Ganhos com a Nova Normalização de Transformadores Revisão da NBR 5440

Transcrição

1 BEM-VINDOS AO WEBINAR Ganhos com a Nova Normalização de Transformadores Revisão da NBR 5440 Apresentador:Eng Manuel Luís Barreira Martinez Laboratório de Alta Tensão da Universidade Federal de Itajubá 1

2 1. Teste de som: Reunião Assistente de configuração de áudio Sigam as instruções. 3. Digitem aqui 2. Espaço para apresentação pessoal, eventuais perguntas e/ou comentários - respostas no final da apresentação. 2

3 PRINCIPAIS REGRAS DESTE WEBINAR: As perguntas e/ou comentários deverão ser feitas unicamente por escrito, utilizando-se o campo apropriado; Perguntas e/ou comentários podem ser enviadas durante o desenvolvimento da apresentação, mas serão respondidas somente após ofinaldamesma; Pode acontecer que, dependendo do número de perguntas e do tempo disponível, algumas perguntas fiquem sem resposta durante o webinar; Se houver interrupção inesperada do webinar, certifique-se que sua conexão com a internet esteja funcionando normalmente e tente se conectar novamente; Não é emitido certificado de participação no webinar. 3

4 PALESTRANTE: Eng Manuel Martinez Graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá, com especialização em CEPCH -EFEI -ELETROBRÁS e especialização em XX CESE EFEI Eletrobrás. Mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá. Doutorado em Engenharia Elétrica pela USP. Aperfeiçoamento em Circuitos Elétricos pela UNICAMP. Atualmente é professor adjunto da Universidade Federal de Itajubá e coordenador do Laboratório de Alta Tensão. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em materiais elétricos. Atua principalmente nos seguintes temas: pára-raios para sistemas de potência, capacidade de absorção de energia, técnicas de manufatura, ensaios e aplicação de produto, transformadores para redes de média tensão, cabos isolados, cabos cobertos e sistemas de isolamento. É autor co-autor de mais de 250 artigos em seminários e revistas e possui 28 atuações como orientador de teses e dissertações de mestrado. MEDIADOR: Eng Eduardo Gradiz Consultor do Procobre Instituto Brasileiro do Cobre 4

5 SUMÁRIO Ganhos com Normalização de Transformadores; Revisão da NBR 5440; Alterações na NBR 5440; Conceitos Aspectos Econômicos da Eficiência em Transformação; Perdas sob carga redes rurais; Custos capitalizados redes rurais; Impedância Percentual; Projetos Desenvolvidos; Perdas versus impedância; Custos versus impedância: DCP 1 Hora & 6 Horas; Custos de manufatura; Custos totais. Sobrecarga; Carregamento x Temperatura; Análise da Perda de Vida Útil. 5

6 Ganhos com Normalização de Transformadores A tentativa de obtenção de ganhos com Eficiência Energética é uma Tendência Mundial É necessário dentro de uma Política Global adotar uma postura na direção da Eficiência (Energia & Manufatura) sob pena de: Perda de Mercado & Competitividade Regulamentação Imposta por meio de Portarias & Decretos 6

7 Ganhos com Normalização de Transformadores Normalização & Etiquetagem Critérios técnicos independentes & coerentes pois trabalha com a possibilidade de atingir equilíbrios entre as partes envolvidas Resultados contemplam custos de manufatura, possibilidades técnicas e preços de venda Solução de Compromisso 7

8 Ganhos com Normalização de Transformadores Normalização & Etiquetagem Etiquetagem Necessidade Nacional Imposta por Tendências Mundiais Fortes Impactos na Cadeia Produtiva, Refletindo & Viabilizando Desenvolvimento Futuro Sustentável NECESSIDADE 8

9 Revisão da NBR 5440 ABNT Discussões Partes Envolvidas Análise do Mercado Nacional; Manutenção & Utilização Insumos Nacionais; & Processos & Tolerâncias de Manufatura. Custos de Aquisição. 9

10 Alterações na NBR 5440 Modificações Adequações Elétricas Disposição das Conexões; Distâncias de Isolamento; & Dispositivos Controle Relação Transformação. Ajustes Mecânicos Características Segurança & Operacionais; Estanqueidade;& Padronização de Sistemas & Conexões. 10

11 Alterações na NBR 5440 PERDAS NA REVISÃO NBR 5440 Eficiência; Necessidades Nível Internacional; & Conflitos Manufatura & Consumo. GESTÃO Projetos Exeqüíveis Pratica Padrão; Modelos & Processos de Fabricação; & Estabilidade & Manutenção de Custos. 11

12 Alterações na NBR 5440 Transformadores Monofásicos 25 kv Potência [kva] Perdas a Vazio W 0 [W] Perdas Carga W CC [W] Perdas Totais [W] Proposta ABNT Proposta ABNT W 0 + W CC ABNT

13 Alterações na NBR 5440 Transformadores Trifásicos 15 kv Potência [kva] Perdas a Vazio W 0 [W] Perdas Carga W CC [W] Perdas Totais [W] Proposta ABNT Proposta ABNT Proposta ABNT ,

14 Conceitos Rendimento x Eficiência Operação Pontual Equipamento Rendimento η = P P P Saída = Saída = Entrada PSaída + Perdas Scosφ c Scosφ + Perdas c Perdas Padrão da Unidade η = Scosφ c Scosφ + W 0 c + W CC ( S S n ) 2 η i = S i cosφ c S i + W cosφ 0 c + W CC S ( S i n ) 2 14

15 Conceitos Rendimento x Eficiência Rendimento S L S cosφ i i n c L i = η i = S 2 n L i S n cos φ c + W 0 + W CC L i Rendimento Máximo Independe da Carga W η = 0 0 d dl i i L = Máximo W CC 15

16 Conceitos Rendimento x Eficiência FP = 0,75 FP = 0,90 FP = 1,00 Rendimento - [%] Carregamento Relativo - [p.u.] 1200 L Máximo = = ,36 16

17 Conceitos Rendimento x Eficiência Perda Relativa "Ef ficiência" - [%] FP = 0,75 FP = 0,90 FP = 1, Carregamento Relativo - [p.u.] 17

18 kva - Rural Conceitos Rendimento x Eficiência Eficiência Relativo - [p.u.] Carregamento Horas Dia - [H] Condição Operação Equipamento - Custos 18

19 Carregamento Re elativo - [p.u.] Limite - 5% Provável Limite - 95% Conceitos Rendimento x Eficiência Modelo Estatístico Horas Dia - [H] Limites Carregamento 19

20 Conceitos 15 Rendimento x Eficiência 14 Demanda Máxim ma "Média" - [kva] Potência do Transformador [kva] Carga [p.u.] Demanda Diurna [%] Demanda Noturna [%] < 0.20 <9 <28 <21 <14 <11 <36 <22 <13 < 0.40 <27 <63 <49 <40 <21 <58 <47 <39 < 0.70 <56 <84 <76 <73 <51 <79 <74 <73 < 1.00 <75 <92 <90 <91 <68 <89 <88 <91 < 1.20 <84 <94 <94 <96 <82 <93 <93 <96 < 1.40 <91 <96 <97 <98,5 <86 <95 <96 <98,5 20

21 Conceitos Rendimento x Eficiência Demanda Máxima "Média" [kva] Potência do Transformador [kva] Carga Demanda Diurna [%] Demanda Noturna [%] [p.u.] , ,5 < 0.20 <20 <11 <5 <5 <20 <12 <7 <6 < 0.40 <42 <23 <14 <16 <44 <25 <18 <22 < 0.70 <69 <48 <43 <50 <71 <54 <53 <66 < 1.00 <84 <74 <75 <84 <86 <82 <85 <94 < 1.20 <91 <87 <90 <95 <92 <92 <95 <99 < 1.40 <95 <94 <97 <99 <96 <97 <99 <99 21

22 Aspectos Econômicos TCO = PCC + A* W + B * 0 W CC TCO Custo Total [R$ - EU$ - US$] A = 8760 i(1 i(1 kwh 22 + i + ) n i B = 1 C n ) I A( I l 2 ) r

23 Aspectos Econômicos 0.6 Carregamen nto Relativo - [p.u.] DPC = 24 n d n d i = 1 ( S S i n ) Horas Dia - [H] B = 365 i(1 + i(1 i ) + i n ) n 1 C kwh DPC 23

24 Perdas Sob Carga Redes Rurais 99,9 Percentagem - Dis stribuição Logistic ,1-0,50-0,25 0,00 0,25 Fator de Carga 0,50 0,75 1,00 15 kva Fator Carga: 15 kva 0,224-0,2464-0,269 0,181 0,203 24

25 Perdas Sob Carga Redes Rurais Distribuição Weibull 99, Percentagem ,1 0, , , , , , , ,00000 DPC Limites Máximos Médios 0, TSMP DPC: 15 kva 0,202-0,277-0, kva 25

26 Perdas Sob Carga Redes Rurais 5 kva DPC Curvas Características Transformadores de 5 kva - Potência Nominal 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora DPC Média Diária 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora DPC Curvas Características Transformadores de 10 kva - Potência Real 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora DPC Média Diária 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora kva 26

27 Perdas Sob Carga Redes Rurais Transformadores de 15 kva - Potência Nominal 15 kva A = 8760 i(1 i(1 DPC Curvas Características 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora DPC Média Diária 1% 5% 50% 95% 99% Perdas sob Carga Irrelevantes + DPC = 1Hora i + 5 Minutos Minutos Hora ) n i 1 C n ) kwh B 365 kwh 27 = n i(1 + i ) 1 C n i(1 + i )

28 Custos Capitalizados Redes Rurais TCO = PCC i(1 + i(1 n i ) 1 C n + i ) kwh (W 0 + 0,0417 * W CC ) Efeito das Perdas sob Carga Desprezáveis TCO = PCC i(1 + i(1 i ) + i n ) n 1 C kwh W 0 Onde PCC = PC j(1 j(1 + + j ) j n ) v n v 1 i(1 + i(1 i ) + i n ) n 1 28

29 Impedância Percentual Influência da impedância no projeto de transformadores de distribuição monofásicos rurais. Aumento do número de espiras: n s = ,88 U S f ϕ Menores perdas em vazio 29

30 Possíveis Problemas Impedância Percentual Aumento das Quedas de Tensão; Aumento das Perdas em Carga Nominal; Sobrecargas Térmicas; Aumento na Perda de Vida Útil. 30

31 Detalhes dos Projetos Projetos Desenvolvidos Potência: 10 kva; Terminal AT: Conexão fase-fase (13,8 kv); Terminal BT: Nível de tensão (220 V); Núcleo convencional, formado por 2 colunas, composto por lâminas de aço-silício de grão-orientado; orientado; 2 bobinas, uma em cada coluna, conectadas em série, uma AT e outra BT, concêntricas; Seção dos condutores AT e BT, circular e retangular, respectivamente. Ambos os condutores de cobre ou de alumínio; DPC de 1 e 6 horas; 31

32 Perdas Versus Impedância [W] Perdas Perdas sob Carga Perdas a Vazio Perdas Totais Impedância Percentual - Z% 32

33 Custos Versus Impedância: DCP 1 Hora Custo de Manufatura Custo Total Custos - R$ Impedância Percentual - Z% 33

34 Custos Versus Impedância: DCP 6 Horas 1500 Custos - R$ Custo de Manufatura Custo Total Impedância Percentual - Z% 34

35 Custos de Manufatura 35

36 Custos Totais 36

37 Sobrecarga Transformador Operando com Potência Superior a Nominal? Potência & Tempo TEMPERATURA Elevação de Temperatura Insuficiente para aumentar a Perda de Vida Útil OPERAÇÃO NORMAL 37

38 Sobrecarga Nível de Carregamento -% Sn Temperatura 10% 20% 30% 40% 50% do Óleo C Duração Admissível [Minutos] Carregamento Prévio - % Sn Schneider Electric 38

39 Carregamento - Temperatura θ i + 1 = θ A + θ TO + θ i + 1 TEi + 1 θ TOi + θ TO i 1 = = θ TO N θ TO u θ TOi + R k 2 i + 1 ( R + 1) n = θ TO N ( θ TOu R ( R k 2 f ) n θ TOi ) (1 e t τo ) 39

40 Carregamento - Temperatura θ = Ei m θ EN k i θ = Eu θ EN m k f θ Ei + 1 = θ Ei + ( θ Eu θe i ) (1 e t τ E ) θ i + 1 = θ A + θ TO + θ i + 1 Ei

41 Carregamento - Temperatura m n R 55ºC 65ºC 55ºC 65ºC 55ºC 65ºC ONAN 0,8 0,8 0,8 0,8 5,0 3,2 ONAF1 0,8 0,8 0,9 0,9 5,0 4,5 ONAF2 0,8 0,8 0,9 0,9 5,0 6,5 OFAF 0,8 0,8 1,0 1,0 5,0 6,5 τ o τ e 55ºC 65ºC 55ºC 65ºC ONAN 2,7 3,0 0,08 0,08 ONAF1 1,7 2,0 0,08 0,08 ONAF2 1,25 1,25 0,08 0,08 OFAF 1,25 1,25 0,08 0,08 41

42 Carregamento - Temperatura Curva de Demanda Diária 1,40 1,20 1,00 Demanda [p.u u.] 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Horas 42

43 Carregamento - Temperatura PERFIS DE TEMPERATURA DO ENROLAMENTO 85,00 80,00 Temperatura [ºC] 75,00 70,00 65,00 60, Horas 43

44 Análise da Perda de Vida Útil Projeto - I Perdas no Cobre (W) Perdas no Núcleo (W) Perdas Totais (W) Impedância Percentual (%) 262,23 34,18 296,41 3,88 Projeto - II Perdas no Cobre (W) Perdas no Núcleo (W) Perdas Totais (W) Impedância Percentual (%) 202,72 61,82 264,54 2,35 44

45 Análise da Perda de Vida Útil Projeto I 10 kva Perda Vida Útil - 0, DPC: 10,53 horas 45

46 Análise da Perda de Vida Útil O impacto das perdas nos enrolamentos, alteradas pelo aumento da impedância de curto circuito, é mínima uma vez que os impactos destas na temperatura dos enrolamentos é mínimo; Influência do Parâmetro R nas Equações de Temperatura A única possibilidade de problema são ligeiros aumentos nas quedas de tensão. 46

47 Primeiros Protótipos Descrição Perdas a Vazio [W] Perdas Totais [W] Impedância [%] Fabricante - I Valor [R$] Padrão , ,00 Eficiente Normalizado , ,00 Eficiente , ,00 Descrição Perdas a Vazio [W] Perdas Totais [W] Impedância [%] Fabricante - II Valor [R$] Padrão , ,00 Eficiente Normalizado 51, , ,00 Eficiente , ,00 Descrição Perdas a Vazio [W] Perdas Totais [W] Impedância [%] Fabricante - III Valor [R$] Padrão , ,00 Eficiente Normalizado , ,00 Eficiente , ,00 47

48 Potência Nominal [kva] Procedimentos Internacionais Procedimento Europeu CENELEC Perdas em Vazio W 0 [W] Lista A Lista B Lista C Impedância Percentual [%]

49 Procedimentos Internacionais Procedimento Europeu CENELEC Potência Nominal [kva] Perdas sob Carga W CC [W] Lista A Lista B Lista C Impedância Percentual [%]

50 Procedimentos Internacionais Conceitode Faixas PROPHET Comunidade Européia PERDAS A B C Vazio A B C Enrolamentos Combinações AC BA CB 50

51 Considerações Finais Eficiência Conhecimento Sistema & Carga Etiquetagem Análise Perfil Nacional Modelo Próprio 51

52 Atual Conceito NBR Rendiment to - [%] Carregamento Relativo - p.u. 52

53 Dúvidas e Contato Engº Manuel Martinez martinez@lat-efei.org.br (35)