Dimensione un transformador sumergido en aceite S13 teniendo en cuenta dos límites distintos: la demanda continua de potencia aparente de la planta y la caída de tensión durante el arranque de motor más exigente que pueda producirse razonablemente. Un transformador capaz de alimentar holgadamente la carga en funcionamiento aún puede permitir que un compresor o una bomba de gran tamaño reduzca la tensión del embarrado de baja tensión lo suficiente como para interrumpir los sistemas de control, disparar los variadores o impedir que otro motor acelere.

Para un transformador de potencia sumergido en aceite de la serie S13 para uso industrial, comience por el programa de cargas de funcionamiento y, a continuación, compruebe la corriente de arranque, la impedancia del transformador, la solidez del suministro aguas arriba y la impedancia del alimentador. Seleccione la potencia nominal solo después de verificar tanto la capacidad en funcionamiento como el rendimiento durante el arranque. Si la tensión de arranque es el factor limitante, puede resultar más económico cambiar el método o la secuencia de arranque que aumentar la potencia del transformador.

Elabore el programa de cargas en función de las combinaciones reales de funcionamiento

Sumar los kilovatios indicados en las placas de los motores no permite determinar los kVA del transformador. Por lo general, la potencia nominal de los motores corresponde a la potencia mecánica de salida en el eje; la carga del transformador depende de la potencia eléctrica de entrada, la eficiencia y el factor de potencia. Incluya el alumbrado, los calentadores de proceso, los variadores, las fuentes de alimentación de control y las demás cargas conectadas al mismo transformador.

Para un motor trifásico en su punto de funcionamiento previsto:

Potencia eléctrica de entrada (kW) = potencia de salida en el eje (kW) ÷ eficiencia
Potencia aparente del motor (kVA) = potencia eléctrica de entrada (kW) ÷ factor de potencia
Corriente de línea = potencia aparente del motor (kVA) × 1.000 ÷ (√3 × tensión de línea)

Utilice los datos del fabricante correspondientes al punto de carga previsto, en lugar de suponer que todos los motores funcionan a plena carga. Para la planta en su conjunto, sume la potencia activa y la potencia reactiva de cada combinación de funcionamiento y, a continuación, calcule la potencia aparente total. Sumar aritméticamente los kVA individuales puede proporcionar una estimación preliminar conservadora, pero no refleja con precisión los distintos factores de potencia.

• Separe los equipos que funcionan de forma continua de los equipos de reserva que no pueden funcionar simultáneamente.
• Identifique la combinación de producción máxima, no solo la demanda media por turno.
• Registre por separado las ampliaciones previstas para que la capacidad reservada para futuras cargas sea visible.
• Incluya las cargas que generan armónicos y solicite la evaluación térmica del transformador que sea necesaria.

La potencia nominal inicial debe soportar esta demanda en las condiciones especificadas de refrigeración e instalación. No aplique un porcentaje de capacidad de reserva sin justificar en lugar de identificar las cargas futuras.

Defina el arranque que el transformador debe soportar realmente

El motor de mayor tamaño no es necesariamente el que plantea el arranque más exigente. Un motor más pequeño que arranque con una carga mecánica elevada, a través de un alimentador largo y mientras el resto de la planta está en funcionamiento, puede generar una condición más difícil.

Para cada motor significativo, obtenga la corriente nominal, la corriente de rotor bloqueado o las curvas de corriente de arranque, el factor de potencia durante el arranque, si está disponible, el tiempo de aceleración y el número de arranques permitidos por hora. Registre el par y la inercia de la carga accionada. Por ejemplo, un compresor cargado exige una aceleración distinta de la de una máquina sin carga, aunque ambos tengan motores de la misma potencia nominal.

Distinga entre la corriente del motor y la corriente de alimentación, especialmente cuando se utiliza un variador de frecuencia. El transformador alimenta la entrada del variador, no la corriente de rotor bloqueado del motor conectado directamente a la red.

Defina también el comportamiento de rearranque tras una interrupción del suministro. El rearranque simultáneo de varios motores puede ser más exigente que la secuencia normal de producción. Toda secuencia prevista debe implementarse en los sistemas de control, en lugar de dejarse como una instrucción operativa.

Evalúe la caída de tensión y, después, modele toda la trayectoria de alimentación

La impedancia porcentual del transformador es fundamental para comprobar el arranque. Para una evaluación preliminar limitada al transformador:

Magnitud aproximada de la caída de tensión (%) ≈ corriente de arranque ÷ corriente nominal del secundario del transformador × impedancia del transformador (%)

Esta fórmula estima la magnitud de la caída de tensión debida a la impedancia del transformador bajo supuestos simplificados. No garantiza la caída de tensión en el embarrado: la tensión real depende de la resistencia, la reactancia, el factor de potencia durante el arranque, la carga existente y la variación de la corriente del motor a medida que disminuye la tensión. Utilice el resultado para identificar los casos que requieren un análisis más detallado, no como prueba definitiva de aceptación.

El cálculo completo debe incluir la impedancia de la red eléctrica o de la fuente aguas arriba, la impedancia del transformador, las conexiones del embarrado y el alimentador del motor. Evalúe la tensión tanto en el embarrado común como en los terminales del motor. Que la tensión del embarrado sea adecuada no descarta una caída excesiva a lo largo de un cable largo.

Establezca la caída de tensión admisible según los requisitos de los equipos. Los contactores, las fuentes de alimentación de control, los variadores y la instrumentación de proceso pueden tener distintas tolerancias de tensión y duración. No existe un único porcentaje de caída admisible para todas las instalaciones industriales.

En los motores de inducción, el par de arranque es aproximadamente proporcional al cuadrado de la tensión aplicada en condiciones comparables. Por tanto, una tensión reducida puede prolongar la aceleración o impedirla por completo. Si el resultado preliminar está cerca del límite, realice un estudio dinámico de arranque de motores para comprobar la recuperación de tensión, el tiempo de aceleración y la respuesta de los demás motores en funcionamiento.

Elija entre aumentar la capacidad y reducir las exigencias del arranque

Si la carga continua cumple los requisitos, pero el arranque del motor no, compare las opciones correctivas antes de adquirir un transformador de mayor tamaño.

1. Separe los arranques. Retrase los motores no esenciales hasta que el primero alcance su velocidad de funcionamiento. Compruebe que la secuencia también se aplique tras los cortes de suministro y las paradas de emergencia.
2. Reduzca la carga mecánica de arranque. Confirme si el proceso permite descargar el compresor o utilizar otra configuración de arranque aprobada por el fabricante.
3. Cambie el arrancador. Un arrancador suave o un variador puede reducir la demanda de suministro, pero sus ajustes y capacidad de par deben ser adecuados para el equipo accionado.
4. Reduzca la caída en el alimentador. Revise la longitud del cable, la sección del conductor y las conexiones si la tensión en los terminales del motor es el factor limitante.
5. Reevalúe la potencia nominal y la impedancia del transformador. Compare las unidades candidatas utilizando los parámetros reales ofertados, no solo la designación S13.

Por lo general, un transformador de mayor tamaño reduce la contribución de su impedancia a la caída de tensión durante el arranque cuando la impedancia porcentual es comparable. También modifica la corriente de cortocircuito prevista y puede requerir equipos de maniobra o ajustes de protección diferentes. Una impedancia menor implica la misma contrapartida: una mayor rigidez de tensión puede suponer una mayor exigencia de cortocircuito. Ninguna de las dos opciones elimina las limitaciones de una fuente aguas arriba débil.

Compruebe las limitaciones de instalación antes de definir el tipo de transformador

La selección de un transformador sumergido en aceite también requiere revisar la temperatura ambiente, la altitud, la ventilación, la contención del aceite, el acceso y las disposiciones contra incendios aplicables. La potencia nominal disponible debe corresponder a las condiciones de servicio especificadas; un valor nominal en kVA no anula las limitaciones de refrigeración.

Si las especificaciones de la instalación requieren equipos de tipo seco, el transformador de tipo seco SCBH15 es una alternativa que se puede evaluar, no una variante del S13 sumergido en aceite. La información de producto proporcionada indica una construcción con aleación amorfa, bajas pérdidas en vacío y un sistema de control de temperatura y protección. Estas características pueden servir para comparar opciones de instalación, pero no determinan si el equipo es adecuado para el arranque de motores. Antes de aplicar las mismas comprobaciones de arranque, obtenga los datos de potencia nominal, impedancia, refrigeración y carga.

Incluya condiciones de aceptación medibles en las especificaciones de compra

Solicite la potencia nominal garantizada del transformador, la relación de tensiones, el rango de tomas, la impedancia porcentual y su tolerancia, las pérdidas, el grupo vectorial y las condiciones de servicio aplicables. Facilite el programa de arranque de los motores y la información sobre el nivel de cortocircuito aguas arriba para comprobar la compatibilidad del transformador propuesto con la red real.

Las especificaciones deben indicar la tensión mínima aceptable en los embarrados críticos y los terminales de los motores, el tiempo máximo de aceleración admisible y la frecuencia de arranque requerida. Verifique por separado la coordinación de protecciones frente a la corriente de arranque del motor, la corriente de irrupción de energización del transformador y la solicitación por cortocircuito. Elevar los umbrales de protección solo para evitar disparos puede comprometer la protección contra fallos.

Durante la puesta en servicio, registre la tensión del embarrado, la tensión en los terminales del motor, la corriente y el tiempo de aceleración para la combinación de funcionamiento más exigente acordada. Antes de modificar las protecciones, investigue cualquier desviación revisando los ajustes del arrancador, las condiciones de suministro, la caída en el alimentador y la carga mecánica. La aceptación debe demostrar que la potencia nominal seleccionada soporta la secuencia de funcionamiento definida, no simplemente que el motor arranca una vez con el resto de la planta desconectado.