Descargue nuestro Catálogo de productos 2025 para obtener planos detallados y parámetros técnicos de todos los componentes de los equipos de conmutación.
Obtener catálogo Descargue nuestro Catálogo de productos 2025 para obtener planos detallados y parámetros técnicos de todos los componentes de los equipos de conmutación.
Obtener catálogo
El porcentaje de impedancia (Z%) aparece en todas las placas de identificación de los transformadores, pero muchos ingenieros lo consideran una especificación secundaria. Este valor único, que suele oscilar entre 4% y 8% para los transformadores de distribución, determina directamente la cantidad de corriente de fallo que fluye durante un cortocircuito, la gravedad de las caídas de tensión bajo carga y si los transformadores en paralelo comparten la corriente correctamente o se enfrentan entre sí con corrientes circulantes perjudiciales.
Z% representa la fracción de la tensión primaria nominal necesaria para hacer circular la corriente nominal a través de un devanado secundario en cortocircuito. Un transformador de 10 kV/0,4 kV con una impedancia de 6% necesita que se apliquen 600 V a sus terminales primarios para forzar la corriente a plena carga a través del secundario en cortocircuito. Esta medición captura la oposición combinada de la resistencia del devanado y la fuga de flujo magnético, los dos fenómenos físicos que limitan el flujo de corriente en todos los transformadores.
Comprender lo que representa físicamente este porcentaje transforma Z% de un valor abstracto en una variable de diseño que usted puede controlar.
La impedancia del transformador comprende dos componentes distintos que funcionan en combinación vectorial. La resistencia (R%) representa las pérdidas de cobre en los devanados, es decir, el calentamiento I²R que se produce cada vez que la corriente fluye a través de los conductores. En los transformadores de distribución, R% suele contribuir con 5-15% de la impedancia total, variando según el material del conductor (cobre frente a aluminio) y la geometría del devanado.
La reactancia (X%) predomina en transformadores de más de 500 kVA, y suele representar entre el 85 y el 95 % de la impedancia total. Este componente surge del flujo magnético producido por un devanado que no logra acoplarse con el otro devanado. En lugar de transferir energía, este “flujo de fuga” crea una autoinducción que se opone a los cambios de corriente.
La relación de impedancia es la siguiente: Z% = √(R%² + X%²), donde Z% se expresa como un porcentaje de la tensión nominal. Para un transformador de distribución de 1600 kVA con Z% = 6%, la aplicación de 6% de tensión primaria nominal (por ejemplo, 600 V en un primario de 10 kV) impulsa la corriente a plena carga a través del secundario cuando se produce un cortocircuito.
Los fabricantes ajustan el X% modificando la separación radial entre las capas del devanado. Al aumentar la separación, se incrementa la reactancia de fuga —y, por lo tanto, el Z%—, lo que limita la corriente de fallo, pero aumenta la caída de tensión bajo carga. Esta compensación fundamental determina todas las decisiones de diseño de los transformadores.
Según la norma IEC 60076-1, los fabricantes deben declarar los valores de impedancia con una tolerancia de ±10% para los transformadores de dos bobinados. Esta estandarización garantiza que los cálculos de coordinación de protección sigan siendo válidos entre diferentes proveedores, aunque los ingenieros que especifiquen transformadores para funcionamiento en paralelo deben solicitar tolerancias más estrictas.
[Perspectiva experta: Observaciones de campo sobre componentes de impedancia]
La impedancia del transformador determina directamente la corriente de fallo máxima que puede fluir durante un cortocircuito. Esta relación inversa constituye la base de la coordinación del sistema de protección: cuanto menor sea Z%, mayor será la corriente de fallo, lo que exigirá un equipo de conmutación y cables más robustos.
Durante una falla por cortocircuito en los terminales secundarios, solo la impedancia interna del transformador limita el flujo de corriente. El cálculo sigue principios físicos sencillos.
Fórmula de corriente de cortocircuito: Isc = (S × 100) ÷ (√3 × UL × Z%)
Donde S = potencia nominal del transformador (kVA), UL = tensión de línea (V), Z% = porcentaje de impedancia
Para un transformador de 2500 kVA, 20/0,4 kV con Z% = 6,25%:
Esta corriente de fallo de 57,7 kA determina la capacidad de ruptura del disyuntor, los requisitos de refuerzo de las barras colectoras y las clasificaciones de cortocircuito de los cables. Un transformador con una impedancia de 4% produciría 90 kA en condiciones idénticas, lo que requeriría equipos de protección significativamente más caros.
La suposición del bus infinito —tratar el suministro ascendente como si tuviera impedancia cero— proporciona valores conservadores en el peor de los casos. Las instalaciones reales tienen una impedancia de fuente finita procedente de los transformadores de la red eléctrica, los cables y la configuración de la red. La inclusión de la impedancia de fuente reduce los niveles de fallo calculados:
Z_total% = Z_fuente% + Z_transformador%
Para un transformador de 2 MVA en una fuente de 250 MVA, la fuente solo aporta una impedancia equivalente de 0,81 TP3T (2/250 × 100). En combinación con la impedancia del transformador de 61 TP3T, el total Z% pasa a ser 6,81 TP3T, lo que reduce la corriente de fallo en aproximadamente 121 TP3T en comparación con el cálculo del bus infinito.
[NORMA DE VERIFICACIÓN: La norma IEC 60909 proporciona una metodología detallada para los cálculos de cortocircuito, incluidos los factores de corrección para las contribuciones del generador y los efectos de la temperatura].
La norma IEC 60076-5 exige que los transformadores sumergidos en aceite soporten corrientes de cortocircuito simétricas durante 2 segundos sin sufrir daños. La corriente asimétrica máxima, que suele ser 2,5 veces el valor simétrico, determina los requisitos de resistencia dinámica de las barras colectoras y la capacidad de fabricación de los disyuntores. A la hora de especificar los equipos de protección que deben coordinarse con los niveles de fallo calculados, consulte las instrucciones del fabricante para interruptores automáticos de vacío.
Una impedancia más alta provoca una mayor caída de tensión durante los picos de carga, lo que supone un problema crítico para instalaciones con requisitos de arranque de motores o cargas electrónicas sensibles. El cálculo de la caída de tensión revela por qué el factor de potencia afecta drásticamente al rendimiento.
ΔV% ≈ (fracción de carga) × [R% × cos(φ) + X% × sin(φ)]
Para un transformador de 1000 kVA con R% = 1,1% y X% = 5,64% (Z% total = 5,75%), la caída de tensión a plena carga varía drásticamente con el factor de potencia:
Con un factor de potencia de 0,8 rezagado: ΔV% = 1,0 × [1,1 × 0,8 + 5,64 × 0,6] = 4,26%
Con factor de potencia unitario: ΔV% = 1,0 × [1,1 × 1,0 + 5,64 × 0] = 1,1%
Esta diferencia cuádruple explica por qué los condensadores de corrección del factor de potencia mejoran los perfiles de tensión. Desplazan el ángulo de corriente, reduciendo la contribución dominante de X% a la caída de tensión.
Regulación de voltaje—el cambio de tensión sin carga a plena carga expresado en porcentaje—refleja directamente las características de impedancia. Un Z% más bajo proporciona una regulación más estricta, pero permite corrientes de fallo más altas. La aplicación determina el equilibrio óptimo:
| Solicitud | Z% típico | Justificación de la selección |
|---|---|---|
| Distribución urbana | 4–6% | Prioridad de la calidad del voltaje, limitación adecuada de fallos |
| Alimentadores industriales | 5-7% | Tolerancia de arranque del motor, mayor limitación de fallos |
| Generador elevador | 8-12% | Contribución de fallo del generador de límite |
| Suministro para hornos de arco | 10-15% | Controlar la magnitud de la fluctuación de corriente |
Para obtener orientación completa sobre Especificaciones y adquisición de transformadores, incluida la selección de impedancia para aplicaciones específicas, consulte el portal de ingeniería XBRELE.
[Perspectiva experta: Experiencia en el campo de la regulación de voltaje]
El crecimiento de la carga de las subestaciones a menudo supera la capacidad de un solo transformador. En lugar de sustituir una unidad en funcionamiento, los ingenieros añaden un segundo transformador en paralelo, lo que proporciona redundancia, mejora la eficiencia con carga parcial y permite una inversión de capital por etapas. Sin embargo, el funcionamiento en paralelo exige características compatibles para evitar las corrientes circulantes.
Se deben cumplir cuatro condiciones:
1. Relación de tensión idéntica: Una diferencia de 0,5% en la relación de transformación genera una corriente circulante igual a la diferencia dividida por la suma de las impedancias. Para dos transformadores de impedancia de 5% con una diferencia de relación de 0,5%: I_circ = 0,5% / (5% + 5%) = 5% de corriente nominal, que fluye continuamente, añadiendo pérdidas y reduciendo la capacidad disponible.
2. Mismo grupo vectorial: Los transformadores deben compartir un desplazamiento de fase idéntico (Dyn11 con Dyn11, no Dyn11 con Dyn1). Los grupos de vectores no coincidentes crean desplazamientos de fase que pueden producir corrientes circulantes que superan la corriente nominal.
3. Porcentaje de impedancia adaptada: Los transformadores paralelos comparten la carga de forma inversamente proporcional a sus impedancias. Dos transformadores de 1000 kVA con Z% = 4% y Z% = 6% que comparten una carga de 2000 kVA:
La unidad 4% se sobrecarga antes de que se utilice la capacidad combinada. Las directrices del sector recomiendan igualar la impedancia dentro de ±10% para un funcionamiento en paralelo satisfactorio.
4. Polaridad correcta: Una polaridad incorrecta provoca un cortocircuito total a través de la ruta paralela en el momento de la activación.
Al adquirir transformadores de repuesto para bancos paralelos existentes, especifique la impedancia objetivo con una tolerancia explícita. Solicite una verificación de prueba de fábrica antes del envío y confirme los valores Z% medidos reales antes de realizar la conexión en paralelo. Para información relacionada tecnología de conmutación utilizado en circuitos de protección de transformadores, consulte la base de conocimientos técnicos de XBRELE.
La prueba estándar de fábrica para determinar Z% aplica voltaje reducido a un devanado mientras se cortocircuita el otro. Este procedimiento de prueba de cortocircuito sigue los requisitos de la norma IEC 60076-1:
El voltaje de impedancia (V_z) como porcentaje del voltaje nominal es igual a Z%. La potencia medida representa las pérdidas de carga: el calentamiento I²R en ambos devanados que determina la eficiencia bajo carga.
Corrección de temperatura es esencial para realizar una comparación precisa con los valores indicados en la placa de características. La resistencia cambia con la temperatura del conductor, lo que requiere un ajuste a las condiciones de referencia:
Rcorregido = Rmedido × [(235 + Tref) / (235 + Tmedido)]Temperaturas de referencia: 75 °C (normas IEC), 85 °C (normas IEEE)
La reactancia permanece esencialmente constante con la temperatura, por lo que solo es necesario ajustar el componente R%. En el caso de los transformadores destinados a funcionar en paralelo, compare los valores Z% medidos entre las unidades antes de conectarlos en paralelo, ya que las tolerancias indicadas en la placa de características pueden dar lugar a desajustes reales que superen los límites aceptables.
La documentación de los valores de impedancia medidos proporciona datos de referencia esenciales para futuros estudios de coordinación de protección y especificaciones de transformadores de repuesto. Para componentes de aparatos de conexión que protegen las instalaciones de transformadores, consulte el catálogo técnico XBRELE.
La decisión Z% equilibra requisitos contrapuestos. Una impedancia más baja mejora la regulación de tensión y la capacidad de arranque del motor, pero aumenta la corriente de fallo, lo que exige equipos de protección más costosos. Una impedancia más alta limita la energía de fallo, pero provoca mayores fluctuaciones de tensión bajo cargas dinámicas.
Marco de decisión:
| Prioridad | Recomendado Z% | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|
| Regulación de voltaje | 4–5% | Centros de datos, instalaciones de semiconductores, fabricación de precisión |
| Limitación de corriente de fallo | 6–8% | Subestaciones urbanas, instalaciones renovadas con interruptores de potencia limitada. |
| Arranque del motor | 4–5% | Plantas industriales con grandes motores de inducción, operaciones mineras. |
| Funcionamiento en paralelo | Coincidir con el existente ±10% | Ampliación de la capacidad, mejoras de redundancia |
Solicitar una impedancia no estándar suele añadir entre 3 y 81 TP3T al coste unitario. Los fabricantes modifican el espaciado del bobinado y la disposición de los conductores para alcanzar los valores especificados; confirme la capacidad antes de finalizar las especificaciones de adquisición.
Para soluciones de transformadores diseñados con adaptación de impedancia específica, póngase en contacto con el equipo técnico de XBRELE a través del Especificaciones y adquisición de transformadores portal.
P: ¿Cómo se calcula la corriente de cortocircuito a partir de la impedancia del transformador? R: Divida 100 por el porcentaje de impedancia y luego multiplique por la corriente secundaria nominal del transformador. Un transformador secundario de 1000 kVA y 400 V con una impedancia de 5% produce aproximadamente 28,9 kA de corriente de fallo simétrica (1443 A × 20).
P: ¿Qué ocurre cuando los transformadores paralelos tienen valores de impedancia diferentes? R: La unidad con menor impedancia soporta una carga desproporcionadamente mayor, lo que puede provocar una sobrecarga antes de que se utilice la capacidad combinada del banco. Una diferencia de impedancia de 10% suele provocar un desequilibrio de carga de entre 5 y 8% entre las unidades.
P: ¿Por qué el factor de potencia afecta a la caída de tensión más de lo que sugiere el porcentaje de impedancia por sí solo? R: El componente reactivo (X%) se multiplica por sin(φ) en la ecuación de caída de tensión. Con un factor de potencia de 0,8, X% contribuye aproximadamente tres veces más a la caída de tensión que con un factor de potencia unitario, donde solo el componente R% más pequeño afecta a la regulación.
P: ¿Pueden los fabricantes construir transformadores con valores de impedancia personalizados? R: Sí, la impedancia se ajusta mediante la geometría del bobinado, concretamente la separación radial entre las bobinas primaria y secundaria. Los valores Z% personalizados dentro de los límites físicos suelen añadir entre 3 y 81 TP3T al coste unitario y requieren una verificación del diseño antes de la producción.
P: ¿Cómo afecta la temperatura a la impedancia medida durante las pruebas de campo? R: Solo el componente resistivo cambia con la temperatura; la reactancia permanece constante. La resistencia del cobre aumenta aproximadamente 0,41 TP3T por grado Celsius, lo que requiere una corrección a 75 °C (IEC) u 85 °C (IEEE) de referencia para una comparación precisa de la placa de características.
P: ¿Qué tolerancia de impedancia se debe especificar para el funcionamiento en paralelo? R: Solicite una tolerancia de ±5% al realizar pedidos de transformadores destinados a bancos paralelos. La tolerancia de fabricación estándar de ±10% puede dar lugar a diferencias de impedancia reales que superen el límite de adaptación recomendado de 10% entre unidades.
P: ¿Una impedancia más alta siempre significa una mejor protección contra fallos? R: Un Z% más alto reduce la magnitud de la corriente de fallo, pero aumenta la caída de tensión durante los picos de carga y el arranque del motor. El valor óptimo depende de si la limitación de fallos o la regulación de tensión tienen prioridad para la instalación específica.
