Este artículo presenta varios conceptos de diseño útil para la selección y dimensionamiento de los transformadores en edificaciones.
A pesar de que los edificios no son iguales, sus cargas eléctricas si son muy similares. Por ello se debe calcular adecuadamente la dimensión del transformador y con ello asegurar que este sea el adecuado.
Los transformadores pueden ser tipo exterior o interior, en una subestacion u otras áreas según lo permitido por la normatividad local.
Estos son los factores que se deben considerar cuando se especifica transformadores
Tipo de transformadores
Hay diferentes tipos de transformadores utilizados en edificios. La comprensión de sus características generales permitirá al diseñador hacer la selección correcta.
Los siguientes son algunos de los tipos de transformadores disponibles en la industria, junto con algunas de sus características
Transformador seco abierto
Este tipo de transformador es ventilado por aire, requiere un espacio mas grande para su instalación que el transformador encapsulado al vacío o en otro gas, y también requiere diferentes materiales aislantes para aumentar la rigidez dieléctrica del aire. Este tipo de transformador es el más común en la construcciones tipo interior.
Transformador seco encapsulado al vacío o en otro gas aislante
Este transformador es similar al tipo seco abierto. La diferencia es que sus devanados están inmersos en un tanque cerrado con nitrógeno, vacio u otro gas dieléctrico para proteger los devanados. Pueden ser instalados al aire libre o en interiores. Son útiles en áreas con una atmósfera corrosiva o sucia.
Transformadores encapsulados en resina
Se construyen con los arrollamientos primario y secundario encapsulados en resina. Se pueden instalar donde existen humedad o agentes contaminantes en el aire.
Transformadores de tipo seco noventilados
Son similares al tipo seco abierto, pero están totalmente cerrados. Estos transformadores se recomiendan en las áreas que donde pueda estar presentes el polvo, la suciedad o pelusas o donde los transformadores están sujetos a los aerosoles o las condiciones de lavado controladas.
Transformadores en aceite
Se construyen con los arrollamientos encerrados en un tanque de aceite mineral aislante. Es una buena práctica realizar pruebas regularmente a este tipo de transformador con el fin de determinar la ruptura dieléctrica, lo que afecta a su vida útil.
Especificar la potencia (kVA) del transformador
Después de calcular cuanta potencia se requiere en la instalación, deberás especificar el tamaño comercial del transformador que según la IEEE C57.12.00-2010 «EEE Standard for General Requirements for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers», son las siguientes (Tabla 1):
Tabla 1 – potencia comercial en kVA para transformadores
| Monofásico[kVA] | Trifásico[kVA] |
| 3 | 9 |
| 5 | 15 |
| 10 | 30 |
| 15 | 45 |
| 25 | 75 |
| 37.5 | 112.5 |
| 50 | 150 |
| 75 | 225 |
| 100 | 300 |
| 167 | 500 |
| 250 | 750 |
| 333 | 1000 |
| 500 | 1500 |
| 833 | 2000 |
| 1250 | 2500 |
| 1667 | 3750 |
| 2500 | 5000 |
| 3333 | 7500 |
| 5000 | 10000 |
Especificar tensión nominal y método de conexión (Triangulo o estrella).
Todos los valores de kVA referidos en la Tabla 1 pueden fabricarse a diferentes niveles de tensión, sin embargo comúnmente los tamaños más pequeños se aplican a voltajes más bajos y los tamaños más grandes a voltajes más altos.
Se debe tener en cuenta que las tensiones nominales deben ser seleccionadas de acuerdo con el equipo comercial disponible que indican los catálogos de fabricantes. Esto es recomendado por que desde el punto de vista de costo y tiempos de entrega y sustitución, es mas fácil hacerlo con un transformador comercial de fabricación en serie..
En la mayoría de los proyectos comerciales y oficinas, la tensión secundaria mas utilizada es 208Y / 120 V debido a que la mayor parte de la carga es iluminación y pequeños electrodomésticos como computadoras. Una tensión secundaria de 480Y / 277 V o circuitos 220Y / 127 V , puede ser necesaria cuando las cargas son motores eléctricos o tienen grandes necesidades de iluminación.
En general, un transformador trifasico se deberá seleccionar en el secundario a 480Y / 277 V para cargas grandes y a 208Y / 120 V para cargas pequeñas. Esto se ha convertido en un estándar y es compatible con los motores trifásicos, que ahora comunmente están clasificados a 460 V por estándar.
En circunstancias normales, una calificación de 460 V para el secundario del transformador no debe seleccionarse si la carga es predominantemente motores más viejos de 440 V .
El voltaje de Fase a neutro 277 V pueden servir para iluminación fluorescente y de alta intensidad de descarga (HID).
Los transformadores tienen diferentes niveles de tensión para alimentar cargas eléctricas de acuerdo a las tensiones propias y las que requieran los equipos.
Las tensiones primarias y secundarias mas comunes de transformadores son:
Primarias (Media tension): 2.400V; 4.160V; 7.200V; 12,470V; y 13.200V para tranformadores Clase 15 kV
Secundarias (Baja tension): 120V, 208V, , 220V, 240V, 277V, 600V y 480V para tranformadores Clase 1 kV.
Cambiadores de tensión (taps).
Los cambiadores de tensión (Taps) se utilizan para cambiar la relación entre los bobinados de alta y baja tensión. El cambio manual sin tensión del tap se utiliza generalmente para compensar las diferencias entre la relación de transformación y la tensión nominal. Los cambios del tap en el transformador deben basarse en condiciones de máxima tensión en vacío.
Por ejemplo, un transformador de tensión nominal 13 200 V a 480 V puede tener cuatro pasos (taps) 2,5% c/u (dos por encima y dos por debajo de 13 200 V).
Si este transformador está conectado a un sistema cuya tensión máxima es 13 530 V, se podrá utilizar el tap de 13 530 V a 480 V para proporcionar un máximo de 480 V sin carga.
Los cambiadores de tensión pueden ser sin carga o con carga
Cambiadores de tensión con carga
Los Taps o cambiadores de tensión se pueden cambiar cuando el transformador está energizado y con carga.
Estos taps o cambiadores de tensión se utilizan para compensar las variaciones excesivas en la tensión de alimentación. Se asocian con frecuencia a los transformadores de edificios comerciales u oficinas.
Los cambiadores de tensión o Taps bajo carga, se pueden controlar de forma automática o manualmente .
Cambiadores de tensión sin carga
Este tipo de cambiadores de tensión o taps se pueden utilizar sólo cuando el transformador está desenergizado .
En transformadores muy pequeños de aceite y de tipo seco, los cambiadores de tensión o taps se cambian al mover una palanca externa accesible desde un panel en la carcasa.
Este tipo de controles son ajustes manuales adecuados para corregir las condiciones de tensión a largo plazo. No son adecuados para corregir las variaciones a corto plazo (por hora, día o semana).
Lo cambiadores de tensión automáticos son relativamente caros por lo que una de las siguientes soluciones podría ser mejor:
- Solicitar la correcta regulación de voltaje a la compañía de suministro de servicios públicos.
- Separar los circuitos de modo que las cargas variables pesadas queden separadas de las cargas más sensibles. Cuando se requiera alimentar cargas sensibles se debera utilizar un transformador separado que permita la autoregulacion, lo cual sera mas económico
- Utilice la regulación de voltaje sólo las cargas sensibles.
Valores de impedancia típicos para transformadores.
Los valores de impedancia típicos para transformadores de potencia se dan en la Tabla 2. Estos valores son para transformadores autoventilados kVA y están sujetos a una tolerancia de ± 7,5%, como se establece en la norma IEEE C57.12.00-1987 (ANSI).
Impedancias no estándar pueden ser especificadas a un costo superior: Las impedancias mas altas se puede utilizar para reducir las corrientes de falla disponibles o impedancias más bajas para reducir la caída de tensión bajo una alta corriente de baja tensión y condiciones de sobretensión.
Al especificar los transformadores, mejor es consultar los boletines del fabricante para las impedancias, ya que pueden variar considerablemente.
Tabla 2 – Valores de impedancia aproximados para transformadores
26400, 34 400V
| Impedancia de diseño (%) | ||
| Intervalo media tension(voltios) | Baja tensión, clasificación de 480 V |
Baja tensión, clasificación 2,400 V o superior |
| Transformadores | ||
| 2400-22 900 | 5.75 | 5.5 |
| 6.0 | 6.0 | |
| 43 800 | 6.5 | 6.5 |
| 67 000 | 7.0 |
Transformadores de subestaciones secundarias
| kVA Nominales | Impedancia de diseño (%) |
| 112½ hasta 225 | No menos de 2 |
| 300 hasta 500 | No menos de 4,5 |
| Por encima de 500 | 5.75 |
| Los transformadores de red | |
| 1000 y más pequeños | 5.0 |
| por encima de 1000 | 7.0 |
Evaluación de la temperatura de aislamiento.
Los transformadores se fabrican con diversos tipos de materiales para el aislamiento.
Los datos de rendimiento con referencia a la temperatura se debe hacer tomando de referencia una temperatura ambiente de 40 ° C por encima del aumento medio de la temperatura del conductor, medida por una resistencia.
La Tabla 3 representa los requisitos de las normas para transformadores con pérdidas en los conductores más bajas y los correspondientes aumentos de temperatura disponibles, es importante tener presente estos valores cuando se desea un mayor esperanza de vida y la reducción de los costos de operación del transformador .
Por ejemplo, un sistema de aislamiento Clase 105 permite un aumento de 55 ° C con una temperatura máxima total de 105 ° C (Ambiente 40°C+transformador 55°C+Diferencial pto mas caliente 10°C). Un sistema de aislamiento Clase 120 permite un aumento de 65 ° C con una temperatura máxima admisible total de 120 ° C. Se permite una subida 80 ° C para una Clase 150, se permite un aumento de C 115 ° para una clase 185, y se permite un aumento de C 150 ° para una Clase 220.
Materiales o combinaciones de materiales que pueden ser incluidos en cada clase de aislamiento se especifican en IEEE C57.12.00-2010 (ANSI).
Tabla 3 – Temperatura nominal de Aislamiento en ° C
| Temperatura media del conductor. * elevación ° C (Rise) | Máxima temperatura ambiental ° C | Diferencial de temperatura del punto caliente * ° C | La temperatura máxima total admisible ° C | Clase de sistema de aislamiento ° C |
| 55 | 40 | 10 | 105 | 105 |
| 65 | 40 | 15 | 120 | 120 |
| 80 | 40 | 30 | 150 | 150 |
| 115 | 40 | 30 | 185 | 185 |
| 150 † | 40 | 30 | 220 |
* Máxima carga nominal continua.
† transformadores de tipo seco utilizando un sistema de aislamiento 220 ° C se pueden diseñar para aumentos de temperatura más bajas (115 ° C o 80 ° C) para conservar la energía, aumentar la esperanza de vida, y proporcionar una cierta capacidad de sobrecarga continua.
Clases de aislamiento (BIL)
Las clases y BILs de aislamiento para transformadores se enumeran en la Tabla 4.
Tabla 4 – Tensión de aislamiento, clases y ensayos dieléctricos
| Transformadores secos | Transformadores de distribución Inmersos en aceite | Transformadores de potencia Inmersos en aceite | |||||
| voltaje nominal del sistema (kV) | Clase de aislamiento | nivel de impulso básico (kV) | prueba de baja frecuencia (kV) | nivel de impulso básico (kV) | prueba de baja frecuencia (kV) | nivel de impulso básico (kV) | prueba de baja frecuencia (kV) |
| 1. | 1.2 | 10 | 4 | 30 | 10 | 45 | 10 |
| 2.4 | 2.5 | 20 | 10 | 45 | 15 | 60 | 15 |
| 4.8 | 5.0 | 30 | 12 | 60 | 19 | 75 | 19 |
| 8.32 | 8.7 | 45 | 19 | 75 | 26 | 95 | 26 |
| 14.4 | 15.0 | 60 | 31 | 95 | 34 | 110 | 34 |
| 23.0 | 25.0 | 110 | 37 | 125 | 40 | 150 | 50 |
| 34.5 | 34.5 | 150 | 50 | 150 | 50 | 200 | 70 |
Es importante tener presente el BIL (Nivel básico de aislamiento) del transformador de acuerdo a a la altura de instalación.
Niveles de ruido
Los niveles sonoros admisibles se enumeran en las Tablas 5 y 6. Los niveles de sonido del transformador puede ser un problema en el interior de los edificios comerciales y oficinas, especialmente donde se requiere una relativa calma, como en salas de conferencias y ciertas zonas de oficinas.
Las normas de cada país pueden requerir niveles de sonido para transformadores por debajo de los especificados en estas dos tablas.
Los efectos de los niveles de sonido para transformadores se pueden reducir al mínimo mediante la colocación de estos en habitaciones separadas, el uso de almohadillas o amortiguadores de vibraciones para el montaje, y evitar el montaje de transformadores cerca de plenums o escaleras donde el sonido se pueda dirigir a áreas de trabajo.
Siempre se recomienda la conexión de los transformadores con conexiones flexibles desde el transformador hasta los buses de barras para disminuir la transmisión de vibraciones.
Tabla 5 – Niveles de ruido para los transformadores de tipo seco en dB
| Dos devanados equivalentes kVA |
Autoventilado ventilado [1] |
Autoventilado sellado [2] |
Aire forzado ventilación incorporada [3] |
| 0-9 | 45 | 45 | |
| 10-50 | 50 | 50 | |
| 51-150 | 55 | 55 | |
| 151-300 | 58 | 57 | |
| 301-50 | 60 | 59 | |
| 501-700 | 62 | 61 | |
| 701-1000 | 64 | 63 | |
| 1001-1500 | 65 | 64 | |
| 1501-2000 | 66 | 65 | |
| 2001-3000 | 68 | 66 | |
| 3001-4000 | 70 | 68 | |
| 4001-5000 | 71 | 69 | |
| 5001-6000 | 72 | 70 | |
| 6001-7500 | 73 | 71 | |
| 0-1167 | 67 | ||
| 1168-1667 | 68 | ||
| 1668-2000 | 69 | ||
| 2001-3333 | 71 | ||
| 3334-5000 | 73 | ||
| 5001-6667 | 74 | ||
| 6668-8333 | 75 | ||
| 8334-10 000 | 76 |
Las columnas 1 y 2 – Valoración de la clase AA, columna 3 – Clase FA y clasificación AFA.
Tabla 6 – Niveles de ruido para una sola fase y aceite trifásico de transformadores Refrigerado en dB
| Dos devanados equivalentes kVA | sin ventiladores | Con los ventiladores |
| 0-300 | 56 | |
| 301-500 | 58 | |
| 501-700 | 60 | 70 |
| 701-1000 | 62 | 70 |
| 1001-1500 | 63 | 70 |
| 1501-2000 | 64 | 70 |
| 2001-3000 | 65 | 71 |
| 3001-4000 | 66 | 71 |
| 4001-5000 | 67 | 72 |
| 5001-6000 | 68 | 73 |
| 6001-7500 | 69 | 73 |
| 7500-10 000 | 70 | 74 |
Contenido de armónicos en la carga.
Desarrollos muy recientes han indicado daños de ciertos tipos de transformadores debido a las cargas no lineales , que causan tercer y armónicos superiores fluyendo a través de los devanados.
Estos armónicos están presentes, debido a las cargas como las computadoras, variadores de velocidad, balastos electrónicos, luces HID, hornos de arco y las cargas eléctricas similares, para compensar este tipo de cargas se debe considerarse la posibilidad de especificar un transformador especial que está diseñado para soportar estos corrientes armónicas y los flujos que producen en los núcleos, los tipo K.
Hola quería pedir ayuda, necesito encontrar cual es la norma que me ayuda a diseñar un transformador de potencia.
Atenta a sus respuesta
Muchas gracias
Estimados tengo un trafo con taps 1,2,3,4,5 . 13,2 kV a 0,380 kV . Me llamaron por la razón que parte el generador por superar el umbral de 110% nominal en la parte de baja (0,429 kV) . Vi el tap y esta en 4% y el voltaje llega casi a 0,440 kV. Me comentaron que algunos dispositivos ya se habían quemado. Mi pregunta es cuanto tendré que mover el taps hacia arriba o hacia abajo. Para conseguir un voltaje nominal correcto
Raul, te recomiendo que llames a el fabricante del trasformador para evitar problemas de garantía o daños por movimiento de taps
Saludos, necesito calcular un transformador para una 2 casas c/u con electrodomésticos básicos tv, congelador , radio etc, pero a mas de esta casa deseo que trabaje una bomba sumergible de 2hp, ¿ no se que transformador escoger ? y el poste para poner el transformador esta a unos 400 metros de la casa que esta junto al pozo de agua ,, que puedo hacer.
Ver: http://electricaplicada.com/diseno-electrico-para-una-vivienda-casa/
Hola!
En una industria con 485kW con batería de condensadores para compensar la reactiva, debería bastarme con un trafo de 500 kVA?
Juan, hola!
El cambio de kW a kVA dependerá del factor de potencia de la industria.
Hola, estoy dimensionando un transformador trifásico para un proyecto eléctrico de una panaderpia industrial, la potencia total del sistema es de 40KW con una corriente de 140 Amper, podría seleccionar el transformador trifásico de 45 KVA con total seguridad?
David, esta uniendo kW con kVA es importante que prestes atención a las diferencias entre estas unidades http://electricaplicada.com/la-diferencia-kw-y-kva/
debes verificar el factor de potencia de tus equipos para saber a cuantos kVA equivale los kW que requieres. https://www.calculatorsconversion.com/es/calculadora-en-linea-de-kva-a-kw/
buenas tardes mi pregunta es la siguiente quiero bajar la tension en un banco de transformadores trifasico de 112,5 kva mexicano y esta n los tap en 480 pero la tension que me da por linea es de 222vac y entre fase 1-2 379vac y me esta quemando los equipos de aire acondicionado y computadoras , y los tap estan en pto 3 en puesto en triangulo la carga de los tap son 1(504)-2(492)-3(480)-4(468)-5(456)-6(444) y en 7(432)en pto de estos puedo colocarlo para que me de 120vac por fase y 240vac entre fase que quede en triangulo muchas gracias de ante mano jose castellano
JOse, hola!
Te recominedo realizar las conversiones de aceurdoa a esto: https://www.calculatorsconversion.com/es/voltios-linea-a-linea-neutro-fase-fase/
https://www.calculatorsconversion.com/es/voltaje-fase-neutro-a-fase-fase/
9 Motores x 40 HP x 746W= 268560w = 268.56 KVA. nesecitaria un transformador de 300KVA
Eugin, Si haces el calculo con la NEC deberás ver el articulo correspondiente a motores
Tengo que alimentar 9 motores de 40 Hp, en 240 v, trifasicos para unos molinos de impacto o de martillo para procesar material con alto tenor aurifero, de cuanto debe ser el transformador de alimentacion????
Gustavo , hola!
Te recomiendo verificar las secciones de la NTC2050 que hablan de motores como la 430
Hola, pero si tengo luminarias que aportan un 10% de armónicos (según ficha tecnica) y tengo 40 unidades instaladas. Entonces cuántos son los armónicos?
Guhiner, hola!
Este porcentaje no es mucho sin embargo el calculo de armónicos no es sencillo se deben tener en cuenta los aportes de los demás equipos y muchos aspectos mas de la carga instalada.
Buenos dias, quisiera saber ¿como hago para determinar la cantidad de armónicos en la carga ?
debido a que el retie en ciertos diseños los exige
gracias
CArlos, Hola!
La única forma de saberlo es sabiendo los armónicos que produce la carga a instalar.