elementos diferenciadores en transformadores de distribucion angelo vieira

© ABB Group May 18, 2011 | Slide 1

ABB Transformadores Cobertura mundial

Angelo Luiz Vieira, Power Automation world, 28 de Abril, 2011


La industria global de transformadores Líder mundial

2

2,5

2,8

4

6

10

22

0 5 10 15 20 25

C GL-PAUWELS

WAUKESHA

HOWARD

SCHNEIDER

AREVA

SIEMENS-VATECH

ABB

El mayor fabricante de transformadores del mundo ABB entrega

~ 2.000 transformadores de potencia por año ~ 500.000 transformadores de distribución por año

* División de mercado global, 2009.

ABB hay suministrado mas de 70% de todos os transformadores de potencia dos EUA.

*


Capacidad global 55 fabricas


ABB Tecnología

Cuatro plataformas de tecnología común, garante alta calidad

72.5 kV

171 kV

Tensión

Core type

Shell type

Transformadores de potenciaPereira, Colombia

40 MVA 63 MVA Potencia

Transformadores de potenciaGuarulhos, Brasil

SecoZaragoza, España

10 MVA

36 kV

Transformadores dedistribución en aceiteBlumenau, Brasil


Transformadores de distribución Elementos diferenciadores

Angelo Luiz Vieira, Power Automation world, 28 de Mayo, 2011


Transformadores de distribución Elementos diferencias

Elevación 55° x 65° C

Devanados en aluminio

Transformadores con cuba ondulada

Green-R-Trafo


Elevación 55° x 65° C


Transformadores de distribución Elevación 55° x 65° C

En 1958 los fabricantes de aislantes empezaron a introducir en los mercado nuevos aislantes tratados químicamente (Thermally Upgraded Kraft TUK)

En la década de 60 los fabricantes de transformadores de USA empezaran a testear y utilizar la elevación de 55/65° C

Después de la fase de adaptación de estudios en 1962 la NEMA reconoce lo TUK y establece el limite de elevación de temperatura único de 65° C

Desde 1962 se torno practica común en todo el mercado de USA y hoy también enAmérica Central, inclusive en algunos países de América del Sur


Transformadores de distribución Elevación 55° x 65° C - Normas

ANSI

IEEE Std C57.12.00™-2006 Requirements for Liquid- Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers;

Elevación 65/65°C.

IEC

IEC 60076-2:1993-04. Power Transformers, Part 2: Temperature Rise;

Elevación 60/65°C.

ABNT

ABNT NBR 5356-2:2007 Transformadores de potência Parte 2: Aquecimento;

Permite la elevación de 65/65°C con el uso de papel termo estabilizado

© ABB Group 18 de maio de 2011 | Slide 10

Um estudo realizado em 2005 mostra no gráfico ao lado o comportamento do papel kraft (55°C) e termoestabilizado (65°C);

Este estudo considerou o ponto mais quente de cada nível de elevação ( 95 e 110°C);

O gráfico ao lado nos mostra por exemplo, que na condição D (transformadores de distribuição) na elevação D-65°C o transformador apresenta uma vida útil maior que na condição D-55°C;

Ambos atendem a expectativa de vida determinda pela ANSI para distribuição que é de 180.000 Horas.

Transformadores de distribución Elevación 55° x 65° C – Vida Útil

© ABB Group 18 de maio de 2011 | Slide 11

Transformadores de distribución Elevación 55° x 65° C – Referencias

Mercado Norte Americano:

Suministro de mas de 30.000 transformadores donde se destacan clientes como: Wesco (texas), Salt-River (regiones deserticas), Flórida Power (Flórida), TXU (texas) entre otros.

América del Sur:

Suministro para Bolívia, Peru, Panamá y Chile.

Cemig, COPEL, CELESC, Chilectra, Chilquinta:

Suministro de unidades trifásicas y monofásicas;

Vale – CVRD:

Suministro de trifásicos;

Petrobrás:

Suministro de trifásicos;


Devanados en Aluminio


Transformadores de distribución Devanados en aluminio

Durante la segunda guerra mundial los fabricantes empezaron a utilizar aluminio como alternativa para trasmisión y distribución eléctrica.

Aluminio tiene una densidad mas baja.

Tiene una mayor resistencia contra corrosión en virtud de una protección por Alúmina.

Mejor conductividad térmica.

Mejor costo.

Afirmación Verdadero Falso

Transformadores con bobinado de aluminio no son compatibles con cables de cobre; X

Transformadores con bobinado de aluminio son mas ligeros que los de cobre; X

Transformadores con bobinado de cobre soportan mejor las fuerzas de corto-circuito; X

Transformadores de aluminio tienen perdidas mas altas; X

Transformadores con aluminio calientan mas que los de cobre porque la conductividad

térmica es menor; X

Transformadores con cobre son mas pequeños que los de aluminio; X




Característica Aluminio Cobre Tema

Conductividad eléctrica

36.6 x 106 W-1m-1 59.6 x 106 W-1m-1 Se cree que la inferioridad de la conductividad del aluminio, considerando el hecho de que el aluminio tiene solamente 61% de la conductividad del cobre, causaría pérdidas más altas en los transformadores

Diseño ABB

Para mantener la temperatura por debajo del grado de aislamiento, el diseño de ABB utiliza conductores con una área de 63% más grande que el cobre.

Con el incremento de la sección transversal del aluminio, las pérdidas resistivas serán las mismas que en los enrollados de cobre.



Característica Aluminio Cobre Tema

Capacidad calorífica

0.220 cal/gºC 0.092 cal/gºC El aluminio disipa mejor el calor pero tiene un peso menor (aprox. 49% del peso de un devanado de cobre).

Diseño ABB

(M al / M cu) x (c al / c cu) = 0,488 x (0,220/0,092) =1,167

Esto representa que el aluminio tiene una capacidad superior en 16,7% que la capacidad de disipación del cobre.

Los efectos mecánicos de las cargas del "alto impacto“, como corrientes de corto-circuito dependen más del equilibrio y montaje del arrollamiento/núcleo que del tipo de conductor que se este usando.

Devanados en aluminio soportan mejor corrientes de sobrecarga

Mejor comportamiento térmico en curto circuito.



Conclusiones

Diseños en aluminio pueden obtener pérdidas iguales que el cobre y hasta menor en virtud del menor costo.

Considerando que las pérdidas son iguales para una misma base, no hay razón práctica para pensar que un diseño sea más eficiente que el otro.

En resumen, es mas ventajoso para el cliente dejar libre la elección del tipo de material del bobinado al proponente, que intentará siempre optimizar los diseños de acuerdo a las características solicitadas, siempre considerando la disponibilidad y los costos de los materiales en el mercado.



Experiencia ABB

ABB tiene una experiencia de mas de 30 años en la producción de transformadores en Aluminio.

70% - 80% de la producción de transformadores en DTR es hecha en aluminio.

No se han verificado diferencias en las tajas de falla en sitio entre transformadores de cobre y aluminio.

El países de Europa y USA aceptan aluminio hace muchos años.

La diferencia de costo, dependiendo de las caracterizas de diseño pueden legar a un 25%.



Referencias

Hoy 83% de las concesionarias de Brasil acepta aluminio, así como grandes industrias.

En Chile, Chilectra, Chilquinta y Codelco aceptan aluminio.



Cuba ondulada


Utilizados en todo el mundo por más de 30 años;

Transformador más pequeño y más ligero;

Normalmente utilizado hasta 5000 kVA;

Mayor capacidad de disipación de calor.

Transformadores de distribución Cuba ondulada


Reduce la posibilidad de oxidación del aceite porque el aire no entra en contacto con el mismo (herméticamente sellado).

Poden ser fabricados con conservador de aceite o sellado.

La disipación es hecha por la expansión de la cuba principal, lo cual es la superficie para el resfriamiento.

Es muy utilizado en Europa y USA.



El Detector Integrado de Seguridad (RIS) reúne en un único equipo el monitoreo de gases, temperatura, presión y nivel del aceite.



• Economía de 15% en el costo del transporte.

• Reducción de aproximadamente 9% en el consumo de aceite (reducción en los riscos ambientales).

• Reducción del espacio para instalación del equipo.

• Inexistencia de cualquiera montaje en campo (“plug and play”).

• Reducción significativa en el precio de venta.



Alguns exemplos de fornecimento:

Grupo Arcelor Mittal

Vale

Efacec

Stemac

Corn Products Brasil

Minera Gaby

Codelco



Green-R-TrafoIntroducción


Green-R-Trafo Nuestras necesidades de todos los días…

ABB transformadores puede contribuir para una alta eficiencia de energía e baja emisión de CO2

El mundo ahora está cada vez mas en busca de sistemas y productos eficientes. Los transformadores ABB suportan os sistemas que mantiene el mundo trabajando.

Incremento de la populación

Consumo de energía 2 x mayor en 30 años

Sustentabilidad Preocupación con la

mudanzas en el clima Proveer soluciones y

productor eficientes Investir en lo futuro


Green-R-Trafo Transformadores de distribución

Perdidas en transformadores de distribución representan una parte considerable de las perdidas totales en los sistemas de distribución

Gran potencial de economizar energía con instalación de transformadores de bajas perdidas en las nuevas instalaciones

Mas economía de energía cambiando viejos transformadores de altas perdidas por nuevos de bajas perdidas


Green-R-TrafoAspectos futuros


Aspectos futuros Base para lo diseño del trasformador

Aspectos técnicos

Especificación del cliente

Normas nacionales

Normas internacionales

Aspectos financieros, tres alternativas

Solamente precio unitario

Perdidas máximas – con o sin tolerancia

Capitalización de perdidas con valores para Po Pc Capitalización de perdidas CP = Precio unitario + A*Po + B*Pc


Aspectos futuros Mirando en 2015

Una analice ABB, publicada en ABB Review 02/2007

Con base en lo feedback de un gran números de expertos, lideres, políticos y miembros de la comunidad científica

Muchos senarios de desenvolvimientos económicos san posibles

Mismo con una incerteza de la dirección del desenvolvimiento económico futuro, ahí una preocupación presente en todos los senarios – la eficiencia energética

Entonces en la próxima década, la eficiencia energética será el nombre del juego

Una importante parte del investimento de ABB transformadores en pesquisa está direccionada a la eficiencia energética


Aspectos futuros El futuro ya está acá

Fonte Goulden Reports

Todas las regiones están se moviendo en la misma dirección

Diferentes regiones están se moviendo en diferentes velocidades

La tendencia global es igual para todos en dirección a perdidas bajas y alta eficiencia

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Europe ‐ Western

Voluntary ‐ may result in legal requirements circa

2012Europe ‐

EasternInformal requirements between suppliers and users

Middle EastRegional discussions ‐

Israel and Iran

mandatory

Africa Informal requirements between supplier and users

Former Soviet Union

Informal requirements between suppliers and users

Indian Sub Content

No mandated requirements with exception of India Mandatory

Asia Japan Top Runner program 2002 China mandatory

Australasia Australia & New Zealand introduced MEPS in 2003

American ‐ CAM Mexico introduced Minimum Energy Performance Standards (MEPS) in

1999

America ‐ North Canada introduced MEPS in 2001

USA DOE National Efficiency Standard

America ‐ South

Informal requirements between suppliers and usersArgentina, Ecuador and Peru

considering


Transformadores de distribución en aceite El programa Green-R-Trafo

Nuestro compromiso – Contribuir para un futuro “green”

Proveer productos de alta eficiencia y soluciones contribuido para la reducción de las emisiones de CO2

Desenvolvimiento de productos basados en la tecnología convencional y nuevas tecnología y soluciones

Transformadores de distribución en aceite tecnología e opciones:

Tecnología de alta eficiencia y diseños de bajas perdidas

Tecnología de Metal amorfo (AM) para diseños de ultra bajas perdidas

Devanados de aluminio o cobre

BIOTEMP®, aceite natural, alta biodegradable, alta punto de quema

Soluciones herméticas


Green-R-TrafoCapitalización de perdidas


Capitalización de perdidas El diseño optimo

El transformador puede ter su diseño de forma a tener el costo de fabricación lo mas bajo posible

Este transformador tiene perdidas mas altas, píos es limitado solamente por los costos de refrigeración

Como consecuencia el costo de servicio es alto

En virtud del numero de años que el transformador opera, la suma de los costos de operación poden serán mayores que el cuesto del transformador


Con lo objetivo de diseñar uno transformador que minimiza el costo capitalizado

Utilizando mas material se reduce las perdidas y el costo de operación, pero se eleva los costos de fabricación

Uno software de optimización es utilizado de forma a tener el menor costo capitalizado

Para posibilitar a lo fabricante encontrar el menor costo capitalizado, el cliente debe informar los valores de capitalización; A y B

Capitalización de perdidas El diseño optimo

© ABB Group

May 18, 2011 | Slide 39www.abb.com/transformers select transformer calculators under highlights

Capitalización de perdidas Calculo Web

http://www.abb.com/product/ap/db0003db004283/d84817f7d6f20ab9c1257737007aed81.aspx


Capitalización de perdidas Calculo Web

http://www.abb.com/product/ap/db0003db004283/8d0c2ff91428abad852577f800743144.aspx


Green-R-TrafoMetal Amorfo


Metal amorfo Uno material de alta tecnología

Metal amorfo (AM) es producido pela rápida solidificación del liquido

Tasa de resfriamiento ~ 106 K/s

Resultado: material fino (~ 25 µm)

Tasa de producción ~ 100 km/h

La estructura del AM es una foto instantánea de la estructura desordenada del liquido en lo momento de la solidificación

Acero convencional (e-steel) tiene una estructura cristalina ordenada

AM es una liga metálica de Fe–Si–B; e-steel es una liga de Fe-Si

AM es muy flexible, pero se torna quebradizo al templar

Amorphous Structure(Disordered; AM)

Crystalline Structure(Ordered; CGO)


Metal amorfo en transformadores de distribución Porque metal amorfo ahora?

Cambios significativos ocurrirán el lo mercado de transformadores de distribución en los últimos anos

Evaluación de perdidas está cada vez mas presente

Normas del gobierno demandan mas eficiencia, luego materiales de bajas perdidas

Gobierno conduce en una camino de la economía de energía y preocupación con los beneficios ambientales

Disponibilidad de AM crece de ~10,000 T para ~50,000 T;

Cada una de las raciones amiba san a favor de la introducción del metal amorfo como solución final


Metal amorfo en transformadores de distribución Características del material

Falta de estructura cristalina fácil y rápida magnetización

Resultado: Reducción significativa en la perdidas en vacío (reducción de 40 - 70%)

Mas baja inducción de saturación en comparación a e-steel, debido a presencia de no magnético boro

Inducción de diseño restricta a ~1.35 T

CGO diseño se puede tener hasta 1.8 T

Nivel de ruido en lo AM san 3 – 5 dB mayores que en e-steel DTs, pero están debajo de los niveles de ruido en normas globales

Nivel de ruido mas alta es en virtud de la falta de estructura cristalina

Estudios de concesionaras con AM DTs atreves de las ultimas dos décadas mostrar que no ahí degradación de la performance por el tiempo

~2% de toda la energía generada es perdida debido a ineficiencia de los transformadores de distribución (~25 GW de potencia perdida)


AM proceso de montaje de la parte activa Experiencia ABB en la tecnología de núcleo arrollado

Muchas pocas diferencia en las técnicas de producción entre AM y e-steel, las gran parte esta relacionada con lo manejo del material

Distribución de gap’s (step-lap) núcleo, con conexión en dimensiones curtas

En lo caso de nucleo e-steel:

Distribución de gap’s (step-lap) núcleo, con conexión en dimensiones longas

Finished Core

UnlaceInsert

core/coilRe-lace


Green-R-TrafoAceite Vegetal


Aceite natural Tendencia del mercado hoy

Empezando en 1980’s, aceite vegetal viene como una nueva alternativa combinando excelentes propiedad de seguranza contra el fuego con alta biodegradable

Como estés aceites tienen uno alto costo, actualmente limitan su uso para aplicaciones especiales

Este aceites san hoy reconocidos como amigos del ambiente y “baja inflamable” por la industria.

ABB instalo la primera unidad utilizando aceite vegetal en 1999 y viene desenvolviendo esta tecnología


Aceite BIOTEMP® – Solución ABB Propiedades y beneficios

BIOTEMP® es un aceite natural dieléctrico con base en simiente de girasol

Alta biodegradable (99%)

Derramamiento puede ser tratado como basura normal y no basura toxica

Alto punto de quema (360°C)

Potencial reducción en el costo del seguro

Alta habilidad para retener la humedad

Aumenta la vida útil del material aislamiento

Mejor performance dieléctrica

BIOTEMP performance contra aceite mineral Teste de vida útil funcional


ABB 4-25kVA 1Ф Transformador

2 unidades en 180°C por 2500 hrs

2 unidades en at 200°C por 720 hrs

IEEE C57.91 estima la vida útil en 180,000 hrs en condiciones de carga normal

BIOTEMP tiene una ventajean de +20°C sobre unidades similares considerando carga conforme IEEE

Extended life expectancy at same temperature

20°C


Aceite BIOTEMP® – Solución ABB Una solución comprobada

Mas de 3,000 transformadores de distribución (hasta 5 MVA y 36 kV) y mas de 50 transformadores de potencia (hasta 56 MVA y 69 kV) vendidos o reformados con BIOTEMP® nos USA desde 2005

5 transformadores de potencia (hasta 25 MVA y 145 kV) reformados con BIOTEMP® no Brasil


Green-R-TrafoValor ABB – Un completo portfolio


Valor ABB – un completo portfolio Compromiso ABB por un mundo mas verde

Amiga del ambiente – El programa Green-R-Trafo

Reducción de las perdidas en vacio en 40-70%, reduciendo en CP y las emisiones de CO2

Por cada GW salvo, reducción anual de 5 millones de toneladas en emisión de CO2

1 unidad 1’000 kVA puede reducir hasta 7 tons de CO2 anualmente

Solución total para transformadores de alta eficiencia, tanto con tecnologías nuevas y como con tecnologías convencionales

Confiabilidad, Calidad y soluciones personalizadas

Bajas perdidas calientan menos con esto se disminuí la cantidad de aceite

Testes que exceden las normativas globales incluyendo testes de curto-circuito

Herramientas de diseños flexibles que integran las soluciones convencionales y las nuevas soluciones con el objetivo de optimizar la solución basado en los requisitos y demanda del cliente

Combinando la experiencia ABB en soluciones de alta tecnología con la tecnología convencional

Ventajas financieras basada en la CP

Con una bajo CP, las economía pueden ser realizadas en 3-5 años

Bajas perdidas resulta en anulación de costo para capacidad extra en generación y trasmisión

Aumenta confiabilidad y la vida útil


Un completo portafolio – Valor ABB ABB tiene la solución optima

Transformadores amorfo con aceite BIOTEMP® es la solución optima amiga del ambiente

Metal amorfo baja el costo total del sistema desde la generación hasta trasmisión y distribución

Metal amorfo y BIOTEMP®

ayuda a reducir las emisiones de gases

BIOTEMP® es desinado para ser amigo del ambiento – hecho de renovable y biodegradable vegetal aceite

Como la populación mundial va legar en 9

billones en 2050, nosotros necesitamos encontrar un camino para consumir los

recursos de la tierra en una tasa que puede ser

renovable


Muchas Gracias!

Ing. Angelo Vieira

ABB Transformadores de Distribución

Planta de Blumenau – Brasil

Teléfono: + 56 (2) 651 4736

Mobile: + 56 9 7808 3263

E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]

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