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 21 May 2015 | Slide 1 Conociendo los nuevos retos El mundo esta creciendo y cambiando rápidamente Increasing Growing Rising population electricity demand CO2 emissions © ABB Group May 21, 2015 | Slide 2 Eficiencia energética con variadores ABB Ayudando a los clientes a hacer más usando menos 40% 2/3 up to 50% industries motors less with VSDs Industry is responsible for 40% of total energy consumption. © ABB Group May 21, 2015 | Slide 3 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 saved with ABB drives 1992 2013 -5 TWh/Y -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 drives reduce CO2 emissions on 2013 by 340 million tonne, corresponding with the yearly emissions of almost 85 million cars. © ABB Group May 21, 2015 | Slide 4 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. Input section Input filter Input transformer Rectifier DC-link Inverter Output filter Un variador de MT es más que un producto, es un sistema También hay otros nombres comunes, como: VFD (Variable Frequency Drive) AFD (Adjustable Frequency Drive) VSD (Variable Speed Drive) © ABB Group May 21, 2015 | Slide 5 Motor M Utilización de sistemas con variador de frecuencia(VFD) Beneficios Procesos controlados con variadores de frecuencia (VFDs) tienen un impacto directo en los costos de operación de la compañías Menor consumo de energía y emisión de CO2 Minimiza el desgaste mecánico de los equipos Procesos eficientes y de calidad Incremento de la productividad Reducción de uso de material consumible, como agua, químicos, aditivos, etc © ABB Group May 21, 2015 | Slide 6 Extenso portafolio de variadores de frecuencia Para aplicaciones en media tensión Medium voltage AC drives ACS1000/ACS2000 ACS6000 Every day motor control ACS1000 0.315–5 MW, 2.3–4.16 kV ACS2000 0.250–3.2 MW, 4.0–6.9 kV High performance for heavy industries ACS6000 3–36 MW, 2.3–3.3 kV ACS5000 MEGADRIVE-LCI High power for safe operations ACS5000 2–36 MW, 6.0–13.8 kV Reliability in over 40 years MEGADRIVE-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. © ABB Group May 21, 2015 | Slide 7 Desafíos en la minería Acelerar 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 comunidad Los variadores de velocidad optimiza el control de procesos y ahorra energía. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en la industria minera. © ABB Group May 21, 2015 | Slide 8 Variadores de frecuencia para aplicaciones mineras 1 2 3 4 1. Minería bajo tierra 2. Minería tajo abierto 3. Planta concentradora 4. Procesamiento y refinería Ventiladores Bombas Ventiladores Ventiladores Bombas Fajas Bombas Bombas Fajas y grúas Excavadoras Molinos Fajas Shearers Palas HPGRs Chancadoras Apiladoras y recolectoras Mezcladores © ABB Group May 21, 2015 | Slide 9 Separadoras Variadores de frecuencia para aplicaciones mineras 1 2 3 4 Fajas transportadoras 1. Minería bajo tierra © ABB Group May 21, 2015 | Slide 10 2. Minería tajo abierto 3. Planta concentradora 4. Procesamiento y refinería Fajas transportadoras Resumen 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 regenerativa Beneficios 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) © ABB Group May 21, 2015 | Slide 11 Fajas Transportadoras Correción de velocidad con carga compartida Maestro/esclavo Maestro/esclavo con regulador de velocidad MCCP Conveyor Control con: Arranque/parada Aceleración/Desaceleración Control del sistema de freno Proceso de alarmas Limites de baja/alta velocidad y torque © ABB Group May 21, 2015 | Slide 12 Fajas Transportadoras Ejemplo del comportamiento de la carga compartida Capacity: 3425 mtph Length: 8584 m Lift: 79 m Belt width: 1200mm Belt speed: 4.8 m/s Electric motors: 2 x 1000kW at the conveyor head 2 x 1000kW at the middle 1 x 1000kW at the conveyor tail Ref: Latest development in Belt conveyor Technology M.A. Alspaugh, Las Vegas, Sept. 27, 2004 © ABB Group May 21, 2015 | Slide 13 Fajas Transportadoras Ejemplo del comportamiento de la carga compartida Ref:´Latest © ABB Group May 21, 2015 | Slide 14 development in Belt conveyor Technology M.A. Alspaugh, Las Vegas, Sept. 27, 2004 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 © ABB Group May 21, 2015 | Slide 15 Caso de Estudio: Faja transportadora Configuración maestro-esclavo con carga compartida © ABB Group May 21, 2015 | Slide 16 Caso de Estudio: Faja transportadora Requerimiento del cliente Tensión de línea 33kV Interruptor principal Transformador de distribución 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) 13.8kV Interruptor para VFD Transformador de VFD Algunos requerimientos: Sistemas alternativos son aceptados, siempre y cuando cumplan con la aplicación. La instalación debe ir en E-houses incluyendo el sistema de refrigeración para los variadores de MT Variador MT(VFD) Motores © ABB Group May 21, 2015 | Slide 17 ~ ~ 4.16kV / 3000HP ~ Caso de Estudio: Faja transportadora Requerimiento del cliente © ABB Group May 21, 2015 | Slide 18 Caso de Estudio: Faja transportadora Propuesta de ABB Adicionar interruptores en 33kV Remover el transformador Remover interruptores de 13.8kV © ABB Group May 21, 2015 | Slide 19 Caso de Estudio: Faja transportadora Propuesta de ABB(DMDR) Tensión de línea 33kV 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 Interruptor para VFD Transformador de VFD Variador MT(VFD) Motores © ABB Group May 21, 2015 | Slide 20 ~ ~ 3.3kV / 3000HP ~ Caso de Estudio: Faja transportadora Comparación con y sin transformador de distribución(33kV / 13.8kV) © ABB Group May 21, 2015 | Slide 21 Caso de Estudio: Faja transportadora Propuesta 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) © ABB Group May 21, 2015 | Slide 22 Caso de Estudio: Faja transportadora Análisis de la disipación térmica ACS1000 Refrigerado por agua + Transformador de uso exterior Eficiencia 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 nominal 2500kW 100kW 100% en el cuarto eléctrico aire acondicionado ~100kW © ABB Group May 21, 2015 | Slide 23 Caso de Estudio: Faja transportadora Sistema de refrigeración Fin Fan © ABB Group May 21, 2015 | Slide 24 Caso de Estudio: Faja transportadora Análisis económico: CAPEX x OPEX © ABB Group May 21, 2015 | Slide 25 Caso de Estudio: Faja transportadora Transformador seco para uso exterior © ABB Group May 21, 2015 | Slide 26 Caso de Estudio: Faja transportadora Fin Fan – Solución redundante © ABB Group May 21, 2015 | Slide 27 Caso de Estudio: Faja transportadora E-Houses © ABB Group May 21, 2015 | Slide 28 Caso de Estudio: Alternativa AFE Requerimiento del cliente Tensión de línea 33kV Interruptor principal Transformador de distribución 4.16kV Interruptor para VFD Transformador de VFD 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 Variador MT(VFD) Motores © ABB Group May 21, 2015 | Slide 29 ~ ~ 4.16kV / 3000HP ~ Caso de Estudio: Alternativa AFE Active Front End(AFE) x Diode Front End(DFE) Input section Input filter Input transformer Rectifier DC-link Inverter Output filter Motor M Input Protection © ABB Group May 21, 2015 | Slide 30 Passive Rectifier (Diodos) Active front End (AFE) Motor Caso de Estudio: Alternativa AFE Sistema regenerativo © ABB Group May 21, 2015 | Slide 31 Caso de Estudio: Alternativa AFE ACS2000: flexibilidad de conexión Tensión de línea Interruptor principal Transformador de distribución Variador MT(VFD) Motores © ABB Group May 21, 2015 | Slide 32 ~ ~ ~ Transformador externo Protección integrada ACS 2000 direct-to-line ~ ~ ~ Varios ACS 2000 conectados a la misma tensión Caso de Estudio: Alternativa AFE Alternativa sugerida: ACS2000 AFE Tensión de línea 33kV Interruptor principal Propuesta de ABB: 01 x Switchgear 33kV (existente) 01 x transformador de distribución 334,16kV (existente) 03 x ACS2000 AFE, con contactor y fusible integrado. Direct-to-line Transformador de distribución 4.16kV VFD MT con protección de entrada integrada Motores © ABB Group May 21, 2015 | Slide 33 ~ ~ 4.16kV / 3000HP ~ Referencias en fajas transportadoras – ACS2000 Colombia Industria: VFD: Aplicación: Potencia: © ABB Group May 21, 2015 | Slide 34 Mina de carbón (Colombia) 12 x ACS2000/4kV Faja transportadora (torque constante) 1305 [kW] Sobrecarga: 150 Velocidad: Min: 500 Max: 1800 [%] [rpm] [rpm] Referencias en fajas transportadoras – ACS2000 Brazil Industria: VFD: Aplicación: Diferencial: Minería de hierro 91 x ACS2000/4kV Faja transportadoras Transporte de mineral sin camión (truckless) (Ahorro anual del 77% de diésel e incremento de la seguridad de personal) © ABB Group May 21, 2015 | Slide 35
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