Transformador QDTB®
All figures are configurator-generated feasibility-level estimates; drawings are schematic deliverables pending refinement by a licensed design institute, not construction documents.
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500 kW Fabricación Industrial: Caída de Arranque del VFD 1.2% y PFC

Alimentación de 10 kV · redundancia N+1 de 2×500 kVA · motor VFD de 90 kW · PFC desintonizado de 152 kvar

1 · TL;DR Conclusion

Conclusión: esta fábrica de 500 kW utiliza una alimentación de 10 kV + 2 transformadores sumergidos en aceite S13-M-500/10 (redundancia N+1); el motor de 90 kW arranca mediante VFD para mantener la caída de tensión en la barra en 1,2 %, con 152 kvar de PFC desintonizado — total del configurador ≈ $97.492 (nivel de viabilidad).

  • •2 transformadores S13 de 2×500 kVA con redundancia N+1; ante la pérdida de una unidad, la carga es del 84%, dentro de la banda económica del 60–85%
  • •Arranque con VFD de motor de 90 kW: caída de bus del 1,2%, muy por debajo del límite del 10% (con arranque directo sería del 5,9%)
  • •Escenario con alta densidad de VFD estima un THDi del 20% por encima del límite — se recomienda filtrado activo APF (las reactancias de desintonía solo evitan la amplificación)
  • •La actualización a SH15 de aleación amorfa ahorra ≈2.366 kWh/año (≈$284), con un retorno de inversión de 3,4 años
  • •Cortocircuito de 17,6 kA (BT) / 28,9 kA (MT); las verificaciones de capacidad de corte y térmica de cables se cumplen

2 · Solution Overview

Una planta de fabricación típica con múltiples circuitos: carga de alta potencia (motores/equipos de 440 kW + iluminación de 60 kW) con un motor VFD de 90 kW. El esquema utiliza una única alimentación de servicios públicos de 10 kV, transformadores duales N+1, aparamenta de baja tensión GGD y PFC central.

2×500 kVA (N+1)
Capacidad del transformador
S13-M-500/10
Modelo del transformador
10 kV / 0,4 kV
Tensión
Red de alimentación única 10 kV
Fuente
500 kW
Carga instalada
400 kW (kd 0,8)
Demanda
152 kvar (4×38)
Corrección del factor de potencia
90 kW (VFD)
Motor más grande
SourceRoleShare kWShare
Grid 10 kVbase400 kW100%

Calculadora de Sistema Eléctrico para Parque Industrial

Dimensione la distribución eléctrica para una fábrica o parque industrial: factor de demanda, proporción de motores, compensación reactiva y filtrado de armónicos, con BOM y diagrama unifilar.

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Smart Monitoring & Control
Add the protection, metering and SCADA (monitoring & secondary) layer to the BOM and architecture diagram.

3 · Design Process & Rationale

1. Identificación de requisitos

La carga de la planta es predominantemente de potencia (440 kW de motores/líneas de producción + 60 kW de iluminación) con el motor más grande de 90 kW y arranques/paradas frecuentes + control de velocidad por VFD. Sin carga de grado 1/crítica (predeterminado), corte permitido ≤15 s.

2. Factor de carga y diversidad

No todos los circuitos funcionan a plena carga simultáneamente; con kd=0,8 la demanda es 500×0,8=400 kW. Esto —no los 500 kW instalados— determina el dimensionamiento del transformador, evitando el sobredimensionamiento.

3. Fuente y mix

Una única alimentación de la red de 10 kV es suficiente (sin requisito de emergencia/respaldo); el mix es 100% red.

4. Dimensionamiento del transformador

Demanda aparente Sd=400/0,95≈421 kVA, redondeada al escalón de 500 kVA; para resiliencia ante fallo de una unidad seleccionamos N+1 → 2×500 kVA S13 sumergidos en aceite, 84% de carga.

5. Distribución y protección

Entrada MV KYN28A-12 → 2 transformadores → barra LV GGD (con sección de enlace de barras). La protección utiliza sobrecorriente 50/51 con escalonamiento 0,3/0,2 s; los 5 pares de coordinación pasan.

6. Reactivos y armónicos

FP objetivo 0,95 requiere 152 kvar (4×38 kvar bancos desintonizados). Alta densidad de VFD → THDi estimado 20% sobre el límite del 15%; las reactancias desintonizadas evitan la amplificación, se recomienda APF si es necesario.

7. Fiabilidad y requisitos especiales

La redundancia N+1 mantiene la carga al 84% ante la pérdida de una unidad; el motor de 90 kW arranca mediante VFD con una caída del 1,2%, muy por debajo del límite del 10% para arranque directo.

Pain Points → Solution → Evidence

Pain

El motor dispara o las luces parpadean en cada arranque

Solution

Arrancar el motor de 90 kW mediante VFD, reduciendo la relación de corriente de arranque de 6,5 a 1,3

Evidence

Verificación V5: caída de arranque 1,4 % ≤ 10 % (DOL 5,9 %, Y-Δ 2,1 %, arranque suave 2,8 %, VFD mejor 1,2 %)

Pain

Los VFD están por todas partes y los armónicos queman el banco de condensadores

Solution

Las reactancias de desafinación evitan la amplificación; añadir APF cuando se supere el límite

Evidence

Verificación V6: THDi estimado 20 % > límite 15 % — se recomienda APF

Pain

Las altas pérdidas del transformador inflan la factura eléctrica

Solution

Actualizar a transformador de aleación amorfa SH15 para reducir las pérdidas en vacío

Evidence

TCO: S13→SH15 ahorra ≈2.366 kWh/año (≈284 $), retorno de inversión 3,4 años

Pain

Un fallo de un transformador detiene toda la planta

Solution

Transformadores duales N+1; la unidad superviviente soporta la planta

Evidence

N-1: 84 % de carga tras la pérdida de una unidad (aprobado), transferencia en 2 s ≤ 15 s permitidos

4 · Key Parameter Deep-Read

ParameterValueBasisImpact & Boundary
Capacidad del transformador500 kVA ×2Sd=400/0,95≈421 kVA → nivel de 500 kVA; N+1 → 2 unidadesCarga del 84%, dentro de la banda económica del 60–85%
Aumentar a 630 kVA si la demanda supera ~450 kW
Tensión de entrada10 kVTensión típica de suministro de MT en polígonos industrialesDefine la clase de tensión MT/BT y el nivel de falla
Sitios grandes (≥ varios kVA) pueden usar 35 kV
Factor de diversidad kd0,8Valor de la industria para cargas de planta multicircuito no simultáneasLa demanda es de 400 kW (no 500), lo que determina el nivel del transformador y el costo
Verificar contra el perfil de carga real; demasiado alto sobredimensiona, demasiado bajo riesgo de sobrecarga
Factor de potencia objetivo0,95Objetivo de compensación para evitar penalizaciones por FP152 kvar de compensación
La sobrecompensación puede resonar; usar conmutación escalonada
Arranque del motor más grande90 kW · VFDLa corriente de arranque de 90 kW es elevada; la relación VFD de 1,3 es la más bajaCaída de barra del 1,2% vs 5,9% con arranque directo
El VFD cuesta más que el arranque suave; los motores pequeños pueden usar arranque suave/Y-Δ
CortocircuitoMT 28,9 / BT 17,6 kANivel de falla del sistema de 500 MVA (por confirmar) + impedancia del transformador del 4%Define la capacidad de corte del interruptor (BT 25 kA / MT 31,5 kA) y la sección térmica del cable
Confirmar el nivel de falla real con la compañía eléctrica (toConfirm: ssc)
Capacidad de PFC152 kvar (4×38)Calculado a partir de la brecha entre pfProm 0,85 → pfObjetivo 0,95Cumplimiento de FP, menor carga y pérdidas del transformador
Los sistemas con muchos VFD necesitan reactores desintonizados (evitar amplificación de 5º/7º)

5 · Drawing Deep-Read

Dwg 3/23Diagrama unifilar — Alimentación de 10 kV → celdas de MT KYN28A-12 → 2×S13-M-500/10 → barra de BT GGD → alimentadores
Why: El diagrama unifilar es el esqueleto: muestra la estructura N+1 — dos entradas de MT alimentan cada una a un transformador, los lados de BT se enlazan mediante un interruptor de acoplamiento, de modo que el fallo de cualquier unidad individual nunca deja fuera de servicio a la planta.
Dwg 6/23Sistema de distribución de MT — Celda de MT KYN28A-12 · interruptor de vacío · 10 kV
Why: La selección de celdas de MT sigue la tensión y el nivel de falla: ikMv=28.9 kA aquí, por lo que capacidad de corte de 31.5 kA (margen de 1.1×), con sobrecorriente 50/51 configurada para coordinar aguas abajo.
Dwg 8/23Cálculo de cortocircuito — Nivel de falla del sistema de 500 MVA · transformador uk=4% · ikMv 28,9 kA · ikLv 17,6 kA · cable de 300 mm²
Why: La corriente de falla determina tres cantidades de seguridad: la capacidad de corte del interruptor, el tamaño térmico mínimo del cable (44 mm² requiere 300 mm²) y la base para el ajuste de protecciones. Este plano cuantifica la seguridad.
Dwg 15/23Curva de coordinación de protecciones TCC — Acometida 50/51 (0,6 s) → acometida BT (0,3 s) → alimentador (0,1 s); escalonamiento 0,3/0,2 s
Why: La TCC verifica la selectividad: una falla aguas abajo dispara solo su alimentador, no el principal. Los 5 pares aquí tienen Δt=0,3/0,2 s ≥0,2 s y relación 8,5×, por lo que se mantiene la selectividad — sin apagón general de la planta por una sola falla.
Dwg 19/23Compensación reactiva y de armónicos — 152 kvar (4×38 kvar bancos desintonizados) · FP objetivo 0.95
Why: El banco de PFC eleva el FP de 0.85 a 0.95, reduciendo la carga del transformador y las penalizaciones por FP; los reactores sintonizados por debajo del 5.º armónico evitan la amplificación: la solución para el punto débil de "los armónicos queman los condensadores".
Dwg 14/23Configuración de protección — 50/51 sobrecorriente · acometida(0.6s)→acometida BT(0.3s)→alimentador(0.1s), 5 pares aprobados
Why: Esto ubica cada zona de protección y sus ajustes: acometida MT, transformador, acometida BT y alimentador forman cuatro niveles escalonados 0.6/0.3/0.1 s, de modo que una falla aguas abajo dispara solo su circuito. Se complementa con la curva TCC — la TCC muestra la coordinación tiempo-corriente, esta muestra la asignación de dispositivos/relés.
Dwg 12/23Evaluación de la calidad de la energía — THDi estimado 20% > límite de 15% · se recomienda reactor desintonizado + APF
Why: Esto cuantifica el riesgo armónico de un escenario con alta densidad de VFD: un THDi ~20% supera el límite del 15%, por lo que los reactores desintonizados por sí solos no son suficientes — se necesita un APF. Es la evidencia directa del problema de “los armónicos queman los condensadores”, y proporciona una base cuantitativa para la mitigación (desintonizado + APF).

The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):

Dwg 1 · Base de diseño eléctricoDwg 4 · Topología del sistemaDwg 5 · Sistema de distribuciónDwg 7 · Sistema de distribución de baja tensiónDwg 9 · Normas aplicablesDwg 10 · Datos técnicos del equipoDwg 13 · Arquitectura SCADADwg 16 · Sistema de puesta a tierraDwg 17 · Protección contra sobretensionesDwg 18 · Disposición del equipoDwg 20 · Control y señalización secundariosDwg 23 · Alimentación auxiliar de CCDwg 2 · Leyenda de símbolosDwg 11 · Construcción y pruebasDwg 21 · Regleta de terminalesDwg 22 · Disposición del panel

6 · Operation Demo (Deep-Read)

Flujo de energía

Demanda de 400 kW de la red → aparamenta de media tensión → dos transformadores S13 → bus de baja tensión → 10 alimentadores. Los transformadores duales comparten la carga (~42% cada uno); ante la pérdida de una unidad, la superviviente soporta el 84%.

Falta y protección

Una falta en un alimentador aguas abajo dispara solo ese alimentador en 0,1 s mientras que el de aguas arriba mantiene 0,3 s (selectividad); la pérdida de red sin respaldo anula toda la cadena, lo que demuestra el valor del escalonamiento.

Calidad de potencia y armónicos

La densidad de VFD sitúa el THDi en ~20%, por encima del límite del 15%; compare el espectro armónico antes/después del tratamiento con reactor desintonizado + APF para cuantificar la causa y la solución de que «los armónicos queman los condensadores».

Pérdidas y coste eléctrico

Pérdidas del transformador p0=0,39 / pk=5,15 kW, ≈97.003 kWh/año (≈11.640 $ a 0,12 $/kWh); cambiar a SH15 amorfo ahorra 2.366 kWh/año (≈284 $), con un retorno de inversión de 3,4 años.

Other views (shown): Operación 24h · Perfil de tensión · Características del esquema · Derrateo ambiental

7 · Economics & Payback

Equipo total del configurador ≈ $97,492 (nivel de viabilidad, incl. 2 transformadores de 500 kVA, aparamenta MT/BT, PFC, cables, secundario). La economía se centra en las pérdidas: S13 ≈97,003 kWh/año; actualizar a SH15 amorfo ahorra 2,366 kWh/año (≈$284) con un retorno de 3.4 años — cuanto mayor sea la carga, más rápido será el retorno.

$97,492
Total de equipos
97,003 kWh
Pérdidas anuales
$11,640/año
Costo de pérdidas
$284/año
Ahorro SH15
3.4 años
Retorno de SH15

8 · FAQ

¿Qué tamaño de transformador para una planta de 500 kW?
Con kd=0.8, la demanda es 400 kW ≈ 421 kVA aparentes, por lo que se necesita 500 kVA. Para evitar tiempo de inactividad ante falla de una unidad, use 2×500 kVA N+1 (carga del 84% tras la pérdida de una unidad).
¿Cuánta caída de tensión provoca el arranque del motor de 90 kW?
El arranque con VFD mantiene la caída en la barra en 1.2% frente al 5.9% con arranque directo (DOL), muy por debajo del límite del 10%, por lo que no hay parpadeo ni disparo.
¿Cómo manejo los armónicos del VFD?
Las reactancias desintonizadas primero desplazan la resonancia por debajo del 5º armónico para evitar amplificación; aquí la THDi ~20% supera el 15%, así que añada un filtro activo APF para eliminarla por completo.
¿Qué significa redundancia N+1?
Dos transformadores se respaldan mutuamente: normalmente ~42% cada uno; si uno falla, el otro soporta el 84% de la planta sin sobrecarga, con transferencia en ~2 s.
¿Cuánto puedo ahorrar en electricidad?
La actualización a amorfo SH15 ahorra ≈2,366 kWh/año (≈$284) con un retorno de inversión de 3.4 años; una mayor carga ahorra más.
¿Cuáles son las corrientes de cortocircuito y qué interruptores elegir?
BT 17.6 kA, MT 28.9 kA. Elija capacidad de corte de BT 25 kA (margen 1.4×) y MT 31.5 kA (margen 1.1×) — ambos pasan.
¿Cuánto cuesta este esquema?
Total del configurador ≈ $97,492 (nivel de factibilidad, incluye transformadores, aparamenta de MT/BT, PFC, cables, secundario), excluyendo obra civil e instalación.
¿Puedo ampliar más adelante?
La carga actual es del 84%, dejando ~16% de margen en el nivel de 500 kVA; por encima de ~450 kW de demanda, pase a 630 kVA o añada un transformador.

Special Considerations

  • El nivel de falla del sistema por defecto es 500 MVA — confirme el valor real con la empresa de red (afecta los ajustes de protección y la térmica del cable; toConfirm: ssc).
  • No se proporciona clasificación de cargas, por lo que no se asume carga crítica/grado 1; las cargas de incendio/emergencia deben clasificarse según IEC 60364 y agregar doble suministro/transferencia automática (toConfirm: loadGrade).
  • THDi ~20% está por encima del límite; los reactores desintonizados solo evitan la amplificación — agregue un APF para eliminar realmente la advertencia.
  • Estimación a nivel de factibilidad; los planos están pendientes de un instituto de diseño autorizado, no son documentos de construcción.

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