Marcelo Beraldo, ABB MV Drives, Abril 2015 Variadores de ...

© ABB21 May 2015 | Slide 1

Marcelo Beraldo, ABB MV Drives, Abril 2015

Variadores de Media Tensión ABB Caso de Estudio: Selección óptima de Variadores de Media tensión para fajas transportadoras

© ABB GroupMay 21, 2015 | Slide 2

Conociendo los nuevos retosEl mundo esta creciendo y cambiando rápidamente

Increasing population

Growing electricity demand

Rising CO2 emissions


Eficiencia energética con variadores ABBAyudando a los clientes a hacer más usando menos

40% industries

2/3motors

up to 50% less with VSDs

Industry is responsible for 40% of total energy consumption.

Thereof 2/3 are consumed by motors. Using ABB VSDs could reduce motor’s energy consumption by 30 to 50%.


Los variadores ABB ahorran energía…

Energy savedwith ABB drives

1992 -5 TWh/Y

2013-400 TWh/Y

The installed base of ABB drives saved about 400 TWh in 2013, equivalent to the consumption per year of more than 100 million households in EU-27. If that 400 TWh would have been generated by fossil fuel powered electricity plants, ABB drivesreduce CO2 emissions on 2013 by 340 million tonne, corresponding with the yearly emissions of almost 85 million cars.


MotorRectifier DC-link Inverter Output filterInput transformer

Input section

M

Input filter

Variadores de media tensión¿Qué es un variador de frecuencia de media tensión? Equipamiento para controlar la velocidad y/o torque de un motor

eléctrico.

También hay otros nombres comunes, como: VFD (Variable Frequency Drive) AFD (Adjustable Frequency Drive) VSD (Variable Speed Drive)

Un variador de MT es más que un producto, es un sistema


Utilización de sistemas con variador de frecuencia(VFD)Beneficios

Procesos controlados con variadores de frecuencia (VFDs) tienen un impactodirecto en los costos de operación de la compañías

Menor consumo de energía y emisión de CO2

Minimiza el desgaste mecánico de los equiposProcesos eficientes y de calidadIncremento de la productividad Reducción de uso de material consumible, como agua, químicos, aditivos, etc


Extenso portafolio de variadores de frecuenciaPara aplicaciones en media tensión

Medium voltageAC drives

ACS1000/ACS2000Every day motor controlACS1000 0.315–5 MW, 2.3–4.16 kVACS2000 0.250–3.2 MW, 4.0–6.9 kV

ACS5000High power for safe operationsACS5000 2–36 MW, 6.0–13.8 kV

ACS6000High performance for heavy industriesACS6000 3–36 MW, 2.3–3.3 kV

MEGADRIVE-LCIReliability in over 40 yearsMEGADRIVE-LCI 2–72 MW, 2.1–10 kV

ABB supplies medium voltage variable speed drives for a wide range of applications in various industries in the power range from 250 kW to more than 100 MW. This gives our customers the possibility to choose from a broad product portfolio and select the drive that best fits to their individual requirements.


Desafíos en la mineríaAcelerar la producción y reducir los costos de producción

Las empresas mineras se enfrentan a grandes desafíos para el crecimiento sostenible. Necesitan: Mejorar el rendimiento Cortar los costos de producción Reducir el impacto ambiental Mejorar la seguridad Aumentar la automatización Corporativo y la integración con la comunidadLos variadores de velocidad optimiza el control de procesos y ahorra energía.Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en la industria minera.


1. Minería bajo tierraVentiladoresBombasFajas y grúasShearersChancadoras

2. Minería tajo abiertoBombasFajasExcavadorasPalasApiladoras y recolectorasSeparadoras

3. Planta concentradoraVentiladoresBombasMolinosHPGRsMezcladores

4. Procesamiento y refineríaVentiladoresBombasFajas

Variadores de frecuencia para aplicaciones mineras

1

3

2

4


Variadores de frecuencia para aplicaciones mineras

Fajas transportadoras

1 2

3

4

1. Minería bajo tierra 2. Minería tajo abierto 3. Planta concentradora 4. Procesamiento y refinería


Fajas transportadorasResumen

Aplicación Fajas de pendiente positiva y

negativa(Uphill/Downhill) Rango típico de potencia 500 – 3000 kW Sobrecarga Potencia de frenado requerido Condiciones ambientales críticas

Problemas resueltos Alto torque de arranque Cambiar e incrementar el flujo de material requerido Problemas de mantenimiento Aplicaciones de pendiente negativa(Downhill) – con

solución regenerativaBeneficios para el cliente

Control de flujo del material(ahorro de energía) Velocidad variable o constante Arranque confiable en cualquier condición Costos de mantenimiento reducidos Operación amigable con los elementos

mecánicos(Mayor vida útil)


Fajas TransportadorasCorreción de velocidad con carga compartida

Maestro/esclavoMaestro/esclavo con regulador de velocidadMCCP Conveyor Control con:

Arranque/parada Aceleración/Desaceleración Control del sistema de freno Proceso de alarmas Limites de baja/alta velocidad y torque


Fajas TransportadorasEjemplo del comportamiento de la carga compartida

Capacity: 3425 mtphLength: 8584 mLift: 79 mBelt width: 1200mmBelt speed: 4.8 m/s

Electric motors:2 x 1000kW at the conveyor head2 x 1000kW at the middle1 x 1000kW at the conveyor tail

Ref: Latest development in Belt conveyor TechnologyM.A. Alspaugh, Las Vegas, Sept. 27, 2004


Ref:´Latest development in Belt conveyor TechnologyM.A. Alspaugh, Las Vegas, Sept. 27, 2004

Fajas TransportadorasEjemplo del comportamiento de la carga compartida


Caso de Estudio: Faja transportadora

Aplicación Faja

Pais de intalación Australia

Tip de variador 3*ACS 1000-W

Potencia de motor 2500 kW

Refrigeración Agua

Sistema de refrigeración Finfan externo


Caso de Estudio: Faja transportadoraConfiguración maestro-esclavo con carga compartida


Caso de Estudio: Faja transportadoraRequerimiento del cliente

Interruptor principal

Transformador de distribución

Variador MT(VFD)

Motores ~

Tensión de línea 33kV

13.8kV

~ ~4.16kV / 3000HP

Transformador de VFD

Alcance del suministro:

01 x Switchgear 33kV

01 x Transformador 33-13,8kV

03 x Switchgear 13,8kV para VFDs

03 x Transformadores de pulsos para VFDs

03 x Variadores MT (VFD)

03 x Cuartos eléctricos prefabricados(E-houses)

Algunos requerimientos:

Sistemas alternativos son aceptados, siempre y cuando cumplan con la aplicación.

La instalación debe ir en E-housesincluyendo el sistema de refrigeración para los variadores de MT

Interruptor para VFD


Caso de Estudio: Faja transportadoraRequerimiento del cliente


Remover interruptores de 13.8kV

Adicionar interruptores en 33kV

Remover el transformador

Caso de Estudio: Faja transportadoraPropuesta de ABB


~

33kV

~ ~3.3kV / 3000HP

Propuesta de ABB:

03 x Switchgear 33kV para VFDs de MT

03 x Transformadores de pulsos para VFDs MT (Lado primario en 33kV)

03 x ACS1000 Refrigerados por agua (Sistema cerrado con Fin Fan, Agua/Aire)

03 x E-houses

Estudio CAPEX x OPEX: Estudio de eficiencia de refrigeración

Caso de Estudio: Faja transportadoraPropuesta de ABB(DMDR)

Variador MT(VFD)

Motores

Tensión de línea




Caso de Estudio: Faja transportadoraComparación con y sin transformador de distribución(33kV / 13.8kV)


Caso de Estudio: Faja transportadoraPropuesta ABB – Sistema refrigerado por agua

Sistema refrigerado por agua ACS 1000 2500kW (Refrigerado por agua) Refrigeración con unidades Fin Fan(Sistema cerrado de agua) Transformador seco ventilación forzada (Uso exterior)


Caso de Estudio: Faja transportadoraAnálisis de la disipación térmica

ACS1000 Refrigerado por agua + Transformador de uso exteriorEficiencia del ACS 1000W perdidas 1,8% de la potencia nominal 2500kW 45kW

90% en agua sistema Fin Fan 10% en el cuarto eléctrico aire acondicionado ~5kW

VFD Refrigerado por aire + transformador integrado:Eficiencia alrededor de 4%l de perdidas (2% variador + 2% transformador)

de la potencia nominal2500kW 100kW

100% en el cuarto eléctrico aire acondicionado ~100kW


Caso de Estudio: Faja transportadoraSistema de refrigeración Fin Fan


Caso de Estudio: Faja transportadoraAnálisis económico: CAPEX x OPEX


Caso de Estudio: Faja transportadoraTransformador seco para uso exterior


Caso de Estudio: Faja transportadoraFin Fan – Solución redundante


Caso de Estudio: Faja transportadoraE-Houses


Caso de Estudio: Alternativa AFERequerimiento del cliente

~

33kV

4.16kV

~ ~4.16kV / 3000HP



Variador MT(VFD)

Motores

Tensión de línea



Alcance del suministro:

01 x Switchgear 33kV(existente)

01 x Transformador 33-4,16kV(existente)

03 x Switchgear 4,16kV para VFDs

03 x Transformadores de pulsos para VFDs

03 x Variadores MT (VFD) regenerativos

Algunos requerimientos:

Sistemas alternativos son aceptados, siempre y cuando cumplan con la aplicación.

Se debe considerar en la solución que los el E-house es existente con espacio limitado

Solución regenerativa


MotorRectifier DC-link Inverter Output filterInput transformer

Input section

M

Input filter

Input Protection

Passive Rectifier (Diodos)MotorActive front End (AFE)

Caso de Estudio: Alternativa AFEActive Front End(AFE) x Diode Front End(DFE)


Caso de Estudio: Alternativa AFESistema regenerativo


Caso de Estudio: Alternativa AFEACS2000: flexibilidad de conexión

Varios ACS 2000 conectados a la misma tensión

~ ~~~Transformador

externo

~Protección integrada

~ACS 2000

direct-to-line



Variador MT(VFD)

Motores

Tensión de línea


Caso de Estudio: Alternativa AFEAlternativa sugerida: ACS2000 AFE

VFD MT con protección de entrada integrada

Motores ~

33kV

4.16kV

~ ~4.16kV / 3000HP

Propuesta de ABB:

01 x Switchgear 33kV (existente)

01 x transformador de distribución 33-4,16kV (existente)

03 x ACS2000 AFE, con contactor y fusible integrado. Direct-to-line


Tensión de línea



Referencias en fajas transportadoras – ACS2000

Industria: Mina de carbón (Colombia) VFD: 12 x ACS2000/4kV Aplicación: Faja transportadora (torque constante) Potencia: 1305 [kW]

Sobrecarga: 150 [%] Velocidad:

Min: 500 [rpm] Max: 1800 [rpm]

Colombia


Referencias en fajas transportadoras – ACS2000

Industria: Minería de hierro VFD: 91 x ACS2000/4kV Aplicación: Faja transportadoras Diferencial: Transporte de mineral sin camión (truckless)

(Ahorro anual del 77% de diésel e incremento de la seguridad de personal)

Brazil

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