Transformadores en Paralelo
Análisis sobre factibilidad, condiciones requeridas y consideraciones teóricas y prácticas
¿Qué Pasaría si Pongo Diferentes Transformadores en Paralelo?
Esta es la pregunta central de este análisis técnico. La respuesta depende del tipo de diferencia y del grado de incompatibilidad. Algunos transformadores diferentes sí pueden funcionar en paralelo, pero con severas limitaciones. Otros no deben bajo ninguna circunstancia conectarse juntos.
📌 Respuesta Corta
La conexión en paralelo de transformadores es posible pero requiere cumplir condiciones técnicas muy específicas. Si estas no se cumplen, pueden ocurrir:
- ✗ Cortocircuitos destructivos (corrientes >800% nominal)
- ✗ Corrientes circulantes continuas (pérdidas I²R)
- ✗ Reparto desigual de carga (sobrecarga de un equipo)
- ✗ Fallas catastróficas en sincronización
Conceptos Fundamentales
Antes de analizar la conexión en paralelo, es esencial entender qué es y por qué se hace:
¿Por Qué Conectar Transformadores en Paralelo?
- Aumento de Capacidad: Dos transformadores suman sus capacidades (16 MVA + 16 MVA = 32 MVA)
- Confiabilidad: Si uno falla, el otro mantiene al menos parcialmente el suministro
- Mantenimiento: Permite desconectar un equipo para inspección sin interrumpir totalmente el servicio
- Flexibilidad Operacional: Adapta la capacidad disponible según demanda variable
Parámetros Clave de un Transformador
Relación de Transformación
Cociente entre voltaje primario y secundario. Ejemplo: 13,800 V : 480 V = 28.75
Grupo Vectorial (Índice Horario)
Define el desfasamiento angular entre bobinados. Ej: Yd11 (30° de desfase)
Impedancia de Cortocircuito (%Zcc)
Caída de tensión interna al cortocircuitar secundario. Típicamente 5-6%
Potencia Nominal (kVA)
Carga máxima continua especificada por el fabricante
Teoría Técnica – Transformadores en Paralelo
La conexión en paralelo de transformadores se rige por leyes electromagnéticas bien establecidas. Cuando dos transformadores se unen por sus bobinados secundarios a una barra común, sus tensiones deben ser idénticas en magnitud y fase.
Principio de Conservación de Voltaje
Para operación estable:
$$V_1 = V_2 \quad \text{(en magnitud y ángulo de fase)}$$
Si esta condición no se cumple, circulará corriente entre los transformadores incluso sin carga externa, causando pérdidas y calentamiento.
Reparto de Carga – Dependencia de Impedancia
Cuando ambos transformadores están en paralelo y operan bajo carga, la corriente se divide inversamente proporcional a sus impedancias. Esto se deduce de la Ley de Ohm aplicada a cada rama:
Reparto de corriente:
$$\frac{I_1}{I_2} = \frac{Z_2}{Z_1}$$
La corriente es inversamente proporcional a la impedancia
Por lo tanto, el transformador con menor impedancia conducirá más corriente (se sobrecarga antes), mientras que el de mayor impedancia se subutiliza.
Corrientes Circulantes
Si los transformadores tienen diferentes relaciones de transformación, sus voltajes secundarios en vacío serán distintos. Esto crea una «fuerza impulsora» que genera corriente continua entre los secundarios, incluso sin carga conectada.
Corriente circulante por diferencia de voltaje:
$$I_{circ} = \frac{\Delta V}{Z_1 + Z_2}$$
Donde ΔV es la diferencia de voltaje secundario entre ambos transformadores. Aunque parezca pequeña, la baja impedancia del bucle magnético genera corrientes significativas.
Condiciones OBLIGATORIAS para Conexión en Paralelo
Estas cinco condiciones son NECESARIAS. Si alguna no se cumple, pueden ocurrir una falla. No existe excepción o tolerancia para ninguna de ellas.
1️⃣ Relación de Transformación Idéntica
Requisito: Diferencia máxima ±0.5%
Ejemplo: Si Transformador 1 es 13,800:480 V exacto, Transformador 2 debe estar entre 13,800:481.92 V y 13,800:478.08 V
Si dos transformadores tienen diferentes relaciones de transformación, sus voltajes secundarios en vacío serán distintos. Esta diferencia genera una corriente circulante continua incluso sin carga conectada.
Explicación Teórica:
Si Transformador 1 produce 480.0 V y Transformador 2 produce 478.5 V, existirá una diferencia de 1.5 V entre los secundarios cuando se conectan en paralelo. Aunque parece pequeña, esta diferencia impulsa una corriente a través de la baja impedancia del bucle.
Consecuencias de Incumplimiento:
- • Corrientes circulantes continuas: Flujo permanente de corriente entre los transformadores
- • Pérdidas I²R: Potencia se disipa como calor sin realizar trabajo útil
- • Reducción de capacidad: Parte de la capacidad nominal se dedica a compensar la corriente circulante
- • Envejecimiento acelerado: El aislamiento se deteriora más rápidamente
2️⃣ Grupo Vectorial Compatible (Índice Horario)
Requisito: Mismo grupo o grupos 3-4 con inversión de secuencia
Incompatibilidad es CRÍTICA – Genera cortocircuito inmediato
El grupo vectorial (también llamado índice horario) define el desfasamiento angular entre las tensiones de primario y secundario. Es determinado por cómo se conectan internamente los bobinados (estrella, delta, zigzag).
Los Cuatro Grupos Principales:
| Grupo | Desfase | Conexiones Típicas | Paralelo Permitido |
|---|---|---|---|
| Grupo 1 | 0° | Yy0, Dd0, Dz0 | ✓ Solo Grupo 1 |
| Grupo 2 | 180° | Yy6, Dd6, Dz6 | ✓ Solo Grupo 2 |
| Grupo 3 | -30° | Yd1, Dy1, Yz1 | ⚠️ Grupo 3-4* |
| Grupo 4 | +30° | Yd11, Dy11, Yz11 | ⚠️ Grupo 3-4* |
* Los grupos 3 y 4 pueden conectarse con inversión de secuencia de fases (B↔C) en ambos primario y secundario
¿Qué Sucede con Grupos Incompatibles?
Si se conectan dos transformadores con grupos incompatibles (ejemplo: Yy0 con Yd11), las tensiones secundarias están desfasadas 30°. Esto crea una «diferencia vectorial» que es equivalente a una tensión de cortocircuito permanente.
Ejemplo Numérico – 30° de Diferencia:
Cálculo de corriente circulante (ambos de 10 MVA, 6% Zcc):
$$I_{circ} = \frac{480 \text{ V} \times \sin(30°)}{0.06 \times \frac{(480)^2}{10}} = \frac{240}{1,382.4} \approx 5,850 \text{ A}$$
Esto es ≈ 800% de la corriente nominal – CORTOCIRCUITO INMEDIATO
⚠️ ADVERTENCIA CRÍTICA
Conectar transformadores con grupos vectoriales incompatibles es una de las peores faltas que se pueden cometer en sistemas eléctricos. Genera corrientes destructivas que pueden:
• Activar todas las protecciones de manera instantánea
• Causar daño mecánico y térmico severo
• Generar arcos eléctricos y explosiones
• Destruccion los transformadores en segundos
3️⃣ Impedancia de Cortocircuito Similar
Recomendación: Diferencia máxima ±10% entre impedancias
Si diferencia > 10%: Reparto de carga severamente desigual
La impedancia de cortocircuito (%Zcc) es uno de los parámetros más importantes que determinan cómo se reparte la carga entre transformadores en paralelo. Diferentes impedancias causan que uno se sobrecargue mientras el otro se subutiliza.
Ejemplo Práctico de Reparto Desigual:
Dos transformadores en paralelo, carga total 3500 kVA:
- Trafo 1: 2000 kVA, Zcc = 5.75%
- Trafo 2: 2000 kVA, Zcc = 4.00% (diferencia: 44%)
Reparto de carga (inversamente proporcional a Zcc):
$$I_1 = \frac{3500 \times 4.00}{4.00 + 5.75} = 1,484 \text{ kVA} \quad (74.2\% \text{ de 2000})$$
$$I_2 = \frac{3500 \times 5.75}{4.00 + 5.75} = 2,016 \text{ kVA} \quad (100.8\% \text{ de 2000}) \quad ⚠️$$
Resultado: Trafo 2 está SOBRECARGADO al 100.8% mientras Trafo 1 solo al 74.2%. Esto reduce la capacidad útil total.
Consecuencias de Impedancias Diferentes:
- • Capacidad total del banco no es la suma de capacidades individuales
- • El transformador de menor impedancia se sobrecarga primero
- • Ciclos de vida desiguales – uno envejece más rápido
- • Difícil sincronización durante operación
4️⃣ y 5️⃣ Secuencia de Fases e Igual Frecuencia
Secuencia de Fases
Requisito: Ambos deben tener secuencia ABC o ambos ACB (NUNCA mezclar)
Por qué: Secuencias diferentes causan desfasamiento de 120° entre fases que genera cortocircuito cíclico
Frecuencia Nominal
Requisito: Ambos 50 Hz o ambos 60 Hz (NUNCA mezclar)
Por qué: Diferentes frecuencias crean tensiones que se mueven a velocidades diferentes, imposibles de sincronizar
Condiciones RECOMENDADAS para Operación Óptima
Aunque las condiciones obligatorias son técnicamente suficientes, existen recomendaciones adicionales que mejoran significativamente la operación, eficiencia y seguridad del sistema.
Diferencia clave: Las condiciones obligatorias previenen fallas. Las recomendadas optimizan la operación continua y maximizan la capacidad disponible.
1. Relación X/R Similar (±10%)
La relación entre reactancia y resistencia afecta el factor de potencia con el que operan los transformadores. Diferencias significativas causan reparto asimétrico no solo de potencia real sino también reactiva.
2. Potencias Nominales Proporcionales (relación 1:2 ó 1:3)
Aunque dos transformadores de capacidades diferentes pueden conectarse, es mejor mantener una relación entre capacidades no superior a 1:3. Diferencias mayores causan problemas de sincronización y control.
3. Posición de Tap Changer Idéntica
Si los transformadores tienen reguladores de voltaje (cambiadores de tomas), deben estar en la misma posición. Posiciones diferentes generan corrientes circulantes adicionales.
4. Enfriamiento Adecuado y Similar
Ambos transformadores deben tener sistemas de enfriamiento equivalentes para mantener temperaturas similares bajo carga. Diferencias en enfriamiento afectan la capacidad sostenible.
Consideraciones Prácticas
Verificación Previa en Campo
Antes de cualquier conexión en paralelo, deben realizarse mediciones y verificaciones sistemáticas:
(URL: Diagrama de conexiones trifásicas para operación en paralelo)
Procedimiento Seguro Paso a Paso
Fases del Procedimiento
FASE 1: Verificaciones Previas a la Conexión
- 1. Comparar placas de características de ambos transformadores
- 2. Verificar: voltaje primario, secundario, grupo vectorial, %Zcc
- 3. Confirmar que grupos vectoriales sean idénticos
- 4. Revisar posición de tap changers (deben estar en la misma)
- 5. Verificar impedancias dentro de tolerancia ±10%
FASE 2: Mediciones en Vacío (SIN conexión en paralelo)
- 1. Energizar ambos transformadores en primario
- 2. Mantener interruptores de acoplamiento secundario ABIERTOS
- 3. Medir voltajes fase-fase en cada secundario → deben ser iguales ±0.5%
- 4. Medir voltajes entre fases homólogas (A1-A2, B1-B2, C1-C2) → DEBE ser CERO
- 5. Si diferencias > tolerancia: Ajustar taps y repetir
FASE 3: Cierre del Paralelo
- 1. Con AMBOS primarios ENERGIZADOS
- 2. Cerrar lentamente el interruptor de acoplamiento secundario
- 3. Monitorear corrientes en ambos transformadores durante cierre
- 4. Corriente circulante debe ser MÍNIMA (<5% de nominal)
- 5. Esperar estabilización (usualmente 1-2 minutos)
FASE 4: Aplicación de Carga (Gradual)
- 1. Conectar cargas en incrementos del 25% de la capacidad total
- 2. Entre cada incremento: Esperar estabilización 2-3 minutos
- 3. Monitorear corrientes de ambos transformadores → deben ser aproximadamente iguales
- 4. Verificar temperaturas en ambos equipos → no deben diferir > 5°C
- 5. Ningún transformador debe sobrepasar 100% de su capacidad nominal
Normas de Referencia Aplicables
La conexión en paralelo de transformadores está regulada por múltiples estándares técnicos internacionales. Estas normas establecen requisitos obligatorios para garantizar operación segura y confiable.
| Norma | Organismo | Alcance/Aplicación |
|---|---|---|
| IEC 60076-1 | IEC (Internacional) | Características generales y ensayos de transformadores de potencia |
| IEC 60076-8 | IEC (Internacional) | Guía de aplicación – Operación en paralelo de transformadores |
| IEEE C57.12.00 | IEEE (EE.UU./Canadá) | Transformadores de distribución y potencia sumergidos en líquido |
| IEEE C57.12.01 | IEEE (EE.UU./Canadá) | Transformadores secos (tipo seco) |
| ANSI C57.12.70 | ANSI (EE.UU.) | Transformadores de distribución – Especificaciones de terminals |
| NEC Artículo 450 | NFPA (EE.UU.) | Instalación de transformadores |
| EN 60076 | CENELEC (Europa) | Transformadores de potencia (armonizada con IEC) |
CUMPLIMIENTO OBLIGATORIO
Las normativas IEC 60076-1, IEC 60076-8, IEEE C57.12.00 y IEEE C57.12.01 establecen requisitos OBLIGATORIOS para operación segura.
Conclusión Final
¿QUÉ PASARÍA SI PONGO DIFERENTES TRANSFORMADORES EN PARALELO?
✓ SI cumplen todas las condiciones obligatorias:
→ Funcionamiento seguro. La operación en paralelo es FACTIBLE.
❌ SI alguna condición obligatoria NO se cumple:
→ Riesgos severos: cortocircuitos, corrientes circulantes, sobrecarga.
→ La operación es IMPOSIBLE o PELIGROSA.
📋 Si cumplen obligatorias pero NO las recomendadas:
→ Operación posible pero con limitaciones. Capacidad reducida, eficiencia menor.
❌ NUNCA Permitir
- • Grupos vectoriales incompatibles
- • Secuencias de fases diferentes
- • Frecuencias diferentes
- • Sin verificación previa de voltajes
✓ SIEMPRE Requerido
- • Relación transformación ±0.5%
- • Mismo grupo vectorial
- • Impedancias dentro ±10%
- • Mediciones y verificaciones previas
✓ RECOMENDACIÓN FINAL
La conexión en paralelo de transformadores ES FACTIBLE Y SEGURA siempre que se cumplan rigidamente las condiciones técnicas especificadas. Nunca proceda sin verificación completa. En caso de duda, consulte con ingeniero especializado. El incumplimiento de estas condiciones puede causar daño de equipos y riesgos para seguridad del personal.