Resistencia a cortocircuito: qué sucede dentro de un transformador durante una falla de 2 segundos

Un cortocircuito en la barra de bus de baja tensión es el evento más violento que un transformador de distribución experimentará. Durante una fracción de segundo antes de que la protección elimine la falla, los devanados llevan corrientes de 20 a 25 veces su capacidad y son separados por fuerzas de varias toneladas. La IEC 60076-5 requiere que el transformador sobreviva a esto – y define cómo se demuestra esta capacidad.

La corriente

La corriente de cortocircuito simétrica está determinada por la impedancia del transformador (para una red infinitamente fuerte): I_sc = I_n / u_k. Para u_k = 4 % eso es 25 × I_n; para 6 % es 16.7 × I_n. El primer pico, con un desplazamiento de CC completo, alcanza aproximadamente 2.5 veces el valor RMS simétrico – para una unidad de 630 kVA / 0.42 kV eso es un pico de aproximadamente 55 kA en el lado de baja tensión.

Dos tipos de estrés

	Resistencia térmica	Resistencia dinámica
Causa	Cálido I²R de los conductores	Fuerzas electromagnéticas entre los devanados
Duración en la norma	2 s (Categoría I–II, ≤ 2 500 kVA)	Primer pico, luego decreciente
Límite	Temperatura del devanado ≤ 250 °C (Cu) / 200 °C (Al) después de 2 s	Sin deformación permanente; cambio de reactancia < 2 % (aceite) después de la prueba
Verificación	Cálculo según IEC 60076-5	Cálculo o prueba en un laboratorio de alta potencia

Adónde van las fuerzas

El flujo de fuga entre los devanados concéntricos de alta y baja tensión produce una fuerza radial que intenta estallar el devanado exterior hacia afuera y aplastar el devanado interior hacia adentro, y una fuerza axial que comprime los devanados hacia su centro. Las fuerzas axiales son las peligrosas: cualquier asimetría entre los devanados – un devanado de toma en un extremo, contracción desigual del aislamiento – produce una fuerza neta que puede desplazar toda la bobina. Los fabricantes controlan esto con geometría de devanado precisa, sujeción axial bajo presión definida y secado al vacío antes de la impregnación.

Cómo se prueba la resistencia

1. Cálculo: La IEC 60076-5 permite la demostración por cálculo, siempre que el método del fabricante haya sido validado por pruebas en diseños comparables.
2. Prueba de tipo en un laboratorio independiente: el transformador es sometido a una serie de cortocircuitos (tres por fase, cada uno de 0.5 s) a corriente asimétrica completa; después, la reactancia no debe haber cambiado más allá del valor permitido y se repiten las pruebas de rutina. Laboratorios como KEMA, CESI o LTC realizan estas pruebas.

Debido a que una prueba no destruye nada pero prueba todo, generalmente se lleva a cabo en una unidad representativa de una familia de diseño. Pregunte al proveedor a qué familia pertenece su clasificación y si existe un certificado de prueba para ello.

Características de diseño que importan

• Devanados de baja tensión de lámina (comunes en PNACHO-D y en unidades de aceite de hasta ~1 000 kVA): la fuerza axial se distribuye uniformemente a lo largo de toda la lámina – inherentemente robusta.
• Sujeción axial rígida con aislamiento prensado y elementos de resorte.
• Colocación simétrica del devanado de toma.
• Bobinas redondas autoportantes en lugar de rectangulares.

Los transformadores PNACHO están diseñados para la categoría de cortocircuito I de la IEC 60076-5 (≤ 2 500 kVA) con una resistencia térmica de 2 segundos; los valores de impedancia en las páginas de productos PNACHO-O y PNACHO-D le permiten calcular la corriente de falla para su diseño de equipo de conmutación.