Operación en paralelo de transformadores

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La operación en paralelo de transformadores es una técnica muy utilizada en la industria eléctrica para aumentar la capacidad de suministro de energía eléctrica. La idea básica es conectar dos o más transformadores en paralelo para compartir la carga y así obtener una capacidad mayor que la que cada transformador podría proporcionar de forma individual.

En esta operación, es importante que los transformadores estén diseñados y construidos para trabajar en paralelo y que se hayan tomado las medidas necesarias para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente. Además, se deben tener en cuenta aspectos como la distribución de la carga entre los transformadores, la compensación de las corrientes de magnetización y la protección adecuada para prevenir fallas en los equipos.

En esta presentación, se abordarán los aspectos más relevantes de la operación en paralelo de transformadores, desde su principio de funcionamiento hasta los factores que influyen en su eficiencia y seguridad. También se analizarán los diferentes tipos de transformadores que pueden ser utilizados en paralelo y se mostrarán ejemplos prácticos de su aplicación en situaciones reales.

Principios básicos de operación en paralelo de transformadores

Los transformadores son dispositivos utilizados para elevar o disminuir el voltaje de una corriente eléctrica. Cuando se necesita abastecer una carga mayor que la que puede suministrar un solo transformador, se hace necesario operar en paralelo dos o más transformadores.

Principios básicos a considerar para la operación en paralelo de transformadores:

  • Mismas características nominales: Los transformadores que se van a operar en paralelo deben tener la misma potencia nominal, la misma relación de transformación y la misma frecuencia de operación.
  • Conexión en fase: La conexión en paralelo se debe realizar en fase, es decir, la polaridad de los transformadores debe ser la misma.
  • Control de la corriente: Se debe realizar un control de la corriente de cortocircuito para evitar sobrecalentamiento y daño en los transformadores.
  • Protección adecuada: Es necesario contar con dispositivos de protección adecuados para cada transformador que se opera en paralelo.

Además de los principios básicos anteriores, es importante tener en cuenta algunos factores adicionales:

  • Desviaciones de voltaje: Si los transformadores no tienen exactamente la misma relación de voltaje, pueden producirse desviaciones en el voltaje de salida.
  • Desigualdad de carga: Si uno de los transformadores recibe más carga que otro, se puede producir un desequilibrio en la distribución de la carga, lo que puede provocar una sobrecarga en el transformador más cargado.
  • Impedancias diferentes: Si las impedancias de los transformadores son diferentes, puede producirse un flujo de corriente entre ellos, lo que puede provocar sobrecalentamiento y daño en los transformadores.

Requisitos para operación en paralelo

Cuando se trata de conectar transformadores en paralelo, es importante asegurarse de que se cumplan ciertos requisitos para garantizar una operación segura y eficiente. Aquí están los principales requisitos:

1. Relación de voltaje

Los transformadores que se van a conectar en paralelo deben tener la misma relación de voltaje. De lo contrario, uno de ellos se sobrecargaría y podría causar daños tanto al transformador como al sistema eléctrico. Por lo tanto, antes de conectarlos, es necesario verificar que la relación de voltaje sea la misma. Esto se puede hacer mediante la inspección visual del transformador o mediante la lectura del voltaje nominal en la placa de identificación.

2. Impedancia

Cada transformador tiene una impedancia propia que afecta a la corriente que fluye a través de él. Cuando se conectan en paralelo, la impedancia de cada transformador afecta a la corriente a través de los demás transformadores. Por lo tanto, es importante asegurarse de que la impedancia de los transformadores sea la misma o lo más cercana posible. Esto ayudará a garantizar que la corriente se distribuya uniformemente entre los transformadores y evitará que uno de ellos se sobrecargue.

3. Fase

Los transformadores que se conectan en paralelo deben estar en fase entre sí. Esto significa que la polaridad de los transformadores y la secuencia de fase deben ser las mismas. De lo contrario, la corriente fluye a través de los transformadores en direcciones opuestas, lo que puede causar sobrecargas y daños a los transformadores y al sistema eléctrico. Antes de conectar los transformadores, es importante verificar la fase y polaridad de cada uno de ellos.

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4. Potencia nominal

Los transformadores que se conectan en paralelo deben tener la misma potencia nominal. Si un transformador tiene una potencia nominal mayor que otro, puede sobrecargarse y dañarse. Por lo tanto, antes de conectarlos, es necesario verificar que la potencia nominal sea la misma. Esto se puede hacer mediante la inspección visual del transformador o mediante la lectura de la potencia nominal en la placa de identificación.

5. Refrigeración

Los transformadores que se conectan en paralelo deben tener un sistema de refrigeración adecuado para disipar el calor generado por la carga. Si un transformador se sobrecalienta, puede dañarse y causar daños en el sistema eléctrico. Por lo tanto, antes de conectar los transformadores, es importante verificar que el sistema de refrigeración sea adecuado y que se pueda manejar la carga esperada.

6. Protección

Los transformadores que se conectan en paralelo deben tener sistemas de protección adecuados para garantizar una operación segura y confiable. Esto incluye sistemas de protección contra sobrecarga, cortocircuitos y fallas de aislamiento. Antes de conectar los transformadores, es importante verificar que los sistemas de protección sean adecuados y que estén configurados correctamente.

Al cumplir con estos requisitos, se puede garantizar una operación segura y eficiente de los transformadores conectados en paralelo. Esto ayudará a evitar daños tanto a los transformadores como al sistema eléctrico y garantizará una distribución uniforme de la carga entre ellos.

Ventajas y desventajas

Operación en paralelo de transformadores

Cuando se requiere aumentar la capacidad de suministro de energía eléctrica, una de las opciones es la Operación en paralelo de transformadores. Esto consiste en conectar dos o más transformadores en paralelo para que compartan la carga eléctrica.

Ventajas

1. Mayor capacidad de suministro: Al conectar varios transformadores en paralelo, se puede aumentar la capacidad de suministro de energía eléctrica.

2. Reducción de costos: En lugar de adquirir un transformador de mayor capacidad, se pueden utilizar varios transformadores más pequeños y conectarlos en paralelo, lo que puede ser más económico.

3. Mayor flexibilidad: Al tener varios transformadores en paralelo, se puede realizar mantenimiento o reparaciones en uno de ellos sin tener que detener todo el sistema.

4. Reducción de pérdidas: Si se utilizan transformadores más pequeños en lugar de uno grande, las pérdidas en el sistema se pueden reducir.

Desventajas

1. Problemas de sincronización: Al conectar varios transformadores en paralelo, es importante que estén sincronizados para evitar problemas de desequilibrio en la carga eléctrica.

2. Problemas de voltaje: Si los transformadores no están diseñados para trabajar en paralelo, puede haber problemas de voltaje en el sistema.

3. Problemas de corriente de cortocircuito: Si no se toman las medidas adecuadas, puede haber problemas de corriente de cortocircuito en el sistema.

4. Mayor complejidad en el control y la protección: Al tener varios transformadores en paralelo, es necesario contar con un sistema de control y protección adecuado y complejo para garantizar el correcto funcionamiento del sistema.

Factores que influyen en la operación en paralelo

La operación en paralelo de transformadores es una práctica común en la industria eléctrica, ya que permite aumentar la capacidad de suministro de energía y mejorar la eficiencia del sistema. Sin embargo, para lograr una operación en paralelo exitosa, es importante tener en cuenta diversos factores que pueden influir en su funcionamiento. A continuación, se presentan algunos de los más relevantes:

Frecuencia

La frecuencia es uno de los factores más importantes a considerar en la operación en paralelo, ya que los transformadores deben estar diseñados para trabajar a la misma frecuencia. Si los transformadores tienen frecuencias diferentes, pueden surgir problemas de desequilibrio de carga, lo que puede provocar sobrecalentamiento y fallos en el sistema. Es importante que los transformadores tengan la misma frecuencia nominal y que estén sincronizados adecuadamente antes de conectarlos en paralelo.

Tensión

La tensión es otro factor importante a considerar en la operación en paralelo, ya que los transformadores deben tener la misma relación de transformación y la misma tensión nominal. Si los transformadores tienen tensiones diferentes, puede haber un flujo de corriente no deseado y una sobrecarga en el sistema. Es importante que se realice una adecuada configuración de la tensión antes de conectar los transformadores en paralelo.

Impedancia

La impedancia es un factor crítico en la operación en paralelo, ya que puede causar una distribución desigual de la carga entre los transformadores. Si un transformador tiene una impedancia mayor que otro, la carga se distribuirá de manera desigual, lo que puede provocar sobrecalentamiento y fallos en el sistema. Es importante que se realice una adecuada configuración de la impedancia antes de conectar los transformadores en paralelo.

Control de la potencia reactiva

El control de la potencia reactiva es esencial en la operación en paralelo, ya que los transformadores pueden generar corrientes circulantes que pueden provocar sobrecalentamiento y fallos en el sistema. Es importante que se utilicen dispositivos de control de la potencia reactiva, como los capacitores, para minimizar el flujo de corriente no deseado.

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Protecciones y sistemas de control

Es esencial contar con sistemas de protección y control adecuados para garantizar una operación en paralelo segura y eficiente. Los sistemas de protección deben ser capaces de detectar y aislar las fallas en el sistema, mientras que los sistemas de control deben ser capaces de garantizar una distribución equilibrada de carga entre los transformadores.

Ejemplo:

Supongamos que se tienen dos transformadores con las siguientes especificaciones:

Transformador 1:

  • Tensión nominal: 220 V
  • Frecuencia nominal: 60 Hz
  • Relación de transformación: 2:1
  • Impedancia: 5%

Transformador 2:

  • Tensión nominal: 220 V
  • Frecuencia nominal: 60 Hz
  • Relación de transformación: 2:1
  • Impedancia: 3%

Antes de conectar los transformadores en paralelo, es importante que se realice una adecuada configuración de la tensión y la impedancia. En este caso, se debería utilizar un transformador de ajuste de tensión para garantizar que la tensión sea la misma en ambos transformadores. Además, se debería ajustar la impedancia del transformador 1 para que sea la misma que la del transformador 2. De esta manera, se garantizaría una operación en paralelo segura y eficiente.

Instalación, puesta en servicio y mantenimiento

La instalación, puesta en servicio y mantenimiento de transformadores es crucial para garantizar un correcto funcionamiento de los mismos y evitar posibles fallas o accidentes.

Instalación

La instalación debe realizarse siguiendo las instrucciones del fabricante y las normativas de seguridad. Es importante tener en cuenta los siguientes aspectos:

  • Ubicación: el transformador debe colocarse en un lugar protegido de la intemperie y de posibles impactos.
  • Soporte: se debe utilizar un soporte adecuado para el peso y las dimensiones del transformador.
  • Conexiones: las conexiones del transformador deben realizarse de forma segura y siguiendo las indicaciones del fabricante.
  • Enchufes y cables: se deben utilizar enchufes y cables de calidad y dimensiones adecuadas para el transformador.

Puesta en servicio

La puesta en servicio debe realizarse con precaución y siguiendo las instrucciones del fabricante. Se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

  • Verificación: antes de poner en marcha el transformador, se deben verificar todas las conexiones y componentes.
  • Pruebas: se deben realizar pruebas de funcionamiento y medición de parámetros eléctricos para asegurarse de que el transformador está funcionando correctamente.
  • Protecciones: se deben comprobar que las protecciones del transformador están activas y funcionando correctamente.

Mantenimiento

El mantenimiento periódico del transformador es fundamental para garantizar su buen funcionamiento y prolongar su vida útil. Se deben realizar las siguientes actividades:

  • Limpieza: se deben limpiar regularmente las superficies del transformador para evitar acumulación de polvo y suciedad que puedan afectar su funcionamiento.
  • Revisión de conexiones: se deben revisar periódicamente las conexiones para asegurarse de que están en buen estado y sin problemas de oxidación o corrosión.
  • Cambio de aceite: el aceite del transformador debe cambiarse según las indicaciones del fabricante y siguiendo las normativas de seguridad.
  • Pruebas eléctricas: se deben realizar pruebas eléctricas periódicas para comprobar que el transformador sigue funcionando correctamente.

Problemas que se pueden presentar

La operación en paralelo de transformadores es una técnica comúnmente utilizada para aumentar la capacidad de suministro de energía eléctrica en una red. Sin embargo, esta práctica puede presentar algunos problemas que es importante conocer para evitar posibles fallos en el sistema.

1. Desequilibrio de corriente

Cuando se conectan transformadores en paralelo, es posible que se produzca un desequilibrio en la distribución de la corriente eléctrica. Esto puede ocurrir si los transformadores tienen diferentes impedancias o si la carga no está equilibrada entre ellos. En este caso, es necesario utilizar dispositivos de control para equilibrar la corriente y evitar sobrecargas en alguno de los transformadores.

2. Pérdidas de energía

Al conectar transformadores en paralelo, es posible que se produzcan pérdidas de energía debido a la circulación de corrientes parásitas entre ellos. Esto puede provocar un aumento de la temperatura en los transformadores y una disminución de su eficiencia energética. Para evitar este problema, es necesario asegurarse de que los transformadores estén diseñados para trabajar en paralelo y que se utilicen conductores de alta calidad para conectarlos.

3. Problemas de sincronización

En algunos casos, los transformadores pueden presentar problemas de sincronización cuando se conectan en paralelo. Esto se debe a que cada transformador tiene una frecuencia de operación ligeramente diferente, lo que puede provocar interferencias en la red eléctrica. Para evitar este problema, es necesario utilizar dispositivos de sincronización para ajustar la frecuencia de los transformadores.

4. Problemas de protección

La operación en paralelo de transformadores puede presentar problemas de protección si uno de los transformadores sufre una falla. En este caso, es necesario contar con dispositivos de protección que permitan desconectar rápidamente el transformador dañado sin afectar el funcionamiento del resto de la red. Además, es importante realizar pruebas periódicas para detectar posibles fallas en los transformadores y prevenir accidentes.

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5. Problemas de control de voltaje

En algunos casos, la operación en paralelo de transformadores puede provocar problemas de control de voltaje en la red eléctrica. Esto puede ocurrir si los transformadores tienen diferentes relaciones de transformación o si la carga no está equilibrada entre ellos. En este caso, es necesario utilizar dispositivos de control de voltaje para mantener la estabilidad del sistema.

Es fundamental contar con dispositivos de control y protección adecuados y realizar pruebas periódicas para detectar posibles fallas.

Normativa aplicable

En la operación en paralelo de transformadores es importante conocer la normativa aplicable para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento del sistema eléctrico. A continuación, se detallan algunas de las normas más relevantes:

Normas internacionales

  • IEC 60076-1: Transformadores de potencia – Parte 1: Generalidades
  • IEC 60076-5: Transformadores de potencia – Parte 5: Ensayos
  • IEC 61378-1: Convertidores de potencia estáticos – Parte 1: Requisitos generales

Normas nacionales

  • UNE-EN 50588-1: Transformadores de potencia – Requisitos y métodos de ensayo – Parte 1: Requisitos generales
  • IEC 60364-5-52: Instalaciones eléctricas de baja tensión – Parte 5-52: Selección y montaje de equipos eléctricos – Transformadores y reactancias
  • RD 337/2014: Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en instalaciones eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias (ITC)

Es importante destacar que cada país puede tener su propia normativa nacional, por lo que es necesario consultar las normas específicas del lugar donde se vayan a operar los transformadores. Además, también es importante seguir las recomendaciones del fabricante de los transformadores, ya que pueden existir especificaciones particulares en cada caso.

Normativa aplicable

En la operación en paralelo de transformadores es importante conocer la normativa aplicable para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento del sistema eléctrico. A continuación, se detallan algunas de las normas más relevantes:

Normas internacionales

  • IEC 60076-1: Transformadores de potencia – Parte 1: Generalidades
  • IEC 60076-5: Transformadores de potencia – Parte 5: Ensayos
  • IEC 61378-1: Convertidores de potencia estáticos – Parte 1: Requisitos generales

Normas nacionales

  • UNE-EN 50588-1: Transformadores de potencia – Requisitos y métodos de ensayo – Parte 1: Requisitos generales
  • IEC 60364-5-52: Instalaciones eléctricas de baja tensión – Parte 5-52: Selección y montaje de equipos eléctricos – Transformadores y reactancias
  • RD 337/2014: Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en instalaciones eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias (ITC)

Es importante destacar que cada país puede tener su propia normativa nacional, por lo que es necesario consultar las normas específicas del lugar donde se vayan a operar los transformadores. Además, también es importante seguir las recomendaciones del fabricante de los transformadores, ya que pueden existir especificaciones particulares en cada caso.

En conclusión, la operación en paralelo de transformadores es una técnica utilizada para aumentar la capacidad y la confiabilidad del sistema eléctrico. Sin embargo, es importante tener en cuenta ciertos factores como la relación de transformación, la impedancia y la polaridad para garantizar una operación segura y eficiente. Además, es fundamental contar con un monitoreo constante y un mantenimiento adecuado para evitar posibles fallas y asegurar un suministro de energía eléctrica estable y confiable. En resumen, la operación en paralelo de transformadores es una práctica común en la industria eléctrica y su correcta implementación puede contribuir significativamente a la eficiencia y la confiabilidad del sistema.

En conclusión, la operación en paralelo de transformadores es una técnica útil para aumentar la capacidad de suministro de energía eléctrica y mejorar la eficiencia del sistema. Sin embargo, es importante tener en cuenta los aspectos técnicos y de seguridad para evitar problemas como desequilibrios de carga, sobrecalentamiento y cortocircuitos. Para garantizar el éxito de la operación en paralelo de transformadores, es necesario contar con un diseño adecuado, una instalación correcta y un mantenimiento regular. En resumen, la operación en paralelo de transformadores es una opción viable para mejorar la capacidad de suministro de energía eléctrica, pero debe ser realizada de manera cuidadosa y profesional.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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