Energías Renovables, Redes y Transformadores Inteligentes ...

ABB Asea Brown Boveri – Brasil pag.: 1Divisão de Power Grids, Transformadores de PotênciaDr.JCMendes - Santiago CL 2018Ago29 rev00

Energías Renovables, Redes y Transformadores InteligentesCaracterísticas y Especificaciones

ABB Brasil, Divisão de Power Grids, Transformadores de Potência, PGTRDr. JCMendes – São Paulo, SP – Brasil 2018Ago29 rev00

ABB Seminario de Transformadores – Santiago CLTransformadores de Poder para Parques Eólicos y Solares:Aspectos a Tener en Cuenta al Especificar las Diferentes Aplicaciones



Contenido

q introducciónq energía renovables

§ generación de energía solar y eólica§ transformadores – aplicaciones e

necesidades§ vida útil y el mantenimiento

q optimización del ciclo de vida§ de la especificación a final de la vida§ la optimización del diseño§ selección de alternativas§ evaluación de pérdidas y eficiencia§ tecnologías avanzadas

q desempeño, fiabilidad y modos de fallaq mantenimiento mínimo avanzado

§ monitoreo avanzado§ evento basado en la condición y estado§ inspección mínima periódica

q gestión avanzada de activosq conclusiones

Contenido

q introducciónq energía renovables

§ generación de energía solar y eólica§ transformadores – aplicaciones e

necesidades§ vida útil y el mantenimiento

q optimización del ciclo de vida§ de la especificación a final de la vida§ la optimización del diseño§ selección de alternativas§ evaluación de pérdidas y eficiencia§ tecnologías avanzadas

q desempeño, fiabilidad y modos de fallaq mantenimiento mínimo avanzado

§ monitoreo avanzado§ evento basado en la condición y estado§ inspección mínima periódica

q gestión avanzada de activosq conclusiones

1897 Chivilingo 430kW

2017 Geotérmica Cerro Pabellón

2017 PV Solar Deserto del Atacama



Transformadores de Potencial transformador de potencia HVAC hasta 765kVl transformador de potencia HVDC hasta 600kVl reactores de derivación hasta 765kVl transformadores industriales de alta corrientel servicio (Soluciones de Ingeniería, Reparaciones en la

Fábrica y en Sitio, Sistemas de Monitoreo, Servicios enTransformadores)

l componentes de aislamientol componentes del transformador (buches hasta 245kV,

cambiadores de tomas, etc.)

Tecnología Sólida y Experiencia

Guarulhos, São Paulo - BR Blumenau, SC - BR

desde 1954 distribución y secos

q presente en 34 paísesq 73 fábricas en 25 paísesq 36 centros de servicios en

28 países



Especificación, Diseño, Fabricación, Pruebas, Transporte, Recepción,Almacenamiento, Instalación, Operación, Supervisión, Mantenimiento, Final de la Vida

Transformador Elevador 500kV despuésde 10 meses in operación

Ciclo de Vida y Estado de uno TransformadorCiclo de Vida y Estado de uno Transformador

ABB Asea Brown Boveri – Brasil pag.: 5Divisão de Power Grids, Transformadores de PotênciaDr.JCMendes - TrDay Santiago CL 2018Ago29 rev00

Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresGeneración Solar y Eólica – Tendencias y Necesidades en Transformadores



CL Capacidad Instalada deGeneración de Energía Eléctrica

CL Capacidad Instalada deGeneración de Energía Eléctrica

Chile – Fuentes Principales de Generación de Energía EléctricaChile – Fuentes Principales de Generación de Energía Eléctrica



SEN Sistema Eléctrico Nacional – Jun2018• energía generada en el SEN: 6518 GWh• demanda máxima en el SEN: 10418 MW• demanda mínima en el SEN: 7124 MW

SEN Sistema Eléctrico Nacional – Jun2018• energía generada en el SEN: 6518 GWh• demanda máxima en el SEN: 10418 MW• demanda mínima en el SEN: 7124 MW

Chile – Generación de Energía Eléctrica, 2018JunioChile – Generación de Energía Eléctrica, 2018Junio



Chile – Expansión del ConsumoChile – Expansión del Consumo

SEN Sistema Eléctrico NacionalPrevisión Total de Consumo




hasta 2037: 73 TWhà 124 TWh, + 70% o 2.7% CAGRhasta 2037: 73 TWhà 124 TWh, + 70% o 2.7% CAGR

CAGR – compound annual growing rate



Chile – Expansión de la Potencia Instalada de Generación de Energía EléctricaChile – Expansión de la Potencia Instalada de Generación de Energía Eléctrica



Ingress of RenewablesEnergy 2014-2017

Generación SolarVisión hasta 2035 – Energía SolarSuministro en la América Latina

Chile – Fuente de Energía Eléctrica Solar Renovable para la América do SulChile – Fuente de Energía Eléctrica Solar Renovable para la América do Sul



Cerro Dominador 110MWCSP Concentrated Solar Power Plant

El Romero CL, PV Solar Power Plant246MW pico y 196MW nominal

60 outdoor ABB dry-type transformers3600kVA, 0.415/33kV

Chile – Proyectos de Generación de Energía Eléctrica RenovablesChile – Proyectos de Generación de Energía Eléctrica Renovables



Chile – Proyectos de Generación de Energía Eléctrica RenovablesChile – Proyectos de Generación de Energía Eléctrica Renovables

Parque Eólico El Arrayán 115MW50x2.3MW, 0.69/35kV-220kV

Parque EólicoCanela 115MW

Parque EólicoDeserto del Atacama



Chile – Proyectos Futuros de Generación de Energía Eléctrica RenovablesChile – Proyectos Futuros de Generación de Energía Eléctrica Renovables


Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresGeneración Solar y Eólica – Tipos Principales de Transformadores



TransformadorColector

TransformadorInversor


TransformadorConexión




PV DCGenerador

PV DCGenerador

PV DCGenerador

PV DCGenerador

ConexiónTransformadorElevador, GSU

TransformadorWTG



TransformadorWTG

TransformadorWTG

TransformadorWTG

Planta Eólica

Solar CSP

Planta Solar

WTG yTecnologías

TransformadorConexión

SubestaciónSubestación

Subestación

Parque Eólico y Solar – Transformadores y AplicaciónParque Eólico y Solar – Transformadores y Aplicación



Parque Eólico – Variación Diaria de Corriente de Carga, Tensión e Factor de PotenciaParque Eólico – Variación Diaria de Corriente de Carga, Tensión e Factor de Potencia

Subestación Colectora em uno Parque Eólico – Corriente de Carga, Tensión y Factor de Potencia

Current, Arms Voltage, pu power factor, pu



Transformador y Controle de Fluxo de Potencia ActivaTransformador y Controle de Fluxo de Potencia Activa

U2=U2 Q2

Xt

1:1 - a UkDUk

U1=U1 Q1 a :1 Up

q El ángulo de fase entre dos sistemas de potencia determina elintercambio de potencia entre ellos.

q El ángulo de fase entre dos sistemas de potencia determina elintercambio de potencia entre ellos.

X

XXT

S

= sin 1 − 2 += sin 1 − 2 +

L

QS - QL + aQS - QL + a



Parque Eólico – Flujo de Potencia y Tensión de Régimen PermanenteParque Eólico – Flujo de Potencia y Tensión de Régimen Permanente

Us LF IL UATc UBTc Ulimpu % pu pu pu pu

1.00 54 0.28 1.035 1.044 1.091

1.05 54 0,28 1.086 1.095 1.091

1.00 100 0.52 1.038 1.052 1.070

1.05 100 0.52 1.089 1.100 1.070

TL69-1

SE de ConexiónBarra 230kV

G

SE ColectoraBarra 69kV

WTGBarra 690 V

Parque Eólico 2

Parque Eólico 3

Parque Eólico 4

Parque Eólico 5

US

TL69-2

Banco deCapacitor

TL230 - 1

TL230 - 2

TL230 - 3

TL230 - 4

TL230 - 5

TL230 - 6

Banco deCapacitor

SE de ConexiónBarra 69kV

SE ColectoraBarra 34.5 kV

UATc

UBTc

IL , LF = factor de carga

Parque Eólico 1

Ulim

Transformador deConexión


TransformadorElevador - WTG

WTGBarra 34.5kV



Transformador Colector de Parque Eólico: DGA y Generación de GasesTransformador Colector de Parque Eólico: DGA y Generación de Gases

120 ppm

TRc01 TRc02 TRc03 TRc04 TRc05 TRc06 TRc07 TRc08 TRc09 TRc10

H2 Hidrogeno



2500 ppm

CO2 Dióxido deCarbono

Transformadorespara Parques

Solares y Eólicos





Parque Eólico – Controle de Tensión y Ajuste de Tomas de TransformadoresParque Eólico – Controle de Tensión y Ajuste de Tomas de Transformadores

retro-alimentaciónen vacío

SIN BR 230kV SIN – CEAS1 69kV COLECTOR 34.5kV WTG DFIG 0.690kV

1 – 70.725 kV2 – 69.000 kV3 – 67.275 kV4 – 65.550 kV5 – 63.825 kV

1 – 36.225 kV2 – 35.363 kV3 – 34.500 kV4 – 33.638 kV5 – 32.775 kV

0.690kV34.500kV

Nhvc Nlvc Nhvg Nlvg

UgUgUcUcULUs Us UL

Uc =Nhvg

Nlvg× UgUL =

Nhvc

Nlvc× Uc

UL =Nhvc

Nlvc×

Nhvg

Nlvg× Ug

UL =NlvL

NhvL× Us

NhvL NlvL

PF operacióninductiva

US =Nhvc

Nlvc× Nhvg

Nlvg× Ug

NhvL

NlvL×

US = × ULNhvL

NlvL

P ± jQ

Sistema de Potencia Parque Eólico 300MW – Sistema Eléctrico

análisis completa requiere Flujo de Potencia y Flujo de Potencia Harmónico para las diversas condiciones de carga

50.2GVA 1.5GVA9.8GVA



Parque Eólico – NormasParque Eólico – Normas

IEEE P60076-16_D3:2017IEC 60076-16:2011

Transformadores deParques Eólicos

1. Normal C57.12.00considerations

2. Core Grounds and shielding3. Resistor –Capacitor4. Snubbers5. Stable electrical contacts6. Arc-Flash issues7. Added liquid level



Parque Eólico – Transformadores da ABBParque Eólico – Transformadores da ABB

Enfriamiento: OFWF o KFWF

Enfriamiento: OFAF o KFAF

WTG e Tanque:1. herméticamente sellados2. tanque de expansión rígido3. sin espacio de gas N24. bases deslizantes

Liquido Aislante:1. aceite mineral inhibido2. éster sintético3. éster natural aceite vegetal

Diseño Térmico – Elevación Media deTemperatura del Devanado:1. 65 Kdeg – Normal

• TUP Thermal Upgraded Paper• aceite mineral inhibido o éster

2. 115 Kdeg – High• papel Aramid NomexÒ• éster sintético o natural

Perdidas Reducidas:1. rendimiento y ganancias mejoradas2. extensión de la vida útil

Transformador Colector

Otros Productos:1. reactores derivación2. reactores derivación variables3. bobina ajustable de supresión de arco



Parque Eólico – Transformadores da ABBParque Eólico – Transformadores da ABB



Parque Eólico – Transformadores de ABBParque Eólico – Transformadores de ABB



Parque Eólico – Transformadores WindSTAR de ABBParque Eólico – Transformadores WindSTAR de ABB

WindSTAR

q diseño para una potencia nominal superior a 10 MVAq disponible para clases de 36 y 72.5 kVq muy adecuado para instalaciones en torre de aerogeneradores – macelloq diseño compacto y liviano con mínimo de área ocupada (footprint)q diseño modular para cualquier especificación del cliente

q tanque de transformador leve y robustoq tanque sellado, a prueba de vacío y libre de ingreso de humedadq buche del tipo plug-in en lado AT para fácil montage

q producto a prueba de vibraciones y cortocircuitosq hecho para durabilidad en ambientes de niebla de salq sistema de enfriamiento KFWF (Liquido Forzado y Agua Forzada) – instalaciones en offshoreq aislante liquido – éster sintético o éster natural ecológico y seguro contra incendiosq aislante sólido - Aramid/Nomex® para alta temperaturasq en conformidad con Normas Internacionales y Regulaciones para Transformadores de Parques Eólico


Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresEspecificación – Optimización del Diseño del Transformador



Transformador de Potencia:§ núcleo§ devanados§ aislamiento§ conexión§ cuba§ conservador de aceite§ accesoriosØ boquillasØ cambiador de tomasØ radiadoresØ moto ventiladoresØ termómetros, indicadores de nivel, relé Buchholz,

válvula de alivio de presión, relé de presión súbita,respiradores de aire, etc.

Ø transformador de corriente de boquillaØ descargadores de sobretensiónØ painel de mando, control y proteccionesØ sensores y sistema de monitoreo

Transformadores de PotenciaTransformadores de Potencia



Pasos:1. Especificación Técnica2. Proceso de Adquisición3. Fabricante y Calificación de Fábrica4. Presupuestos, Análisis Técnicas y Económicas, Compra, Contratos5. Proyecto Eléctrico6. Revisión del Proyecto7. Proyecto Mecánico8. Fabricación9. Pruebas Finales de Aceptación en Fábrica10. Análisis del Resultados de las Pruebas Finales11. FRA en la Fábrica antes de su Transporte12. Transporte Monitoreado13. FRA en el Sitio después del Transporte14. Erección en el Sitio15. Puesta en Marcha en el Sitio16. Energización17. Operación18. Monitoreo19. Mantenimiento

Especificación del TransformadorEspecificación del Transformador



§ inducción en el núcleo§ sobreexcitación del núcleo§ componente de excitación DC§ pérdidas en vacío – núcleo§ pérdidas en carga – devanados, conexiones, partes

metálicas estructurales§ impedancia de corto circuito§ flujo de dispersión§ corriente de ligación (inrush current)§ corriente de corto circuito§ harmónicos de tensión§ harmónicos de corriente§ sobrecarga§ aislación (devanados y principal)§ sistema de enfriamiento§ elevación de temperatura aceite e devanados§ nivel de ruido§ novas tecnologias (NOMEX, Éster Sintético, Aceite Vegetal,

OLTC em Vacío, Buches RIP y RIS, etc)§ monitoreo y diagnostico en línea§ gestión de activos en linea

Diseño del TransformadorDiseño del Transformador

§ optimización del costo§ optimización de las pérdidas en vacío§ optimización de las pérdidas en carga§ optimización de las características§ optimización del desempeño (térmico, carga,

cortocircuito, transitorio, etc)§ limites (masas y dimensiones) para lo

transporte§ intercambiabilidad

§ estrategias de optimización detransformadores:Ø Costo Total InicialØ Costo de las PérdidasØ Costo de la MasaØ Costo de la Área OcupadaØ Costo Total de OperaciónØ Costo Total del Ciclo de Vida

Optimización del Diseño del TransformadorOptimización del Diseño del Transformador



Elevación de la Cualidad del Activo: Mantenimiento MínimoElevación de la Cualidad del Activo: Mantenimiento Mínimo

Ecualización del Desempeño de Equipamiento de PotenciaEcualización del Desempeño de Equipamiento de Potencia

Evaluación del Desempeño Técnico

q método de evaluación cuantitativaq poderoso método de comparación y ecualización de

desempeño técnico de diferentes proveedoresq ecualización técnica y económica de varios presupuestosq principales datos de desempeño:Ø desempeño térmico (núcleo, devanados, conexiones

internas)Ø vida útil del aislamiento (según IEEE)Ø pérdidas totalesØ cortocircuito (IEC60076-5)Ø desempeño sísmico cualificadoØ tensiones transitorias y suportabilidade del aislamiento

interno (maniobra de los reactores, VFTOs, GPR, etc.)Ø análisis de fiabilidadØ evaluación económica global

Datos Técnicos Garantizados

La declaración de datos técnicosgarantizados no es una garantía:

q para un desempeño mínimo especificadoq para una vida útil especificadaq para suportar corto-circuitos con fiabilidadq para una solución económica optimizadaq para un costo total mínimo del ciclo de

vidaq para una vida en operación fiable y sin

falla

USD$kVA x Vida Útil x FatorDeLaSobreCarga


Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresEspecificación Técnica para Alto Desempeño y Fiabilidad



Corriente DC - Efectos en lo Transformador y Consideraciones de DiseñoCorriente DC - Efectos en lo Transformador y Consideraciones de Diseño

Presencia de corriente DC• una % pequeña de corriente DC resulta en la saturación magnética

del núcleo• componentes harmónica son significativamente mayores para

mayores desequilibrios de corriente DC

Datos Requeridos del Comprador/Cliente:• % de corriente DC presente

Consideraciones de Diseño:• selección de la inducción de servicio mas adecuada para lo núcleo

magnético

Núcleo MagnéticoNúcleo Magnético



Evaluación del Desempeño Magnético:

q inducción máxima en el núcleo (densidad del flujo)Ø frecuencia nominal: fnØ permitida em cualquier ciclo de carga: Bmax = 1.95 T, material del núcleo: R, RGO

Bmax = 1.98 T, material del núcleo: H, HiBBmax = 1.98 T, material del núcleo: D, HiB trazado por láser

q inducción nominal en el núcleo (densidad del flujo)Ø frecuencia nominal: fnØ tensión nominal del régimen permanente: UnØ tensión nominal del régimen permanente: Umax (en cualquier caso de ciclo de carga)Ø inducción máxima en el núcleo: Bnmax = Bmax / (Umax/Un)Ø para cualquier otra relación de (U/f): Bcore = Bnmax * (U/f)/(Un/fn) < BmaxØ para cualquier factor de harmónico de tensión (hu): Bcore = Bnmax * (U/f)/(Un/fn) * (1/hu) < Bmax




Transformadores y Especificación – Aspectos RelevantesTransformadores y Especificación – Aspectos Relevantes

Inducción Magnética en lo Núcleo

§ núcleo trifásico

§ núcleo con 3 o 5 columnas, dependiente de la potencia y altura máxima para lo transporte§ núcleo con 3 columnas es preferible

§ inducción magnética máxima en lo núcleo, en cualquier condición de excitación de tensión y frecuenciaVolts/Hertz y de carga:

Ø 1.98 T – núcleo trifásico de 3 columnas

Ø 1.55 T – núcleo trifásico de 5 columnas – para limitar efectos de GIC o componente DC similar decorriente



Evaluación del Desempeño Térmicoq temperatura ambiente: Ta, temperatura máxima diaria, grCq temperatura do aceite: DTo, elevación de la temperatura do topo do aceite de la cuba (calculado o medido)q evaluación no mínimo para los siguientes casos de carga:

1) caso 1: 100%Un y 100%In – carga plena2) caso 2: 105%Un y 95%In – sobreexcitación con carga plena3) caso 3: 110%Un y 0%In – sobreexcitación en vacío

q temperatura del punto-caliente del núcleoØ elevación punto-caliente del núcleo: DTco, sobre la elevación de temperatura do aceite do topo da

cubaØ temperatura punto-caliente del núcleo: Tc = Ta + DTo + DTco , grCØ limite de la temperatura do punto-caliente del núcleo: 125 grC (cualquier caso de carga)

q temperatura de la superficie del núcleoØ elevación da superficie del núcleo: DTcs, sobre la elevación de temperatura do aceite do topo tanqueØ temperatura de la superficie del núcleo: Ts = Ta + DTo + DTcs , grCØ limite de la temperatura de la superficie del núcleo : 95 grC (cualquier caso de carga)

q materiales aislantes para el núcleoØ componentes aislantes internos (canales de enfriamiento, barreras, etc) y adyacentes (bloques; etc)Ø Classe Térmica F (155grC) o superior (NOMEX)




PuntoCaliente

Punto Caliente Núcleo Magnético:l películas de aceite entre las láminas

(acero-silício) del núcleol gas en lo aceite:

H2 – Hidrógeno (>2.5 ppm/día)CH4 – MetanoH2/CH4: 6 ... 8(sobrecalentamiento moderado)

l deterioro aislamiento sólidol saturación local del aceite por gasl producción de burbuja de gas

Núcleo: 3-Fases, 3 Columnas

Punto Caliente:n IEEE & IEC limite 140grC

(punto caliente partes metálicas)n Limite recomendado: 125grC

Núcleo Magnético: Puntos Caliente – Limites y DesempeñoNúcleo Magnético: Puntos Caliente – Limites y Desempeño



Corriente de Excitación en Vacío

q corriente de excitación en vacío (Io):Ø suma vectorial de las componentes inductiva (Ii) y capacitiva (Ic) de la corriente de excitación (Io)

q magnitud de la corriente de excitación (Io) és determinada por:Ø características de la potencia aparente de excitación del material del núcleoØ densidad del flujo magnético en lo núcleoØ masa de material magnético del núcleoØ relación de la potencia aparente del transformador y la potencia aparente del material del núcleo magnético

q materiales modernos de núcleo magnético:Ø la optimización del núcleo (y del transformador) con fuerte dependencia de la densidad de flujo magnético

(inducción, B)Ø inducción nominal del núcleo establecida por los requisitos de sobreexcitación (Bmax/Bn e fmin/fn)Ø la práctica de limitar relación Io115%/Io100% a 2.50pu resultará en la reducción de la inducción nominal en

lo núcleo y en uno núcleo y transformador no optimizado




Sobretensión Permanente y Sobreexcitación - Efectos en lo Transformador y Consideraciones de DiseñoSobretensión Permanente y Sobreexcitación - Efectos en lo Transformador y Consideraciones de Diseño

Superar relación V/Hz nominal del transformador:• pérdidas adicionales – núcleo y devanados• deterioro del sistema de aislación cuando se carga lo transformador con la plena potencia y con sobretensión• formación de Descargas Parciales• falla del transformador

Datos Requeridos del Comprador/Cliente:• limites del a tensión – em detales• limites del a frecuencia – em detales• numero de ocurrencias y duración de la sobrexcitación arriba de la tensión máxima de régimen permanente• numero de ocurrencias y duración de la sub-frecuencia abajo de la frecuencia mínima de régimen permanente

Consideraciones de Diseño:• selección de la inducción de servicio mas adecuada para lo núcleo magnético• posible elevación del BIL• refuerzo del sistema de aislación• refuerzo del sistema de enfriamiento• elevación del tiempos de procesos (vacío, circulación con aceite caliente, etc)


Equipos de Poder en Alta Tensión – Transformadores, Auto-Transformadores y ReactoresDevanados y Aislamiento – Requisitos y Desempeño



Harmónicas de Tensión y Corriente - Efectos en lo Transformador y Consideraciones de DiseñoHarmónicas de Tensión y Corriente - Efectos en lo Transformador y Consideraciones de Diseño

Harmónicas: Tensión & Corriente• pérdidas adicionales no núcleo y devanados• aceleración de la degradación del sistema de aislación líquido + sólido• formación de descargas parciales• arcos eléctricos

Datos Requeridos del Comprador/Cliente:• factor K de las harmónicas• espectro de harmónicas

Consideraciones de Diseño:• alteración de la inducción de servicio del núcleo• requiere capacidad adicional del sistema de enfriamiento




Harmónicas de Corriente y Tensión - Ejemplo§ ejemplo de especificación de contenido harmónico de la corriente

Número de la Harmónica (H) Amplitud Relativa (Ai), %




Harmónicas de Corriente – Factor de Perdidas§ ejemplo de cálculo del factor de perdidas debido ao contenido harmónico de la corriente

Número de la Harmónica (v) Amplitud Relativa (Al), %Número de laHarmónica (Hn)

AmplitudRelativa (Ain), %




Harmónicas de Corriente – Factor de Perdidas§ ejemplo de cálculo del factor de perdidas debido ao contenido harmónico de la corriente

§ perdidas óhmicas = Σ (Ain2) = 1.0748

§ perdidas adicionales nos devanados = Σ (Ain2 x Hn2 ) = 6.5647

§ perdidas adicionales fuera del devanados = Σ (Ain2 x Hn0.8 ) = 1.3728

§ corriente total (RMS) = Ö (Σ (Ain2 ) = 1.0367§ (1.0367 x la corriente nominal)

§ distorsión harmónica total (THD) = Ö (Σ (Ain2 ) -1 x 100 = 27.4%



Material del Conductor de Cobreq clasificación del cobre: Cu–ETP Cobre Electrolítico Tough-Pitch de acuerdo ISO1337-1980 o

Cu–OF Cobre libre de oxígeno (OF) de acuerdo ISO1337-1980Ø densidad: 8900 kg/m3Ø módulo de elasticidad: 1.10E+05 N/mm2Ø resistividad eléctrica en 20grC: máxima 0.017241 Ω.mØ conductividad eléctrica equivalente: mínima 100% IACSØ contenido de oxígeno: Cu-ETP (tipico: 0.02%-0.04%) y Cu-OF (0.001%)

q conductores de cobre trabajado en frío endurecido para bobinadosØ limite de elasticidad: 110 N/mm2 (valores típicos: 150, 180, 230, 280 N/mm2)Ø limite de elasticidad - tolerancias: - 0 N/mm2 to +30 N/mm2Ø resistencia a la rotura: 240/330 N/mm2

DevanadosDevanados



Papel Aislante para Conductoresq calidad mínima: Papel Térmicamente Mejorado (Thermally Upgraded Paper)q cualificación del papel: N2 contenido de Nitrógeno

Ø método de ensayo: ASTM D982-5 (2009)Standard Test Method for Organic Nitrogen in Paper and Paperboard

Ø contenido mínimo de N2: 1.8%

q Grado de Polimerización (GP) mínimo del papel aislanteØ valor mínimo GP: 1000Ø muestras a ensayar: mínimo 6 muestrasØ muestras: después del secado FINAL de la Parte Activa justo antes de pruebas finales FATØ método de ensayo: IEC 60450:2004+AMD1:2007

Consolidated version Measurement of the average viscosimetric degree ofpolymerization of new and aged cellulosic electrically insulating material

DevanadosDevanados




Tipo del Aislación Sólida – IEC 60076-14

q sistema de aislamiento semi híbrido

q sistema mixto de aislamiento híbrido

q sistema completo de aislamiento híbrido

q sistema de aislamiento de alta temperatura




Tipo del Aislación Sólida – IEC 60076-14

Sistema deAislación de

Alta Temperatura




Tipo del Liquido Aislante

Obsv:q una característica inherente y su naturaleza más higroscópica de los fluidos de éster utilizados en los transformadores de potencia da

como resultado su idoneidad para operar el transformador a temperaturas más altas que las permitidas normalmente para el aceitemineral;

q en consecuencia, el sistema de enfriamiento del equipo podría reducirse, incluido el volumen de fluido en el equipo;q si el diseñador decide no reducir el sistema de enfriamiento y prefiere operar el fluido a la temperatura convencional típica del aceite

mineral, la capacidad térmica adicional de los ésteres ofrece un buen margen de seguridad para sobrecargas inesperadas u otrascondiciones de trabajo anormales para el equipo; y

q las propiedades de los fluidos alternativos podrían compensar parcialmente los aumentos de costos experimentados en los sistemas deenfriamiento, proporcionando algún tipo de redundancia y ayudando a mejorar la confiabilidad de todo el sistema de energía.




Tipo del Liquido Aislante

%Bi

odeg

rada

ción

días




Tipo del Aislación Sólida




Tipo del Aislante Liquido – Limites de Temperaturas y Elevaciones de Temperaturas


Equipos de Poder en Alta Tensión – Transformadores, Auto-Transformadores y ReactoresDevanados y Aislamiento – Expectativa de Vida Útil




Sobre Carga y Optimización de la Potencia Nominal

q factor de utilización del transformador promedio de 40 – 50%§ parque eólico - función de la velocidad del viento§ parque solar – función de las horas de luz solar por día

q determinar la potencia nominal máxima optimizada para uno transformador dependiente de su utilización

q por ejemplo:§ especificar 80% - 90% de la carga máxima para el transformador§ sobre carregar o transformador cuando de la carga máxima es demandada§ una alternativa para la optimización, compactación y reducción de costo de la instalación




Sobre Carga y Optimización de la Potencia Nominal



Vida Útil Esperada del Aislamientoq condiciones en lo lugar de la instalación/operación:Ø temperatura ambiente: promedio diarioØ carga: la potencia nominal máxima del transformador

q vida útil esperada de lo papel aislanteØ papel aislante: papel térmicamente mejorado (thermally upgraded paper)Ø criterio de fin de vida: 150 000 horas at 110grC (DP: 200)Ø parámetros A and B (expresión de Arrhenius): A = -11.833 y B = 6514.42Ø mínimo factor de punto caliente do devanado: 1.30Ø máxima temperatura do punto caliente: Te , grKØ mínima vida útil esperada para o aislamiento: 40 años (40 x 365x24= 350 400 horas)

Desempeño – Vida ÚtilDesempeño – Vida Útil

n Arrhenius expresiónl A e B – parámetros de la vida útil esperada do papel aislantel Te = Qe+ 273 – temperatura absoluta del papel aislante (grK)



Carga Normal

Carga de Emergencia

Vida Útil Esperada del Aislamientoq temperatura ambiente en lo lugar de la instalación y operación – especificación detallada



Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresCiclo de Vida – Desde la Especificación hasta lo Final de Vida



Método Habitual no Evalúa:§ Cualidad§ Diseño y Fabricación§ Suportabilidade (eléctrica, mecánica, térmica)

§ Risco de Falla§ Expectativa de Vida Útil§ Capacidad de Sobre Carga

Métodos Habituales de Evaluación:

n costo inicial total:q costo inicial del equipamientoq costo componentes de repuestoq costo del transporteq costo de la instalación (montaje,

supervisión, etc)q costo de la puesta en marchaq costo de la garantía extendida

n costo de las pérdidas (capitalización):q en vacío, carga, auxiliares

n tabla de datos técnicos garantizados:q datos técnicos de desempeñoq datos técnicos de garantía

Índice de Valor Global:§ precio total inicial, USD$§ potencia nominal máxima, kVA§ vida útil garantida, años§ factor garantido de sobre carga, pu§ retorno de la inversión, %/año




ValoresEvaluaciónPérdidasen Vacío

Tasa deInterés 0.02 $/kWh 0.03 $/kWh 0.04 $/kWh

4% 3100 4650 6200

8% 2100 3150 4200

12% 1550 2300 3100

1 kW de pérdidas en 30 años con 8600 horas/año

Pérdidas en Carga – evaluación del perfil de la carga por día, meses, etc ypor lo tanto es una % variable do valor total del año

Ecualización del Desempeño de Equipamiento de PotenciaEcualización del Desempeño de Equipamiento de Potencia




EspecificaciónTécnica para

Transformador dePotencia de Bajas

Pérdidas

Valor Presente (NPV) de las Pérdidas Futuras:• valor asumido das pérdidas de energía durante la expectativa del

ciclo de vida• tasa de interés para lo cálculo de lo valor presente

Valores convertidos para:• valor das Pérdidas en Vacío - $/kW• valor das Pérdidas en Carga - $/kW

Evaluación de Pérdidas son parte relevante de laEspecificación Técnica:

• valor actual reflete actual las expectativas de lo precio futuro de laenergía

• tasa de interés seleccionada determina o horizonte de tiempo

Evaluación dePérdidas en

EspecificacionesTécnicas hay estado

relativamenteestables en años

recientes

Ecualización del Desempeño de Equipamiento de Potencia





Capitalización de Perdidas – en Vacío

Obsv:q * - debido al cambio para bajo en la Inducción Magnética en el Núcleoq ** - debido al cambio para bajo en la Inducción Magnética en el Núcleo y del material do Núcleo

Con altas tasas de capitalización, se reduce la inducción magnética en el núcleo y se utilizalaminaciones de acero silicio de menores perdidas




Capitalización de Perdidas – en Carga

Obsv:q * - debido a un cambio en la densidad de corrienteq ** - debido al cambio en la densidad de corriente y el tipo de conductor de cobre (CTCE, Twin, etc.)q con altas tasas de capitalización, se utilizan conductores de cobre CTCE y se reduce la densidad de

corriente. Para bajas tasas de capitalización ocurre lo contrario.



USD$kVA x VidaÚtil x FactorDeSobreCarga

Alternativas A B

Características Unidad Celulosa TérmicamenteMejorada, Papel 65grC

Híbrida, Papel NOMEX95grC

Costo Inicial USD 1 000 000 1 200 000Potencia Nominal kVA 50 000 60 000Vida Útil años 42 80Factor Sobre Carga pu 1.15 1.40Tiempo Sobre Carga h 4 4Índice de Valor Global USD/kVA.año 0.46 0.23Relación % 100 50.4

Ecualización del Desempeño de Equipamiento de Potencia



Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresCiclo de Vida – Desempeño, Fiabilidad y Modos de Fallas



Operación como Elevador y Reductor – Sobrecarga Efectos en lo Transformador y Consideraciones de DiseñoOperación como Elevador y Reductor – Sobrecarga Efectos en lo Transformador y Consideraciones de Diseño

Retro-alimentación de Transformador Elevador GSU:• diseñado como a uno transformador elevador GSU• corriente del ligación (inrush current)• compensación de la tensión

Datos Requeridos del Comprador/Cliente:• posibilidad para la operación como transformador Elevador o Reductor• tiempo de la sobre carga de curta duración• tiempo de la sub-frecuencia de curta duración

Consideraciones de Diseño:• selección de la inducción de servicio mas adecuada para lo núcleo magnético• sistema de enfriamiento• controle de las elevaciones de temperaturas – aceite, núcleo y devanados• potencia aparente (kVA) adicional


Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresCiclo de Vida – Optimización del Monitoreo de la Operación



DGA Análisis de GasesDisolutos en lo Aceite debe serusado como la una Guía dePrincipios:

• Normas están relacionadas atransformadores de potencia

• la grande base de datos deDGA de IEEE esta relacionadaa datos de transformadores depotencia

• análisis DGA es mas una artey no una ciencia

• volumen de gases disolutos enlo aceite cambian con latemperatura do aceite, conproceso continuado deabsorción y difusión de losgases en la aislación sólida(papel y presspan)

Norma IEEE Standard C57.104 – Referencia la Tabla 1Guía para TDCG Total de Gases Combustibles Disolutos enlo Aceite.

Dos (2) aspectos principales:

• IEEE Tabla 1 asume que no existen resultados previos deDGA do transformador y que no existe datos históricosrecientes

• as concentraciones de gases limites de la IEEE Tabla 1están em ppm (partes de gas per millones de partes deaceite) volumétricamente y están soportadas entransformadores de potencia grandes con millares de litrosde volumen de aceite

Transformadores para Plantas de Energías Renovables: DGA Análisis de Gases Disolutos en lo AceiteTransformadores para Plantas de Energías Renovables: DGA Análisis de Gases Disolutos en lo Aceite



DGA debe ser usado como una Guía para detectar:

• descargas parciales (DPs)• arcos eléctricos de alta energía• faltas térmicas• deterioro y ruptura en la aislación de celulosa• sobre cargas• sobreexcitación de tensión









Gas principal o clave y su asociación con lo tipo de faltainterna:

• Hidrogeno (H2) – generado por descargas parciales o arcoseléctricos

• Metano (CH4) – generado por falta térmica de temperaturabaja (~150grC)

• Acetileno (C2H2) – generado por descargas eléctricas tipoarco o, en concentraciones bajas, por falta térmicalocalizada (punto caliente) de temperatura muy alta(>700grC)

• Etano (C2H6) – generado por falta térmica de temperaturamoderada (<300grC)

• Etilene (C2H4) – generado por falta térmica de temperaturamoderada (>300grC)

• Monóxido de Carbono (CO) – generado por falta térmicaenvolviendo la aislación de celulosa

• Dióxido de Carbono (CO2) – generado por proceso deoxidación de la aislación de celulosa. Transformadores

para ParquesSolares y Eólicos









DGA Análisis y Aspectos Importantes:

• formación de gases durante la operación normal de unotransformador

• tasa de variación de la concentración de los gases en unoperiodo de tiempo

• necesidad de tener mas que una (1) amuestra de aceiteprobada durante uno período de tiempo

• significancia de la variación de formación de gases noaceite con referencia a uno evento cualquier

• operación normal de componentes do transformador• proceso de fabricación• comparación con lo DGA de base o referencia









Recomendaciones

• IEEE C57.104 Tabla-1: debe ser utilizada como una Guía• análisis de datos con base en resultados de mas de una

solo amuestra y prueba• comparar los resultados de la análisis con los resultados

de la DGA de base o referencia• sacar amuestras y realizar pruebas adicionales de DGA

soportada em los resultados de tasa previa de variacionessignificantes

• consultar lo fabricante para recomendaciones adicionalesde pruebas y recomendaciones










120 ppm


H2 Hidrogeno



2500 ppm

CO2 Dióxido deCarbono

Transformadorespara Parques

Solares y Eólicos




Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresCiclo de Vida – Gestión Avanzada de Activos



Especificación, Diseño, Fabricación, Pruebas, Transporte, Recepción,Almacenamiento, Instalación, Operación, Supervisión, Mantenimiento, Final de la Vida

Transformador Elevador 500kV despuésde 10 meses in operación

Ciclo de Vida, Estado de uno Transformador y Monitoreo en LineaCiclo de Vida, Estado de uno Transformador y Monitoreo en Linea



Monitoreo en Linea y Sensores:

n carga – corriente & tensión

n temperatura ambiente

n temperatura aceite (superior)

n temp punto caliente devanado

n unidad en aislamiento aceite/solida

n gas en aceite H2 ABB CoreSense; o

gas en aceite H2, CO, C2H4, C2H2 (Hydran)

n buches OIP (oil-paper) C1 & tand

n buches RIP o RIS

n OLTC tipo Vacío

CoreTec®

ü incluido

! no necesita

!! add

!! add

Equipo PoderAlta Tensión

ü incluido

ü incluido

ü incluido

! no necesita

!! add

Transformador Inteligente - Transformer Intelligence®Transformador Inteligente - Transformer Intelligence®



ActionAnalysisData1 2 3

EAM Mobile ERP

Sensors SCADA Historiador

§ Strategic Decisions§ Maintenance Plan§ Later Maintenance§ Replacement

§ Centralized Information§ Data Storage§ Data Management§ Data Protection

ALGORITHMS

§ ABB Methods§ Data Mining§ Condition Assessment ModelsØ failure riskØ asset condition

Gestión Avanzada de ActivosGestión Avanzada de Activos



Advanced Operational BI

Data Processing andAnalytics

Subject Matter Workbench

Enterprise Asset and WorkManagement

Engineering Workbench

Complete InformationFleet to Equipment HealthActionable NotificationsBusiness Process WorkflowOptimization &Planning

Enterprise Data Sources

Gestión Avanzada de ActivosGestión Avanzada de Activos



Gestión Avanzada de Activos – Beneficios PotencialesGestión Avanzada de Activos – Beneficios Potenciales



Gestión Avanzada de Activos - MonitorGestión Avanzada de Activos - Monitor



Gestión Avanzada de Activos - MonitoreoGestión Avanzada de Activos - Monitoreo



Gestión Avanzada de Activos – Plano de MantenimientoGestión Avanzada de Activos – Plano de Mantenimiento


Energías Renovables y Aplicaciones de TransformadoresConclusiones



Conclusiones• tecnología apropiada esta disponible para la producción económica de Energía Eólica y Solar• generación de energía de fuentes renovables esta moviendo-se arriba en CHILE y LAM• energía de fuentes renovables con participación crecente en la matriz de energía en CHILE y LAM• fuentes Eólicas y Solar en combinación con Hidro y Geotermal formando Plantas Híbridas de

Generación de Energía• explotación de fuentes renovables de energía creando demanda por transformadores de potencia

(WTG GSU, Colector, Conexión)• requisitos específicos sao establecidos para estas aplicaciones de transformadores de potencia

• aspectos relevantes en estés transformadores:Ø amigable con lo medio ambienteØ aplicación de tecnologías avanzadasØ vida útil longa de no mínimo de 30 añosØ alta fiabilidad y disponibilidad con un mantenimiento mínimoØ monitoreo inteligente en línea y gestión avanzada de activosØ optimización do ciclo de vida total

• requiere lo suporte de uno fabricante con un tecnología sólida y comprobada

Transformadores para Energías RenovablesTransformadores para Energías Renovables

Energías Renovables, Redes y Transformadores Inteligentes ...

Documents

Transcript of Energías Renovables, Redes y Transformadores Inteligentes ...