Confidencial / Uso Interno Energy Sector

Elaborado por MC. José Izquierdo Franco

Junio 2011

Siemens Transformadores

Transformadores con pérdidas bajas

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Transformadores con pérdidas bajas

Introducción

Principios de Diseño

Criterio de evaluación

Evaluación de pérdidas

Conclusión

Preguntas

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Introducción

El transformador es un aparato estático, de inducción electromagnética, destinado a transformar un sistema de corrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igual frecuencia y tensión igual o regulada.

Un transformador el cual estará en servicio en un sistema eléctrico el cual cuanta con ciertas características.

Fijadas por el usuario Adoptadas por el constructor.

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  Norma general y/o particular que rige el diseño y operación del equipo.

  Tipo Transformador (SE, GSU, Auto)   Liquido aislante (Mineral, Silicon o Bio)  Altitud de Operación / Contaminación  Potencia MVA  Voltaje  Conexión  Tipo de Enfriamiento  Temp. de Operación (30 Pro / 40 Max)   Incremento de Temperatura (55 & 65)  Nivel de Aislamiento  Regulación (con & sin carga)  Evaluación de Perdidas   Impedancia / Tolerancia  Nivel de Ruido

Introducción

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Introducción

Corriente Máxima Reg. Voltaje

Tipo de Bobina

Corriente Máxima y condiciones especiales

Conductor A/mm2

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Transformadores con pérdidas bajas

Introducción

Principios de Diseño

Criterio de Diseño

Evaluación de Pérdidas

Conclusión

Preguntas

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Principios de Diseño (Operación en Vacío y Bajo carga)

Pérdidas sin Carga Energización del transformador. Flujo que circula a través del núcleo.

Pérdidas bajo Carga. I2R (perdidas en el cobre de la bobina causadas por el flujo de corriente). Stray loss (perdidas indeterminadas) flujo que proviene de las bobinas y penetra en las superficies metálicas, induciendo corrientes eddy y calentamiento.

G

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Principios de Diseño (Perdidas Sin Carga)

  Guiar flujo magnético.   Permite acoplamiento magnético.

•  Sección del núcleo está compuesta por varios escalones; lo que permite obtener un mejor aprovechamiento del área.

@ > calidad < pérdidas

@ > B > pérdidas.

•  Peso Kg.

•  Calidad acero.

•  Costo material.

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Principios de Diseño (Nivel de Ruido)

El ruido causado por el núcleo de los transformadores es originado por el flujo alterno que circula a través de él.

A mayor inducción mayor es el ruido producido. Relación directa entre la calidad del acero y el nivel de ruido.

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Principios de Diseño (Perdidas Bajo Carga)

Representación básica de las perdidas I2R, empleando para esto la resistividad del conductor, la longitud y su área de sección transversal.

Considerando I cte.

@ > área < R

@ < R < pérdidas > Volumen.

Peso Kg.

Costo material

Soleras de cobre & Cable Transpuesto Continuo CTC.

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Principios de Diseño (Sist. Enfriamiento)   1a Letra: Enfriamiento Interno

  2a Letra: Mecanismo de circulación interna

  3a Letra: Enfriamiento externo

  4a Letra: Mecanismo de enfriamiento externo

ODWF

ODAF

ONAF

ONAN

OFAF

ONAF

Energía empleada durante la disipación de calor.

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Introducción

Principios de Diseño

Criterio de Diseño

Evaluación de Pérdidas

Conclusión

Preguntas

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Criterio de Diseño

Costo base del transformador (sin criterio). Precio del transformador bajo - Pérdidas altas – Baja Eficiencia.

Costo en base a requerimiento específicamente definidos: Eficiencia, perdidas, nivel de ruido, densidad de corriente/flujo. Precio del transformador en base a las limitaciones descritas por el cliente y en restricciones de operación del mismo equipo.

Costo de energía (evaluación de pérdidas). Costo monetario $/kW energía consumida. El Usuario busca un equilibrio entre costo inicial del equipo y utilidad. Busca mayor versatilidad del transformador ya que le genera un gasto adicional a la compra inicial; por mantenimiento, limitaciones por sobrecarga, deterioro y perdida de vida, entre otras.

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Principios de Diseño

Criterio de Diseño

Evaluación de Pérdidas

Conclusión

Preguntas

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Evaluación de Pérdidas

Precio Base Transformador: Acero / Cobre / Aislamiento Liquido Aislante / Accesorios Equipo de Regulación, monitores, etc.

Precio Evaluado PBE = PB + NL x K1 + LL x K2 PBE: Precio base evaluado [$] PB: Precio base [$]. K1: Factor de evaluación en vacío [$/kW] NL: Perdidas en Vacío [kW] K2: Factor de evaluación bajo carga [$/kW] LL: Perdidas bajo Carga [kW]

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Evaluación de Pérdidas

Precio Evaluado

Tipo de servicio del equipo. Tiempo de operación. % de capacidad operando. Costo por transmisión, generación. Pronósticos de demanda & crecimiento. Costo inicial de inversión. Factores inflacionarios. Tasas de retorno de la inversión. Financiamientos. Tiempos de entrega

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Evaluación de Pérdidas

Precio Base Evaluado PBE = PB + NL x K1 + LL x K2 Evaluación: LL: 3250 / NL: 8250 / Ax: NA

A) $ Venta: 445,000 / NL: 28 kW / LL: 88 KW MEJOR PRECIO BASE B) $ Venta: 495,000 / NL: 24 kW / LL: 83 kW C) $ Venta: 462,000 / NL: 26 kW / LL: 86 kW

Evaluación de perdidas: A) 28*8,250+88*3,250 = 517,000 B) 24*8,250+83*3,250 = 467,750 MEJORES PERDIDAS EVALUADAS C) 26*8,250+86*3,250 = 494,000

PBE = Evaluación de Perdidas + Precio Base

A) 517,000 + 445,000 = 962,000 B) 767,750 + 495,000 = 962,750 C) 494,000 + 462,000 = 956,000 MEJOR VALOR CONJUGADO

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Evaluación de Pérdidas

Relative cost of material and labor for optimized transformer.

Losses for optimized transformer. Evaluated price of optimized transformer.

Durante el diseño si la evaluación se incrementa, las perdidas disminuyen. Como consecuencia se elevan los materiales y el costo de manufactura se incrementa por el miso efecto

La importancia de la evaluación no radica únicamente en el precio de venta, sino el conjunto de factores que están involucrados.

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Principios de Diseño

Criterio de Diseño

Evaluación de Pérdidas

Conclusión

Preguntas

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Conclusión

El nivel de perdidas están ligadas estrechamente con los factores de evaluación ya descritos y la operación del equipo dentro del sistema eléctrico.

Un análisis de la operación del sistema puede ser de gran ayuda ya que se fijan los parámetros de operación y se obtiene un equipo confiable.

La toma de decisiones ya no es como en el pasado (menor precio de venta) ahora es la relación directa que se tiene entre fabricante (mejora en precio de materiales y procesos de manufactura) y cliente (análisis de financiero y optimización de los recursos económicos).

Los KW como los veíamos ya no son los únicos involucrados en la toma de decisiones, ahora están dentro del esquema factores adicionales.

Aunado a esto el tiempo de vida ya es parte importante en los niveles de perdidas, ahora deseamos que el equipo nos reditúe cada centavo invertido.

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Preguntas

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Gracias!