En este artículo, abordaremos la corriente de irrupción de los transformadores, incluyendo algunas de las formas más modernas de evitarla y gestionarla de forma eficaz. También analizaremos cómo afecta a su sistema eléctrico y responderemos a más preguntas frecuentes sobre la corriente de irrupción de los transformadores.
¿Se ha preguntado alguna vez por qué se corta la corriente de repente al encender un transformador? Podría ser una corriente de irrupción causando estragos en su sistema eléctrico.
La corriente de irrupción es una reacción normal del transformador al recibir energía. Se manifiesta como un pico breve pero repentino en el nivel de corriente.
Aunque este fenómeno puede durar solo unas fracciones de segundo, puede causar daños importantes en su sistema eléctrico, especialmente en los transformadores, dependiendo de la intensidad de la sobretensión.
Sin embargo, con una planificación y un diseño cuidadosos, puede tomar medidas para gestionar y proteger su sistema de los efectos de la corriente de arranque.
Formas de gestionar la corriente de irrupción de los transformadores
Utilice un dispositivo de protección
Existen diferentes dispositivos de protección que puede utilizar para proteger sus sistemas eléctricos y transformadores de corrientes de irrupción de corta duración. Algunas de las opciones son instalar los siguientes dispositivos de protección:
- Resistencias de preinserción
- Circuito de protección contra corrientes de irrupción
Resistencias de preinserción (PIR)
Añadir resistencias de preinserción en el circuito es un método muy fiable y probado para controlar la corriente de irrupción.
Las resistencias de preinserción suelen conectarse en serie al núcleo del transformador cuando se espera una corriente de irrupción y se derivan una vez que el flujo eléctrico se estabiliza.
Este proceso implica algunas instalaciones básicas que se rigen por un principio sencillo: añadir más resistencia al sistema para contrarrestar la corriente de arranque.
Además, hay que tener en cuenta que este dispositivo debe coincidir con la tensión del sistema y las especificaciones del transformador. También se necesitaría otro disyuntor para su control.
Circuito de protección contra corrientes de irrupción
Los circuitos de protección contra corrientes de irrupción se clasifican en termistores NTC (coeficiente de temperatura negativo) y PTC (coeficiente de temperatura positivo).
La elección de la aplicación depende de la potencia nominal del transformador, la frecuencia, los cortocircuitos, la temperatura ambiente y el presupuesto.
Los termistores NTC y PTC protegen el sistema de las corrientes de irrupción reaccionando a los cambios de temperatura dentro del sistema.
El termistor NTC crea una resistencia adicional cuando se enciende el transformador. Una vez que pasa la corriente, la temperatura de este dispositivo aumenta. Cuando la temperatura sube, la resistencia se reduce gradualmente hasta que el flujo de corriente alcanza el nivel normal.
Los termistores NTC suelen considerarse la primera opción por su simplicidad y practicidad. Sin embargo, hay casos en los que los termistores PTC son más adecuados. Esto ocurre cuando el sistema:
- Necesita reinicios frecuentes
- Debe protegerse contra cortocircuitos
- La temperatura ambiente es superior o inferior a la temperatura ambiente.
Optimización del diseño
Si aún se encuentra en las primeras fases de planificación de su sistema, es mejor que consulte con el fabricante para estudiar cómo se pueden incorporar medidas de seguridad eficaces que puedan hacer frente al impacto de la corriente de irrupción en el diseño del transformador.
Algunas de las técnicas modernas disponibles se centran en:
- Estructuradel núcleo
- Bobinado y colocación del núcleo
- El disyuntor
- La configuración del sistema
- La conmutación controlada
Estructura del núcleo
El material y el diseño del núcleo pueden desempeñar un papel importante en la supresión de los efectos de la corriente de irrupción del transformador.
En la medida de lo posible, elija un material y un diseño que tengan bajos niveles de saturación magnética y bajo magnetismo residual.
El hierro sólido y el acero al silicio son algunas de las pocas opciones disponibles. Evite el uso de aleaciones amorfas o no cristalinas, ya que pueden aumentar la corriente de irrupción.
En cuanto al diseño, lo ideal es que el núcleo tenga más espiras, espacios de aire mínimos y espacio suficiente para evitar la saturación del núcleo en caso de corrientes de irrupción elevadas.
Colocación del devanado y del núcleo
La mayoría de los devanados se colocan cerca del núcleo para facilitar la inducción mutua. Sin embargo, esto podría provocar fácilmente la saturación.
La saturación es algo que hay que evitar para prevenir la corriente de irrupción y los posibles daños que puede causar al núcleo del transformador.
Una forma de evitar la saturación es colocar el devanado primario en la capa más externa, lejos del núcleo. Esto ayudará a ralentizar el proceso de energización y reducirá eficazmente la cantidad de corriente de irrupción que fluye hacia el sistema.
Disyuntor
Los disyuntores son una parte esencial de un sistema eléctrico que actúa como mecanismo de desconexión cuando se detecta una sobrecorriente.
Algunos disyuntores, como los de tipo de fusión lenta, son sensibles a la temperatura. Su función es desconectar el transformador antes de que se sobrecaliente.
Sin embargo, si el disyuntor no tiene el tamaño adecuado, en caso de corriente de irrupción, pueden producirse desconexiones indeseadas que podrían dar lugar a reinicios frecuentes y retrasos.
Para evitar esta situación y lograr un sistema eléctrico bien protegido, el disyuntor debe tener el tamaño adecuado según el tamaño y las especificaciones del transformador.
Los parámetros y cálculos también deben guiarse por las normas establecidas por el Código Eléctrico Nacional.
Configuración del sistema
Los transformadores se conectan normalmente en función de su aplicación. Sin embargo, tenga en cuenta que la forma en que configura su sistema puede influir en la reacción del sistema a la corriente de irrupción del transformador.
Por ejemplo, la conexión delta-estrella podría ser más beneficiosa para controlar la corriente de irrupción del transformador, ya que la conexión delta en el lado primario puede gestionar las altas corrientes de irrupción al energizarse.
Por el contrario, algunas referencias indican que la conexión estrella-estrella podría aumentar la corriente de irrupción hasta en un 50 %.
Conmutación controlada/conmutación en punto de onda
Otra forma innovadora de hacer frente a la corriente de irrupción es utilizar esquemas de conmutación controlada. Este método mejora la función del disyuntor utilizando un dispositivo de conmutación de punto en onda.
Este dispositivo de conmutación está disponible en varios tipos y modelos que pueden utilizarse en grandes transformadores. Además, el tipo de dispositivo de conmutación que se debe utilizar depende en gran medida del tipo de disyuntor que tenga el transformador.
La mayoría de estos dispositivos de conmutación están diseñados para ampliar las configuraciones existentes, pero también pueden integrarse previamente en el diseño.
¿Cuáles son los efectos de la corriente de irrupción?
Si no se soluciona, la corriente de irrupción puede poner en grave peligro su transformador y su sistema eléctrico. Esto puede incluir dos o más de los siguientes efectos:
Caída de tensión
Cuando el nivel de tensión cae significativamente, todas las partes del sistema tienen que trabajar más de lo habitual, lo que puede provocar que el sistema se queme. Esto también puede causar interrupciones en el suministro eléctrico e inestabilidad en el mismo.
Esfuerzo mecánico
Ciertos niveles de corriente de irrupción pueden causar un esfuerzo mecánico excesivo que puede acortar de forma perjudicial la vida útil de su transformador, los circuitos y otros equipos del sistema.
Interruptores activados
Los disyuntores y otros interruptores pueden detectar la corriente de irrupción como una anomalía, lo que provoca que se activen innecesariamente.
Esto da lugar a interrupciones no deseadas que afectan en gran medida a la eficiencia general del sistema. Por ello, es necesario tomar algunas medidas, como aumentar el tamaño del interruptor.
Aumento del tiempo de inactividad
Si la corriente de irrupción no se trata adecuadamente, puede provocar averías frecuentes del transformador o, lo que es peor, un fallo total del sistema, lo que significa una reducción del tiempo de funcionamiento y una asignación de tiempo adicional para el mantenimiento y la reparación.
Vibraciones
La fuerte subida de la corriente de irrupción puede hacer que los devanados y otras partes del transformador vibren. Estas vibraciones también pueden generar ruidos, lo que es un claro indicio de que hay algún problema en el sistema.
Sobrecarga
La corriente de irrupción puede superar la capacidad diseñada del transformador. En última instancia, el transformador se sobrecarga, se sobrecalienta y, finalmente, se avería.
Más allá de las limitaciones de tiempo, esto puede dañar las partes del aislamiento y otros componentes térmicos, lo que a la larga reduce la vida útil del transformador.
¿Qué causa la corriente de irrupción?
Al igual que el calentamiento, el transformador necesita mucha energía para magnetizar el núcleo durante el arranque. El nivel de corriente puede alcanzar su pico en un instante antes de estabilizarse.
Además, cuando el sistema está completamente descargado, la impedancia es mínima. Esto permite que, temporalmente, grandes cantidades de corriente fluyan libremente por el sistema.
¿Qué tipos de corrientes de irrupción existen?
Corriente de irrupción simpática
Esto puede ocurrir cuando se alimenta un transformador en sistemas en los que hay dos o más transformadores conectados activamente a él.
Corriente de irrupción por energización
Este es el tipo de corriente de irrupción más común en la mayoría de los transformadores en el momento en que se encienden después de estar inactivos.
Corriente de irrupción de recuperación
Se observa cuando se reinicia un transformador después de que el flujo de tensión se haya interrumpido momentáneamente.
¿Se puede cuantificar la corriente de irrupción?
Sí, la corriente de irrupción de los transformadores se puede medir. Existen varias opciones que puede utilizar para comprobar el nivel de corriente de irrupción en su sistema.
Un multímetro con funciones de medición de corriente de arranque, como un medidor de pinza, es una de las opciones más seguras. Otra opción sería utilizar un osciloscopio de alta frecuencia y analizadores de potencia.
En instalaciones a gran escala, también se utilizan dispositivos de medición, calculadoras asistidas por software o dispositivos de lectura automática.
Independientemente del método utilizado, para evitar accidentes, esta operación solo debe ser realizada por profesionales. También deben aplicarse estrictamente las normas de seguridad eléctrica.
¿Qué hay que tener en cuenta al elegir el limitador de corriente de irrupción adecuado?
Básicamente, es necesario conocer las especificaciones, como la tensión de entrada y la potencia máxima de salida del sistema.
Esto también implica el cálculo de la resistencia mínima, la corriente en estado estable y la energía total, lo que le ayudará a elegir el tipo o modelo de limitador de corriente de irrupción más adecuado.
A continuación se presentan algunas fórmulas útiles que puede utilizar para los cálculos del transformador de arranque:
- R (ohmios) = 1.414 Vde entrada(voltios) ÷ I (amperios)
- Css(amperios) = [Pde salida÷ Vde entrada (voltios)] × 90 % de eficiencia
- Etotal(julios) = 1/2[C (uF) × V2pico (voltios)]
Donde
R = resistencia mínima
V de entrada = tensión de entrada
I = Corriente de irrupción máxima permitida
CSS = Corriente en estado estable
P = Potencia de salida
ETotal = Energía total
C = Capacitancia
VPeak = Tensión pico
Aunque los cálculos pueden ser sencillos, tenga en cuenta que se requiere una formación profesional y un conocimiento adecuado de estos sistemas eléctricos para obtener los resultados deseados.
¿Cuáles son los factores que pueden determinar la corriente de irrupción?
Tamaño del transformador
La corriente de irrupción en un transformador pequeño es más tolerable que la que se produce al alimentar un transformador grande.
Los transformadores grandes tienen núcleos más grandes, por lo que requieren una gran entrada de corriente de irrupción para cargar el núcleo.
Flujo residual
Los transformadores con flujo residual tienden a tener la corriente de irrupción más alta en comparación con un transformador que parte de cero.
Esto es muy relativo al punto de partida y al tiempo que queda antes de que se alcance el punto de saturación.
Otros factores
Entre ellos se incluyen las características significativas del transformador, como el diseño, el tamaño del núcleo y el número de espiras.
La sobrecarga de energía observada al energizar es otro factor que determina la gravedad de la corriente de arranque.
¿Qué tan grave puede ser la corriente de irrupción de un transformador?
La gravedad y la duración de la corriente de irrupción de un transformador están determinadas por varios factores. Dependiendo de estos factores, la corriente de irrupción podría alcanzar niveles muy altos.
Por ejemplo, si se tiene un transformador grande y hay flujo residual en el núcleo, estos factores amplifican la intensidad de la corriente de irrupción. Se puede esperar que la corriente de irrupción sea entre diez y cuarenta veces mayor que la corriente de funcionamiento total.
¿Necesita ayuda para gestionar la corriente de irrupción de los transformadores?
Una gestión eficaz de la corriente de irrupción de los transformadores no solo significa saber cómo controlarla, sino también saber cómo equipar el transformador para que resista sus efectos. Con un diseño adecuado y las medidas de seguridad pertinentes, puede lograr un sistema eléctrico sólido.
Daelim Belefic es un fabricante debidamente certificado ISO, CESI, CNAS y UL/cUL que ha sido un socio de confianza en el suministro de transformadores robustos y de alta calidad en todo el mundo con el objetivo final de garantizar la fiabilidad de los transformadores en todos los sistemas eléctricos.
En Daelim Belefic, los transformadores están debidamente equipados con dispositivos de protección de seguridad y diseñados para ofrecer un rendimiento eficiente y óptimo.
Cada unidad se somete a rigurosas pruebas, como la prueba de impacto, que valida la resistencia mecánica y la integridad del transformador.
Con más de 20 años de experiencia en el diseño de transformadores, Daelim Belefic puede ofrecer diversas estrategias y orientación profesional sobre la corriente de irrupción de los transformadores.
¿Sigue preocupado por la corriente de irrupción de los transformadores? Daelim Belefic está aquí para escucharle. Póngase en contacto con Daelim Belefic para consultar hoy mismo con algunos de nuestros profesionales experimentados y conocedores.
