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Transformadores Inmersos en AceiteEficiencia en redes de distribucin
Douglas Getson, P.E. - Gerente de product global
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Transformador VerdeTemas
1. Eficiencia del transformador
2. Costo de prdidas del transformador
3. Fluidos steres
4. Rendimiento sobre la inversin
5. Programa de transformador verde
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Transformadores de DistribucinImpacto Significativo en el Sistema
Las prdidas en transformadores de distribucin (DTR) representa una parte considerable de las perdidas totales en las redes de distribucin.
En Europa las prdidas en transmisin y distribucin representan el 7% del total de la potencia generada con una representacin del 25% en DTR de las prdidas totales.
Tpicamente, los transformadores DTR tienen en promedio una carga variable de 10-60%. Por lo tanto las prdidas en vaco pueden ser un componente significativo de las prdidas totales de los transformadores DTR.
Cargas promedio de gran variabilidad, hacen que sea importanteevaluar en base al costo total del bien, de esta forma se puededefinir la solucin ms econmica.
Efficiency Categories
Ultra high India 5 Star China S15Very high Australia Hi efficiency 2010 India 4 Star Europe AkAoHigh Australia Min efficiency 2010 India 3 Star China S13 USA DOE 2010 Europe BkBoAverage Australia Min efficiency 2004 India 2 Star China S11 Europe CkCoLow India 1 Star China S9 Europe DkDo and below
Transformadores de DistribucinEstructura de las Prdidas de Transformadores
Alcance La eficiencia se establece mediante un porcentaje
mnimo de eficiencia o perdidas en el transformador.
Comparar la eficiencia requiere establecer un factor de carga que para transformadores normalmente se establece en 50%
Comentarios a las Categorias
Ultra High require alternativas de materiales del ncleo como el amorfo.
High es un estandar global.
Average and Low son valores utilizados con pocafrecuencia.
Establecer la eficiencia de un transformador genera que los fabricantes de transformadores tengan ms libertad en los diseos que cuando se establecen prdidas
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Eficiencia del transformadorDefinicin
El costo verdadero de un transformador es la suma del precio de compra inicial ms el costo de operacin en su vida til 20-30 aos
Los transformadores de distribucin son muy eficiente, (+98%) sin embargo utilizan una cierta energa internamente para funcionar
Los dueos y operadores deben considerar esto cuando estn especificando y evaluando la compra del transformador
El costo final del transformador ser ms que el precio de compra (considerando los costos por prdidas)
)()10(10)(% 23
5
LLLNLPFkVALPFkVALEficiencia
L = carga por unidad, kVA = capacidad, PF = factor de potencia
NL = perdidas sin carga, LL = perdidas con carga
Perfil de Prdidas del TransformadorPrdidas totales varian segn la carga del transformador
Como las prdidas en vaco son constantes el impacto de estas perdidas no son significativas cuando el transformador esta con carga.
Las prdidas bajo carga se incrementan cuadrticamente cuando el transformador esta con carga.
Las prdidas en vaco son mayores que las perdidas bajo carga cuando los transformadores estn cargados a valores menores al 65%
Prdidas totales = (Perdidas en Vacio) + (Perdidas con Carga x (%kVA)2)ABB Group May 26, 2014 | Slide 6
0
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Losses(k
Watts)
%TransformerLoad
TransformerLossesvs.Load
NoLoad LoadLosses
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Costo total del transformadorCosto de prdidas
ABB22/07/2009 | Slide 8
Costo total del transformadorDefinicin
El costo total de un transformador es la suma de:
1. Precio de compra2. Costo de instalacin y comisionamiento3. Costo de operacin y mantenimiento durante su vida til4. Costo de emissiones (dependiendo de la regulacin)
Los costos de operacin y mantenimiento de un transformador debeser calculado al valor actual o costo futuro.
Para calcular el valor actual, se debe saber el costo de dinero(tasa de discunto) y el nmero de aos futuros.
La decisin de compra requiere un balance correcto entre el precio de compra y los costos futuros para la operacin del transformador
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Diseo Optimo del transformadorMenores costos de operacin
El diseo ptimo es cuando la suma del precio de compra y los costos de operacin (costo de las prdidas) son los ms bajo.
Los menores costos de operacin normalmente requieren mayores costos de fabricacin.
Mayores costos de fabricacin conducen a un mayor precio de compra
Para disear un transformador ptimo se requiere saber los costos de operacin y los factores de capitalizacin de las prdida.
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Costo del TransformadorCostos de prdidas (COL) Los gastos futuros de operacin del transformador son llamados costos de prdidas
(COL)
COL esta en funcin a las perdidas en vaco y en carga.
El diseador de transformador busca un diseo ptimo entre costos de produccin y prdidas.
Para un cliente de servicios pblicos, menores prdidas se traduce en menores costos de operacin y el aplazamiento de la capacidad de inversiones en la generacin, transmisin y distribucin.
Costo de prdidas ($) = (A x NLL) + (B x LL)
A ($/W) = Valor actual (factor de capitalizacin) costo de prdidas en vaco
B ($/W) = Valor actual (factor de capitalizacin) costo de prdidas con carga
NLL (W) = Prdidas en vaco del transformador
LL (W) = Prdidas en carga del transformador
Los factores A & B son nicos para cada comprador de transformadores incluso en su respectiva industria siendo: residencial, comercial, industrial y generacin.
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Costos de prdidasA &B factores de capitalizacin vs. carga
Ejemplo:
A = 8.10 USD/Watt (Prdidas en vaco)
B = 1.22 USD/Watt (Prdidas en carga)
B / A = 0.15
Una regla emprica para estimar la carga del transformador con los factores A y B:Raz cuadra (B/A) = 39%
Las letras en el grficoindican pases tales como: SA: Arabia Saudita, CH: Suiza y IE: Irlanda
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Costa total del transformadorWeb calculadoras
Ultra High Eficiencia de transformadoresNcleos amorfos reducen prdidas en vaco hasta en un 70%
Material amorfo es un material que reduce drsticamente las prdidas en vaco en un transformador, hasta el 70%
El material amorfo es 1/10th de espesor del acero. La delgadez del material implica un aumento en el nmero de laminas
del ncleo reduciendo las prdidas en vaco. Amorfo no tiene estructura cristalina permitiendo rapidez y facilidad de
magnetizar y tambin reduce las prdidas en vaco. Fe-Si-B es la mejor combinacin qumica para ncleo amorfo para
conseguir la magnetizacin y propiedades fsicas de enfriamiento El boro (B) es necesario para el proceso de solidificacin rpida
consiguindose espesores de 0,000025 metros
ABB es uno de los lderes en la fabricacin de transformadores amorfos utilizando una plataforma tecnolgica comn que asegure una produccin consistente de alta calidad en todas sus operaciones
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Amorphous Structure(Disordered; AM)
Ultra High Eficiencia de transformadoresTransformadores amorfos tienen menores costos de operacin
Los transformadores AMDT podrn entregar ms energa al consumidor ya que presentan prdidas menores entre 37-45% (cargado al 40%)
Incluso si estos transformadores fueran cargados al 100% de su potencia, sus prdidas totales seran menores en 13% que los transformadores CRGO.
Los transformadores amorfos tienen la ms alta eficiencia y el menor costo del bien para aplicaciones en donde el transformador se cargar en menos del 50% de su potencia.
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Los clculos de prdidas se han realizado usando un promedio anual de carga del 40% del Transformador
El costo de las prdidas se calcularon usando el costo de la energa de 177C por kWhsiendo la tarifa comercial de Eskomsudafricana frente a 61c por residenciales y 215c para los clientes industriales.
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Biodegradabilidad, seguridad y extensin de vida - Fluidos Esters
Fluido Dielctrico EsterInnovacin de un fluido alternativo
Los steres llegaron al mercado en la dcada de 1980 como una alternativa y con propiedades biodegradables y de seguridad contra incendios.
Los steres son una clase de compuestos orgnicos que pueden ser sintetizados qumicamente (steres sintticos) o de productos agrcolas (steres naturales)
El ster natural tienen una huella de carbono casi neutro as como la produccin de aceite de semilla de una huella negativa de CO2 (fotosntesis)
El ster natural esta compuesto 100% de fuentes renovables.
Los steres naturales son reconocidos como fluidos aislantes dielctricos amigables con en medio ambiente y menos inflamable para la industria.
Los steres naturales son fcilmente biodegradable en 21 das y no son txicos
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Propiedades del Ester NaturalPrueba de Biodegradabilidad en 21 das (CEC L-33-A-93)
Pruebas EPA de California bajo Norma C
