Al inspeccionar las diferencias entre los transformadores americanos y europeos, un comprador industrial descubrirá que no solo cuenta la ubicación de fabricación, sino también los procesos utilizados en la especificación, prueba y documentación relacionada con dicho equipo eléctrico. Tomemos como ejemplo al gerente de adquisiciones de una planta en Texas que está utilizando un contratista EPC con sede en Europa. El equipo que se ofrece tiene diferentes códigos y especificaciones. La versión americana especifica IEEE C57.12.00, tipo de refrigeración OA/FA, 12.47 kV primario, mientras que la europea ofrece IEC 60076, tipo de refrigeración ONAN/ONAF, y 10 kV o 20 kV. Ambos modelos de transformadores deberían funcionar correctamente, pero necesitan arreglos de ingeniería para que esto sea posible. Este artículo presenta las diferencias entre los dos tipos de transformadores para que se puedan hacer comparaciones correctas y realizar compras apropiadas sin costos adicionales por nuevas pruebas.
Respuesta breve: Los transformadores americanos y europeos difieren en especificaciones. El transformador de estilo americano sigue los estándares ANSI/IEEE (IEEE C57.12.00, C57.12.20) y está diseñado para redes que operan a una frecuencia de 60 Hz, mientras que los voltajes primarios pueden incluir 12.47 kV, 13.8 kV o 34.5 kV, con voltajes secundarios de 120/240 V, 120/208 V o 277/480 V. El transpondedor de estilo europeo sigue el estándar IEC 60076 y opera a 50 Hz con voltajes primarios de 6.6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV o 33 kV y voltaje secundario de 230/400 V. El método de refrigeración del transformador, su tolerancia de impedancia, marcado del grupo vectorial, método de cambio de tomas y documentos para pruebas difieren entre los estilos.
Definiciones: Qué son las dos familias
Los transformadores americanos funcionan de acuerdo con los estándares ANSI/IEEE. Estos transformadores funcionan perfectamente en un sistema eléctrico de 60 Hz. Los niveles de voltaje primario utilizados por los transformadores americanos serían 7.2 kV, 12.47 kV, 13.8 kV, 24.9 kV y 34.5 kV. Además, los voltajes proporcionados por estos transformadores para aplicaciones de usuarios finales incluyen 120 voltios, 240 voltios, 220 voltios, 277 voltios y 600 voltios. Las especificaciones de rendimiento para los transformadores americanos se basan en los estándares de diseño IEEE C57, incluyendo pero no limitándose a impedancia y BIL.
Los transformadores europeos, por otro lado, se fabrican de acuerdo con los estándares IEC 60076. Estos transformadores requieren una red de 50 Hz y vienen con varios niveles de voltaje, algunos de los cuales incluyen 6.6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV, 33 kV y 35 kV. Los sistemas de baja tensión utilizados en tales transformadores son principalmente 230 voltios, 400 voltios y 415 voltios. Las especificaciones para el estándar IEC son reconocidas en la mayoría de las partes del mundo.
Aunque hay diferencias en los estándares de diseño aplicables, los dos dispositivos funcionan basándose en los mismos principios de física electromagnética. Esto significa que, en lo que respecta al usuario final, la aplicación de ambos tipos de transformadores puede requerir un enfoque diferente.
Normas de referencia: ANSI/IEEE vs. IEC 60076
- IEEE C57.12.00 se relaciona con especificaciones generales sobre transformadores como transformadores de potencia y distribución en las prácticas de EE. UU. respecto a varios parámetros de transformadores como clasificación, BIL, aumento de temperatura e impedancia.
- IEEE C57.12.20 y C57.12.90 se refieren a documentos de construcción y pruebas que describen pruebas relacionadas con distribuciones como aislamiento, dieléctrico, ruido y otros.
- NEMA TP-1 es un documento de referencia de eficiencia que se utiliza en los cálculos de evaluación de pérdidas de servicios públicos en EE. UU.
- IEC 60076-1 se refiere a los requisitos generales de transformadores de potencia y es un documento paraguas para la serie IEC 60076.
- IEC 60076-2 (aumento de temperatura), -3 (niveles de aislamiento), -5 (capacidad de resistencia a cortocircuitos), -10 (nivel de sonido) son categorías específicas de IEC que especifican las diferentes opciones de prueba.
El manual técnico europeo escribiría “transformador a IEC 60076-1, -2, -3 y -5, grupo vectorial Dyn11, tipo de refrigeración ONAN/ONAF, mientras que el manual técnico americano escribiría “transformador a IEEE C57.12.00, tipo de refrigeración OA, aumento de 65 grados centígrados, clase de 12.47 kV y 95 kV BIL.”
Frecuencia y Clases de Voltaje Comparadas
La frecuencia es el primer factor de división importante. América del Norte, partes de América del Sur y algunas otras regiones utilizan 60 Hz, mientras que la mayoría de los países tienen una frecuencia de 50 Hz. Un transformador se fabrica y construye considerando una cierta frecuencia. Un transformador que trabaja en una frecuencia para la cual no ha sido diseñado puede llevar a una transformación que resultaría en una densidad de flujo mucho mayor, acercándolo a la saturación. Esto tendría efectos adversos considerables, incluyendo sobrecalentamiento, corriente de magnetización excesiva y envejecimiento del aislamiento.
El segundo parámetro que separa los dos sistemas es el voltaje. La red eléctrica de EE. UU. utiliza voltajes de 12.47 kV y 24.9 kV como voltajes estándar, mientras que los sistemas IEC trabajan con 10 kV, 11 kV, 20 kV y 33 kV. El lado de baja tensión también es diferente en EE. UU. (480 y 208 V) y en los sistemas IEC (400 y 415 V). Esto significa que todo el equipo descrito es incompatible, ya que difieren en voltaje.
| Nivel del sistema | ANSI/IEEE (60 Hz) | IEC 60076 (50 Hz) |
|---|---|---|
| Servicio de LV | 120/240 V, 120/208 V, 277/480 V, 600 V | 230/400 V, 415 V |
| Primario de distribución | 2 kV, 12.47 kV, 13.8 kV, 24.9 kV, 34.5 kV | 6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV, 33 kV, 35 kV |
| Subtransmisión | 46 kV, 69 kV, 115 kV | 66 kV, 110 kV, 132 kV, 150 kV |
| Transmisión | 138–500 kV | 220–765 kV |
| Base de clasificación de motor/equipo | 460 V, 575 V, 2300 V | 400 V, 690 V, 3.3 kV, 6.6 kV |
Notación de refrigeración: OA/FA vs. ONAN/ONAF
La denotación de enfriamiento es un área importante de error para principiantes en las solicitudes de cotización (RFQs). En los EE. UU., OA (inmerso en aceite y autoventilado), FA (enfriamiento por aire forzado con ventiladores), FOA (enfriamiento por aceite y aire forzado) y combinaciones son términos comúnmente utilizados. La IEC utiliza el sistema de notación de cuatro letras: O (aceite mineral), N o F (enfriamiento natural o forzado), A o W (aire o agua), N o F (natural o forzado). Por lo tanto, ONAN es equivalente a OA y ONAF es lo mismo que FA. Antes de comparar costos, asegúrese de convertir ambas cotizaciones al mismo sistema: un proveedor que utilice ONAN o ONAF frente a una cotización de EE. UU. que utilice OA causará mucha confusión entre aquellos que revisan las cotizaciones, incluso cuando las máquinas tengan características equivalentes.
| Significado | Notación ANSI/IEEE | Notación IEC |
|---|---|---|
| Inmerso en aceite, autoventilado | OA | ONAN |
| Inmerso en aceite, ventilado por ventilador | FA | ONAF |
| Aceite forzado, aire forzado | FOA | OFAF |
| Aceite forzado, agua forzada | FOW | OFWF |
| Tipo seco, aire natural | AA | UN |
Grupos Vectoriales y Desplazamiento de Fase
Otro aspecto en el que las dos familias en su clasificación de transformadores difieren es la nomenclatura del grupo vectorial. La IEC utiliza el sistema de números de reloj, identificando el transformador como perteneciente a un cierto grupo vectorial que indica el tipo de conexión seguido de un número, que indica el desplazamiento de fase de los devanados en múltiplos de 30 grados (por ejemplo: Dyn11 significa que el devanado de baja tensión adelanta al devanado de alta tensión en 30 grados). El método más comúnmente utilizado en los EE. UU. es el introducido por ANSI; se refiere a la designación angular y la idea de un banco de conexiones (por ejemplo: delta-estrella con un desfase de 30 grados). Debido a que una gran proporción (si no la mayoría) de los transformadores instalados en EE. UU. operan en modo monofásico, la cuestión de los grupos vectoriales no es muy significativa. Aún así, el usuario debe asegurarse de la conexión de los devanados y el ángulo de fase para equipos trifásicos independientemente de la notación utilizada.
| Conexión de devanado | Notación IEC | Descripción ANSI/IEEE | Desplazamiento de fase |
|---|---|---|---|
| Delta HV, estrella LV con neutro | Dyn11 | Delta-estrella, desfase de 30° (convención de EE. UU.) | 330° (LV adelanta) |
| Delta HV, estrella LV, alternativo | Dyn5 | Delta-estrella, 150° | 150° |
| Estrella HV, delta LV | Yd11 | Estrella-delta, 30° | 330° |
| Estrella HV, estrella LV | Yyn0 | Estrella-estrella, 0° | 0° |
| Delta HV, delta LV | Dd0 | Delta-delta, 0° | 0° |
Pruebas, Placas de Identificación y Documentación
La filosofía de pruebas es diferente tanto en el alcance de las pruebas como en la presentación de resultados. La norma IEC 60076 establece pruebas de rutina (relación, grupo vectorial, resistencia, impedancia y pérdidas por carga, pérdidas en vacío y corriente, y pruebas dieléctricas) y pruebas de tipo (aumento de temperatura, resistencia a cortocircuitos, nivel de sonido), con tolerancias claramente especificadas – por ejemplo ± 10% en impedancia y tolerancias especificadas para pérdidas. En cuanto a la práctica de EE. UU., sigue los códigos de prueba establecidos por IEEE C57.12.90 y utiliza fórmulas de evaluación de pérdidas de NEMA TP-1, donde la utilidad asigna el valor en dólares por vatio de pérdidas en vacío y por carga y pide al fabricante que optimice en consecuencia. Además, en los países de IEC, los compradores esperan ver un informe completo sobre pruebas de tipo incluido en la oferta técnica, mientras que las utilidades de EE. UU. requieren inspección de terceros o testigos de pruebas en la fábrica. Sin embargo, la documentación no es un adorno: sirve como base para pasar por aduanas, aceptar bienes en el sitio y obtener seguros.
| Prueba o requisito | Práctica ANSI/IEEE | Práctica IEC 60076 |
|---|---|---|
| Alcance de prueba de rutina | Según IEEE C57.12.90 | Según IEC 60076-1 |
| Tolerancia de impedancia | ±7.5% | ±10% estándar |
| Tolerancia de pérdida en vacío | Según fórmula de evaluación de pérdidas | Especificado en IEC 60076-1 |
| Prueba de aumento de temperatura | Prueba de tipo, clase 65°C | Prueba de tipo, IEC 60076-2 |
| Resistencia a cortocircuitos | IEEE C57.12.90 | IEC 60076-5 |
| Nivel de sonido | Base IEEE C57.12.90 | IEC 60076-10 |
| Referencia de eficiencia | NEMA TP-1 | Valores de pérdida IEC 60076-1 |
Tabla de Comparación Lado a Lado
| Aspecto | Americano (ANSI/IEEE) | Europeo (IEC 60076) |
|---|---|---|
| Frecuencia nominal | 60 Hz | 50 Hz |
| Norma reguladora | Serie IEEE C57.12, NEMA | Serie IEC 60076 |
| Primarios de distribución comunes | 47 kV, 13.8 kV, 24.9 kV, 34.5 kV | 6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV, 33 kV |
| Secundarios LV comunes | 120/240 V, 120/208 V, 277/480 V, 600 V | 230/400 V, 415 V, 6.3 kV, 10.5 kV |
| Notación de enfriamiento | OA / FA / FOA | ONAN / ONAF / OFAF |
| Tolerancia de impedancia | ±7.5% | ±10% (más estricto a pedido) |
| Notación de grupo vectorial | Convenciones de ángulo ANSI | Dyn11, YNd11, etc. |
| Clase de aumento de temperatura | 65°C promedio de bobinado | 60–65 K para clase A/F |
| Referencia de eficiencia típica | Evaluación de pérdidas NEMA TP-1 | Valores de pérdida IEC 60076-1 |
Patrones de aplicación regional
En términos generales, los transformadores americanos satisfacen las necesidades de EE. UU., Canadá, México y algunas regiones de América Central y del Sur, así como el Caribe y otros territorios con un enfoque al estilo estadounidense. Los transformadores europeos, por otro lado, atienden a Europa, Oriente Medio, África, la mayor parte de Asia y una gran parte de los proyectos de energía renovable a nivel mundial, porque la IEC 60076 es el estándar principal para contratos EPC internacionales. Sin embargo, hay excepciones, ya que algunas compañías eléctricas en la región del Golfo requieren unidades ANSI a 50 Hz, mientras que algunos de los países en América Latina mezclan métodos IEC y ANSI. Así que, antes de hacer su oferta, asegúrese de hacer tres preguntas: ¿Cuál es la frecuencia? ¿Cuáles son los voltajes? ¿Cuál es el estándar que implementará el inspector local? Las respuestas le darán toda la información requerida.
Panorama de marcas y rangos de precios
| Marca | Fuerza de la familia estándar | Producto de distribución típico | Rango de precios indicativo (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | ANSI + IEC | Unidades de distribución llenas de líquido y de tipo seco | $12,000–$60,000 |
| Siemens | IEC fuerte, ANSI disponible | Transformadores de distribución e industriales | $11,000–$55,000 |
| Schneider Electric | IEC fuerte | Unidades de tipo seco y de resina fundida | $8,000–$45,000 |
| Hitachi Energy | ANSI + IEC | Transformadores de distribución de grado utilitario | $13,000–$70,000 |
| Eaton | ANSI fuerte | Unidades de tipo seco, montadas en base para el mercado estadounidense | $7,000–$42,000 |
| Prolec GE | ANSI fuerte | Transformadores de distribución de servicios públicos de EE. UU. | $10,000–$55,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | IEC primaria, ANSI a solicitud | Unidades sumergidas en aceite, de tipo seco, de tipo caja, especiales | $9,000–$40,000 |
Los precios varían para el transformador de distribución con una potencia nominal de 1,000 a 2,500 kVA, donde se pueden esperar variaciones dependiendo de la clasificación, pérdidas, clase de voltaje y equipo. Hay varios fabricantes que ofrecen productos excelentes en el contexto de transformadores, como ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy o Eaton, que ofrecen dispositivos excepcionalmente buenos verificados por documentos de prueba aceptados como el estándar de la industria. Jiangsu Subian Electric Power Co. Ltd es una empresa de China que fabrica transformadores sumergidos en aceite, de tipo seco y de tipo caja de acuerdo con la IEC 60076 y también proporciona diseños ANSI/IEEE para proyectos de 60 Hz a precios asequibles para clientes que requieren que se cumplan todos los estándares de ingeniería. Los materiales utilizados en la fabricación incluyen acero silicio orientado al grano y cobre para el bobinado, mientras que se realizan todo tipo de pruebas en la fábrica antes de enviar los transformadores. Más detalles están disponibles en el sitio web de Subian Electric.
Cómo elegir la familia de estándares adecuada
- Comience con la creación de la red. La amperaje (50-60 Hz) y la potencia principal/auxiliar en esta ubicación determinan el rango para 90% de temas.
- Investigue los principios locales. Si el proveedor o el organismo de monitoreo sigue el estándar IEC 60076, entonces adquiera el equipo IEC; sin embargo, si se basan en el IEEE C57.12, busque los productos ANSI. No permita que las opciones baratas dicten sus decisiones.
- Transforme los detalles de las especificaciones en términos de notación de enfriamiento, resistencia y BIL en un lenguaje unificado para poder comparar las cotizaciones.
- Examine el costo total de la instalación de compra que cubre todos los gastos: envío y transporte de equipos, fondos gastados en la instalación.
- Asegúrese de que se cumplan las condiciones de operación en paralelo. Si es importante que una nueva unidad funcione junto con otra, asegúrese de tener parámetros de rendimiento compatibles.
- Presente los requisitos relacionados con las pruebas. Debe recibir un informe de prueba estándar y un certificado de pruebas realizadas por una institución reconocida si su proyecto es especialmente significativo.
- Utilice varios estándares para la adquisición si es necesario.
Preguntas Frecuentes
¿Se puede utilizar un transformador de 50 Hz en una red de 60 Hz?
En términos generales, sí; sin embargo, debe verificar con el fabricante. A 60 Hz, la densidad de flujo disminuye aproximadamente 17% en comparación con el punto de diseño de 50 Hz, lo que resulta en una disminución de las pérdidas en vacío y la corriente de magnetización. Solo hay un cambio menor en el componente de pérdida de carga y la impedancia; por lo tanto, la clasificación exacta de la placa puede no cumplirse a 60 Hz. Para una instalación permanente, prefiera un dispositivo fabricado para la frecuencia de red real, en lugar de usar uno que sea capaz de operar en frecuencias cruzadas.
¿Qué estándar es más común para proyectos de exportación internacional?
IEC 60076 es el estándar para la mayoría de los proyectos de exportación en Europa, África, Oriente Medio, el sudeste asiático y América Latina, mientras que ANSI/IEEE solo se aplica a América del Norte y algunos territorios adyacentes. Si su comprador es un contratista EPC, puede esperar ver IEC 60076-1, -2, -3 y -5 referenciados en la especificación.
¿Son intercambiables físicamente los transformadores americanos y europeos?
Con algunos cambios. Las configuraciones de la bushing, la posición de los terminales, las aletas de las unidades de enfriamiento, las indicaciones en la placa de identificación y las conexiones del panel de baja tensión difieren de una manera a otra. En la mayoría de los casos, al colocar el equipo estadounidense en una estación IEC, la unidad debe adaptarse con barras colectoras y los circuitos de protección deben ser reconfigurados adecuadamente.
¿Subian fabrica transformadores según ambos estándares?
Ciertamente. Jiangsu Subian Electric Power utiliza IEC 60076 como su estándar y lleva a cabo prácticas ANSI/IEEE (IEEE C57.12.00, C57.12.20) para todos sus trabajos de proyectos de 60 Hz, incluyendo clases de voltaje ANSI y tipo de enfriamiento OA/FA. La planta realiza pruebas estándar de acuerdo con el código de prueba apropiado y está en condiciones de ofrecer exámenes presenciados o de terceros de cualquier tipo.
¿Cuál es la diferencia de precio típica entre las versiones ANSI e IEC de la misma clasificación kVA?
Incluso para clasificaciones idénticas, la variación de precios está típicamente en el rango de 5-15%, que puede verse influenciada más por el diseño de los tanques, el tipo de aisladores y el alcance de las pruebas que por el estándar en sí. Un transformador de la clasificación de 1,000 kVA12.47 kV puede, por lo tanto, tener un precio en el área de $12,000-28,000 con configuración ANSI y $11,000-26,000 con configuración IEC. Por lo tanto, se debe pedir a un fabricante de transformadores tanto ANSI como IEC que proporcione ambas cotizaciones y comparar las pérdidas y accesorios en consecuencia.
Referencias
- IEEE C57.12.00 — Requisitos Generales para Transformadores de Distribución, Potencia y Regulación Sumergidos en Líquido — la especificación americana fundamental para la clasificación y prueba.
- IEC 60076-1 — Transformadores de Potencia: General — el estándar paraguas de la serie IEC 60076 utilizado en todo el mundo.
- IEC 60076-5 — Capacidad para Resistir Cortocircuitos — el estándar de verificación de cortocircuito IEC mencionado en las solicitudes de cotización de exportación.
- NEMA TP-1 — Guía para Determinar la Eficiencia Energética de Transformadores de Distribución — el punto de referencia de eficiencia de EE. UU. para la evaluación de pérdidas.
- IEEE C57.12.20 — Norma para Transformadores de Distribución Aéreos y Montados en Base — el estándar de construcción para las unidades de distribución americanas más comunes.
- IEC 60076-10 — Determinación de Niveles de Sonido — la norma de prueba IEC para el ruido de transformadores, relevante para la ubicación urbana e industrial.
Conclusión
Los transformadores en los Estados Unidos y Europa se fabrican de acuerdo con varios principios, lo que significa que habrá diferencias significativas entre ellos, como frecuencia, voltaje, sistema de refrigeración, grupos vectoriales y método de prueba. La mejor manera de realizar la compra correcta es primero determinar los parámetros de la red eléctrica (por ejemplo, frecuencia y voltajes de entrada/salida, y norma según la cual se produce la unidad) y luego convertir las ofertas de los fabricantes en un formato, comparando los costos totales y las pérdidas de las unidades en lugar de sus precios solamente. Comparta los datos de su sistema con Subian a través de la página web oficial para recibir una cotización ajustada a las especificaciones en la familia estándar que su proyecto realmente necesita.