Manuel L. B. Martinez Arimatéa A. Nunes Ivan P. Faria Octávio Moniz Rogério Salustiano Victor Telles

Transcrição

1 Universidade Federal de Itajubá Instituto de Sistemas Elétricos e de Energia Laboratório de Alta Tensão Manuel L. B. Martinez Arimatéa A. Nunes Ivan P. Faria Octávio Moniz Rogério Salustiano Victor Telles

2 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. 2

3 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 3

4 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 4

5 Normalização & Etiquetagem Etiquetagem Necessidade Nacional Imposta por Tendências Mundiais Fortes Impactos na Cadeia Produtiva, Refletindo & Viabilizando Desenvolvimento Futuro Sustentável NECESSIDADE 5

6 ABNT Discussões Partes Envolvidas Análise do Mercado Nacional; Manutenção & Utilização Insumos Nacionais; & Processos & Tolerâncias de Manufatura. Custos de Aquisição. 6

7 Modificações Adequações Elétricas Disposição das Conexões; Distâncias de Isolamento; & Dispositivos Controle Relação Transformação. Ajustes Mecânicos Características Segurança & Operacionais; Estanqueidade;& Padronização de Sistemas & Conexões. 7

8 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. 8

9 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

10 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 ,

11 Rendimento Operação Pontual Equipamento 11 Perdas Scos Scos Perdas P P P P c c Saída Saída Entrada Saída 2 n CC 0 c c ) S S ( W W Scos Scos 2 n i CC 0 c i c i i ) S S ( W W cos S cos S Perdas Padrão da Unidade

12 Rendimento S L S cos L i i i n c i S 2 n L i S n cos c W 0 W CC L i Rendimento Máximo Independe da Carga d dl i i 0 L Máximo W W 0 CC 12

13 FP = 0,75 FP = 0,90 FP = 1,00 Rendimento - [%] Carregamento Relativo - [p.u.] L Máximo ,36 13

14 Perda Relativa "Eficiência" - [%] FP = 0,75 FP = 0,90 FP = 1, Carregamento Relativo - [p.u.] 14

15 Carregamento Relativo - [p.u.] kva - Rural Eficiência Horas Dia - [H] Condição Operação Equipamento - Custos 15

16 Carregamento Relativo - [p.u.] Limite - 5% Provável Limite - 95% Modelo Estatístico Horas Dia - [H] Limites Carregamento 16

17 Demanda Máxima "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 17

18 80 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 18

19 TCO PCC A* W0 B * W CC TCO Custo Total [R$ - EU$ - US$] A 8760 i(1 i(1 i ) i n ) n 1 C kwh B A( I I l 2 ) r 19

20 0.6 Carregamento 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 20

21 99,9 Percentagem - Distribuição 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 21

22 TSMP 15 kva 22 0, , , , , , , , , ,1 DPC: 15 kva 0,202-0,277-0,380 DPC Limites Máximos Médios 0, Percentagem - Distribuição Weibull

23 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 23

24 15 kva A 8760 i(1 i(1 DPC Curvas Características DPC = 1Hora Transformadores de 15 kva - Potência Nominal 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora DPC Média Diária 1% 5% 50% 95% 99% 5 Minutos Minutos Hora Perdas sob Carga Irrelevantes i ) n i 1 C n ) kwh B 365 n i(1 i ) 1 C n i(1 i ) kwh 24

25 TCO PCC 8760 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 8760 Onde PCC PC j(1 j j(1 j ) n ) v n v n i(1 i ) 1 C n i(1 i ) i(1 i ) 1 i(1 i kwh n ) 1 n W 0 25

26 Influência da impedância no projeto de transformadores de distribuição monofásicos rurais. Aumentodonúmerodeespiras: n s ,88 U S f Menores perdas em vazio

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

28 Detalhes dos Projetos 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; 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;

29 Perdas - [W] Perdas sob Carga Perdas a Vazio Perdas Totais Impedância Percentual - Z% 29

30 Custo de Manufatura Custo Total Custos - R$ Impedância Percentual - Z% 30

31 1500 Custos - R$ Custo de Manufatura Custo Total Impedância Percentual - Z% 31

32 32

33 33

34 Transformador Operando com Potência Superior a Nominal? Potência & Tempo TEMPERATURA Elevação de Temperatura Insuficiente para aumentar a Perda de Vida Útil OPERAÇÃO NORMAL 34

35 Carregamento Prévio % Sn Temperatura do Óleo C Nível de Carregamento % Sn 10% 20% 30% 40% 50% Duração Admissível [Minutos] Schneider Electric 35

36 i 1 A TO i 1 TEi 1 TO u TO i 1 TO N TO i R TO i ( R k 2 f 1 1) n TO N ( TO u R ( R TO i k 2 i 1 1) n ) (1 e t O ) 36

37 37 m EN k i E i 1 Ei 1 TO i A 1 i ) E t e (1 ) i E Eu ( Ei 1 E i m f k EN Eu

38 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 o 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 38

39 Curva de Demanda Diária Demanda [p.u.] 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Horas 39

40 PERFIS DE TEMPERATURA DO ENROLAMENTO 85,00 80,00 Temperatura [ºC] 75,00 70,00 65,00 60, Horas 40

41 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 41

42 Projeto I 10 kva Perda Vida Útil - 0, DPC: 10,53 horas 42

43 Projeto II 10 kva Perda Vida Útil - 0, DPC: 10,53 horas 43

44 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. 44

45 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 45

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

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

48 Conceito de Faixas PROPHET Comunidade Européia PERDAS A B C Vazio A B C Enrolamentos Combinações AC BA CB 48

49 Eficiência Conhecimento Sistema & Carga Etiquetagem Análise Perfil Nacional Modelo Próprio 49

50 Rendimento - [%] Carregamento Relativo - p.u. 50