La alimentación y monitoreo de una red aislada para un recinto médico requiere la instalación de un tablero compuesto por cuatro partes fundamentales: la conmutación entre red principal y alternativa, el transformador de aislación, el monitor de aislación y su repetidor y los elementos de mando y protección. En este artículo, un detalle acerca del transformador en cuestión.
Ver Glosario de siglas
● AEA: Asociación Electrotécnica Argentina
● IEC: International Electrotechnical Commission, ‘Comisión Electrotécnica Internacional’
● IRAM: Instituto Argentino de Normalización y Certificación
● ISO: International Organization for Standardization, ‘Organización Internacional de Normalización’
● IT: Isolated Terra, ‘tierra aislada’
● PTC: Positive Temperature Coefficient, ‘coeficiente de temperatura positivo’
● UTI: unidad de terapia intensiva
Los transformadores de aislación deben estar diseñados para satisfacer los requisitos relacionados a las salas del grupo 2 (a y b) que define la reglamentación AEA 90364-7-710:
- Salas grupo 2a: Operaciones de cirugía menor, sin introducción de catéteres en el corazón (sin riesgo de microchoque).
- Salas grupo 2b: salas donde se realizan operaciones de órganos de todo tipo (cirugía mayor), introducción de catéteres en el corazón, introducción quirúrgica de partes de aparatos, operaciones de todo tipo, mantenimiento de las funciones vitales con equipos electromédicos, intervenciones a corazón abierto (riesgo de microchoque).
Figura 1. Tableros Vita y Modular, de Servelec
La referida reglamentación AEA determina el uso de transformadores monofásicos y de aislación seca debido a su menor riesgo de incendio, contaminación y mayor confiabilidad para la prestación del servicio, y define un acotado rango de potencias que va desde 3,15 hasta 8 kVA, siendo 5 kVA la potencia preferida para las unidades de terapia intensiva (UTI) y quirófanos.
Transformadores de potencia menor a 3,15 kVA no son aconsejables debido al elevado valor de su impedancia de cortocircuito, que impedirá la actuación segura de los interruptores termomagnéticos colocados aguas abajo del transformador. Transformadores de potencias mayores a 8 kVA no son aconsejables debido a la elevada capacidad distribuida que tendrá tanto el propio transformador como así también el cableado de la red IT.
Principales características técnicas que deben cumplir los transformadores:
Transformadores de potencia menor a 3,15 kVA no son aconsejables debido al elevado valor de su impedancia de cortocircuito, que impedirá la actuación segura de los interruptores termomagnéticos colocados aguas abajo del transformador. Transformadores de potencias mayores a 8 kVA no son aconsejables debido a la elevada capacidad distribuida que tendrá tanto el propio transformador como así también el cableado de la red IT.
Principales características técnicas que deben cumplir los transformadores:
- Tipo: monofásicos de aislación seca
- Rango de potencias: de 3,15 a 8 kVA
- Relación: 1:1 con tensión nominal máxima de 230 Vca
- Corriente de vacío: menor al 3% de la corriente nominal
- Corriente de conexión: menor a doce veces la corriente nominal
- Tensión de cortocircuito: menor al 3% de la tensión nominal
- Clase térmica: aislación clase H
- Nivel de aislación: 3 kV
- Rigidez dieléctrica: mayor a 500 MΩ
- Corriente de fuga a tierra: menor a 0,1 mA
- Nivel de ruido: menor a 40 dB a 30 cm de distancia y a potencia nominal
- Pantalla electrostática entre primario y secundario
- Conexión para monitoreo de fuga, a mitad del bobinado secundario y a borne aislado
- Sensor de temperatura: de tipo PTC o Pt1 OO
- Elevada capacidad de sobrecarga
Fabricación de un transformador con esas características
Baja corriente de inserción y bajas pérdidas con núcleo de buena calidad
Un núcleo construido con chapa de hierro-silicio de grano orientado M4, preferentemente con corte step-lap, garantiza baja corriente de vacío y disminuye de manera significativa las pérdidas. La primera característica es necesaria para cumplir con el requisito de un valor inferior al 3% de la corriente nominal y la segunda posibilitará disminuir significativamente la sobreelevación de temperatura en el núcleo.
Bajas pérdidas específicas en el núcleo junto a la elección de una adecuada inducción magnética de trabajo y correcto diseño en la geometría de los bobinados permiten alcanzar el requisito de una corriente de inserción inferior a doce veces la corriente nominal. Este requisito es indispensable para evitar la actuación intempestiva de las protecciones magnéticas aguas arriba del transformador cuando está conectado a la red.
La figura 2 exhibe oscilogramas de las corrientes de inserción de un transformador de 5 kVA a dos columnas, obtenidas durante un ensayo según lo indicado el punto 13.3 de la IEC 61558-2-15.
El transformador en vacío se alimenta a la tensión primaria asignada. La tensión de alimentación se conecta y desconecta un total de veinte veces a intervalos de aproximadamente 10 s.
El valor de la corriente de inserción del transformador será igual al máximo valor cresta registrado. El oscilograma corresponde al mayor valor registrado durante el ensayo, 320 A pico, valor que corresponde a una corriente de inserción de 10,4 veces la nominal.
Bajas pérdidas específicas en el núcleo junto a la elección de una adecuada inducción magnética de trabajo y correcto diseño en la geometría de los bobinados permiten alcanzar el requisito de una corriente de inserción inferior a doce veces la corriente nominal. Este requisito es indispensable para evitar la actuación intempestiva de las protecciones magnéticas aguas arriba del transformador cuando está conectado a la red.
La figura 2 exhibe oscilogramas de las corrientes de inserción de un transformador de 5 kVA a dos columnas, obtenidas durante un ensayo según lo indicado el punto 13.3 de la IEC 61558-2-15.
El transformador en vacío se alimenta a la tensión primaria asignada. La tensión de alimentación se conecta y desconecta un total de veinte veces a intervalos de aproximadamente 10 s.
El valor de la corriente de inserción del transformador será igual al máximo valor cresta registrado. El oscilograma corresponde al mayor valor registrado durante el ensayo, 320 A pico, valor que corresponde a una corriente de inserción de 10,4 veces la nominal.
Figura 2. Valores de corriente de inserción registrados en veinte disparos
Capacidad de sobrecarga: aislaciones clase H
Los transformadores deben tener una gran capacidad de sobrecarga incluso durante lapsos prolongados de tiempo. Esta característica es muy importante en redes IT para salas del grupo 2, ya que en todo momento se debe priorizar y garantizar la continuidad de prestación del servicio de energía eléctrica aún en condiciones anómalas.
Para lograr este objetivo, el transformador deberá estar construido con aislaciones clase H y proyectado con una muy baja sobreelevación térmica para condiciones normales, de manera tal que en condición de sobrecarga, las temperaturas alcanzadas por los bobinados no superen las máximas admitidas para la clase térmica citada: 125°C de sobreelevación térmica sobre un ambiente de 40 °C, según IEC 61558.
Lograr este objetivo lleva a disponer el transformador sobre un núcleo a dos columnas e incorporar canales de ventilación entre bobinados para aumentar la superficie de disipación térmica, mientras que la elección de un número de espiras reducido y baja densidad de corriente en los bobinados disminuye la potencia disipada por el conjunto, logrando de este modo reducir la sobreelevación térmica.
Las curvas de la figura 3 muestran el calentamiento de un transformador de 5 kVA a dos columnas, para distintas condiciones de carga (a potencia nominal y con un 30 y 50% de sobrecarga). Es de notar que, a potencia nominal, el transformador ensayado presenta una temperatura de 63 °C, y que aún con un 50% de sobrecarga, la máxima sobreelevación térmica alcanzada por los bobinados es de 116 °C, valor que no sobrepasa el límite de 125 definido por la norma lEC para la clase H.
Para lograr este objetivo, el transformador deberá estar construido con aislaciones clase H y proyectado con una muy baja sobreelevación térmica para condiciones normales, de manera tal que en condición de sobrecarga, las temperaturas alcanzadas por los bobinados no superen las máximas admitidas para la clase térmica citada: 125°C de sobreelevación térmica sobre un ambiente de 40 °C, según IEC 61558.
Lograr este objetivo lleva a disponer el transformador sobre un núcleo a dos columnas e incorporar canales de ventilación entre bobinados para aumentar la superficie de disipación térmica, mientras que la elección de un número de espiras reducido y baja densidad de corriente en los bobinados disminuye la potencia disipada por el conjunto, logrando de este modo reducir la sobreelevación térmica.
Las curvas de la figura 3 muestran el calentamiento de un transformador de 5 kVA a dos columnas, para distintas condiciones de carga (a potencia nominal y con un 30 y 50% de sobrecarga). Es de notar que, a potencia nominal, el transformador ensayado presenta una temperatura de 63 °C, y que aún con un 50% de sobrecarga, la máxima sobreelevación térmica alcanzada por los bobinados es de 116 °C, valor que no sobrepasa el límite de 125 definido por la norma lEC para la clase H.
Figura 3. Curvas de calentamiento de un transformador de 5 kVA. Relación 230/230 Vca (dos columnas). Las temperaturas del eje y representan las sobreelevaciones térmicas alcanzadas en régimen.
Fabricación controlada
El proceso de fabricación de estos transformadores debe contemplar un cuidadoso armado de su parte activa (núcleo y bobinas), como así también la impregnación del conjunto con barnices clase H y su posterior horneado en condiciones controladas para el óptimo secado y curado. Esto permite garantizar el cumplimiento de los requisitos de baja rumorosidad (menor a 40 dB) y elevada rigidez dieléctrica (mayor a 3kV).
El uso de prensayugos de sujeción aislados y con tratamiento anticorrosivo, bornes de carril con conexión a tornillo, bulón para toma de tierra con aterrado del núcleo y marcado según norma define un transformador adecuado para su utilización en locales de uso médico.
El uso de prensayugos de sujeción aislados y con tratamiento anticorrosivo, bornes de carril con conexión a tornillo, bulón para toma de tierra con aterrado del núcleo y marcado según norma define un transformador adecuado para su utilización en locales de uso médico.
Plan de control
Es menester hacer controles preventivos intermedios durante el proceso de fabricación a los efectos de verificar que cada etapa del proceso se vaya realizando conforme a las especificaciones propias del producto y cumpliendo los requisitos de calidad. De esta manera, se garantiza que el ensayo final resulte en un producto conforme.
Protocolo de Ensayo
El Protocolo de Ensayo es un documento controlado, específico de cada unidad producida, que pone en conocimiento del cliente el rendimiento del producto adquirido en relación a los requisitos de las normas contempladas en el proceso de diseño o las pautas contractuales establecidas.
Se realiza en un laboratorio de ensayos con instrumentos de calibración certificada según los requisitos de la Norma IRAM-ISO 9001:2015.
Se realiza en un laboratorio de ensayos con instrumentos de calibración certificada según los requisitos de la Norma IRAM-ISO 9001:2015.
Por Servelec
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