Para la adquisición internacional de transformadores, el proceso de selección no debe comenzar solo con el precio o la capacidad del transformador. El enfoque correcto es definir primero el sistema eléctrico, las características de carga, el entorno operativo y las normas aplicables, luego determinar la capacidad requerida y optimizar la eficiencia, el aumento de la temperatura, los materiales y el método de enfriamiento.

El principio básico es simple:

Definir primero las condiciones de carga y funcionamiento, determinar la capacidad del transformador en segundo lugar, y luego optimizar la eficiencia, la fiabilidad, los materiales y el costo del ciclo de vida de acuerdo con las normas locales aplicables y los requisitos del proyecto.

1. Definir primero los requisitos del proyecto

Antes de solicitar cotizaciones, un comprador internacional debe recopilar la información básica del proyecto que determina el diseño del transformador.

Sistema eléctrico

Confirmar:

• Voltaje primario y secundario

• Frecuencia: 50 Hz o 60 Hz

• Unifásico o trifásico

• Disposición de puesta a tierra del sistema

• Regulación de tensión y rango de grifo requeridos

• Nivel de cortocircuito del sistema eléctrico

• Instalación interior o exterior

• Normas y requisitos de certificación aplicables

Para los proyectos norteamericanos, se deben confirmar los requisitos eléctricos CSA, UL y locales aplicables. Para los mercados de la CEI, deben identificarse las normas pertinentes de la CEI y los requisitos reglamentarios locales.

El marcado CE no debe considerarse una norma técnica universal para transformadores. Su aplicabilidad depende del producto específico y de los requisitos reglamentarios europeos.

Condiciones ambientales

El diseño del transformador también debe considerar:

• Temperatura ambiente máxima y mínima

• Altitud

• Humedad

• Polvo y contaminación

• Gases o productos químicos corrosivos

• Requisitos sísmicos

• Instalación interior o exterior

• Nivel de carcasa o protección requerido

Por ejemplo, un transformador instalado en un ambiente industrial caliente puede requerir un diseño térmico diferente al instalado en una habitación eléctrica interior fresca.

Características de carga

El comprador debe proporcionar:

• Carga conectada total

• Carga máxima de demanda

• Cargas continuas e intermitentes

• Cargas del motor y condiciones de arranque

• HVAC, bombas y compresores

• VFD, sistemas UPS y rectificadores

• Factor de potencia esperado

• Perfil de carga promedio esperado

• Requisitos de expansión futura

Las cargas de arranque y no lineales del motor no deben evaluarse solo a partir de su kW nominal. La corriente de arranque, la caída de voltaje, los armónicos y los efectos térmicos adicionales también pueden influir en la selección del transformador.

2. Determinar la capacidad del transformador

La capacidad del transformador se especifica normalmente enKVA o MVAy no simplemente en kW.

Se puede hacer un cálculo preliminar utilizando:

S = P × Kd / cosφ

Dónde:

• S = potencia aparente calculada, kVA

• P = carga activa total, kW

• Kd = factor de demanda o diversidad de carga

• cosφ = factor de potencia promedio

Por ejemplo, si la carga total conectada es de 200 kW, el factor de demanda es de 0,85 y el factor de potencia promedio es de 0,80:

S = 200 × 0,85 / 0,80 = 212.5 kVA

Un estándarTransformador 250 kVApor lo tanto, podría considerarse, sujeto a la comprobación de las condiciones de funcionamiento reales.

No aplique un margen de capacidad fija ciegamente

Normalmente se requiere un margen de capacidad, pero no hay una regla universal de que cada transformador simplemente debe ser sobredimensionado en un 10%, 20% o 40%.

El margen requerido depende de:

• Corriente de arranque del motor

• Demanda máxima

• Caída de voltaje

• Temperatura ambiente

• Capacidad de sobrecarga del transformador

• Expansión futura

• Carga armónica

• Requisitos de redundancia

Para una planta con muchos motores grandes, por ejemplo, las condiciones de arranque pueden determinar el tamaño del transformador incluso cuando la carga de funcionamiento normal parece relativamente pequeña.

Evite tanto el subtamaño como el sobretamaño

Un transformador de tamaño inferior puede funcionar a una carga excesiva, lo que resulta en un aumento de temperatura más alto, una caída de voltaje y un envejecimiento acelerado del aislamiento.

Un transformador de gran tamaño, por otro lado, puede tener un consumo anual innecesariamente alto de energía sin carga y un costo de compra inicial más alto.

Por lo tanto, el objetivo no es simplemente seleccionar el transformador más grande. La capacidad adecuada debe determinarse a partir del perfil de carga real, las condiciones de funcionamiento y el costo del ciclo de vida.

3. Evaluar la pérdida sin carga y la pérdida de carga

La eficiencia del transformador debe evaluarse durante la vida útil esperada en lugar de comparar los precios de compra únicamente.

Las dos principales pérdidas del transformador son:

• Sin pérdida de carga (P) ₀):principalmente asociado con el núcleo magnético y presente cada vez que el transformador está energizado.

• Pérdida de carga (Pk):principalmente asociado con la resistencia al bobinado y las pérdidas de desviación y generalmente aumenta aproximadamente con el cuadrado de la corriente de carga.

Por consiguiente:

Pérdida total ≈ Pérdida sin carga + Pérdida de carga

Por ejemplo, si el transformador funciona al 50% de carga, su pérdida de carga es aproximadamente una cuarta parte de la pérdida de carga nominal, suponiendo que el componente de pérdida relevante sigue la relación de ley cuadrada esperada.

Operación Continua

Para centros de datos, hospitales, plantas industriales y otras instalaciones que permanecen alimentadas las 24 horas del día, los 7 días de la semana, tanto la pérdida de carga como la pérdida de carga pueden tener un impacto significativo en el costo del ciclo de vida.

Se pueden considerar materiales de núcleo de baja pérdida tales como acero eléctrico orientado a granos Hi-B de alta calidad o metal amorfo dependiendo de la aplicación.

Operación intermitente

Para las instalaciones que operan solo durante ciertas horas, la contribución anual de pérdida sin carga puede ser diferente. El comprador debe comparar las horas de funcionamiento anuales reales, el perfil de carga y el precio de la electricidad en lugar de seleccionar un diseño de baja pérdida basado solo en su eficiencia nominal.

Costo del ciclo de vida

Una comparación adecuada de las adquisiciones debe considerar:

Costo del ciclo de vida = Costo de compra + Costo de energía + Costo de mantenimiento + Otros costos operativos

Para proyectos de transformadores de larga vida, un transformador con un precio inicial más alto a veces puede proporcionar un costo total más bajo cuando se consideran sus pérdidas más bajas durante muchos años.

Para los proyectos canadienses, el comprador también debe confirmar si el transformador se encuentra dentro de los requisitos aplicables.CSA C802 Requisitos de eficiencia energética y requisitos regulatorios canadienses.

4. Compruebe el aumento de la temperatura y el sistema de aislamiento

El aumento de la temperatura es un factor importante que afecta la vida útil del transformador y la fiabilidad de funcionamiento, peroLa clase de aislamiento y el aumento de la temperatura del transformador no deben tratarse como el mismo parámetro.

Por ejemplo:

El aislamiento de clase F no significa automáticamente un aumento de temperatura del transformador 100 K.

El comprador debe confirmar por separado:

• Clase térmica del sistema de aislamiento

• Aumento nominal de la temperatura de bobinado

• Aumento de la temperatura del aceite superior, para transformadores sumergidos en aceite

• Temperatura ambiente

• Método de enfriamiento

• Temperatura del punto caliente

• Límites estándar aplicables

Un transformador diseñado para un entorno de alta temperatura ambiente puede requerir un aumento de temperatura menor, una mayor capacidad de refrigeración u otras medidas de diseño térmico.

Ambientes de alta temperatura

Para proyectos en regiones donde la temperatura ambiente puede alcanzar 45°C o superior, el fabricante del transformador debe verificar que la capacidad seleccionada, el sistema de aislamiento, el aumento de temperatura y la disposición de enfriamiento son adecuados para las condiciones reales del sitio.

Simplemente especificar una clase de aislamiento superior no resuelve por sí mismo un problema de diseño térmico.

Ambientes fríos

Para proyectos en regiones con temperaturas muy bajas, como el norte de Canadá, el fabricante debe considerar:

• Rendimiento del material a baja temperatura

• Propiedades del aceite y características del flujo frío

• Condiciones de arranque y energización

• Materiales de sellado

• Diseño del recinto exterior

• Requisitos del calentador cuando corresponda

Por lo tanto, el aumento de la temperatura debe evaluarse junto con la temperatura ambiente real en lugar de tratarse como un número independiente.

5. Seleccione el núcleo, el bobinado y los materiales de aislamiento

La selección de materiales afecta a la eficiencia, el rendimiento térmico, la resistencia mecánica, el costo y la vida útil.

Material principal

Acero eléctrico convencional orientado a granos

Esto proporciona una solución rentable para muchas aplicaciones de transformadores estándar.

Acero eléctrico orientado a granos Hi-B

Acero eléctrico Hi-B de alta calidad proporciona un rendimiento magnético mejorado y baja pérdida de núcleo. Se utiliza ampliamente en transformadores modernos de alta eficiencia de energía y distribución.

Metal amorfo

Los núcleos metálicos amorfos pueden lograr muy bajas pérdidas sin carga en comparación con el acero eléctrico convencional orientado a granos.

Pueden ser particularmente atractivos para transformadores que permanecen energizados durante largos períodos pero operan a una carga media relativamente baja.

Sin embargo, los núcleos metálicos amorfos son mecánicamente más sensibles que los núcleos de acero laminado convencionales. Por lo tanto, los requisitos de transporte, sujeción, manipulación e instalación deben considerarse cuidadosamente.

La ventaja real de ahorro de energía debe evaluarse utilizando la pérdida sin carga garantizada por el fabricante en lugar de confiar en una comparación de porcentajes fijos.

Bobinados de cobre vs. aluminio

El cobre y el aluminio son ambos conductores de bobinado ampliamente utilizados.

Cobre

El cobre ofrece una alta conductividad eléctrica y puede proporcionar diseños de bobinado compactos. Se selecciona comúnmente cuando el espacio, las pérdidas o los requisitos mecánicos específicos son importantes.

aluminio

El aluminio proporciona un menor costo de material y menor peso, aunque puede requerirse una sección transversal del conductor más grande para el mismo rendimiento eléctrico.

La elección debe basarse en:

• Pérdida de carga garantizada

• Dimensiones de bobinado

• Diseño mecánico

• Capacidad de resistencia a cortocircuitos

• Peso

• Costo

• Requisitos de aplicación

El cobre y el aluminio no deben ser juzgados simplemente por el nombre del material. El rendimiento del cortocircuito depende en gran medida de la construcción del bobinado, las dimensiones del conductor, el soporte mecánico y la calidad de fabricación.

Si se utilizan conexiones de cobre a aluminio, el método de conexión y la protección contra la corrosión deben especificarse claramente.

Recomendación de contratación

El material conductor debe indicarse explícitamente en la especificación técnica:

Conductor de bobinado: Cobre / Aluminio — a confirmar y garantizar por el fabricante.

Esto evita la ambigüedad al comparar cotizaciones de diferentes proveedores.

6. Especifique el sistema aislante y el método de enfriamiento

Para los transformadores de tipo seco, los sistemas de aislamiento comunes incluyen diseños de resina fundida e impregnados.

Para los transformadores sumergidos en aceite, el líquido aislante puede ser:

• Aceite mineral

• Éster natural

• Otros líquidos aislantes especificados

La selección depende de los requisitos de seguridad contra incendios, consideraciones ambientales, condiciones de instalación y regulaciones aplicables.

Los líquidos éster naturales pueden considerarse para proyectos en los que la seguridad contra incendios y las características ambientales son importantes, pero su idoneidad y certificación deben confirmarse para el diseño y la jurisdicción específicas del transformador.

Métodos de enfriamiento

Las disposiciones típicas de enfriamiento incluyen:

Tipo seco:

• AN — Aire natural

• AF - Fuerza Aérea

Sumergido en aceite:

• ONAN — Aceite Natural, Aire Natural

• ONAF — Aceite Natural, Fuerzado por el Aire

• Otros dispositivos de refrigeración para transformadores más grandes

El método de enfriamiento debe seleccionarse según la capacidad del transformador, el perfil de carga, la temperatura ambiente y las condiciones de instalación.

7. Confirme la impedancia de cortocircuito y otros parámetros técnicos

La impedancia de cortocircuito es un parámetro importante del transformador porque afecta tanto a la corriente de falla como a la regulación del voltaje.

Una impedancia más baja generalmente permite una corriente de cortocircuito prospectiva más alta, mientras que una impedancia más alta generalmente reduce la corriente de falla limitada al transformador disponible pero puede dar como resultado una mayor caída de tensión.

Por lo tanto, la impedancia debe coordinarse con:

• Capacidad de cortocircuito del sistema

• Equipo de protección

• Capacidad del transformador

• arranque del motor

• Regulación de voltaje

• Requisitos de funcionamiento paralelo

Para muchos transformadores de distribución, los valores alrededor del 4%-6% son comunes, pero esto no debe tratarse como un requisito universal.

Otros parámetros que deben confirmarse incluyen:

• Grupo de vectores

• Rango del grifo

• Tipo de cambio de grifo

• Configuración neutral

• Disposición del casquillo

• Monitoreo de temperatura

• Fans

• Dispositivo de alivio de presión

• conservador

• Terminales de puesta a tierra

• Nivel de carcasa/protección

• Nivel de ruido

• Protección contra la corrosión

• Dimensiones y peso

• Limitaciones de transporte

8. Verifique las certificaciones y las pruebas de fábrica

Los compradores internacionales no deben confiar solo en la declaración general de un proveedor de que un transformador está "certificado IEC" o "aprobado por UL".

El comprador debe solicitar y verificar lo aplicable:

• Informes de ensayo de tipo

• Documentos de certificación

• Informes de pruebas de rutina

• Procedimientos de prueba de fábrica

• Especificaciones del material

• Valores de pérdida garantizados

• Datos de aumento de temperatura

• Niveles de aislamiento

El punto más importante es verificar que la certificación y prueba disponibles cubran realmente el diseño del transformador propuesto, las calificaciones, la construcción y la categoría de producto aplicable.

Un informe de prueba para un transformador diferente no debe tratarse automáticamente como prueba para la unidad propuesta.

Requisitos de FAT

Para los grandes proyectos internacionales, la especificación de compra debe definir claramente las pruebas de aceptación de fábrica requeridas.

Los controles típicos pueden incluir:

El alcance exacto del FAT debe seguir la norma aplicable y la especificación técnica del proyecto.

9. Dos ejemplos típicos de selección de transformadores

Ejemplo 1: Transformador de tipo seco 1000 kVA para un edificio comercial

Un edificio comercial en América del Norte requiere un transformador trifásico para retirarse13.8 kV a 480Y/277 V, 60 Hz.

El edificio incluye sistemas HVAC, ascensores, iluminación, servidores y cargas eléctricas generales.

La demanda máxima calculada es aproximadamente800 kWcon un factor de potencia promedio de 0,90:

S = 800 / 0,90 ≈ 889 kVA

Después de considerar la expansión futura, la variación de carga y los requisitos del proyecto, un1000 kVA transformador de tipo secopuede considerarse.

Debido a que el transformador está instalado en el interior, untransformador de tipo seco de resina fundidapuede seleccionarse cuando el proyecto requiera una solución de tipo seco.

El proyecto también incluye equipos VFD y UPS, por lo que el comprador debe confirmar la corriente armónica esperada y el diseño térmico del fabricante para cargas no lineales.

Especificación típica de la adquisición

Lógica de selección

Instalación interior + 60 Hz Sistema norteamericano + cargas comerciales + cargas VFD/UPS

→ La construcción en seco, la certificación aplicable, el rendimiento térmico, la capacidad armónica, el ruido y la eficiencia se convierten en consideraciones clave de la adquisición.

Ejemplo 2: Transformador sumergido en aceite 2500 kVA para una planta industrial

Una planta industrial requiere un transformador exterior para retirarse33 kV a 6.6 kV, 50 Hz.

El transformador suministra motores, bombas, compresores y equipos de producción y se espera que funcione continuamente.

La demanda máxima calculada es aproximadamente2100 kWcon un factor de potencia promedio de 0,90:

S = 2100 / 0,90 ≈ 2333 kVA

Después de considerar las condiciones de funcionamiento, la variación de carga y la expansión futura, un2500 kVA transformador sumergido en aceitepuede considerarse.

Para instalación al aire libre y operación industrial continua, unONAN transformador sumergido en aceitepuede ser adecuado, sujeto al rendimiento térmico y al perfil de carga requeridos.

Se debe prestar especial atención a la garantía de pérdida sin carga, pérdida de carga, impedancia, aumento de temperatura, nivel de aislamiento y fiabilidad de funcionamiento a largo plazo.

Especificación típica de la adquisición

Lógica de selección

Instalación al aire libre + operación industrial continua + cargas de motor + sistema 33 kV

→ La construcción sumergida en aceite, la capacidad de refrigeración, la impedancia de cortocircuito, las pérdidas, el nivel de aislamiento y la fiabilidad a largo plazo se convierten en consideraciones importantes de adquisición.

10. Lista de control final de adquisición de transformadores

Antes de realizar un pedido de compra, un comprador internacional debe ser capaz de responder las siguientes preguntas:

Conclusión

Para la adquisición internacional de transformadores, el proceso de selección correcto es:

1. Definir el sistema eléctrico, el entorno, las características de carga y las normas aplicables.

2. Calcule el kVA requerido en función de la demanda real, el factor de potencia y la diversidad de carga, y luego considere el arranque del motor, la expansión futura y las condiciones de funcionamiento.

3. Compare las pérdidas sin carga y de carga utilizando el perfil de carga real y evalúe el costo del ciclo de vida en lugar del precio de compra solo.

4. Confirme el sistema de aislamiento, aumento de temperatura nominal y método de enfriamiento de acuerdo con las condiciones estándar y del sitio aplicables.

5. Seleccione el núcleo y los materiales de bobinado de acuerdo con la eficiencia, la fiabilidad, los requisitos mecánicos y el presupuesto.

6. Finalizar la impedancia, el grupo vectorial, el rango del grifo, los accesorios, los requisitos del recinto y otros parámetros específicos del proyecto.

7. Verifique la cobertura de certificación, pruebas de prueba, datos técnicos garantizados y requisitos FAT antes de realizar el pedido de compra.

Por lo tanto, el mejor transformador no es necesariamente el transformador más barato o el transformador con la mayor capacidad. Es el transformador queLa capacidad, la eficiencia, el rendimiento térmico, los materiales, la protección, la certificación y el costo del ciclo de vida se ajustan correctamente al proyecto real.