¿Cómo elegir la capacidad del transformador según las características de carga?

 

I. Características de carga: la base central para la selección de la capacidad del transformador

Las características de carga se refieren a las características eléctricas exhibidas por los equipos eléctricos durante la operación, principalmente incluyendo el tipo de carga, la ley de tamaño y variación, factor de potencia, duración, etc. Estas características determinan directamente el requisito de capacidad del transformador.

Las cargas se pueden dividir en cargas inductivas, cargas capacitivas y cargas resistivas de acuerdo con su naturaleza, y los diferentes tipos tienen impactos significativamente diferentes en la capacidad del transformador.

1) Cargas inductivas: Tales como motores, transformadores, soldadores eléctricos, etc. Cuando estas cargas están en funcionamiento, no solo consumen potencia activa sino que también generan potencia reactiva, lo que resulta en una disminución en el factor de potencia. La existencia de potencia reactiva aumentará la aparente demanda de energía del transformador. Si no se considera la compensación de potencia reactiva, se debe seleccionar un transformador de mayor capacidad para satisfacer la demanda total de potencia activa y reactiva.

2) cargas capacitivas: Tales como condensadores, generadores sincrónicos (cuando superan - excitado), etc. Se caracterizan por proporcionar potencia reactiva, lo que puede mejorar el factor de potencia del sistema. En escenarios dominados por cargas capacitivas, la demanda de energía aparente real del transformador puede ser menor que la capacidad correspondiente a la potencia activa, y la selección debe ajustarse en combinación con el equilibrio de potencia reactiva general.

3) cargas resistivas: Tales como lámparas incandescentes, calentadores eléctricos, hornos de resistencia, etc. El factor de potencia de tales cargas está cerca de 1, y la potencia aparente es básicamente igual a la potencia activa. La selección de capacidad se puede calcular directamente de acuerdo con la potencia activa sin una consideración adicional de la pérdida de potencia reactiva.

 

El tamaño de la carga no es fijo, y su rango de fluctuación, la resistencia al impacto y la duración afectan directamente la selección de la capacidad del transformador.

1) Carga constante: Como el equipo de línea de producción continua, la carga es estable cerca de un cierto valor durante mucho tiempo. En este momento, la capacidad se puede calcular de acuerdo con la potencia aparente de la carga nominal, con un margen del 10% -15% reservado (considerando el envejecimiento del equipo, la pérdida de línea, etc.).

2) Carga fluctuante: Como el consumo de electricidad residencial (alta carga durante los picos de la mañana y la noche, baja carga a altas horas de la noche), consumo de electricidad del centro comercial (carga alta durante el horario comercial, baja carga después del cierre). En tales escenarios, es necesario contar la curva de carga de un día típico, tomar la carga máxima como punto de referencia para la selección de capacidad y evitar expandir ciegamente la capacidad de acuerdo con el valor máximo - Si la duración máxima es corta (como solo 1-2 horas al día), el margen puede reducirse apropiadamente a 5% -10% hasta el equilibrio de la eficiencia y el costo.

3) Carga de impacto: Como el arranque del motor, la operación de la máquina de soldadura eléctrica, la operación del equipo de estampado, etc., que generará instantáneamente una corriente que exceda con creces el valor nominal (generalmente 5 - 7 veces la corriente nominal). Aunque la carga de impacto tiene una corta duración (varios segundos a decenas de segundos), causará una sobrecarga de término - corto del transformador. Si la capacidad es insuficiente, puede causar caída de voltaje y sobrecalentamiento del devanado. Al seleccionar, es necesario calcular la potencia aparente durante el impacto (como el motor de arranque de potencia aparente=Corriente inicial × Voltaje nominal /√3), asegúrese de que la capacidad de sobrecarga de término -}} corta del transformador cumpla con los requisitos y, si es necesario, seleccione un transformador con una mayor capacidad o tome medidas como el inicio de baja y el comienzo suave para reducir el impacto.

El tiempo de operación continuo de la carga determina el "grado de fatiga" del transformador. Las cargas que se ejecutan continuamente durante mucho tiempo (como el suministro de alimentación de centros de datos UPS, el equipo de cuidados intensivos del hospital) tienen mayores requisitos para la coincidencia de capacidad, y el transformador debe garantizarse que funcione de manera estable a la capacidad nominal; Para las cargas operativas intermitentes (como las bombas de riego agrícolas, las grúas de la torre del sitio de construcción), el estándar de capacidad puede reducirse adecuadamente porque están en un estado de carga o carga de luz la mayor parte del tiempo, y el aumento de la temperatura del devanado no se acumulará continuamente, pero es necesario asegurarse de que la carga máxima durante la operación no exceda la capacidad clasificada del transformador.

Cumplir con la demanda de carga máxima: La capacidad del transformador debe ser mayor o igual a la potencia aparente de la carga máxima para garantizar una sobrecarga de término no largo - en cualquier condición de trabajo.

Perseguir la eficiencia de la operación económica: La curva de eficiencia del transformador está "invertida U - en forma de", y la eficiencia es la más alta cuando la tasa de carga es 70% -80% (pérdida mínima). La selección de capacidad debe tratar de hacer la tasa de carga operativa normal en este rango para evitar "un caballo grande que tira de un carro pequeño" (la eficiencia disminuye significativamente cuando la tasa de carga es inferior al 30%).

Espacio de expansión de reserva: Teniendo en cuenta el crecimiento de la carga en los próximos 3-5 años (como la expansión empresarial, el aumento de los equipos eléctricos residenciales), la capacidad debe reservar un margen de aproximadamente el 20% (ajustado según el plan de desarrollo).

Adaptarse a las condiciones ambientales: Alta temperatura, gran altitud y ambientes polvorientos reducirán la eficiencia de disipación de calor del transformador. En tales casos, la capacidad debe aumentar adicionalmente en un 10%- 20%; Si se instala en un lugar ventilado y apropiado para la temperatura, el margen puede reducirse adecuadamente.

 

1. Calcule la capacidad de carga total

Potencia de equipo de suma: Agregue la potencia nominal (KW) de todas las cargas, considerando el factor de demanda (factor de simultaneidad).

Tener en cuenta las cargas máximas: Si hay sobretensiones de término - (por ejemplo, corriente de arranque del motor), calcule la carga térmica equivalente o realice un análisis transitorio.

Fórmula:

         

Dónde:

S=Power aparente (KVA)

​ Ptotal= Potencia activa total (KW)

η=eficiencia

costillaφ= Factor de potencia

 

2. Determinar la capacidad del transformador

Capacidad base: Seleccione una capacidad nominal del transformadorligeramente más alto que la carga calculada (típicamente 20% ~ 30% de margen).

Ejemplo: Si el cálculo de la carga es de 800kVA, elija un transformador de 1000kVA.

Capacidad de sobrecarga: Si la carga fluctúa cíclicamente (p. Ej., Día - variaciones nocturnas), se pueden permitir las sobrecargas de término cortas - (aceite -} transformadores inmersos típicamente permiten 1.3x sobrecarga durante 2 horas).

Manejo de carga especial:

Para escenarios que involucran cargas de impacto, la capacidad calculada del transformador debe corregirse. Las cargas de impacto (como soldadores eléctricos y equipos de estampado) generan -} corrientes máximas de término, con su coeficiente de impacto (relación de corriente máxima a corriente nominal) que alcanza 2-5. En tales casos, el ajuste de la capacidad debe realizarse utilizando el"Método de demanda máxima"o el"Método de corrección de coeficientes":

Método de demanda máxima: Mida o calcule la potencia activa máxima de la carga de impacto (considerando la duración del impacto), conviértala en potencia aparente y luego la superponga con la capacidad calculada de otras cargas.

Método de corrección de coeficientes: Para los sistemas donde las cargas de impacto representan una alta proporción (por ejemplo, excediendo el 20% de la carga total), multiplique la capacidad calculada básica por un factor de corrección de 1.2-1.5. (Cuanto más frecuentes e intensos son los impactos, mayor será el factor de corrección).

Para los sistemas con factores de baja potencia (p. Ej., COSφ <0.7), la compensación de potencia reactiva (como la instalación de bancos de condensadores) debe implementarse primero para mejorar el factor de potencia a más de 0.85 antes de calcular la capacidad del transformador. Después de la compensación de energía reactiva, la demanda de energía aparente disminuye, lo que reduce la capacidad del transformador requerida y reduce tanto los costos de inversión como el consumo de energía.

 

3. Ejemplo de escenarios

Escenario 1: Factory Load=500 kw, factor de potencia=0.8, eficiencia=0.9:

→ Seleccione el transformador de 800kVA.

Escenario 2: Centro de datos (operación 24/7, tasa de carga 60%) → Elige High - Eficiencia seca - Transformador de tipo con capacidad de carga máxima de 1.2x.

Cooperación con compensación de potencia reactiva: En los escenarios dominados por cargas inductivas, la instalación de condensadores para la compensación de potencia reactiva puede mejorar el factor de potencia (como de 0.7 a 0.9), reducir significativamente la demanda de energía aparente (como la carga de 1000KW, la potencia aparente es 1429KVA cuando el factor de potencia es 0.7 y cae a 1111KVA después de aumentar a 0.9), allí reduce la capacidad de transformador y la inversión.

Influencia de la temperatura ambiente: La capacidad nominal del transformador generalmente se diseña en función de una temperatura ambiente de 40 grados. Si la temperatura ambiente real es superior a 40 grados durante mucho tiempo (como la instalación al aire libre en áreas de temperatura -) altas, la capacidad debe reducirse de acuerdo con el "coeficiente de corrección de temperatura" (como el coeficiente de corrección a 45 grados es 0.92, y un transformador de 1000 KVA puede llevar solo 920kVA).

Selección de múltiples transformadores: Cuando la capacidad de carga es grande, se distribuye ampliamente o el requisito de confiabilidad es alto (como grandes fábricas, hospitales), se pueden operar múltiples transformadores en paralelo. En este momento, la capacidad de un solo transformador debe seleccionarse de acuerdo con el principio de "compartir la carga" para garantizar que la tasa de carga de cada transformador esté equilibrada y evitar la sobrecarga de una determinada.