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Transformadores secos ZaragozaAluminium vs. Copper
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Índice
Base Histórica: ¿Por qué se usaba Cobre?
Próximo paso: ¿Por qué usar aluminio?
Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Arrollamientos con discos de hojas de aluminio: Resumen
Conclusiones
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Antecedentes Históricos: ¿Por qué se usaba el Cobre?
Durante la 2º guerra mundial, el cobre (Cu) escaseaba y los fabricantes comenzaron a emplear Aluminio (Al) como una alternativa para la transmisión y distribución eléctrica.
Para transformadores, hasta hace 15 años, no existían fabricantes de cinta de Al, bandas ni cables.
No existían fabricantes especialistas en máquinas de bobinado.
Las bobinas de baja tensión tan solo se fabricaban en Aluminio.
Los fabricantes empleaban Los fabricantes empleaban Cu en la ATCu en la AT
Porque no existía Porque no existía otra otra opciónopción……
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Índice
Base Histórica: ¿Por qué se usaba Cobre?
Próximo paso: ¿Por qué usar aluminio?
Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Arrollamientos con discos de hojas de aluminio: Resumen
Conclusiones
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Próximo paso: ¿por qué usar aluminio?
El Aluminio es el segundo metal más abundante de la tierra, por ello no existen problemas de fabricación ni suministro.
Segunda densidad más baja.
Alta resistencia a la corrosión gracias a su capa protectora de aluminio.
Alta conductividad térmica y eléctrica.(Conductividad relativa mayor que en el cobre).
Precio bajo y estable.
……hasta que la opción apareció… hasta que la opción apareció… Varias razones condujeron al Varias razones condujeron al
cambiocambio
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Comparativa Cu / Al
Razonamiento para la elección del Razonamiento para la elección del material de la bobinamaterial de la bobina
Coeficiente de expansiónCoeficiente de expansión
Conductividad eléctricaConductividad eléctrica
Capacidad caloríficaCapacidad calorífica
Comportamiento mecánico en Comportamiento mecánico en cortocircuitocortocircuito
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Base Histórica: ¿Por qué se usaba Cobre?
Próximo paso: ¿Por qué usar aluminio?
Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Arrollamientos con discos de hojas de aluminio: Resumen
Conclusiones
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Comparativa Cu / Al Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
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Razones para la Elección Verdadero FalsoLos transformadores cuyas terminales son de aluminioson incompatibles con conexiones y los cables de cobreLa terminación y las conexiones son mayoresen los transformadores bobinados en aluminioLas conexiones a linea eléctrica y carga de los transformadores bobinados en cobre son más fiables que los bobinados en aluminioLos transformadores bobinados en aluminio son más ligeros que los equivalentes bobinados en cobreLos transformadores bobinados en aluminio tienen mayores pérdidasporque el cobre es mejor conductorLos transformadores bobinados en aluminio tienen mayores picos de temperatura porque la conductividad térmica del cobre es mejor que la del aluminioLos transformadores bobinados en cobre tienen un diseño más compactoque los equivalentes bobinados en aluminio
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Base Histórica: ¿Por qué se usaba Cobre?
Próximo paso: ¿Por qué usar aluminio?
Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Arrollamientos con discos de hojas de aluminio: Resumen
Conclusiones
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Comparativa Cu / Al Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Coeficiente de expansión de Aluminio 23( ºCx10-6 a 20ºC) Coeficiente de expansión de Cobre 16.6 (ºCx10-6 a 20ºC) Coeficiente de expansión de Resina 34(ºCx10-6 a 20ºC)
El aluminio tiene una expansión de una tercera parte más que el cobre. Existe el pensamiento de que ello crea problemas con las conexiones de
tornillería. Usando un dispositivo de apriete apropiado las terminaciones de aluminio son iguales que las del cobre.
Hexagonal Bolt DIN 933
Spring Waser DIN 6796
Busbar
Plain Waser DIN 7349
Hexagonal nut DIN 934
Primera ConclusionPrimera Conclusion::
Soluciones Soluciones adecuadas para adecuadas para
las terminales de las terminales de Aluminio con Aluminio con
conexiones de conexiones de cables de Cucables de Cu
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Comparativa Cu / Al Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Punto crítico: La expansión térmica motivada por gradientes de temperatura, produce tensiones mecánicas en los sistemas compuestos por diferentes materiales, como ocurre en las bobinas de alta tensión.
Debido al proceso de fabricación, estas tensiones son críticas tras la etapa de encapsulado de los materiales en el momento de curado.
Cuanto más similares sean los coeficientes de expansión térmica menores son las tensiones mecánicas.
Segunda Conclusion:Segunda Conclusion: Los esfuerzos mecánicos en la resina son más bajos para las bobinas de
aluminio.
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Próximo paso: ¿Por qué usar aluminio?
Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Arrollamientos con discos de hojas de aluminio: Resumen
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Comparativa Cu / Al Conductividad eléctrica
Aluminio (Al): 36.6 106 -¹m-¹
Cobre (Cu): 59.6 106 -¹m-¹
El Aluminio tiene solo un 61% de conductividad en cobre, Entonces…¿mayores pérdidas?
Para dos transformadores idénticos (misma resistencia de arrollamientos y misma longitud) (A / Vueltas), la sección de conducto será la inversa a la de la conductividad eléctrica.
+
-ConclusionesConclusiones:: El incrementos de la sección del conductor implica que el resultado en pérdidas de energía sea el mismo. Comparación en costes: Menores pérdidas en carga resultan más económicas con bobinas de aluminio.
Esta sección sería…
RCu = LCu/SCu x Cu ;RAl = LAl /SAl x Al
SAl /SCu = Cu / Al = 59.6/36.6 = 1,63
SAl = 1,63 SCu
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Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
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Comparativa Cu / Al Capacidad calórica
Calor específico - Aluminio (cAl): 0.220 cal/gºCCalor específico - Cobre (cCu): 0.092 cal/gºC
Un diseño en aluminio es 0.488 veces el del cobre:
Capacidad calorífica Al = MAl x cAl ; Capacidad calorífica Cu = MCu x cCu
Capacidad calorífica Al / Capacidad calorífica Cu = (MAl / Mcu) x (cAl / cCu) =
= 0,488 x (0,220/0,092) = 1,167
16,7% más alto en Al.
ConclusionesConclusiones:: Las bobinas de aluminio resisten mejor picos y sobrecargas de corriente.
Mejor comportamiento térmico bajo condiciones de cortocircuitos en el caso del aluminio.
Los materiales aislantes tienen mayor ciclo de vida.
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Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
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Comparativa Cu / Al Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Punto crítico: Localizado en la baja tensión.
Bobinas de alta tensión: No sufren esfuerzos mecánicos en cortocircuito debido al refuerzo de la resina epoxi.
En una simulación de ensayo tipo viga, considerando que la conductividad del aluminio es 63% de cobre y desde momentos de inercia.
Curva de presión: = Mxt / 2I
ConclusionesConclusiones:: El aluminio es una alternativa muy segura en comparación con el cobre, con
respecto a las tensiones mecánicas bajo condiciones de corto circuito.
De acuerdo con esto, la curva de tensiones/esfuerzos para conductores de aluminio es 2.54 veces más baja que el de los conductores de cobre.
Aluminio Al = 2.34 M / t
Cobre Cu = 6M / t
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Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
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Comparación Cu / Al Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Punto crítico: Localizados en la baja tensión.
Bajo condiciones de cortocircuito, la densidad de corriente en las bobinas de B.T se incrementa varias veces de manera inversa a la impedancia de la tensión por unidad, asumida la impedancia de la red como cero.
Como marca la norma IEC, la temperatura en cortocircuito está calculada con la siguiente fórmula:
ConclusiónesConclusiónes::Para las mismas pérdidas, el comportamiento de los arrollamientos de aluminio es más seguro que en los de cobre, frente a las tensiones térmicas producidas por un cortocircuito.
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Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
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Arrollamientos con discos de hojas de aluminio Resumen
Diseño simple y seguro.
Distancia de aislamiento fácil de mantener.
Menores esfuerzos mecánicos debidos a diferencias de voltaje.
La expansión sísmica del Al y la resina es muy similar, por lo que se registran tensiones mínimas.
A una conductividad equivalente el diseño del peso del Al es más ligero. Esto es muy útil para aquellos transformadores que se instalan en edificios o lugares con accesibilidad limitada.
Los arrollamientos en aluminio son más compactos: Mejor comportamiento ante cortocircuitos.
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Próximo paso: ¿Por qué usar aluminio?
Razones comunes para elegir el material de los arrollamientos
Comparativa Cu / Al: Coeficiente de expansión de Conductores y Resina
Comparativa Cu / Al: Conductividad eléctrica
Comparativa Cu / Al: Capacidad calórica
Comparativa Cu / Al: Comportamiento mecánico bajo condiciones de cortocircuito
Comparativa Cu / Al: Tensiones térmicas bajo condiciones de cortocircuito
Arrollamientos con discos de hojas de aluminio: Resumen
Conclusiones
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Conclusiones Las bobinas de Al tienen las siguientes ventajas
Mejor comportamiento térmico y dinámico a los cortocircuitos en los arrollamientos de aluminio.
Los arrollamientos de aluminio soportan mejor los aumentos y sobrecargas.
Materiales aislantes con mayor ciclo de vida.
Diseño mecánico más fuerte
Precios más bajos.
Este es el estándar de ABB ZaragozaEste es el estándar de ABB Zaragoza……apuesta por élapuesta por él!!!!