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Experiencias con
el uso de Ésteres
Naturales
Envirotemp FR3 Natural Ester Fluid
Casos efectivos de empresas
eléctricas que adoptan ésteres
naturales.
Alan Sbravati - Cargill
Seguridad al Fuego
Cero ocurrencias de fuego
reportadas en fluidos clase-K
desde su definición (70’s).
Optimización de la subastación.
Potencial ahorros en seguros.
Impactos positivos para la imagen
de la compañía.
Beneficios Ambientales
Cargill no compra semillas de áreas
deforestadas o embargadas.
Fuente renovable (98.5%).
Biodegradable.
Non-toxico.
Huella de carbono neutra.
Puntos de “renovables” en bolsa.
Cargamento Flexible
Por incrementar la temperatura de
“vida nominal” del papel en 20°C que
en aceite mineral, EN logra límites
más altos para el equipo, resultando:
Diseño optimizado del transformador;
Mayor capacidad de sobrecarga;
Reemplazar transformadores más
grandes por pequeños.
ENVIROTEMP™ FR3 ™ MAIN ADVANTAGES2
Degradación de Celulosa - Curva de Arrhenius para papel TUK inmerso en AM y EN
3
EN amplia vida útil
Papel Kraft = 5.3x
TUK = 7.4x
Más Temperatura
Papel Kraft = +15°C
TUK = +20°C
Incluido en
C57.154/2012
IEC60076-14/2013
Efecto de secado del papel
Mantener el papel seco trae beneficios adicionales
para el transformador mayor confiabilidad.
• En AM la humedad en el papel se
incrementa con la degradación.
• En EN la humedad generada migra al
aceite y es consumida por hidrolice,
manteniendo el papel seco.
• El papel seco es mejor dieléctrico.
• Mitiga el riesgo de falla por burbujas,
Bubbling, critico para equipos con
sobrecargas.
4
Temperatura critica para burbujas
Estudios de T.V. Oomen indican dependencia directa
a el contenido de humedad del papel.
• Analices post-morten muestran
humedad de 2% a 3% para los
papeles en equipos con AM.
• Para 2%, tenemos una Tc de
140°C, limite de sobrecarga
• Para Ester Natural, se tiene el
papel con humedad por debajo
de 0,5% Tc > 200°C
• Sin riesgo de falla por burbujas
5
Evidencias del proceso de secado
6
130°C 150°C
170°C 150°C
Retr
olle
nado
Transformador con 2x la expectativa de vida útil para papel inmerso en EN
7
Identificación de la MuestraGrado de Polimerización
después 2X Vida Útil
Contenido de humdad
después de 2X Vida Útil (%)
Nuevo; Seco; TUK Paper 1076 0,25
Coil pack out (away from hotspot) 405 0,52
Coil pack out (between coil hotspots) 197 0,19
Coil 1; Layer 2; (away from hotspot) 399 0,44
Coil 1; Layer 2; (hotspot area) 235 0,37
Coil 1; Layer 4; (away from hotspot) 369 0,61
Coil 1; Layer 4; (hotspot area) 276 0,49
Coil 1; Layer 6; (away from hotspot) 324 0,46
Coil 1; Layer 6; (hotspot area) 253 0,37
Coil 1; Layer 8; (away from hotspot) 291 0,48
Coil 1; Layer 8; (hotspot area) 228 0,32
Coil 2; Layer 1; (away from hotspot) 532 0,57
Coil 2; Layer 3; (away from hotspot) 391 0,31
Coil 2; Layer 3; (hotspot area) 154 0,38
Coil 2; Layer 9; (away from hotspot) 405 0,66
Coil 2; Layer 9; (hotspot area) 117 0,27
Beneficios por la extensión de vida
8
Ejemplo de empresa
eléctrica de EEUU
9
COMPARACIÓN DEL COSTO TOTAL DE PROPIEDAD (TOC) CON VIDA DE
30-AÑOS EN ACEITE MINERAL x 40-AÑOS EN ESTER NATURAL
Transformador Precio de
compra
PV TOC
con aceite mineral
(vida 30 años)
PV TOC
con ester natural
(vida 40 años)
PV TOC
Diferencia
en 40 años
Beneficio en Valor
Presente (PV) sobre
precio de compra
15kVA Pole
Type
$385 $1.317 $1.187 $130 34%
50kVA 1
Phase Pad
$1.102 $3.001 $2.688 $313 28%
150kVA 3
Phase Pad
$4.385 $7.967 $7.026 $941 21%
Ejemplo de empresa
eléctrica de EEUU
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Objetivos• Reducir las fallas dieléctricas
• Prolongas la vida útil en mínimo
de un 20 porciento
• Seguridad al fuego
Situación• Distribuidora de grande porte
• 20.000 equipos remplazados/año
• USD 1.500 / transformador
• Presión por reducción de precios
• Reducción de calidad de los equipos
tiene afectado la vida útil
Resultados
• 17% / año de reducción en las
compras de transformadores
• Economía / año - 3.400 transformadores
- USD 3.4 Millones líquido
• 10-años NPV USD 19.2 Millones
Beneficios por el incremento de límites de temperatura
11
Incrementando la temperatura
El incremento de las temperaturas de vida nominal
del papel en éster natural permite dos aboradajes:
• Optimización del transformador:• Diseño del transformador para temperaturas más altas
• Economias de materiales y disminuycion de perdidas sin carga
• Capacidad de sobrecargamento contínuo• Transformador más pequeño puede reemplazar más grande
• Costo inicial más bajo y perdidas sin carga mucho menores
12
13
Ejemplo de concesionaria de Brasil
1ª Fase Proyecto – 5000 unidades
TRANSFORMADOR TRIFÁSICO
CONVENCIONAL
• 45 KVA 11,4-13,8kV/127-220V
• Peso: 435kg
• Litros: 90 litros
• Precio/kVA: USD$ 42,20
TRANSFORMADOR VERDE
TRIFÁSICO COMPACTO
• 88 KVA 11,4-13,8kV/127-220V
• Peso 350Kg
• Litros: 81 litros (FR3)
• Precio/kVA: USD$ 26,70
14
2ª Fase Proyecto - Optimización Pérdidas Eléctricas
Transformador Verde Compacto x Convencional
NBR 5440/2014 Trafo Verde Compacto
PotenciaClase
VoltajeSin Carga Total Sin Carga Total
(kVA) (kV) (W) (W) (W) (W)
30 15 150 695 128 695
30 25 160 790 114 790
45 15 195 945 140 945
45 25 215 1055 155 1055
75 15 295 1395 194 1395
75 25 315 1550 198 1550
112,5 15 390 1890 246 1890
Ejemplo de empresa de Brasil
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2ª Fase Proyecto - Optimización Perdidas Eléctricas
Variación Precios Trafo Verde Compacto x Convenc.
Potencia (kVA) Clase Voltaje (kV) Variación
3015 7%
25 4,7%
4515 6,9%
25 5,1%
7515 7,4%
25 11,3%
112,5 15 11,8%
Ejemplo de empresa de Brasil
16
Reducción Perdidas x Cargamento
Ejemplo Transformador 75 kVA clase 15 kV
10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 105% 110% 115% 120% 125% 130% 135% 140%
3,1 3,1 3,1 3,2 3,2 3,3 3,3 3,4 3,5 3,63,7 3,8
3,9 4,1 4,3 4,64,8 5,2
5,66,1
6,7
7,6
8,7
10,3
12,7
16,9
25,5
Transformador 75 kVA – 15kV
Factor de Carga (p.u)
Tiempo de Retorno do Inversión (Años)
40% reducción de pérdidasRI = 3,1 años
FC = 0,1
5% reducción de pérdidasRI = 5,6 añosFC = 1,0
14% reducción de perdidasRI = 3,8 añosFC = 0,65
RI = Retorno de la Inversión x Factor de Carga
Ejemplo de empresa de Brasil
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CargaPotencia
(kVA)
Variación
Perdidas
(W)
Energia
Anual
(MWh)
Ganancia
Anual
Retorno de
la Inversión
(años)
Reducción
Perdidas
(%)
65%
30 43,27 0,38 R$ 39,04 6,2 11%
45 69,44 0,61 R$ 62,65 4,6 13%
75 110,23 0,97 R$ 99,46 3,8 14%
112,5 154,29 1,35 R$ 139,21 5,2 14%
Ejemplo de empresa de Brasil
Resumen de los valores obtenidos transformadores
de distribución clase 15 kV => +40.000 unidades
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Ejemplo de Brasil con capacidad de sobrecargamento
El transformador más pequeño tiene
capacidade de cargamento permanente
igual al más grande.
Presentation Title-Date
AM 75kVA (Std) EN (FR3) 75kVA / 112.5kVA AM 112.5kVA (Std)
Devanado promedio ≤ 55°C
Hotspot ≤ 65°C
Aceite Topo ≤ 50°C
Capacidad de sobrecarga con consumo adicional de vida útil ≈140%
Devanado promedio ≤ 55°C / 85°C
Hotspot ≤ 65°C / 100°C
Aceite Topo ≤ 50°C / 80°C
Carga Nominal = 75 kVA
Sobrecarga continuo = 112,5kVA (150%) sin consumo adicional de vida. (misma capacidad)
Sobrecarga con consumo adicional de vida útil ≈140%
Perdidas sin carga menos 26%
Devanado promedio ≤ 55°C
Hotspot ≤ 65°C
Top Oil ≤ 50°C
Capacidad de sobrecarga con consumo adicional de vida útil ≈140%
Costo ≈ 125%Costo ≈ 110%
Ahorro≈ 12%
Eco Eficiencia usando fluido FR3
La capacidad de sobrecarga permanente permite el
uso de transformadores más pequeños.
• Curvas de carga “Típicas”
resultan en promedio bajo, ya que
el “peak” define la potencia
• Selección de los transformadores
por el promedio de carga, sin
considerar el “peak”.
• Por encima de la sobrecarga sin
consumo de vida útil, se puede
sobrecargar más que en AM.
20
19.2kWh x 18.5kWh
Transformadores de Potencia
El mismo concepto se puede aplicar en potencia,
pero con porcentaje de sobrecarga más baja.
• Posible sobre cargamento hasta
125% permanente
• Incremento de la confiabilidad
de los transformadores (secado)
• Perdidas sin carga más bajas
• Mantenimiento igual o menor
que en aceite mineral.
• Vida útil extendida.
• Postergar reemplazos.
21
300MVA (440MVA)
420/115/22kV
After all, just natural
Envirotemp FR3
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