prueba de cortocircuito. En condiciones de funcionamiento, la corriente de carga, el factor de potencia y la resistencia y reactancia del transformador influyen en la variación de tensión. Consulte los datos pertinentes cuando el proyecto requiera una estimación de la caída de tensión.

¿Se indica en la placa qué grifo está en uso?

La placa puede indicar los valores nominales de las tomas disponibles. Utiliza la configuración actual de la unidad o los registros de funcionamiento para confirmar el ajuste que se está utilizando.

¿Basta con que coincidan los kVA y la tensión para confirmar que hay que sustituir el transformador?

No. Comprueba también la fase, la frecuencia, las conexiones, la impedancia, el rango de tomas, la refrigeración y el ajuste físico. Compara el equipo propuesto con los planos reales del sistema y los requisitos de la instalación antes de aceptar la sustitución.