La descarga por arco comienza en el transformador: cómo la potencia en kVA, la impedancia y el tiempo de despeje determinan la energía incidente

La etiqueta del tablero indicaba 8 cal/cm². El estudio en el que se basaba se había realizado con un transformador de 1 500 kVA y una impedancia del 5,75 %, una unidad que se retiró dieciocho meses antes y se sustituyó por otra de 2 000 kVA con la misma impedancia nominal. Nadie volvió a realizar el estudio. Nadie volvió a imprimir la etiqueta. El electricista que abrió esa sección aquella mañana iba vestido según el valor indicado en la etiqueta, pero la energía incidente en ese punto era cercana a 20 cal/cm².

Fabricamos transformadores, y esta es la parte del descarga eléctrica trabajo que se sitúa entre el contratista eléctrico y el fabricante: el transformador es la fuente de la corriente de cortocircuito, por lo que cualquier cambio en la fuente modifica el riesgo. Una especificación que indica únicamente la potencia en kVA, la tensión y la impedancia, y no va más allá, obliga al equipo encargado del estudio a suponer las tolerancias, los tiempos de despeje y la configuración de los devanados. A continuación se explica cómo afecta cada uno de esos parámetros a la energía incidente, y qué debe consignarse por escrito antes de iniciar el estudio.

Cómo el transformador establece la corriente de falla disponible

La corriente de falla en cortocircuito (bolted fault current) en los terminales secundarios proviene de una relación: la corriente nominal a plena carga del devanado secundario dividida por el porcentaje de impedancia. Considérese un transformador trifásico transformador clasificado en 2000 kVA, delta 13,8 kV a 480Y/277 V. La corriente nominal a plena carga del secundario es de 2406 A. Con una impedancia del 5,75 % impedancia del transformador , la corriente de falla en cortocircuito es de 2406 / 0,0575 = 41,8 kA, despreciando la impedancia de la fuente aguas arriba y de los conductores de alimentación.

Los valores reales suelen ser menores. Una unidad de 2000 kVA alimentada desde una compañía eléctrica con una capacidad de cortocircuito disponible de 150 MVA entregará típicamente entre 30 kA y 35 kA en los terminales secundarios, en lugar de los 41,8 kA calculados. El transformador sigue siendo el factor dominante en el cálculo. Si se eleva la impedancia al 7,5 % —valor que muchas compañías eléctricas especifican para limitar la corriente de falla y proteger sus propios equipos—, el valor de corriente de falla en cortocircuito disminuye a 32,1 kA. Igual potencia nominal (kVA), iguales tensiones, un 23 % menos de corriente de falla y un estudio distinto con una etiqueta diferente.

Esa dispersión afecta al equipo antes de que nadie hable de EPI. Un tablero de distribución con una capacidad de interrupción de 22 kA es habitual en trabajos industriales ligeros. Coloque una unidad de 2.000 kVA de baja impedancia delante de él y la corriente de cortocircuito disponible superará la capacidad nominal del equipo, a menos que se utilice una combinación clasificada en serie o un conjunto con una capacidad de interrupción (AIC) mayor. Vemos este debate en los planos casi todos los meses: la compañía eléctrica exige mayor impedancia, la instalación requiere una mejor regulación de tensión y el equipo ya se adquirió antes de que comenzaran cualquiera de esas conversaciones.

La configuración del devanado establece la otra mitad de la imagen de la corriente de falla. Una unidad delta-estrella proporciona una trayectoria de baja impedancia para fallas monofásicas a tierra en el secundario, y dicha corriente suele ser del 50 % al 60 % del valor trifásico con cortocircuito directo. Una unidad delta-delta no tiene trayectoria de retorno para la corriente de tierra en el secundario, por lo que una falla a tierra se comporta de forma muy distinta. El grupo vectorial indicado en la placa de características no es un detalle de dibujo; determina qué tipo de falla debe calcular el ingeniero especializado en estudios.

 

Las tres variables que modifican la energía incidente

Un energía incidente el valor depende de la cantidad de corriente que circula durante el arco, de la duración del arco y de la distancia a la que se encuentra el trabajador respecto al arco. El transformador controla la primera. El dispositivo de sobrecorriente y sus ajustes controlan la segunda. La disposición física del equipo controla la tercera. Un estudio que corrige únicamente una de las tres variables no constituye un estudio real, sino una estimación con una portada.

Variable	Qué lo modifica	Efecto sobre la energía incidente	Dónde se ubica el transformador
Corriente de falla disponible	Potencia nominal del transformador en kVA y porcentaje de impedancia (%Z), además de la potencia de la fuente de la compañía eléctrica y la longitud del conductor	Aumenta con la corriente de arco y aumenta más rápidamente una vez que el arco se estabiliza a alta corriente	2.000 kVA al 5,75 % generan aproximadamente 41,8 kA en cortocircuito trifásico a 480 V
Tiempo de despeje	Tipo de dispositivo, ajustes, coordinación y ajustes en modo de mantenimiento	Casi lineal: reducir a la mitad el tiempo reduce aproximadamente a la mitad la energía	Las unidades más grandes desplazan los dispositivos aguas arriba hacia curvas de respuesta más lentas
Distancia de trabajo	Profundidad del armario, barreras y posición de la tarea	Disminuye bruscamente a medida que aumenta la distancia	Las terminaciones se ubican más profundamente dentro de armarios de mayor tamaño

Las tablas de ropa en NFPA 70E: el número de unidades de producción paso en 4, 8, 12, 25 y 40 cal/cm², y la edición 2027 es la que actualmente rige en la mayoría de los sitios estadounidenses. El salto desde un límite de 4 cal/cm² a un límite de 8 cal/cm² representa la diferencia entre ropa diaria con clasificación contra arcos y un traje completo con capucha, y en muchas plantas esa diferencia determina si una tarea se realiza internamente o se subcontrata.

La razón para diseñar teniendo en cuenta ese límite es que rara vez es la corriente de arco la que empuja una sección más allá del umbral. Casi siempre es el tiempo de despeje. Dos instalaciones con servicios idénticos de 2000 kVA pueden quedar a ambos lados de la línea de 40 cal/cm² únicamente porque un interruptor aguas arriba tiene un disparo de 0,4 s y el otro utiliza un fusible limitador de corriente.

 

Donde la tolerancia de impedancia cambia silenciosamente el número

La impedancia nominal es un valor declarado, no uno medido. La norma IEEE C57.12.00 permite que la impedancia medida de un transformador de dos devanados difiera del valor declarado en más o menos el 7,5 % de dicho valor. En una unidad declarada con una impedancia del 5,75 %, la prueba rutinaria puede arrojar un resultado entre el 5,32 % y el 6,18 % y seguir siendo un transformador conforme. Traducido a corriente de cortocircuito a 480 V, esto equivale a 45,2 kA en un extremo y a 38,9 kA en el otro.

Ninguno de los dos valores es incorrecto. El problema radica en que un estudio realizado con una impedancia del 5,75 % describe un impedancia del transformador transformador que quizás nunca se construyó. Cuando emitimos un informe de prueba rutinaria según la norma IEEE C57.12.90, la impedancia medida a corriente nominal aparece claramente indicada en el documento. Al entregar ese valor medido al ingeniero encargado del estudio, el cálculo deja de ser variable. Cuando un cliente exige una tolerancia estrecha, normalmente podemos cumplirla ajustando la geometría de los devanados y la altura de la ventana del núcleo, pero ello implica un mayor uso de cobre y un aumento del plazo de fabricación de varias semanas; información que conviene conocer antes de emitir la orden de compra, no después.

Existe un efecto de segundo orden que sorprende a las personas. Una impedancia más baja también implica fuerzas mecánicas mayores sobre los devanados durante una falla y una corriente de falla a través del dispositivo aguas arriba mayor. Una unidad construida con una impedancia del 5,4 % en lugar del 5,75 % no es simplemente una unidad más eficiente; es una unidad con una capacidad distinta para soportar cortocircuitos, y la norma IEC 60076-5 es donde se demuestra dicha capacidad.

 

El tiempo de despeje es la palanca que la mayoría de los proyectos ignoran

La energía incidente varía casi linealmente con el tiempo de arco. Una falla despejada en 0,1 s mediante una fusible limitador de corriente deposita aproximadamente una quinta parte de la energía que depositaría la misma falla mantenida durante 0,5 s por un interruptor termomagnético en su curva de tiempo largo. Mismo transformador, misma corriente disponible de 41,8 kA, misma persona en el mismo lugar: una tarea requiere un equipo de protección de 8 cal/cm², mientras que la otra exige un traje que nadie quiere usar en julio.

Por esta razón, el estudio de coordinación y el estudio de arco eléctrico deben ser revisados por las mismas personas. Un interruptor ajustado a un valor lo suficientemente alto como para soportar la corriente de conexión del transformador siguiente puede hacer que el tiempo de despeje del alimentador supere un segundo completo. Un relé de falla a tierra ajustado en 1.200 A en un sistema de 480 V con una fuente de 2.000 kVA quizá nunca detecte una falla por arco de bajo nivel, y dicha falla seguirá propagándose hasta que otro dispositivo la interrumpa. Los interruptores en modo de mantenimiento y el bloqueo selectivo por zonas existen precisamente para recuperar ese tiempo, y solo resultan útiles si los ajustes están debidamente documentados y la etiqueta los refleja.

Las etiquetas envejecen en ambos sentidos. Una actualización del transformador eleva la corriente; un reemplazo del relé o un ajuste de coordinación pueden reducir el tiempo de despeje. Hemos entrado en plantas donde el estudio tenía cinco años de antigüedad, la carga de servicio se había duplicado y la etiqueta adherida al equipo aún mostraba el valor original. La norma NEC 110.16 exige que la etiqueta esté presente. OSHA 1910.269 y las normas eléctricas generales de la industria suponen que un análisis de riesgos respalda cada elección de EPI, y nada en el código exige que nadie advierta cuándo la etiqueta deja de ser verdadera.

 

 

 

Qué hacemos cuando un cliente especifica una ventana de impedancia

Nuestra revisión de diseño comienza con la corriente de cortocircuito que los equipos del cliente pueden soportar realmente, no con un porcentaje preferido. Si el tablero de interruptores tiene una calificación de 22 kA y el sitio requiere 2.000 kVA, normalmente propondremos una unidad en el rango del 6,5 % al 7 % y aceptaremos una pequeña penalización en la regulación, o dividiremos la carga entre dos servicios, de modo que cada transformador alimente equipos cuya calificación de cortocircuito coincida con su propia capacidad. Ambas opciones resultan más económicas que reemplazar un tablero de distribución que se especificó antes del transformador.

Desde 2023, Ryan Electric opera como socio de empresa conjunta de Eaton, y la disciplina de dibujo técnica que surgió de ese trabajo es la razón por la que objetamos cuando una especificación indica una impedancia sin tolerancia ni valor de ensayo medido adjunto.

También entregamos las páginas de pruebas rutinarias con cada unidad: relación de transformación, resistencia de devanado, impedancia, pérdidas en vacío, pérdidas bajo carga y los valores de elevación de temperatura obtenidos en la prueba de calentamiento prolongado. Estos son los datos que requiere un estudio de arco eléctrico, y resultan más útiles que una curva de impedancia del catálogo. Las unidades de tipo seco para proyectos norteamericanos salen de la planta con certificación UL o marcado cULus, según la categoría; los pedidos canadienses llevan el marcado CSA. El estándar que respalda dicha certificación modifica los márgenes de diseño y determina qué puede declararse oficialmente en la placa de características.

Existe también un argumento relacionado con el cronograma. Si un estudio se devuelve tras haberse fabricado el transformador y la conclusión es que debe modificarse la impedancia, la unidad queda descartada y el proyecto debe reiniciarse en una cola cuya espera supera el año para las clases de media tensión. Veinte minutos de revisión en la etapa de cotización constituyen la versión económica de esa conversación.

 

Lista de verificación previa al estudio para la especificación del transformador

Entregue estos elementos al ingeniero de estudio y el cálculo dejará de ser una negociación.

Elemento de especificación	Qué escribir	Por qué el estudio lo necesita
Tensión primaria y secundaria	Valor nominal del sistema más el rango de tomas	Establece la corriente base en ambos lados
kVA	Demanda máxima con crecimiento planificado, no el hábito de la placa de características	Establece la magnitud de la corriente de falla
Impedancia	%Z nominal más la ventana de tolerancia aceptable	Proporciona un rango de corriente de falla en lugar de un solo valor
Configuración de la bobina	Delta-estrella o delta-delta, y el grupo vectorial	Determina la corriente de falla a tierra y su recorrido
Informe de prueba	Porcentaje de impedancia medido a la corriente nominal a partir de ensayos rutinarios	Sustituye el valor de diseño por uno real
Dispositivo contra sobrecorrientes	Tipo, carcasa, potencia asignada, ajustes y tiempo previsto de interrupción	Multiplica directamente la energía incidente
Etiqueta	Etiqueta NEC 110.16 que muestra los resultados del estudio y el límite de la zona de equipo de protección personal	Lo que el electricista en campo realmente lee

Dos filas merecen un debate en la reunión de diseño: la ventana de impedancia y el tiempo de interrupción. Todo lo demás es un dato que ya se posee o que puede obtenerse de la compañía eléctrica. Los dos aspectos que suelen omitirse son precisamente los que modifican el resultado.

 

Dónde deja esto su especificación

Un descarga eléctrica la etiqueta es una instantánea de tres elementos: un transformador, un ajuste del interruptor y una distancia de trabajo. Si se modifica cualquiera de ellos, la etiqueta queda obsoleta. La forma más económica de mantenerla actualizada consiste en especificar una unidad cuya contribución a la corriente de cortocircuito pueda predecirse, con impedancia medida incluida en el informe de ensayo, tolerancia documentada y configuración de devanados solicitada expresamente —y no asumida— por el ingeniero del estudio.

Si está dimensionando un transformador para un proyecto que llevará a cabo un descarga eléctrica estudio, envíenos el voltaje secundario, la potencia en kVA, la clasificación del equipo aguas abajo y la impedancia que prefiere su compañía eléctrica. Le enviaremos una propuesta que indique el rango de corriente de cortocircuito y los valores de ensayo en que se basa, no solo un porcentaje nominal. Póngase en contacto con el equipo de ingeniería mediante la página de contacto , o explore transformadores de tres fases montados en esteras y transformadores de tipo seco las clases que fabricamos hasta 44 kV y 10 000 kVA.

 

Sobre el autor

Este artículo fue elaborado por el equipo de ingeniería de aplicaciones de Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), un fabricante de transformadores en China que suministra transformadores sumergidos en aceite, transformadores secos y transformadores montados sobre pedestal a Norteamérica, Medio Oriente, Sudeste Asiático y África desde 2007. El equipo revisa cuestiones relacionadas con la impedancia, la capacidad de cortocircuito y la coordinación de protecciones en unidades trifásicas personalizadas, y prepara documentación para ensayos rutinarios y de tipo, así como paquetes de certificación UL / cULus / CSA / IEEE / IEC para proyectos de servicios públicos, centros de datos e industria. Las revisiones de planos y las consultas sobre especificaciones pueden enviarse mediante el formulario de contacto en www.ryantransformers.com. Última revisión: octubre de 2026.

Divulgación: Ryan Electric fabrica y vende los transformadores analizados en este artículo. Las referencias a códigos y normas (NEC 110.16, IEEE C57.12.00, IEEE C57.12.90, IEEE 1584, NFPA 70E, IEC 60076-5) se resumen únicamente con fines de discusión técnica. Los valores de energía incidente de arco eléctrico deben obtenerse de un estudio realizado específicamente para la instalación correspondiente por un ingeniero calificado.