Factor K

Transformadores Trifásicos Secos tipo JFK, con Factor K

TM2000 Equipos Eléctricos tiene la capacidad de diseñar y fabricar transformadores con factores K4, K13 y K20, con las características de sobrecapacidad que aseguran una confiabilidad absoluta para emplearse en la alimentación de cargas controladas electrónicamente, que manejen corrientes distorsionadas, con alto contenido de armónicas; proporcionando a la industria eléctrica nacional transformadores secos tipo JFK.

Aplicación de la electrónica en la industria

La industria moderna cada vez hace más uso del control de la energía eléctrica por medios electrónicos, empleando dispositivos de estado sólido tales como los SCR, DIACS, transistores y capacitores. Estos controles se encuentran en computadoras, maquinas copiadoras, equipo de telecomunicaciones, alumbrado, servomecanismos, motores, etc. Los controles electrónicos continuamente cortan y encienden la corriente eléctrica produciendo formas de ondas de corriente no sinusoidales en la fuente de suministro de corriente.

Sobre capacidad del transformador con factor K

Las corrientes alternas con formas de onda no sinusoidales, fuertemente distorsionadas por el “switcheo” de los controles electrónicos pueden exceder la capacidad nominal de los transformadores de distribución y causar sobre-calentamientos no esperados, además de provocar una disminución radical de la vida útil del aparato, aun cuando estos transformadores estén suministrando menos del 50 por ciento de su capacidad.

Conductor del neutro X0

En los sistemas alimentados con devanados conectados en estrella, el conductor del neutro conduce corrientes de la triple armónica de 180 hertz; estas ondas no se cancelan entre sí como sucede con las de 60 hertz, sino que se suman en el conductor del neutro, el cual conduce una corriente con un valor de tres veces la corriente de la tercera armónica, por lo que en estos transformadores debe darse atención al diseño del conductor del X0.

Corrientes armónicas

Una onda de corriente alterna no sinusoidal está compuesta por la suma de varias ondas sinusoidales que tienen una frecuencia tal que es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental y se puede demostrar que únicamente están presente los múltiples nones. Si una onda distorsionada tiene una fundamental de 60 hertz, sus armónicas son: tercera 180 hertz, quinta 300 hertz, séptima 420 hertz, etc.

El grado de distorsión se mide con el factor DHT (Distorsión Armónica Total), el cual es igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los contenidos de todas las armónicas, dividido entre la corriente al cuadrado a la fundamental de 60 hertz. El factor DHT se puede medir directamente en un sistema por medio de un instrumento Analizador de Redes; este aparato a la vez proporciona un reporte del espectro de las armónicas.

Factor K para transformadores

El factor K asignado a un transformador y marcado en su placa de datos, es un índice de su habilidad para operar con la corriente de su carga nominal que contenga una determinada cantidad de armónicos, sin rebasar la temperatura permisible en sus devanados. De acuerdo a la norma ANSI C57.110-1986, se establecen los factor K-1, K4, K9, K13, K20, K30 y K40. En la tabla siguiente se indican los contenidos de armónicas hasta la armónica 15 para los factores K-4, K-13, K-20 y K-30 más utilizados. Los valores de armónicas aquí establecidos son arbitrarios y los valores reales en un sistema pueden variar; el usuario seleccionará el factor K más adecuado a su sistema.

Pérdidas indeterminadas

En el diseño y el comportamiento de un transformador, es importante tomar en cuenta las “pérdidas indeterminadas” ocasionadas por el efecto de que la corriente alterna de 60 hertz no emplea eficientemente toda la sección de un conductor para circular por él; este efecto se incrementa con las armónicas de 180 hertz y superiores; por lo que en estos transformadores diseñamos sus devanados para mantener las “pérdidas indeterminadas” a porcentajes mínimos y en todos caso diseñamos las bobinas para mantener su temperatura dentro de los límites de norma. El cálculo de este fenómeno requiere un complejo programa propio de computadora.

Blindaje electrostático

En virtud de que los transformadores con factor K generalmente tienen como carga delicados equipos electrónicos, estos transformadores obligadamente se surten con un blindaje electrostático de lámina de cobre puesta a tierra, colocado entre los devanados de alta y baja tensión. El blindaje electrostático provee un camino de baja impedancia a tierra, a señales de alta frecuencia contenidas en la fuente de voltaje. El blindaje no desarrolla ninguna función en amortiguar el contenido de armónicas en la corriente o en el voltaje del transformador; sin embargo el blindaje proporciona una protección altamente eficaz a los sensibles equipos electrónicos, eliminando el ruido eléctrico y los transistorios generados en el lado de alta tensión del transformador.

Diseño de los transformadores con factor K

Los transformadores que cumplen con el factor K son similares a los transformadores trifásicos secos normales y se fabrican con los mismos cuidados; sin embargo para los de factor K se tienen que tomar en cuenta las corrientes armónicas que aumentan el valor eficaz de la corriente, el calentamiento debido a las pérdidas indeterminadas por alta frecuencia, la circulación de las corrientes de la tercera armónica dentro de la conexión delta y en el neutro de la estrella, el arreglo adecuado de los conductores en paralelo y otros elementos como el blindaje electrostático, que hacen que los transformadores con factor K resulten con dimensiones, peso y precio mayores que su contra parte normal, aumentando conforme al valor del factor K.

Capacidad de los transformadores JFK

Los transformadores trifásicos con factor K los podemos surtir en las capacidades de 5 a 150 KVA, con las relaciones usuales de 480 – 220/127 V, 440 – 220/127 V, 440 – 208/120 V, 220 – 220/127 V o similares; con aislamientos de las clases “B”, “F” y “H”, dentro de gabinete Nema 1, o Nema 3.