Transformador de distribución: regulación de tensión, corriente de conexión y cortocircuito del secundario

Los datos de placa de un transformador de distribución son pocos: potencia aparente S, tensiones, grupo de conexión (véase grupos de conexión y paralelo), tensión de cortocircuito u_cc y pérdidas (en vacío P₀, en carga P_k). Con esos números se resuelven los problemas de proyecto más frecuentes.

Tomamos como ejemplo un transformador de 630 kVA, 20 kV/400 V, u_cc = 4 %, P_k = 6 kW.

1. Intensidad nominal

I_n,sec = S / (√3 · U) = 630.000 / (1,732 · 400) ≈ 909 A

I_n,prim = 630.000 / (1,732 · 20.000) ≈ 18,2 A

El interruptor general de baja tensión se elige a partir de esta intensidad (por ejemplo, 1.000 A, con ajuste térmico al valor de I_n). Ver la cadena de cortocircuito para completar la coordinación.

2. Corriente de cortocircuito en el secundario

La u_cc es la tensión (en % de la nominal) que hay que aplicar al primario, con el secundario en cortocircuito, para que circule la corriente nominal. De ahí:

I_cc = I_n / u_cc

Con red de potencia infinita:

I_cc = 909 / 0,04 ≈ 22,7 kA

Es una cota máxima: el poder de corte de los interruptores del cuadro general debe ser al menos ese. Con una red de alimentación finita, hay que sumar la impedancia de la red:

Z_tr = u_cc · U² / S = 0,04 · 0,4² / 0,63 ≈ 10,2 mΩ

Z_red = U² / S_cc,red = 0,4² / 250 ≈ 0,64 mΩ

(para una potencia de cortocircuito de 250 MVA en MT)

I_cc = U / (√3 · (Z_tr + Z_red)) = 400 / (1,732 · 10,84 · 10⁻³) ≈ 21,3 kA

La aportación de la red de MT reduce el resultado un 6 %: un transformador de distribución domina la impedancia del cortocircuito. Un transformador mayor y de menor u_cc sube el cortocircuito (y exige más poder de corte).

3. Caída de tensión interna (regulación)

Con carga, la tensión del secundario cae. Con la tensión de cortocircuito descompuesta en componente resistiva y reactiva:

ε_r = P_k / S = 6 / 630 = 0,95 %

ε_x = √(u_cc² − ε_r²) = √(16 − 0,91) ≈ 3,88 %

La caída de tensión a una fracción de carga c (de la nominal) con factor de potencia cos φ (carga inductiva) es, en primer orden:

ΔU ≈ c · (ε_r · cos φ + ε_x · sen φ)

Con carga nominal y cos φ = 0,8 (sen φ = 0,6):

ΔU ≈ 0,95 · 0,8 + 3,88 · 0,6 = 0,76 + 2,33 ≈ 3,1 %

Caída de tensión del transformador según carga y factor de potencia, y corriente de conexión en vacío.

Este 3,1 % se suma a las caídas de la LGA, la derivación individual y la instalación interior (en el reglamento, ITC-BT-14, 15 y 19, que se calculan aparte). La tensión en vacío del secundario (410–420 V habitualmente, según la toma del transformador) compensa en parte: un transformador de 400 V nominal suele darse con 420 V en vacío.

Con cos φ capacitivo (compensación excesiva), la caída puede ser negativa: sube la tensión.

Reglas útiles

Con cos φ = 1, la caída casi solo depende de ε_r (~ 1 %): la pérdida es pequeña.
Cuanto menor es el cos φ, mayor es la caída: compensar el factor de potencia sube la tensión en la barra.
La toma del primario (±2,5 %, ±5 %) permite ajustar la tensión en vacío, no regular en carga.

4. Corriente de conexión (inrush)

Al conectar un transformador en vacío, el flujo magnético remanente y el instante de conexión pueden llevar al núcleo a la saturación. La corriente magnetizante se dispara y presenta picos de 8 a 12 veces la corriente nominal (hasta 15–20 en transformadores pequeños), con gran contenido de 2.º armónico, y decae en décimas de segundo (de 0,1 a 1 s o más en transformadores grandes).

Consecuencias:

Fusibles de MT que se funden sin razón si no se eligen para el inrush (se dimensionan con un múltiplo del I_n y un tiempo de 0,1 s).
Relés de sobreintensidad que disparan al conectar: se resuelve con un ajuste instantáneo por encima de 10–12 × I_n o con restricción por 2.º armónico.
Interruptores generales de BT: no se ven afectados por el inrush si se conecta en vacío por el primario, pero sí si hay transformadores en paralelo: conectar uno en vacío con otro en servicio provoca el efecto de «inrush solidario».

Ejemplo

Valor de cresta inicial de 10 · I_n,prim, es decir, unas 182 A de pico a 20 kV, que decaen con una constante de tiempo de 0,4 s: en 1 s quedan ≈ 8 % (unos 15 A de pico). El fusible de MT, que se funde con I²t elevado, debe tolerar esa onda: por eso se elige con una corriente nominal 2–3 veces la nominal del transformador en estas potencias (el fabricante indica la tabla).

5. Rendimiento y pérdidas

El rendimiento máximo se da cuando las pérdidas variables igualan a las fijas, es decir, a una carga:

c_opt = √(P₀ / P_k)

Con P₀ = 0,8 kW y P_k = 6 kW:

c_opt = √(0,8 / 6) ≈ 0,37

(el 37 % de la carga nominal)

Un transformador sobredimensionado trabaja más cerca de su óptimo, pero pierde siempre P₀ (0,8 kW × 8.760 h ≈ 7.000 kWh/año). La normativa europea de ecodiseño limita las pérdidas máximas de los transformadores nuevos.

6. Sobrecarga admisible (orientativo)

Los transformadores de aceite admiten sobrecargas temporales siguiendo las guías de carga (IEC 60076-7): del orden de 120 % durante unas horas en invierno, a costa de vida útil. Los de resina (secos) tienen menos margen y dependen de la clase térmica del aislamiento.

Errores frecuentes

Elegir el poder de corte con la intensidad del transformador (909 A), no con I_n/u_cc (22,7 kA).
Ignorar la regulación: la tensión en el último punto sale por debajo de 207 V (−10 %) porque se sumaron todas las caídas.
Fusible de MT justo al I_n del transformador, que se funde al conectar.
Conectar transformadores en paralelo sin igualar tensiones de cortocircuito.
Despreciar el 2.º armónico del inrush al ajustar relés.
Compensar en exceso y elevar la tensión del secundario por encima del 110 %.

Conclusión

Con S, u_cc y P_k se calculan los tres datos que definen el comportamiento de un transformador: cuánto cortocircuito aporta (I_n/u_cc), cuánta tensión pierde (ε_r cos φ + ε_x sen φ) y qué corriente de conexión hay que tolerar (8–12 × I_n).

Fuentes

Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (RD 842/2002) — texto consolidado en el BOE: ITC-BT-14 a 17 (instalaciones de enlace) para las caídas de tensión de líneas posteriores.
IEC 60076 (transformadores de potencia), en particular las partes 1 y 7.

Contenido técnico general. El REBT no regula el cálculo interno de transformadores; las fórmulas son de ingeniería eléctrica estándar y los valores de inrush y sobrecarga, orientativos. Los ejemplos son ilustrativos. Revisado el 2 de octubre de 2026.

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