Tecnología en Transformadores de Distribución

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1 © A B B B A T ransformers -1 -5 /5 /2009

Tecnología en Transformadores de Distribución

ABB Blumenau

Juliano Costas

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2 © A B B B A Tr a n s formers -2 - Revenues $3.3 billones Aproximadamente 14,000 empleados 57 plantas en todo el mundo

Presencia en mas de 100 países

La mas completa línea de transformadores de potencia, distribución, accesórios y servicios. Clase de tensión hasta 800kV

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3 © A B B B A Tr a n s formers -3

-Ubicación de las plantas en Brasil

ABB Transformadores de Potencia Ubicación: Guarulhos/SP

ABB Transformadores de Distribución Ubicación: Blumenau/SC

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-BA PTPR Borderlines

Ratings

3 Phase Top Rating SDT <0.315 MVA <=36 kV LDT < 40 MVA <= 72.5 kV LPT > 275 kV LPT > 200 MVA >72.5 -275 kV MPT <=200 MVA 172 - 275 kV or BIL >650 kV MPT >63– 200 MVA >72.5 - 171 kV System kV MVA 275 172 (for SP 1-5 max BIL 650 kV ) 72.5 5 ₆₃ 200 SPT 1-2 < 40 MVA >72.5-171 kV Max BIL 650 kV 40 MDT =0.316- 5 MVA <=36 kV LDT ext 40 – 63 MVA <=72.5 kV MPT >63 MVA <=72.5 kV SPT 3-5 40-63 MVA >72.5 –171 kV Max BIL 650 kV

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- Transformadores de Distribución en aceite:

Potencia: 5 – 10.000 kVA (Blumenau) Clase de Tensión: Hasta 36,2 kV (Blumenau) Tipos de aceite: Parafinico Nafténico Silicón

BIOTEMP o Envirotemp (vegetal).

Tipos de Productos:

Transformadores de Distribución Monofásicos hasta 100kVA (SDT) Transformadores de Distribución Trifásicos hasta 300kVA (SDT)

Transformadores tipo Pad mounted (Pedestal) monofásicos hasta 100kVA (SDP) Transformadores de Distribución hasta 5MVA (MDT)

Transformadores Especiales (Pad mounted, Submersibles, Auto-protegidos)

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- Transformadores SDT (hasta 315 kVA):

70 piezas / día para trifásicos

150 piezas / día para monofásicos

100 piezas / día para MIX.

Transformadores SDP (hasta 100 kVA):

100 piezas / día (12/06)

150 piezas / día (2007)

240 piezas / día (2008)

Transformadores MDT (hasta 5000kVA):

Capacidad de 800 piezas/año (Potencia mediana 1000kVA)

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-Transformadores Monofásicos hasta 100kVA (SDT)

Características Standard: Ojales de Suspensión Terminal de Aterramiento Placa de Características

Soporte para instalación en poste Aceite Mineral

Cambiador de derivaciones (tap’s) Características Opcionales:

Terminal de Aterramiento Opcional Válvula de Sobrepresión

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-Transformadores Trifásicos hasta 315kVA (SDT)

Características Opcionales:

Terminal de Aterramiento Opcional Válvula de Sobrepresión

Soporte para instalación de pararrayos Dispositivo de llenado Tanque Corrugado Características Standard: Ojales de Suspensión Terminal de Aterramiento Placa de Características

Soporte para instalación en poste Aceite Mineral

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-Transformadores de Distribuición hasta 5000kVA (MDT)

Características Standard hasta 500 kVA:

Ojales de Suspensión Terminal de Aterramiento Placa de Identificación Cambiador de Derivaciones Ruedas Unidireccionales Dispositivo de llenado

Características Adicionales para transformadores por encima de 500 kVA:

Indicador de Nível del Aceite

Válvula de Sobrepresión

Ruedas Bidireccionales

Características Opcionales:

Indicador Magnético de Nível de Aceite

Relé Buchholz

Válvula de Sobrepresión Súbita

Indicador de Temperatura de Aceite

Indicador de Temperatura de Arrollamiento

Tanque Corrugado

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10 © A B B B A Tr a n s formers -1 0

-Transformadores para Aplicaciones Especiales

Transformador Auto Protegido ( < 150kVA):

Ojales de Suspensión

Terminales de Aterramiento

Soporte para poste

Fusible de alta tensión

Disyuntor de baja tensión

Transformador tipo Padmounted

Indicador de Nivel de Aceite

Válvula de Sobrepresión

Aisladores de Alta Tensión Desconectables

Transformador Submersible (>150kVA, < 2000kVA)

Indicador de Nivel del Aceite

Aisladores de Alta Tensión Desconectables

Indicador de Temperatura de Aceite

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-Tecnologia de Proyectos de Transformadores- ABB

Software especial para proyectos de transformadores de distribución desarollados por ABB:

CDS – Common Design System (Núcleos apilados)

LWCT – Liquid Wounded Commom Technology (Núcleos arrollados) Utilizado en 24 plantas de ABB en el mundo;

Alta confiabilidad: Ensayos de verificación realizados en vários países; Uso del software Pro Engineer (ProE) – Modelaje en 3D - vídeo

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-Tecnologia de Fabricación de Núcleos - ABB

Chapas de acero silicio de grano orientado y pérdidas bajas:

M4 (0.27mm), M3 (0.23mm), HiB (0.23mm e 0.27mm)

Acesita (Brasil), AKSteel (USA), Kawasaki (Japão)

Corte del núcleo apilado en 45º del tipo “Step-Lap”

Reducción de hasta 40% de la corriente de excitación;

Reducción del nível de ruído en hasta 3 db;

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-Tecnologia de Fabricación de Núcleos - ABB

Corte del núcleo arrollado:

Tipo “Overlap Joint”;

Soldadura TIG en la ultima vuelta del nucleo garantiza el cierre de los “gaps” durante el transporte y vida útil del transformador.

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-Tecnología de Fabricación de Bobinas - ABB

Tipos constructivos utilizados en transformadores de distribución:

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-Tecnología de Fabricación de Bobinas - ABB

Tipos de materiales conductores utilizados:

Cobre.

Alumínio.

Tipos de conductores utilizados:

Hilo circular de cobre ò alumínio (generalmente AT);

Hilo rectangular de cobre ò alumínio (generalmente BT hasta 45 kVA);

Chapa de cobre ò alumínio (generalmente BT arriba de 75 kVA).

Tipos de materiales aislantes utilizados:

Papel diamantado termoestabilizado;

Carton “presspan”

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-Comparación entre Cobre y Aluminio

Coeficiente de Expansión (a 20ºC)

Alumínio: 23x10-6 cm/ºC Cobre: 16.6x10-6 cm/ºC

El Aluminio se expande 30% mas que el cobre

Podria crear problemas de conexión utilizando tornillos

Utilizando arandelas de conexión apropiadas (concavas) las conexiones proporcionan la elasticidad necesaria en el empalme sin la compresión del aluminio, con la misma eficiencia que los terminales de cobre.

ABB tiene larga experiencia (mas de 20 años) en la fabricación de transformadores con bobinas de

aluminio, se tiene ya fabricado y despachado mas de 2.000.000 de transformadores de distribución que hoy en día operan en todo el mundo,

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20 © A B B B A Tr a n s formers -2 0 -Conductividad Eléctrica: Aluminio:

36.6 10

6

Ω

-1

m

-1 Cobre:

59.6 10

6

Ω

-1

m

-1

Para dos transformadores iguales (misma resistencia de arrollamiento para un mismo comprimiento), la sección del arrollamiento de aluminio deberá ser

1.63 veces mas grande que la del arrollamiento de cobre:

Con un incremento de la sección transversal del alumínio, las pérdidas resistivas seran las mismas en los dos arrollamientos;

Comparandose los dos materiales, pérdidas mas bajas seran logradas en aluminio con un proyecto mejor optimizado.

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21 © A B B B A Tr a n s formers -2 1 -Capacidad Calorífica: Aluminio: 0.220 cal/gºC Cobre: 0.092 cal/gºC

Como el peso del aluminio es 0.488 el peso del cobre, tenemos:

Capacidad calorífica del Al = M_Al x c_Al

Capacidad calorífica del Cu = M_Cux c_Cu

= (M_Al / M_cu)x (c_Al / c_Cu) = 0,488 x (0,220/0,092) =1,167 16,7% mas grande para el Al

O sea, el arrollamiento de aluminio posee una mejor soportabilidad a las corrientes de corto-circuito y sobrecarga, en comparacion con los

arrollamientos de cobre.

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- Las reservas naturales de aluminio son mas grandes que las reservas de cobre.

Los transformadores fabricados con arrollamientos de alumínio son mas ligeros que los transformadores fabricados con arrollamientos de cobre.

En resumen, és mucho mas ventajoso para el cliente dejar libre la

elección del material del bobinado al fabricante, que intentará siempre

optimizar los proyectos de acuerdo a las caracteristicas de los clientes,

pero considerando también los materiales disponibles en el mercado.

Eso garantizará que el cliente tendrá disponibles en sus manos

transformadores diseñados y fabricados con lo mejor que hay en el

mercado, considerando tecnologias de proyecto, fabricación, y

materiales.

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-Material Aislador

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-Tecnologia de Ensamblaje de la Parte Activa

Núcleo arrollado

core-form;

Núcleo arrollado

shell-form;

Núcleo apilado;

Soldadura y conexión

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-Dielectric Fluids Group

-

BIOTEMPTM _Update

Fluido dielectrico amigable con el medio ambiente

Origen: Produccion agricola natural renovable

Aditivos: Inhibidores de oxidacion (aprobado en los niveles

utilizados)

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-Dielectric Fluids Group

-

BIOTEMPTM _Update

97

30

20

5

0

20

40

60

80

100

BIOTEMP Mineral Oil RTEmp Silicone

% Biodegradability 21 Day Test (CEC L-33-A-94)

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-Dielectric Fluids Group

-

BIOTEMPTM _Update

Typical Properties of Insulating Fluids

Property Mineral Oil H.T.H. Silicone BIOTEMPTM BIOTEMP™ Ranking Sp. Gravity 0.91 0.87 0.96 0.91 Equal Flash pt. OC 145* 285 300 343 Superior* Fire pt. OC 160* 308 330 360 Superior* Viscosity, cSt. 100oC 3 11.5 16 10 Equal 40oC 12 110* 38 45 Superior* 0oC 76 2200* 90 300 Superior* Pour pt. OC -40 -24 -55 -15 to -25 Equal Diel. Str., KV 30* 40 43 49 Superior* (ASTM D877) Diss. Factor, % 25oC .05 0.01 0.01 0.025 to 0.05 Equal Permittivity 2.2 2.2 2.7 3.1 Superior Resistivity, 1013 1014 1014 1013 Equal Oxid. Inhibitor Optional Desirable No Required Equal Biodegradability <30% 20% 0% 97% Superior

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-Dielectric Fluids Group

-

BIOTEMPTM _Update

Ventajas del BIOTEMP

TM

Biodegradabilidad

Mejora de las propiedades de transferencia térmica

Mejora de la eficiencia operativa

Mejora de la seguridad operativa

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-Referencias en Brasil

Hospital Infantil de Diabetes – Porto Alegre/RS (ago/2002) CVRD (nov/2002)

CEMIG – Belo Horizonte/MG (ago/2003) CPFL – Campinas/SP (fev/2004)

COELBA – Salvador/BA (ago/2004) - Retrofit Fosfértil – Araxá/MG (nov/2004)

COSIPA – Cubatão/SP (abril/2005) Embraco – Joinville/SC (jun/2005) COPEL – Curitiba/PR (jun/2005) AVON – São Paulo/SP (ago/2004)

Mineração Serra Grande – Crixás/GO (nov/2004) Anglo Gold – Sabará/MG (mar/2005)

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-Referencias en el Mundo

Tigre Chile S.A. – Chile (nov/2004) EDESUR – Argentina (mar/2005) Chilectra – Chile (set/2005) – retrofit Essroc Cement – USA (ago/2004)

Cutler Hammer Engineering Serv – USA Eaton Corporation - USA

_{GE Industrial Systems - USA} _{GE Industrial Systems - USA}

_{Siemens Energy & Automation - USA} _{Whirlpool Corporation - USA}

_{Westinghouse Engineering Svc. - USA} _{Blandin Paper Company – USA}

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-Referencias ABB-Blumenau con BIOTEMP 2006/2007

7 Transformadores Submersibles para CELESC (750 kVA – 25 kV);

4 Transformadores de distribución para Fundapark (2000 kVA – 25 kV);

16 Transformadores Submersibles para COPEL (500 kVA – 15 kV);

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-Tanque Corrugado – Transformadores Sellados

Utilizado en todo el mundo por mas de 30 años; Transformador mas pequeño y mas ligero;

Normalmente utilizado hasta 5000 kVA; Mas capacidad de disipación de calor.

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-Tanque Corrugado – Transformadores Sellados

Espesor de las paredes laterales entre 1.06 y 1.6 mm; La elasticidad de las

paredes del tanque corrugado permiten una sobrepresión interna máxima de 0.3 kgf/cm2 _; Reduce la posibilidad de oxidación del

aceite pues no entra en contacto con el aire.

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-Transformadores Pad-mounted

Transformador sellado con tapa soldada;

Vários tipos de aisladores de AT y BT;

Envolvente de Protección de las conexiones externas;

Vários tipos de protección primária y secundária;

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-Transformadores Pad-Mounted Monofásicos

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-Accesorios de Transformadores Pad-Mounted

Fusibles tipo “bayoneta”:

Proteción contra falta interna (fault sensing);

sobrecarga (current sensing) o ambos (dual element);

Generalmente en série con “limitador de

corriente”;

Acceso externo con manopla de manobra;

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- Conexión de bayoneta + fusible + isolation link en el transformador

(39)

- Conexión de bayoneta + fusible + isolation link en el transformador

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- Seccionador imnersa en aceite:

Instalación interna en el transformador; Interrupción bajo carga en el primário.

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- Fusible Limitador de Corriente:

Alta capacidad de interrupción (rango de 40 kA).

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- Para-rayos interno en el primário:

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- Seccionador del para-rayos en el primário:

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-Accesorios de Transformadores tipo Pedestal

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