Transformadores de distribución

Programa de transformador verde de distribución Socio para un medio ambiente sostenible

Introducción

Sabía Usted que la línea de transformadores de distribución de ABB puede reducir costos, facturas de energía e impacto total del medio ambiente? Nuestros transformadores de bajas pérdidas pueden disminuír significativamente las pérdidas eléctricas. De hecho, si se reemplazaran todos los transformadores por transformadores con núcleo de metal amorfo, nuestra tecnología más nueva, las pérdidas de redes de distribución se reducirían hasta en 70 por ciento. Estos ahorros de energía significarían finalmente menos costos de operación y reducción del impacto medioambiental. Como una mejora adicional de rendimiento y manejo ambiental, nuestros transformadores de bajas pérdidas se pueden especificar con nuestro aceite aislante de alta temperatura, biodegradable, BIOTEMP®. Los transformadores ABB con fluido BIOTEMP ofrecen la combinación óptima de rendimiento y seguridad. Permita que ABB sea su socio en desarrollar todos sus requerimientos futuros de transformadores de distribución. Explicándolo en forma simple, los transformadores de ABB son la solución óptima en considerar el costo total de adquisición (TOC), asuntos medioambientales, y de seguridad y eficiencia de energía. Sostenibilidad Existen incontables definiciones de sostenibilidad pero la mayoría reconoce la responsabilidad que tenemos en balancear las necesidades económicas de la sociedad con impacto social y medioambiental. Según la población mundial puede alcanzar probablemente entre seis y nueve millones para 2050, tenemos que encontrar maneras de consumir los recursos de la Tierra a una tasa en que los mismos se puedan reponer. La conservación de energía y reducción de emisión de CO2 necesitan ser un enfoque para la sostenibilidad medioambiental. Globalmente, las emisiones de CO2 dentro de la atmósfera están alcanzando 30 millones de toneladas por año con concentraciones que se han incrementado 140 por ciento desde la revolución pre-industrial. Según crece nuestra demanda y costo de energía eléctrica con la población mundial, también se incrementará la emisión CO2. Por lo tanto, el encontrar maneras de incrementar la eficiencia de nuestra infraestructura eléctrica es un factor importante hacia la reducción de emisiones y costos. La mayor eficiencia en la forma de pérdidas reducidas puede conducir a evitar costos de generar electricidad adicional mientras se disminuye el costo total de adquisición de la infraestructura eléctrica. 2 Green distribution transformer program

ABB es el líder mundial en fabricación de transformadores. ABB ofrece un portafolio completo de transformadores de distribución monofásicos y trifásicos, sumergidos en aceite, tipo poste y de montaje en pedestal, en el rango de 15 kVA a 10 MVA, hasta 36 kV. Todos los productos en nuestro portafolio cumplen totalmente con las normas IEC y ANSI/IEEE. Nuestros transformadores se fabrican en una red mundial conectada virtualmente de 18 fábricas. Dentro de esta red se despliega una plataforma común de tecnología incluyendo las mejores prácticas y sistemas para asegurar un producto reproducible, confiable en términos de calidad y rendimiento. Simultáneamente con su posición de liderazgo, ABB está comprometido a desarrollar todos sus productos para cumplir aún los requerimientos crecientes medioambientales y de mayor eficiencia. Como tal, ABB considera el ciclo entero de vida (de la cuna a la tumba), resultando en los productos, sistemas y soluciones más amigables ambientalmente posibles. En conjunto con su filosofía de negocios, ABB ha introducido un portafolio de transformadores verdes para transformadores de distribución. Adicionalmente a los transformadores existentes de bajas pérdidas, alta eficiencia de ABB, hemos introducido productos de nueva tecnología que ofrecen aún más ahorros de energía, incluyendo transformadores de metal amorfo (AM) sumergidos en aceite y nuestro aceite biodegradable, de alto punto de combustión, propietario, BIOTEMP. El programa de transformador verde de distribución ABB El programa de transformador verde de ABB ofreece un enfoque modularizado para selección de producto. Las características y opciones de diseño disponibles son: −− Arrollamientos de cobre o aluminio, con aislamiento de papel o esmalte −− Núcleos traslapados apilados o devanados −− Núcleo de acero de grano orientado, en el rango de M5 a dominio refinado y metal amorfo para lo óptimo en reducción de pérdidas −− Una variedad de líquidos aislantes incluyendo aceite mineral, aceite silicón, fluidos basados en ésteres sintéticos y el excelente fluido aislante eléctrico BIOTEMP de ABB que es un fluido natural basado en ésteres con rendimiento mejorado de temperatura y estabilidad de oxidación −− Tanque sellado herméticamente o tipo conservador, con aletas de paredes corrugadas o radiadores −− Tratamientos de superficie con pintura basada en agua o polvo en diferentes colores RAL, o galvanización por inmersión en caliente para condiciones medioambientales agresivas.

Reduciendo costos de operación sin comprometer eficiencia

Soportado por una amplia base de Investigación y Desarrollo del líder mundial en transformadores, ABB, este enfoque facilitará una particularización muy rápida para satisfacer los criterios y requerimientos que desean los clientes. Finalmente, los productos seleccionados de los módulos indicados anterior mente proporcionarán a los clientes de ABB soluciones de alta eficiencia y amigables al medio ambiente. Eficiencia incrementada de transformador Una afirmación de la importancia de los programas de ahorro de energía y requerimientos de eficiencia de energía, está presente en varias iniciciativas difundidas mundialmente y locales. Ejemplos de mandatos o normas que requieren altas eficiencias en transformadores de distribución son: National Efficiency Standard, mandato del US Department of Energy, Hi efficiency 2010 de Australia, 4 and 5 Star programs de la India, SH15 de China, y la norma AkA0 en Europa. Eficiencia (porcentaje) es una medida de que bien un aparato convierte energía de entrada a salida útil - ya sea en potencia eléctrica, trabajo mecánico, o calor. Los transformadores clase distribución tienen eficiencias muy por arriba de 90 por ciento. La eficiencia de un transformador de distribución se incrementa con una reducción en su carga y pérdidas. Las pérdidas con carga del transformador disminuyen con la carga, mientras que las pérdidas sin carga son una constante, independiente de la carga. Puesto que la mayoría de los transformadores están dimensionados para manejar cargas pico que ocurren únicamente a ciertos intervalos durante el día, los transformadodes de distribución pueden permanecer con carga liviana durante una parte significante del día. Por lo tanto, especificar las pérdidas sin carga más bajas posibles reducen el consumo de energía, van de la mano con incrementar la eficiencia. y pueden incrementar las ganancias para un proveedor de potencia.

Disminuyendo el costo total de adquisición Considerando preocupaciones mundiales del clima, muchos usuarios están de acuerdo que se deben escoger transformadores de pérdidas bajas sobre un criterio diferente que aspectos puros de rentabilidad a corto plazo. Cuando se adquieran transformadores ABB recomienda usar el costo total de adquisición (TOC) que considera los costos futuros de operación de una unidad sobre su vida útil, llevándolos de retorno a costo presente y agregándolos a su precio total de compra. En el cálculo de TOC, las pérdidas se evalúan por su impacto financiero, capitalizándolos para un periodo esperado de recuperación de la inversión para el transformador.

Ct = A = B = P0 = Pk =

Precio de compra del transformador Valor financiero evaluado (p.ej., USD/W), o factor de capitalización, para pérdidas sin carga Valor financiero evaluado (p.ej., USD/W), o factor de capitalización, para pérdidas con carga Pérdidas sin carga Pérdidas con carga

La solución óptima sería el diseño con el TOC más bajo, según el cálculo de arriba. Simplificando, el cliente/usuario obtendrá un balance práctico entre inversión y beneficios. TOC proporciona la verdadera economía en la evaluación de compra de un transformador. Con transformadores de pérdidas bajas, alta eficiencia, los costos más altos de materiales requieren típicamente un mayor costo inicial. Sin embargo, esto se compensará con los costos reducidos de operación de las pérdidas bajas. Pasado cierto tiempo, las pérdidas bajas brindarán un ahorro financiero neto de los costos reducidos de energía. Si se reemplazan transformadores con pérdidas altas con transformadores nuevos de pérdidas bajas, este ahorro se vuelve aún mayor. Adicionalmente, las pérdidas bajas resultan en evitar costos derivados de la eliminación o postergación de adición de capacidad extra de generación y transmisión.

Green distribution transformer program 3

Reduciendo costos de operación sin comprometer eficiencia

Ejemplo de aplicación: Transformadores para empresas de servicio público La Figura 1 compara el TOC de transformadores sumergidos en aceite de 1,000 kVA que tienen núcleos regulares de grano orientado (RGO) y núcleos AM, en los cuales los factores de capitalización de pérdidas son: A = 10 USD/W y B = 2 USD/W. Se resaltan individualmente los diversos componentes que comprenden el TOC. Aunque el costo inicial de transformadores amorfos puede ser ligeramente mayor, a menudo son la opción preferida si se considera el TOC.

Transformador sumergido in líquido RGO Metal Amorfo 0%

50%

100%

150%

200%

250%

A = 10 USD/W; B = 2 USD/W Precio compra

Costo pérd. capitaliz.

Ahorros TOC

Figura 1.

Transformador granja eólica 1750 kVA RGO Metal Amorfo 0

20000

40000 TOC (USD)

Figura 2.

4 Green distribution transformer program

60000

Ejemplo de aplicación: Transformadores en granjas eólicas La energía la producen las turbinas en una granja eólica durante periodos cortos de tiempo a través del día. Por lo tanto, es deseable minimimar las pérdidas sin carga en aplicaciones de granjas eólicas La ventaja de los transformadores AM en tales aplicaciones es evidente según la Figura 2. Aquí se comparan los resultados de TOC para transformadores inmersos en aceite de 1,750 kVA, RGO y AM para una granja eólica, donde A = 8 USD/W y B = 2 USD/W.

ABB tiene la solución óptima para un mundo más verde

Los transformadores de Distribución de Metal Amorfo (AMDT) de ABB representan la solución de diseño de perdidas ultra-bajas, suministrando las eficiencias mas altas. Están diseñados con una aleación única cuya estructura de los átomos del metal se produce en un patrón aleatorio y se utiliza en lugar del acero al silicio regular de grano orientado (RGO). Metal amorfo - Una ventaja tenológica El metal Amorfo (AM) permite una reducción significante en pérdidas sin carga si las compara con RGO, hasta 70 por ciento más bajas según se nota a continuación para diseños representativos de transformadores sumergidos en aceite. Pérdidas sin carga (W) Capacidad

Pérdidas sin

Regular Grano

carga

Reducción

Orientado

Metal Amorfo

Pérdidas

55

20

64%

25

65

30

54%

50

105

35

67%

75

155

55

65%

100

200

75

63%

167

235

95

60%

300

505

200

60%

500

725

220

70%

750

1125

355

68%

1500

2170

725

67%

2500

2750

745

73%

(kVA) Monofásicos 15

BIOTEMP es un aceite aislante dieléctrico superior que combina amigabilidad con el medio ambiente, superior resistencia a fuego y estabilidad a alta temperatura con excelentes caracte-rísticas dieléctricas. BIOTEMP es un aceite basado en ester natural fabricado con aceite con contenido vegetal renovable, con 99 por ciento de biodegradabilidad. Tiene un punto de combustión sobre 300°C y la capacidad única de formar menos presión en el tanque durante fallas de arco de alta energía. Su límite de saturación de agua es también mucho más alto que el aceite mineral sin afectar su resistencia dieléctrica. BIOTEMP es el aceite aislante dieléctrico basado en vegetales más estable en el mercado (>75 por ciento acidos grasos mono-saturados) superando a la competencia en todas las pruebas estándar de estabilidad de oxidación disponibles en el momento. BIOTEMP – Aceite aislante dieléctrico superior de ABB Los aceites basados en minerales han sido el medio aislante dieléctrico escogido para transformadores durante más de 100 años, BIOTEMP es la solución alternativa de ABB abordando las mayores desventajas de productos basados en petróleo, es decir, alta combustibilidad y contaminación. Al mismo tiempo, proporciona más confiabilidad a su equipo.

Trifásicos

Comparación con especificaciones de pérdidas sin carga más bajas (Ao) en IEC EN50464-1 con algunos diseños trifásicos AM 100

145

75

48%

250

300

110

63%

400

430

170

60%

800

650

330

49%

Los estudios muestran también beneficios de AM en la presencia de armónicos o múltiples enteros de la frecuencia industrial (50 o 60 Hz). Cuando están presentes cargas nolineales (p.ej. máquinas rotativas), ellas hacen que se distorsionen las formas de onda de corriente y tensión, causando armónicos que a su vez incrementan las pérdidas en el transformador y reducen la calidad de servicio. Sin embargo, estas pérdidas de armónicos se reducen en un transformador AMDT. Esto se traduce en ahorros de operación a través de una variedad de cargas resistivas e inductivas. Las pérdidas mucho más bajas del AMDT resultan en significantes ahorros económicos y de energía a través de la vida útil del transformador.

Ventajas medioambientales, seguridad y operacionales −− BIOTEMP es 99 por ciento biodegradable. Sujeto a regulaciones medio ambientales, los derrames de BIOTEMP se pueden eliminar a través de medios normales y no tratados como desechos peligrosos −− Con un punto de combustión por arriba de 300°C, BIOTEMP está listado como fluido dieléctrico “menos inflamable” por FM Global y UL, y tiene una clasificación de peligro de fuego K2 (IEC 61100) −− Con menos presión formada durante fallas de arco de alta energía, BIOTEMP reduce el riesgo de explosión y fuego del transformador, por lo tanto es adecuado para aplicaciones al interior y áreas al exterior de elevada sensibilidad de seguridad −− La gran capacidad del BIOTEMP para retener humedad permite que el papel impregnado experimente una tasa mucho más baja de envejecimiento. Consecuentemente, un transformador lleno con BIOTEMP puede operar a temperaturas con punto caliente más alto mientras mantiene la misma expectativa de vida de una unidad estándar con aceite mineral. incrementando de esta manera su capacidad de sobrecarga. Con BIOTEMP, ABB apunta a ofrecer una solución completa y sostenible para aplicaciones de transformadores, combinando amigabilidad ambiental (alta biodegradabilidad), seguridad (superior reistencia al fuego) y confiabilidad (alta capacidad de sobrecarga). Green distribution transformer program 5

ABB – su socio en sostenibilidad

Compromiso de ABB para un futuro más verde La proposición de valor de ABB Amigabilidad ambiental - El programa de transformador de distribución verde −− Reduce pérdidas sin carga en 40-70 por ciento, reduciendo por tanto TOC y emisiones CO2 −− Por cada GW ahorrado, reducción anual de cinco millones de toneladas de emisiones de CO2 −− Una unidad de 1,000 kVA puede ahorrar siete toneladas de CO2 anualmente. −− Solución total para transformadores de alta eficiencia, tecnologías nuevas y convencionales Confiabilidad, calidad y soluciones particularizadas −− Pérdidas bajas generan menos calor, reduciendo así la capacidad de aceite y necesidades de enfriamiento. −− Probado para exceder las normas aplicables incluyendo pruebas de cortocircuito. −− Herramientas flexibles de diseño integrando tecnología convencional y nuevas soluciones a fin de optimizar una solución basada en demandas y requerimientos de los clientes. −− Combinando la experiencia mundial de ABB en soluciones de alta tecnología para tecnología convencional con nuevas soluciones y tecnologías

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Ventajas financieras basadas en costo total de adquisición optimizado (TOC) −− Debido a un bajo TOC, los ahorros se pueden realizar en un periodo tan bajo como de tres a cinco años. −− Pérdidas bajas resultan evitando costos derivados de la eliminación o postergación de adición de capacidad extra de generación y transmisión. −− Confiabilidad incrementada y vida útil más larga ABB tiene la solución óptima Los transformadores de metal amorfo con aceite BIOTEMP son una solución optimizada ambientalmente −− El metal amorfo baja el costo de adquisición a través de toda la red, desde generación a transmisión y distribución. −− El metal amorfo y BIOTEMP ayuda a reducir gases invernadero junto con contaminación. −− BIOTEMP está diseñado para ser amigable con el medio ambiente −− Ofrece el valor más bajo de Evaluación de Ciclo de Vida (LCA) para un transformador de distribución.

Combinando eficiencia de energía, seguridad y amigabilidad ambiental - ABB tiene la solución completa de sostenibilidad para transformadores de distribución sumergidos en aceite.

Soporte para un futuro más verde

Cálculo de eficiencia de transformador Cuando se calcula la eficiencia, se debe conocer la capacidad del transformador (kVAr), carga (kVAl), factor de potencia (PF), y pérdidas del transformador. Estas pérdidas se componen de pérdidas con carga (Pk) y sin carga (Po). La carga o pérdidas de arrollamiento varían directamente con el cuadrado del factor de carga (L), significando un incremento de pérdidas según incrementa la carga del transformador. Las pérdidas sin carga o del núcleo, permanecen constantes indiferente de la carga. Adicionalmente, las pérdidas sin carga pueden ser un porcentaje significante de las pérdidas totales cuando un transformador tiene una carga liviana.

Cálculo de Costo Total de Adquisición (TOC) A continuación se usa USD para propósitos de ilustración,

En estas ecuaciones, Cd (USD/W), el cargo de demanda, es el costo para extensión de capacidad de generación (empresas de servicio público) o la tasa mensual de potencia pico (usuarios comerciales e industriales), Ce (USD/Wh) es el costo de energía y es dependiente del usuario, aplicación y normas, h son las horas de uso anual del transformador (año completo = 8760 horas), y Fc es el factor de valor presente, calculado para n años usando una tasa de descuento i. Costo de emisiones No existe hasta el momento una manera universal para contabilizar los costos de emisiones en TOC puesto que los mismos son muy dependientes del ambiente regulatorio y climático. Los factores que se usarían necesitan considerar no solamente impacto económico sino también social. El último es más desafiante de cuantificar. Se pueden contabilizar costos económicos por emisiones dentro del cálculo de TOC agregando costos de emisiones (Cem) al costo de energía (Ce) para un costo total de energía (CE), que reemplaza a C e en las ecuaciones anteriores, (USD/Wh) (USD/Wh)

donde Ct (USD) es el precio de compra del transformador y A y B son los factores de capitalización para las pérdidas sin carga (Po) y con carga (Pk), respectivamente, expresadas en (USD/W). Existen varios métodos para calcular los factores A y B. Usando un método simplificado.

donde Ep (tons/Wh) caracteriza emisiones totales, calculadas de la cantidad conocida de emisiones de cada uno de los contaminantes mientras producen una cierta cantidad de electricidad y Ec (USD/ton) es el valor de mercado para el contaminante.

(USD/W) (USD/W)

ABB recomienda una revisión periódica de los factores A y B. Otros factores para tal revisión serían: Costo de energía (C e y Cem); carga efectiva (L); y, tasa de descuento (i).

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