Transformator uscat sau în ulei: cum alegeți între 400 și 2500 kVA (pierderi, foc, amplasare, mentenanță)

Transformator uscat sau în ulei? Pe scurt: în clădirile în care lucrează sau locuiesc oameni (birouri, spitale, centre comerciale, centre de date) se alege de regulă transformatorul uscat în rășină turnată, cu clasele E2 / C2 / F1, pentru că nu aduce ulei în clădire. În exterior și în posturile operatorilor de distribuție se alege transformatorul trifazat ermetic în ulei: are pierderi mai mici, zgomot mai redus și poate fi montat afară. Diferența de pierderi este reală și se poate calcula. După plafoanele Ecodesign Faza 2, un transformator de 1600 kVA în ulei are cel mult 1080 W la gol și 12.000 W în sarcină, iar unul uscat 1980 W și 13.000 W. La jumătate de sarcină, transformatorul uscat pierde în plus circa 10.000 kWh pe an. Mai jos găsiți tabelul comparativ, pierderile la 630, 1000 și 1600 kVA, ce înseamnă clasele F1, E2 și C2, ce se cere pentru retenția uleiului, un exemplu de calcul pentru 1600 kVA (subsol de birouri față de post exterior la o fabrică) și ce cer specificațiile DEER ST-11 și ST-12.

Răspuns scurt: când alegeți uscat și când în ulei

Dacă vă interesează costul de achiziție, citiți ghidul despre prețul unui transformator 20/0,4 kV; aici comparăm soluțiile tehnice și costul energiei pierdute.

Diferența dintre transformatorul uscat și cel în ulei: tabel comparativ

Tabelul compară transformatoarele de putere uscate (rășină turnată) cu transformatoarele de putere în ulei, în execuție ermetică. Valorile numerice sunt plafoanele din specificațiile DEER (ST-12 pentru uscat, ST-11 pentru ulei), pentru 20/0,4 kV: pierderile sunt preluate din Regulamentul (UE) 548/2014, Faza 2, iar nivelurile de zgomot din SR EN 50588-1 (uscat), respectiv SR EN 50708-2-1 (ulei).

Două observații. Pierderile în sarcină se declară la temperaturi de referință diferite (120 °C la uscat, 75 °C la ulei), deci plafoanele nu se compară direct, ci așa cum le compară regulamentul: fiecare la temperatura sa de referință. Apoi, durata de funcționare cerută de operator este aceeași, 24 de ani, deci diferența de pierderi se plătește pe toată această durată.

Transformatoarele uscate pierd mai mult? Diferența în kWh pe an

Pierderile la gol (P0) se plătesc 8760 de ore pe an, indiferent de sarcină. Pierderile în sarcină (Pk) scad cu pătratul gradului de încărcare β. Energia pierdută într-un an este:

E = (P0 × 8760 + Pk × β² × 8760) ÷ 1000 [kWh/an]

Cu plafoanele Faza 2 din tabelele I.1 (ulei) și I.2 (uscat) ale Anexei I la Regulamentul (UE) 548/2014 și β = 0,5 (deci β² = 0,25):

Calcul pentru rândul de 630 kVA: ΔE gol = 450 × 8760 ÷ 1000 = 3942 kWh; ΔE sarcină = 2500 × 0,25 × 8760 ÷ 1000 = 5475 kWh; total 9417 kWh pe an.

Tabelul arată ceva ce o comparație între fișe de catalog nu arată: la puteri mici, diferența vine mai ales din pierderile în sarcină, iar de la 1000 kVA în sus vine mai ales din pierderile la gol. La 1600 kVA, 78 % din diferență (7884 din 10.074 kWh) se pierde și atunci când clădirea este goală, noaptea și în weekend. Pentru metoda completă, cu factorii de capitalizare A și B, citiți ghidul despre calculul pierderilor unui transformator. Pentru costul anual, înmulțiți ΔE cu prețul energiei din contractul dumneavoastră: fiecare 0,10 lei/kWh înseamnă, la 1600 kVA, 10.074 × 0,10 ≈ 1007 lei pe an.

Pentru medie tensiune cu Um 36 kV, tabelul I.3a din același regulament permite majorarea plafoanelor: +10 % la Pk și +15 % la P0, atât pentru ulei, cât și pentru uscat (cu secundarul de cel mult 3,6 kV). Tabelul complet pe trepte de putere, cu curenți și ucc, este în articolul transformator 20/0,4 kV: date tehnice.

Siguranța la foc și amplasarea în clădiri

Clasele E2, C2 și F1 la transformatorul uscat

SR EN IEC 60076-11 (ediția internațională IEC 60076-11:2018) definește trei clase pe care trebuie să le cereți explicit. Specificația DEER ST-12 le definește astfel:

• F1 — comportare la foc: transformator supus riscului de incendiu; se cer inflamabilitate restrânsă și emisie minimă de substanțe toxice și de fum opac.
• E2 — mediu: funcționare în mediu cu condens frecvent, poluare ridicată sau ambele.
• C2 — climatică: funcționare, transport și depozitare la temperaturi ambiante de până la −25 °C.

Ediția 2018 a standardului a adus modificări care contează la achiziție: clase climatice noi, legătura dintre locul de montaj și clasa de mediu, introducerea unei clase seismice și, la clasele de comportare la foc, „limitarea la 1000 kVA” și o procedură de încercare mai riguroasă. Există deja certificate pentru combinații mai severe, de exemplu E4-C3-F1, obținute pe o unitate de 1000 kVA, 20/0,4 kV. Atenție la un detaliu din ST-12: lista de standarde de produs trimite la SR EN IEC 60076-11:2019, dar capitolul de încercări trimite încă la SR EN IEC 60076-11:2005. Pentru un transformator uscat de 1600 kVA, cereți în ofertă raportul de încercare de tip pentru F1, ediția standardului după care s-a făcut și puterea unității încercate.

Transformatorul în ulei în clădire: retenția uleiului și separarea la foc

Uleiul mineral este un lichid combustibil, de aceea întrebarea nu este dacă transformatorul poate fi montat în clădire, ci ce construiți în jurul lui. Specificația DEER ST-11 îl prevede și pentru interior (PTM, PTZ, PTAb, PA, posturi subterane). IEC 61936-1 (în România SR EN 61936-1), standardul pentru instalații de peste 1 kV, cere ca scurgerile de lichid izolant să fie reținute, ca să nu polueze solul și apa. În interior, scurgerea se reține cu pardoseală impermeabilă și prag în jurul transformatorului sau se colectează într-un spațiu de reținere dedicat. Volumul se dimensionează pentru uleiul din transformator plus apa din instalația de stingere, dacă există. Același standard are și cerințe de separare la foc pentru transformatoarele de interior, în funcție de tipul și de volumul lichidului.

Practic, pentru un transformator în ulei în clădire aveți nevoie de cuvă sau prag de retenție, pereți și planșee de separare, uși rezistente la foc, ventilație și o soluție acceptată în scenariul de securitate la incendiu al clădirii. Esterii naturali (lichide cu punct de ardere ridicat, clasa K) reduc riscul de incendiu și pe cel de mediu, dar nu elimină retenția. Masa uleiului se citește pe desenul de gabarit al ofertei.

Umiditate și poluare: interior față de exterior

Specificațiile DEER pornesc de la aceleași condiții climatice (−30 °C / +50 °C valori extreme, altitudine de cel mult 1000 m), dar diferă acolo unde contează:

Un transformator uscat montat într-un subsol cu condens, într-o hală cu praf conductor sau pe litoral are nevoie de o clasă de mediu potrivită (E2 sau mai mult) și de o încăpere ventilată și curată. Transformatorul ermetic își protejează partea activă prin cuvă, deci este mai tolerant la umiditate și poluare; în exterior, nivelul de poluare (II, III sau IV în ambele specificații) contează mai ales pentru linia de fugă a izolatoarelor de trecere.

Exemplu de calcul: 1600 kVA în subsolul unei clădiri de birouri față de post exterior la o fabrică

Datele comune: 1600 kVA, 20/0,4 kV, plafoane Faza 2. Curentul nominal este I = 1600 ÷ (√3 × 0,4) = 2309 A pe JT și I = 1600 ÷ (√3 × 20) = 46,2 A pe MT, în ambele cazuri.

Cazul A — clădire de birouri, post în subsol. Profil de sarcină: 2600 de ore pe an la β = 0,6 (zile lucrătoare, program) și 6160 de ore la β = 0,2 (noapte și weekend).

1. Ore echivalente pentru pierderile în sarcină: h = 0,6² × 2600 + 0,2² × 6160 = 936 + 246,4 = 1182,4 h.
2. Transformator uscat: E = (1980 × 8760 + 13.000 × 1182,4) ÷ 1000 = 17.344,8 + 15.371,2 = 32.716 kWh pe an.
3. Transformator în ulei, în aceeași încăpere: E = (1080 × 8760 + 12.000 × 1182,4) ÷ 1000 = 9460,8 + 14.188,8 = 23.649,6 kWh pe an.
4. Diferența: 32.716 − 23.649,6 = 9066,4 kWh pe an, adică circa 217,6 MWh în 24 de ani; 53 % din pierderile uscatului (17.344,8 kWh) sunt pierderi la gol.
5. Căldura de evacuat din încăperea transformatorului uscat, la sarcină nominală: 1980 + 13.000 = 14.980 W. Debitul de aer pentru o creștere de temperatură de 15 K: V = 14,98 ÷ (1,2 × 1,005 × 15) = 0,828 m³/s ≈ 2981 m³/h. La vârful real (β = 0,6), căldura scade la 1980 + 13.000 × 0,36 = 6660 W, adică circa 1325 m³/h.

Concluzia pentru cazul A: transformatorul uscat costă circa 9000 kWh pe an în plus, dar elimină cuva de retenție, separarea la foc pentru lichid combustibil și sarcina de incendiu a uleiului sub spații ocupate. Zgomotul trebuie luat în calcul: plafonul de putere acustică LwA de 68 dB, față de 58 dB pentru ulei, cere ca încăperea să nu se învecineze direct cu birourile și ca transformatorul să stea pe suporturi antivibrații (accesoriu opțional în ST-12). Pentru clădiri cu sarcini critice, vedeți soluțiile pentru centre de date.

Cazul B — fabrică în două schimburi, post exterior. Profil de sarcină: 5000 de ore pe an la β = 0,7 și 3760 de ore la β = 0,3.

1. Ore echivalente: h = 0,7² × 5000 + 0,3² × 3760 = 2450 + 338,4 = 2788,4 h.
2. Transformator în ulei: E = (1080 × 8760 + 12.000 × 2788,4) ÷ 1000 = 9460,8 + 33.460,8 = 42.921,6 kWh pe an.
3. Transformator uscat, dacă ar fi montat într-o anvelopă: E = 17.344,8 + 13.000 × 2788,4 ÷ 1000 = 17.344,8 + 36.249,2 = 53.594 kWh pe an.
4. Diferența: 10.672,4 kWh pe an, adică circa 256,1 MWh în 24 de ani.
5. Retenția: la un post exterior pe platformă se prevede cuvă de retenție, iar la un post de transformare în anvelopă (PTAB), cuva face parte din anvelopă. Verificați pe desenul de gabarit masa uleiului și volumul cuvei.

Concluzia pentru cazul B: transformatorul ermetic în ulei este alegerea corectă. Pierde mai puțin, se montează afară fără o construcție suplimentară și face mai puțin zgomot. Un transformator uscat ar cere în plus o anvelopă proiectată pentru exterior, fără să aducă un avantaj de siguranță care să compenseze cei 10.672 kWh pe an.

Ce cer operatorii români: DEER ST-11 față de ST-12

Distribuție Energie Electrică Romania (ex-Electrica) are două specificații separate, iar diferențele dintre ele sunt, de fapt, regulile de alegere de mai sus:

Ambele specificații cer ca, la recepția în fabrică, pierderile măsurate să nu depășească plafoanele din tabelul 1, iar rapoartele de încercări de tip să fie emise de laboratoare acreditate în sistemul EA. Pentru transformatoarele care trec în patrimoniul operatorului, anexa pe putere (de exemplu anexa 28 din ST-12, pentru 1600 kVA, 20/0,4 kV) se completează și se semnează de ofertant. În zonele Rețele Electrice, Delgaz Grid sau Distribuție Energie Oltenia, cereți specificația operatorului respectiv. În Republica Moldova, Regulamentul UE nu se aplică direct; nivelul de pierderi se ia din caietul de sarcini al operatorului.

Greșeli frecvente

• Compararea pierderilor în sarcină la temperaturi de referință diferite. Fiecare plafon are temperatura lui de referință: 13.000 W la 120 °C pentru uscat, 12.000 W la 75 °C pentru ulei, la 1600 kVA. Cereți valorile garantate la temperatura de referință din ST-12, respectiv ST-11.
• Evaluarea pierderilor doar la sarcină nominală. La 1600 kVA, diferența de pierderi la gol (900 W, adică 7884 kWh pe an) contează mai mult decât diferența în sarcină (1000 W la β = 1, dar doar 2190 kWh pe an la β = 0,5).
• Clasa F1 cerută fără raport de încercare. IEC 60076-11:2018 a schimbat încercarea de foc și o leagă de 1000 kVA; pentru 1600 kVA, cereți raportul de tip și puterea unității încercate.
• Transformator uscat într-o încăpere fără ventilație calculată. La 1600 kVA și sarcină nominală trebuie evacuați aproape 15 kW; cu ΔT = 15 K, asta înseamnă circa 2981 m³/h de aer.
• Cuva de ulei dimensionată fără apa de stingere. Volumul de retenție în interior se dimensionează pentru ulei plus apa din instalația de stingere, conform IEC 61936-1.

Ce trebuie să conțină cererea de ofertă

• Tipul: uscat în rășină turnată sau ermetic în ulei (ulei mineral, ester natural la nevoie).
• Puterea, raportul de transformare, grupa Dyn5, prizele ±2×2,5 % și ucc (6 % pentru uscat; 4 % sau 6 % pentru ulei la 630 kVA).
• Pierderile garantate P0 și Pk, cel mult la plafonul Faza 2, cu temperatura de referință (120 °C uscat, 75 °C ulei).
• Pentru uscat: clasele E, C și F (cel puțin E2 / C2 / F1), clasa termică F, descărcări parțiale ≤ 10 pC, IP00 sau IP31, senzori PT100.
• Pentru ulei: cuva ermetică, masa uleiului, releul de protecție și volumul de retenție.
• Nivelul de zgomot LwA și condițiile de montaj (interior, subsol, exterior, altitudine, poluare).
• Lista de încercări și rapoartele de tip, cu ediția standardului.

Rolul Entogo

Entogo este o companie canadiană cu fabrică proprie în China; Entogo Inc. semnează contractul, asigură suportul tehnic și emite garanția. Pentru clădiri, gama include transformatoare uscate în rășină turnată de 100–3150 kVA, cu Um până la 36 kV, clasa de izolație F (H la cerere), clase de mediu, climatică și de comportare la foc stabilite după specificația proiectului (de exemplu E2 / C2 / F1), IP00 sau carcasă IP21 / IP31 și monitorizare PT100. Pentru exterior și rețea există transformatoare trifazate ermetice în ulei de 40–3150 kVA, ONAN, cu ulei mineral sau ester natural la cerere; ambele game au pierderi la nivelul Ecodesign Faza 2. Pentru puteri de 2,5–31,5 MVA există transformatoare de putere în ulei până la 36 kV. Dacă transformatorul intră într-un post complet, vedeți posturile de transformare compacte și ghidul despre prețul unui post de transformare prefabricat, precum și soluțiile pentru posturi de transformare și distribuție; pentru marcă proprie, programul OEM pentru transformatoare.

Echipamentele IEC/CE de catalog au un termen mediu de livrare de aproximativ 12 săptămâni, confirmat în ofertă. Garanția este de minimum 36 de luni, cu durata stabilită pe produs; dacă operatorul cere 60 de luni, ca în ST-11 și ST-12, scrieți cerința în cererea de ofertă. Certificările cerute de piață sau de client sunt disponibile la cerere, iar documentația tehnică este pe pagina de documentație. Dacă nu ați fixat încă puterea, începeți cu ghidul de dimensionare a transformatorului.

Trimiteți-ne datele proiectului — puterea, locul de montaj, profilul de sarcină și specificația operatorului — iar echipa Entogo vă răspunde în limba română în cel mult o zi lucrătoare.