ABB Brasil - Transformadores

Inocencio Solteiro, ABB Transformer Day 2010
Transformadores de Poder
ABB Brasil - Transformadores
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Transformador de Poder
Tópicos de la Presentación
P
P
T
R
S
A
T
M
Ó
P
I
C
O
S
Historia
Tecnología Global ABB
Experiencia & Desarrollo
ABB Global Integrada
Proceso de Compra
Cargamento & Sobreexcitación
Expectativa de Vida Útil
Tipos de Bobinados & Núcleo
Fuerzas de Curto Circuitos
Analices de Proyectos
Sistemas de Calidad
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Transformador de Poder
Larga Historia
Experiencia acumulada de 700 años en la
fabricación de Transformadores de Poder
Asea
Ansaldo / Ital Trafo / IEL / OEL / OTE
BBC
GE, USA
National Industri
Strömberg
Westinghouse
Etc ....
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Transformador de Poder
Tecnología Global ABB
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Transformador de Poder
Tecnología Global ABB
Rango de Tensión
Transformador de Poder
800 kV
171 kV
Transformador de Poder
52 kV
Tipo Seco
TIPO CORE
36 kV
Distribución
TIPO SHELL
10 MVA
40 MVA
63 MVA
Cuatro plataformas de tecnología común garantía de alta calidad
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Rango de Poder
Transformador de Poder
Rapidez y Calidad
Fabricas con proceso integrado
Rapidez en las decisiones
Rapidez en la fabricación
Ingeniaría direccionada
Curto plazo de entrega
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Transformador de Poder
55 Fabricas en el Mundo
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Transformador de Poder
15 Fabricas de MPT & LPT
SETFO
Ludvika, Sweden
CATRM
Varennes, Canada
USTSL
St.Louis, USA
PLABB
Lodz, Poland
DETFO
Bad Honnef, Germany
CNTPH
Hefei, China
ESABB
Bilbao, Spain
CNCTC
Chongqing, China
ESABB
Cordoba, Spain
CNZTC
Zhongshan, China
TRABB
Istanbul, Turkey
THABB
Bangkok, Thailand
INABB
Vadodara, India
Fabricas
Capacidad
Capacidad
Empleados
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15 Plantas
200.000 MVA
13.000 Unidades
5000
BRABB
Guarulhous, Brazil
ZAPOW
Pretoria, South Africa
Transformador de Poder
27 Centro de Servicios en el Mundo
Ludvika, Sweden
Vaasa, Finland
Moscow, Russia
Drammen, Norway
Edmonton, Canada
Stone, United Kingdom
Varennes, Canada
Brampton, Canada
Geneva, Switzerland
Bilbao, Spain
South Boston, USA
St. Louis, USA
Mexico City, Mexico
Cordoba, Spain
Chrystal Springs, USA
Halle, Germany
Milan & Monselice, Italy
Istanbul, Turkey
ES Zaragoza, Spain
Riyadh, Saudi Arabia
Vadodara, India
Zhongshan, China
Bangkok, Thailand
Lima, Peru
Guarulhos, Brazil
Johannesburg, South Africa
Moorebank, Australia
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Transformador de Poder
Fabrica de ABB Brasil
Características: Área Total:115000m2 / Área Fabril: 2500m2
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Transformador de Poder
Equipo Complexo
Conocimiento en la área Eléctrico
1883 William Stanley inventó el Transformador
Conocimiento en la área Mecánico
1890 Primero Transformador Resfriado con Aceite
Conocimiento en la área Químico
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Transformador de Poder
Analogía Teórica
Potencia (MVA) =
3 x Tensión (kV) x Corriente (A)
PERDIDAS
100% Potencia
99.7% Potencia
Transformador
Tensión 1
Ex: 100 MVA e 230 kV = 251 A
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Tensión 2
Ex: 100 MVA e 23 kV = 2510 A
Transformador de Poder
Analogía Teórica
Energía
Ie N1
U1
E2
E1
2π
E1=
⋅ f ⋅ BMAX ⋅ SN ⋅ N1
2
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N2
µ>>µ0
E2 =
U2
2π
⋅ f ⋅ BMAX ⋅ SN ⋅ N2
2
Transformador de Poder
Experiencia & Desarrollo
Equações de Maxwell
1957
2009
1883
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Transformador de Poder
Experiencia & Desarrollo
Conocimiento
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Herramienta
Transformador de Poder
Pesquisa & Desarrollo
R&D Inversión - (MUS$)
1200
800
973
1.079
1.173
2
3
400
0
1
8 Centros de Pesquisas no Mundo.
6.000 Cientistas trabajando en el desarrollo y
mejoramiento da tecnologías de los equipamientos ABB.
70 universidades colaboradoras trabajando en
asociación con ABB no desarrollo e mejoramiento da
tecnología.
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Transformador de Poder
ABB Global Integrada
Concepto de proyecto y producción
Sistemas eficientes de Ingeniaría
Actualización anual
Aplicado en 15 fábricas
Mas de 1000 transformadores/año
Concepto completo de instrucción de proyecto, fabricación y
procesos
Productos pueden ser equipados con TEC (monitoração &
confiabilidad)
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Transformador de Poder
ABB Global Integrada – Características y Ventajas
1.
Concepto certificado y aprobado
2.
Proyecto robusto
3.
Calidad 6Sigma e mejoría con base en pruebas
4.
proveedores Calificados
5.
115 transf. submetidos à pruebas de curto-circuitos
6.
Plazo de entrega reducido
7.
Vida operacional con costo reducido
8.
Vida operacional confiable
9.
Recursos dedicados de desarrollo
10. Fundamentado en conocimiento y mas de 100 anos de experiencia
11. Tecnología global – Transformador mundial
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Transformador de Poder
¿ Como Comprar ?
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Transformador de Poder
Atender Especificación & Normas
Especificación
&
Normas
Uensayo
Arreglo Insolación:
bobinado
principal
Dimensiones
Massa
Reactancia
Temperaturas
Costo
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Distribución
de Tensión
Arr. Típicos
Prototipos
Experiencia
solicitaciones:
UAsol
UA sol
suportabilidad:
UAsup
UAsup
no
solicitaciones:
UA sol<=UA sup
∆UA sol<= ∆UAsup
si
Fabricación
Ensayos
Aprobación
Transformador de Poder
Proceso de Compra
ETAPAS:
Especificación Técnica
Licitación, Oferta, Compra y Contrato
Proyecto y Revisión de Proyecto (Design Review)
Fabricación
Ensayos en Fábrica
Transporte
Armado
Comisiónamento
Operación & Mantenimientos
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Transformador de Poder
Proceso de Compra
Especificación Técnica:
Normas de Referencia:
interaccionáis IEEE, IEC, NEMA,...
NBR, CL, ...
CIGRE
TB 156 Power Transformer Specification
TB 204 GuideLines for Design Review
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Transformador de Poder
Proceso de Compra
IEEE Normas:
IEEE Std C57.12.00-2006 IEEE Standard General Requirements for
Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers.
IEEE Std C57.91-1995 IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers.
IEEE Std C57.12.90-2006 IEEE Standard Test Code for Liquid-Immersed
Distribution, Power, and Regulating Transformers.
IEEE Std C57.98-1993 (Reaff 1999) IEEE Guide for Transformer Impulse Tests.
IEEE Std C 57.119-2001 Recommended Practice for Performing Temperature Rise
Tests on Oil Immersed Power Transformers at Loads Beyond Nameplate Ratings.
IEEE Std C57.19.01-2000 IEEE Standard Performance Characteristics and
Dimensions for Outdoor Apparatus Bushings.
IEEE Std C57.131-1995 IEEE Standard Requirements for Load Tap Changers.
IEEE Std C62.22-1997 IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge
Arresters for Alternating-Current Systems.
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Transformador de Poder
Proceso de Compra
IEC Normas:
IEC 60076 Power Transformers:
Part 1: General
Part 2: Temperature rise
Part 3: Insulation levels, dielectric tests and external clearances in air
Part 4: Guide to lightning impulse and switching impulse testing
Part 5: Ability to withstand short-circuit
Part 6: Reactors
Part 7: Loading guide for oil-immersed power transformers
Part 8: Application guide
Part 10: Determination of sound levels
Part 11: Dry-type transformers
Part 14: Design and application of liquid-immersed power transformers
using hightemperature insulation material
IEC 60068-3-3:1991, Environmental testing - Part 3: Guidance. Seismic test
methods forequipments.
IEC 60137:1984, Bushings for alternating voltages above 1 000 V.
IEC 60529:1989, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code).
IEC 60815:1986, Guide for the selection of insulators in respect of polluted
conditions.
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Transformador de Poder
Proceso de Compra
ABNT NBR Normas 2007:
NBR 5356 Transformadores de Potência:
Parte 1: Generalidades
Parte 2: Aquecimento
Parte 3: Níveis de Isolamento, Ensaios Dielétricos e Espaçamentos
Externos em Ar
Parte 4: Guia para Ensaios de Impulso Atmosférico e de Manobra
para Transformadores e Reatores
Parte 5: Capacidade de Resistir a Curto-Circuitos
Parte 6: Reatores
Parte 7: Carregamento de Transformadores
Parte 8: Guia de Aplicação
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Transformador de Poder
Optimización de los Costos Fabricación y Perdidas
valor, $
valor, $
costo
fabricación
costo fabricación
+ valor das perdidas
costo
fabricación
perdidas
masa do transformador, kg
Costo de Fabricación:
material
mano-de-obra
over-heads
valor das perdidas
masa do transformador, kg
Optimización
$$ Costo Total = Costo Fabricación + Costo Perdidas = f (variable de proyecto)
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Inducción, diámetro y masa del núcleo
Densidad de corriente
Distancias entre Bobinados
Rayo medio, ancho e altura de los Bob.
Masa de la Cuba
Valor das Perdidas = Valor das Perdidas
Capitalizadas $/kW
Valor máximo que o usuario pagaría
para reducir las perdidas del
transformador en 1 kW.
Transformador de Poder
Parámetros que influencia los Costos
Relación Potencia
Sobre Cargas
Regulación
Relación Tensión
Perdidas
Niveles
de
Aislamiento
Impedancia
Especificación
Tensión do Sistema
Restricción
Ambiental
Corrientes DC
Nivel
Ruido Harmónicas
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Refrigeración
Requerimientos
Mecánicos
CT:s
Temblor
Transporte de
Tierra
Gradiente
Gabinete
Temp.
Controle
Aceleración
Limitación
Pruebas
Transformador de Poder
Parámetro que compone los Costos
$
Nivel de Costos Capitalizado
Costo Capitalizado
Tempo de garantía perdidas ferro
Tempo de garantía perdidas cobre
Costo Transporte
Nivel de Costos Vendas
Costo Over Head
Costo de Fabricación
Costo de Proyecto
Costo de Materiales
Cobre del Bobinado
Núcleo magnético
Cuba
Aceite
Componentes (buchas, OLTC, etc).
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Transformador de Poder
Especificación Técnica
Relación Cliente x Fabricante
EL
EL correcto
correcto entendimiento
entendimiento por
por lo
lo
Fabricante
Fabricante de
de los
los requisitos
requisitos de
de la
la
Especificación
Especificación Técnica
Técnica del
del
Cliente
Cliente éé fundamental
fundamental para
para aa Vida
Vida
Operacional
Operacional confiable
confiable del
del
Transformador.
Transformador.
Proveedor atiende a
Especificación Técnica de
Compra del Transformador
cuanto à:
proyecto
aprobación de dibujos
ensayos
transporte
Armado
Comisiónamento
La primera Etapa de la Vida del Transformador é
la comunicación clara de los requisitos
establecidos por lo Cliente para el Fabricante.
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Transformador de Poder
Requisitos Mínimos
Características Principales:
Número de fases (1 o 3)
Frecuencia 50Hz o 60Hz
Potencia MVA para cada bobinado y cada fase de resfriamiento
Elevaciones de temperaturas del aceite y bobinados (55grC, 65grC, etc)
Sistema de Resfriamiento (NAN/ONAF/ONAF, ODAF, etc)
Tensión nominal (fase-fase) para cada bobinado y rango de tensión de operación
Ligaciones de los bobinados (DELTA, ESTRELLA aislado, ESTRELLA puesta a tierra,
ZigZag)
BIL de cada bobinado
BIL del neutro de cada bobinado ligado en ESTRELLA
BIL de cada buja de cada terminal de cada bobinado
Nivel de Ruido en dB(A) para cada fase de resfriamiento
Paralelismo con transformador existente
Transformador elevador conectado directamente el generador
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Transformador de Poder
Requisitos Mínimos
Características Principales:
Taps requeridos para cada bobinados:
Rango de regulación (taps) en porcentaje (%)
Número y valor del de Grau de tensión
Tipo del cambiador (DETC Desenergizado o OLTC Sub-Carga)
Capacidad reducida o plena para taps abajo de la tensión nominal
Impedancias de curto-circuito:
Entre pares de bobinados
Base de impedancia (MVA) para las impedancias especificadas
Auto transformadores: entre HV-MV, entre HV-LV, entre MV-LV
Transformadores de 3 bobinados: entre HV-LV1, entre HV-LV2
Requisitos especiales de tolerancias
Dados para capitalización (avaluación) de perdidas, incluido:
valor $/kW para perdidas en vacío
valor $/kW para perdidas en carga
valor $/kW para perdidas de los auxiliares
requisitos especiales de tolerancias
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Transformador de Poder
Requisitos Mínimos
Características Principales:
Limitaciones físicas:
Dimensiones y masas para transporte
Dimensiones limites para a instalación
Intercambialidad dimensional con unidad existente
local de la instalación:
Tipo de transporte (carreteras, ferrocarril, marítimo, etc)
Verificar limitaciones dimensionales y de masa para transporte
Tipo da entrega contractual:
FOB en campo (carreta de transporte)
FOB en campo (estación/pateo ferrocarril mas cerca)
FOB en la base de instalación en la subestación
descarga en campo por lo proveedor
descarga en campo por lo Cliente
FOB en la Base, incluyendo Armado y Comisiónamento
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Transformador de Poder
Cargamento – Ciclos de Carga
Cargamento
Ciclos de Carga:
Periódico 24horas
constante en el período
variable en el período ( 1 o varias puntas de carga)
Ciclo Rectangular Equivalente
Ciclo Real S(t)
150
S/Sn %
Sp,%
100
S(t),%
Si,%
50
6h
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12h
18h
24h
Transformador de Poder
Requisitos Mínimos
Cargamento y Temperaturas:
Temperatura Ambiente:
Constante durante o ciclo de carga
Variable durante o ciclo de carga
Temperaturas Limites:
Del topo de aceite
Del punto+caliente del bobinado
Componentes Auxiliares:
Temperaturas limites de Componentes Auxiliares (Bujas, Cambiadores, etc)
no debe limitar o Cargamento del Transformador
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Transformador de Poder
Cargamento – Expectativa de Vida del Aislante
Ecuación de Arrhenius
La degradación térmica del aislamiento sigue una función establecida
denominada ecuación de Arrhenius.
Vida de Aislamiento = A x e
(B / (273 + Thot) )
A y B = Constante
Thot = temperatura del punto mas caliente
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Transformador de Poder
Cargamento – Expectativa de Vida del Aislante
La ecuación de Arrhenius de la expectativa de vida del aislamiento para un
Trafo con elevación de temperatura 65 °C con papel thermo estabilizado
cuando opera con temperatura de 110 °C continuo es conforme abajo:
Elevación media de Temperatura = 65 °C
Temperatura media ambiente
= 30 °C
Incremento para el punto caliente = 15 °C
Vida de Aislamiento =
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9,8x10-18
(15000 / (273 + Thot) )
xe
Transformador de Poder
Cargamento - Conclusión
Observa:
Thot de 117 °C la vida será = 0,5
Thot de 110 °C la vida será = 1,0
Thot de 103 °C la vida será = 2,07
Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA
90
91
92
93
94
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8,66
7,73
6,90
6,17
5,52
95
96
97
98
99
4,94
4,42
3,96
3,55
3,18
100
101
102
103
104
2,86
2,57
2,31
2,07
1,87
105
106
107
108
109
1,68
1,51
1,36
1,23
1,11
110
111
112
113
114
1,00
0,90
0,82
0,74
0,67
115
116
117
118
119
0,60
0,55
0,50
0,45
0,41
Transformador de Poder
Limites de Temperatura
LIMITES DE TEMPERATURA conforme IEEE C57.91-1995
Cargamento
Expectativa de
vida normal
Sobrecarga
planeada
Sobrecarga de
emergencia de
larga duración
Sobrecarga
de
emergencia
de curta
duración
Temperatura do
cobre - Thot
120
130
140
180 *
Partes metálicas sien
contacto con el
aislamiento
140
150
160
200
Temperatura del
Aceite -Top oil
105
110
110
110
* Pode producir burbujas de gases con riesgo potencial de fallas dieléctricas.
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Transformador de Poder
Sobreexcitación del Núcleo
Excitación Máxima: inferior à Inducción de Pré-Saturación
< 1.92 – 1.95 T
< 1.95 – 1.98 T
para RGO (material: Grano Orientado Regular, ex: Acesita)
para HI-Bi (material: Alta Inducción, ex: Nippon Steel)
DR (material: Refinado a Laser, ex: Nippon Steel)
Proyecto: Inducción à 100%Un
B100%Un = Inducción de Pré-Saturación / P.U. Sobreexcitación
Ejemplo Proyecto:
Material
RGO
Pré
Pré-Saturació
Saturación
Sobreexcitació
Sobreexcitación
Inducció
Inducción B100%Un
105%
1.05 pu
1.92/1.05=1.83 T
115%
1.15 pu
1.92/1.15=1.67T
1.92 T
Impacto significante no costo del transformador!
Elevación nivel de ruido y vibraciones!
Margen para operación sub. condiciones a normales (no-previstas)
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Transformador de Poder
Limite de Desempeño
Deterioro y envejecimiento
Carbonización
Reducción soportabilidad mecánica
Reducción resistencia de Aislamiento
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