El año pasado ayudé a una fábrica a reemplazar un transformador. El encargado dijo con confianza: "Nuestra carga no es grande, 200 kVA es suficiente". Dos meses después, en los días más calurosos del verano, la caja del transformador estaba demasiado caliente para tocarla y el indicador de temperatura del aceite marcaba la línea de alarma de 85 grados. Lo comprobamos: habían agregado equipos silenciosamente a lo largo de los años y la carga real ya estaba muy por encima de la clasificación del transformador. Conseguir uno más grande significaba que los antiguos cimientos no funcionarían y la obra civil costaba un montón de dinero.
Dimensionar un transformador parece sencillo, pero no lo es. La mayoría de la gente sólo mira la capacidad e ignora el voltaje, las pérdidas, el tipo de instalación y el equipo auxiliar correspondiente. Aquí hay algunas cosas que he aprendido al pasar tiempo en el sitio.
La capacidad nominal no es "cuanto más grande, mejor", pero demasiado pequeña es un desastre. La capacidad del transformador está en kVA, no en kW. Mucha gente confunde potencia activa y reactiva. Un transformador de 1000 kVA con un factor de potencia de 0,9 puede entregar 900 kW; con un factor de potencia de 0,8, sólo 800 kW. Antes de elegir una capacidad, calcule la carga real y luego agregue margen. Por lo general, apunte a una carga del 65 % al 75 %. Por debajo del 50% durante mucho tiempo, las pérdidas sin carga consumen demasiada energía; Por encima del 85% durante períodos prolongados, el margen de sobrecarga es reducido y el calor del verano puede matarlo. Para las plantas industriales, agregue entre un 20% y un 30% para una futura expansión durante los próximos tres a cinco años.
La clase de tensión depende del sistema de alimentación y del lado de carga. Los voltajes primarios comunes son 10 kV, 35 kV, 110 kV; El secundario suele ser de 0,4 kV (380 V/220 V). Los proyectos extranjeros a veces utilizan 13,8 kV, 24 kV, 33 kV. Confirme siempre la tensión y la frecuencia nominales de la red local. China utiliza 50 Hz; algunos países utilizan 60 Hz; un transformador no puede manejar ambos. Verifique también el rango de roscado. Los cambiadores de tomas sin carga suelen ser de ±2×2,5 %; Los cambiadores de tomas bajo carga ofrecen una gama más amplia. Si el voltaje fluctúa mucho, elija el cambio de toma bajo carga.
Las pérdidas son pérdidas sin carga y pérdidas con carga; aquí es donde perdura el costo a largo plazo. Un transformador barato podría consumir mucha más electricidad en cinco años que la diferencia de precio. La pérdida sin carga (pérdida del núcleo) depende del material y el diseño del núcleo. Los núcleos de metal amorfo reducen la pérdida sin carga en aproximadamente un 70% en comparación con el acero al silicio, pero cuestan más. La pérdida de carga (pérdida de cobre) depende de la resistencia del devanado. Los devanados de cobre producen menores pérdidas que los de aluminio, pero son más pesados. Las normas nacionales ahora impulsan los transformadores de eficiencia de nivel 1 y 2. Cuestan más por adelantado, pero los ahorros de electricidad generalmente se amortizan en tres años. Si el transformador funciona con mucha carga la mayor parte del tiempo, dé prioridad a la pérdida de carga. Si tiene poca carga la mayor parte del tiempo, priorice la pérdida sin carga.
El tipo de instalación y el entorno dictan la construcción. Los transformadores en baño de aceite (S11, S13, S20, etc.) son más baratos, disipan bien el calor y tienen buena capacidad de sobrecarga, pero necesitan protección contra incendios y son adecuados para subestaciones al aire libre. Los transformadores de tipo seco (SCB10, SCB12, SCB14, etc.) son a prueba de incendios y pueden colocarse en talleres o salas eléctricas, pero cuestan más y son más ruidosos. En zonas costeras o plantas químicas con mucha corrosión, elija gabinetes de acero inoxidable o revestimientos especiales. En altitudes elevadas (por encima de 1000 m), reduzca la potencia del transformador entre un 1 % y un 2 % por cada 1000 m adicionales, o elija una unidad "tipo meseta".
Los dispositivos de protección deben elegirse junto con el transformador. En el lado primario, necesita fusibles desconectadores o un disyuntor. El tamaño de los fusibles desconectadores debe coincidir con la capacidad del transformador y la corriente de cortocircuito. Para transformadores de menos de 100 kVA, elija un fusible con una clasificación de 2 a 3 veces la corriente de carga completa; para 100 kVA y superiores, 1,5‑2 veces. Una clasificación de fusible demasiado alta y una falla secundaria no quemará el fusible primario: el transformador puede quemarse. Demasiado bajo y la corriente de entrada lo apagará cada vez que lo active. También en el lado primario se necesitan descargadores de sobretensiones para la protección contra rayos. Elija un pararrayos de óxido metálico clasificado para el voltaje máximo del sistema y asegúrese de que la resistencia de puesta a tierra sea buena. En el lado secundario, son típicos un disyuntor de caja moldeada y un protector contra sobretensiones.
El método de enfriamiento y la protección de ingreso dependen del sitio. Para el tipo seco interior, el enfriamiento por aire forzado (AF) proporciona una mayor capacidad de sobrecarga a corto plazo. Para exteriores llenos de aceite, el aceite-natural-aire-natural (ONAN) suele ser suficiente; si la carga es pesada, utilice aceite-natural-aire-forzado (ONAF). Grado de protección: IP54 para exteriores (polvo y chorros de agua), IP20 o IP30 para interiores. La entrada/salida de cables puede ser superior, inferior o lateral. Confirma antes de realizar el pedido o recibirás una unidad que no se conecta.
Un punto más que es fácil de pasar por alto: el voltaje de impedancia y la capacidad de resistencia a cortocircuitos. El voltaje de impedancia (Uk%) afecta la corriente de cortocircuito y la regulación de voltaje. Para los transformadores de distribución, el % Uk suele ser del 4 % o 6 %. Si la capacidad de cortocircuito del sistema es alta, elija un transformador de alta impedancia para limitar la corriente de falla; de lo contrario, es posible que los interruptores aguas abajo no puedan romperlo. Antes de la entrega, confirme que las clasificaciones de resistencia térmica y dinámica (corriente soportada máxima y corriente soportada de corta duración) cumplan con los requisitos del sistema.
Información de la placa de identificación y problemas de reemplazo. A la hora de sustituir un transformador viejo, lo peor es comprar uno que no encaja. Mida la distancia de centro a centro del perno de la base, la posición y la altura de los bujes primarios/secundarios y las dimensiones generales. Envía todos los números al fabricante y verifica que será un reemplazo directo. De lo contrario, estarás modificando la base a un gran costo. Compruebe también los fusibles desconectadores y los descargadores de sobretensiones antiguos del transformador; es posible que sea necesario reemplazarlos al mismo tiempo. Lo mejor es elegir productos que combinen y de la misma marca, para que las dimensiones se alineen.
Aquí está la conclusión: dimensionar un transformador no se trata sólo de elegir un número de kVA. Voltaje, pérdidas, tipo de instalación y los fusibles desconectadores y descargadores de sobretensiones correspondientes: si alguno de estos está apagado, surgirán problemas. Reúna los parámetros de la red del sitio, el perfil de carga, el entorno, el presupuesto y la vida útil esperada, luego entregue los datos a un fabricante profesional para obtener cotizaciones y comparar. Así es como obtienes el correcto.