El transformador pedestal opera bajo la ley de inducción electromagnética de Faraday. Una corriente alterna en el devanado primario (MT) genera un flujo magnético variable en el núcleo, que induce una fuerza electromotriz en el devanado secundario (BT). La relación entre las tensiones de entrada y salida está determinada por la relación de espiras entre ambos devanados: para pasar de 15 000 V a 480 V se requieren aproximadamente 31 espiras en el primario por cada espira en el secundario.
Cuando una corriente alterna i1(t) circula por el devanado primario de N1 espiras, genera una fuerza magnetomotriz que produce un flujo magnético Φ(t) en el núcleo. La variación temporal de este flujo induce una fuerza electromotriz (fem) tanto en el devanado primario como en el secundario:
En régimen sinusoidal y despreciando las caídas por impedancia interna, la relación entre las tensiones eficaces es directamente proporcional a la relación de espiras:
Para una aplicación típica en Latinoamérica — primario 13 800 V, secundario 480 V — la relación de transformación es:
Esto significa que el devanado primario tiene 28.75 veces más espiras que el secundario. En la práctica, el secundario de BT se divide en múltiples espiras de menor sección y el primario de MT en muchas espiras de sección fina. Como la potencia se conserva (despreciando pérdidas):
Es decir, la corriente en el lado de BT es casi 29 veces mayor que en el lado de MT. Por eso los conductores de BT son de sección mucho mayor y los bushings de BT manejan cientos de amperes.
El núcleo magnético tiene dos funciones: (a) proporcionar un camino de baja reluctancia para el flujo magnético, y (b) minimizar las pérdidas. Se construye con láminas delgadas (0.23–0.30 mm) de acero al silicio de grano orientado, aisladas entre sí con barniz o capa de óxido. El apilamiento laminado reduce drásticamente las corrientes parásitas (Foucault) que circularían en un núcleo macizo y lo calentarían.
La adición de silicio (≈3 %) aumenta la resistividad eléctrica del acero y reduce las pérdidas por histéresis. Las láminas se ensamblan en configuración de núcleo acorazado (tipo shell) o de columnas (tipo core) según el diseño. En transformadores de distribución pedestal se prefiere el núcleo de columnas con devanados concéntricos sobre cada columna.
Las pérdidas en el cobre (I²R en los devanados) y en el núcleo (histéresis + Foucault) se disipan como calor. En un transformador pedestal, el calor se transfiere del núcleo y los devanados al aceite dieléctrico por convección natural:
| Parámetro | Símbolo | Valor típico | Impacto si está fuera de rango |
|---|---|---|---|
| Tensión de cortocircuito | Uk % | 4–6 % | Define la corriente de falla y la regulación de tensión. Demasiado baja → alta corriente de falla. Demasiado alta → mala regulación. |
| Pérdidas en vacío | P0 (W) | 0.15–0.30 % de la potencia nominal | Pérdidas permanentes aunque el transformador esté sin carga. Impactan la eficiencia energética durante toda la vida útil. |
| Pérdidas en carga | Pk (W) | 0.8–1.5 % de la potencia nominal | Varían con el cuadrado de la corriente de carga. Determinan el calentamiento y la vida del aislamiento. |
| Impedancia de secuencia cero | Z0 % | Depende del grupo de conexión | Crítica para la coordinación de protecciones de tierra y la detección de fallas monofásicas. |