Siemens Transformadores. Transformadores con pérdidas bajas. Confidencial / Uso Interno Energy Sector

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1 Siemens Transformadores Transformadores con pérdidas bajas Elaborado por MC. José Izquierdo Franco Confidencial / Uso Interno Energy Sector

2 Transformadores con pérdidas bajas Introducción Principios de Diseño Criterio de evaluación Evaluación de pérdidas Conclusión Preguntas Page 2

3 Introducción El transformador es un aparato estático, de inducción electromagnética, destinado a transformar un sistema de corrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igual frecuencia y tensión igual o regulada. Un transformador el cual estará en servicio en un sistema eléctrico el cual cuanta con ciertas características. Fijadas por el usuario Adoptadas por el constructor. Page 3

4 Introducción Norma general y/o particular que rige el diseño y operación del equipo. Tipo Transformador (SE, GSU, Auto) Liquido aislante (Mineral, Silicon o Bio) Altitud de Operación / Contaminación Potencia MVA Voltaje Conexión Tipo de Enfriamiento Temp. de Operación (30 Pro / 40 Max) Incremento de Temperatura (55 & 65) Nivel de Aislamiento Regulación (con & sin carga) Evaluación de Perdidas Impedancia / Tolerancia Nivel de Ruido Page 4

Contaminación Potencia MVA Voltaje Conexión Tipo de Enfriamiento Temp.

5 Introducción Corriente Máxima Reg. Voltaje Tipo de Bobina Conductor A/mm2 Page 5 Corriente Máxima y condiciones especiales

6 Transformadores con pérdidas bajas Introducción Principios de Diseño Criterio de Diseño Evaluación de Pérdidas Conclusión Preguntas Page 6

7 Principios de Diseño (Operación en Vacío y Bajo carga) Pérdidas sin Carga Energización del transformador. Flujo que circula a través del núcleo. G Pérdidas bajo Carga. I2R (perdidas en el cobre de la bobina causadas por el flujo de corriente). Stray loss (perdidas indeterminadas) flujo que proviene de las bobinas y penetra en las superficies metálicas, induciendo corrientes eddy y calentamiento. Page 7

I2R (perdidas en el cobre de la bobina causadas por el flujo de corriente).

8 Principios de Diseño (Perdidas Sin Carga) Guiar flujo magnético. Permite acoplamiento magnético. Sección del núcleo está compuesta por varios escalones; lo que permite obtener un mejor aprovechamiento del > calidad < > B > pérdidas. Peso Kg. Calidad acero. Costo material. Page 8

Sección del núcleo está compuesta por varios escalones; lo que permite

9 Principios de Diseño (Nivel de Ruido) El ruido causado por el núcleo de los transformadores es originado por el flujo alterno que circula a través de él. A mayor inducción mayor es el ruido producido. Relación directa entre la calidad del acero y el nivel de ruido. Page 9

10 Principios de Diseño (Perdidas Bajo Carga) Representación básica de las perdidas I2R, empleando para esto la resistividad del conductor, la longitud y su área de sección transversal. Considerando I > área < < R < pérdidas > Volumen. Peso Kg. Costo material Soleras de cobre & Cable Transpuesto Continuo CTC. Page 10

sección transversal. Considerando I cte. @ > área < R @ < R < pérdidas > Volumen.

11 Principios de Diseño (Sist. Enfriamiento) 1a Letra: Enfriamiento Interno 2a Letra: Mecanismo de circulación interna 3a Letra: Enfriamiento externo 4a Letra: Mecanismo de enfriamiento externo ODWF ONAF ONAF ONAN OFAF Energía empleada durante la disipación de calor. Page 11 ODAF

circulación interna 3a Letra: Enfriamiento externo 4a Letra:

12 Transformadores con pérdidas bajas Introducción Principios de Diseño Criterio de Diseño Evaluación de Pérdidas Conclusión Preguntas Page 12

13 Criterio de Diseño Costo base del transformador (sin criterio). Precio del transformador bajo - Pérdidas altas Baja Eficiencia. Costo en base a requerimiento específicamente definidos: Eficiencia, perdidas, nivel de ruido, densidad de corriente/flujo. Precio del transformador en base a las limitaciones descritas por el cliente y en restricciones de operación del mismo equipo. Costo de energía (evaluación de pérdidas). Costo monetario $/kw energía consumida. El Usuario busca un equilibrio entre costo inicial del equipo y utilidad. Busca mayor versatilidad del transformador ya que le genera un gasto adicional a la compra inicial; por mantenimiento, limitaciones por sobrecarga, deterioro y perdida de vida, entre otras. Page 13

Precio del transformador en base a las limitaciones descritas por el cliente y en restricciones de operación del mismo equipo. Costo de energía (evaluación de pérdidas).

14 Transformadores con pérdidas bajas Introducción Principios de Diseño Criterio de Diseño Evaluación de Pérdidas Conclusión Preguntas Page 14

15 Evaluación de Pérdidas Precio Base Transformador: Acero / Cobre / Aislamiento Liquido Aislante / Accesorios Equipo de Regulación, monitores, etc. Precio Evaluado PBE = PB + NL x K1 + LL x K2 PBE: Precio base evaluado [$] PB: Precio base [$]. K1: Factor de evaluación en vacío [$/kw] NL: Perdidas en Vacío [kw] K2: Factor de evaluación bajo carga [$/kw] LL: Perdidas bajo Carga [kw] Page 15

Precio Evaluado PBE = PB + NL x K1 + LL x K2 PBE: Precio base evaluado [$] PB: Precio base [$].

16 Evaluación de Pérdidas Precio Evaluado Tipo de servicio del equipo. Tiempo de operación. % de capacidad operando. Costo por transmisión, generación. Pronósticos de demanda & crecimiento. Costo inicial de inversión. Factores inflacionarios. Tasas de retorno de la inversión. Financiamientos. Tiempos de entrega Page 16

Pronósticos de demanda & crecimiento. Costo inicial de inversión.

17 Evaluación de Pérdidas Precio Base Evaluado PBE = PB + NL x K1 + LL x K2 Evaluación: LL: 3250 / NL: 8250 / Ax: NA A) $ Venta: 445,000 / NL: 28 kw / LL: 88 KW MEJOR PRECIO BASE B) $ Venta: 495,000 / NL: 24 kw / LL: 83 kw C) $ Venta: 462,000 / NL: 26 kw / LL: 86 kw Evaluación de perdidas: A) 28*8,250+88*3,250 = 517,000 B) 24*8,250+83*3,250 = 467,750 MEJORES PERDIDAS EVALUADAS C) 26*8,250+86*3,250 = 494,000 PBE = Evaluación de Perdidas + Precio Base A) 517, ,000 = 962,000 B) 767, ,000 = 962,750 C) 494, ,000 = 956,000 MEJOR VALOR CONJUGADO Page 17

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

18 Evaluación de Pérdidas Relative cost of material and labor for optimized transformer. Losses for optimized transformer. Evaluated price of optimized transformer. Durante el diseño si la evaluación se incrementa, las perdidas disminuyen. Como consecuencia se elevan los materiales y el costo de manufactura se incrementa por el miso efecto La importancia de la evaluación no radica únicamente en el precio de venta, sino el conjunto de factores que están involucrados. Page 18

Como consecuencia se elevan los materiales y el costo de manufactura se incrementa por el miso efecto La importancia

19 Transformadores con pérdidas bajas Introducción Principios de Diseño Criterio de Diseño Evaluación de Pérdidas Conclusión Preguntas Page 19

20 Conclusión El nivel de perdidas están ligadas estrechamente con los factores de evaluación ya descritos y la operación del equipo dentro del sistema eléctrico. Un análisis de la operación del sistema puede ser de gran ayuda ya que se fijan los parámetros de operación y se obtiene un equipo confiable. La toma de decisiones ya no es como en el pasado (menor precio de venta) ahora es la relación directa que se tiene entre fabricante (mejora en precio de materiales y procesos de manufactura) y cliente (análisis de financiero y optimización de los recursos económicos). Los KW como los veíamos ya no son los únicos involucrados en la toma de decisiones, ahora están dentro del esquema factores adicionales. Aunado a esto el tiempo de vida ya es parte importante en los niveles de perdidas, ahora deseamos que el equipo nos reditúe cada centavo invertido. Page 20

La toma de decisiones ya no es como en el pasado (menor precio de venta) ahora es la relación directa que se tiene entre fabricante (mejora en precio de materiales y procesos de manufactura) y

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22 Gracias! Page 22

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