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Transformadores para aplicaciones especiales Presencia de Armonicos Factor K
Hernan Escarria, PTI – Santiago de Chile 2012
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
Las cargas no lineales son todas aquellas que generan corrientes no sinusoidales, es decir, corrientes que además de la componente fundamental tienen otras que son múltiplos enteros de la fundamental y que se conocen como armónicos.
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
Este tipo de cargas ha existido en los sistemas eléctricos desde el principio, principalmente eran de tipo magnético, como las corrientes de excitación de los transformadores y los balastos magnéticos de luminarias tipo fluorescente. Su influencia en el sistema eléctrico era escasa.
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
La aparición de la electrónica ha mejorado mucho las propiedades de los productos pero ha traído consigo, entre otros problemas, la generación de armónicos.
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
RECTIFICADORES
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
Los fabricantes de variadores de frecuencia de motores de inducción explican como estos equipos mejoran la eficiencia de las máquinas permitiendo variar la velocidad de funcionamiento según las necesidades de la aplicación, pero advierten que éstos producen armónicos de orden 5, 7, 11, 13…
El orden característico de Armónicos (h) en el lado de la línea con relación al número de pulsos del rectificador (p) : h= n x p ±1 (n=1,2,3... Cualquier número entero),
Un rectificador de 6 pulsos produce 6-1=5°, 6+1=7°, 12-1=11°,
12+1=13° armónicos de corriente (en el caso ideal)
Un rectificador de 12 pulsos produce 12-1=11°, 12+1=13°, 24-1=23° and 24+1=25° armónicos de corriente (en el caso ideal)
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
Una manera de reducir armónicos es con conexiones del transformador
Número de pulsos se puede aumentar mediante la aplicación de varios grupos de 6 pulsos con un desplazamiento de la fase de las tensiones de alimentación.
30 grados de desfase se puede obtener mediante el uso de la conexión básica de grupos de bobinas (Y y D)
Desfases distintos de 0 °, 30 ° (o múltiplos) requiere un desfase especial. Las más comunes son las conexiones Z y "delta extendida“
A medida que la potencia de los armónicos aumenta el desempeño de la red se vuelve más crítico
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores / Conexiones
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
Problemas de los armónicos.
Se observó, que a medida que aumentaban las cargas electrónicas, los transformadores funcionaban con ruidos y un calentamiento excesivo, e incluso que se quemaban al cabo de uno o dos años.
Algunos se preguntaban:
¿Quizás los fabricantes de transformadores habían abaratado costos introduciendo materiales de baja calidad?. NO. Los transformadores eran los mismos, la causa estaba en los armónicos.
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Cargas no linealesInfluencia en los transformadores
Problemas de los armónicos.
Las corrientes armónicas elevan las pérdidas adicionales en los bobinados, barras de conexión, bridas del núcleo y paredes del tanque principal, que pueden conducir a problemas térmicos como el envejecimiento prematuro del transformador.Grado de severidad depende del tipo de unidad rectificadora, de carga y el diseño del transformador. El diseño de los devanados debe ser capaz de soportar tensiones mecánicas / térmicas debidas a la distribución de la temperatura más desigual que con corriente sinusoidal única ("efecto final"). Los puntos calientes localizados se deben evitar y cada arrollamiento necesita ser analizado por separado. El aumento de la temperatura debido al aumento de las pérdidas a causa de las componentes armónicas debe estar dentro de los límites especificados para el aumento de la corriente de carga real
Transformadores en Presencia de Armonicos NORMAS
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Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Point of common coupling (PCC) – El PCC está definido como la interfase entre la electrificadora (Fuente) y el cliente (Carga), vease PCC1.
Other Loads Other Loads
Converter
PCC 1
PCC 2
SubstationTransformer
Converter InputTransformer
Utility Network
MV Bus IPC
Muy a menudo, la IEEE 519 es “Mal Empleada” y el PCC es definido dentro de la red del cliente (vease PCC2), donde coincide con el In-plant point of coupling (IPC).
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Total Harmonic Distortion factor (THD) – Relación del valor RMS del contenido de voltaje armónico al valor RMS de la componente fundamental de voltaje ….. expresado como porcentaje de la fundamental.
Total Demand Distortion factor (TDD) Relación del valor RMS del contenido de corriente armónica al valor RMS de la com- ponente fundamental de corriente ….. expresado como porcentaje de la fundamental.
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
100*1
50
2
2
V
VTHD h
h∑==
100*1
2
2
I
ITDD h
h∑∞
==
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La relación ISC/IL es la relación de la corriente de cortocircuito disponible en el punto común de acople (PCC) a la máxima corriente que damanda de carga al correspondiente sistema.
Other Loads Other Loads
Converter
PCC 1
PCC 2
SubstationTransformer
Converter InputTransformer
Utility Network
MV Bus IPC
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
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Voltage Distortion Limits for Utilities
100*1
50
2
2
V
VTHD h
h∑==
Bus voltage at PCC Max. individual Voltagedistortion (%)
Total Voltage distortionTHD (%)
69kV and below 3.0 5.069.001 kV through 161kV 1.5 2.5161.001kV and above 1.0 1.5
The limits listed above should be used as system design values for the “worst case” fornormal operation (conditions lasting longer than one hour). For shorter periods, duringstart-ups or unusual conditions, the limits may be exceeded by 50%.
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
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Current Distortion Limits for 6-pulse rectifiers
100*1
2
2
I
ITDD h
h∑∞
==
Maximum Harmonic Current Distortion in % of ILIndividual Harmonic order h
Isc/IL <11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<29 29<=h<35 TDD<20* 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.020<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.050<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits aboveCurrent distortion that result in a DC-offset, e.g. half-wave converters, are not allowed* All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless
of Isc/ILWhereIsc = maximum short-circuit current at PCCIL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
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In case that phase shift transformers or converters with pulse numbers (q) higher than 6 are used, the limits for the characteristic harmonic orders are increased by a factor F equal to
provided that the amplitudes of the noncharacteristic orders are less than 25% of the limits specified in the table for the 6-pulse rectifiers
Example: For a 12-pulse rectifier the characteristic harmonics (11th,13th, 23rd, 25th,…) can be increased by a factor
6qF =
2612 ==F
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
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Current Distortion Limits for 12-pulse rectifiers
Maximum Harmonic Current Distortion in % of ILIndividual Harmonic order h
Isc/IL <11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<29 29<=h<35 TDD<20* 1.0 2.8 0.375 0.85 0.15 5.020<50 1.75 4.95 0.625 1.4 0.25 8.050<100 2.5 6.35 1.0 2.1 0.375 12.0
100<1000 3.0 7.8 1.25 2.8 0.5 15.0>1000 3.75 9.9 1.5 3.5 0.625 20.0
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits aboveCurrent distortion that result in a DC-offset, e.g. half-wave converters, are not allowed* All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless
of Isc/ILWhereIsc = maximum short-circuit current at PCCIL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
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Comparison: Current Distortion Limits 6-p versus 12pExample for Isc/IL: 20<50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 43 47 49 TDD
Harmonic Order
Max
. Har
mon
ic C
urre
nt D
isto
rtion
in
Perc
ent o
f IL
6 pulse rectifier12 pulse rectifier
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
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Simplified Equivalent Circuit Diagram for Line Harmonics• Vnet Mains supply voltage source (infinitely strong)• Vharm Harmonic voltage source (generated by the drive)• Xline Line impedance (representing the fault level of the network - mainly
inductive)• Xxfmr Transformer impedance (value with only one secondary winding
shorted)
~ ~~Vnet Vharm
Xline Xxfmr
PCC
TDD
THD
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Transformadores en Presencia de Armonicos Aplicaciones
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Que es un sistema de accionamiento electrico (Drive)?
Un sistema de tracción o accionamiento se utiliza para el control de velocidad, par y potencia de un motor eléctrico de la manera más eficiente.
Se compone de transformador, variador de velocidad y el motor
→ Los principales componentes deben tener características coincidentes
Topología estandar para un sistema de accionamiento
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Transformadores de accionamiento electrico (Drives) para ...
Chemical, Oil & Gas
Power Water
Marine
Pulp & Paper Special applications, e.g. wind tunnels
MetalsCement, Mining & Minerals
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Aplicaciones típicas
Blowers & fansConveyorsCompressorsCrushers, rolling millsExtruders, mixersMarine propulsionMine hoistsPumpsRefinersGas & hydro turbine startersSoft starters for large machinesTest stands, wind tunnels
Transformadores en Presencia de Armónicos Normas
IEC 61378-1 Converter transformers, Part 1 Transformers for Industrial Applications
IEEE C57.18.10 IEEE standard Practices for Semiconductor Power Rectifier Transformers”
IEC no hace requerimientos sobre nivel de aislamiento (BIL) IEEE si lo hace
Los diseños deben cubrir Incremento del esfuerzo dieléctrico en el lado del rectificador
Voltajes de modo común
Alto DU/dt
Corrientes armónicas
Compatibilidad electromagnética EMC
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Transformadores en Presencia de Armónicos Transformador convertidor
Elevación de TemperaturaEl aumento de la temperatura con la corriente de carga real, incluyendo las pérdidas debidas a los armónicos debe estar dentro de los límites especificados.
Existe margen en el aumento de la temperatura con la corriente sinusoidal.
El diseño de los devanados debe ser capaz de soportar tensiones mecánicas / térmicas debidas a la distribución de la temperatura más desigual que con corriente sinusoidal única ("efecto final").
Prueba de elevación de temperatura se puede hacer con la potencia equivalente, o con un cálculo más detallado, basado en la norma IEC 61378
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Los voltajes de modo común resultan de la operación de conmutación del inversor y aparecen a través del acoplamiento capacitivo en los devanados del transformador en el devanado de BT contra tierra (también llamado componente de secuencia cero).Estas tensiones de modo común aumentan el esfuerzo dieléctrico en el aislamiento de los transformadores y deben ser considerados en el diseño del transformador (nivel de aislamiento se aumenta en comparación con los requisitos de IEC 60076)
Transformadores en Presencia de Armónicos Voltaje modo común/transformador de entrada
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Transformadores en Presencia de Armónicos Voltaje modo común/transformador de entrada
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
kV
0 10 20msec
VOffset
VSec
VCommon
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Transformadores en Presencia de Armónicos Transformador convertidor
¿Por qué se necesitan transformadores convertidores? (temas principales)
Adapta la tensión de alimentación de la red a la tensión de entrada del convertidor.
Aísla el convertidor de la red de alimentación y limita las corrientes de cortocircuito en el convertidor.
Alivia al motor y / o red de tensiones de modo común.
Reduce las radio interferencias (EMC) de la unidad a la red (pantalla especial).
Protege la unidad de los transitorios de voltaje de la red de alimentación.
Reduce los armónicos (impedancia del transformador y conexiones especiales para la operación multipulso).
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Transformadores en Presencia de Armónicos Incremento de esfuerzos mecánicos
Alto di / dt, debido a la forma de onda del puente de diodos es causante de fuerzas mecánicas que no están presentes con carga normal con onda sinusoidal (es decir, el llamado "efecto martillo").
Normalmente, los rectificadores están protegidos con una función de “disparo rápido”, esta función hace un corto circuito pleno con el fin de que el interruptor de alta tensión dispare instantáneamente. Los transformadores de VSD se enfrentan a muchos más corto-circuitos durante su tiempo de vida que los transformadores de red normales.
Algunas aplicaciones de velocidad variable tienen carga muy cíclica, con continuos cambios rápidos de poco % a 100% de la carga (por ejemplo, los trenes de laminación)
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Transformadores en Presencia de Armónicos Pantalla EMC
La UE ha establecido límites para la radio frecuencia (RF) la contaminación del sistema de suministro eléctrico en el punto de conexión del sistema de alimentación de la unidad (incluyendo el transformador) EN 61800
La misma regulación se aplica también cada vez más fuera de Europa
Sistemas de accionamiento por lo general no cumplen con este requisito sin filtros.
La industria requieren que el sistema sea compatible EMC (rotulado CE) en cualquier lugar, aunque el requisito de la UE sólo es en el punto de conexión a la red pública o a una distancia de 10 metros de la valla de frontera.
La pantalla electrostática correctamente diseñada es una manera rentable de cumplir el requisito para el paquete rectificador- transformador
La pantalla electrostática también protege contra los esfuerzos por voltaje de modo común y del sistema de alimentación (rayo y conmutación)
Insulating cylinderMetal foil
5
12
3
5
4
Mid
dle
oftra
nsfo
rmer
win
dow
Indicación: Esta es la descripción general de la pantalla en la especificación del transformador, pero la fabricación real no es tan simple
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Transformadores en Presencia de Armónicos Pantalla EMC
Potencias superiores a algunos MVA MVA con corrientes armónicas típicas , las pérdidas en la pantalla son importantes, el diseño para permitir su enfriamiento.
Transformadores de alimentación de VSD con conmutación de alta frecuencia en el lado de entrada (entrada activa), las pérdidas en la pantalla puede ser dramático.
Tipo incorrecto de los cables de puesta a tierra de la pantalla puede hacer que la pantalla no sea funcional.
Indicación: Esta es una foto de una pantalla de fabricación local de bajo costo para transformador VSD en el Lejano Oriente después de unas semanas de operación con el 25% de la carga con entrada activa y frecuencia de conmutación de 3.2 kHz
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
Desclasificación de transformadores. El factor K.
En EEUU, en 1989, se pensó en cuantificar el calentamiento producido en los transformadores cuando se presentan armónicos. En esta situación el transformador no debe funcionar a su potencia nominal y debe o cambiarse por otro de mayor potencia o disminuirse la carga. El transformador se “desclasifica” asociándole una potencia equivalente.
Esta potencia equivalente es igual a la potencia basada en el valor eficaz de la corriente no sinusoidal multiplicada por el factor “K”.
Este factor “K” se define como aquel valor numérico que representa los posibles efectos de calentamiento de una carga no lineal sobre el transformador. Inicialmente se consideró llamar a este número “C”, de constante, pero se temió que hubiese confusión con la unidad grado centígrado y se optó por utilizar la letra “K”.
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
En Estados Unidos la asignación de K a un transformador lo realiza Underwriter Laboratories (UL), no el fabricante.
El criterio UL1561 para establecer la clasificación es el siguiente: Inicialmente se prueba al transformador con una corriente sinusoidal de 60Hz para determinar las pérdidas en los devanados y en el núcleo. Del total de las pérdidas en los arrollamientos se restan las debidas al I2R, calculadas a 60Hz, y de este modo se deducen las pérdidas de dispersión que se consideran fundamentalmente producidas por corrientes de Foucault. Si el transformador es adecuado para un factor K determinado, las pérdidas por dispersión se multiplican por ese factor K y se suman a las debidas al efecto Joule a 60Hz. Si la elevación de la temperatura media en los devanados no supera la nominal el transformador es marcado como válido para trabajar con cualquier carga no linear de ese o menor factor K.
Los valores de K para transformadores catalogados por U.L. son: 1, 4, 9, 13, 20, 30 y 40.
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
ANSI/IEEE C57.110-1996 nos proporciona una guía para la desclasificación en función del factor K de la carga y de las pérdidas de dispersión proporcionadas por el fabricante del transformador. Como puede verse en la figura, este método es muy conservador aún comparándolo con el indicado por UL
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
Secondary winding q = 6
h fh(pu) Ih(pu)rms fh^2 fh^2*h^2 Ih(pu)^2 Ih^2*h^2 Ih*h^2
1 1.000 0.960 1.000 1.000 0.922 0.922 0.922
2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
5 0.200 0.192 0.040 1.000 0.037 0.922 0.184
7 0.143 0.137 0.020 1.000 0.019 0.922 0.132
8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
10 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
11 0.091 0.087 0.008 1.000 0.008 0.922 0.084
13 0.077 0.074 0.006 1.000 0.005 0.922 0.071
14 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
16 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
17 0.059 0.056 0.003 1.000 0.003 0.922 0.054
19 0.053 0.051 0.003 1.000 0.003 0.922 0.049
20 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
22 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
23 0.043 0.042 0.002 1.000 0.002 0.922 0.040
25 0.040 0.038 0.002 1.000 0.001 0.922 0.037
29 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
31 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
35 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
37 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
41 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
43 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
47 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
49 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
1.041 9.000 1.000 8.300 1.573
0.078
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
HV (Primary) LV (Secondary)Eddy Loss multiplier 8.300 Eddy Loss multiplier 8.300 Stray loss multiplier 1.573 Stray loss multiplier 1.573
0.077754887
TDD 27.9%
LV Losses HV Losses Total LossI2R Eddy Stray I2R Eddy Stray
Power TX designed 22605 3.5 30898 3.3 4780 60094
791.1 1019.6Rectifier 22605 6567 0 30898 8463 7519 76052
New Power 60094 / 76052 = 0.8889
Power TX designed 11250kVA Power Required 10000Max Power appl 10000kVA Power new design 11250
DISEÑO BASE OK
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Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
HV (Primary) LV (Secondary)Eddy Loss multiplier 8.300 Eddy Loss multiplier 8.300 Stray loss multiplier 1.573 Stray loss multiplier 1.573
0.077754887
TDD 27.9%
LV Losses HV Losses Total LossI2R Eddy Stray I2R Eddy Stray
Power TX designed 22605 10 30898 10 4780 63633
2260.5 3089.8Rectifier 22605 18763 0 30898 25646 7519 105431
New Power 63633 / 105431 = 0.7769
Power TX designed 11250kVA Power Required 10000Max Power appl 8740kVA Power new design 12872
DISEÑAR TRAFO CON POTENCIA NEW DESIGN
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Cargas no lineales Efecto de los armónicos/ Modelamiento térmico
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Transformadores en Presencia de Armónicos Resumen
Modernas unidades de convertidores AC necesitan de transformadores con diseños especiales - transformadores normales no son factiblesEl hecho anterior ha sido la razón para desarrollar normas independientes que han sido publicados por IEC e IEEE
Sin el apropiado diseño y fabricación del transformador, el rendimiento, la fiabilidad y la duración del sistema no se puede garantizar.
El diseño especial debe tener en cuenta sobre todoAumento del esfuerzo dieléctrico
Problemas térmicos (en relación con los armónicos)
Aumento de los esfuerzos mecánicos
En muchos casos complejas conexiones internas para los desfases y diseños multi-bobina
Las consideraciones especiales se deben tener en cuenta especialmente para accionamientos de media tensión y en general de las unidades por encima de 1 MW
El fabricante del transformador de unidad deberá poseer algunos conocimientos generales y específicos acerca de las unidades rectificadoras.
ABB tiene una posición única, ya que puede ofrecer la gama completa de un sistema de transmisión con sus productos.
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Colocar atención
El cálculo de armónicos se basa en una red puramente inductiva y se refiere a una sola unidad.
Cables y las unidades de compensación de factor de potencia pueden generar frecuencias de resonancia que pueden aumentar la distorsión armónica de manera dramática si la unidad rectificadora genera componentes armónicas de la misma frecuencia.
Los sistemas de filtración de armónicos pueden resultar en un exceso de compensación y empeorar los resultados.
Evite las redes débiles, una red tiene una potencia razonable: SCmin > 25 * Peje
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ACS 1000 – Input Transformer
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ACS 1000 – Input Transformer
• 12-pulse or 24-pulse topology• Oil or dry type transformer
Conformity to IEC 61000-2-4 and IEEE 519/1992 Total power factor: 0.95 constant over speed rangeTransformer can be placed inside the building or outdoor
Medium VoltageSupply Bus
Rectifier
I>> ProtMain Feeder
Breaker& Protection
12-pulseConverter Input
Transformer
Medium VoltageSupply Bus
Rectifier
I>> ProtMain Feeder
Breaker& Protection
24-pulseConverter Input
Transformer
Medium VoltageSupply Bus
Rectifier
I>> ProtMain Feeder
Breaker& Protection
24-pulseConverter Input
Transformer
12-pulse 24-pulse 24-pulse ACS 1000i
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ACS 1000 Three- level Voltage Source Inverter (VSI)
Main Circuit Breaker, 12 pulse Transformer and Diode Rectifier stage
Fuseless Design, using Protection IGCTs
DC Link, DC Capacitors and Common Mode Choke (Option)
Three-level Voltage Source Inverter (VSI) equipped with IGCTs Output sine wave filterACS 1000i: Air cooled drive with integrated transformer
Main Circuit Breaker
Input Transformer
Power Cables
MV ACInduction
Motor
MVSupply
Converter InputTransformer
I>> Prot
Main FeederBreaker
& Protection
ACS 1000 MV Variable Frequency Drive
Rectifier &Prot IGCTs
CommonMode Choke
Inverter OutputSine Filter
DC-Link
Power Cables
Common Mode Choke
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One 5-winding transformer
Screen
A
B
P
D
C
ISN/2Uv0/2
ISN/2Uv0/2
ISN/2Uv0/2
ISN/2Uv0/2
Id/2
Id
Id/2
Udi0
IPN
U L
Two separate 3-winding transformer
D C
Id/2
Id
Id/2
Udi0
IPN
U L
ScreenAB
P1
ISN/2Uv0/2
ISN/2Uv0/2
ISN/2Uv0/2
ISN/2Uv0/2
P2Screen
ACS 1000 – 24-pulse input transformer
Technically a compromise (non-characteristic harmonics)
More compact and lower costs
Technically ideal and “save” solution
Large in size and expensive
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ACS 1000 Transformer
3-winding transformer (12-pulse)
5-winding transformer (24-pulse)
2x3-winding transformers (2x12-pulse)
typical 3-winding construction
in the picture
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Large 12 pulse rectifier transformer active part
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ACS 6000 ”double ARU” with Pfisterer bushings
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Double ARU transformer
Two active parts
in common tank
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ACS 5000 Converter topology
Transformer
2 x 4-winding or 1 x 7-winding
Optional integrated dry type solution
36-pulse diode rectifier
3 x 12-pulse bridges
Input voltage: 1920 V / ±10%
DC link (in triplicate)
Three 5-level inverter unit
H-bridge configuration
Output voltage up to 6.9 kV
EMC-filter (dv/dt limitation at output) as standard
Motor type
Asynchronous
Synchronous
Permanent magnet
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One 7-winding transformer
-25
-5
-15
5
25
15
MCB
Inverter
Inverter
Inverter
One transformer : SR
Two separate 4-winding transformer
-20
20
0
-20
20
0
MCB
Transformer 1: SR/2
Inverter
Inverter
Inverter
Transformer 2: SR/2
ACS5000 - 36-pulse transformers
Technically a compromise, only for small powers (non-characteristic harmonics)More compact nut not always lowest costsPrimary currents must be measured separately
Technically ideal and “save” solution
Larger in size; compromise is to have two active parts in one oil tank
Oil transformers, two separate transformers are lowest costs
2 sets of CTs on primary side is required for overcurrent detection (each primary side measured separately)
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36-pulse diode rectifier
Constantly high power factor > 0.95 at any speed and load
Low network harmonics due to high pulse number
2x18p transformer or 1x36p transformerMain Power Supply Main Power Supply
ACS 5000 Network friendliness
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Line to line voltage THD = 1.19%Scc = 500MVA, Xsc = 10%
Phase current TDD = 2.95%
ACS 5000 Network friendliness
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Transformer for ACS 5000 supply duty under IEC routine test
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ABB Special Transformers (PG SPT) Allocation Map
South Boston
Pereira
Lead Center
Vaasa
ZhongshanShanghai
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ABB Special Transformers (PG SPT) Factories for VSD transformers
Vaasa, Lead Center• Marketing & Sales• Market Intelligence• Engineering• R&D• Production• All VSD
Zhongshan• Marketing & Sales• Engineering• Production• all VSD (excl. ACS5000)
Pereira• Marketing & Sales• Engineering• Production• up 10MVA (excl. ACS5000)
Shanghai• Production• LV VSD, ACS 1000
South BostonMarketing & SalesEngineeringProductionLV VSD, ACS 1000
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SPT Focused Factory for LAM region
Strategic geographical location
Full current ABB Technologies implemented
More than 40 years of experience in transformers
Manufacturing culture based on operational excellence.
World class test failure rate.
ABB Pereira, Colombia Special Transformer Manufacturer in SAM Region
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ABB Special Transformers (PG SPT) Product Portfolio
Tailor made transformers and reactors (up to 63 MVA, 170 kV)
railway transformersfurnace and rectifier transformersmarine & offshore transformersvariable speed drives transformersreactorsother special transformerstransformer service
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Railway track side transformers
Railway transformers Autotransformers
Booster Transformers
Rectifier Transformers
Feeder Transformer
CustomersEPC’s, Railway companies
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Furnace and Rectifier transformers
Furnace and Rectifiers transformers Transformers for Arc Furnaces
Transformers for Medium and High Current Rectifiers
New installations or replacements
CustomersChemical and Metal Industry
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Marine transformers
Oil type transformers for MarinePropulsion Transformers
Hotel Transformers
Magnetising Transformers
Environmental friendly applications, Midel
CustomersMarine Industry
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Offshore transformers
Offshore transformersSubsea Transformers
Converter Transformers
OLTC Feeder Transformers
Converter Step Up Transformers
CustomersOil & Gas producers on offshore platforms, gas fields, FPSO vessels and movable units
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VSD transformers
VSD transformersSupply Transformers for frequency converters
Step-up Transformers
CustomersMetals, Minerals and Mining Industry
Pulp and Paper, Water & Waste Water
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Reactors
ReactorsCurrent limiting reactors
Neutral earthing reactors
Shunt reactors
Starting reactors
Earthing transformers
CustomersUtilities
Metal industry