Marcha en paralelo de transformadores: condiciones

Qué significa «marcha en paralelo»

En IEC 60076-8, cláusula 6, marcha en paralelo es la conexión directa, terminal con terminal, de transformadores en la misma instalación. La cláusula considera solo transformadores de dos devanados. Su lógica se aplica también a bancos de tres transformadores monofásicos.

La lógica de control del paralelo con cambiador de tomas bajo carga se explica en la guía de paralelo de transformadores con cambiador de tomas. Esta guía trata las condiciones eléctricas que deben cumplir los transformadores.

Las tres condiciones

Para operar en paralelo, los transformadores necesitan:

• el mismo desfase, o sea, el mismo número horario (con las combinaciones adicionales que se describen abajo);
• la misma relación, con una tolerancia, y un rango de tomas similar;
• la misma impedancia relativa de cortocircuito (porcentual), con una tolerancia. Esto significa también que la variación de la impedancia relativa por las tomas debe ser similar en los dos.

Si el transformador nuevo va a operar en paralelo con uno existente, la especificación de compra debe incluir los datos del transformador existente.

Tres advertencias de la norma

• Potencias muy distintas: no es aconsejable combinar transformadores de potencia muy diferente, más allá de 1:2. La impedancia relativa natural de los diseños óptimos varía con el tamaño.
• Diseños distintos: transformadores con conceptos de diseño distintos probablemente presentan niveles de impedancia y tendencias de variación por las tomas diferentes.
• No exagerar una pequeña diferencia de datos. No hace falta, por ejemplo, que las tensiones de toma sean exactamente iguales. El escalón de toma es normalmente tan pequeño que las tomas escalonadas permiten una operación razonable. Hay que tener cuidado cuando los escalones son grandes.

Las tolerancias de relación e impedancia están en la tabla 1 y en la cláusula 9 de IEC 60076-1. La nota 2 de la tabla 1 permite pedir tolerancias más estrictas para marcha en paralelo. En la práctica, una diferencia de carga relativa de hasta aproximadamente el 10 % entre dos transformadores de diseños no idénticos se considera razonable.

Condición 1: conexiones y número horario

Las conexiones trifásicas comunes se derivan del anexo D de IEC 60076-1 (cláusula 6.1). Si se cambia el nombre de los terminales de un transformador por permutación cíclica, el desfase cambia 120 grados eléctricos. Un transformador de número horario 1 pasa al 5.

Por tanto:

• los transformadores con números horarios que difieren en 4 u 8 pueden conectarse en paralelo después de una permutación cíclica de las conexiones a la línea, de cualquiera de los dos lados;
• es posible combinar los de número 1 o 5 con los de número 11 o 7 si se invierte la secuencia de fases en ambos lados de uno de los transformadores.

No se recomienda la marcha en paralelo de un Dyn con un Yzn, por sus propiedades distintas de impedancia homopolar.

Condición 2: diferencia de relación y corriente circulante

Si dos transformadores con relaciones ligeramente diferentes se energizan en paralelo, aparece una corriente circulante entre ellos (cláusula 6.2). Sea p la diferencia entre las tensiones de vacío inducidas Ua y Ub, expresada como fracción de la tensión media, que es aproximadamente la tensión asignada Ur:

p = (Ua − Ub)/Ur

Esa diferencia empuja una corriente a través de la suma de las impedancias de los dos transformadores. Como son principalmente inductivas, la corriente circulante también lo es. Si ambos tienen la misma potencia asignada y la misma impedancia relativa z, la corriente circulante respecto a la asignada es ± p/(2z). Para ampliar cómo opera y se protege una red secundaria spot network: red secundaria spot network.

Ejemplo de la norma. Con p = 0,01 y z = 0,1 por unidad, la corriente circulante es 1/20 de la corriente asignada. Se suma vectorialmente a la corriente de carga. La diferencia aritmética entre las corrientes resultantes en los dos transformadores es bastante pequeña mientras el factor de potencia de la carga sea relativamente alto. La norma concluye que la condición es menos difícil de lo que se suele suponer.

El mismo análisis da el orden de magnitud de la corriente durante una operación del cambiador tipo líder-seguidor, cuando los cambiadores quedan desfasados un escalón. A veces las tomas escalonadas se usan a propósito para compensar la parte reactiva de una corriente circulante causada por impedancias distintas.

Condición 3: impedancias de cortocircuito distintas

Si dos transformadores tienen la misma impedancia, presentan la misma caída de tensión con la misma carga por unidad. En paralelo, se reparten la carga en proporción a sus potencias asignadas (cláusula 6.3).

Con impedancias distintas, el de menor impedancia toma un porcentaje mayor de su potencia. Así la caída de tensión absoluta es la misma en ambos. Puede aumentar un poco la pérdida combinada, pero sobre todo restringe la capacidad de carga de la instalación.

Ejemplo de la norma. Transformador a: 10 MVA, z = 10 %. Transformador b: 20 MVA, z = 12 %. Carga combinada: 27 MVA, el 90 % de la suma de las potencias asignadas. El transformador a toma 1,01 de su potencia asignada, casi 10 MVA. El b toma 0,84, unos 17 MVA. El a queda a plena carga y el b a 84 %. La capacidad teórica de la combinación se reduce alrededor del 10 %. La norma lo considera razonable cuando se combinan transformadores ya existentes.

La tolerancia de IEC 60076-1 sobre la reactancia de cortocircuito especificada de un transformador nuevo, en la toma principal, es de 7,5 % a 10 % del valor declarado. En las demás tomas es mayor. El efecto sobre la pérdida combinada es prácticamente despreciable. Más sobre qué tomas de un transformador son de plena potencia y cuáles de potencia reducida en tomas a plena potencia y a potencia reducida.

Escalonar los cambiadores puede compensar en parte la diferencia de impedancias. Solo actúa sobre la componente reactiva de la corriente de carga, y por eso solo es eficaz con un factor de potencia relativamente bajo.

Variación de la impedancia por las tomas

La impedancia de cortocircuito cambia a lo largo del rango de tomas según dónde esté el devanado de regulación respecto a los demás (cláusula 6.4). Dos diseños con la regulación en lugares distintos tienen tendencias opuestas. Una especificación completa de esa variación obliga a una disposición de devanados muy restrictiva. Por eso conviene definir un rango permitido en lugar de un valor por toma. Para ampliar la caída de tensión del transformador con carga: caída de tensión del transformador con carga.

Ruta de verificación

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Referencias

• IEC 60076-8, guía de aplicación de transformadores de potencia, cláusula 6.
• IEC 60076-1, transformadores de potencia: requisitos generales, cláusula 5.5, cláusula 9, tabla 1 y anexos C y D.

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