Calculadora de corrientes nominales primario/secundario

Calculadora de corrientes nominales optimiza diseño de transformadores y sistemas eléctricos con precisión normativa actual.

Este artículo técnico detalla fórmulas, ejemplos prácticos, tablas y referencias normativas aplicables para ingenieros eléctricos.

Fundamentos eléctricos aplicables a la Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario

Para dimensionar correctamente protecciones, conductores y transformadores es imprescindible conocer las corrientes nominales en primario y secundario. La "Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario" se basa en la relación potencia-tensión-corriente del sistema, considerando si es monofásico o trifásico y la configuración del transformador (Y/Δ, Δ/Y, etc.).

Los criterios normativos influyen en factores de corrección: factor de potencia, temperatura ambiente, régimen de servicio continuo y la necesidad de selectividad. A continuación se exponen las fórmulas, variables, tablas prácticas y casos resueltos.

Fórmulas esenciales usadas por la Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario

Corriente nominal en sistemas trifásicos

Fórmula general para corriente nominal trifásica:

I_3φ = (S · 1000) / (√3 · V)

• Variables:
  • S = potencia aparente en kVA (kilovoltamperios).
  • V = tensión de línea en V (voltios).
  • I_3φ = corriente de línea en A (amperios).
  • √3 ≈ 1.73205080757 (constante para sistemas trifásicos equilibrados).
• Valores típicos:
  • S: desde 10 kVA (pequeños transformadores) hasta varios MVA (grandes transformadores de potencia).
  • V (BT): 230/400 V, 400/690 V; V (MT): 3.3 kV, 6.6 kV, 11 kV, 13.8 kV, 33 kV.

Ejemplo de aplicación rápida: para S = 500 kVA y V = 400 V, I_3φ = (500·1000)/(√3·400) ≈ 721.7 A.

Corriente nominal en sistemas monofásicos

Fórmula general para corriente monofásica:

I_1φ = (S · 1000) / V

• Variables:
  • S = potencia aparente en kVA.
  • V = tensión en V (por ejemplo 230 V en monofásico residencial).
  • I_1φ = corriente en A.
• Valores típicos:
  • S monofásico: bancadas y transformadores de servicio hasta 100 kVA en aplicaciones especiales.
  • V típicas: 120 V, 230 V.

Relación de corrientes entre primario y secundario (transformador ideal)

Relación entre corrientes basada en la ley de conservación de potencia (ignora pérdidas):

I₁ / I₂ = V₂ / V₁

• También expresable como: I₁ = (V₂ / V₁) · I₂.
• Variables:
  • I₁ = corriente en el primario.
  • I₂ = corriente en el secundario.
  • V₁ = tensión nominal primaria.
  • V₂ = tensión nominal secundaria.
• Valores típicos: si V₁ = 11 000 V y V₂ = 400 V, la corriente primaria será ≈ 400/11000 ≈ 0.03636 veces la corriente secundaria (I₁ ≈ 0.03636·I₂).

Tablas prácticas: corrientes nominales para transformadores comunes

Las tablas siguientes son calculadas con las fórmulas anteriores. Se muestran corrientes en A para potencias típicas en kVA y tensiones usuales en BT y MT. Redondeos a dos decimales donde procede.

Notas: valores calculados con I_3φ = (S·1000)/(√3·V) y I_1φ = (S·1000)/V. Para MT se han usado V = 6.6 kV y V = 11 kV respectivamente.

Aplicación práctica: selección de transformador y protecciones con la Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario

La calculadora no solo devuelve la corriente nominal; habitualmente se usa para dimensionar interruptores automáticos, fusibles, transformadores de corriente (TC/CT), retiradas térmicas y secciones de conductores basadas en normativa y factores de corrección.

Factor de utilización y correcciones

• Factor de servicio (Fs): en algunos equipos Fs > 1 si el transformador trabaja con sobrecarga temporal. Normalmente Fs = 1,0 para dimensionado nominal.
• Factor de potencia (cos φ): la potencia activa P = S · cos φ. Para cálculo de corriente nominal se usa S, pero para protecciones contra sobrecarga térmica y desbalance puede considerarse cos φ.
• Temperatura ambiente y corrección de conductor: se aplican según tablas normativas (p. ej. IEC, NEC); pueden aumentar sección de conductor tras cálculo de I·k).

Ejemplos resueltos: casos reales con desarrollo completo

Ejemplo 1 — Transformador trifásico 1000 kVA, 11 kV / 400 V

Datos del ejercicio:

• S = 1000 kVA (potencia aparente nominal).
• V₁ = 11 000 V (primario, MT).
• V₂ = 400 V (secundario, BT trifásica).
• Se busca: corrientes nominales I₁ y I₂, y selección de TC para protección secundaria (salida 5 A típica).

1) Calcular I₂ (secundario, 3φ):
I₂ = (S · 1000) / (√3 · V₂) = (1000 · 1000) / (1.732 · 400)

Operación:
Denominador = 1.732 · 400 = 692.82
I₂ = 1 000 000 / 692.82 ≈ 1443.38 A

2) Calcular I₁ (primario, 3φ):
I₁ = (S · 1000) / (√3 · V₁) = 1 000 000 / (1.732 · 11 000)

Operación:
Denominador = 1.732 · 11 000 = 19 052.56
I₁ = 1 000 000 / 19 052.56 ≈ 52.50 A

3) Verificación por relación de tensiones:
I₁ / I₂ = V₂ / V₁ ⇒ I₁ = (400 / 11 000) · 1443.38 ≈ 52.49 A (consistente con cálculo directo).

4) Selección de TC para protecciones:
Corriente secundaria nominal ≈ 1443 A. Los TC comerciales suministran secundario 5 A o 1 A. Selección típica: TC 1500/5 sería una opción estándar.
Comprobación: salida TC = (1443 / 1500) · 5 = 4.81 A (ligeramente por debajo de 5 A, aceptable si protección preparada para margen).
Alternativa: TC 1600/5 → salida = (1443/1600)·5 = 4.51 A (más baja). Mejor seleccionar CT con primario cercano o uso de CTs secundarios en paralelo o relés con ajuste proporcional.

5) Selección de interruptor automático y cableado:
El interruptor en el secundario debe soportar corriente continua de 1443 A. Según normativa local (p. ej. IEC 60947-2), el poder de corte, curva de disparo y selectividad deben comprobarse. Cálculo de sección de conductor se hace según normativa (IEC 60364 o NEC) considerando temperatura, agrupamiento y longitud para caída de tensión.

Ejemplo 2 — Transformador trifásico 315 kVA, 6.6 kV / 400 V con CT y protección diferencial

Datos:

• S = 315 kVA.
• V₁ = 6 600 V.
• V₂ = 400 V.
• Objetivos: calcular I₁, I₂, recomendar relación de TC para protección diferencial (secundario 5 A) y verificar ajuste posible del relé.

1) Cálculo I₂ (secundario):
I₂ = (315 · 1000) / (1.732 · 400) = 315 000 / 692.82 ≈ 454.14 A

2) Cálculo I₁ (primario):
I₁ = 315 000 / (1.732 · 6600) = 315 000 / 11 431.53 ≈ 27.55 A

3) Selección de TC para protección diferencial:
Corriente secundaria nominal ≈ 454.14 A. TC estándar cercano: 500/5.
Salida de TC a corriente nominal: (454.14 / 500) · 5 = 4.54 A.

4) Ajuste de relé diferencial:
En un esquema diferencial con TC 500/5 en ambos lados (primario con relación escalada o mediante CTs en primario y secundario), el relé debe ajustarse para detectar desequilibrio superior al umbral estabilizado (ej. 20% de 5 A ≈ 1 A de desequilibrio). En unidades de corriente primaria, el umbral será proporcional (ej. 20%·454.14 ≈ 90.8 A). El ingeniero debe verificar saturación de CT, polaridad y conexión en estrella/triángulo para evitar errores de lectura.

Factores prácticos y limitaciones al usar la Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario

• Pérdidas del transformador: las fórmulas asumen transformador ideal. Pérdidas en hierro (excitación) y cobre (carga) afectan temperatura y eficiencia, pero no la corriente nominal calculada como S/V.
• Desbalance de fases: en cargas no equilibradas las corrientes de fase individuales varían; se debe calcular por fases si aplica.
• Condiciones de cortocircuito: la corriente de cortocircuito es mucho mayor que la corriente nominal y depende de la impedancia del transformador (porcentaje Z). Para dimensionar interruptores y fusibles se usan cálculos de corto circuito distintos.
• Protecciones: seleccione protecciones térmicas/magnéticas con curvas y ajustes basados en corrientes nominales, arranques de motor, e inrush del transformador.

Selección de dispositivos relacionados: fusibles, interruptores y conductores

Consideraciones obligatorias:

1. Interruptor automático en BT: capacidad de corte y corriente nominal > I₂, ajuste térmico-magnético según inrush y sobrecarga.
2. Fusibles: elegir clase y tiempo de respuesta adecuados (p. ej. gG para protección general), dimensionándolos normalmente entre 110% y 125% de I_nom según normativa local y recomendaciones del fabricante.
3. Conductores: dimensionar sección según capacidad de conducción (A) con correcciones por temperatura, agrupamiento y caída de tensión máxima admisible (p. ej. 3% para alimentaciones principales).
4. TC/Relés: seleccionar ratio de CT próximo a la corriente nominal y relés con ajuste y curva apropiada para protección diferencial, sobrecorriente y fallo a tierra.

Normativa y referencias técnicas

Las reglas de cálculo y diseño deben atenerse a normas nacionales e internacionales. Referencias de referencia:

• IEC 60076 — Power Transformers (serie). Detalles sobre ensayo, dimensiones, temperatura, ensayos tipo y de rutina. https://www.iec.ch
• IEC 61869 — Instrument transformers (incluye transformadores de corriente modernos). https://www.iec.ch
• IEEE C57.12.00 — Standard General Requirements for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers. https://standards.ieee.org
• IEC 60364 — Electrical installations of buildings (normativa de diseño de instalaciones). https://www.iec.ch
• NFPA 70 (NEC) — National Electrical Code (para Estados Unidos). https://www.nfpa.org/NEC
• Documentación de fabricantes con hojas de datos y curvas de inrush: ABB, Siemens, Schneider Electric (consultar fichas técnicas del equipo específico).
• Guías de diseño y cálculo de caída de tensión: manuales técnicos de AEMET, CENELEC o asociaciones nacionales.

Recomendación: consulte las versiones vigentes y aplicables en su jurisdicción y adquiera los textos normativos oficiales cuando sea necesario para cumplimiento legal.

Verificación avanzada y ampliaciones de la Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario

Para una calculadora avanzada se incorporan módulos adicionales:

• Cálculo de inrush (corriente de magnetización) para selección de disparo magnético.
• Cálculo de corriente de cortocircuito disponible en barras y comprobación de la selectividad de protecciones.
• Modelado térmico para evaluación de sobrecarga y envejecimiento del aislamiento.
• Convertidor de relaciones de transformador (Vendo, Delta/Y) para análisis de corrientes de neutro y desplazamiento de fase.
• Integración con bases de datos normativas y tablas de conductor/BT para dimensionado automático de cableado.

Buenas prácticas y comprobaciones antes de la instalación

1. Verificar datos nominales del fabricante: potencia, impedancia (Z%), pérdidas y condiciones de ventilación.
2. Contrastación de corrientes calculadas vs. mediciones en sitio tras energización.
3. Pruebas de polaridad, relación y resistencia de devanados con equipo de ensayo adecuado.
4. Comprobación de la calibración de CT y relés, incluyendo ensayos secundarios con corriente de referencia.
5. Documentación y registro: incluir cálculos, curvas de protección, certificados y protocolos de ensayo.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario

• ¿Por qué usar S (kVA) y no solo P (kW)? — Porque la corriente depende de la potencia aparente S; P = S·cosφ. Para protecciones térmicas y dimensionado de conductores se utiliza S, salvo que se necesite comprobar potencia activa.
• ¿Cómo afecta el factor de potencia? — Un cosφ bajo implica mayor componente reactiva y mayor corriente para la misma P, pero la calculadora basada en S ya incorpora este efecto si S es conocido.
• ¿Qué hacer si la corriente nominal no coincide con fusibles comerciales? — Seleccionar el dispositivo más próximo superior respetando reglas de selección y los márgenes normativos; ajustar protecciones para selectividad.

Recursos adicionales y enlaces de autoridad

• IEC — International Electrotechnical Commission: https://www.iec.ch
• IEEE Standards Association: https://standards.ieee.org
• NFPA (NEC) — National Fire Protection Association: https://www.nfpa.org/NEC
• Documentación técnica ABB — Sección de transformadores y herramientas de cálculo: https://new.abb.com/
• Schneider Electric — Guías y selectores de transformadores: https://www.se.com/

Con estos fundamentos, fórmulas, tablas y casos prácticos, la "Calculadora De Corrientes Nominales Primario Secundario" puede implementarse con fiabilidad técnica y cumplimiento normativo. Para proyectos específicos, siempre validar con normativa local y datos del fabricante.