ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA

ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA Operador Nacional do Sistema Elétrico Rua Júlio do Carmo, 251 Cidade Nova 20091-005 Rio de Janeiro RJ Tel (+21) 3444-9400

2014/ONS Todos os direitos reservados. Qualquer alteração é proibida sem autorização. ONS NT 038/2014 Revisão 0 ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 25 de fevereiro de 2014

Sumário 1 Introdução e objetivo 5 2 Requisitos funcionais e especificação para fabricação 6 2.1 Referências normativas 6 2.2 Vida útil 6 2.3 Capacidade de carregamento 6 2.3.1 Subsídios para elaboração da especificação para fabricação da unidade transformadora 6 2.3.2 Situações de carregamento normatizadas e reguladas 7 2.3.3 Situações estabelecidas no CPST e no CD 8 2.3.3.1 Ciclos de carregamento em condição normal de operação e de emergência de longa duração 8 2.3.3.2 Ciclo de carregamento de emergência de curta duração 9 2.3.4 Situações de carregamento para dimensionamento 10 2.3.4.1 Ciclos a serem considerados 10 2.3.4.2 Ciclo de carga normal 10 2.3.4.3 Ciclo de sobrecarga 11 3 Ensaio de elevação de temperatura em sobrecarga 13 3.1 Objetivo 13 3.2 Premissas 13 3.2.1 Temperatura ambiente 13 3.3 Critérios 13 3.3.1 Expectativa de vida 13 3.3.2 Limites de temperatura 13 3.3.3 Gases dissolvidos no óleo DGA 14 3.3.4 Estanqueidade após a realização do ensaio 15 3.4 Configuração da unidade transformadora para ensaio 16 3.4.1 Enrolamentos 16 3.4.2 Potência de referência 16 3.4.3 Derivação 16 3.5 Procedimento para o ensaio de sobrecarga 16 3.5.1 Método de ensaio 16 3.5.2 Etapa 0 a t1 19 ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 3 / 25

3.5.2.1 Objetivo 19 3.5.2.2 Tensão e corrente de ensaio 19 3.5.2.3 Duração 19 3.5.2.4 Grandezas monitoradas 19 3.5.2.5 Valores medidos 19 3.5.2.6 Valores calculados 19 3.5.2.7 Amostra de gás 19 3.5.3 Etapa t1 a t2 20 3.5.3.1 Objetivo 20 3.5.3.2 Tensão e corrente de ensaio 20 3.5.3.3 Duração 20 3.5.3.4 Grandezas monitoradas 20 3.5.3.5 Valores medidos 20 3.5.3.6 Valores calculados 20 3.5.3.7 Amostra de óleo para ensaio de gascromatografia 21 3.5.4 Etapa t2 a t3 21 3.5.4.1 Objetivo 21 3.5.4.2 Tensão e corrente de ensaio 21 3.5.4.3 Duração 21 3.5.4.4 Grandezas monitoradas 21 3.5.4.5 Valores medidos 21 3.5.4.6 Valores calculados 22 4 Conclusões e recomendações 23 5 Créditos 24 Lista de figuras e tabelas 25 ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 4 / 25

1 Introdução e objetivo Uma nova unidade transformadora de potência a ser integrada à rede básica deve atender aos requisitos funcionais relativos à capacidade operativa estabelecidos nos anexos técnicos dos editais de leilão e nos procedimentos de rede. Tais requisitos representam o compromisso entre a transmissora, no que se refere à capacidade da unidade transformadora, e o ONS, no que se refere às condições operativas à que a unidade poderá ser submetida ao longo de sua vida útil. Entende-se por requisito funcional o conjunto de informações que permite à concessionária do serviço de transmissão (proponente ao edital de leilão ou transmissora à qual será feita a autorização de instalação) avaliar o modo ou modos de operação sob os quais o transformador será solicitado a operar ao longo de sua vida útil. Desde que atendidos os requisitos funcionais constantes do anexo técnico do edital de leilão, a especificação para dimensionamento e fabricação da unidade transformadora é prerrogativa da transmissora, de forma a que possa garantir a capacidade operativa acordada com o ONS. Enquanto que o compromisso entre a transmissora e o ONS perdura ao longo de toda a vida útil do equipamento, o relacionamento entre a transmissora e o fabricante se extingue formal e contratualmente ao final do período de garantia. Por conseguinte, é interesse de todos os envolvidos no processo ONS, transmissora e fabricante que não haja dúvidas quanto às condições a que a unidade transformadora poderá vir a ser submetida ao longo de sua vida útil, de forma a possibilitar que a unidade a ser fornecida pelo fabricante seja adequada e a garantir uma base mínima homogênea para projeto e dimensionamento. O processo estocástico que representa mais realisticamente as condições operativas a que uma unidade transformadora pode vir a ser submetida ao longo da vida útil é tratado, por simplicidade, deterministicamente. Ou seja, para efeito de dimensionamento, as condições operativas são reduzidas a um conjunto reduzido de condições de referência. Em simplificações desse tipo, é usual que as condições de referência reflitam um corte estatístico ou um percentil para representação determinística. No caso em questão, considerando o modelo regulatório brasileiro, foi escolhido o percentil 100%. Dito de outra forma, as condições de referência são tratadas como envoltórias e as condições operativas nunca as ultrapassarão. O objetivo do presente relatório é descrever um ensaio de tipo de elevação de temperatura em sobrecarga que permita a comprovação do atendimento aos requisitos funcionais referentes à capacidade de carregamento constante nos procedimentos de rede, nos anexos técnicos dos editais de leilão e nas características básicas a serem atendidas nas autorizações, com o regime de carregamento pretendido e com a expectativa de vida útil de 35 (trinta e cinco) anos. Tais requisitos servem de subsídio para elaboração da especificação para fabricação, atribuição da transmissora, e não a substituem. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 5 / 25

2 Requisitos funcionais e especificação para fabricação 2.1 Referências normativas Os requisitos funcionais a serem atendidos por novas unidades transformadoras de potência, no que diz respeito aos procedimentos para aplicação de carga e à capacidade de carregamento, que balizam o relacionamento entre a transmissora e o ONS, estão regulados através das resoluções normativas da ANEEL REN 191-2005 e 513-2002. Por sua vez, o dimensionamento e fabricação devem ser feitos conforme as normas técnicas brasileiras, mais particularmente a NBR 5416 e 5356 da ABNT. No momento, a NBR 5416 está em processo de revisão e será publicada como NBR 5356-7. O período de sobrecarga de 4 horas para a definição da capacidade operativa de curta duração foi estabelecido no ofício 035/2008-SRT/ANEEL, de 18 de fevereiro de 2008. 2.2 Vida útil As unidades transformadoras de potência devem ser dimensionadas para expectativa de vida útil de 35 (trinta e cinco) anos e ser especificadas com papel termoestabilizado ou de classe térmica superior. Tal requisito deve ser levado em conta também na gestão da manutenção, atribuição da transmissora. A formulação para a modelagem das temperaturas e a avaliação do envelhecimento devem seguir o modelo da IEC 60076-7. O critério para a consideração do fim de vida útil deve ser o GP200, ou seja, 150000 horas. Os critérios e a metodologia citados constam da revisão da NBR 5356-7 em andamento, que substituirá a NBR 5416. 2.3 Capacidade de carregamento 2.3.1 Subsídios para elaboração da especificação para fabricação da unidade transformadora É atribuição da transmissora a especificação para fabricação da unidade transformadora, de forma que sejam atendidos os requisitos funcionais estabelecidos nos anexos técnicos dos editais de leilão e nos procedimentos de rede. A especificação para fabricação pode levar em conta, entre outros, os seguintes aspectos: (a) Temperatura ambiente média máxima (temperatura máxima segundo NBR 5356) do local de implantação da unidade transformadora; (b) Carregamento típico em regime permanente da unidade transformadora em questão, função da quantidade total de unidades transformadoras em paralelo no mesmo barramento até o horizonte de planejamento da subestação; ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 6 / 25

É responsabilidade da transmissora a gestão da unidade transformadora, do ponto de vista de rotinas de manutenção, de forma a possibilitar o atendimento aos requisitos funcionais. 2.3.2 Situações de carregamento normatizadas e reguladas Conforme definido na NBR 5416, os carregamentos de transformadores são considerados em termos de ciclo de carga, com duração de 24 horas cada ciclo. Os ciclos de carga podem ser classificados como de carregamento em condição normal de operação, em condição de emergência de longa duração e em condição de emergência de curta duração. Por sua vez, a REN 191-2005 define capacidade operativa de longa duração, capacidade operativa de curta duração e mantém a definição de emergência de curta duração. O ciclo de carregamento em condição normal de operação definido na NBR 5416 é aquele no qual em nenhum momento é excedida a temperatura do topo do óleo ou a do ponto mais quente do enrolamento para a condição normal, mesmo que, em parte do ciclo, seja ultrapassada a potência nominal. Tal ciclo corresponde à capacidade operativa de longa duração definida na REN 191 e será utilizado pelo ONS para as condições normais de operação. Já no ciclo de carregamento em condição de emergência de longa duração definido na NBR 5416, pode-se permitir que sejam ultrapassados os limites de temperatura do ciclo de carregamento em condição normal de operação, uma vez que são consideradas saídas prolongadas de unidades transformadoras por desligamento de algum elemento do sistema. O carregamento das unidades transformadoras se situa acima dos valores nominais, porém decorre de desligamentos prolongados de um elemento do sistema. Uma vez que tenha ocorrido a contingência, o carregamento pode repetir-se periodicamente, até o restabelecimento das condições anteriores ao desligamento. Tal ciclo corresponde à capacidade operativa de curta duração definida na REN 191 e será utilizado pelo ONS durante contingência decorrente do desligamento prolongado de uma função transmissão. O ciclo de carregamento resultante pode repetir-se periodicamente, até que a referida função retorne à condição normal de operação. Por sua vez, o ciclo de carregamento em condição de emergência de curta duração definido na NBR 5416 envolve condições de maior risco, devendo, portanto, ser utilizado apenas em raras ocasiões. O tempo de operação nessa condição deve ser menor do que a constante de tempo térmica do transformador e depende da temperatura em operação antes da contingência, não devendo ser maior do que 30 minutos. Durante esse intervalo de tempo, deve-se retornar à condição de carregamento de longa duração; caso contrário, o transformador deve ser desligado, para se evitar o risco de falha. Conforme estabelecido na REN 191, o carregamento de emergência de curta duração será utilizado em situações de contingência no SIN, como último recurso operativo antes do corte de carga, mediante monitoramento da ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 7 / 25

transmissora e acordo com o ONS. Essa situação pode ocorrer a qualquer momento e é compromisso do ONS que sua duração não seja superior a 30 minutos. A capacidade operativa de longa duração (carregamento em condição normal de operação) e a capacidade operativa de curta duração (carregamento em condição de emergência de longa duração) constam do CPST (contrato de prestação dos serviços de transmissão), enquanto que o carregamento em condição de emergência de curta duração tem foco operativo e consta do Submódulo 10.18 Cadastro de Informações Operacionais ou CD (cadastro de documentos) dos Procedimentos de Rede. 2.3.3 Situações estabelecidas no CPST e no CD 2.3.3.1 Ciclos de carregamento em condição normal de operação e de emergência de longa duração Esses ciclos de carregamento são utilizados historicamente no âmbito do planejamento. A transmissora deve garantir que, em condição normal de operação, a unidade transformadora possa operar continuamente desde sua entrada em operação e ao longo de toda a vida útil de 35 (trinta e cinco) anos com carregamento de 100% da potência nominal, como ilustrado na Figura 2-1. Figura 2-1: Ciclo de carregamento em condição normal de operação (capacidade operativa de longa duração) Carregamento (%) 100 24 Tempo (hora) ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 8 / 25

A transmissora deve garantir que, em condição de emergência de longa duração, a unidade transformadora possa operar sempre que solicitada pelo ONS desde sua entrada em operação e ao longo de toda a vida útil de 35 (trinta e cinco) anos com carregamento de 120% da potência nominal por período de 4 (quatro) horas do seu ciclo diário de carga para a expectativa de perda de vida útil estabelecida nas normas técnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 20% deve poder ser alcançada para qualquer condição de carregamento do transformador no seu ciclo diário de carga, inclusive com carregamento prévio de 100% da sua potência nominal, como ilustrado na Figura 2-2. O critério de planejamento é indicar uma nova unidade transformadora se em condição de N-1 da transformação da subestação, as unidades remanescentes tiverem na condição de emergência um carregamento superior a 120% da potência nominal. Figura 2-2: Ciclo de carregamento em condição de emergência de longa duração (capacidade operativa de curta duração) Carregamento (%) 120 100 4h 24 Tempo (hora) 2.3.3.2 Ciclo de carregamento de emergência de curta duração Esse ciclo de carregamento é utilizado historicamente no âmbito da operação. A transmissora deve garantir que, em condição de emergência de curta duração, a unidade transformadora possa operar sempre que solicitada pelo ONS desde sua entrada em operação e ao longo de toda a vida útil de 35 (trinta e cinco) anos com carregamento de 140% da potência nominal por período de 0,5 (meia) hora do seu ciclo diário de carga para a expectativa de perda de vida útil estabelecida nas normas ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 9 / 25

técnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 40% deve poder ser alcançada para qualquer condição de carregamento do transformador no seu ciclo diário de carga, inclusive com carregamento prévio de 100% da sua potência nominal, como ilustrado na Figura 2-3. O carregamento de 140% refere-se ao ciclo de carregamento em condição de emergência de curta duração, será utilizado em situações de contingência no SIN como último recurso operativo antes do corte de carga e, portanto, não é considerado historicamente no âmbito do planejamento e consta apenas do CD. Figura 2-3: Ciclo de carregamento em condição de emergência de curta duração (emergência de curta duração) Carregamento (%) 140 100 0,5h 24 Tempo (hora) 2.3.4 Situações de carregamento para dimensionamento 2.3.4.1 Ciclos a serem considerados O dimensionamento da unidade transformadora de potência deve ser feito considerando dois ciclos de carga de referência: ciclo de carga normal e ciclo de sobrecarga. Deve-se considerar que em 90% dos dias típicos a unidade transformadora esteja submetida ao ciclo de carga normal e nos 10% dos dias típicos restantes ao ciclo de sobrecarga. A expectativa de vida nessa condição composta deve ser de 35 (trinta e cinco) anos. 2.3.4.2 Ciclo de carga normal A unidade transformadora deve ser dimensionada para que possa operar continuamente desde sua entrada em operação e por 90% dos dias típicos ao longo ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 10 / 25

da vida útil de 35 (trinta e cinco) anos com carregamento de 100% da potência nominal, como representado na Figura 2-1. 2.3.4.3 Ciclo de sobrecarga A unidade transformadora deve ser dimensionada para que, em condição de sobrecarga, possa operar nas condições descritas a seguir sempre que solicitada pelo ONS desde sua entrada em operação e por um tempo máximo acumulado de 10% dos dias ao longo da vida útil de 35 (trinta e cinco) anos, totalizando 3,5 (três e meio) anos. (a) Carregamento de 120% da potência nominal por período de 4 (quatro) horas do seu ciclo diário de carga para a expectativa de perda de vida útil estabelecida nas normas técnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 20% deve poder ser alcançada para qualquer condição de carregamento do transformador no seu ciclo diário de carga, inclusive com carregamento prévio de 100% da sua potência nominal. (b) Carregamento de 140% da potência nominal por período de 30 (trinta) minutos do seu ciclo diário de carga para a expectativa de perda de vida útil estabelecida nas normas técnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 40% deve poder ser alcançada para qualquer condição de carregamento do transformador no seu ciclo diário de carga. Uma vez que o carregamento de 140% decorre de uma contingência não prevista, por segurança, a unidade transformadora deve ser dimensionada considerando que os carregamentos de 120% e 140% possam ocorrer dentro do mesmo ciclo diário, mesmo que não tenha havido intervalo de tempo entre ocorrências suficiente para que entre o primeiro e o segundo carregamentos a temperatura tenha se estabilizado, como ilustrado na Figura 2-4. O carregamento de 140% refere-se ao ciclo de carregamento em condição de emergência de curta duração, será utilizado em situações de contingência no SIN como último recurso operativo antes do corte de carga e, portanto, não é considerado historicamente no âmbito do planejamento. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 11 / 25

Figura 2-4: Ciclo de sobrecarga para dimensionamento Carregamento (%) 140 120 100 4h 0,5h 24 Tempo (hora) ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 12 / 25

3 Ensaio de elevação de temperatura em sobrecarga 3.1 Objetivo De forma a comprovar que uma unidade transformadora de potência atende aos requisitos funcionais estabelecidos e tem expectativa de vida útil de 35 (trinta e cinco) anos, calculada conforme detalhado no item 2.2, deve ser realizado ensaio de tipo de elevação de temperatura em sobrecarga. O ensaio tem o objetivo de demonstrar que o transformador completo incluindo seus acessórios poderá suportar os ciclos de carga especificados no item 2.3.4. O ensaio aqui descrito visa proporcionar uma base mínima homogênea para a especificação para fabricação, que é responsabilidade da transmissora. 3.2 Premissas 3.2.1 Temperatura ambiente A avaliação da expectativa de vida da unidade transformadora deve ser feita considerando temperatura ambiente média da região, majorada pela elevação de temperatura local devido ao ambiente da subestação. Por sua vez, a avaliação das temperaturas máximas atingidas internamente à unidade deve ser feita considerando a temperatura média máxima da região, também majorada pela elevação de temperatura local devido ao ambiente da subestação (temperatura máxima segundo NBR 5416). Tais valores deverão ser no mínimo 30 C e 40 C, respectivamente, conforme estabelecido na NBR 5356-2. Valores superiores, a critério da transmissora, deverão constar da especificação de compra do transformador, a ser considerada pelo fabricante em seu projeto. 3.3 Critérios 3.3.1 Expectativa de vida Os resultados do ensaio fornecem subsídios suficientes para a determinação do perfil de temperatura do ponto mais quente do enrolamento durante a sobrecarga, para uma determinada temperatura média ambiente. Com esse perfil de temperatura, é possível calcular a perda de vida e, portanto, a expectativa de vida do transformador. Os valores obtidos no ensaio de elevação de temperatura em sobrecarga e em regime normal devem ser avaliados utilizando-se o equacionamento matemático apresentado na IEC 60076-7, para garantir que a perda de vida útil seja compatível com uma vida útil esperada de 35 (trinta e cinco) anos. 3.3.2 Limites de temperatura A unidade transformadora deve ser dimensionada para que, na temperatura ambiente média máxima (temperatura máxima segundo NBR 5356) para efeito de dimensionamento (mínimo de 40 C), a temperatura do topo do óleo, do ponto mais ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 13 / 25

quente do enrolamento e de outras partes metálicas sem contato com celulose seja inferior aos valores estabelecidos na Tabela 3-1. Tabela 3-1: Temperaturas limite ( C) (para temperatura ambiente de 40 C ou superior) Tipo de carregamento Óleo Temperaturas limite ( C) Ponto mais quente do enrolamento Outras partes metálicas sem contato com celulose Ensaio de 1,2 pu por 4 horas 110 130 160 Ensaio de 1,4 pu por meia hora 110 140 180 3.3.3 Gases dissolvidos no óleo DGA Componentes metálicos tais como núcleo, vigamentos de núcleo, tanque, blindagens etc. podem apresentar temperaturas inadmissíveis devido a fluxo de dispersão, o que aumenta o risco posterior de falhas durante a operação e pode se tornar um fator mais importante que a simples medição de pontos quentes no enrolamento. Temperaturas elevadas aliadas a alto teor de umidade no óleo podem gerar bolhas que, atingindo regiões de campo elétrico elevado, criam riscos de ocorrência de uma descarga elétrica. Pode-se detectar esse problema apenas de maneira indireta, por meio de análise cromatográfica do óleo em várias etapas do ensaio e, em função do perfil dos gases gerados, estimar a ordem de grandeza de possíveis temperaturas atingidas. Por exemplo, se for detectada a presença de C2H2 acetileno pode-se inferir que a temperatura pontual algum local tenha atingido valores superiores a 1000 C. O incremento absoluto do teor e composição dos gases dissolvidos no óleo durante o ensaio diferença do teor antes e depois do ensaio deve atender ao estabelecido na Tabela 3-2. As amostras devem ser coletadas no mínimo em dois instantes: imediatamente após o ciclo de sobrecarga e 6 horas após o término do ensaio. Outras amostras poderão ser retiradas, mediante acordo entre o fabricante e a transmissora. Caso os valores de incremento absoluto obtidos no ensaio não atendam ao estabelecido na Tabela 3-2, devem ser tomadas medidas investigativas e/ou corretivas de comum acordo entre fabricante e transmissora e não são motivo para rejeição imediata da unidade transformadora. A Tabela 3-3 apresenta valores de referência orientativos para a taxa de geração de gás (incremento absoluto por unidade de tempo) durante o ensaio de aquecimento em sobrecarga. O levantamento dessas grandezas tem o objetivo de criar uma massa de dados da experiência nacional, que poderá subsidiar eventual revisão da presente Nota Técnica, no sentido de que os limites se tornem determinativos. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 14 / 25

Tabela 3-2: Geração admissível de gases durante o ensaio de aquecimento em sobrecarga Gás Incremento admitido durante o ensaio (ppm = µl/l) H2 Hidrogênio 20 CO Monóxido de carbono 50 CO2 Dióxido de carbono 300 CH4 Metano 2 C2H4 Etileno 1 C2H6 Etano 2 C2H2 Acetileno Nd Tabela 3-3: Taxa orientativa de geração admissível de gases durante o ensaio de aquecimento Gás Taxa de geração de gases (ppm/h = µl/l/h) Condição 1 Condição 2 Condição 3 H2 Hidrogênio < 0,8 0,8 e < 1,5 1,5 CO Monóxido de carbono < 2,0 2,0 e < 5,0 5,0 Critério CO2 Dióxido de carbono < 20,0 20,0 e < 40,0 40,0 CH4 Metano C2H4 Etileno < 0,5 0,5 e < 1,0 1,0 C2H6 Etano C2H2 Acetileno Nd Nd Nd Diagnóstico Sem anormalidade Possível anormalidade Anormalidade detectada; Possível falha térmica Ação recomendada Nenhuma Testar nova amostra Investigar a causa, analisando os resultados e prolongando o ensaio de elevação de temperatura Avisar o cliente Reunião entre fabricante e cliente Executar ações corretivas e repetir ensaio de elevação de temperatura Nota: A presença de acetileno (C2H2) durante o ensaio é indício de defeito e deve ser investigada. 3.3.4 Estanqueidade após a realização do ensaio O óleo do tanque do transformador não deve vazar e as buchas não devem apresentar vazamento. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 15 / 25

3.4 Configuração da unidade transformadora para ensaio 3.4.1 Enrolamentos O ensaio deve ser feito somente para os enrolamentos de alta e média tensão. O efeito do enrolamento terciário sob carga deve ser considerado através de cálculo. Nas situações em que o terciário seja utilizado para alimentação de carga, como previsto nos Procedimentos de Rede (compensação reativa e eliminação de harmônicos) ou nas raras situações em que houver especificação de utilização do terciário em carga (por exemplo, quando o transformador em questão for utilizado em SEs existentes, nas quais tenha havido essa prática anteriormente), deve haver acordo entre transmissora e o fabricante. A princípio, serão determinadas as perdas máximas na condição de carregamento com terciário, conforme definido no item 5.2.3 da NBR5356-2. Para o cálculo da perda de vida durante a sobrecarga, as temperaturas do óleo e do enrolamento serão corrigidas por cálculo na derivação nominal. 3.4.2 Potência de referência O ensaio de elevação de temperatura em sobrecarga deve ser realizado no último estágio de resfriamento. 3.4.3 Derivação O ensaio de elevação de temperatura em sobrecarga deve ser realizado na derivação de maiores perdas. As comprovações do atendimento ao critério de temperatura máxima devem ser feitas também na derivação de perda máxima, enquanto que a comprovação ao atendimento ao critério de vida útil deve ser feito por cálculo na derivação nominal. Devem ser seguidas as recomendações do item 5.6 da NBR 5356-2. 3.5 Procedimento para o ensaio de sobrecarga 3.5.1 Método de ensaio O ensaio de sobrecarga descrito a seguir é um ensaio de tipo realizado normalmente na sequência do ensaio de elevação de temperatura. As diversas etapas do ensaio completo são ilustradas na Figura 3-1, onde o ensaio de elevação de temperatura é representado no lado esquerdo da figura, antes do instante zero, que representa o início do ensaio de aquecimento em sobrecarga. As grandezas referenciadas nos itens subsequentes estão ilustradas na Figura 3-2. O fator de hot-spot utilizado deve ser o valor fornecido previamente pelo fabricante. Uma avaliação mais detalhada pode ser obtida através de design review. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 16 / 25

Figura 3-1: Etapas de ensaio Carregamento 1,4 x I 1,2 x I It I It Top-oil 5 a 10h 1 a 7h 1 a 6h 4h 1/2h Ensaio de Aquecimento 0 t1 t2 t3 M0 M1 M2 G0 G2 G3 Ensaio de Sobrecarga Tempo ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 17 / 25

Figura 3-2: Grandezas monitoradas e calculadas DIAGRAMA DE TEMPERATURA DO ENROL. E OLEO DO TRANSFORMADOR. CONFORME ITEM 8.1.2 - FIGURA 2 DA IEC 60076-7 - THERMAL DIAGRAM Dtop ( Garantia ) <= 65 o C Hot-spot Tamb Dthot ( Garantia ) <= 80 o C Dthot = Dtop + Dte x Fhot Fhot = Fator de hot-spot ENROLAMENTO Dtom Dte Dtco (Garantia ) <= 65 o C Dtbot ENSAIO Tamb = Temperatura ambiente Medido Dtco = Elevação de temperatura média do enrolamento. Medido e Garantido Dtop = Elevação de temperatura do óleo superior ( Top-oil ) Medido e Garantido Dtbot = Elevação de temperatura do óleo inferior. Medido Dtom = Elevação de temperatura média do óleo. Medido Dte = Gradiente médio de temperatura cobre-óleo, Medido Fhot = Fator de hot-spot Calculado Dthot = Elevação de temperatura do ponto mais quente do enrol. Garantido Top = Tamb + Dtop Thot = Tamb + Dtop + Dte x Fhot Calculo de perda de vida ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 18 / 25

3.5.2 Etapa 0 a t1 3.5.2.1 Objetivo Esta etapa tem o objetivo de possibilitar que as temperaturas do topo do óleo e média do óleo sobre a temperatura do meio ambiente em regime permanente atinjam o valor no qual houve estabilização do óleo no ensaio de aquecimento normal, de forma que a etapa seguinte de ensaio, o primeiro período de ensaio de sobrecarga de 1,2 x I por 4 horas, seja iniciada nessa temperatura de estabilização. A corrente I corresponde aquela que resulta nas maiores perdas no cobre, na derivação de maiores perdas. 3.5.2.2 Tensão e corrente de ensaio 3.5.2.3 Duração O ensaio deve ser realizado com a corrente It, que corresponde à corrente que resulta em perdas totais no transformador: perdas no cobre (Pco) e perdas no ferro (Pfe), na derivação de maiores perdas. O ensaio perdura até que uma elevação de temperatura do óleo em regime seja igual à atingida no ensaio de elevação de temperatura, durante o período de 1 hora, com variação menor do que 1 C no último estágio de resfriamento. 3.5.2.4 Grandezas monitoradas As temperaturas do óleo e do ambiente são monitoradas ao longo do ensaio em intervalos de 15 min ou inferior. 3.5.2.5 Valores medidos Para a determinação das temperaturas do óleo e do enrolamento, devem ser utilizados os procedimentos definidos na NBR 5356-2. No instante t1 são medidas e registradas as seguintes grandezas: Tamb temperatura ambiente; Dtop elevação de temperatura do topo do óleo sobre a temperatura ambiente; e Dtbot elevação de temperatura da base do óleo sobre a temperatura ambiente. 3.5.2.6 Valores calculados São calculadas as seguintes grandezas referenciadas ao instante t1: Dtom elevação de temperatura média do óleo sobre a temperatura ambiente. 3.5.2.7 Amostra de gás No instante 0, é retirada amostra de óleo G0 para realização de ensaio de gascromatografia durante o ensaio de sobrecarga. Caso o ensaio de aquecimento e o ensaio de sobrecarga sejam realizados em sequência, os teores G0 servem tanto para o cálculo dos incrementos e taxas gerados durante o ensaio de aquecimento ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 19 / 25

quanto para permitir a totalização dos incrementos e taxas gerados no ensaio de sobrecarga. Caso o ensaio de aquecimento e de sobrecarga sejam realizados separadamente, os teores G0 permitirão a avaliação dos teores e taxas gerados apenas durante o ensaio de sobrecarga. 3.5.3 Etapa t1 a t2 3.5.3.1 Objetivo Esta etapa tem o objetivo de elevar a temperatura do topo do óleo durante o período da condição de emergência de longa duração, correspondendo ao período de ensaio de sobrecarga 1,2 x I por 4 horas. 3.5.3.2 Tensão e corrente de ensaio A corrente 1,2 x I aplicada no período t1 a t2 corresponde a sobrecarga de 20% sobre a corrente nominal máxima que resulta em perdas iguais às perdas no cobre (Pco). 3.5.3.3 Duração O ensaio tem duração fixa de 4 horas. 3.5.3.4 Grandezas monitoradas As temperaturas do óleo e do ambiente são monitoradas ao longo do ensaio em intervalos de 15 min ou inferior. 3.5.3.5 Valores medidos No instante t2 são medidas e registradas as seguintes grandezas: Tamb temperatura ambiente; Dtop elevação de temperatura do topo do óleo sobre a temperatura ambiente; e Dtbot elevação de temperatura da base do óleo sobre a temperatura ambiente. No entorno do instante t2, deverão ser feitas por termografia medições de temperatura em partes externas do tanque. Os procedimentos a serem seguidos caso os valores obtidos estejam próximos dos estabelecidos na Tabela 3-1 (coluna referente a outras partes metálicas sem contato com celulose) serão objeto de análise e acordo entre fabricante e transmissora. 3.5.3.6 Valores calculados São calculadas as seguintes grandezas referenciadas ao instante t2: Dtom elevação de temperatura média do óleo; e Dtco elevação de temperatura média do enrolamento sobre a temperatura ambiente. A temperatura do óleo medida deve ser corrigida para incluir as perdas no ferro, com as seguintes etapas de cálculo: ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 20 / 25

Corrigir a elevação de temperatura do topo do óleo sobre a temperatura ambiente (Dtop) medida em t2 para incluir as perdas no ferro, ou seja, corrigir de 1,2 x I para 1,2 x It; Corrigir a elevação de temperatura do enrolamento sobre o óleo (Dte) de I para 1,2 x I, a partir da elevação de temperatura do enrolamento sobre o óleo medida no ensaio de elevação de temperatura, que tinha sido determinada para I A temperatura do ponto mais quente do enrolamento deverá ser obtida a partir da soma das duas grandezas anteriores adicionada à temperatura ambiente média máxima (mínimo de 40 C) As correções deverão ser feitas segundo os procedimentos estabelecidos no item 8.2.2 da IEC 60076-7, utilizando os parâmetros da tabela 5 da mesma norma. 3.5.3.7 Amostra de óleo para ensaio de gascromatografia No instante t2, é retirada amostra de óleo G2 para realização de ensaio de gascromatografia. 3.5.4 Etapa t2 a t3 3.5.4.1 Objetivo Esta etapa tem o objetivo de elevar a temperatura do topo do óleo durante o período da condição de emergência de curta duração, correspondendo ao período de ensaio de sobrecarga 1,4 x I por 30 minutos. Esta etapa tem ainda o objetivo de possibilitar o levantamento do perfil de gases gerados após o ensaio completo (1,2 x I por 4 horas e 1,4 x I por meia hora). 3.5.4.2 Tensão e corrente de ensaio A corrente 1,4 x I aplicada no período t2 a t3 corresponde a sobrecarga de 40% sobre a corrente nominal máxima que resulta em perdas iguais às perdas no cobre (Pco), para medição da temperatura dos enrolamentos. 3.5.4.3 Duração O ensaio tem duração fixa de meia hora. 3.5.4.4 Grandezas monitoradas As temperaturas do óleo e do ambiente são monitoradas ao longo do ensaio em intervalos de 5 min ou inferior. 3.5.4.5 Valores medidos Para a determinação das temperaturas do óleo e do enrolamento devem ser utilizados os procedimentos definidos na NBR 5356-2. No instante t3 são medidas e registradas as seguintes grandezas: Tamb temperatura ambiente; ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 21 / 25

Dtop elevação de temperatura do topo do óleo sobre a temperatura ambiente; Dtbot elevação de temperatura da base do óleo sobre a temperatura ambiente; e Dte gradiente médio de temperatura cobre-óleo. No entorno do instante t3, deverão ser feitas por termografia medições de temperatura em partes externas do tanque. Os procedimentos a serem seguidos caso os valores obtidos estejam próximos aos estabelecidos na Tabela 3-1 (coluna referente a outras partes metálicas sem contato com celulose) serão objeto de análise e acordo entre fabricante e transmissora. 3.5.4.6 Valores calculados São calculadas as seguintes grandezas referenciadas ao instante t3: Dtom elevação de temperatura média do óleo; Dtco Dte elevacao da temperatura média do enrolamento; e gradiente médio de temperatura cobre-óleo. A temperatura do óleo medida deve ser corrigida para incluir as perdas no ferro, com as seguintes etapas de cálculo: Corrigir a elevação de temperatura do topo do óleo sobre a temperatura ambiente (Dtop) medida em t3 para incluir as perdas no ferro, ou seja, corrigir de 1,4 x I para 1,4 x It; Corrigir a elevação de temperatura do enrolamento sobre o óleo (Dte) de 1,2 x I para 1,4 x I, a partir da elevação de temperatura do enrolamento sobre o óleo calculada no instante t2, que tinha sido determinada para 1,2 x I A temperatura do ponto mais quente do enrolamento deverá ser obtida a partir da soma das duas grandezas anteriores adicionada à temperatura ambiente média máxima (mínimo de 40 C) As correções deverão ser feitas segundo os procedimentos estabelecidos no item 8.2.2 da IEC 60076-7, utilizando os parâmetros da tabela 5 da mesma norma. Para efeito de avaliação da verificação do atendimento ao critério de temperatura máxima, deve ser utilizado o valor de temperatura do ponto mais quente do enrolamento obtido a partir da temperatura do óleo medida e corrigida por cálculo. Uma vez que a temperatura final do óleo não estará estabilizada, o que poderia provocar distorções nos resultados, o valor medido não deverá ser utilizado para avaliação do atendimento ao critério e apenas servirá de subsídio para futuro ajuste dos procedimentos de cálculo e parâmetros de correção. Seis horas após o instante t3, ou conforme acordo prévio entre fabricante e transmissora, é retirada amostra de óleo G3 para realização de ensaio de gascromatografia. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 22 / 25

4 Conclusões e recomendações O atendimento aos requisitos mínimos assegura que a unidade transformadora a ser integrada à rede básica atende aos pressupostos de planejamento, mantendo espaço para o diferencial competitivo através do conhecimento acumulado da transmissora e dos avanços tecnológicos do fabricante. Entretanto, é recomendável haver uma base mínima comum de desempenho técnico. Questões não discutidas detalhadamente no grupo, como, por exemplo, os custos/benefícios associados à inserção futura de sensores para o monitoramento contínuo das unidades ainda na sua fase de especificação e seu impacto no desempenho técnico, admitem ainda aprofundamento. O ensaio de elevação de temperatura em sobrecarga aqui descrito é um primeiro passo na direção da base comum mencionada. Coroou um esforço conjunto das transmissoras, fabricantes, CEPEL e ONS. É recomendável avançar e estabelecer uma base homogênea de especificação técnica para dimensionamento e fabricação. Para tanto, sugere-se que seja criado um grupo de trabalho, que pode ser a continuação do grupo criado para a elaboração do texto do ensaio. O objetivo desse grupo seria a elaboração de um texto básico para especificação de uma unidade transformadora. ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 23 / 25

5 Créditos O presente documento foi elaborado no âmbito da CE 14.01 do COBEI por um grupo de trabalho formado pelos membros representantes listados na Tabela 5-1. Tabela 5-1: Profissionais que participaram da elaboração do presente documento Profissional Adinã Martins Pena Alan Sbravati André Luiz P. da Cruz Angélica Rocha Carlos Julio Dupont Cassiano Aires Teixeira Cleber A. Amorim Junior Cleusomir Santos Delmo de Macedo Correia Denis de Oliveira Neto Helvio J. A. Martins Henrique Carlos Campiche Hitochi Taninaga Iran Prado Arantes Ito Carlos Capinos Jorge Sá Alves José Eurico Daniel Junior Julio Cesar Alves de Aguiar Mateus Cruz Lunardi Pedro Peroni Paulo Afonso Pasquotto de Lima Ricardo André Gonçalves Roberto Jander Costa Padilha Rodinei Carraro Rogério Peres Bersi Tiago Bertran Entidade CEMIG CARGILL CHESF CONSULTORA CEPEL ELETROSUL TOSHIBA ELETRONORTE ONS ELETRONORTE CEPEL CTEEP ABB ELETRONORTE ALSTOM STATE GRID TREETECH ELETROBRAS ELETROSUL ELETROSUL WEG FURNAS ELETRONORTE CEEE WEG SIEMENS ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 24 / 25

Lista de figuras e tabelas Figuras Figura 2-1: Ciclo de carregamento em condição normal de operação (capacidade operativa de longa duração) 8 Figura 2-2: Ciclo de carregamento em condição de emergência de longa duração (capacidade operativa de curta duração) 9 Figura 2-3: Ciclo de carregamento em condição de emergência de curta duração (emergência de curta duração) 10 Figura 2-4: Ciclo de sobrecarga para dimensionamento 12 Figura 3-1: Etapas de ensaio 17 Figura 3-2: Grandezas monitoradas e calculadas 18 Tabelas Tabela 3-1: Temperaturas limite ( C) (para temperatura ambiente de 40 C ou superior) 14 Tabela 3-2: Geração admissível de gases durante o ensaio de aquecimento em sobrecarga 15 Tabela 3-3: Taxa orientativa de geração admissível de gases durante o ensaio de aquecimento 15 Tabela 5-1: Profissionais que participaram da elaboração do presente documento 24 ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 25 / 25