¿Qué es un transformador de puesta a tierra?
Un transformador de puesta a tierra crea un punto neutro artificial para sistemas trifásicos que no tienen un neutro accesible, como las redes conectadas en delta o las redes conectadas en estrella sin puesta a tierra a 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV o 35 kV.
Por lo general, se construye con una conexión en zigzag, porque cada bobinado de fase se divide en dos mitades enrolladas en diferentes columnas del núcleo.
En condiciones normales, el transformador solo consume una pequeña corriente de magnetización. Sin embargo, durante un fallo a tierra monofásico, la estructura en zigzag ofrece una baja impedancia de secuencia cero, lo que permite que la corriente de secuencia cero fluya a través del punto neutro y posibilita el funcionamiento correcto de la bobina de extinción de arco, la resistencia de puesta a tierra del neutro o el relé de protección.
Los transformadores de puesta a tierra suelen estar clasificados para funcionamiento en vacío de larga duración y servicio de fallo de corta duración, como 10 s, 30 s o 60 s.
Transformadores de puesta a tierra sumergidos en aceite frente a los de tipo seco
| Elemento de comparación |
Transformador de puesta a tierra sumergido en aceite |
Transformador de puesta a tierra de tipo seco |
| Aislamiento y refrigeración |
El aceite del transformador proporciona aislamiento y refrigeración por circulación de aceite |
Refrigeración por aire con resina epoxi, aislamiento VPI o aislamiento a base de Nomex |
| Seguridad contra incendios |
El aceite es combustible; deben gestionarse los riesgos de fugas e incendios |
Sin aceite, bajo riesgo de incendio; adecuado para interiores y áreas con alta densidad de personal |
| Capacidad de sobrecarga |
Fuerte capacidad de sobrecarga a corto plazo y estabilidad térmica |
Limitada por el aumento de temperatura del devanado; a menudo requiere ventilación o refrigeración por aire forzado |
| Adaptabilidad ambiental |
Buena resistencia a la humedad, condensación y contaminación; adecuado para subestaciones a la intemperie |
Sensible al polvo, condensación y niebla salina a menos que reciba un tratamiento especial; deben verificarse el grado de protección IP y la clase ambiental |
| Capacidad y tensión típicas |
Adecuado para potencias nominales mayores y tensiones de sistema más altas, incluidas aplicaciones de 33 kV y 66 kV |
Más común en potencias nominales pequeñas y medianas; los productos típicos están disponibles hasta aproximadamente 3150 kVA, con potencias nominales más altas dependiendo del fabricante y del método de refrigeración |
| Coste inicial |
Generalmente menor para la misma potencia nominal |
Generalmente mayor debido al aislamiento sólido y al proceso de fabricación |
| Mantenimiento |
Requiere comprobación del nivel de aceite, análisis de aceite, inspección de fugas y mantenimiento periódico |
Básicamente libre de mantenimiento; principalmente inspección visual, monitoreo de temperatura y limpieza |
| Instalación |
Generalmente a la intemperie; puede requerir un foso de contención de aceite o un dique |
Puede instalarse en interiores, a menudo cerca de los equipos de aparamenta o dentro de subestaciones prefabricadas |
| Aplicaciones típicas |
Subestaciones a la intemperie, plantas fotovoltaicas/eólicas, redes industriales, sistemas de 33/66 kV |
Salas de aparamenta en interiores, edificios, centros de datos, hospitales, túneles, estaciones de metro, plantas químicas |
¿Cuándo elegir un transformador de puesta a tierra sumergido en aceite?
Elija sumergido en aceite cuando:
- La instalación es exterior, como una subestación convencional, planta fotovoltaica, parque eólico o patio de maniobras industrial.
- La tensión del sistema es relativamente alta, por ejemplo, 33 kV o 66 kV.
- El transformador de puesta a tierra debe soportar una corriente de falta a tierra de corta duración elevada u operar bajo una temperatura ambiente extrema.
- El proyecto es sensible a los CAPEX y cuenta con personal de mantenimiento cualificado.
- Se priorizan una larga vida útil, una alta inercia térmica y una fiabilidad probada en exteriores.
¿Cuándo elegir un transformador de puesta a tierra de tipo seco?
Elija de tipo seco cuando:
- El equipo se instala en interiores, en un sótano, edificio, túnel, estación de metro, centro de datos, hospital o planta química.
- Las normativas de protección contra incendios restringen o prohíben los equipos rellenos de aceite.
- Los requisitos medioambientales son estrictos y se debe evitar el riesgo de fugas de aceite.
- El sitio cuenta con recursos de mantenimiento limitados.
- La potencia es pequeña o media, típicamente para sistemas de distribución de 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV o 35 kV.
- La unidad de tipo seco se especifica con una clase medioambiental adecuada, como C2 para baja temperatura, E2 para humedad/contaminación y F1/F0 para comportamiento al fuego.
Nota: Los transformadores de puesta a tierra de tipo seco pueden utilizarse en entornos costeros o corrosivos, pero solo cuando el sistema de aislamiento, la carcasa, la distancia de fuga y el tratamiento anticorrosión se especifican adecuadamente. No son automáticamente superiores a las unidades sumergidas en aceite en zonas de niebla salina.
Malentendidos comunes
- "El tipo seco siempre es más caro."
No necesariamente. Las unidades de tipo seco suelen tener un precio de compra más alto, pero pueden reducir las obras civiles, los costes de protección contra incendios, los requisitos de espacio en interiores y la carga de trabajo de mantenimiento. Para proyectos en interiores, el coste total de propiedad puede ser competitivo.
- "Los transformadores sumergidos en aceite no pueden utilizarse en interiores."
Pueden hacerlo, pero normalmente se requieren protección adicional contra incendios, contención de aceite, ventilación y distancias de seguridad. En muchos proyectos de edificación, el tipo seco sigue siendo la opción más sencilla.
- "Cualquier transformador puede utilizarse como transformador de puesta a tierra."
No. Un transformador de distribución estándar no proporciona la misma baja impedancia de secuencia cero que un transformador de puesta a tierra en zigzag. El uso de un transformador normal para conectar una bobina de compensación de arco suele limitar la capacidad utilizable a aproximadamente el 20% de la potencia nominal del transformador, mientras que un transformador de puesta a tierra en zigzag puede utilizar del 90% al 100% de su capacidad para fines de puesta a tierra.
Parámetros clave a especificar
Al preparar una ficha técnica o una consulta, estos parámetros deben definirse claramente:
- Tensión del sistema y tensión máxima para el equipo, por ejemplo, 12 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV o 36 kV.
- Frecuencia del sistema, 50 Hz o 60 Hz.
- Tipo de conexión, normalmente ZNyn o ZN, dependiendo de si se requiere un devanado auxiliar secundario.
- Impedancia de secuencia cero, que se determinará mediante el estudio del sistema, la limitación de la corriente de falta y la coordinación de la puesta a tierra del neutro. Los transformadores de puesta a tierra en zigzag están diseñados para una baja impedancia de secuencia cero, pero el valor exacto debe especificarse caso por caso.
- Corriente nominal de falta a tierra, por ejemplo, 200 A, 400 A, 600 A o 1200 A.
- Duración de la falta, como 10 s, 30 s o 60 s.
- Potencia nominal continua en kVA, si el transformador de puesta a tierra también suministra una carga auxiliar de la subestación.
- Método de puesta a tierra del neutro, incluyendo bobina de compensación de arco, resistencia de puesta a tierra del neutro, o puesta a tierra directa/reactancia.
- Nivel de aislamiento / BIL, según los requisitos de IEC, IEEE o de la compañía eléctrica local.
- Relación X/R del sistema y potencia de cortocircuito, para garantizar la correcta capacidad de soportar térmica y dinámica.
- Altitud, especialmente para instalaciones por encima de 1000 m.
- Armónicos o condiciones de carga no lineal, si el transformador de puesta a tierra también soporta carga auxiliar.
- Grado de protección IP de la carcasa y nivel de ruido, particularmente para instalaciones en interiores.
- Clase medioambiental, especialmente para unidades de tipo seco: clase de temperatura, clase de humedad, clase de contaminación y grado de protección IP.
- Normas aplicables, como IEC 60076-6, IEC 60076-11, IEEE C57.32-2015 (inactiva-reservada a partir de marzo de 2026), IEEE C62.92, GB/T 1094.6 y GB/T 10228.
Proveedor de transformadores de puesta a tierra
Regla general de selección
- Sitios en interiores, con restricciones contra incendios, de bajo mantenimiento o ambientalmente sensibles → transformador de puesta a tierra de tipo seco.
- Sitios en exteriores, de alta tensión, con alta corriente de falla, de servicio pesado o sensibles a los CAPEX → transformador de puesta a tierra sumergido en aceite.
La decisión final no debe basarse únicamente en el precio de compra. Debe considerar el entorno de instalación, la normativa contra incendios, la coordinación de la impedancia de secuencia cero, la duración de la falla, la capacidad de mantenimiento y el costo total de propiedad.
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