Transformador de distribución MT/BT: tipos, conexión y pruebas

Qué es y dónde se ubica

El transformador de distribución es el último escalón de transformación antes del usuario: recibe media tensión de un alimentador y entrega baja tensión a un edificio, una industria, un barrio o los servicios auxiliares de una subestación o una planta solar. Va montado en poste, en pedestal a la intemperie, dentro de una subestación compacta o en un cuarto eléctrico junto a las celdas de media tensión y el tablero de baja tensión.

Es el mismo principio que el transformador de potencia, pero con potencias menores, tensiones de media tensión en el primario y una construcción pensada para operar sin vigilancia durante décadas.

Partes principales

• Núcleo de acero eléctrico de grano orientado o, en diseños de bajas pérdidas, de metal amorfo, según el fabricante.
• Devanados de cobre o aluminio: el de media tensión con sus derivaciones y el de baja tensión, a menudo en lámina.
• Medio aislante y refrigerante: aceite mineral o éster en los transformadores sumergidos; aire y resina en los secos.
• Tanque, hermético de llenado integral o con conservador; en los secos, envolvente con grado de protección cuando se requiere.
• Cambiador de tomas sin carga, accionado desde la tapa o desde un panel.
• Bujes o pasatapas de media y baja tensión; en pedestal, conectores separables para cable.
• Accesorios: indicador de nivel y termómetro, válvula de alivio, dispositivo de protección integral en herméticos, sensores de temperatura en los devanados de los secos, placa de características.

Cómo funciona

La tensión de media tensión aplicada al primario crea un flujo alterno en el núcleo que induce la tensión secundaria según la relación de espiras. Con conexión Dyn, el primario va en triángulo y el secundario en estrella con neutro accesible. El triángulo deja circular las corrientes de secuencia cero y de tercer armónico, de modo que las cargas desequilibradas de baja tensión no desplazan el neutro. El índice horario indica el desfase entre primario y secundario en múltiplos de 30°: Dyn11 significa que la baja tensión adelanta 30° a la media tensión. IEC 60076-1 define esta notación.

Las tomas cambian el número de espiras del devanado de media tensión para ajustar la tensión de baja a la tensión real de la red en ese punto. Un rango habitual, que aparece en especificaciones de fabricantes, es ±2 × 2,5 %, pero el rango definitivo lo fija la especificación del proyecto.

El calor de las pérdidas se evacúa por convección natural: en los sumergidos la clase de refrigeración más común es ONAN (aceite y aire en circulación natural), y en los secos AN, con ventiladores opcionales (AF) para sobrecarga.

Variantes y diferencias con otros niveles

• Sumergido en aceite: el más común en redes aéreas y a la intemperie. Monofásico o trifásico en poste, o trifásico en pedestal (pad-mounted) con compartimientos de media y baja tensión y frente muerto.
• Seco encapsulado en resina (IEC 60076-11): para interiores, edificios, hospitales e industrias donde se quiere evitar el aceite. La norma define clases ambientales, climáticas y de comportamiento al fuego que deben especificarse.
• De subestación de potencia: cuando se pasa de alta a media tensión ya no es un transformador de distribución sino uno de potencia con cambiador bajo carga; vea el transformador de potencia de alta tensión y el cambiador de tomas bajo carga.
• Plantas solares: transformadores elevadores de los centros de inversores, a veces con dos secundarios de baja tensión.

Valores nominales y placa

La placa indica la potencia nominal, las tensiones nominales primaria y secundaria y el rango de tomas, las corrientes, la frecuencia, el grupo de conexión, la impedancia de cortocircuito, la clase de refrigeración, los niveles de aislamiento, la masa total y la del líquido aislante (en los sumergidos), la norma de fabricación, el número de serie y el año. En los secos se añaden la clase de aislamiento térmico y las clases ambientales, climáticas y de fuego.

Las pérdidas en vacío y con carga se garantizan en el protocolo de pruebas. IEC TS 60076-20 propone métodos para expresar la eficiencia energética, y muchos países fijan valores máximos de pérdidas por reglamento.

Integración con protección y control

• Fusibles de media tensión: la protección más usada en distribución. Pueden ser de expulsión o limitadores de corriente, solos o combinados con un interruptor seccionador; su selección y coordinación se tratan en el fusible de media tensión.
• Interruptor y relé: en potencias mayores o en industria, con sobrecorriente de fases y tierra 50/51 y 50N/51N alimentada por transformadores de corriente (CT).
• Protecciones propias: relé de temperatura con sensores en los devanados de los secos; en herméticos, dispositivo integral de gas, presión, nivel y temperatura, según el fabricante.
• Pararrayos junto a los bornes de media tensión en redes aéreas.

En una celda digital, el relé publica en IEC 61850 su protección de sobrecorriente (PTOC), el disparo (PTRC) y el interruptor (XCBR); el transformador se modela como YPTR cuando su estado y sus temperaturas se integran al sistema.

Pruebas de puesta en servicio y mantenimiento

Las pruebas a transformadores aplicables son:

• Relación de transformación y grupo de conexión en todas las tomas.
• Resistencia de devanados, que además revela contactos flojos en el cambiador.
• Resistencia de aislamiento entre devanados y a tierra.
• Rigidez dieléctrica y análisis del aceite en los sumergidos, cuando el diseño permite tomar muestra.
• Corriente de excitación como referencia para comparar después.
• Funcionales: relé de temperatura, dispositivos de protección propia y disparo al interruptor.
• Inspección termográfica de conexiones con carga.

Fallas comunes y qué revisar primero

• Tensión de baja fuera de rango: toma incorrecta o distinta entre fases después de un mantenimiento.
• Calentamiento: sobrecarga, armónicos de cargas electrónicas o conexiones de baja tensión flojas.
• Fusible fundido sin falla evidente: corriente de energización, fusible mal seleccionado o falla incipiente en el devanado.
• Daño por sobretensiones atmosféricas cuando los pararrayos faltan o están lejos.
• Humedad o fugas en tanques con empaques deteriorados.
• Secos: polvo y humedad sobre las bobinas, que provocan descargas superficiales.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

En Tiza Group probamos y ponemos en servicio transformadores de distribución en aceite y secos para redes, industria, edificios y plantas solares, junto con sus celdas y protecciones. Escríbanos y le proponemos el alcance.

Referencias

• IEC 60076-1, Transformadores de potencia: generalidades.
• IEC 60076-2, Calentamiento de transformadores sumergidos en líquido.
• IEC 60076-11, Transformadores de tipo seco.
• IEC TS 60076-20, Eficiencia energética de transformadores.
• IEEE C57.12.00, Requisitos generales para transformadores sumergidos.
• IEEE C57.12.90, Código de pruebas de transformadores sumergidos.

Preguntas frecuentes