En particular, las pérdidas
de los transformadores de distribución constituyen una parte considerable de las pérdidas totales de los sistemas de transmisión y distribución. A partir de un estudio de los sistemas de transmisión y distribución del Noroeste del Pacífico se comprobó que los transformadores de distribución acumulaban más del 30 % de las pérdidas, mientras que los transformadores de las subestaciones contribuían sólo con el 2 %. Dada su extendida aplicación y su larga vida útil, los transformadores de distribución tienen
un gran potencial de ahorro de energía. Desde el punto de vista del ahorro energético, incluso un mínimo
incremento del 0,1 % en la eficiencia de un transformador origina grandes
ahorros de energía, ya que casi todos los transformadores están energizados las
24 horas del día.
Con las tecnologías
disponibles actualmente es posible reducir rentablemente las pérdidas en los
transformadores en un 15 % como mínimo.
La nueva normativa europea
busca reducir las pérdidas de energía en los transformadores, que actualmente
representan el 2,5% total del consumo energético de la Unión Europea,
donde un nuevo Reglamento sobre
EcoDiseño de Transformadores, (Reglamento (UE) Nº 548/2014 de la Comisión de 21
de mayo de 2014 por el que se desarrolla la Directiva 2009/125/CE de ecodiseño
para transformadores de potencia), plantea por primera vez objetivos de
eficiencia energética en transformadores de media tensión y pretende armonizar
los niveles máximos de pérdidas en los 28 países de la Unión Europea y hacer
más visibles las indicaciones de rendimiento. Para ello plantea dos tramos, el
primero este 2015 y el segundo, con un nivel mayor de exigencia, con previsión
de implantarse el 2021.
Debido a la aplicación de
este Reglamento (UE) Nº 548/2014, las pérdidas de la tabla 1 de la ITC-RAT 07
(Reglamento de Alta Tensión español) quedan sin efecto.
Mientras que la ITC-RAT 07
sólo dictaba valores de pérdidas máximas para transformadores trifásicos en
baño de aceite hasta 2500 kVA, el Reglamento de EcoDiseño prescribe en su anexo
1 requisitos medioambientales tanto para transformadores de aislamiento en
aceite como para los de aislamiento seco, bien fijando pérdidas máximas para
cada potencia de transformador hasta 3150 kVA de potencia asignada, o bien
definiendo valores mínimos del índice de eficiencia máxima (PEI) calculado para
transformadores de potencias superiores.
El cálculo del índice de
eficacia de los transformadores de potencia (PEI) viene dado por la siguiente
expresión:
Donde:
W0 : Pérdidas en
vacío a la tensión y frecuencia asignadas, en la toma asignada.
P0 : Potencia eléctrica
requerida por el sistema de refrigeración para el funcionamiento en vacío.
Wcu : Pérdidas debidas a la
carga medidas a la corriente y frecuencia asignadas sobre la toma asignada, a
la temperatura de referencia según IEC 60076-2.
Sb : Potencia asignada del
transformador, en base a Wcu.
El Reglamento (UE) Nº
548/2014, puede descargarse en el siguiente link:
http://www.mediafire.com/file/n2lfa8d3o4h020d/Reglamento_sobre_ecodise%C3%B1o_de_Transformadores.pdf
Esta nueva regulación forma
parte del programa de la Unión Europea "20-20-20", que pretende
reducir en 2020 un 20% la emisión de gases invernadero, el consumo de energía y
llegar a un 20% de producción de energías renovables. Las pérdidas de energía
en los transformadores representan el 2,5% del total de consumo energético de
la Unión Europea. El 2020, el Reglamento de EcoDiseño calcula ahorrar
aproximadamente 16 Teravatios/hora al año.
Resumiendo, el impacto de la
regulación en los transformadores en la
Unión Europea es la siguiente:
● Transformadores de distribución de aceite y secos
hasta 3150 kVA: Se fijan niveles máximos depérdidas,reduciendo los actuales
del Reglamento de Alta Tensión (ITC-RAT 07).
● Transformadores de media y gran potencia >
3150 kVA: Se fijan niveles mínimos de Índice de Eficiencia.
● Los transformadores para algunas aplicaciones
especiales no se ven afectados por la nueva regulación.
● Incremento significativo del coste y el tamaño
del equipamiento.
● Reducción del coste operacional
En otros países como China,
tienen serie estándar de las pérdidas S9….S15. Lo similar para la UE y China es
que las pérdidas entre cada clase cambian en un 15%.
En EE.UU., el nuevo estándar
de eficiencia mínima del DOE se basa en la carga del 50%, lo que limita las
pérdidas totales en lugar de los componentes individuales de las pérdidas.
Es, por tanto, importante
ser conscientes de que hay muchas combinaciones en el mundo de Wo y Wcu que
cumplen un mínimo de eficiencia dada, de esta forma, con la eficiencia y la
capitalización de pérdidas pueden existir muchas combinaciones posibles, lo que
significa más libertad para optimizar, en contraposición a unas pérdidas fijas.
Requisitos para reducir las pérdidas en
Transformadores
Para reducir las pérdidas,
generalmente se evalúan dos tipos, las
pérdidas en el núcleo y las pérdidas en los
arrollamientos. Las pérdidas en el núcleo se suelen denominan pérdidas
no relacionadas con la carga, ya que se producen en el núcleo de un
transformador energizado, independientemente de sus condiciones de carga.
Cuando un transformador está energizado las 24 horas del día durante todo el
año, las pérdidas equivalen a un importante consumo de energía durante toda la
vida útil del transformador (20–30 años).
Por otro lado, las pérdidas en arrollamientos se producen en los
devanados del transformador y varían con las condiciones de la carga. De aquí
que se denominen pérdidas de carga.
Las pérdidas del
transformador no debidas a la carga se pueden reducir usando materiales de
acero para el núcleo magnético u optimizando la forma geométrica. Al aumentar
la sección transversal del núcleo o reducir los voltios por vuelta disminuye la
densidad de flujo en el núcleo y por tanto las pérdidas en el mismo. Si se
reduce la sección transversal de los conductores también se reducen las pérdidas
no debidas a la carga, ya que disminuye la longitud del camino del flujo
magnético. El problema que implican estos pasos es que normalmente conllevan
mayores pérdidas de carga. Éstas se pueden reducir de varias formas, por
ejemplo utilizando materiales con mayor conductividad como conductores de mayor
sección transversal o adoptando conductores de cobre en vez de aluminio. Una
forma de reducir las pérdidas en los devanados es reducir la longitud de los
conductores de los mismos. Menores secciones transversales del núcleo magnético
y un pequeño número de vueltas reducen también las pérdidas en los devanados.
Los transformadores superconductores, en particular, tienen pérdidas mínimas en
los devanados.
Estas explicaciones muestran
que los pasos para reducir las pérdidas no debidas a la carga a menudo originan
mayores pérdidas debidas a la carga y viceversa. Por consiguiente, reducir las
pérdidas del transformador es un proceso de optimización que implica factores
físicos, tecnológicos y económicos regulados por cierta forma de análisis
económico del ciclo de vida. Casi siempre es necesario considerar una solución
alternativa o de equilibrio sobre el material del núcleo/devanado y el diseño,
y sobre el modo en que el comprador evalúa el Coste Total para la Propiedad
(TCO) del transformador.
Esta evaluación tiene en
cuenta el coste inicial del transformador, además del coste del ciclo de vida,
inclusive las pérdidas.
Las compañías eléctricas
suelen evaluar el TCO durante el proceso de compra.
Los consumidores industriales
y comerciales, que pagan directamente sus pérdidas de energía, paradójicamente
tienen menos interés por las evaluaciones TCO, debido en parte a sus prácticas
de compra y a los ciclos de vida relativamente cortos de los transformadores.
Como se ha podido observar,
la eficiencia energética de los transformadores está mejorando en muchos
mercados debido a las políticas y programas gubernamentales y a las fuerzas del
mercado.
Se espera que los nuevos requisitos de
eficiencia afecten aproximadamente al 50–60 % de los transformadores de
distribución producidos hoy día. Estos transformadores usan normalmente
calidades de acero de buen precio y fácilmente disponibles, las conocidas en la
industria como M4, M5 y M6. La mejora propuesta de eficiencia energética
requiere el uso de calidades de aceros M2 y M3, más eficientes, en el núcleo de
silicio de grano orientado.
FUENTES:
Reglamento (UE) Nº 548/2014
Guía de la Instrucción
Técnica Reglamentaria ITC-RAT 07.
Redes eficientes
energéticamente: Revista ABB 2/2007
EcoDiseño en Transformadores
Schneider ElectricPOST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
http://www.mediafire.com/file/h0o77uqyrtypnwc/Ecodise%C3%B1o_en_Transformadores.pdf
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