Para alcanzar una integración eléctrica segura, es esencial comprender la polaridad de los transformadores, es decir, la relación que existe en un instante de tiempo (dirección relativa del voltaje) entre las fases de los devanados de alta y baja tensión. Este artículo explora las características y diferencias entre la polaridad aditiva y sustractiva, así como su determinación experimental y la estandarización del marcado de terminales. Además, se consideran los principales criterios de selección de la polaridad, basados en las normativas CSA, con el fin de proporcionar un marco técnico esencial que ayude a evitar cortocircuitos y corrientes circulantes peligrosas al momento de realizar conexiones de transformadores en paralelo.
Naturaleza De La Polaridad
Dado que la forma de onda de la corriente eléctrica (alterna) es sinusoidal, no podemos suponer que el flujo de energía tiene un comportamiento constante, sino que es similar a un latido. En un transformador, la polaridad describe aquella relación de fase instantánea entre los devanados primario y secundario, es decir, una vez que conocemos la dirección en que se mueve la corriente en el devanado secundario, conocemos también la dirección de la corriente en el primario en ese mismo instante de tiempo.
Al momento de conectar dos transformadores en paralelo para alimentar, cobra vital importancia este fenómeno ya que sus «latidos» deben estar perfectamente sincronizados, de lo contrario, estaremos creando un camino para un cortocircuito. Por ello, todo técnico e ingeniero debe dominar a la perfección la polaridad (dirección del flujo) en los terminales de entrada y salida del transformador.
La Polaridad En Transformadores
Cuando hablamos de polaridad en los transformadores hacemos referencia a una propiedad relativa, ¿Por qué? Porque en este caso, un terminal puede ser positivo o negativo respecto a otro en un momento específico del ciclo de corriente alterna, a diferencia de lo que ocurre en corriente continua, donde tenemos un terminal positivo o negativo de forma permanente.
El sentido del arrollamiento de los conductores sobre el núcleo es el que determina este comportamiento. Supongamos que se enrolla un cable alrededor de un cilindro en sentido horario (derecha) y otro cable en el mismo cilindro en sentido antihorario (izquierda). Tendremos el mismo flujo magnético a través de ambos, pero las Fuerzas Electromotrices (FEM) inducidas serán opuestas, es decir, la corriente en un devanado circulará en sentido opuesto a la del otro. En otras palabras, la diferencia en el sentido de arrollamiento entre los devanados primario y secundario es lo que determina una polaridad aditiva o sustractiva.
Fundamentos Del Marcado De Terminales
Existen estándares internacionales, principalmente de la IEEE y ANSI, que dictan cómo marcar los terminales en un transformador, con la finalidad de evitar confusiones al momento de la instalación.
● Terminales de Alta Tensión: Se identifican con la letra H (H1, H2, monofásicos, H1, H2, H3, trifásicos).
● Terminales de Baja Tensión: Se identifican con la letra X (X1, X2, monofásicos, X1, X2, X3, trifásicos).
Aunado a esto, también tenemos la Convención de Puntos, gracias a la cual, en los diagramas esquemáticos, encontraremos puntos negros cerca de los terminales, cuyo significado o interpretación es: Un punto en un terminal del primario indica que, en el instante en que la corriente entra por ese terminal, la corriente está saliendo en el secundario por el terminal igualmente marcado con punto. Al mismo tiempo, la primera pista sobre la polaridad del transformador nos la da la posición física de estos terminales en el tanque del transformador.
Características De La Polaridad Sustractiva
La polaridad sustractiva tiene lugar cuando al conectar en serie los devanados primario y secundario, el voltaje secundario se sustrae (resta) del primario. Hoy día, la mayoría de los transformadores de media y alta tensión, así como los de distribución, son construidos bajo este estándar (polaridad sustractiva), a menos que se indique lo contrario. En este caso, mirando el equipo desde el lado de baja, encontramos los terminales H1 y X1, alineados uno frente al otro.
Detalles Técnicos De La Polaridad Sustractiva
● Relación de Fase: El sentido y dirección de circulación de la corriente alrededor del núcleo, tanto en el devanado primario como el secundario, es el mismo.
● Diagrama Fasorial: Si dibujáramos los vectores de voltaje, veríamos que están alineados.
● Seguridad: Dado que los terminales de polaridad similar, en transformadores de alta tensión, son adyacentes, la polaridad sustractiva reduce el esfuerzo dieléctrico entre los conductores externos.
Características De La Polaridad Aditiva
Por otro lado, tenemos la polaridad aditiva, en la cual, como su nombre lo indica, se suman los voltajes de los devanados, en ciertas condiciones de prueba. Visualmente podemos identificar este tipo de configuración basándonos en la disposición, diagonal el uno del otro, de los terminales H1 y X1.
¿Cuándo Se Usa La Polaridad Aditiva?
● Configuración: Al mirar desde el lado de baja tensión, el terminal X1 se encuentra a la derecha del observador, mientras que el H1 está a la izquierda.
● Normativa: Es muy común encontrarla en transformadores monofásicos de distribución, de baja y media tensión (uso rural o residencial ligero).
● Comportamiento Eléctrico: Si conectáramos el terminal H1 con el X1 mediante un puente y midiéramos el voltaje entre H2 y X2, obtendríamos un voltaje total igual a la suma de los voltajes del primario y el secundario.
Determinación Experimental De La Polaridad
¿Cómo podemos determinar la polaridad si no tenemos acceso a los datos de placa del equipo? En este caso, debemos aplicar un procedimiento sencillo, pero con extrema precaución, que es la prueba del voltímetro o conexión de puente.
Procedimiento Paso A Paso
1. Conexión de Puente: Se conecta mediante un puente el terminal de alta tensión (H1) y el terminal de baja más cercano (que suele ser X1 o X2 dependiendo del fabricante).
2. Excitación: Se inyecta un voltaje reducido y seguro a través de los terminales del lado de alta tensión.
3. Medición: Con un voltímetro realizamos la medición entre los dos terminales que han quedado al aire (por ejemplo, entre H2 y X2).
4. Interpretación de Resultados:
- Si obtenemos un voltaje menor que el voltaje aplicado al primario, la polaridad es Sustractiva.
- Si obtenemos un voltaje mayor que el voltaje aplicado, la polaridad es Aditiva.
Nota: Es imprescindible el uso de equipos de protección personal (EPP) así como asegurarse de que el voltaje de prueba sea seguro para evitar daños en el aislamiento del devanado de baja.
Criterios De Selección Según Normas Técnicas
Las normas CSA (Canadian Standards Association) son extremadamente específicas para garantizar la intercambiabilidad de los equipos. En tal sentido, es importante entender que las normas no son caprichos de los fabricantes, al contrario, son guías de seguridad nacional.
Disposiciones De La CSA C2 Y C88
La normativa canadiense establece una distinción clara basada en la potencia y el voltaje:
● CSA C2-14 (Transformadores de Distribución): Indica que la polaridad aditiva es el estándar para transformadores monofásicos de hasta 200 kVA y con voltajes en el lado de alta de 8660 V o menos.
● CSA C88-16 (Transformadores de Potencia): Establece como obligatoria la polaridad sustractiva para equipos cuya potencia es mayor de 200 kVA, o los niveles de voltajes de operación superan los 8660 voltios.
Esta convención se ha estandarizado a lo largo del tiempo, primero porque la polaridad aditiva simplifica enormemente tanto la fabricación como la conexión de los transformadores de pequeña potencia, y segundo, porque la polaridad sustractiva, favorece y optimiza la gestión del aislamiento térmico y eléctrico, dada la disposición de los terminales en equipos de distribución.
Conclusión
Como hemos visto, la polaridad no cambia la relación de transformación, pero desempeña un papel crítico en la seguridad y funcionamiento del sistema y, aun cuando parece un detalle menor, el uso de una polaridad incorrecta puede generar grandes corrientes circulantes, y estas provocar a su vez fallas en los sistemas de protección. Aunado a esto, nunca podemos dejar de comprobar a través de una prueba experimental, la polaridad de un equipo, especialmente antes de realizar conexiones en paralelo.
En Daelim Belefic Transformer nos tomamos con mucha seriedad el tema de la polaridad; es por ello que contamos con certificaciones como UL y cUL y diversas pruebas e inspecciones de control tercerizadas, que garantizan la calidad de sus equipos, apegándose al sistema de gestión de calidad ISO 9001. Si aún tienes dudas sobre la polaridad de los transformadores, contáctanos; nuestro equipo técnico está siempre listo para responder a tus requerimientos.
FAQs
¿Es posible cambiar la polaridad de un transformador ya fabricado?
Físicamente, no se puede cambiar sin desarmar el núcleo y volver a enrollar las bobinas en sentido opuesto. Sin embargo, «eléctricamente» se pueden invertir los cables de conexión externos para lograr el mismo efecto, aunque el marcado de los terminales (H1, X1) seguirá siendo el mismo y podría causar confusión a futuros técnicos y no sería una práctica segura.
Al conectar en paralelo dos transformadores con distinta polaridad, ¿Qué sucede?
Si se conecta un terminal X1 de un transformador sustractivo al X1 de uno aditivo (sin cruzar los cables), se están conectando dos puntos cuyos voltajes son fasorialmente opuestos (ángulo de desfase 180 grados). Esto trae como consecuencia que se produzca una corriente circulante elevada, a tal punto que se activen las protecciones del sistema o peor aún, conlleven la destrucción de los devanados del equipo.
¿Por qué la potencia define la polaridad?
Por diferentes razones, por ejemplo, en baja potencia se usa principalmente la aditiva dada su compatibilidad, mientras que en equipos de mayor potencia (distribución) la sustractiva es la que permite reducir riesgos eléctricos, así como optimizar el uso y diseño del aislamiento.
