Transformadores para aplicaciones especiales Presencia de ... · envejecimiento prematuro del...

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© ABB Group May 17, 2012 | Slide 1 Transformadores para aplicaciones especiales Presencia de Armonicos Factor K Hernan Escarria, PTI – Santiago de Chile 2012

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Transformadores para aplicaciones especiales Presencia de Armonicos Factor K

Hernan Escarria, PTI – Santiago de Chile 2012

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

Las cargas no lineales son todas aquellas que generan corrientes no sinusoidales, es decir, corrientes que además de la componente fundamental tienen otras que son múltiplos enteros de la fundamental y que se conocen como armónicos.

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

Este tipo de cargas ha existido en los sistemas eléctricos desde el principio, principalmente eran de tipo magnético, como las corrientes de excitación de los transformadores y los balastos magnéticos de luminarias tipo fluorescente. Su influencia en el sistema eléctrico era escasa.

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

La aparición de la electrónica ha mejorado mucho las propiedades de los productos pero ha traído consigo, entre otros problemas, la generación de armónicos.

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

RECTIFICADORES

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

Los fabricantes de variadores de frecuencia de motores de inducción explican como estos equipos mejoran la eficiencia de las máquinas permitiendo variar la velocidad de funcionamiento según las necesidades de la aplicación, pero advierten que éstos producen armónicos de orden 5, 7, 11, 13…

El orden característico de Armónicos (h) en el lado de la línea con relación al número de pulsos del rectificador (p) : h= n x p ±1 (n=1,2,3... Cualquier número entero),

Un rectificador de 6 pulsos produce 6-1=5°, 6+1=7°, 12-1=11°,

12+1=13° armónicos de corriente (en el caso ideal)

Un rectificador de 12 pulsos produce 12-1=11°, 12+1=13°, 24-1=23° and 24+1=25° armónicos de corriente (en el caso ideal)

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

Una manera de reducir armónicos es con conexiones del transformador

Número de pulsos se puede aumentar mediante la aplicación de varios grupos de 6 pulsos con un desplazamiento de la fase de las tensiones de alimentación.

30 grados de desfase se puede obtener mediante el uso de la conexión básica de grupos de bobinas (Y y D)

Desfases distintos de 0 °, 30 ° (o múltiplos) requiere un desfase especial. Las más comunes son las conexiones Z y "delta extendida“

A medida que la potencia de los armónicos aumenta el desempeño de la red se vuelve más crítico

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores / Conexiones

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

Problemas de los armónicos.

Se observó, que a medida que aumentaban las cargas electrónicas, los transformadores funcionaban con ruidos y un calentamiento excesivo, e incluso que se quemaban al cabo de uno o dos años.

Algunos se preguntaban:

¿Quizás los fabricantes de transformadores habían abaratado costos introduciendo materiales de baja calidad?. NO. Los transformadores eran los mismos, la causa estaba en los armónicos.

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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores

Problemas de los armónicos.

Las corrientes armónicas elevan las pérdidas adicionales en los bobinados, barras de conexión, bridas del núcleo y paredes del tanque principal, que pueden conducir a problemas térmicos como el envejecimiento prematuro del transformador.Grado de severidad depende del tipo de unidad rectificadora, de carga y el diseño del transformador. El diseño de los devanados debe ser capaz de soportar tensiones mecánicas / térmicas debidas a la distribución de la temperatura más desigual que con corriente sinusoidal única ("efecto final"). Los puntos calientes localizados se deben evitar y cada arrollamiento necesita ser analizado por separado. El aumento de la temperatura debido al aumento de las pérdidas a causa de las componentes armónicas debe estar dentro de los límites especificados para el aumento de la corriente de carga real

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Transformadores en Presencia de Armonicos NORMAS

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Definiciones de acuerdo a IEEE 519

Point of common coupling (PCC) – El PCC está definido como la interfase entre la electrificadora (Fuente) y el cliente (Carga), vease PCC1.

Other Loads Other Loads

Converter

PCC 1

PCC 2

SubstationTransformer

Converter InputTransformer

Utility Network

MV Bus IPC

Muy a menudo, la IEEE 519 es “Mal Empleada” y el PCC es definido dentro de la red del cliente (vease PCC2), donde coincide con el In-plant point of coupling (IPC).

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Total Harmonic Distortion factor (THD) – Relación del valor RMS del contenido de voltaje armónico al valor RMS de la componente fundamental de voltaje ….. expresado como porcentaje de la fundamental.

Total Demand Distortion factor (TDD) Relación del valor RMS del contenido de corriente armónica al valor RMS de la com- ponente fundamental de corriente ….. expresado como porcentaje de la fundamental.

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

100*1

50

2

2

V

VTHD h

h∑==

100*1

2

2

I

ITDD h

h∑∞

==

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La relación ISC/IL es la relación de la corriente de cortocircuito disponible en el punto común de acople (PCC) a la máxima corriente que damanda de carga al correspondiente sistema.

Other Loads Other Loads

Converter

PCC 1

PCC 2

SubstationTransformer

Converter InputTransformer

Utility Network

MV Bus IPC

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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Voltage Distortion Limits for Utilities

100*1

50

2

2

V

VTHD h

h∑==

Bus voltage at PCC Max. individual Voltagedistortion (%)

Total Voltage distortionTHD (%)

69kV and below 3.0 5.069.001 kV through 161kV 1.5 2.5161.001kV and above 1.0 1.5

The limits listed above should be used as system design values for the “worst case” fornormal operation (conditions lasting longer than one hour). For shorter periods, duringstart-ups or unusual conditions, the limits may be exceeded by 50%.

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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Current Distortion Limits for 6-pulse rectifiers

100*1

2

2

I

ITDD h

h∑∞

==

Maximum Harmonic Current Distortion in % of ILIndividual Harmonic order h

Isc/IL <11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<29 29<=h<35 TDD<20* 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.020<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.050<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0

100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits aboveCurrent distortion that result in a DC-offset, e.g. half-wave converters, are not allowed* All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless

of Isc/ILWhereIsc = maximum short-circuit current at PCCIL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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In case that phase shift transformers or converters with pulse numbers (q) higher than 6 are used, the limits for the characteristic harmonic orders are increased by a factor F equal to

provided that the amplitudes of the noncharacteristic orders are less than 25% of the limits specified in the table for the 6-pulse rectifiers

Example: For a 12-pulse rectifier the characteristic harmonics (11th,13th, 23rd, 25th,…) can be increased by a factor

6qF =

2612 ==F

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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Current Distortion Limits for 12-pulse rectifiers

Maximum Harmonic Current Distortion in % of ILIndividual Harmonic order h

Isc/IL <11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<29 29<=h<35 TDD<20* 1.0 2.8 0.375 0.85 0.15 5.020<50 1.75 4.95 0.625 1.4 0.25 8.050<100 2.5 6.35 1.0 2.1 0.375 12.0

100<1000 3.0 7.8 1.25 2.8 0.5 15.0>1000 3.75 9.9 1.5 3.5 0.625 20.0

Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits aboveCurrent distortion that result in a DC-offset, e.g. half-wave converters, are not allowed* All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless

of Isc/ILWhereIsc = maximum short-circuit current at PCCIL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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Comparison: Current Distortion Limits 6-p versus 12pExample for Isc/IL: 20<50

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 43 47 49 TDD

Harmonic Order

Max

. Har

mon

ic C

urre

nt D

isto

rtion

in

Perc

ent o

f IL

6 pulse rectifier12 pulse rectifier

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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Simplified Equivalent Circuit Diagram for Line Harmonics• Vnet Mains supply voltage source (infinitely strong)• Vharm Harmonic voltage source (generated by the drive)• Xline Line impedance (representing the fault level of the network - mainly

inductive)• Xxfmr Transformer impedance (value with only one secondary winding

shorted)

~ ~~Vnet Vharm

Xline Xxfmr

PCC

TDD

THD

Definiciones de acuerdo a IEEE 519

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Transformadores en Presencia de Armonicos Aplicaciones

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Que es un sistema de accionamiento electrico (Drive)?

Un sistema de tracción o accionamiento se utiliza para el control de velocidad, par y potencia de un motor eléctrico de la manera más eficiente.

Se compone de transformador, variador de velocidad y el motor

→ Los principales componentes deben tener características coincidentes

Topología estandar para un sistema de accionamiento

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Transformadores de accionamiento electrico (Drives) para ...

Chemical, Oil & Gas

Power Water

Marine

Pulp & Paper Special applications, e.g. wind tunnels

MetalsCement, Mining & Minerals

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Aplicaciones típicas

Blowers & fansConveyorsCompressorsCrushers, rolling millsExtruders, mixersMarine propulsionMine hoistsPumpsRefinersGas & hydro turbine startersSoft starters for large machinesTest stands, wind tunnels

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Transformadores en Presencia de Armónicos Normas

IEC 61378-1 Converter transformers, Part 1 Transformers for Industrial Applications

IEEE C57.18.10 IEEE standard Practices for Semiconductor Power Rectifier Transformers”

IEC no hace requerimientos sobre nivel de aislamiento (BIL) IEEE si lo hace

Los diseños deben cubrir Incremento del esfuerzo dieléctrico en el lado del rectificador

Voltajes de modo común

Alto DU/dt

Corrientes armónicas

Compatibilidad electromagnética EMC

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Transformadores en Presencia de Armónicos Transformador convertidor

Elevación de TemperaturaEl aumento de la temperatura con la corriente de carga real, incluyendo las pérdidas debidas a los armónicos debe estar dentro de los límites especificados.

Existe margen en el aumento de la temperatura con la corriente sinusoidal.

El diseño de los devanados debe ser capaz de soportar tensiones mecánicas / térmicas debidas a la distribución de la temperatura más desigual que con corriente sinusoidal única ("efecto final").

Prueba de elevación de temperatura se puede hacer con la potencia equivalente, o con un cálculo más detallado, basado en la norma IEC 61378

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Los voltajes de modo común resultan de la operación de conmutación del inversor y aparecen a través del acoplamiento capacitivo en los devanados del transformador en el devanado de BT contra tierra (también llamado componente de secuencia cero).Estas tensiones de modo común aumentan el esfuerzo dieléctrico en el aislamiento de los transformadores y deben ser considerados en el diseño del transformador (nivel de aislamiento se aumenta en comparación con los requisitos de IEC 60076)

Transformadores en Presencia de Armónicos Voltaje modo común/transformador de entrada

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Transformadores en Presencia de Armónicos Voltaje modo común/transformador de entrada

-4.0

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

kV

0 10 20msec

VOffset

VSec

VCommon

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Transformadores en Presencia de Armónicos Transformador convertidor

¿Por qué se necesitan transformadores convertidores? (temas principales)

Adapta la tensión de alimentación de la red a la tensión de entrada del convertidor.

Aísla el convertidor de la red de alimentación y limita las corrientes de cortocircuito en el convertidor.

Alivia al motor y / o red de tensiones de modo común.

Reduce las radio interferencias (EMC) de la unidad a la red (pantalla especial).

Protege la unidad de los transitorios de voltaje de la red de alimentación.

Reduce los armónicos (impedancia del transformador y conexiones especiales para la operación multipulso).

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Transformadores en Presencia de Armónicos Incremento de esfuerzos mecánicos

Alto di / dt, debido a la forma de onda del puente de diodos es causante de fuerzas mecánicas que no están presentes con carga normal con onda sinusoidal (es decir, el llamado "efecto martillo").

Normalmente, los rectificadores están protegidos con una función de “disparo rápido”, esta función hace un corto circuito pleno con el fin de que el interruptor de alta tensión dispare instantáneamente. Los transformadores de VSD se enfrentan a muchos más corto-circuitos durante su tiempo de vida que los transformadores de red normales.

Algunas aplicaciones de velocidad variable tienen carga muy cíclica, con continuos cambios rápidos de poco % a 100% de la carga (por ejemplo, los trenes de laminación)

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Transformadores en Presencia de Armónicos Pantalla EMC

La UE ha establecido límites para la radio frecuencia (RF) la contaminación del sistema de suministro eléctrico en el punto de conexión del sistema de alimentación de la unidad (incluyendo el transformador) EN 61800

La misma regulación se aplica también cada vez más fuera de Europa

Sistemas de accionamiento por lo general no cumplen con este requisito sin filtros.

La industria requieren que el sistema sea compatible EMC (rotulado CE) en cualquier lugar, aunque el requisito de la UE sólo es en el punto de conexión a la red pública o a una distancia de 10 metros de la valla de frontera.

La pantalla electrostática correctamente diseñada es una manera rentable de cumplir el requisito para el paquete rectificador- transformador

La pantalla electrostática también protege contra los esfuerzos por voltaje de modo común y del sistema de alimentación (rayo y conmutación)

Insulating cylinderMetal foil

5

12

3

5

4

Mid

dle

oftra

nsfo

rmer

win

dow

Indicación: Esta es la descripción general de la pantalla en la especificación del transformador, pero la fabricación real no es tan simple

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Transformadores en Presencia de Armónicos Pantalla EMC

Potencias superiores a algunos MVA MVA con corrientes armónicas típicas , las pérdidas en la pantalla son importantes, el diseño para permitir su enfriamiento.

Transformadores de alimentación de VSD con conmutación de alta frecuencia en el lado de entrada (entrada activa), las pérdidas en la pantalla puede ser dramático.

Tipo incorrecto de los cables de puesta a tierra de la pantalla puede hacer que la pantalla no sea funcional.

Indicación: Esta es una foto de una pantalla de fabricación local de bajo costo para transformador VSD en el Lejano Oriente después de unas semanas de operación con el 25% de la carga con entrada activa y frecuencia de conmutación de 3.2 kHz

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

Desclasificación de transformadores. El factor K.

En EEUU, en 1989, se pensó en cuantificar el calentamiento producido en los transformadores cuando se presentan armónicos. En esta situación el transformador no debe funcionar a su potencia nominal y debe o cambiarse por otro de mayor potencia o disminuirse la carga. El transformador se “desclasifica” asociándole una potencia equivalente.

Esta potencia equivalente es igual a la potencia basada en el valor eficaz de la corriente no sinusoidal multiplicada por el factor “K”.

Este factor “K” se define como aquel valor numérico que representa los posibles efectos de calentamiento de una carga no lineal sobre el transformador. Inicialmente se consideró llamar a este número “C”, de constante, pero se temió que hubiese confusión con la unidad grado centígrado y se optó por utilizar la letra “K”.

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

En Estados Unidos la asignación de K a un transformador lo realiza Underwriter Laboratories (UL), no el fabricante.

El criterio UL1561 para establecer la clasificación es el siguiente: Inicialmente se prueba al transformador con una corriente sinusoidal de 60Hz para determinar las pérdidas en los devanados y en el núcleo. Del total de las pérdidas en los arrollamientos se restan las debidas al I2R, calculadas a 60Hz, y de este modo se deducen las pérdidas de dispersión que se consideran fundamentalmente producidas por corrientes de Foucault. Si el transformador es adecuado para un factor K determinado, las pérdidas por dispersión se multiplican por ese factor K y se suman a las debidas al efecto Joule a 60Hz. Si la elevación de la temperatura media en los devanados no supera la nominal el transformador es marcado como válido para trabajar con cualquier carga no linear de ese o menor factor K.

Los valores de K para transformadores catalogados por U.L. son: 1, 4, 9, 13, 20, 30 y 40.

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

ANSI/IEEE C57.110-1996 nos proporciona una guía para la desclasificación en función del factor K de la carga y de las pérdidas de dispersión proporcionadas por el fabricante del transformador. Como puede verse en la figura, este método es muy conservador aún comparándolo con el indicado por UL

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

Secondary winding q = 6

h fh(pu) Ih(pu)rms fh^2 fh^2*h^2 Ih(pu)^2 Ih^2*h^2 Ih*h^2

1 1.000 0.960 1.000 1.000 0.922 0.922 0.922

2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

5 0.200 0.192 0.040 1.000 0.037 0.922 0.184

7 0.143 0.137 0.020 1.000 0.019 0.922 0.132

8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

10 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

11 0.091 0.087 0.008 1.000 0.008 0.922 0.084

13 0.077 0.074 0.006 1.000 0.005 0.922 0.071

14 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

16 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

17 0.059 0.056 0.003 1.000 0.003 0.922 0.054

19 0.053 0.051 0.003 1.000 0.003 0.922 0.049

20 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

22 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

23 0.043 0.042 0.002 1.000 0.002 0.922 0.040

25 0.040 0.038 0.002 1.000 0.001 0.922 0.037

29 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

31 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

35 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

37 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

41 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

43 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

47 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

49 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

1.041 9.000 1.000 8.300 1.573

0.078

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

HV (Primary) LV (Secondary)Eddy Loss multiplier 8.300 Eddy Loss multiplier 8.300 Stray loss multiplier 1.573 Stray loss multiplier 1.573

0.077754887

TDD 27.9%

LV Losses HV Losses Total LossI2R Eddy Stray I2R Eddy Stray

Power TX designed 22605 3.5 30898 3.3 4780 60094

791.1 1019.6Rectifier 22605 6567 0 30898 8463 7519 76052

New Power 60094 / 76052 = 0.8889

Power TX designed 11250kVA Power Required 10000Max Power appl 10000kVA Power new design 11250

DISEÑO BASE OK

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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K

HV (Primary) LV (Secondary)Eddy Loss multiplier 8.300 Eddy Loss multiplier 8.300 Stray loss multiplier 1.573 Stray loss multiplier 1.573

0.077754887

TDD 27.9%

LV Losses HV Losses Total LossI2R Eddy Stray I2R Eddy Stray

Power TX designed 22605 10 30898 10 4780 63633

2260.5 3089.8Rectifier 22605 18763 0 30898 25646 7519 105431

New Power 63633 / 105431 = 0.7769

Power TX designed 11250kVA Power Required 10000Max Power appl 8740kVA Power new design 12872

DISEÑAR TRAFO CON POTENCIA NEW DESIGN

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Cargas no lineales Efecto de los armónicos/ Modelamiento térmico

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Transformadores en Presencia de Armónicos Resumen

Modernas unidades de convertidores AC necesitan de transformadores con diseños especiales - transformadores normales no son factiblesEl hecho anterior ha sido la razón para desarrollar normas independientes que han sido publicados por IEC e IEEE

Sin el apropiado diseño y fabricación del transformador, el rendimiento, la fiabilidad y la duración del sistema no se puede garantizar.

El diseño especial debe tener en cuenta sobre todoAumento del esfuerzo dieléctrico

Problemas térmicos (en relación con los armónicos)

Aumento de los esfuerzos mecánicos

En muchos casos complejas conexiones internas para los desfases y diseños multi-bobina

Las consideraciones especiales se deben tener en cuenta especialmente para accionamientos de media tensión y en general de las unidades por encima de 1 MW

El fabricante del transformador de unidad deberá poseer algunos conocimientos generales y específicos acerca de las unidades rectificadoras.

ABB tiene una posición única, ya que puede ofrecer la gama completa de un sistema de transmisión con sus productos.

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Colocar atención

El cálculo de armónicos se basa en una red puramente inductiva y se refiere a una sola unidad.

Cables y las unidades de compensación de factor de potencia pueden generar frecuencias de resonancia que pueden aumentar la distorsión armónica de manera dramática si la unidad rectificadora genera componentes armónicas de la misma frecuencia.

Los sistemas de filtración de armónicos pueden resultar en un exceso de compensación y empeorar los resultados.

Evite las redes débiles, una red tiene una potencia razonable: SCmin > 25 * Peje

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ACS 1000 – Input Transformer

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ACS 1000 – Input Transformer

• 12-pulse or 24-pulse topology• Oil or dry type transformer

Conformity to IEC 61000-2-4 and IEEE 519/1992 Total power factor: 0.95 constant over speed rangeTransformer can be placed inside the building or outdoor

Medium VoltageSupply Bus

Rectifier

I>> ProtMain Feeder

Breaker& Protection

12-pulseConverter Input

Transformer

Medium VoltageSupply Bus

Rectifier

I>> ProtMain Feeder

Breaker& Protection

24-pulseConverter Input

Transformer

Medium VoltageSupply Bus

Rectifier

I>> ProtMain Feeder

Breaker& Protection

24-pulseConverter Input

Transformer

12-pulse 24-pulse 24-pulse ACS 1000i

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ACS 1000 Three- level Voltage Source Inverter (VSI)

Main Circuit Breaker, 12 pulse Transformer and Diode Rectifier stage

Fuseless Design, using Protection IGCTs

DC Link, DC Capacitors and Common Mode Choke (Option)

Three-level Voltage Source Inverter (VSI) equipped with IGCTs Output sine wave filterACS 1000i: Air cooled drive with integrated transformer

Main Circuit Breaker

Input Transformer

Power Cables

MV ACInduction

Motor

MVSupply

Converter InputTransformer

I>> Prot

Main FeederBreaker

& Protection

ACS 1000 MV Variable Frequency Drive

Rectifier &Prot IGCTs

CommonMode Choke

Inverter OutputSine Filter

DC-Link

Power Cables

Common Mode Choke

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One 5-winding transformer

Screen

A

B

P

D

C

ISN/2Uv0/2

ISN/2Uv0/2

ISN/2Uv0/2

ISN/2Uv0/2

Id/2

Id

Id/2

Udi0

IPN

U L

Two separate 3-winding transformer

D C

Id/2

Id

Id/2

Udi0

IPN

U L

ScreenAB

P1

ISN/2Uv0/2

ISN/2Uv0/2

ISN/2Uv0/2

ISN/2Uv0/2

P2Screen

ACS 1000 – 24-pulse input transformer

Technically a compromise (non-characteristic harmonics)

More compact and lower costs

Technically ideal and “save” solution

Large in size and expensive

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ACS 1000 Transformer

3-winding transformer (12-pulse)

5-winding transformer (24-pulse)

2x3-winding transformers (2x12-pulse)

typical 3-winding construction

in the picture

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Large 12 pulse rectifier transformer active part

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ACS 6000 ”double ARU” with Pfisterer bushings

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Double ARU transformer

Two active parts

in common tank

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ACS 5000 Converter topology

Transformer

2 x 4-winding or 1 x 7-winding

Optional integrated dry type solution

36-pulse diode rectifier

3 x 12-pulse bridges

Input voltage: 1920 V / ±10%

DC link (in triplicate)

Three 5-level inverter unit

H-bridge configuration

Output voltage up to 6.9 kV

EMC-filter (dv/dt limitation at output) as standard

Motor type

Asynchronous

Synchronous

Permanent magnet

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One 7-winding transformer

-25

-5

-15

5

25

15

MCB

Inverter

Inverter

Inverter

One transformer : SR

Two separate 4-winding transformer

-20

20

0

-20

20

0

MCB

Transformer 1: SR/2

Inverter

Inverter

Inverter

Transformer 2: SR/2

ACS5000 - 36-pulse transformers

Technically a compromise, only for small powers (non-characteristic harmonics)More compact nut not always lowest costsPrimary currents must be measured separately

Technically ideal and “save” solution

Larger in size; compromise is to have two active parts in one oil tank

Oil transformers, two separate transformers are lowest costs

2 sets of CTs on primary side is required for overcurrent detection (each primary side measured separately)

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36-pulse diode rectifier

Constantly high power factor > 0.95 at any speed and load

Low network harmonics due to high pulse number

2x18p transformer or 1x36p transformerMain Power Supply Main Power Supply

ACS 5000 Network friendliness

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Line to line voltage THD = 1.19%Scc = 500MVA, Xsc = 10%

Phase current TDD = 2.95%

ACS 5000 Network friendliness

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Transformer for ACS 5000 supply duty under IEC routine test

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ABB Special Transformers (PG SPT) Allocation Map

South Boston

Pereira

Lead Center

Vaasa

ZhongshanShanghai

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ABB Special Transformers (PG SPT) Factories for VSD transformers

Vaasa, Lead Center• Marketing & Sales• Market Intelligence• Engineering• R&D• Production• All VSD

Zhongshan• Marketing & Sales• Engineering• Production• all VSD (excl. ACS5000)

Pereira• Marketing & Sales• Engineering• Production• up 10MVA (excl. ACS5000)

Shanghai• Production• LV VSD, ACS 1000

South BostonMarketing & SalesEngineeringProductionLV VSD, ACS 1000

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SPT Focused Factory for LAM region

Strategic geographical location

Full current ABB Technologies implemented

More than 40 years of experience in transformers

Manufacturing culture based on operational excellence.

World class test failure rate.

ABB Pereira, Colombia Special Transformer Manufacturer in SAM Region

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ABB Special Transformers (PG SPT) Product Portfolio

Tailor made transformers and reactors (up to 63 MVA, 170 kV)

railway transformersfurnace and rectifier transformersmarine & offshore transformersvariable speed drives transformersreactorsother special transformerstransformer service

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Railway track side transformers

Railway transformers Autotransformers

Booster Transformers

Rectifier Transformers

Feeder Transformer

CustomersEPC’s, Railway companies

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Furnace and Rectifier transformers

Furnace and Rectifiers transformers Transformers for Arc Furnaces

Transformers for Medium and High Current Rectifiers

New installations or replacements

CustomersChemical and Metal Industry

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Marine transformers

Oil type transformers for MarinePropulsion Transformers

Hotel Transformers

Magnetising Transformers

Environmental friendly applications, Midel

CustomersMarine Industry

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Offshore transformers

Offshore transformersSubsea Transformers

Converter Transformers

OLTC Feeder Transformers

Converter Step Up Transformers

CustomersOil & Gas producers on offshore platforms, gas fields, FPSO vessels and movable units

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VSD transformers

VSD transformersSupply Transformers for frequency converters

Step-up Transformers

CustomersMetals, Minerals and Mining Industry

Pulp and Paper, Water & Waste Water

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Reactors

ReactorsCurrent limiting reactors

Neutral earthing reactors

Shunt reactors

Starting reactors

Earthing transformers

CustomersUtilities

Metal industry

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