Inocencio Solteiro, ABB Transformer Day 2010 ... · Inocencio Solteiro, ABB Transformer Day 2010...

© ABB Group May 30, 2009 | Slide 1

Inocencio Solteiro, ABB Transformer Day 2010

Transformadores de PoderABB Brasil - Transformadores


PP

SAM

PPTR

� 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

TÓPICOS

Transformador de PoderTópicos de la Presentación


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 ....

Transformador de PoderLarga Historia


Transformador de PoderTecnología Global ABB


Cuatro plataformas de tecnología común garantía de alta calidad

Transformador de Poder Tecnología Global ABB

52 kV

171 kV

Rango de Tensión

TIPO CORE

TIPO SHELL

Transformador de Poder

40 MVA 63 MVA

Rango de Poder

Transformador de Poder

Tipo Seco

10 MVA

36 kV Distribución

800 kV


Transformador de PoderRapidez y Calidad

� Fabricas con proceso integrado

� Rapidez en las decisiones

� Rapidez en la fabricación

� Ingeniaría direccionada

� Curto plazo de entrega


Transformador de Poder55 Fabricas en el Mundo


USTSLSt.Louis, USA

CNTPHHefei, China

THABBBangkok, Thailand

INABBVadodara, India

ESABBBilbao, Spain

TRABBIstanbul, Turkey

DETFOBad Honnef, Germany

PLABBLodz, Poland

CATRMVarennes, Canada

CNCTCChongqing, China

ZAPOWPretoria, South Africa

BRABBGuarulhous, Brazil

ESABBCordoba, Spain

SETFOLudvika, Sweden

Fabricas 15 PlantasCapacidad 200.000 MVACapacidad 13.000 UnidadesEmpleados 5000

CNZTCZhongshan, China

Transformador de Poder15 Fabricas de MPT & LPT


Transformador de Poder27 Centro de Servicios en el Mundo

��

Lima, Peru

Varennes, Canada

St. Louis, USA

Guarulhos, Brazil

Mexico City, Mexico

Brampton, Canada

South Boston, USA

Edmonton, Canada

Bangkok, Thailand

Moorebank, Australia

Vadodara, India Zhongshan, ChinaRiyadh, Saudi Arabia

Stone, United Kingdom

Drammen, Norway

Ludvika, Sweden

Geneva, Switzerland Milan & Monselice, Italy

Bilbao, Spain

Halle, Germany

Istanbul, Turkey

Vaasa, Finland

Chrystal Springs, USA

Moscow, Russia

Johannesburg, South Africa

ES Zaragoza, SpainCordoba, Spain


Características: Área Total:115000m2 / Área Fabril: 2500m2

Transformador de PoderFabrica de ABB Brasil


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Conocimiento en la área Eléctrico

Conocimiento en la área Mecánico

Conocimiento en la área Químico

Transformador de Poder Equipo Complexo

� 1883 William Stanley inventó el Transformador

� 1890 Primero Transformador Resfriado con Aceite


Transformador de PoderAnalogía Teórica

100% Potencia

Tensión 1 Tensión 2

99.7% Potencia

Potencia (MVA) = � 3 x Tensión (kV) x Corriente (A)

Ex: 100 MVA e 230 kV = 251 A Ex: 100 MVA e 23 kV = 2510 A

TransformadorTransformador

PERDIDASPERDIDAS


U2

µ>>µ0E f B S NMAX N1

22

1= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅π

U1

N1 N2Ie

EnergEnergííaa

E1 E2

E f B S NMAX N222

2= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅π

Transformador de PoderAnalogía Teórica


2009

��

��

��

1957

1883

Transformador de Poder Experiencia & Desarrollo

EquaEquaçções de Maxwellões de Maxwell


ConocimientoConocimiento HerramientaHerramienta

Transformador de Poder Experiencia & Desarrollo


973 1.079 1.173

0

400

800

1200

1 2 3

R&D Inversión - (MUS$)

� 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.

Transformador de Poder Pesquisa & Desarrollo


� 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 yprocesos

� Productos pueden ser equipados con TEC (monitoração &confiabilidad)

Transformador de Poder ABB Global Integrada


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

Transformador de PoderABB Global Integrada – Características y Ventajas


Transformador de Poder ¿ Como Comprar ?


Transformador de Poder Atender Especificación & Normas

UensayoEspecificación

Normas

Distribuciónde Tensión

Arreglo Insolación:bobinadoprincipal

solicitaciones:

UAUA

solsol

Arr. Típicos suportabilidad:

UAUA

supsup

Prototipos

Experiencia

solicitaciones:

UA sol<=UA sup∆∆∆∆UA sol<= ∆∆∆∆UAsup

FabricaciónEnsayosAprobación

no

siDimensionesMassaReactanciaTemperaturasCosto

&


Transformador de PoderProceso 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



Especificación Técnica:

� Normas de Referencia:� interaccionáis IEEE, IEC, NEMA,...� NBR, CL, ...

� CIGRE� TB 156 Power Transformer Specification� TB 204 GuideLines for Design Review



IEEE Normas:

� IEEE Std C57.12.00-2006 IEEE Standard General Requirements forLiquid-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-ImmersedDistribution, 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 andDimensions 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.



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 testmethods 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 pollutedconditions.



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


perdidas

costofabricación

masa do transformador, masa do transformador, kgkg

valo

r, $

valo

r, $

valor das perdidas

costofabricación

masa do transformador, masa do transformador, kgkg

valo

r, $

valo

r, $ costo fabricación

+ valor das perdidas

Costo de Fabricación:� material� mano-de-obra� over-heads

$$ Costo Total = Costo Fabricación + Costo Perdidas = f (variable de proyecto)

� Inducción, diámetro y masa del núcleo� Densidad de corriente� Distancias entre Bobinados� Rayo medio, ancho e altura de los Bob.� Masa de la CubaO

ptim

izac

ión Valor das Perdidas = Valor das Perdidas

Capitalizadas $/kW� Valor máximo que o usuario pagaría

para reducir las perdidas deltransformador en 1 kW.

Transformador de PoderOptimización de los Costos Fabricación y Perdidas


Relación Potencia

Restricción Ambiental

Refrigeración

Relación Tensión

Requerimientos Mecánicos

ImpedanciaPerdidas

RegulaciónNiveles

de Aislamiento

Pruebas

Especificación

GradienteTemp.

Transporte

LimitaciónAceleración

Temblorde

Tierra

CT:s

Sobre Cargas

Tensión do Sistema

NivelRuido

Corrientes DCHarmónicas Gabinete

Controle

Transformador de PoderParámetros que influencia los Costos


� Costo de Materiales� Cobre del Bobinado

� Núcleo magnético

� Cuba

� Aceite

� Componentes (buchas, OLTC, etc).

� Costo Capitalizado� Tempo de garantía perdidas ferro

� Tempo de garantía perdidas cobre

$

� Costo de Proyecto

� Costo de Fabricación

� Costo Over Head

� Costo TransporteNivel de Costos Vendas

Nivel de Costos Capitalizado

Transformador de PoderParámetro que compone los Costos


Transformador de Poder Especificación Técnica

EL correcto entendimiento por lo Fabricante de los requisitos de la Especificación Técnica del Cliente é fundamental para a Vida Operacional confiable del Transformador.

EL correcto entendimiento por lo Fabricante de los requisitos de la Especificación Técnica del Cliente é fundamental para a Vida Operacional confiable del 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 éla comunicación clara de los requisitos

establecidos por lo Cliente para el Fabricante.

Relación Cliente x Fabricante


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




� 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




� 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


Transformador de Poder Cargamento – Ciclos de Carga

CargamentoCiclos 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)

6h 24h12h 18h

150

100

50

S/Sn %Sp,%

Si,%

S(t),%



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


Transformador de Poder Cargamento – Expectativa de Vida del Aislante

Vida de Aislamiento = A x e(B / (273 + Thot) )

� Ecuación de Arrhenius

La degradación térmica del aislamiento sigue una función establecida denominada ecuación de Arrhenius.

� A y B = Constante

� Thot = temperatura del punto mas caliente


Transformador de Poder Cargamento – Expectativa de Vida del Aislante

� Elevación media de Temperatura = 65 °C

� Temperatura media ambiente = 30 °C

� Incremento para el punto caliente = 15 °C

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:

Vida de Aislamiento = 9,8x10-18 x e(15000 / (273 + Thot) )


Transformador de Poder Cargamento - Conclusión

Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA Thot VIDA

90 8,66 95 4,94 100 2,86 105 1,68 110 1,00 115 0,6091 7,73 96 4,42 101 2,57 106 1,51 111 0,90 116 0,5592 6,90 97 3,96 102 2,31 107 1,36 112 0,82 117 0,5093 6,17 98 3,55 103 2,07 108 1,23 113 0,74 118 0,4594 5,52 99 3,18 104 1,87 109 1,11 114 0,67 119 0,41

� Thot de 117 °C la vida será = 0,5



Observa:


Transformador de Poder Limites de Temperatura

LIMITES DE TEMPERATURA conforme IEEE C57.91-1995

* Pode producir burbujas de gases con riesgo potencial de fallas dieléctricas.

110 110 110

Partes metálicas sien contacto con el

aislamiento

105

140 180 *

150 160 200

Sobrecarga de emergencia de larga duración

Temperatura del Aceite -Top oil

Cargamento Expectativa de vida normal

Sobrecarga planeada

120

140

130Temperatura do

cobre - Thot

Sobrecarga de

emergencia de curta duración


Transformador de Poder Sobreexcitación del Núcleo

� Excitación Máxima: inferior à Inducción de Pré-Saturación� < 1.92 – 1.95 T para RGO (material: Grano Orientado Regular, ex: Acesita)� < 1.95 – 1.98 T 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:

1.92/1.15=1.67T1.15 pu115%

1.92/1.05=1.83 T1.05 pu105%1.92 T

InducciInduccióón B100%Unn B100%UnSobreexcitaciSobreexcitacióónnPrPréé--SaturaciSaturacióónnMaterialMaterial

� Impacto significante no costo del transformador!� Elevación nivel de ruido y vibraciones!� Margen para operación sub. condiciones a normales (no-previstas)

RGO


� Deterioro y envejecimiento

� Carbonización

� Reducción soportabilidad mecánica

� Reducción resistencia de Aislamiento

Transformador de Poder Limite de Desempeño

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