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

Transformadores de distribución

2 Programa de transformador verde de distribución

¿Sabía usted que la línea de transformadores de distribución de ABB puede reducir los costes operativos, las facturas de energía y sobre todo tiene un impacto medioambiental?Nuestros transformadores de pérdidas bajas pueden dismi-nuir 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 la red de distribución podrían reducirse hasta en un 70 por ciento. Estos ahorros de energía se traducirían final-mente en menor coste de operación y reducción del impacto medioambiental.Como una mejora adicional de rendimiento y manejo ambiental, nuestros transformadores de pérdidas bajas pueden especifi-carse con nuestro aceite de Ester natural, de alta temperatura y biodegradable. Los transformadores de ABB con aceite de Ester natural ofrecen la combinación óptima de rendimiento y seguridad.Permita que ABB sea su socio en el desarrollo de los futuros transformadores de distribución. Explicándolo de forma simple, los transformadores de ABB son la solución óptima en conside-rar el coste total de adquisición (TCO), asuntos medioambienta-les y de seguridad y eficiencia energética.

Sostenibilidad.Existen incontables definiciones de sostenibilidad pero la más significativa sería, la responsabilidad que todos tenemos en encontrar el equilibrio entre las necesidades económicas de la sociedad con el impacto social y medioambiental. Probable-mente, la población mundial alcanzará en el 2050 entre seis y nueve millones de habitantes, por ello necesitamos encontrar la manera de consumir los recursos de la Tierra a una velocidad en la que los mismos se puedan reponer.

La conservación de energía y la reducción de emisión de CO2 deben enfocarse desde la sostenibilidad medioambiental. A nivel mundial, las emisiones de CO2 en la atmósfera están alcanzando 30 billones de toneladas por año, concentraciones que han ido incrementando en un 140 por ciento desde la revo-lución pre-industrial.

Según crece nuestra demanda y coste 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 en la reducción de emisiones y costes. La mayor eficiencia en forma de pérdidas reducidas puede conducir a evitar costes adiciona-les de generación de electricidad además de disminuir el coste total de adquisición de la infraestructura eléctrica.

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 14 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 en su posición de liderazgo, ABB está com-prometida a desarrollar todos sus productos cumpliendo los requerimientos crecientes medioambientales y de mayor eficien-cia. Como tal, ABB considera el ciclo entero de vida (de la cuna a la tumba), resultando en los productos, sistemas y soluciones más respetuosas con el medioambiente.

En línea con esta filosofía empresarial, ABB ha introducido un portafolio de transformadores ecológicos para transformadores de distribución.Adicionalmente a los transformadores existentes de bajas pérdidas y 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 aceite biodegradable, de alto punto de ignición, el aceite de Ester natural.

El programa de transformador ecológico de distribución ABB: El programa de transformador ecológico de ABB ofrece un en-foque modularizado para la selección de producto. Las caracte-rísticas de diseño y opciones disponibles son:

− Arrollamientos de cobre o aluminio, con aislamiento de papel o barniz

− Núcleos apilados en step lap o núcleos devanados − Núcleo de acero de grano orientado, en el rango de M5 a más

refinado y metal amorfo para lo óptimo en reducción de pérdidas − Una variedad de líquidos aislantes incluyendo aceite mineral,

aceite silicona, fluidos basados en éster sintéticos y Ester natural con un rendimiento mejorado de temperatura y esta-bilidad de la oxidación

− Tanque herméticamente sellado o con conservador, con aletas de paredes corrugadas o radiadores

− Tratamientos de superficie con pintura basada en agua o pol-vo en diferentes colores RAL, o galvanización por inmersión en caliente para condiciones medioambientales agresivas

Introducción

Programa de transformador verde de distribución 3

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 produc-tos seleccionados de los módulos indicados anteriormente pro-porcionarán a los clientes de ABB soluciones de alta eficiencia y respetuosos con el medio ambiente.

El aumento de la eficiencia del transformadorLos programas de ahorro de energía y requerimientos de efi-ciencia de energía, están presentes en varias iniciativas globales y locales.

Ejemplos de normas que requieren altas eficiencias en trans-formadores 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, NX-1 standard de China, y la norma AkA0 en Europa.

Eficiencia (porcentaje) es una medida de lo bien que un equipo convierte la energía de entrada en salida de energía útil - ya sea en potencia eléctrica, trabajo mecánico, o calor. Los transfor-madores de distribución tienen eficiencias muy por encima del 90 por ciento.

La eficiencia de un transformador de distribución se incremen-ta con una reducción en su carga y pérdidas. Las pérdidas en carga del transformador disminuyen con la carga, mientras que las pérdidas en vacío son constantes, independiente de la carga. Puesto que la mayoría de los transformadores están dimensionados para soportar picos de carga que ocurren úni-camente a ciertos intervalos durante el día, los transformadores de distribución pueden permanecer con un índice de carga baja durante una parte significativa del día. Por lo tanto, especificar las pérdidas en vacío más bajas posibles reducen el consumo de energía, incrementan la eficiencia y pueden aumentar las ganancias para un productor de potencia.

Disminuyendo el coste total de adquisiciónConsiderando las preocupaciones mundiales sobre el clima, muchos usuarios están de acuerdo en que se deben escoger transformadores de pérdidas bajas dejando aparte el criterio puro de rentabilidad a corto plazo. Cuando se adquieran trans-formadores, ABB recomienda usar el coste total de adquisición (TCO) que considera los costes futuros de operación de una unidad sobre su vida útil, calculando el coste actual y agregan-do el precio total de compra.

En el cálculo de TOC, las pérdidas se evalúan por su impacto financiero, capitalizándo para un periodo esperado de recupera-ción de la inversión para el transformador.

Ct = Precio de compra del transformadorA = Valor financiero evaluado (p.ej., USD/W), o factor de capitalización, para pérdidas en vacíoB = Valor financiero evaluado (p.ej., USD/W), o factor de capitalización, para pérdidas en cargaP0 = Pérdidas en vacíoPk = Pérdidas en carga

De acuerdo al cálculo de arriba, la solución óptima sería el diseño con el TCO más bajo. En resumen, el cliente/usuario obtendrá un balance práctico entre inversión y beneficios.

TCO proporciona la verdadera economía en la evaluación de compra de un transformador.Con transformadores de pérdidas bajas, alta eficiencia, los cos-tes más altos de materiales requieren, por lo general, un mayor coste inicial. Sin embargo, esto se compensará con los costes reducidos de operación de las pérdidas bajas. Pasado cierto tiempo, las pérdidas bajas darán un ahorro financiero neto de los costes reducidos de energía. Si se reemplazaran transfor-madores con pérdidas altas con transformadores nuevos de pérdidas bajas, este ahorro se volvería ún mayor. Adicional-mente, las pérdidas bajas reducen el coste de operación global evitando y postergando la inversión extra en generación y transmisión.

Reduciendo costes de operación sin comprometer eficiencia

4 Programa de transformador verde de distribución

Ejemplo de aplicación: transformadores para compañías eléctricas.La Figura 1 compara el TCO 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 TCO. Aunque el coste inicial de transformadores de núcleo amorfo puede ser ligeramente mayor, a menudo son la opción preferida si se considera el TCO.

Ejemplo de aplicación: transformadores en parques eólicos. En un Parque Eólico, la energia es producida por las turbinas durante periodos cortos de tiempo en un día. Por lo tanto, es deseable minimizar las pérdidas en vacío en aplicaciones de parques eólicos.

La ventaja de los transformadores AM en tales aplicaciones es evidente según la Figura 2. Aquí se comparan los resultados de TCO para transformadores inmersos en aceite de 1,750 kVA, RGO y AM para un parques eólicos, donde A = 8 USD/W y B = 2 USD/W.

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

RGO

Precio compra Coste pérd. capitaliz. Ahorros TCO

0% 50% 100% 150% 200% 250%

MetalAmorfo

Transformador sumergido en líquido

Transformador parque eólico 1,750 kVA

0 20,000 40,000 60,000

RGO

TCO (USD)

MetalAmorfo

Figura 1.

Figura 2.

Reduciendo costes de operación sin comprometer la eficiencia

Programa de transformador verde de distribución 5

Los transformadores de distribución de metal amorfo (AMDT) de ABB, representan la solución de diseño de pérdidas ultra-bajas, suministrando las eficiencias más 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 el silicio regular de grano orientado (RGO).

Metal amorfo - una ventaja tecnológicaDe acuerdo a la tabla de abajo, para diseños representativos de transformadores sumergidos en aceite. El metal amorfo (AM) permite una reducción significativa en pérdidas en vacío si las comparamos con RGO, hasta un 70 por ciento más bajas, según se indica a continuación para diseños representativos de transformadores sumergidos en aceite.

Capacidad

(kVA)

Pérdidas sin

carga (W)

regular grano

orientado

Pérdidas sin

carga

metal amorfo

Reducción

pérdidas

Monofásicos

15 55 20 64%

25 65 30 54%

50 105 35 67%

75 155 55 65%

100 200 75 63%

167 235 95 60%

Trifásicos

300 505 200 60%

500 725 220 70%

750 1,125 355 68%

1,500 2,170 725 67%

2,500 2,750 745 73%

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 también han demostrado los beneficios de AM en la presencia de armónicos o múltiples enteros de la frecuencia industrial (50 o 60 Hz). Cuando están presentes cargas no-lineales (p.ej. máquinas rotativas), 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 muy significativas tanto en ahorros económicos como en energía a través de la vida útil del transformador.

El aislamiento dieléctrico con fluidos basados en Ester natural combina el respeto al medio ambiente, la alta resistencia al fuego y la estabilidad a alta temperatura con unas excelentes características dieléctricas. Se elabora a partir de un aceite de origen vegetal, hecho de semillas naturales, con más del 90 por ciento biodegradable, según- CEC L-33-A método de ensayo Tiene un punto de ignición por encima de los 300°C, tiene la capacidad de construir tanques de menor presión para evitar fallos producidos de arcos de alta energía. El límite de saturación del agua es más alto que el aceite mineral sin afectar a la rigidez dieléctrica. El aceite de Ester natural permite mayor temperatura del hotspot sin reducir la vida útil del aislamiento.

El aislamiento dieléctrico con fluidos basados en Ester naturalLos aceites basados en minerales han sido el medio aislante dieléctrico escogido para los transformadores durante más de 100 años. El aceite de Ester natural 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 mayor confianza a su equipo.

Ventajas medioambientales, seguridad y operacionales − Ester natural es 90% biodegradable de acuerdo al CEC L-33 mé-

todo de ensayo. Sujeto a la regulación medioambiental, el aceite de Ester natural puede eliminarse por medios normales y no tratados como deshechos peligrosos.

− Con un punto de ignición por encima de 300ºC, el aceite de Ester natural está considerado como fluido menos inflamable por FM Global y UL, y tiene una clasificación de fuego K2 (IEC 61100)

− Tiene la capacidad de construir tanques de menor presión para evitar fallos producidos por arcos de alta energía, por lo que el aceite de Ester natural reduce el riesgo de que un transformador pueda explotar o arder. Por lo tanto es reco-mendable tanto para aplicaciones externas como internas.

− El aceite de Ester natural permite mantener mayor humedad en el papel impregnado sin reducir la vida útil del aislamien-to. Por ello, el aceite de Ester natural puede operar a mayor hotspot, manteniendo la vida útil igual que el aceite mineral, por lo tanto aumentando su capacidad de sobrecarga.

Con el aceite de Ester natural, el objetivo de ABB es ofrecer una solución completa y sostenible, combinando el respeto al medioam-biente (alta biodegrabilidad) y confianza (alta capacidad de sobre-carga)

ABB tiene la solución óptima para un mundo más ecológico

6 Programa de transformador verde de distribución

Compromiso de ABB para un futuro más verde La proposición de valor de ABB respetuoso con el medioambienteEl programa de transformador de distribución ecológico

− Reduce pérdidas en vacío entre un 40-70 por ciento, reduci-endo por tanto TCO 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, tecno-logías nuevas y convencionales

Confiabilidad, calidad y soluciones particularizadas − Pérdidas bajas generan menos calor, reduciendo así la capa-

cidad de aceite y necesidades de enfriamiento − Ensayado para exceder las normas aplicables incluyendo

pruebas de cortocircuito − Herramientas flexibles de diseño integrando tecnología con-

vencional y nuevas soluciones a fin de optimizar una solu-ción 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

Ventajas financieras basadas en el coste total de adquisición optimizado (TCO)

− Debido a un bajo TCO, los ahorros se pueden realizar en un periodo corto de tres a cinco años

− Pérdidas bajas que reducen el coste de operación global, gracias a la eliminación o postergación de una inversión extra en generación y transmisión

− Aumenta la confianza y alarga la vida útil

ABB tiene la solución óptima. Los transformadores de metal amorfo con aceite de Ester naturales son una solución óptima para el medioambiente. El metal amorfo baja el coste de adquisición a través de toda la red, desde generación a transmisión y distribución

− El metal amorfo y el aceite de Ester natural ayuda a reducir los gases de efecto invernadero además de la contaminación

− El aceite de Ester natural está diseñado para ser respetuoso con el medioambiente

− Ofrece el valor más bajo de Evaluación de Ciclo de Vida (LCA) para un transformador de distribución

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

ABB – su socio en sostenibilidad

Programa de transformador verde de distribución 7

Cálculo de eficiencia de transformadorCuando se calcula la eficiencia, se debe conocer la capacidad del transformador (kVAr), carga (kVA), factor de potencia (PF), y pérdidas del transformador. Estas pérdidas se componen de pérdidas en carga (Pk) y en vacío (Po). Las pérdidas en carga son directamente proporcionales al cuadrado del factor de carga (L), por lo que dichas pérdidas serán más altas según incrementa la carga del transformador. Las pérdidas en vacío o del núcleo, permanecen constantes indiferente de la carga. Adicionalmente, las pérdidas en vacío pueden ser un porcentaje significativo de las pérdidas totales cuando un transformador trabaja con un índice de carga baja.

Cálculo de Coste Total de Adquisición (TCO)A continuación se usa USD para propósitos de ilustración,

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

En estas ecuaciones, Cd (USD/W), la demanda de carga, es el coste para extensión de capacidad en generación (compañías eléctricas) o la tasa mensual de pico de potencia (usuarios comerciales e industriales), Ce (USD/Wh) es el coste de energía y es dependiente del usuario, aplicación y normas, h son las horas de uso anual del transformador (año completo = 8,760 horas), y Fc es el factor de valor actual, calculado para n años usando una tasa de descuento i.

Coste de emisionesNo existe hasta el momento una manera universal para contabilizar los costes de emisiones en TCO puesto que los mismos son muy dependientes de la regulación y de la política. Los factores que se utilizarían son de impacto económico además de social. El último es más complicado de cuantificar.

Se pueden contabilizar costes económicos por emisiones den-tro del cálculo de TCO agregando costes de emisiones (Cem) al coste de energía (Cem) para un coste total de energía (Ce), que reemplaza a Ce en las ecuaciones anteriores,

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

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

(USD/W)

(USD/W)

(USD/Wh)

(USD/Wh)

Soporte para un futuro más ecológico

Contáctenos

1LU

J000

195S

-A

Nota:

ABB se reserva el derecho de hacer cambios

este documento sin previo aviso. En relación a las

órdenes de compra, prevalecerán las condiciones

particulares acordadas en cada caso. ABB no se

hace responsable de los errores o falta de informa-

ción que pueda haber en este documento.

Los derechos de imagen o reproducción so-

bre este documento, sus contenidos escritos

exclusivamente a ABB. Cualquier reproducción,

cesión o utilización de dichos contenidos, parcial o

totalmente, por terceras partes queda prohibida sin

autorización previa por escrito de ABB.

Copyright 2016 ABB. All rights reserved.

ABB Ltd.Affolternstrasse 44P.O. Box 81318050 Zurich, Switzerland

www.abb.com/transformers