Transformadores de Potência de Alta Tensão Análise de Estado e Capacidade de Carregamento
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- Armando Cerveira da Mota
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1 SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA XXI SNPTEE OUTUBRO 2011 ENTIDADE COORDENADORA - ELETROSUL Transformadores de Potência de Alta Tensão Análise de Estado e Capacidade de Carregamento Dr. José Carlos Mendes ABB Asea Brown Boveri Divisão de Transformadores São Paulo, SP - Brasil jose-carlos.mendes@br.abb.com tel: cel:
2 Carregamento Conteúdo introdução carregamento de transformadores aspectos gerais confiabilidade carregamento de transformadores NBR procedimentos, definições, estado temperaturas ambiente, óleo, enrolamento isolação sólida e expectativa de vida ciclos de carga cargas e temperaturas limites carregamento exemplo Auto 1, 200MVA, 500/230/13.8kV ciclo 1 100%Snx24h+120%Snx4h ciclo 2 100%Snx19.5h+120%Snx4h+140%Snx0.5h temperaturas e expectativa de vida constatações e recomendações transf novos especificações e certificações (oferta, projeto, ensaios) transf existentes análise de estado e capacidade de carrgemento 2
3 Expansão da Geração e Transmissão Expansão da Transmissão HVAC e HVDC Sistema de Transmissão Linhas Longas HVAC & HVDC Expansão da Geração Hidroelétrica HVDC 2020 Até MW 3 Complexidade e Riscos Temperaturas Elevadas, Carregamento, Transitórios, CurtoCircuitos na InfraEstrutura Existente e Envelhecida
4 Expansão da Geração e Transmissão InfraEstrutura Existente 550kV páteo 765/550kV bancos Autos 1650MVA 765kV páteo 345kV páteo 765/345kV bancos Autos 1500MVA 345kV bancos capacitores FURNAS SE TijucoPreto São Paulo Sist Transmissão 765kV Itaipu SE Tijuco Preto - Terminal HVAC ITAIPU-SaoPaulo 4
5 Expansão da Geração e Transmissão InfraEstrutura Existente Expansão do Carregamento páteo 550kV, 50Hz T Auto 3, 375MVA, 525/230/13.8kV R Reg 3, 375MVA, 241.5/241.5±110%kV Ações: sobrecarregamento seguro de T+R análise de estado repotenciação páteo 220kV, 50Hz ITAIPÚ SE Margem Direita Sist Transmissão 550kV 50Hz Itaipu Potência Instalada de Transformação 1875MVA ref ITAIPU e ABB Mendes, JC & Velasquez, E. CIGRE A2 ERIAC 2011 Ciudad del Este PY 5
6 Carregamento Confiável Campo Magnético de Dispersão e Consequências 6
7 Carregamento e Especificação Expectativa de Vida Útil REATOR BR-X MVAr 500kV Classe Térmica da Isolação 65grC TermoEstabilizado A -13,391-13,391-13,391-13,391-13,391-13,391 B 6972, , , , , ,15 Classe Térmica da Isolação 65grC TermoEstabilizado Temp Ambiente grc 25,0 30,0 32,0 35,0 40,0 42,0 Fator Pto+Quente pu 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 Elev Oleo-Amb Media grc 41,0 41,0 41,0 41,0 41,0 41,0 Elev Oleo-Amb Topo (Garantia) grc 52,0 52,0 52,0 52,0 52,0 52,0 Elev Enrol-Amb Media (Garantia) grc 56,0 56,0 56,0 56,0 56,0 56,0 Elev Enrol-Óleo grc 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 Elev Pto+Q Enrol-Ambiente grc 71,5 71,5 71,5 71,5 71,5 71,5 Temp Media Enrol grc 81,0 86,0 88,0 91,0 96,0 98,0 Temp Pto+Quente Enrol (Garantia) grc 96,5 101,5 103,5 106,5 111,5 113,5 Temp. Média Enrolamento 65grC TermoEstabilizado Expectativa Vida Horas anos 230,1 122,3 95,5 66,2 36,4 28,8 Perda Vida Diária %/24h 0, , , , , , Temp. Pto+Quente Enrolamento 65grC TermoEstabilizado Expectativa Vida Horas anos 34,3 19,2 15,3 10,9 6,3 5,1 Perda Vida Diária %/24h 0, , , , , ,
8 Carregamento e Especificação Expectativa de Vida Útil REATOR LIMITE ESPEC MVAr 500kV Classe Térmica da Isolação 65grC TermoEstabilizado A -13,391-13,391-13,391-13,391-13,391-13,391 B 6972, , , , , ,15 Classe Térmica da Isolação 65grC TermoEstabilizado Temp Ambiente grc 25,0 30,0 32,0 35,0 40,0 42,0 Fator Pto+Quente pu 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 Elev Oleo-Amb Media grc 46,0 46,0 46,0 46,0 46,0 46,0 Elev Oleo-Amb Topo (Garantia) grc 58,0 58,0 58,0 58,0 58,0 58,0 Elev Enrol-Amb Media (Garantia) grc 62,0 62,0 62,0 62,0 62,0 62,0 Elev Enrol-Óleo grc 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 Elev Pto+Q Enrol-Ambiente grc 78,8 78,8 78,8 78,8 78,8 78,8 Temp Media Enrol grc 87,0 92,0 94,0 97,0 102,0 104,0 Temp Pto+Quente Enrol (Garantia) grc 103,8 108,8 110,8 113,8 118,8 120,8 Temp. Média Enrolamento 65grC TermoEstabilizado Expectativa Vida Horas anos 108,0 58,7 46,2 32,4 18,2 14,5 Perda Vida Diária %/24h 0, , , , , , Temp. Pto+Quente Enrolamento 65grC TermoEstabilizado Expectativa Vida Horas anos 14,8 8,5 6,8 4,9 2,9 2,4 Perda Vida Diária %/24h 0, , , , , ,
9 BRASIL - Fabricantes de Transformadores TOSHIBA Transformadores & Reatores até 550kV ABB Transformadores & Reatores At w 765kV WEG/TRAFO Transformadores até 242kV SIEMENS Transformadores & Reatores até 765kV 9 ALSTOM Transformadores & Reatores até 765kV WEG Transformadores & Reatores até 550kV
10 Transformadores de Potência Carregamento Aspectos Gerais 10
11 Carregamento Guias e Normas IEC IEEE Std C ABNT NBR
12 Carregamento Influências Influência da Potência do Transformador elevação do fluxo magnético de dispersão elevação das forças de curto-circuitos elevação dos volumes de isolação eletricamente solicitados elevação da dificuldade de caracterizar o ponto+quente do enrolamento Influência na Vida Útil amplitude e duração da sobrecarga projeto do transformador temperaturas óleo, enrolamentos, isolação, ligações, núcleo, partes metálicas umidade na isolação e óleo concentração de gases e saturação tipo, quantidade e tamanho de partículas 12
13 Carregamento Riscos Riscos Imediatos geração de bolhas e redução da suportabilidade dielétrica temp. pto+quente acima da temp. crítica de geração de bolha temp. crítica dependente da umidade e saturação do óleo por gases sobreaquecimento localizado (pontos quentes > 180grC): geração de gases deterioração da isolação e redução da suportabilidade mecânica elevação da pressão de óleo e vazamento em buchas sobreaquecimento da isolação própria e geração de gases em buchas expansão do óleo e vazamento através do conservador falhas de Comutadores por interupção de correntes elevadas Riscos à Longo Prazo Riscos à Longo Prazo aceleração da deterioração térmica cumulativa da isolação sólida e do óleo envelhecimento de outros componentes isolantes estruturais elevação de resistências de contatos em Comutadores (falhas, fusão, etc) deterioração de gaxetas 13
14 Carregamento Umidade do Óleo e da Isolação ABB Divisão de Transformadores: Teor de Água no Óleo e Umidade da Isolação de Celulose Fabricante: XXXXXXXX FURNAS Potência Máxima - MVA: 550 Número de Série: XXXXX Tensão AT - kv: 765 Fabricante: YYYYY Volume de Óleo - litros: Ano Fabric/Reparo: 1980 Massa de Isolação - kg: Exemplo Característica Unid Dados da Amostra No. da Amostra Data da Amostra Teor de Água no Óleo ppm Temperatura do Óleo grc Umidade do Óleo Resultados No. da Amostra média Temperatura do Óleo grc ,0 Volume Teor de Água no Óleo ppm ,8 de Água litros 0,240 0,640 0,800 0,800 0,620 na Teor de Água para Saturação do Óleo ppm Isolação de Estado de Saturação do Óleo - não-saturado não-saturado não-saturado não-saturado não-saturado Papel Umidade Paper Insulation da Isolação Moisture de Papel [ litros ] Método Fabre-Pichon %massa 0,83 1,40 1,80 3,25 1,62 291,4 EHV Weidmann %massa 0,45 1,20 1,50 2,50 1,30 234,2 TV Oommen %massa 0,54 1,17 1,35 2,30 1,26 226,1 Griffin %massa 0,36 1,11 1,45 2,50 1,25 225,7 Estado de Mínimo %massa 0,36 64,8 Umidade Máximo %massa 3,25 585,0 Média %massa 1,36 244,4 Intervalo de 95% Confiança %massa intervalo de confiança estatístico - 95% probabilidade 1, ,70 182, ,3 14
15 Carregamento Saturação Gases Dissolvidos e Vapor de Umidade: Formação de Bolhas Exemplo Risco de Formação de Bolhas: Gás Dissolvido ou Vapor Água 15
16 Carregamento Sistema de Preservação e Bolhas N2 N2 N2 Estado 0 Enchimento 25grC p 100 = + 760= N mmhg Estado: 0 Estado: 1 Estado: 2 Estado 1 Operação Normal p interna = p vaporh 2 O + p DGA p 1 interna= = 672 mmhg Estado 2 Rejeição Carga Risco de Supersaturação e Geração de Bolhas: Gases Dissolvidos e/ou Vapor Água pinterna = pvaporh2o + pdga sem N2 + p N2 pinterna 2 = = 811 mmhg 16
17 Transformadores de Potência Carregamento NBR Procedimentos, Definições e Estado 17
18 Carregamento Procedimentos Controle Avançado do Usuário: Carregamento orientado pelo Estado do Transformador motivação à boa Manutenção incentivo à Inovação Incentivo à Análise de Estado Procedimento 1 Transformadores com potência até 100MVA. SEM disponibilidade de dados de Manutenção e Operação. Procedimento 2 Orientado pelo Estado Atual da Isolação e do Transformador. COM disponibilidade dados de Manutenção e Operação. 18
19 Carregamento Definições Carga Corrente fornecida pelo transformador através do enrolamento considerado. Carga Nominal Corrente nominal do enrolamento considerado. Carregamento Admissível Capacidade de corrente admissível do transformador, em ampéres, podendo ser inclusive superior à corrente nominal, desde que respeitados os limites da Norma. SobreCarga Carregamento no qual são excedidos os limites estabelecidos na Norma. 19
20 Carregamento Requisitos Mínimos - Estado da Isolação Mista (Óleo + Papel) condições operacionais controladas de propriedades da isolação carregamento controlado controle e minimização da perda de vida da isolação Propriedades Óleo e Papel Unid Nível Isolamento < 242kV 242kV O2 ppm máx 3000 máx 3000 H2O à 60grC ppm máx 35 máx 25 Umidade Isolação % máx 2 máx 1.5 Acidez mgkoh/g máx 0.20 máx
21 Transformadores de Potência Carregamento NBR Temperaturas Ambiente, Óleo, Enrolamentos 21
22 Carregamento Elevações de Temperaturas do Óleo e do Enrolamento topo Θ oa Θ heo topo Θ oa Θ eo Θ heo =Hs Θ Pto+Quente Θe Pto+Quente Θe m Θ oa Θ eo Θ he m Θ oa Θ eo Θ m Θ ea Θ m Θ ea inf Θ oa NBR5416 inf Θ oa IEC Θ a Θ he = 10 C (classe 55 C) = 15 C (classe 65 C) Θ he Θ a Hs=1.1 para Sn 2500kVA Hs=1.3 para Sn > 2500kVA 22 Θe = + Θ + Θ = + Θ + Θ a Θ topo oa Θ heo Θ a Θ topo oa Hs Θ Θ eo
23 Carregamento Temperatura Ambiente Parâmetro importante para o Carregamento Método Preferencial: medição direta da Temp Ambiente Método Alternativo: relatórios de Serviços de Meteorologia INMET MA Carregamento Normal: temp ambiente média das médias diárias do mês de interesse obtida de vários anos de observação dúvida adicionar 5grC à temp ambiente - margem Carregamento Emergência: Carregamento Emergência: temp ambiente média das máximas diárias do mês de interesse obtida de vários anos de observação dúvida adicionar 5grC à temp ambiente - margem 23
24 Carregamento Temperatura Ambiente 24
25 Carregamento Temperatura Ambiente Carregamento Normal Carregamento de Emergência 25
26 Transformadores de Potência Carregamento NBR Isolação e Expectativa de Vida 26
27 Carregamento Envelhecimento do Papel Isolante 27
28 Carregamento Expectativa de Vida da Isolação Sistema de isolação mista papel (celulose) + óleo degradação contínua por ação de H2O, O2, Ácidos presentes no óleo envelhecimento térmico e cumulativo envelhecimento dependente da temperatura de operação envelhecimento determinado pela Teoria de Arrhenius Expectativa de Vida da Isolação - função: da temperatura de operação (ponto + quente) da concentração de umidade na isolação (%massa/massa) da concentração de Oxigênio (O2) dissolvido no óleo de ácidos presentes no óleo óleo 28
29 Carregamento Papel Isolante e Limites Temperaturas Classe 55grC papel Kraft elevação da temp média enrolamento-ambiente: elevação da temp. pto+quente enrolamento médio: elevação da temp. pto+quente enrolamento - ambiente: 55grC 10grC 65grC Classe 65grC papel TermoEstabilizado elevação da temp média enrolamento-ambiente: elevação da temp. pto+quente - enrolamento médio: elevação da temp. pto+quente enrolamento - ambiente: 65grC 15grC 80grC 29
30 Carregamento Expectativa de Vida da Isolação Vida (horas) = 10 (A + B ) Te OMI & Papel NOMEX 95 C 30
31 Carregamento Expectativa de Vida da Isolação Expectativa de Vida da Isolação e Temperatura de Operação Temperatura Limite e Expectativa de Vida da Isolação 31
32 Carregamento Expectativa de Vida Normal da Isolação Expectativa de Vida da Isolação de Papel Termo-Estabilizado Temperatura de Operação do Ponto+Quente do Enrolamento em Regime Contínuo: 110grC Base Vida Normal da Isolação de Papel Termo-Estabilizado Horas Anos 50% da Tensão de Ruptura do Papel Novo % da Tensão de Ruptura do Papel Novo Grau de Polimerização Residual GP = Dados de Vida Funcional de Transformadores de Distribuição (interpretação) IEEE Std C
33 Carregamento Expectativa de Vida da Isolação Temperatura Pto+Quente ( C) 55 C Kraft Expectativa de Vida Horas (Anos) ÓLEO MINERAL 65 C TermoEstabilizado 95 C NOMEX BIOTEMP 55 C Kraft (25.1) (138.6) (50.3) (7.5) (41.0) (14.9) (4.1) (22.8) (8.3) não (2.4) (12.9) (4.7) significante (1.4) (7.5) (2.7) (2.6) (325) (61) (13) - 33 B Vida (horas) = 10 (A+ ) T
34 Carregamento Perda de Vida da Isolação Perda de Vida determinada pela Teoria de Arrhenius A e B - parâmetros da curva de expectativa de vida da isolação Te = Θe temperatura absoluta (grk) da isolação t - intervalo de tempo (horas) no qual a temperatura do ponto+quente permanece constante PV% = 10 - B 273+ Θ e + A t
35 Carregamento Aceleração da Perda de Vida da Isolação Fator Aceleração Perda de Vida FApv vida consumida atual da isolação Vida CA f(te; Vida Operacional; Estado Isolação) vida consumida normal Vida CN f(te; Vida Operacional) FApv = Vida CA Vida CN [pu] FApv
36 Transformadores de Potência Carregamento NBR Ciclos de Carga 36
37 Carregamento Curva de Carga e Carga Equivalente (base e ponta) S/Sn % Si S1 S2 Base S (t) tp Sp S/Sn % Sk S (t) Sa Sb Sj Sp Si Ponta t1 t2 6h 12h 18h tk 24h ta tb tj 18h Base Ponta 37
38 Carregamento Curva Carga Diária P, MW Q,MVAr S, MVA 2009Fev20 Carga Diária potências P, MW Q, MVAr e S, MVA fev-09 00:00:00 20-fev-09 02:00:00 20-fev-09 04:00:00 20-fev-09 06:00:00 20-fev-09 08:00:00 20-fev-09 10:00:00 20-fev-09 12:00:00 20-fev-09 14:00:00 20-fev-09 16:00:00 20-fev-09 18:00:00 20-fev-09 20:00:00 20-fev-09 22:00:00 21-fev-09 00:00:00 38
39 Transformadores de Potência Carregamento NBR Ciclos de Carga Cargas e Temperaturas Limites 39
40 Carregamento Cargas e Temperaturas Limites Tipo do Carregamento Carga Limite Temperatura Limite (grc) Transformador 55grC 65grC 100 MVA >100 MVA Topo Óleo Pto+ Quente Topo Óleo Pto+ Quente Normal 150% 130% Emergência de Longa Duração Emergência de Curta Duração 150% 130% % 140%
41 Transformadores de Potência Carregamento NBR Exemplos de Aplicação 41
42 Carregamento Exemplo Auto, 1, 200MVA, 500±10%/230/13.8kV, ONAN/ONAF, 65grC/65grC AutoTransformador: 1. 1Fa, 60Hz, ONAN/ONAF 2. AT&BT 120/160/200MVA 3. TERC 12/16/20MVA ±10%/230/13.8kV 5. Classe Térmica 65grC 6. Papel TermoEstabilizado 7. Elevações Temp Especificadas: Óleo 65 grc Enrolamentos 65grC Ponto+Quente 80grC 8. Perdas: Vazio 87.5kW Carga 411.2kW Garantia 600.0kW 9. Resfriamento Radiadores 12 x 2300x32el MotoVentiladores 8 x D Ruído 88dB(A) ONAF Local Instalação Θ a Garantia: 65 topo Θ oa Θ Θ oa m Θ inf Θ oa Θ ea m 38 Garantia: Θ eo x 22 = 28.6 Θ eo Θ heo =Hs Θ Pto+Quente Θ ea 78.9 Garantia: 80 NBR Hs= 1.1 para Sn 2500kVA Hs= 1.3 para Sn > 2500kVA IEC
43 Carregamento Carga 100%Sn 24h Expectativa de Vida da Isolação 43
44 Carregamento Ciclo Carga 1 44
45 Carregamento Ciclo Carga 1 - Temperaturas 45
46 Carregamento Ciclo Carga 1 Perda e Expectativa de Vida da Isolação 46
47 Carregamento Ciclo Carga 2 47
48 Carregamento Ciclo Carga 2 - Temperaturas 48
49 Carregamento Ciclo Carga 2 Perda e Expectativa de Vida da Isolação 49
50 Transformadores de Potência Carregamento Constatações e Recomendações 50
51 Transformadores Novos Avaliação e Seleção de Alternativas Expectativa de Vida Útil Garantida, anos Ciclo de Vida, anos Custo do Ativo: compra transporte instalação $1 Custo da Operação: perdas (Vazio, Carga, Auxiliares) manutenção reparos desempenho $2 Custo Fim de Vida: substituição transferência revitalização $3 NPV, Custo Total / Ciclo de Vida $ = $1+$2+$3 R$ kva x Vida Útil x FatorSobreCarga 51
52 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Temperatura Ambiente Local: carregamento é limitada pela temp absoluta do ponto+quente (Te= Θe +273, grk) do enrolamento Θe = Θa + Θoa + Θheo = Θe = Θa + Θoa + Hs. Θ Θeo (grc) Θa - temperatura ambiente Θoa - elevação da temp do topo do óleo sobre a temperatura ambiente Θeo - elevação de temp do do enrolamento sobre a temperatura do topo do óleo Θheo - elevação de temp do ponto+quente do enrolamento sobre a temp do topo do óleo Hs - fator do ponto+quente (hot spot), Hs 1.3 típico para transformadores de potência Temperatura Ambiente Local Real ou Dados Históricos: medida em tempo real séries históricas Ministério da Agricultura ou similar média das temp médias diárias de cada mês de interesse média das temp máximas diárias de cada mês de interesse margem em caso de dúvida da adequação da temp ambiente local: adicionar 5grC à temp ambiente 52
53 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Temperatura do Ponto+Quente do Enrolamento: carregamento é limitada pela temp absoluta do ponto+quente (Te= Θe +273, grk) do enrolamento Θe = Θa + Θoa + Θheo = Θe = Θa + Θoa + Hs. Θ Θeo (grc) Θa - temperatura ambiente Θoa - elevação da temp do topo do óleo sobre a temperatura ambiente Θeo - elevação de temp do do enrolamento sobre a temperatura do topo do óleo Θheo - elevação de temp do ponto+quente do enrolamento sobre a temp do topo do óleo Hs - fator do ponto+quente (hot spot), Hs 1.3 típico para transformadores de potência Temperatura Limite do Ponto+Quente do Enrolamento: carregamento planejado com Expectativa de Vida Normal (40 anos) da Isolação 120grC isolação papel TermoEstabilizado Estado do Transformador conf NBR carregamento emergência com Perda de Vida Adicional da Expectativa de Vida Normal (40anos) da Isolação 140grC isolação papel TermoEstabilizado duração da ponta de carga limitada à 0.5h (30min) Estado do Transformador conf NBR
54 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Ciclo de Carga: especificar claramente o ciclo de carga período de 24 horas apresentar a curva de carga (Carga 1 ou Carga 2 ou Outro) 54
55 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Expectativa de Vida da Isolação: expectativa de vida da isolação não-inferior à 40 anos para o carregamento (Carga 1 ou Carga 2 ou Outro) isolação do tipo papel TermoEstablizado (classe 65grC) ou Superior Fim de Vida da Isolação: critério conforme IEEE C (revisar NBR !!) horas para o papel TermoEstabilizado, correspondente ao GP fim de vida de 200 Método de Cálculo: modelo de cálculo conf NBR constantes da curva de expectativa de vida da isolação (Papel TermoEstabilizado) A e B: A = B =
56 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: OFERTA dado de garantia nas tabelas técnicas fator de ponto+quente (Hs) dos enrolamentos certificação do Papel Isolante TermoEstabilziado elevações de temperaturas do óleo e do enrolamento ao longo do Ciclo de Carga Especificado temperaturas do óleo e do enrolamento ao longo do Ciclo de Carga Especificado perda de vida diária ao longo do Ciclo de Carga Especificado expectativa de vida da isolação em HORAS e ANOS (mínimo 40 anos) referida ao ponto+quente do enrolamento 56
57 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: PROJETO certificação do projeto em etapa de Revisão de Projeto (Design Review) fator de ponto+quente (Hs) dos enrolamentos certificação do Papel Isolante TermoEstabilziado elevações de temperaturas do óleo e do enrolamento ao longo do Ciclo de Carga Especificado temperaturas do óleo e do enrolamento ao longo do Ciclo de Carga Especificado perda de vida diária ao longo do Ciclo de Carga Especificado expectativa de vida da isolação em HORAS e ANOS (mínimo 40 anos) referida ao ponto+quente do enrolamento 57
58 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: ENSAIOS DE AQUECIMENTO certificação final do transformador: Ensaio de Aquecimento regular, conforme NBR :2005 Aplicação de Corrente correspondente à condição de Perdas Máximas Totais (Vazio + Carga) Não-permitir ensaio de aquecimento com corrente reduzida (típica 80%In), pois efeitos de campos magnéticos (pontos quentes, formação de gases, etc) podem não ser revelados. Medições e Registros em Tempo Real: Elevação de temperatura média do óleo Elevação de temperatura do topo do óleo Elevação de temperatura enrolamento-óleo referida à temperatura média do óleo DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes e após o ensaio) Cálculos Complementares: Elevação de temperatura do ponto+quente do enrolamento sobre a elevação de temperatura do topo do óleo (utilizar Fator de Ponto+Quente, HotSpot - Hs) Expectativa de vida da isolação em HORAS e ANOS (mínimo 40 anos) Controle de Qualidade - DGA: DGA Gases Dissolvidos no Óleo TermoVisão (IRS) 58
59 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: ENSAIOS DE SOBRECARGA certificação final do transformador: Ensaio de Aquecimento com Carregamento Transitório, conforme NBR :2005, Anexo B, seção B.4 Aplicação de Corrente de Carga conforme Ciclo de Carga Especificado (Carga 1 ou Carga 2 ou Outro) Medições e Registros em Tempo Real: Elevação de temperatura média do óleo Elevação de temperatura do topo do óleo Elevação de temperatura enrolamento-óleo referida à de temperatura média do óleo DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes e após o ensaio) Cálculos Complementares: Elevação de temperatura do ponto+quente do enrolamento sobre a elevação de temperatura do topo do óleo (utilizar Fator de Ponto+Quente, HotSpot - Hs) Expectativa de vida da isolação em HORAS e ANOS (mínimo 40 anos) Controle de Qualidade - DGA: DGA Gases Dissolvidos no Óleo TermoVisão (IRS) 59
60 Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: DGA Gases Dissolvidos no Óleo certificação final do transformador: ENSAIO DE AQUECIMENTO - conforme NBR :2005 DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes; a cada 6 horas; após ensaio) DGA e controle da formação de gases durante o ensaio: Gás H2 CH4 CO CO2 C2H4 C2H6 C2H2 Pós-Antes, ppm nd ENSAIO DE SOBRECARGA - conforme NBR :2005, Anexo B, seção B.4 DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes; a cada 6 horas; após ensaio) DGA e controle da formação de gases durante o ensaio: Gás H2 CH4 CO CO2 C2H4 C2H6 C2H2 Pós-Antes, ppm nd Método Alternativo de Controle: NBR5356-2:2005 Anexo C, seção C.4 CIGRÉ Electra No. 12, Maio
61 Transformadores Existentes Carregamento e Estado Global dos Transformadores Avaliar Passado: histórico do carregamento histórico de temperatura ambiente local evolução do estado global estado do óleo; e estado da isolação sólida Analisar: combina aspectos carregamento; e estado global da isolação a vida residual da isolação do transformador de interesse Potencializar a Capacidade de Carregamento Futuro: análise do desempenho térmico fundamentado no Ensaio de Aquecimento Original carregamento adicional do transformador temperatura ambiente local esperada requisitos de expectativa de vida operacional futura capacidade adicional de sistema de resfriamento externo necessária 61
62 Transformadores Existentes Carregamento e Estado Global dos Transformadores Ensaio de Aquecimento Original e Capacidade de Carregamento: consideração com atenção: Conforme Norma NBR5380:1982 seção Ensaio de Elevação de Temperaturas de Transformadores Imersos em Óleo a. Para fins de determinação da elevação de temperatura dos enrolamentos sobre o ar ambiente, é necessário obter-se a temperatura do óleo isolante. Como valor desta pode-se utilizar: 1) o valor da temperatura média do óleo 2) o valor da temperatura do topo do óleo O comprador deve indicar na sua especificação qual destes dois valores deve ser adotado; na falta de indicação, a escolha fica a critério do fabricante. consequências: Relevantes para transformadores com resfriamento ONAN/ONAF Elevação de temperatura enrolamento-óleo reportada inferior à real Elevação de temperatura ponto+quente do enrolamento sobre o topo do óleo menor que a elevação de temperatura efetiva real Perda de Vida Efetiva da Isolação real maior que a estimada com base no ensaio Limitação da capacidade de carregamento e sobrecargas 62
63 Transformadores Existentes Estado Global dos Transformadores Estado do Óleo: dados históricos (Base Dados de até até 26 anos de vida operacional) evolução das concentrações de gases combustíveis e de suas relações evolução da taxa de formação de gases combustíveis evolução das concentrações de CO e CO2, suas relações e volumes evolução do estado de saturação de gasosa do óleo isolante correlações de evolução de gases dissolvidos (TGC, CO, CO2) relações características (CO2/CO, H2/CH4 e C2H4/C2H6) correlações entre os transformadores do grupo de interesse com transformadores similares - históricos conhecidos de DGA e FQE e Carga evolução das propriedades FQE: rigidez dielétrica acidez tensão interfacial teor de água fator de dissipação á 90grC cor enxôfre corrosivo estado de oxidação número de partículas concentração de furanos (2Fal) 63
64 Transformadores Existentes Estado Global dos Transformadores Estado da Isolação Sólida: umidade da isolação sólida risco de formação de bolhas evolução do estado de saturação do óleo por gases dissolvidos evolução do estado de formação de vapor de umidade correlação com temperatura de formação de gases originados pela isolação sólida correlação com temperatura de formação de gases originados em sobreaquecimento localizados (ponto quente) em estruturas metálicas da parte ativa do transformador estimativa da vida consumida da isolação sólida (celulose) conforme estado atual da isolação sólida e óleo determinação de fatores de aceleração da perda de vida da isolação estimativa da vida residual da isolação sólida (celulose) no estado atual da isolação sólida e óleo no estado futuro pós-repotenciação f(temperaturas, sistema de resfriamento, expectativa de carregamento) 64
65 Transformadores Existentes Carregamento dos Transformadores Temperatura Ambiente Local: carregamento é limitada pela temp absoluta do ponto+quente (Te= Θe +273, grk) do enrolamento Θe = Θa + Θoa + Θheo = Θe = Θa + Θoa + Hs. Θ Θeo (grc) Θa - temperatura ambiente Θoa - elevação da temp do topo do óleo sobre a temperatura ambiente Θeo - elevação de temp do do enrolamento sobre a temperatura do topo do óleo Θheo - elevação de temp do ponto+quente do enrolamento sobre a temp do topo do óleo Hs - fator do ponto+quente (hot spot), Hs 1.3 típico para transformadores de potência Temperatura Ambiente Local Real ou Dados Históricos: medida em tempo real séries históricas Ministério da Agricultura ou similar média das temp médias diárias de cada mês de interesse média das temp máximas diárias de cada mês de interesse margem em caso de dúvida da adequação da temp ambiente local: adicionar 5grC à temp ambiente 65
66 Transformadores Existentes Carregamento dos Transformadores P, MW Q,MVAr S, MVA 2009Fev20 Carga Diária potências P, MW Q, MVAr e S, MVA fev-09 00:00:00 20-fev-09 02:00:00 20-fev-09 04:00:00 20-fev-09 06:00:00 20-fev-09 08:00:00 20-fev-09 10:00:00 20-fev-09 12:00:00 20-fev-09 14:00:00 20-fev-09 16:00:00 20-fev-09 18:00:00 20-fev-09 20:00:00 20-fev-09 22:00:00 21-fev-09 00:00:00 66
67 Transformadores Novos e Existentes Sistema de Monitoração em Tempo Real Monitoração sensores arquivo dados procesamento dados alarmes Comunicação Gestão procesamento avançado alarmes valores calculados modelos diagnósticos prognósticos recomendações 67
68 68
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