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REDISEÑO
TRANSFORMADORES DE POTENCIA
REDISEÑO DE
TRANSFORMADORES DE
POTENCIA
Integración de los conceptos de
innovación, desarrollo sostenible y
gestión ambiental
•
Los transformadores de Poder son activos de gran valor en
importancia dentro de la cadena de distribución de energía, por
tal razón son enormes las razones para mantenerlos en operación
confiable dentro del mayor tiempo posible.
•
Con el crecimiento de la demanda los transformadores se acercan
a su limite de capacidad de carga,. Por lo anterior se vuelve
necesario encontrar alternativas tendientes tanto a lograr mayor
potencia como a garantizar la disponibilidad de estos equipos.
•
Se plantea con esto alternativas como su reemplazo por nuevos
de mayor potencia o aumentar la potencia y su confiabilidad
dentro de un marco de rentabilidad, con el menor costo posible y
el mínimo impacto ambiental
•
El rediseño de transformadores permite desplazar en el tiempo
los montos de inversión requerida en los sistemas de distribución
o de energía eléctrica por expansión de estos sistemas eléctricos.
DESCRIPCIÓN DEL IMPACTO ACTUAL O POTENCIAL
DE LOS RESULTADOS
•
La inclusión de nuevos desarrollos tecnológicos en esta
repotenciación permite la optimización de la operación de los
equipos por mayor monitoreo de sus variables logrando así su
máximo aprovechamiento y una producción mas eficiente lo que se
traduce en menores costos para la sociedad y por tanto mayor
eficiencia y generación de riqueza.
•
La maximización de uso de los activos (transformadores de
potencia), por extensión de su vida útil contribuye a una
producción mas económica de los bienes y servicios con el
respectivo beneficio económico para el país y la sociedad.
•
Un mayor conocimiento de la utilización y desempeño de los nuevos
desarrollos tecnológicos genera proyectos innovadores con el
consecuente beneficio para el desarrollo tecnológico y productivo
del país.
•
Se promueve el mejoramiento continuo, la eficiencia energética, el
uso racional de los recursos y la protección de medio ambiente.
•
Obtención del beneficio tributario por inversión en proyectos de
innovación investigación y desarrollo, aprobado por Colciencias.
DESCRIPCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL ACTUAL O POTENCIAL
DE LA EJECUCIÓN DEL PROYECTO
•
Con el aprovechamiento de equipos (transformadores) fuera de
estándar por obsolescencia tecnológica o por capacidad, evita el
impacto ambiental que genera su disposición con el respectivo
beneficio ambiental, por un mayor aprovechamiento de los
recursos naturales (metal, madera, papel) y menor cantidad de
elementos dispuestos.
•
Se adoptan así métodos de producción más limpia y procesos
ecoeficientes, estimulando la investigación y el desarrollo e
implementación de tecnologías respetuosas con el entorno,
aportando a la solución de problemáticas ambientales a nivel
global.
•
Se estimula la formación de una cultura de respeto del medio
ambiente al interior de las empresas, de los clientes y de las
comunidades vecinas a nuestras instalaciones fomentando la
responsabilidad y el compromiso frente a la preservación del
medio ambiente.
TRANSPORTE DEL TRANSFORMADOR
•
Dentro de la posibilidad de incrementar la potencia operativa
aparece la reingeniería o rediseño de los transformadores de
potencia.
•
La reingeniería o rediseño de los transformadores se muestra
como una solución integral a los desafíos de la competencia de
precios, de confiabilidad en el tiempo y de la calidad que deben
abordar actualmente las empresas eléctricas y los usuarios de los
mismos.
•
Hablar de reingeniería mediante repotenciación o
redimensionamiento se refiere a mejorar lo existente, reutilizar
equipos que fueron retirados del servicio por déficit de potencia o
por fallas, buscando obtener la máxima potencia con el mismo
núcleo, la misma cuba y accesorios.
•
Introducir mejoras tecnológicas, optimizando aspectos técnicos y
económicos de confiabilidad, de operatividad y mantenimiento,
con vida útil extendida.
DESENCUBE
VARIABLES CONTEMPLADAS PARA REDIMENSIONAR
O REPOTENCIAR
• La sección (área) del núcleo, relacionada directamente con el
flujo, es una variable que tiene como limitante el punto de
saturación, una vez el núcleo magnético se sature no se podrá
obtener más flujo.
• La sección del conductor representado con el aumento de cobre
necesario para incrementar su sección presenta el inconveniente
del alto costo del cobre por lo que económicamente podría colocar
en desventaja la repotenciación frente a la opción de comprar uno
nuevo.
• Respecto a la refrigeración, consiste en encontrar hasta qué punto
se puede refrigerar y obtener potencia sin que los demás
componentes del transformador se vean afectados, esto sujeto al
Costo y la eficiencia de los equipos de refrigeración.
PRUEBAS PRELIMINARES Y RETIRO DEL NUCLEO
AUMENTO DE POTENCIA OPERATIVA MEDIANTE
ADICIÓN DE REFRIGERACIÓN
• La norma IEEE C 57.91 menciona una expectativa de vida
útil de 20,55 años bajo el supuesto que se mantenga una
temperatura constante de 110°C en el punto más caliente
del transformador.
AUMENTO DE POTENCIA OPERATIVA MEDIANTE
REPOTENCIACIÓN
•
•
•
•
Cambio de conexión
Adición de refrigeración
Reaislamiento de devanados
Construcción de devanados
Aislamientos especiales
•
Comúnmente se utiliza el papel kraft para aislamiento, pero
cuando se desea papeles aislantes con resistencia a
temperaturas más altas se utilizan aislamientos especiales que
tienen mejores propiedades dieléctricas y mayor resistencia
térmica.
•
Papel termo estabilizado Son papeles aislantes, que pasan por
un doble proceso de estabilización térmica.
•
Papel y cartón Nomex. Químicamente nomex es un polyamide
aromático y se conoce generalmente como aramid. La
estructura molecular es particularmente estable por lo que los
papeles nomex tienen las siguientes propiedades:
• Fuerza dieléctrica inherente: Soportan fuerzas eléctricas en el
aceite equivalentes a las soportadas por papeles de celulosa.
• Dureza mecánica: Son fuertes, resistentes y flexibles, con buena
resistencia a las impurezas y a la abrasión.
• Estabilidad térmica: Nomex es un material aislante que es
expuesto a temperaturas de alrededor de 220 ºC ó más altas, con
poco ó ningún efecto en las propiedades eléctricas y mecánicas.
Esta propiedad se mantiene por lo menos 10 años de exposición
continua a 220 ºc.
BOBINADO ORIGINAL DEL TRANSFORMADOR
1. Bobina de 115
Derivaciones
2. Bobina de 115
kV
3. Bobina de 57.5
kV
4. Bobina de 34.5
kV
PRUEBAS AL NUCLEO (DIAGNÓSTICO)
3 ESPIRAS EN Y
400
ESPIRAS EN EL NÚCLEO PARA LA PRUEBA DE
350
MAGNETIZACIÓN
300
Columna 1
V, [V]
250
Columna 2
200
Columna 3
150
Promedio
100
50
0
0
50
100
150
I, [A]
200
250
300
INFORMACIÓN GENERAL DEL NUEVO BOBINADO
Sección Conductores:
Tipo de devanado:
No de Discos:
-------7 Espiras x tap
10
12.93mm x 4.99mm
64.5207 mm²
continuo
No Espiras x Disco:
No Total de espiras:
Hilos por espira:
Dimensiones de un solo
conductor desnudo:
Sección total de
Conductores:
Tipo de devanado:
Corriente nominal:
Corriente nominal:
Peso de 1 bobina:
Densidad de corriente:
170 kg
64
No de Discos:
11
690 Espiras
2
12.98 x 2.42mm
62.823 mm²
Espiral continuo
(Helicoidal)
30 MVA
35 MVA
150 A
175 A
2.397
2.7856
BOBINA DE 34.5 KV MODIFICADO
No Espiras x Disco:
No Total de espiras:
Hilos por espira:
Dimensiones de un solo
conductor desnudo:
--------
BOBINA DE 115 KV
BOBINA DE 115 DERIVACIONES
No de Discos:
No Espiras x Disco:
No Total de espiras:
Hilos por espira:
Dimensiones de un solo
conductor desnudo:
62
3.3
207 Espiras
5
15.49 x 2.35mm
(36.4015 mm²)
Sección total de
Conductores:
Tipo de devanado:
Corriente nominal:
Densidad de corriente:
182 mm²
Espiral continuo
(Helicoidal)
30 MVA
35 MVA
502 A
585 A
2.75
3.21
Peso de 1 bobina:
1300 KG
Peso de 1 bobina:
876 KG
Ø Ext bobina:
1188 mm
Ø Ext bobina:
1075 mm
Ø Ext bobina:
829 mm
Ø Int Bobina:
1172 mm
Ø Int Bobina:
923.6 mm
Ø Int Bobina:
697 mm
CÁLCULO Y DISEÑO DEL BOBINA DE COMPENSACIÓN
Cilindro de Inicio = 5mm
ØInt= 581mm
Largueros de 4mm
Largueros de 5mm
11,63mm (Espacio entre el bobinado de compensación
y el cilindro de inicio de la bobina de 34.5 kv)
1
2
1
2
1
2
ØExt=642mm
DETALLE DE LA TRANSPOSICION
EN LOS CONDUCTORES
5mm Cilindro de Inicio
27,62mm Distancia de separación entre el devanado
de compensación y el devanado de 34.5KV
FINAL
133
1
10
20
30
1024,65
40
50
60
66
66.5
3.90mm
3.29 mm
14.25 mm
CONDUCTOR DESNUDO
14.85 mm
CONDUCTOR AISLADO
con 2 capas al 50%
CÁLCULO Y DISEÑO DEL BOBINA DE 34500V
FABRICACIÓN BOBINAS DE 115000 V
FABRICACIÓN BOBINAS DE DERIVACIONES
ENSAMBLE (MONTAJE DE CILINDROS Y BOBINAS)
BOBINA DE 34.5KV
BOBINA DE 115KV
DERIVACIONES DE 115KV
Compensación
20mm
66mm
75,68mm
ØInt =601,75mm
ØInt =697,64 mm
ØInt =1171,81mm
ØExt= 1210mm
ENSAMBLE (UBICACIÓN DE SENSORES DE TEMPERATURA
MEDIANTE FIBRA ÓPTICA)
UBICACIÓN DE FIBRA ÓPTICA
ACONDICIONADOR DE SEÑAL
• Conocimiento exacto, directo y en tiempo real
de la temperatura en los Hot Spot´s.
• Proporciona
ayuda
en
diseño
transformador y en su verificación.
del
• Maximiza con seguridad la carga y sobre
carga.
• Previene fallas prematuras.
• Evita la interrupción del equipo y faltas
catastróficas.
• Conocimiento
real
de
las
condiciones
operacionales, la planeacion de la carga la
administración de los activos y finalmente la
determinación del tiempo de vida de los
transformadores.
PRUEBAS PRELIMINARES
SECADO EN HORNO Y ENCUBE
PRUEBAS FINALES
De esta manera se tiene la reconversión de los dos
transformadores, en transformadores de mayores
características de potencia, menores pérdidas, con
conexión del devanado de 34.5 kV en Y,
aislamientos nuevos lo que conlleva a perfectas
condiciones técnicas para entrar en operación,
utilizando los demás materiales de los
transformadores existentes; aceite, cuba,
cambiador, accesorios e introduciendo mejoras
tecnológicas como los termómetros ópticos,
introducidos en los devanados como herramienta
para obtener una operación más eficaz del
transformador.
CARGUE Y TRANSPORTE
BENEFICIOS OBTENIDOS
• Los principales beneficios del proyecto de repotenciación se
establecieron en el plano económico, representados en un 50%
del valor de nuevo y en un plazo de 25% en relación con los
tiempos de fabricación de uno nuevo. Solucionando así la urgente
necesidad de transformadores para la ampliación de la
subestación Noroeste que de otra manera hubiera tomado mas de
18 meses su fabricación.
• Con el rediseño efectuado se obtuvo una ganancia de potencia de
los equipos rediseñados del 75%, pasando así de
transformadores de 20MVA a trasformadores con una potencia
nominal de 35 MVA, con grupo de conexión normalizado YY0.
• Se instalaron sensores ópticos de temperatura de devanados lo
que permitió la optimización de la operación de los
transformadores por monitoreo de su variable térmica, y no
solamente mediante el monitoreo de su carga medida en
amperios.
BENEFICIOS OBTENIDOS
• Se redujeron los costos totales de inversión y explotación ya que
un transformador con las características del obtenido hubiera
costado un 100% adicional a lo que fue su costo de repotenciación
• Se maximizó el uso de los activos (transformadores de potencia),
se extendió la vida útil de los equipos por reemplazo de todos sus
asilamientos a nuevos.
• Se evito el impacto ambiental que hubiera generado la
disposición de equipos de los viejos equipos.
• Se profundizo en el conocimiento y se verifico el desempeño de
los nuevos desarrollos tecnológicos en cuanto a aislamientos de
transformadores de potencia y sistemas de monitoreo de
temperatura mediante sensores de fibra óptica.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN