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 email: jose-carlos.mendes@br.abb.com tel: cel: +55 11 2464 8410 +55 11 8354 5358 1
Carregamento Conteúdo introdução carregamento de transformadores aspectos gerais confiabilidade carregamento de transformadores NBR5416-1997 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
Expansão da Geração e Transmissão Expansão da Transmissão HVAC e HVDC Sistema de Transmissão Linhas Longas HVAC & HVDC Expansão da Geração Hidroelétrica 2007-2020 HVDC 2020 Até 18000 MW 3 Complexidade e Riscos Temperaturas Elevadas, Carregamento, Transitórios, CurtoCircuitos na InfraEstrutura Existente e Envelhecida
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
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
Carregamento Confiável Campo Magnético de Dispersão e Consequências 6
Carregamento e Especificação Expectativa de Vida Útil REATOR BR-X 1 45.33MVAr 500kV Classe Térmica da Isolação 65grC TermoEstabilizado A -13,391-13,391-13,391-13,391-13,391-13,391 B 6972,15 6972,15 6972,15 6972,15 6972,15 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 2015297 1071595 836440 579773 318945 252265 anos 230,1 122,3 95,5 66,2 36,4 28,8 Perda Vida Diária %/24h 0,001191 0,002240 0,002869 0,004140 0,007525 0,009514 Temp. Pto+Quente Enrolamento 65grC TermoEstabilizado Expectativa Vida Horas 300710 168354 134068 95705 55212 44483 anos 34,3 19,2 15,3 10,9 6,3 5,1 Perda Vida Diária %/24h 0,007981 0,014256 0,017901 0,025077 0,043469 0,053953 7
Carregamento e Especificação Expectativa de Vida Útil REATOR LIMITE ESPEC 1 45.33MVAr 500kV Classe Térmica da Isolação 65grC TermoEstabilizado A -13,391-13,391-13,391-13,391-13,391-13,391 B 6972,15 6972,15 6972,15 6972,15 6972,15 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 946419 513784 404282 283562 159001 126697 anos 108,0 58,7 46,2 32,4 18,2 14,5 Perda Vida Diária %/24h 0,002536 0,004671 0,005936 0,008464 0,015094 0,018943 Temp. Pto+Quente Enrolamento 65grC TermoEstabilizado Expectativa Vida Horas 129593 74176 59580 43073 25362 20597 anos 14,8 8,5 6,8 4,9 2,9 2,4 Perda Vida Diária %/24h 0,018519 0,032356 0,040282 0,055719 0,094631 0,116523 8
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
Transformadores de Potência Carregamento Aspectos Gerais 10
Carregamento Guias e Normas IEC 60076-77 2005-12 IEEE Std C57.91 1995 ABNT NBR 5416 1997 11
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
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
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: 80000 Ano Fabric/Reparo: 1980 Massa de Isolação - kg: 18000 Exemplo Característica Unid Dados da Amostra No. da Amostra - 1 2 3 4 Data da Amostra - 1980-01-01 1990-01-01 1995-01-01 2002-01-01 Teor de Água no Óleo ppm 3 8 10 10 Temperatura do Óleo grc 60 60 60 40 Umidade do Óleo Resultados No. da Amostra - 1 2 3 4 média Temperatura do Óleo grc 60 60 60 40 55,0 Volume Teor de Água no Óleo ppm 3 8 10 10 7,8 de Água litros 0,240 0,640 0,800 0,800 0,620 na Teor de Água para Saturação do Óleo ppm 201 201 201 98 169 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 1,01 -- 1,70 182,4 -- 306,3 14
Carregamento Saturação Gases Dissolvidos e Vapor de Umidade: Formação de Bolhas Exemplo Risco de Formação de Bolhas: Gás Dissolvido ou Vapor Água 15
Carregamento Sistema de Preservação e Bolhas N2 N2 N2 Estado 0 Enchimento 25grC p 100 = + 760= 761 0133. 0 3 N2 2 10 mmhg Estado: 0 Estado: 1 Estado: 2 Estado 1 Operação Normal 1 1 1 p interna = p vaporh 2 O + p DGA p 1 interna= 9+ 08724760. = 672 mmhg Estado 2 Rejeição Carga Risco de Supersaturação e Geração de Bolhas: Gases Dissolvidos e/ou Vapor Água pinterna 2 2 2 2 = pvaporh2o + pdga sem N2 + p N2 pinterna 2 = 4+ 301. + 7778. = 811 mmhg 16
Transformadores de Potência Carregamento NBR5416 1997 Procedimentos, Definições e Estado 17
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
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
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 0.15 20
Transformadores de Potência Carregamento NBR5416 1997 Temperaturas Ambiente, Óleo, Enrolamentos 21
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 IEC60076-7 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
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
Carregamento Temperatura Ambiente 24
Carregamento Temperatura Ambiente Carregamento Normal Carregamento de Emergência 25
Transformadores de Potência Carregamento NBR5416 1997 Isolação e Expectativa de Vida 26
Carregamento Envelhecimento do Papel Isolante 27
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
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
Carregamento Expectativa de Vida da Isolação Vida (horas) = 10 (A + B ) Te OMI & Papel NOMEX 95 C 30
Carregamento Expectativa de Vida da Isolação Expectativa de Vida da Isolação e Temperatura de Operação Temperatura Limite e Expectativa de Vida da Isolação 31
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 65 000 7.4 25% da Tensão de Ruptura do Papel Novo 135 000 15.4 Grau de Polimerização Residual GP = 200 150 000 17.1 Dados de Vida Funcional de Transformadores de Distribuição (interpretação) IEEE Std C57.91-1995 180 000 20.6 32
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 85 220 000 (25.1) 1 214 000 (138.6) 440838 (50.3) 95 65 000 (7.5) 359 000 (41.0) 130335 (14.9) 100 36232 (4.1) 200 028 (22.8) 72626 (8.3) não 105 20 500 (2.4) 113 200 (12.9) 41100 (4.7) significante 110 11 800 (1.4) 65 000 (7.5) 23607 (2.7) 120 4 050 22 500 (2.6) 8125 130-8 150-140 - - 2 850 000 (325) - 160 - - 533 000 (61) - 180 - - 115 500 (13) - 33 B Vida (horas) = 10 (A+ ) T
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+ 273 - 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 100 34
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 1.0 35
Transformadores de Potência Carregamento NBR5416 1997 Ciclos de Carga 36
Carregamento Curva de Carga e Carga Equivalente (base e ponta) 150 100 50 S/Sn % Si S1 S2 Base S (t) tp Sp S/Sn % Sk 150 100 50 S (t) Sa Sb Sj Sp Si Ponta t1 t2 6h 12h 18h tk 24h ta tb tj 18h Base Ponta 37
Carregamento Curva Carga Diária 400 380 360 340 320 300 P, MW Q,MVAr S, MVA 2009Fev20 Carga Diária potências P, MW Q, MVAr e S, MVA 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20-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
Transformadores de Potência Carregamento NBR5416 199 Ciclos de Carga Cargas e Temperaturas Limites 39
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% 95 105 105 120 Emergência de Longa Duração Emergência de Curta Duração 150% 130% 105 120 110 130 150% 140% 105 130 110 140 40
Transformadores de Potência Carregamento NBR5416 1997 Exemplos de Aplicação 41
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 4. 500±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 D900 10. 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: 65 26 50 22 Θ eo 60 1.3 x 22 = 28.6 Θ eo Θ heo =Hs Θ Pto+Quente Θ ea 78.9 Garantia: 80 NBR5416 1997 Hs= 1.1 para Sn 2500kVA Hs= 1.3 para Sn > 2500kVA IEC60076-7 42 42
Carregamento Carga 100%Sn 24h Expectativa de Vida da Isolação 43
Carregamento Ciclo Carga 1 44
Carregamento Ciclo Carga 1 - Temperaturas 45
Carregamento Ciclo Carga 1 Perda e Expectativa de Vida da Isolação 46
Carregamento Ciclo Carga 2 47
Carregamento Ciclo Carga 2 - Temperaturas 48
Carregamento Ciclo Carga 2 Perda e Expectativa de Vida da Isolação 49
Transformadores de Potência Carregamento Constatações e Recomendações 50
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
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
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 NBR5416-1997 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 NBR5416-1997 53
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
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 C57.91-1995 (revisar NBR5416 1997!!) 150 000 horas para o papel TermoEstabilizado, correspondente ao GP fim de vida de 200 Método de Cálculo: modelo de cálculo conf NBR5416-1997 constantes da curva de expectativa de vida da isolação (Papel TermoEstabilizado) A e B: A = -11.833 B = 6514.42 55
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
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
Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: ENSAIOS DE AQUECIMENTO certificação final do transformador: Ensaio de Aquecimento regular, conforme NBR 5356-02:2005 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
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 5356-02:2005, 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
Transformadores Novos Carregamento e Especificação Detalhada Requerer Certificação e Comprovação: DGA Gases Dissolvidos no Óleo certificação final do transformador: ENSAIO DE AQUECIMENTO - conforme NBR 5356-02:2005 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 15 2 25 250 1 2 nd ENSAIO DE SOBRECARGA - conforme NBR 5356-02:2005, 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 20 2 50 300 1 2 nd Método Alternativo de Controle: NBR5356-2:2005 Anexo C, seção C.4 CIGRÉ Electra No. 12, Maio 1982 60
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
Transformadores Existentes Carregamento e Estado Global dos Transformadores Ensaio de Aquecimento Original e Capacidade de Carregamento: consideração com atenção: Conforme Norma NBR5380:1982 seção 4.13.1 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
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
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
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
Transformadores Existentes Carregamento dos Transformadores 400 380 360 340 320 300 P, MW Q,MVAr S, MVA 2009Fev20 Carga Diária potências P, MW Q, MVAr e S, MVA 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20-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
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
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