Tamaños de transformadores de tipo seco

Cuando se priorizan la seguridad, la prevención de incendios y la protección del medio ambiente, los transformadores de tipo seco son una opción insustituible. Seleccionar correctamente el tamaño del transformador es crucial para la práctica de la ingeniería, los beneficios económicos y la seguridad. Este artículo analiza la importancia y el impacto del tamaño del transformador y cómo adaptarlo a sus necesidades industriales. Esperamos que este artículo le ayude a elegir el tamaño adecuado de transformadores de tipo seco.

¿Qué son los transformadores de tipo seco?

Un transformador de tipo seco es un tipo de transformador de potencia que no utiliza líquidos como aceite mineral o aceite de silicona como aislantes ni refrigerantes. El núcleo y los devanados en su interior están expuestos directamente al aire o encapsulados en materiales aislantes sólidos. Los transformadores de tipo seco se basan principalmente en la convección del aire, la refrigeración por aire forzado o la conducción térmica de materiales sólidos para la disipación del calor.

Su diseño, libre de líquidos inflamables, le confiere una seguridad y resistencia al fuego excepcionales. El equipo ofrece un buen rendimiento eléctrico y un fácil mantenimiento. Además, se instala con frecuencia en edificios comerciales, viviendas, fábricas y otros ámbitos.

Importancia de los tamaños de los transformadores de tipo seco

El tamaño de un transformador de tipo seco suele ser el resultado materializado de un juego de múltiples factores que involucran materiales, capacidad, voltaje, aislamiento y limitaciones de aumento de temperatura.

Si se requiere una mayor capacidad nominal en kVA, esto implica que el equipo necesita más núcleos de cobre y hierro, lo que aumenta directamente el volumen de los componentes del núcleo. Además, el tamaño del transformador de tipo seco está directamente relacionado con el diseño de los canales de disipación de calor, como el espaciado del bobinado y la relación de apertura de la carcasa. Tanto la distancia de seguridad del aislamiento como la resistencia mecánica de los transformadores de tipo seco requieren un volumen estructural determinado para garantizarse.

Además de los factores mencionados, el tamaño de los transformadores secos también afecta los valores de impedancia de cortocircuito, la disipación de calor, la capacidad de sobrecarga, las pérdidas y la eficiencia energética. La distancia de seguridad contra incendios, la facilidad de mantenimiento y la vida útil del equipo, así como el costo de instalación, también se ven afectados por el tamaño del transformador.

Por lo tanto, el tamaño del transformador de tipo seco es importante, ya que es un parámetro que depende de los requisitos eléctricos, las limitaciones físicas, las prácticas de ingeniería y los beneficios económicos. Elegir el tamaño adecuado significa que su proyecto ha logrado el mejor equilibrio entre tecnología, seguridad y economía.

Tamaños estándar de transformadores de tipo seco

Especificaciones de las normas de la industria

Los tamaños estándar de los transformadores de tipo seco suelen estar sujetos a los límites de diseño y a los requisitos de rendimiento estipulados por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (Normativa nacional) y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Estos requisitos no estipulan directamente el tamaño común de los transformadores de tipo seco, sino que, indirectamente, establecen los tamaños mínimos posibles de los transformadores mediante ciertos requisitos de rendimiento.

La norma especifica los estándares de aislamiento eléctrico y distancia de seguridad de los transformadores, los límites de aumento de temperatura y disipación de calor, los grados de protección de seguridad y los tipos de envolventes.

Entre ellas, el aislamiento eléctrico y la distancia de seguridad son los factores que más influyen en el tamaño. La norma especifica en detalle la distancia de aislamiento eléctrico y la distancia de fuga según el nivel de tensión del transformador (0,4 kV, 10 kV, 35 kV).

También especifica en detalle el límite máximo de aumento de temperatura admisible para los devanados bajo diferentes clases de aislamiento, como la clase F y la clase H. Para garantizar que el aumento de temperatura no supere el estándar, el transformador debe contar con una superficie de disipación de calor suficiente. Además, la resistencia al fuego y el grado de protección IP del transformador pueden influir ligeramente en el grosor y el volumen de la carcasa.

El cumplimiento de estas normas garantiza un cierto nivel de calidad, seguridad y fiabilidad del transformador, permitiéndole funcionar con normalidad en el sistema eléctrico, tal como se espera.

Potencia nominal en kVA del transformador

Dentro del rango de variables especificadas por la norma, la potencia en kVA es la variable más significativa que afecta a los cambios continuos y sistemáticos de tamaño, y su impacto en el tamaño y la función del transformador también es fundamental.

Si se desea transmitir mayor potencia, el transformador requiere una sección transversal del núcleo más grande. La altura y el ancho de la ventana del núcleo determinan directamente el tamaño del bastidor del transformador. A medida que aumenta la potencia aparente (kVA), también aumentarán el diámetro y la altura totales del devanado del transformador.

A medida que aumenta la potencia aparente (kVA), sus necesidades de refrigeración también se incrementarán drásticamente. Deberá optimizar aún más la estructura de disipación de calor del transformador de tipo seco, por ejemplo, aumentando el número y el ancho de los conductos de aire, lo que a su vez aumentará el volumen del transformador.

Por lo general, los tamaños comunes para transformador monofásico Las aplicaciones abarcan desde 1,5 kVA hasta 333 kVA. Los transformadores trifásicos de tipo seco suelen tener tamaños que van desde 15 kVA hasta 2000 kVA. Los transformadores de tipo seco fabricados según las clasificaciones de kVA estandarizadas pueden satisfacer sus diversas necesidades de consumo de energía.

En general, el nivel de kVA viene determinado principalmente por la carga de conexión y las necesidades de expansión. Se recomienda elegir un transformador de un grado superior a la carga total, lo que facilita futuras ampliaciones y ayuda a prevenir sobrecargas.

Factores que influyen en el tamaño de los transformadores de tipo seco

El tamaño de un transformador de tipo seco es el resultado final del equilibrio y las limitaciones físicas de diversos factores internos. A continuación, se explica detalladamente cómo el método de refrigeración, los materiales y tecnologías de aislamiento, y la estructura del bobinado influyen en el tamaño de dicho transformador.

Método de enfriamiento

El método de refrigeración determina la eficiencia de la disipación de calor del transformador, que es el factor más directo que afecta al tamaño del transformador de tipo seco, especialmente a su altura y al diseño de sus conductos de aire. Los métodos de refrigeración suelen ser de dos tipos: refrigeración por aire natural (AN) y refrigeración por aire forzado (AF).

Si se opta por un transformador refrigerado por aire natural, este debe diseñarse con canales de disipación de calor suficientes y fluidos. Esto implica que el transformador requiere una mayor altura y separación entre bobinados. Por lo tanto, con la misma capacidad, los transformadores refrigerados por aire natural suelen ser los de mayor volumen y altura.

Si utiliza un transformador Con refrigeración por aire forzado, este tipo de transformador permite reducir el tamaño y la cantidad de conductos de disipación de calor, logrando un diseño compacto. Su eficiencia de disipación de calor y tolerancia a sobrecargas pueden mejorarse entre 30% y 50%. En comparación con los transformadores AF, con la misma capacidad nominal, el volumen de los transformadores AF suele ser entre 15% y 30% menor.

Aunque su tamaño se ha reducido, debido a su método de refrigeración, requiere la integración de ventiladores y sistemas de control de temperatura. Además, es necesario tener en cuenta el espacio para la instalación y el mantenimiento del ventilador, así como la alimentación eléctrica adicional y el ruido. Esto también incrementa la complejidad del transformador.

Tecnologías de aislamiento

El sistema de aislamiento determina la seguridad eléctrica, la tolerancia ambiental y la eficiencia de conducción de calor del transformador. Según el proceso de fabricación del aislamiento, se puede clasificar en transformadores de resina fundida (CRT) y transformadores impregnados a presión al vacío (VPI).

Los transformadores de resina fundida utilizan una mezcla de resina para verter los devanados en un molde al vacío y luego dejarla curar. Esto da como resultado un aislante sólido. Estos transformadores poseen una alta rigidez estructural y una resistencia mecánica extremadamente alta, lo que reduce la necesidad de componentes de soporte internos y mejora el aprovechamiento del espacio interno.

Sin embargo, la resina no favorece la disipación del calor, por lo que el espesor del vertido debe ser uniforme y es necesario reservar conductos de aire en el molde de vertido para formar, en última instancia, un canal integrado de disipación de calor.

La clave para optimizar el tamaño de los transformadores de resina reside en equilibrar el espesor del aislamiento, la resistencia mecánica y los requisitos de disipación de calor. Si el transformador utiliza un proceso de aislamiento más delgado y avanzado, se puede lograr un tamaño más compacto.

El transformador VPI se fabrica principalmente sometiendo los devanados a múltiples procesos de secado al vacío, impregnación con pintura aislante y curado. Este tipo de transformador presenta un buen rendimiento de disipación de calor.

Sin embargo, su resistencia mecánica relativamente baja requiere más almohadillas aislantes y fijaciones, lo que ocupa cierto espacio interno. Además, su aspecto no es pulcro y su tamaño total es ligeramente mayor que el de un transformador fundido de la misma capacidad.

Clase de aislamiento

La clase de aislamiento también puede considerarse como la clase de resistencia al calor, que indica la temperatura de funcionamiento a largo plazo que el material aislante puede soportar. Por ejemplo, la clase H puede alcanzar los 180 °C, la clase F los 155 °C y la clase B permite hasta 130 °C.

Si se elige una clase de aislamiento superior, también implica permitir un mayor aumento de temperatura. Al diseñar un transformador de clase H, este se diseña para tolerar temperaturas de funcionamiento más elevadas, lo que le permite manejar una corriente mayor, o bien, puede reducir el área de disipación de calor manteniendo la misma capacidad.

Por lo tanto, adoptar un alto grado de aislamiento es una de las tecnologías clave para lograr transformadores pequeños y compactos. Esto permite que los transformadores operen a temperaturas más elevadas y posibilita el uso de menos material o una estructura más compacta para satisfacer sus requisitos de capacidad.

Construcción sinuosa

La construcción del bobinado determina directamente la tasa de utilización del espacio y el rendimiento electromagnético, y es fundamental para la conversión de energía. La estructura del bobinado se compone principalmente del tipo de bobinado y el método de disposición del bobinado.

El bobinado de lámina permite un mayor aprovechamiento del espacio, lo que resulta beneficioso para lograr una mayor área de disipación de calor con menor resistencia térmica. El bobinado de alambre se realiza principalmente con alambres aislados y es adecuado para diversos voltajes y capacidades, ofreciendo una gran flexibilidad de uso. Sin embargo, los espacios entre los alambres reducen el aprovechamiento del espacio. En comparación con otros métodos, el tamaño del transformador con bobinado de alambre para la misma corriente es mayor.

En cuanto a las distintas configuraciones de bobinado, se pueden clasificar a grandes rasgos en bobinado concéntrico y bobinado intercalado. El primero tiene una estructura más simple y el bobinado de alta tensión presenta una trayectoria de disipación de calor más larga. El segundo reduce eficazmente la impedancia de cortocircuito y el flujo de fuga, pero su estructura es más compleja y el tratamiento del aislamiento resulta más laborioso. No conviene optar por el segundo simplemente por su menor tamaño, teniendo en cuenta el rendimiento eléctrico.

Además de los factores anteriores, el material del núcleo, la tensión nominal y el nivel de aislamiento, así como la carcasa protectora, también afectan al tamaño del transformador de tipo seco. Como se mencionó anteriormente, los niveles de tensión más altos son el factor fundamental que provoca el aumento de tamaño. Además, si también desea lograr una mayor Propiedad intelectual Un nivel de protección más alto implica que una carcasa con una clasificación superior aumentará significativamente el volumen y el peso.

Cómo medir el tamaño de los transformadores de tipo seco

Medir las dimensiones de los transformadores de tipo seco es fundamental para que coincidan con precisión con sus requisitos eléctricos, evaluando el espacio físico disponible y la viabilidad de la instalación.

Requisitos de kVA y otros parámetros eléctricos

Determinar los requisitos de kVA y los parámetros eléctricos es el paso más crucial.

El cálculo de la demanda de kVA requiere considerar la diversidad y el desarrollo, y, en última instancia, determinar una capacidad de suministro eléctrico segura, económica y continua. Es necesario calcular todos los equipos de carga y determinar la tensión y la corriente a las que operan. Todas las cargas se calculan uniformemente utilizando kVA. La fórmula básica es kVA = kW / FP (Factor de Potencia).

Debe tener claro que no todos los equipos funcionarán a plena capacidad simultáneamente. El factor de demanda indica la intensidad de uso real de algunos equipos, y el coeficiente también refleja que los periodos de máxima demanda de los distintos tipos de cargas no se superponen por completo. Estos dos factores pueden ayudarle a calcular con mayor precisión la potencia de carga real.

Además de la potencia de carga total para aplicaciones prácticas, también es necesario añadir un margen común, que suele oscilar entre 151 μF y 251 μF. Esto permite disponer de espacio para futuras ampliaciones y evita la necesidad de sustituir con frecuencia los transformadores debido al aumento de la carga.

Por lo tanto, según los niveles de capacidad nominal estandarizados del transformador, debe elegir la capacidad estándar mínima que sea superior a la demanda final. Si el valor calculado es muy cercano a una determinada capacidad estándar, debe considerar detenidamente el tipo de carga o elegir una capacidad estándar superior por motivos de seguridad.

Dimensiones físicas

Tras aclarar sus necesidades eléctricas reales, debe tener en cuenta las dimensiones físicas reales del transformador, incluyendo su longitud, anchura y altura.

También es necesario considerar las dimensiones de las interfaces externas y las partes sobresalientes del transformador. Además, se debe medir el peso del transformador de tipo seco, que incluye el peso total y el centro de gravedad. Esto está relacionado con los equipos y métodos de transporte del transformador.

Además, antes de la instalación, es fundamental planificar con precisión los canales de refrigeración y mantenimiento del transformador, el nivel de protección y la seguridad de la instalación mural. Asimismo, es necesario investigar las rutas de transporte e instalación antes de solicitar e instalar el transformador.

Consideraciones de tamaño para la selección e instalación

Tipo de aplicación

El primer paso para elegir un transformador de tipo seco es determinar el tipo de aplicación para el que será diseñado. El tipo de aplicación sirve como punto de partida para considerar el tamaño y determina la prioridad del diseño del transformador.

Si utiliza transformadores de tipo seco en entornos industriales o de fabricación, debe tener en cuenta la clase de protección IP del transformador, su resistencia a golpes y vibraciones, y disponer de suficiente espacio para realizar inspecciones y limpiezas periódicas. Si el entorno es muy polvoriento o húmedo, debe elegir un transformador con IP23 o superior. El uso de una carcasa protectora también aumentará el tamaño del transformador de tipo seco.

En aplicaciones para edificios comerciales, se deben considerar los requisitos de seguridad, prevención de incendios, bajo nivel de ruido y estética. En salas de TI, se deben elegir transformadores de tipo seco con densidad de potencia ultra alta, diseño compacto y alta fiabilidad.

Especificaciones del transformador

Verifique las especificaciones del transformador, incluyendo el nivel de voltaje, el valor nominal en kVA y el margen de capacidad, entre otros. El nivel de voltaje afecta directamente el tamaño de los devanados, el espesor del aislamiento y otros parámetros. Sin embargo, el gran tamaño resultante del nivel de voltaje no se puede solucionar mediante la optimización del diseño.

La capacidad en kVA es el factor principal para determinar el tamaño. Al comprar, es necesario considerar detenidamente la relación entre la futura expansión y el espacio actualmente ocupado. Después de todo, un mayor margen también implica un mayor tamaño y un mayor costo.

Además, también debe tener en cuenta si se requieren condiciones especiales de carga armónica personalizadas.

Entorno de instalación

Además de la humedad, el polvo, la temperatura y otros factores mencionados anteriormente para ubicaciones específicas, es igualmente importante investigar el entorno de instalación en el lugar. Este es también el aspecto que con mayor frecuencia se pasa por alto.

Es necesario verificar que la ruta de transporte permita el paso sin problemas del transformador. ¿Cumple el espacio de instalación final con las normas locales? ¿Se cumplen las condiciones de ventilación? En el caso de transformadores grandes, ¿cumple la capacidad portante del lugar de instalación con los requisitos? Cada detalle del transporte y la instalación debe considerarse cuidadosamente durante el proceso de selección.

Preguntas frecuentes

¿Cómo afecta la tensión nominal a las dimensiones?

En pocas palabras, cuanto mayor sea el nivel de voltaje, mayor será el tamaño del transformador. A medida que aumenta el voltaje, los requisitos de aislamiento también aumentan considerablemente. Por lo tanto, los devanados deben ser más gruesos y grandes. Las estructuras y materiales de aislamiento más avanzados también ocuparán más espacio. Asimismo, es necesario considerar de forma integral el diseño de la disipación de calor.

¿El diseño de bajo aumento de temperatura requiere una mayor superficie de disipación de calor o más materiales?

Sí. El objetivo principal del diseño de bajo aumento de temperatura es mantener la temperatura de funcionamiento del transformador en un nivel relativamente bajo. Esto se logra principalmente aumentando la superficie de disipación de calor y utilizando materiales de mayor calidad. Un bajo aumento de temperatura implica menores pérdidas y mayor fiabilidad. Es la opción preferida para la fabricación de alta gama y los centros de datos.

¿Cómo influye el diseño del aislamiento en el volumen?

El diseño de aislamiento térmico aumentará el volumen del transformador. El efecto de aislamiento térmico logrado mediante el engrosamiento de la carcasa y la adición de materiales aislantes ocupará más espacio, lo que resultará en un aumento de las dimensiones externas del transformador y, por lo tanto, en un aumento de su volumen.

¿Qué incluye la especificación de un transformador de tipo seco?

Las especificaciones de los transformadores de tipo seco incluyen parámetros eléctricos (capacidad nominal, combinación de voltaje, voltaje de impedancia), características estructurales (método de refrigeración, clase de aislamiento, grado de protección IP), indicadores de rendimiento (pérdida de carga, límites de aumento de temperatura) y parámetros físicos y ambientales (método de instalación, dimensiones, peso).

Reflexión final

KDM es un fabricante profesional de gabinetes eléctricos a medida. Podemos producir transformadores de tipo seco para satisfacer sus diferentes necesidades eléctricas. Controlamos estrictamente las materias primas para brindarle productos personalizados de alta calidad. Responderemos a sus requisitos de personalización en un plazo de 1 a 3 días y le proporcionaremos una solución personalizada integral. Si tiene alguna necesidad de personalización relacionada con gabinetes eléctricos, no dude en contactarnos. Contáctenos.