Corriente de arranque de transformador: por qué una unidad de 630 kVA puede consumir 10 kA al encenderse

Un transformador que desactiva su propia protección aguas arriba en el momento en que se energiza casi siempre ha sido dimensionado y cableado correctamente. El culpable es el arranque de magnetización: un transitorio que no tiene nada que ver con la carga y todo que ver con el instante en que se cierra el interruptor.

De dónde proviene el arranque

El flujo magnético en el núcleo se retrasa respecto a la tensión aplicada en 90°. Si el interruptor se cierra en el cruce por cero de la tensión, el flujo debe comenzar desde cero y oscilar hasta el doble de su pico normal dentro del primer medio ciclo. Añade el flujo residual que queda en el núcleo de la última desconexión, y el núcleo se satura. Un núcleo saturado tiene casi ninguna inductancia, por lo que lo único que limita la corriente es la resistencia del devanado y la impedancia de la red. El resultado: un pico de corriente de 8 a 12 veces la corriente nominal, rico en segundo armónico, decayendo en 0.1 a 1 s dependiendo del tamaño del transformador.

Valores típicos

Clasificación	Corriente nominal de HV a 21 kV	Pico de arranque (≈ 10 × In, lado de MV)	Tiempo de decaimiento
250 kVA	6.9 A	≈ 70 A	0.1 – 0.2 s
630 kVA	17.3 A	≈ 170 A	0.2 – 0.4 s
1 600 kVA	44 A	≈ 440 A	0.5 – 1 s
2 500 kVA	68.7 A	≈ 690 A	hasta 1 s

Referido al lado de LV de una unidad de 630 kVA / 0.42 kV, eso es un pico de alrededor de 8–9 kA – de ahí el título.

Qué lo empeora

• Núcleos de baja pérdida. El acero orientado a grano moderno opera más cerca de la saturación, por lo que los transformadores de Nivel 2 tienen un arranque algo más alto que las unidades de la década de 1990 de la misma clasificación.
• Cierre en el cruce por cero de tensión en una fase – inevitable con un interruptor de tres polos; una fase siempre está cerca del peor caso.
• Flujo residual de una desenergización anterior bajo carga.
• Una red de MV fuerte (baja impedancia de fuente).

Ajustes de protección que funcionan

1. Fusibles de MV: elige la clasificación de las tablas de transformadores del fabricante de fusibles, no de la corriente nominal. Una unidad de 630 kVA / 20 kV típicamente utiliza un fusible de 40–50 A, aproximadamente 2.5 × In, precisamente para soportar el arranque.
2. Relés de sobrecorriente (50/51): el elemento instantáneo por encima de 12 × In o con un retraso corto (≥ 0.1 s); el elemento con retraso de tiempo con una curva que tolera 10 × In durante 0.1 s.
3. Restricción de segundo armónico: los relés numéricos detectan el contenido del 2º armónico típico del arranque (> 15 %) y bloquean la desconexión – habilítalo.
4. Cierre controlado: para transformadores conmutados repetidamente (plantas fotovoltaicas cada mañana, campos de prueba) un dispositivo de conmutación en punto de onda cierra cada polo en el instante óptimo y reduce el arranque a aproximadamente 1–2 × In.

Plantas fotovoltaicas

Los transformadores fotovoltaicos se energizan desde el lado de MV todos los días cuando la planta se activa – o permanecen energizados por la noche, incurriendo en pérdidas en vacío. Ambas estrategias son comunes. Si conmutas diariamente, especifica conmutación controlada o asegúrate de que el relé del operador use restricción armónica; si permaneces energizado, elige una unidad con las menores pérdidas en vacío posibles, como las versiones PNACHO-O PV.