¿Cómo funciona un transformador tipo seco? Guía de núcleo, enfriamiento y selección

¿Cómo funciona en la práctica un transformador tipo seco? La corriente alterna en el devanado primario impulsa un flujo magnético cambiante alrededor de un núcleo laminado, ese flujo corta el devanado secundario e induce un voltaje a través de él, y la relación de vueltas entre los dos devanados fija el voltaje de salida. Todo lo que separa un diseño de tipo seco de uno lleno de aceite sucede después de ese punto: el calor tiene que viajar a través de la resina fundida y el aire en movimiento, por lo que el diseño térmico, en lugar del diseño electromagnético, establece la clasificación continua.

¿Qué hace que un transformador de tipo seco sea diferente?

Un transformador de tipo seco es un dispositivo eléctrico estático que cambia el voltaje alterno mediante inducción electromagnética mientras sus devanados y núcleo están aislados con materiales sólidos y enfriados por aire en lugar de líquido aislante.

Se retira el aceite y se llevan tres cosas: el tanque y el conservador que contienen el líquido, el pozo cerrado y la bóveda resistente al fuego que exigen los códigos de construcción a su alrededor, y el régimen de muestreo de aceite que mantiene el líquido seco. En cambio, lo que se obtiene es una máquina más pesada, más grande y más cara por kVA que se puede instalar casi en cualquier lugar donde una habitación tenga ventilación.

Las familias constructivas que aparecen en especificaciones reales son limitadas:

• Tipo seco de resina fundida: devanados moldeados al vacío en epoxi relleno, el valor predeterminado para servicio de distribución interior de 6-35 kV.
• Tipo seco encapsulado en resina: una capa de resina más delgada sobre devanados impregnados, común en clasificaciones más pequeñas.
• Tipo seco impregnado a presión al vacío (VPI): impregnación de barniz al vacío, típica en clase de 1 kV e inferior.
• Variantes de núcleo: acero al silicio laminado para niveles de pérdida convencionales, o aleación amorfa cuando las pérdidas sin carga deben reducirse al mínimo.

Cómo funciona un transformador tipo seco: el camino de inducción paso a paso

El principio de funcionamiento es idéntico al de cualquier otro transformador construido desde la década de 1880: un campo magnético cambiante une dos devanados que comparten un núcleo, y la relación de espiras entre ellos establece la relación de voltaje. Sólo cambia el aislamiento que envuelve ese campo.

1. La corriente magnetizante genera el flujo. Con corriente alterna aplicada al devanado primario, una pequeña corriente magnetizante establece un flujo alterno en el núcleo, invirtiendo la dirección cada medio ciclo a 50 Hz o 60 Hz.
2. El núcleo transporta el flujo. El acero al silicio laminado restringe las corrientes parásitas a láminas delgadas; un núcleo de aleación amorfa realiza el mismo trabajo con una menor pérdida sin carga y un precio de compra más alto.
3. El devanado secundario ve un campo cambiante. La ley de Faraday hace el trabajo aquí: cualquier conductor unido por un flujo cambiante tiene un voltaje inducido, a la misma frecuencia que el suministro.
4. La relación de vueltas establece la salida. El voltaje primario dividido por el voltaje secundario es igual a las vueltas primarias divididas por las vueltas secundarias, por lo que un primario de 10,000 V y un secundario de 400 V necesitan una relación de vueltas de 25 a 1. La impedancia, no los giros, decide hasta qué punto cae el voltaje bajo carga.
5. La corriente de carga equilibra los amperios-vueltas. La corriente secundaria crea un contraflujo, la corriente primaria aumenta para equilibrarlo y los amperios-vueltas primarios permanecen aproximadamente iguales a los amperios-vueltas secundarios.
6. Las pérdidas se convierten en calor. Vidas perdidas sin carga en las laminaciones centrales; La pérdida de carga vive en la resistencia del devanado más las pérdidas parásitas y por remolinos. Ambos terminan dentro de un bloque de resina sellado que debe liberarlos al aire ambiente.

La misma física se amplía a través de unidades más grandes, y un recorrido por Principios de ingeniería y criterios de selección de transformadores de potencia trifásicos. Cubre cómo cambian la impedancia, la carga y la protección en clasificaciones más altas.

Cuando la pérdida sin carga es el costo decisivo durante una vida útil de veinte años, un transformador de tipo seco con núcleo de aleación amorfa construido con la misma clase de aislamiento reduce ese componente sin cambiar el principio eléctrico en absoluto.

Cómo un transformador de tipo seco se mantiene frío sin aceite

El calor sale de un transformador de tipo seco por conducción a través de un aislamiento sólido y luego por convección y radiación hacia el aire circundante, por lo que la clasificación continua se fija mediante una clase de aislamiento en lugar de un aumento de temperatura del aceite.

Dos códigos de refrigeración cubren casi todas las unidades vendidas. AN significa aire natural, donde la convección por sí sola aleja el calor de las superficies sinuosas. AF significa aire forzado, donde los ventiladores empujan el aire a través de los conductos de refrigeración y aumentan la capacidad utilizable entre un 25 y un 40 por ciento aproximadamente. La etapa AF solo cuenta si los ventiladores están monitoreados, porque un ventilador calado convierte una clasificación de enfriamiento forzado en una sobrecarga.

El seguimiento se deriva directamente de esa regla. Los sensores Pt100 montados en el devanado alimentan un controlador de temperatura con una configuración típica de Clase F de una alarma cercana a 130 y un disparo cercano a 150 grados Celsius, mientras que los ventiladores arrancan automáticamente en la etapa de aire forzado. La protección del gabinete es tan importante como la refrigeración: las unidades abiertas IP00 se adaptan a salas eléctricas dedicadas, los gabinetes con persianas IP20 e IP21 se adaptan a la instalación general en interiores, y se requiere IP23 o superior en exteriores o en plantas húmedas y polvorientas.

Tipo seco versus sumergido en aceite: las condiciones del sitio que deciden

Los lugares interiores, sensibles al fuego y con muchas inspecciones eligen el tipo seco; Los lugares al aire libre, de alta calificación y con costos elevados eligen el petróleo. Esa única frase resuelve la mayoría de los argumentos sobre la selección de transformadores incluso antes de que comiencen los cálculos eléctricos.

Para tareas de distribución en interiores, un transformador trifásico de tipo seco con un núcleo de acero al silicio sigue siendo el caballo de batalla convencional porque su perfil de pérdidas y su equilibrio de precios son mejores que los de un núcleo amorfo con carga baja, y su comportamiento térmico es bien comprendido por cualquier ingeniero de puesta en servicio.

Dónde se ubica el transformador tipo seco en un sistema de distribución

El transformador de tipo seco se encuentra entre el punto de conmutación de media tensión y el tablero de distribución de baja tensión, y su clasificación decide cómo se construye todo a su alrededor.

Delante, una unidad principal en anillo de media tensión, como el tipo HXGN o XGN15-12, toma el alimentador de entrada y proporciona la conmutación, la conexión a tierra y la protección necesarias para aislar el transformador de forma segura. Detrás, una aparamenta extraíble de bajo voltaje de la familia GCK, GCS o MNS maneja los alimentadores de salida, una caja de medición toma la medición del suministro, las cajas de derivación de cables dividen los tramos y un dispositivo de compensación reactiva mantiene el factor de potencia donde lo requiere la empresa. En una subestación compacta como la serie YB, todas esas piezas llegan preensambladas alrededor del transformador en un solo gabinete.

Jiangsu Hengyuan Transformer Co., Ltd. fabrica ambos extremos de esa cadena, y el gama de transformadores, aparamentas y subestaciones cubre los componentes combinados para salas de distribución interiores, plantas industriales y proyectos de infraestructura.

Verificaciones de especificaciones antes de pedir un transformador de tipo seco

Seis controles cambian la clasificación de la placa de identificación de un transformador de tipo seco, y cada uno de ellos debe liquidarse antes de que se emita la orden de compra y no después de que la unidad llegue al sitio.

• Ambiente y altitud. Las unidades están clasificadas para una temperatura ambiente máxima de 40 grados Celsius y una altitud de 1000 m; por encima de esa altura, la norma reduce el aumento de temperatura permitido, que normalmente cuesta aproximadamente entre el 0,5 y el 1 por ciento de la capacidad por cada 100 m adicionales.
• Carga armónica. Las cargas no lineales añaden pérdidas por corrientes parásitas en los devanados y empujan los puntos calientes hacia arriba, por lo que se requiere una clasificación de factor K o un factor de reducción explícito para salas de datos y plantas con muchos accionamientos.
• Caja y clasificación IP. IP00 para salas eléctricas dedicadas, IP21 o IP23 para instalación general en interiores y exteriores, clasificaciones más altas para ambientes húmedos y polvorientos.
• Nivel de sonido. Las unidades de tipo seco suelen funcionar entre 50 y 65 dB(A) a un metro, por lo que se especifica una construcción silenciosa cuando la habitación está ocupada o adyacente a áreas de trabajo.
• Coordinación de impedancia y cortocircuito. Los tipos de distribución seca comúnmente tienen una impedancia del 4 al 6 por ciento, y esa cifra debe compararse con las clasificaciones de los interruptores de bajo voltaje y las configuraciones de protección aguas arriba.
• Monitoreo de temperatura y ventiladores. Tres sensores Pt100 más un controlador con salidas de alarma, disparo y arranque del ventilador; una clasificación de aire forzado solo es válida cuando la falla del ventilador genera una alarma.

Preguntas frecuentes

La respuesta subyacente a cómo funciona un transformador de tipo seco nunca cambia: el flujo une dos devanados, la relación de vueltas establece el voltaje y la corriente de carga equilibra los amperios-vueltas. Lo que cambia es la vía térmica, y esa vía es lo que realmente se compra. Establezca primero las condiciones ambientales, de altitud, armónicas y de gabinete, luego la clasificación de kVA, el código de enfriamiento y la clase de aislamiento se derivan naturalmente de los números y no de la costumbre.