Selección de transformador trifásico: grupos de conexión, pérdidas y guía de pruebas

Una planta de envasado añadió dos líneas de extrusión con una carga de motor combinada de 620 kVA, y el cuadro de distribución de 400 V existente no pudo soportar la irrupción. La empresa de servicios públicos ofrecía una caída de servicio de 11 kV, por lo que el equipo del proyecto especificó un transformador trifásico de 630 kVA en lugar de tres unidades monofásicas. La decisión depende de Principios de ingeniería de transformadores de potencia trifásicos. que van más allá de la clasificación de la placa de identificación: grupo de vectores, medio de aislamiento, material del núcleo y los datos de prueba que verifican el rendimiento cotizado.

Lo que ofrece un transformador trifásico que un monofásico no puede ofrecer

Un transformador trifásico transfiere energía trifásica entre niveles de voltaje en un solo conjunto magnético, utilizando aproximadamente entre un 15 y un 20 % menos de núcleo de acero y cobre de bobinado que tres unidades monofásicas de la misma clasificación total. El ahorro proviene del núcleo compartido de tres ramas: los flujos de tres fases están separados por 120 grados eléctricos, su suma vectorial es cero en cada instante y las rutas de retorno magnético se cancelan.

Los devanados secundarios alimentan paneles industriales, centros de control de motores y circuitos de iluminación desde un solo tanque o gabinete. Debido a que las tres fases comparten el núcleo, una falla en una fase cambia la distribución del flujo en las otras dos, lo que le da a un transformador trifásico una regulación de voltaje más estricta bajo cargas desequilibradas que tres unidades monofásicas independientes. Esta es la razón por la que las empresas de servicios públicos y las plantas industriales estandarizan el uso de unidades trifásicas para potencias superiores a aproximadamente 25 kVA.

Delta vs Wye: qué conexión de transformador trifásico se adapta a su carga

El grupo de vectores define el cambio de fase entre los voltajes de línea primario y secundario, la disponibilidad de un neutro y el camino que toma la corriente de secuencia cero durante una falla desequilibrada. Elegir Dyn11 en lugar de Yyn0 no es una cuestión de preferencia; Determina si el transformador puede suministrar cargas monofásicas de línea a neutro de forma segura.

En un devanado en triángulo, los devanados de fase se conectan de extremo a extremo, por lo que el voltaje de línea es igual al voltaje de fase y los armónicos triples (3.º, 9.º, 15.º) circulan dentro del delta en lugar de fluir hacia la fuente. En un devanado en estrella, los extremos de la fase se encuentran en un punto de estrella que se convierte en neutro; el voltaje de línea es 1,732 veces el voltaje de fase, lo que produce 400 V línea a línea y 230 V línea a neutro en un secundario de 400 V.

Para un suministro industrial a 11/0,4 kV, elija Dyn11 cuando cualquier carga del panel opere entre fase y neutro, lo cual es casi siempre el caso. Yyn0 funciona sólo cuando la carga está casi equilibrada y la corriente neutra se mantiene por debajo de aproximadamente el 10-15 % de la corriente nominal. Dd0 está reservado para cargas que no necesitan neutro y aceptan un sistema sin conexión a tierra o con conexión a tierra por separado.

Tipo seco o sumergido en aceite: el sitio decide

El medio de aislamiento y refrigeración determina dónde se puede instalar el transformador y qué sistemas contra incendios, de contención y de mantenimiento debe incluir el edificio. El sitio decide esta elección antes de que importe la clasificación de kVA.

Transformador de distribución sumergido en aceite con núcleo de tira de acero al silicio Esta unidad se posiciona como una opción de bajo costo y alta sobrecarga para instalaciones en exteriores. El diseño completamente sellado y el enfriamiento de la placa corrugada permiten un funcionamiento confiable y de bajo mantenimiento sobre zócalos de concreto. Ver producto →

Transformador tipo seco con núcleo de aleación amorfa Para aplicaciones en interiores o en espacios ocupados, este diseño de tipo seco elimina el riesgo de incendio y la gestión de fluidos. Las pérdidas del núcleo ultrabajas y la construcción sin aceite lo convierten en un fuerte candidato para el ahorro de energía. Ver producto →

Cuando la unidad se ubica al aire libre sobre un zócalo de concreto con un foso de contención, un diseño sumergido en aceite es casi siempre la ruta más económica. Cuando el transformador debe estar dentro de un edificio adyacente a un espacio ocupado, el tipo seco elimina el riesgo de incendio y el régimen de gestión de fluidos. Los fluidos de éster menos inflamables cierran la brecha para los diseños de aceite para interiores, pero el tanque, la bomba y el sistema de enfriamiento siguen siendo más equipos que mantener que un devanado de tipo seco.

Pérdidas básicas y eficiencia: el factor de costos a 20 años

Las pérdidas sin carga (núcleo) ocurren las 24 horas del día, por lo que la elección del material del núcleo generalmente determina más el costo energético de la vida útil de un transformador que las pérdidas del devanado bajo perfiles operativos típicos.

Para un transformador de distribución de 630 kVA, un núcleo de acero al silicio de grano orientado convencional (clase S13 en la serie de eficiencia china) tiene pérdidas sin carga de alrededor de 790 vatios. Un núcleo de aleación amorfa, construido a partir de una cinta metálica de enfriamiento rápido, reduce la pérdida sin carga a aproximadamente 280 vatios para la misma potencia, una reducción del 65 %. Las pérdidas de carga (cobre) permanecen casi iguales porque dependen de la sección transversal del conductor del devanado, no del material del núcleo.

La matemática de la recuperación depende del perfil de carga. Cuando la carga promedio se mantiene por debajo del 40-50%, el núcleo amorfo recupera su mayor costo inicial a través de ahorros en pérdidas en el núcleo en 24 horas, generalmente dentro de tres a siete años. Cuando el transformador funciona con mucha carga la mayor parte del tiempo, dominan las pérdidas de carga y la inversión más inteligente es un devanado con menor pérdida de carga o un valor nominal mayor que funcione con una densidad de corriente más baja. Una guía práctica de selección de transformadores trifásicos debe incluir la curva de carga anual, no solo los kVA pico.

Transformador sumergido en aceite con núcleo de aleación amorfa Cuando la carga se mantiene por debajo del 40-50%, los núcleos amorfos recuperan el primer costo adicional a través de ahorros continuos en pérdidas en el núcleo. Esta unidad se combina con ese beneficio con la robustez sumergida en aceite para servicio al aire libre. Ver producto →

Pruebas de verificación a solicitar antes de la aceptación

El informe de prueba, no la placa de identificación, demuestra si el transformador cumple con los niveles de resistencia de aislamiento, impedancia y pérdidas citados. Un informe de fábrica de rutina es estándar, pero el comprador debe revisar los números antes de enviar la unidad. Un fabricante acreditado como Jiangsu Hengyuan Transformer Co., Ltd. puede proporcionar el informe de rutina con cada unidad y los certificados de prueba de tipo, previa solicitud.

1. Pérdida sin carga y corriente sin carga a tensión nominal y frecuencia nominal
2. Pérdida de carga y voltaje de impedancia a la corriente nominal, corregido a 75 grados C para unidades de aceite o 120 grados C para tipo seco
3. Resistencia del devanado en todas las fases con desequilibrio de fase inferior al 2%
4. Resistencia de aislamiento a 2,5 kV más tensión inducida soportada al doble de la tensión nominal
5. Verificación de la relación de espiras en cada toma y confirmación de grupo de vectores mediante medición del ángulo de fase
6. Análisis de voltaje de ruptura de aceite y gases disueltos para unidades sumergidas en aceite en la puesta en servicio

El voltaje de impedancia es importante para el funcionamiento en paralelo: dos unidades con impedancia no coincidente comparten la carga de manera desigual y producen corriente circulante. La precisión de la relación de voltaje afecta la caída de voltaje en los terminales de carga y los resultados de las pruebas de aislamiento establecen la base para el monitoreo de condiciones futuras. Cuando la unidad vaya a atender cargas de proceso críticas, solicite certificados de prueba de tipo que cubran aumento de temperatura, impulso de rayo y resistencia a cortocircuitos.

Preguntas frecuentes: dimensionamiento y especificación de un transformador trifásico