Un transformador seco con factor K está diseñado para soportar las corrientes armónicas que generan las fuentes de computadoras, los UPS, los variadores y los drivers LED. Esas corrientes calientan los devanados mucho más que la corriente fundamental, porque las pérdidas por corrientes parásitas crecen con el cuadrado del orden armónico. La respuesta corta: K-4 para oficinas y alumbrado LED, K-13 para cuartos de TI y plantas con muchos variadores, K-20 para centros de datos con carga casi 100 % electrónica.
La segunda duda de toda especificación tiene que ver con la temperatura: la clase 220 de un catálogo UL es lo que antes se llamaba clase H, mientras que en IEC «H» es un sistema de 180 °C. Lo que define las pérdidas y la vida del devanado no es la clase, sino la elevación de temperatura (150, 115 u 80 °C).
Esta guía incluye la fórmula del factor K, una tabla por tipo de carga, un ejemplo con un espectro medido y el derrateo de un equipo estándar, la tabla de equivalencias UL ↔ IEC y los factores que mueven el precio.
¿Todavía no decide entre seco y aceite? Empiece por las diferencias entre un transformador seco y uno en aceite: dentro de un edificio, el seco suele ganar por los requisitos de la NOM-001-SEDE-2012.
¿Qué es el factor K de un transformador? (IEEE C57.110 / UL 1561)
Un transformador tiene dos tipos de pérdidas en los devanados: las de resistencia (I²R), que crecen con el cuadrado de la corriente, y las de corrientes parásitas (de Foucault), que provoca el flujo de dispersión en los conductores. Estas segundas crecen con el cuadrado de la corriente y con el cuadrado de la frecuencia. Un 5.º armónico de 300 Hz produce, por cada ampere, 25 veces más pérdida por corrientes parásitas que la fundamental de 60 Hz.
El factor K de UL 1561 (baja tensión) y UL 1562 (media tensión) recoge esa ponderación:
K = Σ (Ih ÷ IR)² × h²
donde Ih es la corriente del armónico h e IR la corriente nominal del transformador. La práctica recomendada IEEE C57.110 usa una métrica hermana, el factor de pérdidas armónicas F_HL, que normaliza con la propia corriente de la carga:
F_HL = Σ (Ih ÷ I1)² × h² ÷ Σ (Ih ÷ I1)²
Ambas se relacionan mediante K = F_HL × (Irms ÷ IR)²: coinciden cuando la carga trabaja a corriente nominal y, a carga parcial, el K de UL es menor que F_HL. Los analizadores de calidad de la energía suelen reportar el valor normalizado a la corriente medida, que en la práctica equivale a F_HL.
Un transformador para carga lineal es K-1. Las clases comerciales son K-4, K-9, K-13 y K-20 (también existen K-30 a K-50 bajo pedido). Un transformador K se construye con conductores y núcleo dimensionados para las pérdidas adicionales, un neutro de 200 % de la corriente nominal y, con frecuencia, una pantalla electrostática entre primario y secundario.
Dos aclaraciones que evitan errores de especificación:
- El factor K no elimina armónicos. Solo permite que el transformador los soporte sin sobrecalentarse; la distorsión sigue en el sistema. Para cumplir límites de distorsión, vea distorsión armónica y límites de IEEE 519.
- «Factor K» europeo no es el mismo número. En proyectos IEC (por ejemplo en Chile), el «Factor K» de EN 50541-2 para secos usa una fórmula distinta, con parámetros propios de cada transformador; no se compara directamente con el K-13 de un catálogo UL.
Factor K-4, K-13 o K-20: cuál elegir según la carga
La guía de Rohde & Schwarz relaciona cada clase con la proporción de carga no lineal; la tabla siguiente la combina con aplicaciones típicas en México y Latinoamérica.
| Clase | Proporción de carga no lineal (guía) | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|
| K-1 | Carga lineal | Motores sin variador, calefacción resistiva, alumbrado convencional |
| K-4 | Ligera a moderada | Oficinas con computadoras, alumbrado LED, comercio |
| K-9 | Hasta 50 % | Hospitales, escuelas, edificios comerciales |
| K-13 | Hasta 75 % | Plantas con variadores, telecomunicaciones, cuartos de servidores |
| K-20 | Hasta 100 % | Centros de datos, salidas de UPS, infraestructura de TI |
Schneider Electric matiza la regla: recomienda K-4 para computadoras y cargas similares con ciclos de trabajo de 80 a 95 % y K-13 cuando el ciclo supera 95 %. Añade que un transformador estándar puede alimentar cargas no lineales típicas por encima de 80 % de su potencia sin sobrecalentarse, porque la carga media diaria de los secos de baja tensión suele ser menor de 35 %. La conclusión práctica: la tabla orienta, la medición decide.
Un transformador de aislamiento con factor K, típicamente 480 V delta a 208Y/120 V para alimentar PDU o tableros de TI, cumple dos funciones a la vez: separa galvánicamente la carga sensible y su primario en delta deja circular los armónicos de secuencia cero (3.º, 9.º, 15.º) dentro del devanado, en lugar de devolverlos a la red de media tensión. Esos mismos armónicos sí se suman en el neutro del secundario, por eso el neutro de 200 %.
Ejemplo: factor K con un espectro medido y derrateo de un transformador K-1
Considere un edificio de oficinas que alimenta pisos de TI y alumbrado LED con un seco de 150 kVA, 480 V delta a 208Y/120 V. El analizador registra 130 kVA de demanda en la hora pico y este espectro de corriente de fase, en por unidad de la fundamental:
| Armónico h | Ih ÷ I1 | (Ih ÷ I1)² | (Ih ÷ I1)² × h² |
|---|---|---|---|
| 1 | 1.00 | 1.0000 | 1.0000 |
| 3 | 0.50 | 0.2500 | 2.2500 |
| 5 | 0.30 | 0.0900 | 2.2500 |
| 7 | 0.15 | 0.0225 | 1.1025 |
| 9 | 0.08 | 0.0064 | 0.5184 |
| 11 | 0.05 | 0.0025 | 0.3025 |
| Suma | 1.3714 | 7.4234 |
- Factor de pérdidas armónicas: F_HL = 7.4234 ÷ 1.3714 = 5.41. La distorsión total de corriente es √(1.3714 − 1) = 60.9 %.
- Corrientes: la nominal del secundario es 150,000 ÷ (√3 × 208) = 416.4 A; la de la carga, 130,000 ÷ (√3 × 208) = 360.8 A rms, de los cuales la fundamental es 360.8 ÷ √1.3714 = 308.1 A.
- Derrateo del K-1 (IEEE C57.110): para un seco, la corriente máxima en por unidad es Imax = √[(1 + P_EC-R) ÷ (1 + F_HL × P_EC-R)], donde P_EC-R es la pérdida por corrientes parásitas nominal como fracción de la pérdida I²R. Con P_EC-R = 10 % (dato que debe dar el fabricante), Imax = √(1.10 ÷ 1.5413) = 0.845.
- Capacidad real del K-1: 150 kVA × 0.845 = 126.7 kVA (351.7 A). La carga de 130 kVA lo supera: el equipo trabaja por encima de su temperatura de diseño aunque la placa diga 150 kVA.
- Neutro: los armónicos 3.º y 9.º de las tres fases se suman en el neutro, I_N = 3 × √(0.50² + 0.08²) × 308.1 = 468 A, es decir 130 % de la corriente de fase. Un neutro de 100 % se sobrecarga.
- Decisión:
- K-1 de 150 kVA: no, por los pasos 4 y 5.
- K-1 sobredimensionado: 130 ÷ 0.845 = 153.9 kVA lleva al tamaño comercial de 225 kVA, que cumple pero añade pérdida en vacío las 24 horas.
- K-4 de 150 kVA: con la carga actual, K = 5.41 × (360.8 ÷ 416.4)² = 4.06, ya en el límite; cualquier crecimiento lo rebasa.
- K-9 de 150 kVA: cubre 5.41 a plena carga, con neutro de 200 %. Si el plan del edificio prevé más servidores o UPS, K-13.
Paso 1 — Factor de pérdidas armónicas del espectro medido
FHL = (1 + a3^2*9 + a5^2*25 + a7^2*49 + a9^2*81 + a11^2*121) / (1 + a3^2 + a5^2 + a7^2 + a9^2 + a11^2)
FHL =
Paso 3 — Corriente máxima de un seco K-1 según IEEE C57.110
Imax = sqrt((1 + Pec) / (1 + FHL * Pec))
Imax = pu
Paso 5 — Corriente en el neutro por armónicos triples
IN = 3 * sqrt(a3^2 + a9^2) * I1
IN = A
El resultado concuerda con los casos publicados: en el ejemplo de Richard Lam (F_HL = 8.35, P_EC-R = 10 %), un seco K-1 queda en 77.4 % de su corriente nominal. Cuanto más alto el F_HL, mayor es el castigo para un equipo K-1.
Clase H, clase F y clase 220: tabla de equivalencias UL e IEC
La confusión nace de dos nomenclaturas. En Norteamérica, Schneider Electric documenta que los secos se fabrican con clase 220 (antes «H»), clase 180 (antes «F») y clase 150 (antes «B»), con elevaciones estándar de 150, 115 y 80 °C. En IEC 60076-11 (secos con tensión máxima de hasta 72.5 kV), las letras siguen la IEC 60085 y significan otra cosa: F = 155 °C y H = 180 °C. El artículo técnico de CAT Miron reproduce los límites de calentamiento medio de los devanados que aplica esa norma:
| Sistema de aislamiento | UL / NEMA (Norteamérica) | IEC 60085 / IEC 60076-11 | Margen para el punto caliente (ambiente 40 °C) |
|---|---|---|---|
| 130 °C | — | B: 80 K | 10 °C |
| 150 °C | Clase 150 (antes B): 80 °C | — | 30 °C |
| 155 °C | — | F: 100 K | 15 °C |
| 180 °C | Clase 180 (antes F): 115 °C | H: 125 K | UL 25 °C / IEC 15 °C |
| 200 °C | — | 200 °C (N): 135 K | 25 °C |
| 220 °C | Clase 220 (antes H): 150 °C | 220 °C (R): 150 K | 30 °C |
La última columna es aritmética: temperatura del sistema − 40 °C de ambiente − elevación media. Un kelvin (K) de calentamiento equivale a un grado Celsius de elevación, así que 125 K y 125 °C de elevación son lo mismo.
Qué significa para el comprador:
- «Clase H» en una ficha de marca norteamericana (habitual en México) suele ser un sistema de 220 °C con 150 °C de elevación.
- «Clase H» en una ficha IEC (habitual en Colombia, Perú o Chile, y en secos encapsulados en resina) es un sistema de 180 °C con 125 K. Un «transformador seco clase F» IEC trabaja con 100 K de calentamiento medio.
- Especifique con números: «sistema de aislamiento de 220 °C, elevación de 115 °C», nunca solo la letra.
- La NOM-001-SEDE-2012 pide aislamiento Clase 155 o mayor para que un seco de más de 112.5 kVA quede exento del cuarto de 1 h en interiores (450-21, con sus condiciones); tanto el 220 °C UL como el F y el H IEC lo cumplen. El detalle está en la comparación seco vs aceite y la norma de producto para secos (NMX-J-351-1-ANCE) en normas para transformadores en México.
Elevación de temperatura de 150, 115 u 80 °C: pérdidas y vida útil
Con un sistema de 220 °C, las tres elevaciones usan el mismo aislamiento; cambia cuánto material lleva el diseño y a qué temperatura trabaja el devanado.
| Elevación | Devanado medio a 40 °C de ambiente | Margen bajo 220 °C | Resistencia del cobre vs 120 °C |
|---|---|---|---|
| 150 °C | 190 °C | 30 °C | +19.7 % |
| 115 °C | 155 °C | 65 °C | +9.9 % |
| 80 °C | 120 °C | 100 °C | referencia |
La resistencia del cobre se corrige con (234.5 + T₂) ÷ (234.5 + T₁), la misma fórmula del procedimiento de prueba del DOE (para aluminio, 225 en lugar de 234.5). Un mismo devanado a 190 °C tiene (234.5 + 190) ÷ (234.5 + 120) = 1.197 veces la resistencia que a 120 °C. Además, el DOE mide las pérdidas con carga a una temperatura de referencia de 75 °C: a 190 °C, el factor frente a esa referencia es 424.5 ÷ 309.5 = 1.372. Por eso la eficiencia de placa —calculada a 35 % de carga en baja tensión y a 50 % en media tensión— no refleja lo que pierde un equipo de 150 °C de elevación cuando trabaja cerca de plena carga.
Resistencia del cobre a 150 °C de elevación frente a 80 °C
ratio = (Tk + Ta + R1) / (Tk + Ta + R2)
ratio =
En la práctica:
- 150 °C: el estándar, menor precio y tamaño; adecuado si la carga media es baja, como en muchos edificios de oficinas.
- 115 °C: más conductor y menos densidad de corriente; un punto medio para cargas sostenidas.
- 80 °C: el equipo más frío, con menos pérdidas en carga, más capacidad de sobrecarga sin exceder la temperatura del aislamiento y envejecimiento más lento. Se justifica en centros de datos, hospitales y procesos de 24 horas.
La vida del aislamiento depende de la temperatura del punto más caliente (IEC 60076-12 trata ese envejecimiento). Con el mismo sistema de 220 °C, cada grado que se gana con menor elevación es margen.
¿De qué depende el precio de un transformador seco?
Los precios cambian con cada proyecto y con el momento del mercado, así que aquí no se dan cifras. Estos son los factores que mueven la cotización:
| Factor | Lo que encarece | Lo que abarata |
|---|---|---|
| Tensión | Primario de media tensión (15, 25 o 35 kV), BIL alto | Baja tensión clase 600 V |
| Material del devanado | Cobre | Aluminio |
| Elevación de temperatura | 80 °C | 150 °C |
| Factor K | K-13 o K-20, neutro de 200 %, pantalla | K-1 |
| Construcción | Encapsulado en resina o VPI especial | Ventilado estándar |
| Gabinete | NEMA 3R para exterior | NEMA 1 / 2 para interior |
| Eficiencia | Núcleo amorfo, pérdidas garantizadas bajas | Mínimo regulatorio |
| Certificación y pruebas | UL/cULus, NOM/ANCE, pruebas especiales | Solo pruebas de rutina |
Los ventiladores de enfriamiento forzado aumentan la capacidad en horas pico, pero no sustituyen a un factor K ni a una menor elevación: el armónico calienta el devanado aunque el aire circule. Para el alcance de las pruebas que entran en la oferta, consulte pruebas de transformadores: vacío, cortocircuito y aislamiento.
En media tensión, el seco no se compra solo: necesita una celda de seccionamiento y protección aguas arriba, normalmente acoplada directamente al transformador. Vea celdas de media tensión SF6, vacío o aire y subestación compacta: tipos, partes y cómo elegir. En el secundario, el seco alimenta el tablero general de baja tensión (TGBT), cuya capacidad interruptiva sale del cálculo de cortocircuito del transformador.
Errores comunes
- Especificar por letra. «Clase H» sin número puede ser 180 °C (IEC) o 220 °C (UL). Escriba temperatura del sistema y elevación.
- Calcular K con la carga de hoy. En el ejemplo, K = 4.06 al 87 % de carga parece justificar un K-4, pero con la carga de diseño el factor es 5.41. Evalúe con F_HL o con la corriente prevista a plena carga.
- Sobredimensionar un K-1 «por si acaso». Pasar de 150 a 225 kVA resuelve el calentamiento, pero aumenta la pérdida en vacío, que se paga las 8,760 horas del año.
- Olvidar el neutro. Con 130 % de corriente en el neutro, el conductor del alimentador del secundario y el bus del tablero también deben dimensionarse para ella.
- Creer que el factor K corrige la distorsión. El transformador la soporta; los filtros y reactores la reducen. Con capacitores en la misma barra, revise la resonancia (vea banco de capacitores y factor de potencia).
- Mezclar el K de UL con el «Factor K» de EN 50541-2 al comparar ofertas norteamericanas e IEC.
El papel de Entogo
Entogo es una empresa canadiense con fábrica propia en China. Su transformador seco trifásico va de 15 a 2500 kVA, en baja tensión clase 600 V y media tensión hasta clase 35 kV, con sistema de aislamiento de 220 °C, elevación estándar de 150 °C (115 u 80 °C opcional), factor K opcional para cargas no lineales y devanados de cobre o aluminio, en gabinete NEMA 1 / 2 o 3R. Está diseñado según UL 1561 / 1562, NEMA y CSA C9, con certificación UL (cULus) / CSA bajo solicitud. Para licitaciones evaluadas por pérdidas existe la versión de núcleo amorfo, de 30 a 2500 kVA. Las aplicaciones de TI se describen en la solución para centros de datos.
La especificación norteamericana se entrega en 16 a 24 semanas, o en un máximo de 36 semanas si requiere una nueva certificación cULus / CSA; las versiones IEC / CE para mercados de 50 Hz, en unas 12 semanas. La certificación NOM / ANCE u otra que exija el mercado está disponible bajo solicitud, y la garantía es de 36 meses como mínimo, con el plazo exacto por producto. Las marcas que buscan fabricación con su propia etiqueta tienen el programa de fabricación OEM de transformadores. Para cotizar con factor K, elevación y pérdidas definidas, use el configurador de transformadores o escriba al equipo técnico con el espectro medido; el equipo responde en un plazo de un día hábil.
En resumen: mida el espectro, calcule F_HL y elija la clase K inmediata superior con margen; escriba la clase térmica como «220 °C» y no como «H»; y elija la elevación según cuántas horas al año trabajará el transformador cerca de plena carga.
