ABB BlumenauTransformadores de distribución.

Charles Deschamps, 30 marzo 2016

© ABB Group - Marzo 2016

Transformadores de DistribuciónTópicos abordados

§ Portafolio

§ Eficiencia y Costo Total de la Propiedad

§ Diseño para Aplicaciones Eólicas

§ Referencias y Pruebas Especiales

ABB Blumenau Brasil & Portafolio

ABB Blumenau Brasil & PortafolioUbicación

§ Nuestra planta está ubicada enla ciudad de Blumenau,provincia de Santa Catarina.

§ 5 puertos a menos de 140km.

§ Tiene +/- 200 empleados yocupa una zona de producciónde 16 mil m².

§ Capacidad para producción de1,5 mil transformadoresaislados en aceite al año.

CDS Technology – Sistema unificado de diseño (Secos y Aceite)CDSe (Electrical) & CDSm (Mechanical – MecUI + Rules Engine + PRO-E)

ABB Blumenau Brasil & PortafolioHerramientas para el diseño

ABB Blumenau Brasil & PortafolioCDS & Global Network

CDS es un sistema único dediseño para todas las tecnologíasde Transformadores ABB,atendiendo las normas IEC yANSI. Propicia una únicaarquitectura de diseñopermitiendo integración conprocesos locales en un alto nivelde automación..

Opciones para otimización unicasofreciendo un gran potencial dereducción de costos de material ystandarización de componentes.

Solución completa deautomatización e integraciónmecánica para desarrollo de planosy lista de materiales (BOM)ofreciendo considerable flexibilidadmecánica y reducción de tiempo deingeniería.

ABB Blumenau Brasil & PortafolioProceso de Producción

§ Utilizamos los procesos y tecnologías estándar de todas las fábricas de ABB;

§ Equipos y Máquinas automáticas para mejorar la productividad y la calidad (excelenciaen seguridad);

§ Materiales de alta calidad para garantizar diseños optimizados;

§ Todas las lecturas y mediciones del laboratorio son automatizadas:

§ Mayor productividad del laboratorio;

§ Mayor confiabilidad de los resultados.

ABB Blumenau Brasil & PortafolioLaboratorio

§ Laboratorio Químico;

§ Laboratorio para prueba presencial para equipos hasta 20 MVA:

§ Pruebas de rutina;

§ Pruebas de tipo;

§ Reportes completos.

ABB Blumenau Brasil & PortafolioCertificados

ISO 9000 ISO 14000 OSHAS 18000

ABB Blumenau Brasil & PortafolioTransformadores de Distribución Aislados en Aceite

Potencia: 315 kVA up to 10 MVAClase de tensión: Hasta 36 kVNormas: IEC, ANSI, NBRBIL: BIL 200 kVGrupo conexión: Y/d, Y/y, D/y, D/d

Conmutadores: DETC (vacio) / OLTC (bajocarga)

Aislación: Aceite Mineral & Aceite Vegetal

Tran

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Potencia: 15 kVA hasta 500 kVA

Eficiencia y Costo total de la Propiedad

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadImpacto significante en la red

Las pérdidas en transformadores dedistribución (DT) representan unaparte considerable de las pérdidastotales de la red.

En Europa, las pérdidas de Transmisióny Distribución representan aprox. 7%del total de la energía, con DTrepresentando 25% de las pérdidastotales.

La carga media de DT varía típicamentede 10-60%. Por lo tanto, las pérdidasen vacío pueden ser un componenteimportante de las pérdidas totales delos transformadores de distribución.

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadDefinición de eficiencia

§ El costo verdadero de un transformador es la suma del precio decompra inicial más el costo de operación de su vida útil 20-30años.

§ Los transformadores de distribución son muy eficientes (>98%), sinembargo utilizan energía interna para su funcionamiento.

)()10(10)(% 23

5

LLLNLPFkVALPFkVALEfficiency

´++´´´´´´

=

L = carga por unidad, kVA = capacidad, PF = factor de potencia

NL = perdidas sin carga, LL = perdidas con carga

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadLas pérdidas totales varían según la carga conectada altransformador

§ Pérdidas en vacío son constantes y no sufren impacto de la carga conectada al transformador:§ Pérdidas en carga aumentan al cuadrado de la carga del transformador:§ Para un factor de carga < 65%, las pérdidas en vacío son superiores a las pérdidas en carga:§ Pérdidas totales = Pédidas en vacío + Pérdidas en carga x (%kVA)2 .

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Losse

s(kW

atts)

% Transformer Load

Transformer Losses vs. Load

No-Load Load Losses

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadDefinición del Costo Total de la Propiedad

Las decisiones de compra requieren el justo equilibrio entre elprecio de compra y el costo futuro para operar el transformador.

§ El costo real de la propiedad es la suma del precioinicial de compra (first cost) más el costo de operación(20-30 años)

§ Precio de compra;§ Costo de pérdidas:

§ Pérdidas en vacío;§ Pérdidas en carga.

§ Costo de comisionamiento;

§ Costo de mantenimiento.

No Load Losses (NLL) are causedby the core when energized

Load Losses (LL) are caused by thewindings when loaded

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadDiseño Óptimo - Menor costo Total de la Propiedad

Diseño óptimo es dondela suma del precio decompra y los costos deoperación (costo de laspérdidas) seencuentran en su nivelmás bajo.

Los menores costos deoperaciónnormalmente requierencostos de fabricaciónmás altos.

El fabricante deltransformador necesitasaber los costos defuncionamiento o losfactores decapitalización de laspérdidas ($ / vatio)para diseñar untransformador óptimo.

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadCosto de las pérdidas (COL)

§ Futuros gastos de funcionamiento del transformador se denominan costo de las pérdidas(COL);

§ COL es una resultante de las pérdidas en vacío y pérdidas en carga;

§ El proyectista del transformador busca un diseño óptimo, correlacionando costo deproducción y pérdidas;

§ Costo de las pérdidas ($) = (A x NLL) + (B x LL)

Ø A ($/W) = valor actual (factor de capitalización) = costo de pérdidas envacío

Ø B ($/W) = valor actual (factor de capitalización) = costo de las pérdidasen carga

Ø NLL (W) = pérdidas en vacío del transformador

Ø LL (W) = pérdidas en carga del transformador

§ Factores A y B son únicos para cada comprador, es decir que cambian de acuerdo concada proyecto: residencial, comercial, industrial y generación.

http://new.abb.com/products/transformers/energy-efficiency’

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadCalculadora WEB (TCO Tool)

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadTCO tool - Rellenando los datos de entrada

i-buttons forhelp

Eficiencia y Costo Total de la PropiedadInterface / comparación y resultados

Diseño para Aplicaciones Eólicas

Diseño para Aplicaciones EólicasTransformadores de distribución aislados en aceite

ABB posee un portafolio con una línea completa desoluciones para la aplicación eólica.

• Opciones de tanques:• Corrugado (IEC)• Padmounted (ANSI)• Rígido (Aletas)

Caracteristicas:• Proyectos y procesos para la obtención de bajas pérdidas,

atendiendo a los requerimientos de alta eficiencianecesários para este tipo de aplicación;

• Experiencia en la aplicación de Ésteres (aceite vegetal),biodegradable, no tóxico y con alto punto de fulgor;

• Tecnología de proyeto y fabricación “Slender” para lasnecesidades de dimensiones reducidas y compactas;

• Sistemas de enfriamento forzado (ar o agua);• Excelente confiabilidad en sistemas de operación de alto

estrés eléctrico y mecánico sometido al producto;• Disponibilidad de tecnología de customización para

atender a requerimientos técnicos desafiadores exigidosen estas aplicaciones.

Diseño para Aplicaciones EólicasTanque Corrugado

Normas IEC/ABNT

Potencia hasta aprox. 5000 kVATensión primaria hasta 36 kVTensión secundaria hasta 15 kV

Características:• Instalado en la “CSS – Subestación compacta” o

externamente sobre el skid;• Excelente soportabilidad a las intempéries:

• Procesos de pintura rico en zinc;• Construción de tanque sellado que garantiza

que la parte activa esté completamenteprotegida del ingreso de humedad, salinidadu otros aspectos presentes en un ambienteagresivo.

• Desempeño térmico:• Optimizado de acuerdo con la carga

especificada.

NORMAS ANSI / IEEE

Potencia hasta aprox. 4000 kVATensión primaria hasta 36 kVTensión secundaria hasta 4,16 kV

Características:• BT y AT separados por compartimientos;• Bushing Integral (loadbreak);• Seccionadora primária - LBOR : una para conexión

tipo radial, dos para anillo;• Protección contra sobrecorriente;• Protección contra sobretensión.

Diseño para Aplicaciones EólicasTanque Pedestal

Diseño para Aplicaciones EólicasTanque Slender

§ Tanque estrecho y compacto

§ Aplicaciones:§ Torres§ Góndolas

§ Para instalaciones en tierra o alto mar (off-shore)Ermeticamente sellado para soportar humedad yambiente salino;

§ Desenpeño en alta y baja temperatura;

§ Usa aislamiento de alta temperatura (Aramida)

§ Alta resistencia a vibraciones – para torres ~ 100 maltura

§ Líquido – fluidos biodegradables (natural o sintético) –permitiendo un design más compacto a través delincremento de la temperatura de operación.

§ Slender: hasta 7 MVA / 36 kV

Dimensional es el punto crítico

Diseño para Aplicaciones EólicasDiferencias para el transformador estándar

Armónicas

Componente detensión DC

Picos de tensiónal lado de la BT

Cargas a latemperatura

ambiente

EMC

Esfuerzos CC

Corrientes armónicas causan pérdidas adicionales en los devanadosdel tranformador y otras partes estruturales que necesitan llevarseen cuenta en el dimensionamiento.

Es esencial conocer el componente de tensión contínua DC, paraevitar la saturación en el núcleo del equipo.

La máxima tensión que puede ocurrir al lado de BT debe serdefinida.

El perfil de carga a las temperaturas ambiente especificadas debeser bien definida para que sea capaz de proporcionar la soluciónoptimizada del transformador.

Pantallas electrostáticas deben ser instaladas entre los devanadosprimarios y secundarios con el intuito de reducir la transferencia detensión capacitiva.

Las estruturas mecánicas del núcleo y devanados deben serespecialmente proyectadas y testadas para resistir a las corrientesde cortocircuito, especialmente para equipos multi tensiones

Transientes detensión rápida

Ciclo térmico

Soportabilidad alambiente

Fluidosalternativos

Vibración

Transformadores para estas aplicaciones son generalmenteexpuestos a la conmutación de eventos que crean una tensióntransitória de acción rápida (du / dt ), que puede ser muito perjudicialEl rápido cambio de perfil de carga de vento expone altransformador a altos ciclos térmicos que los estándar noexperimentan.

Aplicación de revestimientos resistentes a ambientes salinos.

Fluidos alternativos, como los ésteres, naturales o sintéticos sonnormalmente utilizados en aplicaciones eólicas por sus ventajasoperacionales, ambientales y de seguridad.

Equipos instalados en góndolas son expuestos a altas vibraciones ,que si no considerados en el momento del proyecto puede resultaren falla del transformador en operación.

Diseño para Aplicaciones EólicasDiferencias para el transformador estándar

Diseño para Aplicaciones EólicasPruebas

§ Descarga parcial – Aplicado como ensayo de rutina en todos lostransformadores para asegurar que el proceso y materialesaplicados pueden proveer calidad y performance en operación.Se recomienda que este ensayo sea incluído en todas lasespecificaciones para garantizar la entrega de un producto demayor calidad. Valores recomendados <50 pC (Referencia IEC)

§ Cortocircuito – Para garantizar que el proyecto de transformadoresté apto a resistir a los esfuerzos y fuerzas resultantes delcortocircuito aplicados durante la operación.

§ Ensayos y/o simulaciones de soportabilidad a la vibración –Para garantizar que el transformador y sus accesórios esteanpreparados para operar en ambientes de alta vibración (mayorestrés mecánico).

Diseño para Aplicaciones EólicasTransformadores ABB – Una propuesta de valor

ABB ofrece la solución más completa de alta eficiencia parala aplicación eólica:

- Alta eficiencia usando materiales y procesos que resultan enequipos de bajas pérdidas.

- La combinación con fluidos renovables, ofrece un productobiodegradable, no tóxico con seguridad superior (altos puntode fulgor y combustión).

- Soluciones customizadas que atienden las especificacionestécnicas de los clientes.

ABB se posiciona como un partner para el desarrollo desoluciones confiables en proyectos futuros y agradece la

oportunidad de presentar su portafolio.

Referencias y pruebasrealizadas

Referencias y pruebas realizadasReferencias comerciales – apliciones eólicas

Unidades Aislación Potencia(kVA)

106 Aceite 1600

718 Aceite 1750/2000

164 Aceite 2500

112 Aceite 2000

535 Aceite 3200/3400

54 Aceite 2630

Total = 1689

Aplicaciones:§ CSS – Substación compacta (dimensiones reducidas)§ Góndolas (slender)§ Instalaciones al tiempo (dimensiones estándar)

• Prueba Impulso destructivo• Prueba de impulso destructivo para

transformador tipo Pad Mounted (1,6MVA23/0,36)

• Prueba de corto circuito• Transformador 3 MVA (HV 34,5/25,6kV y

LV 13,8kV)• Transformador 500 kVA (HV 13,8kV y LV

220V)

• Análisis de vibración por simulación• Transformador 3,2 MVA (HV 34,5kV and

LV 690V)

Todos con devanados en Aluminio

Short Circuit Test

Short Circuit Test

Vibration analysis

Referencias y pruebas realizadasPruebas Realizadas

© ABB GroupApril 6, 2016 | Slide 33