{"id":10523,"date":"2026-08-29T23:43:04","date_gmt":"2026-08-29T15:43:04","guid":{"rendered":"https:\/\/q8bbzjnpm5.wpdns.site\/?p=10523"},"modified":"2026-08-29T23:43:04","modified_gmt":"2026-08-29T15:43:04","slug":"transformer-ratio-the-regulating-valve-for-stable-operation-of-power-systems","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/subian-electric.com\/es\/news\/transformer-ratio-the-regulating-valve-for-stable-operation-of-power-systems\/","title":{"rendered":"Relaci\u00f3n del Transformador: La \u201cV\u00e1lvula Reguladora\u201d para la Operaci\u00f3n Estable de los Sistemas de Potencia"},"content":{"rendered":"

Un operador de subestaci\u00f3n mir\u00f3 su medidor electr\u00f3nico hoy cuando lleg\u00f3 una tormenta el\u00e9ctrica y cambi\u00f3 la l\u00ednea de 110 kV de potencia de 108 kV a 116 kV. A pesar de eso, el bus de 20 kV en el lado secundario mostr\u00f3 valores entre 19.9 y 20.1 kV al mismo tiempo. El instrumento que trabaja all\u00ed se llama cambiador de tomas bajo carga: la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n se corrige paso a paso.<\/p>\n

El art\u00edculo interpreta qu\u00e9 es la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n, c\u00f3mo se calcula, cu\u00e1l es la relaci\u00f3n entre la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n<\/strong> y la estabilidad de voltaje, c\u00f3mo los cambiadores de tomas hacen que la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n sea estable en ese mismo momento, y qu\u00e9 consecuencias se pueden obtener si hay un error en la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n. Se proporcionan ejemplos de c\u00e1lculos en el documento junto con referencias a las normas IEC 60076 y IEEE C57, rango t\u00edpico de tomas, el costo de los cambiadores de tomas, y otros.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 es la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n? (Definici\u00f3n y f\u00f3rmula)<\/h2>\n

La relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n o relaci\u00f3n de vueltas define la relaci\u00f3n de vueltas del devanado primario al n\u00famero de vueltas del devanado secundario. Es igual a la relaci\u00f3n de voltaje primario a voltaje secundario y la relaci\u00f3n inversa de las corrientes primarias a secundarias en el caso te\u00f3rico.
\nN1\/N2 = V1\/V2 = I2\/I1.
\nLos transformadores reales no son ideales. En los transformadores reales, la reactancia de fuga y la resistencia del devanado dan lugar a ca\u00eddas de voltaje, haciendo que el voltaje real sea m\u00e1s bajo que el voltaje en vac\u00edo. La diferencia en el voltaje en porcentaje se llama regulaci\u00f3n de voltaje<\/strong> que est\u00e1 alrededor de 2%-6% dependiendo de las caracter\u00edsticas de los transformadores.
\nLa siguiente definici\u00f3n se utiliza de manera intercambiable en los contratos:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Terminolog\u00eda de la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n<\/caption>\n
T\u00e9rmino<\/th>\nSignificado<\/th>\nEjemplo<\/th>\n<\/tr>\n
Relaci\u00f3n de vueltas<\/td>\nN1 \/ N2 (geometr\u00eda de devanado puro)<\/td>\n550 \/ 100 = 5.5<\/td>\n<\/tr>\n
Relaci\u00f3n de voltaje<\/td>\nV1 \/ V2 en vac\u00edo<\/td>\n110 kV \/ 20 kV = 5.5<\/td>\n<\/tr>\n
Regulaci\u00f3n<\/td>\nCa\u00edda de voltaje de vac\u00edo a carga completa<\/td>\n2.5%\u20136%<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

C\u00f3mo calcular la relaci\u00f3n de transformaci\u00f3n: ejemplos resueltos<\/h2>\n

Determinar la relaci\u00f3n es f\u00e1cil si se conoce el voltaje o el n\u00famero de vueltas.<\/p>\n

Por ejemplo:
\nUn transformador de voltaje de 110 kV\/20 kV tiene 110:20 con 2200 vueltas en el primario, lo que significa que hay 400 vueltas en el secundario.
\nEn el caso de un transformador de mayor voltaje, 18 kV \u2013 400 kV, la relaci\u00f3n se convierte en (400\/18 = 22.2).
\nUn transformador de distribuci\u00f3n generalmente tiene una relaci\u00f3n de voltaje de 11 kV\/0.4 kV, lo que significa que la relaci\u00f3n es 11\/0.4 = 27.5:1.
\nDebido a la construcci\u00f3n del autotransformador, que comparte una parte del sistema de devanado, tiene un menor n\u00famero de vueltas para la misma relaci\u00f3n de voltaje de 2:1.<\/p>\n

En el caso de transformadores que operan en un sistema trif\u00e1sico, se debe utilizar el voltaje l\u00ednea a l\u00ednea, mientras que el grupo vectorial (Dyn11, YNd11) es importante en t\u00e9rminos de determinar la relaci\u00f3n del desplazamiento de fase y la relaci\u00f3n de magnitud del sistema.<\/p>\n

Por qu\u00e9 la relaci\u00f3n es la v\u00e1lvula reguladora de la red.<\/h2>\n

Las fluctuaciones de voltaje en una l\u00ednea de transmisi\u00f3n ocurren debido a varios factores, a saber, modificaciones en la carga, fallos de generador, p\u00e9rdidas de potencia reactiva y distancia de la fuente. Sin ajuste al ratio, un alimentador puede experimentar fluctuaciones de voltaje de 5% a 10% a lo largo de un solo d\u00eda. El ratio del transformador act\u00faa como el medio pr\u00e1ctico para compensar las ventajas de la variabilidad del voltaje, ya que existe una relaci\u00f3n directa entre las vueltas y el voltaje de salida, con cualquier cambio que conduce a fluctuaciones correspondientes.
\nLos operadores del sistema deben mantener el voltaje dentro de los l\u00edmites legales establecidos por las regulaciones, que requieren mantener el voltaje en \u00b1 5% en el sector de distribuci\u00f3n y \u00b1 10% en el sector de transmisi\u00f3n. El m\u00e9todo m\u00e1s utilizado en este proceso es el OLTC, que ajusta el ratio del transformador. De hecho, el OLTC es tan ampliamente utilizado que tener un transformador sin OLTC necesita una justificaci\u00f3n por escrito.<\/p>\n

Cambiadores de tomas: El mecanismo que ajusta el ratio<\/h2>\n

Existen dos familias de cambiadores de tomas, y elegir entre ellas es principalmente una cuesti\u00f3n de ciclo de trabajo:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Cambiadores de tomas fuera de circuito vs. bajo carga<\/caption>\n
Aspecto<\/th>\nFuera de circuito (DETC)<\/th>\nBajo carga (OLTC)<\/th>\n<\/tr>\n
Operaci\u00f3n<\/td>\nDesenergizado solamente<\/td>\nBajo carga, automatizado<\/td>\n<\/tr>\n
Rango t\u00edpico de tomas<\/td>\n\u00b12.5% a \u00b15%<\/td>\n\u00b110% a \u00b116%<\/td>\n<\/tr>\n
Pasos<\/td>\n3\u20135<\/td>\n13\u201317 (1.25%\u20132.5% cada uno)<\/td>\n<\/tr>\n
Capacidad de regulaci\u00f3n<\/td>\nSolo estacional<\/td>\nContinua, autom\u00e1tica (\u00b12% de mantenimiento)<\/td>\n<\/tr>\n
Prima de precio<\/td>\nL\u00ednea base<\/td>\n+$15,000\u2013$60,000 dependiendo de la clasificaci\u00f3n<\/td>\n<\/tr>\n
Com\u00fan en<\/td>\nTransformadores de distribuci\u00f3n<\/td>\nTransformadores de potencia \u22655 MVA<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Mientras los OLTC est\u00e1n operando con corriente el\u00e9ctrica, utilizan resistencias o reactores y seccionadores de vac\u00edo r\u00e1pidos para minimizar el arco el\u00e9ctrico en los contactos principales durante el proceso de conmutaci\u00f3n de tomas fijas. Un OLTC controlado por motor contempor\u00e1neo tarda aproximadamente de 2 a 10 segundos en completar un ciclo. Se puede notar que el controlador en este caso utiliza retroalimentaci\u00f3n de voltaje del lado secundario del transformador.<\/p>\n

Igualaci\u00f3n de relaciones para operaci\u00f3n en paralelo<\/h2>\n

Al utilizar dos transformadores para suministrar el mismo bus simult\u00e1neamente, las relaciones deben ajustarse para estar estrechamente emparejadas. Una diferencia en las relaciones de \u0394% genera una llamada corriente circulante (participando en el circuito incluso en condici\u00f3n de reposo).<\/p>\n

Un consejo es asegurarse de mantener la corriente circulante por debajo de 10% de la capacidad del transformador m\u00e1s peque\u00f1o.
\nEl efecto de una diferencia de 1% en la relaci\u00f3n suele ser una corriente circulante de 2%-5% de la capacidad de dos transformadores con capacidad de 20 MVA \/ 110 kV, lo que depende de la impedancia (normalmente 10%).
\nLos transformadores deben operar de acuerdo con algunas condiciones b\u00e1sicas para esto, a saber: mismo grupo de vectores, la relaci\u00f3n debe coincidir y la impedancia no debe variar m\u00e1s de 10%, si es que lo hace.<\/p>\n

Para tener en cuenta esto, los operadores necesitan cambiar la posici\u00f3n de la toma para cada transformador para hacerlas iguales, y muchos de los AVR modernos tienen un esquema de maestro-seguidor para este prop\u00f3sito.<\/p>\n

Efectos de una relaci\u00f3n incorrecta: Corriente circulante y problemas de protecci\u00f3n<\/h2>\n

La operaci\u00f3n incorrecta del rel\u00e9, debido a la clasificaci\u00f3n del rel\u00e9, puede llevar a un mal funcionamiento de las protecciones con configuraciones err\u00f3neas del rel\u00e9, resultando en la operaci\u00f3n del protector sin una falla adecuada o en la incapacidad de detectar defectos internos reales debido a errores de 2%-5%.
\nLos cambios de voltaje pueden forzar el voltaje a lo largo del arroyo a l\u00edmites externos.
\nEl desequilibrio en la situaci\u00f3n de carga implica que una unidad con una relaci\u00f3n m\u00e1s alta consume una parte considerable de potencia activa y reactiva, lo que lleva a la aceleraci\u00f3n de su envejecimiento.
\nEs por eso que la verificaci\u00f3n de la relaci\u00f3n se convirti\u00f3 en uno de los pasos de la puesta en marcha de acuerdo con los requisitos de IEC 60076-1, que establece que la relaci\u00f3n de voltaje en la toma principal no debe diferir en m\u00e1s de \u00b10.5% del valor de dise\u00f1o y cada toma debe ser verificada contra los datos de la placa de identificaci\u00f3n.<\/p>\n

M\u00e9todos y est\u00e1ndares de prueba de relaci\u00f3n<\/h2>\n

La prueba de campo est\u00e1ndar es la prueba de relaci\u00f3n de vueltas realizada con un medidor de relaci\u00f3n de vueltas del transformador (TTR):<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
M\u00e9todos de prueba de relaci\u00f3n<\/caption>\n
M\u00e9todo<\/th>\nPrincipio<\/th>\nPrecisi\u00f3n<\/th>\nUso T\u00edpico<\/th>\n<\/tr>\n
Medidor TTR (prueba TTR)<\/td>\nCompara el voltaje inyectado e inducido en cada toma<\/td>\n\u00b10.1%<\/td>\nPuesta en marcha, mantenimiento rutinario<\/td>\n<\/tr>\n
Verificaci\u00f3n de la relaci\u00f3n de voltaje sin carga<\/td>\nAplicar voltaje reducido, medir ambos lados<\/td>\n\u00b10.3%<\/td>\nVerificaci\u00f3n en el sitio<\/td>\n<\/tr>\n
Relaci\u00f3n de capacitancia \/ prueba de baja tensi\u00f3n<\/td>\nRelaci\u00f3n equivalente a trav\u00e9s de acoplamiento capacitivo<\/td>\n\u00b10.5%<\/td>\nPruebas de tipo de f\u00e1brica<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Tanto las pruebas de f\u00e1brica como las pruebas en sitio se originan en IEC 60076-1 y IEEE C57.12.90. La prueba TTR se considera una prueba diagn\u00f3stica primaria, ya que el movimiento en la relaci\u00f3n entre diferentes pruebas realizadas en la misma unidad a menudo significa un devanado en cortocircuito, lo que hace que las pruebas de relaci\u00f3n anuales sean un elemento esencial de monitoreo.<\/p>\n

Relaciones T\u00edpicas y Rangos de Tap por Aplicaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Relaciones T\u00edpicas y Rangos de Tap a Trav\u00e9s de Aplicaciones<\/caption>\n
Aplicaci\u00f3n<\/th>\nRelaci\u00f3n T\u00edpica<\/th>\nRango de Tap<\/th>\nCambiador de Tap<\/th>\n<\/tr>\n
GSU en una planta de energ\u00eda<\/td>\n18\/400 kV (22.2:1)<\/td>\n\u00b17.5% en 5 pasos<\/td>\nFuera de circuito, a veces OLTC<\/td>\n<\/tr>\n
Subestaci\u00f3n de transmisi\u00f3n<\/td>\n220\/110 kV (2:1)<\/td>\n\u00b116% en 17 pasos<\/td>\nOLTC<\/td>\n<\/tr>\n
Subtransmisi\u00f3n<\/td>\n110\/20 kV (5.5:1)<\/td>\n\u00b112% en 13 pasos<\/td>\nOLTC<\/td>\n<\/tr>\n
Potencia industrial<\/td>\n33\/11 kV (3:1)<\/td>\n\u00b110% en 9 pasos<\/td>\nOLTC o fuera de circuito<\/td>\n<\/tr>\n
Distribuci\u00f3n<\/td>\n11\/0.4 kV (27.5:1)<\/td>\n\u00b12.5% fuera de circuito<\/td>\nFuera de circuito<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Los transformadores de distribuci\u00f3n requieren solo ajustes peri\u00f3dicos, por lo que los tomas fuera de carga en pasos de \u00b12.5% y \u00b15% son adecuados para tener en cuenta la variaci\u00f3n de carga estacional. En contraste, los transformadores de transmisi\u00f3n y subtransmisi\u00f3n est\u00e1n configurados con OLTC porque grandes grupos de clientes se ven directamente afectados por la acci\u00f3n de la tensi\u00f3n de transmisi\u00f3n sobre ellos.<\/p>\n

Impacto en el precio del cambiador de tomas y transformador<\/h2>\n

La elecci\u00f3n del cambiador de tomas es un elemento real en cualquier presupuesto de transformadores. Rangos de planificaci\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Impacto en el precio de la selecci\u00f3n del cambiador de tomas<\/caption>\n
Transformador<\/th>\nSin OLTC<\/th>\nCon OLTC<\/th>\nPremium<\/th>\n<\/tr>\n
5 MVA \/ 33 kV<\/td>\n$55,000\u2013$90,000<\/td>\n$75,000\u2013$130,000<\/td>\n+$15,000\u2013$40,000<\/td>\n<\/tr>\n
20 MVA \/ 110 kV<\/td>\n$150,000\u2013$260,000<\/td>\n$175,000\u2013$320,000<\/td>\n+$20,000\u2013$60,000<\/td>\n<\/tr>\n
50 MVA \/ 110 kV<\/td>\n$360,000\u2013$700,000<\/td>\n$400,000\u2013$800,000<\/td>\n+$25,000\u2013$90,000<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Los cargos difieren seg\u00fan el tipo de especificaciones, la marca y el \u00e1rea. El alto costo involucrado en las unidades conectadas a la red se recupera en poco tiempo: el cambiador de tomas bajo carga (OLTC) puede recuperar el costo r\u00e1pidamente porque mantiene la tensi\u00f3n regulada y disminuye las p\u00e9rdidas de energ\u00eda en los alimentadores.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Marcas y c\u00f3mo difiere el dise\u00f1o de relaci\u00f3n<\/h2>\n

La matem\u00e1tica de la relaci\u00f3n permanece igual independientemente de la empresa de origen; la f\u00edsica no est\u00e1 sujeta a negociaci\u00f3n; sin embargo, los fabricantes se distinguen seg\u00fan el tipo de dise\u00f1o de cambiador de tomas, control, gesti\u00f3n de calidad y precios. Los puntos de referencia de confiabilidad son establecidos por los cambiadores de tomas de MR (Maschinenfabrik Reinhausen) y ABB, ya que las empresas asi\u00e1ticas utilizan cada vez m\u00e1s dise\u00f1os de OLTC licenciados o autodesarrollados a tarifas m\u00e1s econ\u00f3micas.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Marcas de transformadores y capacidad de cambio de tomas<\/caption>\n
Marca<\/th>\nPa\u00eds<\/th>\nFortalezas del cambiador de tomas<\/th>\nPrecio indicativo (20 MVA\/110 kV, con OLTC)<\/th>\n<\/tr>\n
Hitachi Energy<\/td>\nSuiza\/Jap\u00f3n<\/td>\nOLTC propietario, integraci\u00f3n de AVR<\/td>\n$450,000\u2013$700,000<\/td>\n<\/tr>\n
Siemens Energy<\/td>\nAlemania<\/td>\nOpciones de OLTC de MR, control digital<\/td>\n$430,000\u2013$680,000<\/td>\n<\/tr>\n
Schneider Electric<\/td>\nFrancia<\/td>\nEnfoque en distribuci\u00f3n, unidades MV<\/td>\n$280,000\u2013$450,000<\/td>\n<\/tr>\n
TBEA<\/td>\nChina<\/td>\nOLTC interno, escala<\/td>\n$180,000\u2013$320,000<\/td>\n<\/tr>\n
Jiangsu Subian Electric Power<\/td>\nChina<\/td>\nRatios y tomas personalizadas, OLTC de MR o interno<\/td>\n$160,000\u2013$300,000<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

El costo se determina por especificaci\u00f3n y \u00e1rea. En proyectos que requieren especificaciones de relaci\u00f3n y tomas personalizadas - grupos vectoriales \u00fanicos, rangos de tomas especiales o marcas particulares de OLTC - Jiangsu Subian Electric Power es un socio confiable: fabrica transformadores de distribuci\u00f3n y potencia con capacidad de 50 kva a 220 kV, proporciona cotizaciones para configuraciones de tomas individuales e instala los cambiadores de tomas bajo carga de MR o similares requeridos. Cada unidad se entrega con registros de prueba de relaci\u00f3n en todas las tomas bajo la norma IEC 60076-1, y los precios de f\u00e1brica son generalmente 30%-50% m\u00e1s bajos que los precios de las empresas europeas.<\/p>\n

Preguntas Frecuentes<\/h2>\n

\u00bfC\u00f3mo se calcula la relaci\u00f3n de un transformador?<\/h3>\n

La relaci\u00f3n del transformador se determina por el n\u00famero de vueltas en la bobina primaria dividido por el n\u00famero de vueltas en la bobina secundaria (N1\/N2), que es igual a la relaci\u00f3n de voltaje sin carga (V1\/V2). Por ejemplo, el transformador aplicado a 110 kV\/20 kV tendr\u00e1 una relaci\u00f3n de 5.5:1, mientras que para el transformador de 11 kV\/0.4 kV la relaci\u00f3n es de 27.5:1. Debido a la relaci\u00f3n inversa, es evidente que en un transformador elevador (relaci\u00f3n menor que uno; como 0.045 para el transformador con tensi\u00f3n de 18\/400 kV), la tensi\u00f3n de salida ser\u00e1 alta mientras que la corriente de salida ser\u00e1 baja.<\/p>\n

\u00bfCu\u00e1l es la tolerancia en la relaci\u00f3n del transformador?<\/h3>\n

Seg\u00fan la IEC 60076-1, la relaci\u00f3n en el tap principal debe estar dentro de \u00b10.5% del valor de la placa de identificaci\u00f3n, y la misma tolerancia se aplica en cada posici\u00f3n de tap a menos que se especifique lo contrario. Los medidores de TTR de campo miden hasta \u00b10.1%, por lo que una desviaci\u00f3n m\u00e1s all\u00e1 de 0.5% en una prueba de puesta en marcha justifica la investigaci\u00f3n de vueltas cortocircuitadas o una conexi\u00f3n incorrecta.<\/p>\n

\u00bfPor qu\u00e9 los transformadores necesitan cambiadores de tap para la regulaci\u00f3n de voltaje?<\/h3>\n

Debido a las fluctuaciones en el voltaje de l\u00ednea basadas en la carga, la generaci\u00f3n y la distancia de la fuente, sin el ajuste de la relaci\u00f3n, el alimentador de distribuci\u00f3n puede fluctuar 5%\u201310% a lo largo del d\u00eda. El OLTC var\u00eda la relaci\u00f3n en pasos de 1.25%\u20132.5% dentro de un rango de \u00b110% a \u00b116% para proporcionar un voltaje secundario de aproximadamente \u00b12% de forma autom\u00e1tica. Esto asegura que los motores, la electr\u00f3nica y el equipo del cliente est\u00e9n a salvo de sobretensiones y subtensiones.<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 sucede si dos transformadores en paralelo tienen diferentes relaciones?<\/h3>\n

Una corriente el\u00e9ctrica circula entre las dos unidades, incluso cuando no hay carga proveniente del exterior. En otras palabras, una corriente circulante fluye en un transformador incluso cuando est\u00e1 en modo de espera. Cuando tomamos el caso de unidades de 20 MVA\/110 kV, incluso un desajuste de relaci\u00f3n de 1% causar\u00e1 una corriente circulante de alrededor de 2%-5% de la corriente nominal de carga. Adem\u00e1s, si el desajuste aumenta, la corriente circulante tambi\u00e9n aumentar\u00e1 en consecuencia. La acci\u00f3n de los operadores, que igualan la relaci\u00f3n a trav\u00e9s del proceso de selecci\u00f3n de tap, evitar\u00e1 que las corrientes circulantes aumenten m\u00e1s de 10% de la calificaci\u00f3n del peque\u00f1o transformador.<\/p>\n

\u00bfCu\u00e1nto a\u00f1ade un cambiador de tap en carga al costo del transformador?<\/h3>\n

El OLTC generalmente permite a\u00f1adir entre $15,000 y $60,000 al costo de los transformadores de potencia con una calificaci\u00f3n entre 5 MVA y 50 MVA, siendo los transformadores de mayor calificaci\u00f3n m\u00e1s costosos. La inversi\u00f3n generalmente se amortiza debido a un mejor control de voltaje y menores p\u00e9rdidas de energ\u00eda, as\u00ed como la ausencia de fallas en el equipo.<\/p>\n

Referencias<\/h2>\n