I. Situación Actual de los Transformadores de Distribución de Bajo Consumo a Nivel Nacional e Internacional

• Estados Unidos: El Departamento de Energía y la Agencia de Protección Ambiental lanzaron conjuntamente en 1998 el "Programa Energy Star para Transformadores" para promover transformadores de distribución de alta eficiencia y bajas pérdidas.

• Canadá y otros países: Canadá, Australia, México y otros países han formulado e implementado estándares mínimos de eficiencia energé tica para transformadores. Los productos que no cumplan con estos estándares mínimos no pueden comercializarse.

• Japón: Implementa el "Programa Líder en Transformadores".

• Unión Europea: La UE aplica los estándares de eficiencia energética HD428 para transformadores de distribución trifásicos sumergidos en aceite y HD 538 para transformadores de distribución trifásicos secos. Se publican los valores de pérdidas de los transformadores y las tolerancias permitidas. Si las pérdidas en las pruebas de aceptación en fábrica superan los valores estipulados, el transformador puede ser rechazado o se puede exigir una compensación económica por el exceso.

• China: En comparación con los estándares de la UE, los estándares chinos para transformadores de distribución son más bajos. Por ejemplo: la serie S11 tiene una pérdida en vacío un 3% más baja en promedio que el estándar más alto de la UE (serie C), pero las pérdidas de carga son un 8% más altas en promedio.

  • Mediante un diseño optimizado, se ha logrado el transformador con núcleo enrollado tridimensional, que ahorra materiales, energía, es seguro y tiene bajo ruido.

  • Hengfengyou Electric fabricó transformadores sumergidos en aceite S13/S15 utilizando chapas de acero al silicio, cuyos índices superan el estándar HD428 de la UE para transformadores de distribución trifásicos sumergidos en aceite.

  • Fabricaron transformadores secos SCB11/SCB13 utilizando chapas de acero al silicio, cuyos índices superan el estándar de eficiencia energética HD538 de la UE para transformadores de distribución trifásicos secos.

II. Dos Tipos de Transformadores de Distribución de Bajo Consumo

• Transformadores Amorfos: Reducen significativamente las pérdidas en vacío. Existen cuestionamientos sobre su seguridad y impacto ambiental en el extranjero. No se han implementado a gran escala en Estados Unidos y Japón. Hitachi se volcó al mercado chino para vender materiales amorfos.

• Transformadores con Núcleo Enrollado Tridimensional: Su tecnología de fabricación se originó en China. Los fabricantes nacionales utilizan chapas de acero al silicio de bajo consumo y rendimiento estable, y han producido transformadores con núcleo enrollado tridimensional S14/S15. Estos transformadores reducen razonablemente las pérdidas en vacío y bajo carga, logrando un ahorro energético significativo en transformadores de distribución.

• La eficiencia del transformador de distribución amorfo sumergido en aceite es solo del 98.5%, mientras que el estándar de eficiencia energética de la UE para transformadores sumergidos en aceite de chapa de acero al silicio es superior al 99.2%. Académico Zhu Yinghao: Las pérdidas en vacío son 1/10 de las pérdidas de carga. Una vez que las pérdidas en vacío se reducen a un cierto nivel, continuar reduciéndolas con alto costo carece de sentido práctico. Utilizar chapas de acero al silicio Hi-B de alta calidad y reducir razonablemente las pérdidas en vacío y bajo carga es la dirección de desarrollo para transformadores de alta eficiencia.

III. El Efecto Real de Ahorro de Energía del Transformador con Núcleo Enrollado Tridimensional es Superior al del Transformador Amorfo

Bajo diferentes condiciones de carga, el efecto de ahorro de energía del transformador con núcleo enrollado tridimensional es mejor que el del transformador amorfo.

IV. Las Principales Prestaciones del Transformador con Núcleo Enrollado Tridimensional son Superiores a las del Transformador Amorfo

Comparativa de Materiales:

• Chapa de Acero al Silicio (kg): A=1680, B=1440 -> B es mejor.

• Cable de Cobre (kg): A=478, B=656 -> A es mejor.

• Peso Total del Transformador (kg): A=2950, B=2530 -> B es mejor.

• Resumen: El transformador con núcleo enrollado tridimensional utiliza la menor cantidad total de materiales; el transformador amorfo utiliza la mayor cantidad.

Comparativa de Eficiencia Energética:

• Pérdidas en Vacío (W): A=450, B=670 -> A es mejor.

• Corriente de Vacío (%): A=0.35, B=0.1 -> B es mejor.

• Pérdidas en Línea por Corriente de Vacío (Ref. Núcleo Enrollado=1): A=12.25, B=1 -> B es mejor.

• Pérdidas bajo Carga al 50% (W): A=2680, B=1910 -> B es mejor.

• Eficiencia al 50% de Carga: A=99.40%, B=99.48% -> B es mejor.

• Pérdidas bajo Carga al 100% a 75°C (W): A=10300, B=7740 -> B es mejor.

• Eficiencia al 100% de Carga: A=98.93%, B=99.16% -> B es mejor.

• Resumen: El transformador con núcleo enrollado tridimensional tiene la corriente de vacío más baja y un efecto de ahorro de energía significativo. Aunque las pérdidas en vacío del transformador amorfo son muy bajas, su corriente de vacío es alta, y sus pérdidas en la línea de transmisión son mayores que las del transformador con núcleo enrollado tridimensional.

Comparativa Medioambiental:

• Ruido (dB): A=68, B=46 -> B es mejor.

• Reciclaje de Materiales: Material amorfo no reciclable vs. Chapa de acero al silicio reciclable -> B es mejor.

• Resumen: Problemas medioambientales relacionados con el reciclaje de materiales amorfos; no se popularizó en Japón; Hitachi se centró en el mercado chino.

Comparativa de Prestaciones Electromagnéticas, Eléctricas y Mecánicas:

• Prestaciones Electromagnéticas: A (Circuito magnético trifásico asimétrico, corriente de vacío desequilibrada, alta distorsión armónica) vs. B (Circuito magnético trifásico completamente simétrico, corriente de vacío equilibrada, baja distorsión armónica) -> B es mejor.

• Estructura del Núcleo y Bobinas: A (Uniones del núcleo pegadas con adhesivo, estructura colgante del núcleo, no robusta) vs. B (Núcleo sin uniones, bobinas fijadas al núcleo, robusto) -> B es mejor.

• Capacidad de Resistencia a Impactos Mecánicos: A=Deficiente, B=Fuerte -> B es mejor.

• Capacidad de Resistencia a Cortocircuitos Súbitos: A=Deficiente, B=Fuerte -> B es mejor.

• Volumen del Transformador (mm): A=2010×1350×1820, B=1450×1280×1780 -> B es mejor.

• Resumen: La seguridad y fiabilidad a 20 años de las uniones pegadas con adhesivo y la estructura colgante del núcleo aún están por verificarse.

Comparativa Económica:

• Coste de Referencia (10k CNY): A=13.8, B=11.5 -> B es mejor.

Conclusión: El transformador con núcleo enrollado tridimensional S15-MRL es superior al transformador amorfo SH15 en ahorro de materiales, eficiencia energética, protección ambiental, seguridad y economía.

V. Promoción del Transformador con Núcleo Enrollado Tridimensional

1. Proyecto de Transformador con Núcleo Enrollado Tridimensional de Alta Eficiencia y Bajo Consumo: Cumple con el "Catálogo Guía para el Ajuste de la Estructura Industrial (Edición 2011)" de la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma; cumple con el "Catálogo de Equipos (Productos) de Protección Ambiental Actualmente Fomentados por el Estado (Edición 2010)"; y cumple con el "Primer Catálogo de Nuevas Tecnologías Clave para Promover" de State Grid Corporation of China.

   • Fu Xinian, experto en transformadores de WuGaoSuo, propuso en un artículo de 2012 que el ruido de los transformadores amorfos no debe subestimarse; recomendó promover el transformador con núcleo enrollado tridimensional por su ahorro de materiales, eficiencia energética, seguridad y bajo ruido.

   • ABB y Siemens han adquirido la tecnología de producción de transformadores con núcleo enrollado tridimensional de Guangdong Haihong Transformer Factory. ABB los produce en Alemania y Corea.

2. Ejemplo de Ahorro en Jiangsu (2012): La compra de 26,922 unidades S15-MRL en lugar de S11 ahorraría 881.16 millones de kWh en 10 años, ahorrando 704.93 millones de CNY, casi recuperando el coste total de la compra. Cálculo detallado basado en 250kVA por unidad.

3. Se sugiere implementar esquemas de medición en alta tensión para usuarios de distribución de 10kV, permitiéndoles compartir los beneficios del ahorro energético e incentivando la adopción social de transformadores eficientes.

   • Con los objetivos de ahorro energético y reducción de emisiones del XII Plan Quinquenal, el transformador S15-MRL, al reducir las pérdidas en vacío y bajo carga, juega un papel crucial.

VI. Comparación de Prestaciones de Tres Estructuras de Transformadores Secos

(Ejemplo: 1000kVA/10kV)

• Materiales: Núcleo Enrollado (C) utiliza menos materiales totales; Amorfo (B) utiliza más.

• Eficiencia Energética: Núcleo Enrollado (C) tiene la corriente de vacío más baja y el mejor rendimiento general de eficiencia. Amorfo (B) tiene las pérdidas en vacío más bajas, pero mayores pérdidas en línea por corriente de vacío.

• Medio Ambiente: Núcleo Enrollado (C) tiene el ruido más bajo y materiales reciclables. Amorfo (B) tiene ruido alto y materiales no reciclables.

• Prestaciones Electromagnéticas/Mecánicas: Núcleo Enrollado (C) tiene las mejores prestaciones (simetría, robustez, resistencia). Amorfo (B) tiene prestaciones deficientes.

• Economía: Núcleo Laminado (A) tiene el coste más bajo, seguido de Núcleo Enrollado (C). Amorfo (B) es el más caro.

• Conclusión: El transformador con núcleo enrollado tridimensional es el mejor en ahorro de materiales, eficiencia energética, protección ambiental, seguridad y fiabilidad, y rendimiento integral. El transformador amorfo tiene ruido alto, baja resistencia a impactos/cortocircuitos y mayores pérdidas parásitas en la línea. El transformador de núcleo laminado tiene seguridad verificada pero menor eficiencia. ABB y Siemens producen transformadores de núcleo enrollado tridimensional.

VII. Comparación de Prestaciones de Tres Estructuras de Transformadores Sumergidos en Aceite

( Ejemplo: 1000kVA/10kV )

• Materiales: Núcleo Enrollado (C) utiliza menos materiales totales; Amorfo (B) utiliza más.

• Eficiencia Energética: Núcleo Enrollado (C) tiene la corriente de vacío más baja y el mejor rendimiento general de eficiencia. Amorfo (B) tiene las pérdidas en vacío más bajas, pero mayores pérdidas en línea por corriente de vacío.

• Medio Ambiente: Núcleo Enrollado (C) tiene el ruido más bajo y materiales reciclables. Amorfo (B) tiene ruido alto y materiales no reciclables.

• Prestaciones Electromagnéticas/Mecánicas: Núcleo Enrollado (C) tiene las mejores prestaciones (simetría, robustez, resistencia). Amorfo (B) tiene prestaciones deficientes.

• Economía: Núcleo Laminado (A) tiene el coste más bajo, seguido de Núcleo Enrollado (C). Amorfo (B) es el más caro.

• Conclusión: El transformador con núcleo enrollado tridimensional es el mejor en ahorro de materiales, eficiencia energética, protección ambiental, seguridad y fiabilidad, y rendimiento integral. El transformador amorfo tiene ruido alto, baja resistencia a impactos/cortocircuitos y mayores pérdidas parásitas en la línea. El transformador de núcleo laminado tiene seguridad verificada pero menor eficiencia. ABB y Siemens producen transformadores de núcleo enrollado tridimensional.