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Revista ABB 3/2002 41 a búsqueda de mayor rentabilidad de los activos fijos es parte integran- te del trabajo comercial diario de las com- pañías eléctricas y de los demás sectores industriales. La liberalización del mercado de la energía y la presión, cada día mayor, en pro de la reducción de costes, obligan a los directivos a buscar sin pausa nuevas formas de reducir los costes de la vida útil de sus activos instalados y de mejorar la rentabilidad de sus inversiones. La situación es especialmente aguda en el caso de los transformadores de poten- cia. Gran parte de la población mundial de estos dispositivos se está acercando al final de su vida útil; es urgente tomar las medidas necesarias para aumentar la dis- ponibilidad del parque de transformadores y con ello aumentar el rendimiento de los mismos, y esto con el menor coste posible y con el mínimo impacto medioambiental. Soluciones dedicadas para gestionar una población de transformadores antiguos Pierre Lorin, Asim Fazlagic, Lars F. Pettersson, Nicolaie Fantana Los transformadores de potencia son activos de gran valor y las compañías –tanto eléctricas como industriales– tienen abundantes razones para mantenerlos en funcionamiento fiable durante el máximo tiempo posible. No obstante, muchos parques de transformadores se están acercando al final de su vida útil. TRES es un sistema de modernización de transformadores y de soporte técnico, desarrollado por ABB, que alarga la vida útil de las unidades y optimiza el rendimiento de las mismas por aumento de su disponibilidad. A partir de las estimaciones sobre la fiabilidad de la vida útil de los activos, los clientes pueden dar prioridad a los trabajos de servicio buscando maximizar el beneficio económico. L

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Page 1: Soluciones dedicadas para gestionar una población de ... · Soluciones dedicadas para gestionar una población de transformadores antiguos Pierre Lorin, Asim Fazlagic, Lars F. Pettersson,

Revista ABB 3/2002 41

a búsqueda de mayor rentabilidad

de los activos fijos es parte integran-

te del trabajo comercial diario de las com-

pañías eléctricas y de los demás sectores

industriales. La liberalización del mercado

de la energía y la presión, cada día mayor,

en pro de la reducción de costes, obligan a

los directivos a buscar sin pausa nuevas

formas de reducir los costes de la vida útil

de sus activos instalados y de mejorar la

rentabilidad de sus inversiones.

La situación es especialmente aguda en

el caso de los transformadores de poten-

cia. Gran parte de la población mundial

de estos dispositivos se está acercando al

final de su vida útil; es urgente tomar las

medidas necesarias para aumentar la dis-

ponibilidad del parque de transformadores

y con ello aumentar el rendimiento de los

mismos, y esto con el menor coste posible

y con el mínimo impacto medioambiental.

Soluciones dedicadas paragestionar una población detransformadores antiguosPierre Lorin, Asim Fazlagic,

Lars F. Pettersson, Nicolaie Fantana

Los transformadores de potencia son activos de gran valor y las compañías –tanto eléctricas

como industriales– tienen abundantes razones para mantenerlos en funcionamiento fiable

durante el máximo tiempo posible. No obstante, muchos parques de transformadores se están

acercando al final de su vida útil. TRES es un sistema de modernización de transformadores y

de soporte técnico, desarrollado por ABB, que alarga la vida útil de las unidades y optimiza el

rendimiento de las mismas por aumento de su disponibilidad. A partir de las estimaciones

sobre la fiabilidad de la vida útil de los activos, los clientes pueden dar prioridad a los trabajos

de servicio buscando maximizar el beneficio económico.

L

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42 Revista ABB 3/2002

ABB ha desarrollado su sistema TRES

(Transformer Retrofit & Engineering Sup-

port), una cartera de modernización de

transformadores y de soporte técnico

para ofrecer a sus clientes una gama com-

pleta de soluciones de servicio que satisfa-

ga esta necesidad, garantizando el funcio-

namiento optimizado de los transformado-

res de potencia durante toda su vida útil.

El sistema TRES se apoya en la experiencia

ganada por ABB con su parque mundial

de transformadores, así como en su expe-

riencia en todo el mundo, que nos permite

reparar los transformadores y ponerlos en

funcionamiento rápidamente.

El coste de las averías

Con frecuencia, los transformadores de

potencia están localizados en zonas estra-

tégicamente importantes de los sistemas de

suministro y, por tanto, las consecuencias

económicas de sus averías pueden superar

con facilidad su valor de activo real.

1

Muchos países tienen una estricta legis-

lación para el control y regulación del

suministro de energía, con sanciones por

falta de suministro que pueden suponer

hasta cien veces el precio de la propia

energía. Para la industria, el coste de los

cortes de corriente provocados por averías

de los transformadores puede ser también

considerable; una cadena de montaje que

se detiene inesperadamente puede llevar a

una empresa a la ruina. Por tanto las com-

pañías eléctricas tienen todas las razones

para velar cuidadosamente por la fiabilidad

y disponibilidad de estos activos clave.

Dado que estas cuestiones abarcan los

costes de funcionamiento, mantenimiento

y capital, los responsables de los activos

han de disponer, obviamente, de herra-

mientas especiales para tomar sus decisio-

nes, tanto estratégicas como las del día a

día. El desafío real reside en poner en

práctica la acción correcta en el momento

oportuno. En la actualidad hay una ten-

dencia clara: Los responsables de activos

están pasando del mantenimiento basado

en el tiempo (TBM) al mantenimiento

basado en las condiciones (CBM) o incluso

al mantenimiento centrado en la fiabilidad

(RCM). Las decisiones deben dejar de pro-

ducirse en un marco temporal medio, defi-

nido por las observaciones y la experiencia

disponible, y tener en cuenta las condicio-

nes reales de los equipos y el nivel de fia-

bilidad que han de tener para cumplir con

su cometido.

Este enfoque gana en importancia

cuando se considera el hecho de que los

propietarios de transformadores tienen en

funcionamiento sus activos de más edad

en un marco más restrictivo que antes.

Puesto que, en la mayoría de los países, la

edad media de los transformadores de

potencia y de los transformadores indus-

triales es de unos 25–30 años y 15–20 años

respectivamente, es evidentemente necesa-

rio tomar medidas que garanticen la fiabili-

Technologies for the Utility Industry

Un buen comienzo

Nec

esid

ades

del u

suar

io fi

nal

So

luci

one

sA

BB

Seguro y medioambientalmentecorrecto

Nivel de activos y rendimientos

Suministro puntual

Entrega impecable

Acreditado

Seguro y medioambientalmentecorrecto

Funcionamiento sin perturbaciones

Máxima disponibilidad de activos

Bajo coste de operación (LOC)

Inversión planificada y optimizada

Programa reducido de paradas

Más utilidad de los activosde gran edad

Mayor esperanza de vida

Optimización de los costes de capital

Diagnóstico

Control/Supervisión

Evaluación de estado/riesgos/vida útil

Asistencia técnica

Financiación

Transporte/Transferencia

Construcción

Puesta en marcha

Formación

Recambios

Mejora del estado

Reacondicionamiento

Reparación y modernización

Gestión final de la vida útil

Prolongación de la vida útilUna buena vida útil

Vista general de la oferta de modernización de transformadores y soporte de ingeniería (TRES)1

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Revista ABB 3/2002 43

dad y la funcionalidad de los mismos. Así

lo confirman las previsiones de una com-

pañía de seguros de EE UU, que indican

concretamente que la tasa media de ave-

rías y sustitución de los transformadores de

compañías eléctricas, actualmente de alre-

dedor del 1% al año, se multiplicará por

cinco durante los próximos quince años

[1]. En el caso de los transformadores

industriales, las cifras suelen ser más altas

debido a sus condiciones de carga y a lo

exclusivo de su aplicación.

ABB ha creado la cartera TRES para

ayudar al usuario final a mejorar sus estra-

tegias de gestión de activos: para ello le

entrega una evaluación bien acreditada de

estado, un análisis predictivo y conceptos

avanzados para el mantenimiento y la

modernización de los activos. Aparte de la

prolongación de la vida útil de los transfor-

madores, las soluciones incluyen la reubi-

cación o la retirada de servicio de las uni-

dades antes de que se produzcan averías,

evitando así los cortes de corriente y las

consiguientes pérdidas de producción.

Las decisiones bien

fundamentadas dan los mejores

resultados

La oferta de ABB asiste al usuario final en

la toma de decisiones sobre el manteni-

miento y las inversiones por medio de un

soporte de confianza, tanto técnico como

económico.

ABB sigue cuidadosamente la evolución

del mercado. Hace unos cinco años

comenzó a desarrollar una metodología

para evaluar in situ el estado de transfor-

madores, tanto de parques completos

como de unidades individuales, emplean-

do en la medida de los posible métodos

no invasivos [2]. La metodología integra el

conocimiento que ABB ha acumulado

durante los últimos cincuenta años e inclu-

ye más de diez marcas comerciales distin-

tas.

La cartera TRES está estructurada modu-

larmente, permitiendo así adaptar el nivel

de la investigación a las necesidades con-

cretas de los clientes y a sus posibilidades

económicas. Las evaluaciones pueden

realizarse de forma progresiva, comenzan-

do por un diagnóstico sistemático de la

población (paso 1), pasando después a

una evaluación estándar (paso 2) y, por

último, a la evaluación avanzada selectiva

(paso 3) [3].

Paso 1: Diagnóstico general de la

población

Se trata de la evaluación de grandes par-

ques de transformadores (100 unidades o

más) utilizando los datos ya disponibles,

tales como los tipos de aplicación, el

tiempo de funcionamiento, el contenido de

gas en el aceite, el factor de potencia, el

historial de mantenimiento y los eventos

principales, además de la experiencia obte-

nida con unidades análogas.

En esta fase se trata de clasificar de

modo general la población de acuerdo con

criterios técnicos y económicos, e identifi-

car los grupos de unidades que requieran

una investigación más a fondo (paso 2)

o cierto nivel de mantenimiento básico.

Los resultados se expresan gráficamente

en .

Esta evaluación proporciona también

información clave para preparar un presu-

puesto aproximado del mantenimiento

futuro o para la sustitución de unidades;

2

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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Pr io r idadal ta

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Importanc ia

Pr io r idadmedia

Pr io r idadba ja

S inp rob lemas

X

E

B

C

A

D

Ejemplo de una población de transformadores. En el eje vertical se representa el

estado (total) del activo, en el horizontal la importancia del mismo dentro del sistema

de potencia. Los círculos son las unidades de transformador.

2

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44 Revista ABB 3/2002

además permite determinar las unidades

que deberán tener prioridad.

Esta evaluación permite asignar y opti-

mizar mejor las inversiones previstas para

el mantenimiento.

Paso 2: Evaluación estándar

El paso 1 permite seleccionar un número

menor de unidades para la evaluación

estándar. El paso 2 aprovecha la informa-

ción básica obtenida en el paso 1 y añade

la información adicional disponible (las

revisiones de diseño, los informes de ins-

pección en situ, los datos de diagnóstico,

la introducción de sistemas de monitoriza-

ción, etc.). Este segundo paso, mucho más

estructurado , permite valorar por sepa-

rado las propiedades más importantes

(generales, mecánicas, térmicas, eléctricas

y de los accesorios).

El paso 2 proporciona importante infor-

mación sobre las condiciones y la idonei-

dad de las unidades en cuanto a cada una

de estas propiedades y permite definir los

trabajos de mantenimiento, reparación o

3

modernización necesarios para garantizar

máxima fiabilidad de las unidades en sus

respectivos modos de funcionamiento.

Los costes de la evaluación se reducen

si las medidas se limitan a determinados

componentes y se toman solo cuando son

realmente necesarias. Si, por ejemplo, el

estado real de un transformador de gran

edad es adecuado para las sobrecargas

pero no para los cortocircuitos, las medi-

das podrían consistir simplemente en

mejorar la rigidez y sujeción de los blo-

ques de devanado.

Paso 3: Evaluación avanzada

En el paso 3, el número de unidades es

menor en que el paso anterior. A partir de

las informaciones de los pasos 1 y 2, este

paso incorpora un cálculo avanzado adi-

cional, más una simulación o un análisis

de las averías principales. Además se soli-

cita a los especialistas de ABB un estudio

detallado de las condiciones de funciona-

miento y del historial de los equipos, y un

análisis del diseño original por medio del

software más avanzado. También se apli-

can los sistemas de diagnóstico más avan-

zados para evaluar una serie de propieda-

des [2], entre las que se encuentran las

siguientes:

n Interpretación de los análisis de aceite,

de gases disueltos y de furanos

n Análisis de respuestas de la frecuencia

n Respuesta dieléctrica

n Descarga parcial

El paso 3 proporciona una sólida com-

prensión del estado de cada unidad y ofre-

ce información fiable, útil para la toma de

decisiones sobre, por ejemplo, si se debe

modernizar una unidad o utilizarla en una

aplicación distinta. El paso 3 es también

muy útil para realizar estudios técnicos (de

capacidad de sobrecarga, entre otros) o

informes periciales sobre la avería de una

unidad.

Las evaluaciones avanzadas como esta

proporcionan una información precisa y

fiable, incluso en casos complejos, hacien-

do posible una toma de decisiones rápida

Technologies for the Utility Industry

DisponibilidadOperación y mantenimiento

Decisiones de gestión de la vida útil

Aspectosno

técnicos

Aspectostécnicos

Aspectostérmicos

Aspectosmecánicos

Aislamientoeléctrico

Depósito princ.Economía

Estrategia

Medio ambienteSistemas auxil.

Coste durantela vida útil

Criterios y proceso de evaluación del estado de los transformadores3

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Revista ABB 3/2002 45

y eficaz. Permite a los propietarios, por

ejemplo, decidir in situ la modernización,

reparación o sustitución de una unidad. El

tiempo empleado y el coste se conservan

como referencia para otros casos.

Del diagnóstico a la

evaluación de los riesgos y

de la vida útil

Actualmente, las compañías de seguros uti-

lizan la evaluación de las condiciones de

los equipos en la redacción de nuevos

contratos o cuando proponen formas de

reducir el riesgo de funcionamiento. El

concepto de evaluación de las condiciones

de ABB puede tener un carácter instru-

mental, sirviendo para desarrollar nuevas

relaciones que benefician tanto a las ase-

guradoras como a los asegurados.

La evaluación en tres pasos, ya descrita,

ha demostrado ser rentable para diagnosti-

car el estado de los transformadores a par-

tir de diferentes niveles de información.

Una vez determinado el estado de las uni-

dades, las características de las mismas

puede ser analizadas según las condiciones

de funcionamiento, actuales o previstas,

para establecer el nivel de funcionalidad y

de riesgo de cada unidad en el sistema

eléctrico en cuestión.

Una vez establecido el estado de una

unidad ya se pueden hacer recomendacio-

nes sobre el mantenimiento o la mejora de

las condiciones de la misma para que

alcance la estabilidad y resistencia previs-

tas. Se preparará una lista de prioridades

con indicación precisa de las medidas para

cada transformador en concreto. Entre

ellas puede estar el mantenimiento secun-

dario (procesamiento del aceite, etc.), las

revisiones generales, las reparaciones, la

modernización o la reubicación, e incluso

la sustitución y eliminación de la unidad.

Prestaciones de ABB a partir de

la estimación de la vida útil

ABB ofrece una gama de servicios conce-

bidos para garantizar el grado de eficiencia

de los transformadores instalados de sus

clientes a partir de las condiciones reales

de los mismos. Siempre que es posible, los

especialistas y equipos locales de ABB tra-

bajan in situ. A continuación describimos

brevemente estos servicios.

Mantenimiento básico

El mantenimiento regular es un factor

importante para el buen funcionamiento y

para la seguridad de los transformadores.

Normalmente, el trabajo lo realizan los

equipos locales de mantenimiento, ya que

solo requiere un conocimiento básico de

las unidades. Los transformadores se con-

trolan solo desde el exterior. En general, el

trabajo consiste en una inspección visual,

en especial del estado del gel de sílice, de

las fugas de aceite y de la limpieza de los

contactos eléctricos, así como de las bom-

bas, sistemas de refrigeración motores y

accesorios.

Programa de mantenimiento

avanzado

La fiabilidad, el envejecimiento y la vida

útil dependen del estado del núcleo y de

los devanados del transformador, pero

muy especialmente del estado del aisla-

miento. Entre los servicios especiales que

ABB presta, en el emplazamiento o en

taller, se cuentan la renovación de las par-

tes activas de los devanados, la limpieza

de las partes activas, la recuperación del

aceite [4] y el secado de alto rendimiento

por calor de baja frecuencia. La optimiza-

ción del proceso permite adelantar el

plazo de entrega. El control de calidad está

basado en el diagnóstico de las unidades.

Supervisión

Para aquellos transformadores con valor

estratégico o de alto riesgo es posible ins-

talar un sistema de supervisión on-line

para aumentar su disponibilidad, planificar

el mantenimiento y optimizar el rendimien-

to de los mismos [5]. El sistema supervisa

los parámetros fundamentales del conjunto

núcleo-devanado, así como de los elemen-

tos auxiliares más importantes, como son

los dispositivos de cambio de la relación

de transformación o los aisladores pasan-

tes. Además de almacenar los datos, el sis-

tema dispone de modelos para convertir

los datos brutos en valores útiles para que

el usuario final pueda tomar decisiones

operativas o de mantenimiento.

Se pueden realizar contratos de super-

visión a distancia para el seguimiento e

interpretación avanzada de los datos. Los

datos de monitorización almacenados pue-

den usarse como información de entrada

para el estudio de evaluación de las condi-

ciones.

Reparación y modernización

ABB está desarrollando de forma continua-

da soluciones nuevas e innovadoras, pen-

sadas para mejorar la funcionalidad de los

transformadores, aumentar la calidad y

reducir el tiempo de producción. La repa-

ración y modernización de los transforma-

dores se hace lo más cerca posible de la

ubicación de los mismos para ahorrar tiem-

po y reducir los costes de transporte.

ABB puede realizar los trabajos en taller o

en el emplazamiento, caso para el que se

ha desarrollado un proceso especial de

aseguramiento de la calidad [6]. Los perfec-

cionamientos tienen como objetivo aumen-

tar la eficacia del secado por medio de

calefacción de baja frecuencia y preparar

los ensayos de alta tensión que tienen

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46 Revista ABB 3/2002

lugar una vez modificado el transformador.

Además, el nuevo material aislante, de alto

rendimiento, y el avanzado diseño aumen-

tan el valor de las unidades existentes.

Estudio de los costes de vida útil

para optimizar las inversiones

Para permitir al usuario final la adopción

de las mejores decisiones para sus inver-

siones estratégicas, ABB ha desarrollado

un modelo muy potente que permite

hacer los cálculos de valor actual neto y de

retorno del capital invertido en trabajos

específicos de mantenimiento o de sustitu-

ción, sea de unidades individuales o de

grandes parques [7]. El modelo tiene en

cuenta el estado de los transformadores y

el riesgo de avería de los mismos, el fun-

cionamiento, el mantenimiento, las repara-

ciones y los costes de capital. El modelo

simula diversos marcos hipotéticos inte-

grando las ventajas del trabajo de manteni-

miento y el efecto positivo del mismo

sobre las condiciones.

Esta herramienta es una inestimable

ayuda para los responsables de la toma de

decisiones, que han de tener en cuenta los

aspectos técnicos y financieros y ponderar-

los adecuadamente.

Vista general del sistema,

estudio de casos típicos

Para presentar la gama completa de presta-

ciones que ofrece TRES será útil considerar

un proyecto real gestionado por ABB. Se

trata de una planta de fundición de alumi-

nio proyectada para aumentar la produc-

ción en un 10% durante cinco años (pri-

mer marco hipotético) o, de forma alterna-

tiva, durante diez años (segundo marco

hipotético), siempre manteniendo un

98,5% de disponibilidad. La propiedad

quería conocer las medidas necesarias para

garantizar que la instalación eléctrica exis-

tente, con ocho transformadores rectifica-

dores industriales de entre 18 y 40 años de

edad, fuera suficiente para las nuevas con-

diciones de funcionamiento.

En el transcurso del proyecto, ABB prestó

los siguientes servicios del sistema TRES:

1. Una evaluación de estado y un estudio

técnico de factibilidad del aumento de

potencia nominal de los transformadores.

Technologies for the Utility Industry

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Revista ABB 3/2002 47

2. Clasificación de la población (cuatro

grupos de dos transformadores) y evalua-

ción de riesgos.

3. Recomendaciones para las mejoras

necesarias y para la propuesta de cuatro

marcos hipotéticos, distintos, de moderni-

zación:

a) Reacondicionar y actualizar el parque

de transformadores de la planta y de la

localización.

b) Reacondicionar y actualizar el parque

existente y supervisar toda la instala-

ción.

c) Reacondicionar y actualizar el parque

existente e instalar una unidad de

repuesto.

d) Reacondicionar y actualizar el parque

existente, instalar una unidad de

repuesto y supervisar todas las unida-

des.

4. Comparación de costes y cálculo de la

recuperación del capital invertido para los

marcos hipotéticos 3a a 3d .

El cálculo de retorno del capital invertido

señalaba el marco hipotético 3b como el de

mejor rendimiento, con amortización de la

inversión en el plazo de un año.

A partir de la evaluación de estado y

del estudio técnico, se realizaron los traba-

jos de modernización en taller y en el

4

emplazamiento. Se repararon los depósitos

y colocaron nuevas juntas, se renovaron

las conexiones, se procedió al secado del

núcleo, del devanado y del aceite; se rea-

condicionaron los dispositivos de cambio

de la relación de transformación, y se pro-

cedió a instalar un sistema de monitoriza-

ción en línea y de supervisión a distancia.

Garantía de rendimiento durante

la vida útil

Con su cartera de servicio modular, TRES,

ABB ofrece a los propietarios de transfor-

madores (procedan o no de ABB) una

solución de servicios integrados que se

ocupa de sus intereses durante toda la vida

útil de las unidades.

TRES garantiza una gran fiabilidad y

disponibilidad para estos activos clave

optimizando el rendimiento de los mismos,

prolongando su vida útil, haciendo meno-

res los costes de explotación y manteni-

miento y reduciendo las cargas del capital

y las primas de seguro.

El sistema TRES ha nacido como parte

de una cartera de servicios más amplia que

ABB ofrece para todos los sistemas eléctri-

cos de subestaciones y para los procesos

industriales.

Autores

Pierre LorinABB Power TransformersPO Box 2095CH-1211 Ginebra [email protected]

Asim FazlagicABB Inc4350 Semple Avenue St. Louis, MO [email protected]

Bibliografía[1] W. Bartley: Analysis of transformer failures. Proceedings of 67th Annual Int Conf of Doble Clients, Paper 8N, March 2000.

[2] C. Bengtsson, et al: Modern field diagnostic techniques for power transformers. IEEMA Mumbai 1998.

[3] L. Pettersson, N. L. Fantana, U. Sundermann: Life assessment: Ranking of power transformers using condition-based evaluation, a new appro-

ach. CIGRE Paris Conference, Paper 12–204,1998 Session.

[4] O. Berg, et al: Experience from on-site transformer oil reclaiming. CIGRE Paris Conference, Paper 12–103, 2002 Session.

[5] P. Boss, et al: Economical aspects and practical experiences of power transformer on-line monitoring. CIGRE Paris Conference, Paper 12–202,

2000 Session.

[6] J. Mendes, R. A. Marcondes, J. Westberg: On site repair of HV power transformers. CIGRE Paris Conference, Paper 12–202, 2002 Session.

[7] P. Boss, et al: Life assessment of power transformers to prepare a rehabilitation based on a technical-economical analysis. CIGRE Paris Conferen-

ce, Paper 12–106, 2002 Session.

Comparación de costes utilizada en

un estudio de casos típicos realizado

para una planta de fundición de aluminio

con ocho transformadores rectificadores

de entre 18 y 40 años de edad. Marcos

hipotéticos a, b, c y d.

4

120

100

80

60

0

20

40

a b c d

Co

st[

%]