Aumento de la temperatura rise y eficiencia del transformador

El aumento de temperatura del transformador se define como el aumento de la temperatura media de los devanados por encima de la temperatura ambiente (circundante), cuando el transformador se carga a su valor nominal.


¿Qué es la subida de temperatura de un transformador (rise)?

Todos los dispositivos que utilizan electricidad emiten calor residual como un subproducto de su operación. Los transformadores no son una excepción. El calor generado en el funcionamiento del transformador provoca un aumento de temperatura en las estructuras internas del transformador. En general, los transformadores más eficientes tienden a tener un aumento de temperatura más bajo, mientras que las unidades menos eficientes tienden a tener un mayor aumento de temperatura.

Clasificaciones estándar y capacidad de sobrecarga de los transformadores

Los transformadores secos están disponibles en tres subidas de temperatura estándar (rise): 80°C, 115°C o 150°C. Los transformadores llenos de líquido (aceite) vienen en aumentos estándar de 55°C y 65°C. Estos valores se basan en una temperatura ambiente máxima de 40 ° C. Esto significa, por ejemplo, que un transformador seco de elevación rise de 80°C funcionará a una temperatura media de devanado de 120ºC cuando está a plena carga, en un entorno ambiental de 40ºC.

Dado que la mayoría de los transformadores secos usan el mismo aislamiento en sus devanados (normalmente clasificado a 220C), independientemente de la subida de temperatura de diseño, la unidad de subida de 80C tiene más espacio para una sobrecarga ocasional que una unidad de elevación de 150°C, sin dañar el aislamiento ni afectar la vida del transformador.

Eficiencia del transformador y aumento de la temperatura

Lo mejor es obtener la carga real y las pérdidas sin carga en vatios del fabricante del transformador, pero a veces esos datos no están disponibles. En ese caso, el aumento de temperatura es un indicador aproximado de la eficiencia del transformador. Por ejemplo, un transformador con una elevación de temperatura de 80ºC utiliza un 13-21% menos de energía de operación que una unidad de subida de 150ºC.

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Un transformador más eficiente genera menos calor residual en primer lugar, pero el aumento de temperatura del transformador se debe no sólo a la cantidad de calor que se genera, sino también a la cantidad de calor que se elimina. Tenga cuidado de que una unidad que lleva una figura de aumento de baja temperatura puede ser no tan ineficiente, como cuando utiliza ventiladores para eliminar el exceso de calor.

Los ejemplos de transformadores de 1.500 kVA y 75 kVA en la siguiente tabla son transformadores de cobre de alta eficiencia diseñados para lograr una elevación rise de 80°C y alta eficiencia. Se comparan con las unidades de aluminio con bobina estándar, diseñadas para un aumento de 150 ° C. Como se puede ver en esta tabla, los transformadores de elevación de 80°C de mayor eficiencia tienen un costo inicial alto, pero un reembolso más corto que los transformadores de subida 150°C menos eficientes. No sólo un transformador de aumento de temperatura inferior tendrá menos pérdidas, sino que también tendrá una esperanza de vida más larga.

Fabricante A 1.500 kVA *
Estándar (Aluminio) Alta eficiencia (cobre) Estándar (Aluminio) Alta eficiencia (cobre)
Factor de carga** sesenta y cinco% 85%
Eficiencia 98,64% 99,02% 98,47% 99,02%
Temperatura.Aumento
(100% de carga)
150 ° C 80 ° C 150 ° C 80 ° C
Pérdida del núcleo 4.3 kW 5,5 kW 4.3 kW 5,5 kW
Pérdida del conductor 9,1 kW 4,1 kW 15,5 kW 7.1 kW
Pérdida total 13,4 kW 9,6 kW 19,8 kW 12,6 kW
Ahorro de energía 3.8 kW 7,2 kW
Primer Costo 16.750 dólares 22.650 dólares 16.750 dólares 22.650 dólares
Costo
Premium
$ 5.900 $ 5.900
Beneficios del uso de transformadores de tipo seco de cobre de alta eficiencia
Costo de Energía Eléctrica Ahorros anuales Periodo de recuperación Ahorros anuales Periodo de recuperación
$ 0.05 / kWh $ 1,660 3,5 y $ 3,150 1,9 y
$ 0.07 / kWh $ 2,330 2,5 y $ 4,420 1,3 y
$ 0.09 / kWh 3.000 dólares 2,0 y $ 5.680 1,0 y
Fabricante B 75 kVA *
Estándar (Aluminio) Alta eficiencia (cobre) Estándar (Aluminio) Alta eficiencia (cobre)
Factor de carga 50% 75%
Eficiencia 97,24% 98,61% 96,61% 98,38%
Temperatura.Aumento
(100% de carga)
150 ° C 80 ° C 150 ° C 80 ° C
Pérdida del núcleo 0,34 kW 0.21 kW 0,34 kW 0.21 kW
Cond. Pérdida 0,73 kW 0,32 kW 1,64 kW 0.72 kW
Pérdida total 1,07 kW 0,53 kW 1,98 kW 0.93 kW
Ahorro de energía 0,54 kW 1,05 kW
Primer Costo $ 890 $ 1.790 $ 890 $ 1.790
Costo
Premium
$ 900 $ 900
Beneficios del uso de transformadores de tipo seco de cobre de alta eficiencia
Costo de Energía Eléctrica Ahorros anuales Periodo de recuperación Ahorros anuales Periodo de recuperación
$ 0.05 / kWh 240 dólares 3.8 y $ 460 2,0 y
$ 0.07 / kWh 330 $ 2.7 y 640 dólares 1,4 y
$ 0.09 / kWh 420 dólares 2,1 y $ 830 1.1 y
* Ejemplos reales de transformadores de 1.500 kVA, 15 kV – 277/480 V, y 75 kVA, 480 V – 120/208. ** Una combinación de ciclo de trabajo y porcentaje de carga completa.
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¿Cómo afecta la temperatura a la vida de un transformador?

La temperatura es uno de los factores principales que afectan la vida de un transformador. De hecho, el aumento de la temperatura es la principal causa de la reducción de la vida del transformador.

Además, la causa de la mayoría de los fallos del transformador es una avería del sistema de aislamiento, de modo que cualquier cosa que afecte negativamente las propiedades aislantes dentro del transformador reduce la vida útil del transformador.

Tales cosas como la sobrecarga del transformador, la humedad en el transformador, aceite de baja calidad o papel aislante, y temperaturas extremas afectan las propiedades aislantes del transformador. La mayoría de los transformadores están diseñados para operar durante un mínimo de 20-30 años a la carga de la placa de identificación, si están adecuadamente dimensionados, instalados y mantenidos. Los transformadores cargados por encima de la clasificación de la placa de identificación durante un período de tiempo prolongado pueden haber reducido la esperanza de vida.

Una subida de temperatura más baja significa una mayor capacidad de sobrecarga?

Un transformador de elevación de temperatura más baja resulta en un transformador con mayor capacidad de sobrecarga. Por ejemplo, una unidad de tipo seco de elevación 80°C que usa aislamiento 220°C tiene una capacidad de reserva de 70°C en comparación con una unidad de 150C. Esto permite que la unidad 80°C funcione con una capacidad de sobrecarga del 15-30% sin afectar la esperanza de vida del transformador. Además, un refrigerador de funcionamiento transformador significa una unidad más fiable y más tiempo de funcionamiento.

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Diseño de un transformador con menor subida de temperatura

Los transformadores con menor aumento de temperatura suelen usar devanados con menor resistencia. La baja resistencia por unidad de longitud de cobre permite la construcción de transformadores de aumento de temperatura más bajos sin necesidad de construir un transformador más grande. Por ejemplo, una bobina de transformador bobinada de aluminio requiere conductores con aproximadamente un 66 por ciento más de área de sección transversal que una bobina de transformador de bobina de cobre para obtener la misma capacidad de transporte de corriente.

Eficiencia Alta y Espacios Condicionados

Los transformadores de alta eficiencia y bajo nivel de temperatura (80C subida de tipo seco o 55C con llenado de líquido) se encuentran frecuentemente en espacios reducidos, como en salas eléctricas, bóvedas subterráneas y espacios con aire acondicionado en edificios. Alta eficiencia significa menos calor residual generado, lo que reduce los requerimientos de ventilación y aire acondicionado. La selección de un transformador de este tipo, adecuadamente dimensionado para los requisitos de carga, asegura mayor eficiencia, mayor vida útil y mayor capacidad de sobrecarga.

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