Los transformadores son quizás uno de los componentes más pasados por alto dentro de un sistema de distribución eléctrico. Sin embargo, juegan un papel clave en nuestra vida cotidiana.
En nuestras oficinas, un solo transformador puede servir las computadoras para todo el piso. En los hospitales, las salas de operaciones y las unidades de cuidados intensivos se alimentan normalmente de dos transformadores separados.
Si un transformador falla o se dimensiona incorrectamente, pueden producirse interrupciones catastróficas, que no son rápidas y fáciles de arreglar. Además, los transformadores no se apagan; continúan utilizando corriente y generan calor 24 horas al día, siete días a la semana.
Selección del transformador
Los transformadores están disponibles en muchos tipos diferentes. Los transformadores de alta y media tensión (tensión primaria superior a 600 V) están disponibles como unidades de tipo seco, pero son más comúnmente llenos de líquido o sumergidos en líquidos, sin embargo en los últimos años esto esta cambiando. Ese líquido es comúnmente aceite de petróleo, pero muchas empresas están comenzando a ofrecer productos similares basados en aceite de semillas biodegradables.
Los edificios comerciales funcionan en baja tensión (tensión primaria inferior a 600 V) predominantemente, y usan típicamente transformadores de tipo seco para reducir el voltaje de 480 V a 208 Y / 120 V o 240/120 V. Este artículo se centra principalmente en los transformadores tipo seco, sin embargo, muchos de los conceptos presentados se aplican también a transformadores de alta tensión.
Los transformadores están disponibles en una variedad de tamaños y tensiones de distribución, y se pueden instalar en interiores o al aire libre.
Para seleccionar un transformador de tipo seco, es necesario responder tres preguntas sencillas:
- ¿Cuál es el propósito del transformador?
- ¿Cómo deseo que el transformador funcione?
- ¿Qué opciones debo seleccionar?
Generalmente, hay tres propósitos de un transformador: Cambiar el voltaje, aislar los sistemas de energía, y la trabajar bajo armónicos.
El voltaje se puede disminuir o aumentar. Estos transformadores están disponibles tanto en delta como en wye conectados primarios o secundarios, dependiendo de la tensión de distribución y los requisitos del sistema. Pueden ser monofásicos o trifásicos, y están disponibles en una variedad de tamaños.
Los transformadores de aislamiento pueden usarse en instalaciones de salud para minimizar el riesgo de corrientes extraviadas en el sistema eléctrico, o incluso en una sola carga que tiene requisitos eléctricos muy sensibles.
El rendimiento del transformador se reduce con la temperatura y la eficiencia. Los transformadores se enumeran con una tasa de aumento de temperatura, típicamente 80ºC, 115ºC.
Este gráfico muestra la velocidad con que aumenta la temperatura en el transformador por encima de la temperatura ambiente, que normalmente aparece en las clasificaciones de aumento de temperatura de 80 C, 115 C o 150 C.150ºC. Esta clasificación de temperatura es el aumento por encima de la temperatura ambiente (véase la figura 1). La temperatura superficial de un transformador con una subida de 80ºC es significativamente menor que una con un aumento de 150ºC.
La forma en que los ingenieros abordan la eficiencia energética está evolucionando. Cada dos años, el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) revisa muchos de los estándares de energía que regulan nuestra industria. Los transformadores fabricados hoy, y desde 2007, están obligados a cumplir los criterios definidos en NEMA TP-1 2002.
En abril de 2013, se adoptó una nueva norma que implementa nuevos estándares de transformadores, vigentes desde enero de 2016. NEMA TP-1 2002 introdujo dos cambios significativos en las consideraciones de eficiencia energética: Se definió la eficiencia mínima para cada tamaño de transformador y el punto donde esa eficiencia fue medida cuando la carga cambia de completa a 35% de la capacidad del transformador.
Como parte del origen de NEMA TP-1, se realizó una investigación para determinar que la mayoría de los transformadores de distribución de bajo voltaje son, en promedio, cargados sólo a un 35%. Muchos fabricantes ofrecen actualmente un transformador de eficiencia premium NEMA, que se creó antes de la implementación de la regla final de abril de 2013 (ver Tabla 2). Consulte la tabla de eficiencia NEMA clase I para obtener más información sobre las clasificaciones pasadas, presentes y futuras de transformadores.
La decisión de qué transformador se debe proveer se convierte en una decisión de cuáles opciones especificar. Las preguntas que los ingenieros deben hacer son:
¿Son los devanados del transformador de aluminio o cobre?
¿Qué tipo de recinto necesita para su aplicación?
¿Está al aire libre, o es aceptable un recinto NEMA 1?
¿Cuáles son los requisitos específicos del fabricante en términos de espacio requerido alrededor del transformador?