10 Parámetros Técnicos Clave y Métodos de Selección para Transformadores de Tipo Seco

10 Parámetros Técnicos Clave y Métodos de Selección para Transformadores de Tipo Seco

En la distribución de energía industrial, el suministro de energía de edificios y proyectos de nueva energía, los transformadores secos se utilizan ampliamente en subestaciones interiores, centros de datos, sistemas de transporte ferroviario, hospitales y grandes instalaciones industriales debido a sus altas calificaciones de seguridad contra incendios, bajos requisitos de mantenimiento y operación segura y confiable.

En comparación con transformadores sumergidos en aceite, los transformadores de tipo seco utilizan una estructura de aislamiento sólido y no requieren aceite aislante para enfriamiento o aislamiento; en consecuencia, no representan ningún riesgo de fuga de aceite, ofreciendo ventajas distintas para su uso en áreas densamente pobladas y lugares con estrictos requisitos de seguridad contra incendios.
Sin embargo, en aplicaciones de ingeniería prácticas, la selección de un transformador de tipo seco no se determina únicamente por la capacidad. Parámetros como la tensión nominal, el grupo de conexión, la tensión de impedancia, los niveles de pérdida, el aumento de temperatura, el método de enfriamiento y la clase de aislamiento influyen en el rendimiento operativo y la vida útil del equipo.
Por ejemplo, incluso entre transformadores de tipo seco de 2000 kVA, las diferencias en materiales del núcleo, estructuras de bobina y sistemas de aislamiento empleados por diversos fabricantes resultan en variaciones respecto a la pérdida en vacío, pérdida en carga, aumento de temperatura y capacidad de resistencia a cortocircuitos.
Por lo tanto, durante las fases de adquisición de equipos y diseño de ingeniería, es esencial evaluar comprensivamente los parámetros técnicos clave en función del entorno operativo real y las características de carga.

I. Número de Fases y Frecuencia Nominal

1. Selección del Número de Fases
Los transformadores de tipo seco se clasifican principalmente en dos tipos según el número de fases: monofásicos y trifásicos.

En la actualidad, los transformadores de tipo seco trifásicos son la solución más utilizada en proyectos industriales y sistemas de distribución de edificios.

Por ejemplo, cuando un sistema de distribución de 10kV se reduce a 0.4kV, los transformadores comúnmente utilizados incluyen:

2. Frecuencia nominal

Frecuencia Nominal

La frecuencia nominal se refiere a la frecuencia del sistema eléctrico correspondiente a las condiciones de operación diseñadas del transformador.

Las frecuencias de los sistemas eléctricos varían entre diferentes países y regiones:

Nota: Algunos países de Oriente Medio operan con sistemas eléctricos de 60Hz. Por lo tanto, los transformadores para proyectos de exportación deben ser diseñados de acuerdo con los estándares de la red local.

Si la frecuencia del transformador no coincide con la frecuencia del sistema eléctrico, afectará la densidad del flujo magnético, las pérdidas y el aumento de temperatura.

Los principales impactos son los siguientes:

Por lo tanto, al adquirir transformadores secos para proyectos en el extranjero, deben confirmarse los siguientes parámetros:

• Frecuencia del sistema
• Nivel de voltaje
• Temperatura ambiente
• Altitud de instalación
• Grado de protección (clasificación IP)

II. Voltaje Nominal y Relación de Voltaje

1.Tensión Nominal

El voltaje nominal se refiere al voltaje de funcionamiento diseñado de los devanados primario y secundario del transformador.

Combinaciones de voltaje comunes para transformadores secos:

Ejemplo: Transformador seco SCB13-2000/10

Este transformador está diseñado para sistemas de distribución industrial de 10kV. Después de reducir el voltaje, suministra energía a equipos eléctricos de baja tensión.

2.Relación de voltaje

La relación de voltaje del transformador representa la relación entre el voltaje del lado primario y el voltaje del lado secundario.

Fórmula de cálculo:

U₁/U₂ = N₁/N₂

Dónde:

• U₁: Tensión del lado primario
• U₂: Tensión del lado secundario
• N₁: Número de vueltas en el devanado primario
• N₂: Número de vueltas en el devanado secundario

Aplicaciones comunes de reducción de tensión:

El nivel de tensión del transformador debe coincidir correctamente con el sistema de energía.

Si el equipo opera continuamente a una tensión superior a su valor diseñado, puede causar:

• Aumento de la densidad de flujo magnético en el núcleo
• Mayores pérdidas en vacío
• Aumento de la temperatura
• Envejecimiento acelerado del aislamiento

Por lo tanto, es esencial un ajuste adecuado del voltaje para garantizar la eficiencia, la fiabilidad y la vida útil del transformador.

III. Capacidad Nominal

La capacidad nominal es uno de los parámetros de selección más importantes para los transformadores de tipo seco, con la unidad expresada en kVA.

Representa la potencia aparente máxima que un transformador puede entregar continuamente bajo condiciones de operación especificadas.

Fórmula de cálculo:

S = √3 × U × I

Dónde:

• S: Capacidad nominal
• U: Voltaje nominal
• I: Corriente nominal

Calificaciones Comunes de Capacidad

Principios de Selección de Capacidad

En proyectos de ingeniería reales, la capacidad del transformador no debe seleccionarse solo en función de la carga actual. También se deben considerar los siguientes factores:

• Carga máxima presente
• Crecimiento de la carga futura
• Corriente de arranque del motor
• Economía operativa general

Generalmente, se recomienda que la tasa de carga operativa a largo plazo del transformador se mantenga aproximadamente en 70%–85%.

Operación a baja carga:

• Mayor inversión inicial
• Mayor proporción de pérdidas en vacío

Operación a alta carga:

• Aumento de la temperatura
• Envejecimiento acelerado del aislamiento
• Vida útil reducida

Caso de Aplicación de Ingeniería

Un proyecto de fabricación adoptó un sistema de suministro de transformador seco de 10kV.

Configuración de Equipos

Principales Aplicaciones

• Suministro de energía para equipos de producción
• Suministro de energía del sistema de proceso
• Sistemas de climatización y ventilación
• Instalaciones de energía auxiliar

El equipo adopta Materiales de aislamiento de Clase H y está diseñado de acuerdo con límites de aumento de temperatura de Clase F, mejorando la fiabilidad operativa a largo plazo y extendiendo la vida útil.

IV. Designación del Grupo de Conexión de Bobinado

La designación del grupo vectorial se utiliza para indicar el método de conexión de los devanados de alta y baja tensión de un transformador de tipo seco, así como la relación de desplazamiento de fase entre los dos lados.

En aplicaciones de ingeniería, el grupo vectorial no solo afecta el modo de operación del sistema de suministro de energía, sino que también influye directamente en la operación en paralelo de transformadores, el control de armónicos y la coordinación con dispositivos de protección..

1. Composición de la Designación del Grupo Vectorial

El grupo vectorial del transformador generalmente se representa por una combinación de letras y números.

Ejemplo: Dyn11

2. Tipos de Conexión Comunes

3. ¿Por qué se utiliza ampliamente Dyn11?

En corriente Sistemas de distribución de 10kV/0.4kV, Dyn11 es el grupo vectorial de transformador más utilizado.

Las principales razones incluyen:

(1) Mejora en la Supresión del Tercer Armónico

El lado de alta tensión adopta una conexión delta, que proporciona un camino cerrado para las corrientes del tercer armónico, reduciendo la distorsión de la forma de onda de voltaje y mejorando la calidad de la energía.

(2) Mejor Adaptabilidad a Cargas Desequilibradas

Las plantas industriales y los edificios comerciales contienen una gran cantidad de cargas monofásicas, tales como:

• Sistemas de iluminación
• Equipo de oficina
• Sistemas de control

La configuración Dyn11 proporciona mejor tolerancia al desequilibrio de carga trifásica y mejora la estabilidad del sistema.

(3) Mejora en la Protección a Tierra del Lado de Baja Tensión

El punto neutro del lado de baja tensión se lleva hacia fuera, permitiendo la formación de un sistema de puesta a tierra confiable y mejorando la fiabilidad operativa de los dispositivos de protección.

V. Voltaje de Impedancia y Pérdida de Carga

1. Voltaje de Impedancia

La tensión de impedancia (Uk%) es uno de los parámetros de rendimiento más importantes de un transformador.

Representa el porcentaje de la tensión primaria nominal que debe aplicarse al lado primario del transformador cuando el lado secundario está en cortocircuito, para producir la corriente nominal.

Fórmula de cálculo:$$Uk\%= \frac{U_z}{U_1}\times100\%$$Uk%=U1​Uz​​×100%

Dónde:

• Uz: Tensión de prueba de cortocircuito
• U1: Tensión primaria nominal

2. Impacto del Voltaje de Impedancia en la Operación

La tensión de impedancia afecta directamente a:

• Corriente de cortocircuito
• Regulación de voltaje
• Estabilidad del sistema

Voltaje de Impedancia Típico de Transformadores de Tipo Seco

Ejemplo: Transformador seco SCB13-2000/10

3. Pérdida de carga

La pérdida de carga se debe principalmente a la resistencia de los devanados del transformador, y también se conoce como pérdida de cobre.

Fórmula de cálculo:$$P_{cu}=I^2R$$Pcu​=I2R

Cuando la carga del transformador aumenta, la corriente del devanado aumenta, provocando que la pérdida de cobre se eleve rápidamente.

Por ejemplo, para lo mismo Transformador seco de 2000kVA:

• En Operación de carga de 50%:
  • Menor pérdida de cobre
  • Menor aumento de temperatura
• En Operación de carga de 100%:
  • Pérdida de cobre significativamente aumentada
  • Mayor temperatura de devanado

Por lo tanto, durante la operación a largo plazo, la tasa de carga del transformador debe controlarse adecuadamente para mantener la eficiencia y extender la vida útil.

3. Pérdida de carga

La pérdida de carga se debe principalmente a la resistencia de los devanados del transformador, y también se conoce como pérdida de cobre.

Fórmula de cálculo:$$P_{cu}=I^2R$$Pcu​=I2R

Dónde:

• Pcu: Pérdida de carga (pérdida de cobre)
• I: Corriente de devanado
• R: Resistencia de devanado

A medida que aumenta la carga del transformador, la corriente de devanado aumenta, lo que provoca un rápido aumento de la pérdida de cobre.

Por ejemplo, para lo mismo Transformador seco de 2000kVA:

• Operando a carga de 50%:
  La pérdida de cobre es relativamente baja; el aumento de temperatura es limitado.
• Operando a carga de 100%:
  La pérdida de cobre aumenta significativamente; la temperatura de devanado aumenta en consecuencia.

Por lo tanto, durante la operación a largo plazo, la tasa de carga del transformador debe controlarse adecuadamente para garantizar un rendimiento confiable, reducir las pérdidas de energía y extender la vida útil del sistema de aislamiento.

VI. Aumento de temperatura y métodos de refrigeración

1. Importancia del aumento de temperatura

A diferencia de los transformadores sumergidos en aceite, los transformadores de tipo seco no tienen un sistema de enfriamiento por circulación de aceite. Por lo tanto, el control de la temperatura del devanado se basa principalmente en:

• Circulación de aire ambiente
• Diseño de la estructura del devanado
• Enfriamiento forzado por ventiladores

Las principales fuentes de calor generadas durante el funcionamiento del transformador incluyen:

2. Clase de aislamiento

Clases comunes de aislamiento utilizadas en transformadores de tipo seco:

Actualmente, los transformadores secos de resina epoxi utilizados en proyectos industriales suelen adoptar:

Materiales de aislamiento de clase H + diseño de aumento de temperatura de clase F

Este enfoque de diseño ayuda a reducir la temperatura de operación real, mejorar el rendimiento térmico y extender la vida útil del transformador.

3. Métodos de refrigeración

Los métodos de refrigeración de los transformadores secos se dividen principalmente en:

Ejemplo: Transformador seco SCB13-2000/10

• Operación normal: Refrigeración natural por aire AN
• Operación a alta carga: Refrigeración por ventilador AF activada para mejorar la capacidad de disipación de calor

VII. Sistema de aislamiento de transformadores secos

La estabilidad operativa y la confiabilidad de los transformadores secos dependen en gran medida del sistema de materiales de aislamiento.

El método de aislamiento más utilizado es:

Aislamiento de Resina Epóxica Fundida

Sus principales características incluyen:

• Excelente resistencia a la humedad
• Alta resistencia mecánica
• Bajo nivel de descarga parcial
• Buena adaptabilidad a entornos industriales

Materiales de aislamiento principales

Requisitos de aplicación para entornos de alta temperatura en el Medio Oriente

Requisitos de aplicación para transformadores secos en entornos de alta temperatura

En regiones como Arabia Saudita y los Emiratos Árabes Unidos, los transformadores de tipo seco generalmente deben cumplir con los siguientes requisitos:

En entornos de alta temperatura, la insuficiente capacidad de disipación de calor puede llevar a:

• Aumento de la temperatura de enrollamiento
• Envejecimiento acelerado del aislamiento
• Vida útil reducida

Por lo tanto, los transformadores de tipo seco utilizados en proyectos industriales de Oriente Medio suelen diseñarse con márgenes de aumento de temperatura incrementados.

VIII. Caso típico de aplicación de ingeniería de transformadores secos

1. Proyecto de taller de energía de la ciudad industrial de Jubail, Arabia Saudita

Ciudad Industrial de Jubail, ubicada en la Provincia Oriental de Arabia Saudita, es una de las bases de fabricación petroquímica e industrial más importantes de Oriente Medio.

La región está expuesta continuamente a condiciones ambientales severas, que incluyen:

• Alta temperatura
• Alta humedad
• Corrosión por bruma salina
• Polvo y arena

Estas condiciones imponen altos requisitos sobre la adaptabilidad ambiental y la fiabilidad de los equipos eléctricos.

El taller de energía del proyecto adoptó transformadores de tipo seco como el principal equipo de distribución de energía, proporcionando un suministro de energía estable para:

• Equipo de producción
• Sistemas de energía auxiliar
• Sistemas de distribución de baja tensión de la planta

Configuración del proyecto

Parámetros principales del equipo

Transformador tipo seco de 2500kVA

Transformador tipo seco de 2000kVA

Transformador tipo seco de 1000kVA

Características del diseño del proyecto

Considerando el entorno operativo en Jubail, las principales consideraciones de diseño incluyen:

1. Adaptabilidad a alta temperatura

El equipo está diseñado para una Temperatura ambiente de 50℃, mejorando la capacidad de disipación de calor del bobinado.

Las principales medidas incluyen:

• Aumento del margen de diseño térmico
• Optimización de la estructura del bobinado
• Instalación de sistemas de refrigeración por aire forzado

2. Protección contra corrosión por niebla salina

Las áreas costeras contienen altas concentraciones de iones de cloruro en el aire, lo que puede acelerar la corrosión de los componentes metálicos.

El equipo adopta:

• Recubrimientos anticorrosivos
• Elementos de sujeción de acero inoxidable
• Tratamiento de superficie mejorado

3. Diseño de protección contra el polvo

Las áreas industriales a menudo contienen grandes cantidades de polvo, lo que puede afectar el rendimiento del aislamiento si entra en el equipo.

Las medidas de protección incluyen:

• Clasificación de protección IP23/IP54
• Estructura de recinto sellado
• Diseño optimizado de ventilación y filtración

IX. Resumen de los parámetros clave de selección para transformadores secos

En proyectos prácticos, los principales parámetros considerados para la selección de transformadores de tipo seco incluyen:

X. Requisitos de operación y mantenimiento para transformadores secos

Aunque los transformadores tipo seco requieren menos mantenimiento en comparación con los transformadores sumergidos en aceite, las inspecciones regulares siguen siendo necesarias durante la operación a largo plazo.

Elementos de Inspección Principales

Problemas operativos comunes

1. Aumento excesivo de temperatura

Posibles causas:

• Operación de sobrecarga a largo plazo
• Ventilación insuficiente
• Fallo del ventilador de refrigeración
• Temperatura ambiente excesivamente alta

Medidas correctivas:

• Reducir la carga
• Verificar el sistema de refrigeración
• Limpiar los canales de ventilación

2. Aumento de descarga parcial

Posibles causas:

• Contaminación del devanado
• Absorción de humedad en el aislamiento
• Grietas en el aislamiento de resina epóxica

Medidas correctivas:

• Realizar pruebas regulares de descarga parcial
• Inspeccionar el estado del aislamiento
• Mantener el transformador limpio y seco

Acerca de ZISHENG ELECTRICAL

Zisheng somos un fabricante profesional con más de 19 años de experiencia en la producción de Transformadores Sumergidos en Aceite, Subestación Compacta, Transformadores Montados en Base, Transformadores Montados en Poste y Transformadores de Tipo Seco. Poseemos los certificados de ISO/CE/IEC 60076 y TUV Rheinland.
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