EXPERIÊNCIAS DO DESENVOLVIMENTO DE TRANSFORMADOR BASEADO EM ISOLAÇÃO HÍBRIDA E ÓLEO VEGETAL ISOLANTE. Carlos Alves da Silva AES ELETROPAULO

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1 EXPERIÊNCIAS DO DESENVOLVIMENTO DE TRANSFORMADOR BASEADO EM ISOLAÇÃO HÍBRIDA E ÓLEO VEGETAL ISOLANTE Carlos Alves da Silva AES ELETROPAULO São Paulo, 02/10/2014

2 INFORMAÇÕES INSTITUICIONAIS OBJETIVOS CONSIDERAÇÕES INICIAIS TRANSFORMADOR: IMPORTÂNCIA E CARACTERÍSTICAS COMPORTAMENTO TÉRMICO DO TRANSFORMADOR TRANSFORMADOR DESENVOLVIDO PARA ALTA TEMPERATURA CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES

3 AES NO MUNDO Uma das maiores empresas globais de energia Presente em 20 países nos cinco continentes 8 distribuidoras de energia 115 plantas de geração (39 mil MW) 100 milhões de clientes

4 AES Brasil Presente no País desde 1997, o Grupo AES Brasil é formado por cinco empresas que atuam no setor de energia Distribuição 7,5 milhões unidades consumidoras 22 milhões de clientes Market Share: 14,3% Geração Capacidade Instalada: MW Market Share: 2,3% colaboradores

5 AES ELETROPAULO 20,1 milhões de clientes e 6,7 milhões de unidades consumidoras Atende 24 municípios da Região Metropolitana de São Paulo, incluindo a capital 151 subestações MVA de capacidade instalada km de rede de distribuição aérea km de rede de distribuição subterrânea 1,2 milhão de postes colaboradores próprios e terceirizados

6 Missão, Visão e Valores da AES BRASIL MISSÃO Promover o bem-estar e o desenvolvimento com o fornecimento seguro, sustentável e confiável de soluções de energia VISÃO DAS DISTRIBUIDORAS Serem a melhor concessionária de distribuição de energia elétrica do Brasil até 2016 VISÃO DAS GERADORAS Serem líder na gestão operacional, comercial e financeira do setor de geração de energia no Brasil e ampliar a capacidade em 3 mil MW, até 2016, por meio de práticas sustentáveis VALORES Segurança em primeiro lugar Agir com integridade Honrar compromissos Buscar a excelência Realizar-se no trabalho

7 OBJETIVO ESTUDAR A APLICAÇÃO DO ISOLANTE NOMEX E ÓLEO VEGETAL NO TRANSFORMADOR AVALIAR A INFLUÊNCIA DA ELEVAÇÃO DA TEMPERATURA NA ISOLAÇÃO DO TRANSFORMADOR ANALISAR O COMPORTAMENTO TÉRMICO DE UM TRANSFORMADOR COM ISOLAÇÃO HÍBRIDA COMPARAR VALORES DE TEMPERATURA CALCULADA E MEDIDA ATRAVÉS DE SENSOR DE FIBRA ÓTICA PROPOR NOVOS LIMITES DE TEMPERATURA PARA TRANSFORMADORES SUJEITOS À CONDIÇÃO DE CARREGAMENTO

8 IMPORTÂNCIA DO TRANSFORMADOR CONSUMIDORES RESIDENCIAIS

9 TRANSFORMADOR: COMPONENTES 1) Núcleo 2) Enrolamento 3) Tanque principal 4) Tanque de expansão 5) Bucha de alta tensão 6) Comutador derivações 7) Mecanis. acionamento 8) Radiadores 9) Painel de comando 10) Secador de ar 11) Termômetros NESTE PAPER: TRANSFORMADOR = TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA

10 O SISTEMA DE ISOLAÇÃO: ÓLEO ISOLANTE DÉCADA DE ASCAREL (PCB BIFENILA POLICLORADA) PROIBIDO DÉCADA 70,TÓXICO E CANCERÍGENO ÓLEO MINERAL - ÓLEO VEGETAL CARACTERÍSTICAS VANTAGENS DESVANTAGENS

11 O SISTEMA DE ISOLAÇÃO: ISOLAÇÃO SÓLIDA APLICADO EM: ENROLAMENTOS, ANÉIS ESTÁTICOS, ESPAÇADORES DETERMINA A VIDA ÚTIL DO TRANSFORMADOR GP ENTRE 1200 E 200 (FIM DA VIDA ÚTIL) TIPOS COMUNS PAPEL KRAFT E PAPEL TERMO ESTABILIZADO NÃO REAGENTE COM ÓLEO PREÇO ACESSÍVEL DISPONIBILIDADE NO MERCADO PAPEL NOMEX ORIGINADO EM FIBRA SINTÉTICA CRIADA PELA DUPONT POUCO HIGROSCÓPICO RESISTENTE AO CALOR (ATÉ 200 o C) PREÇO ALTO: ~ 10X

12 TIPOS DE ISOLAÇÃO SÓLIDA HOMOGÊNEA: HÍBRIDA: SEMI- HÍBRIDA: MISTA: NOMEX EM TODA ISOLAÇÃO + OVI NOMEX EM PARTES QUENTE DO ENROLAMENTO + OMI/ OUTRO NOMEX EM PARTE DO ENROLAMETO + OMI NOMEX EM PARTE DO ENROLAMENTO EXPOSTA A ENVELHECER + OMI/ OUTRO

13 TRANSFORMADOR: CARREGAMENTO MAS, E O TRANSFORMADOR EM OPERAÇÃO, EM QUAL CONTEXTO SE ENQUADRA? NORMAS ESTABELECEM LIMITES TEMPERATURA X POTÊNCIA POTÊNCIA NOMINAL X CAPACIDADE TÉRMICA: VIDA ÚTIL CORRETO: LIMITE TÉRMICO = EVITA BOLHAS, UMIDADE, GP GESTORES PODEM DEFINIR TEMPO DE VIDA ÚTIL (?) MAIOR TEMPERATURA, MAIOR EXPOSIÇÃO, MENOR VIDA ÚTIL TIPOS DE CARREGAMENTO CONDIÇÃO NORMAL DE OPERAÇÃO CONDIÇÃO EMERGENCIAL DE CURTA E LONGA DURAÇÃO

14 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO COMO DETERMINAR A TEMPERATURA CORRETA? O ASPECTO TÉRMICO É QUEM DEFINE O LIMITE DA VIDA ÚTIL... PORÉM, DETERMINAÇÃO É COMPLEXA...CONSIDERA VÁRIOS FATORES... A PREMISSA DEVE SER A TEMPERATURA PONTO MAIS QUENTE! ENTÃO A NORMA IEEE C *: θ H = θ A + θ TO + θ H θ H θ A Temperatura do ponto mais quente do transformador É medida direta (fibra ótica) e indireta (imagem térmica) Temperatura ambiente É medida com instrumento θ TO Elevação de temperatura do topo de óleo sobre o ambiente Medida com termômetro ou monitor θ H Elevação de temperatura do ponto mais quente sobre óleo Cálculo complexo (tipo enrol, sist. resfrig, etc)

15 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO MAS ENTÃO O QUE FAZER? O CÁLCULO É COMPLEXO! O CARREGAMENTO É DINÂMICO! ENVOLVE VÁRIOS FATORES... RESP: NORMAS DISPÕEM MÉTODOS ESPECÍFICOS DE CÁLCULO: PORÉM... APLICAM EXPRESSÕES DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA MUITAS VARIÁVEIS ANALISADAS DEMANDA UTILIZAÇÃO DE PROGRAMAS COMPUTACIONAIS OUTRAS... SÃO PROPOSTAS NAS NORMAS ABNT* E IEEE** EXPRESSÕES MAIS SIMPLIFICADAS LIMITADAS (NÃO CONSIDERAM FATORES EXTERNOS) FORNECE RESULTADOS CONFIÁVEIS!!!

16 DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO LOGO, CALCULADOS OS LIMITES DE TEMPERATURA... Diagrama térmico do ENROLAMENTO* NOTAS: NO CÁLCULO GRADIENTE DA TEMPERTURA ÓLEO- ENROLAMENTO... A IEC * CONSIDERA ELEVAÇÃO LINEAR TEMPERATURA; PORÉM...PESQUISADORES INDICAM QUE A IEC NÃO CONSIDERA TODAS VARIÁVEIS (?), POIS É UM MODELO SIMPLIFICADO

17 DEFINIÇÃO DO PROJETO PARTINDO PARA A PRÁTICA... FOI UTILIZADO 01 TRANSFORMADOR OBJETO DE AVARIA: MARCA, MODELO, POTÊNCIA, ANO, SISTEMA DE VENTILAÇÃO MEIO ISOLANTE (SÓLIDO, LÍQUIDO), COMUTAÇÃO AS ETAPAS DO PROJETO: 1) CARACTERIZAÇÃO: REPOTENCIAÇÃO 2) DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS: ISOLANTE SÓLIDO, LÍQUIDO 3) DEFINIÇÃO DE TECNOLOGIA: FIBRA ÓTICA, MONITORAMENTO :

18 VALIDAÇÃO DO PROJETO A PRÓXIMA ETAPA: ENSAIOS ELÉTRICOS CONFORME NORMA NOTAS: ENTÃO... A ET IEC LIMITA EM 135 o C NORMAS NÃO AGRACIARAM NOVOS ISOLANTES TEMPERATURAS MEDIDAS NOS SENSORES PT100 E FIBRA ÓTICA: Período Potência Temperatura ( C) Sensor (hr:min) (pu) óleo Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 13:00 1,00 70,3 96,5 96,2 103,6 103,4 15:00 1, ,8 126,8 125,1 16:00 1,15 79,4 122,1 121,8 133,6 131,5 16:30 1,20 81,6 126,5 126,2 138,6 136,5 CÁLCULOS E MEDIÇÕES FICARAM DE ACORDO COM A E.T. IEC...

19 VALIDAÇÃO DO PROJETO: COMPARATIVO PARA VALIDAR O PROJETO... TAMBÉM FOI ENSAIDO 01 TRANSFORMADOR CONVENCIONAL (MARCA, MODELO, POTÊNCIA, MATERIAL ISOLANTE) E, DOS ENSAIOS ELÉTRICOS, APRESENTAMOS UMA AMOSTRA: ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA

20 VALIDAÇÃO DO PROJETO: ENSAIO ELÉTRICO TAMBÉM... O TRANSFORMADOR DO PROJETO FOI SUBMETIDO AOS ENSAIOS E, RESULTADO AMOSTRAL DO ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA:

21 CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES Materiais termicamente estáveis se apresentam como boa opção ao mercado exigente, mesmo demandando apreciação das normas A aplicação de sensores de fibra ótica garante melhor eficiência no monitoramento de temperatura Resultados mostraram que a Repotenciação com NOMEX e óleo vegetal isolante é aplicável acrescenta potência nominal O comparativo entre projeto convencional e híbrido confirmou que a metodologia da pesquisa é plausível Transformador desenvolvido com materiais termicamente estabilizados possibilitam melhor mobilidade operativa podem operar em regime de sobrecarga

22 CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES A metodologia da gestão térmica poderá ser melhor avaliada com a instalação de transformadores similares em campo Desenvolvimento de sistema de gestão com vistas ao carregamento térmico e preservação do ativo se apresenta como boa opção Pesquisas com materiais termicamente estabilizados que interagem com partes do transformador possibilitarão melhor embasamento A aplicação do isolante sólido NOMEX pode alterar a configuração térmica de um transformador e demanda continuidade de estudos

23 Carlos Alves da Silva Telefone: /

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