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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
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ONS NT 038/2014 – Revisão 0
ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA
25 de fevereiro de 2014
ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 3 / 25
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 11
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
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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 5 / 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 6 / 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 7 / 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
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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)
ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 9 / 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)
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 10 / 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)
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.
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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
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.
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Figura 2-4: Ciclo de sobrecarga para dimensionamento
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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
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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
Temperaturas limite (°C)
Óleo 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.
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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
Critério
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
CO2 Dióxido de carbono
< 20,0 ≥ 20,0 e < 40,0 ≥ 40,0
CH4 Metano
< 0,5 ≥ 0,5 e < 1,0 ≥ 1,0 C2H4 Etileno
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.
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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.
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Figura 3-1: Etapas de ensaio
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Figura 3-2: Grandezas monitoradas e calculadas
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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
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.
3.5.2.3 Duração
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
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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:
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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;
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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 elevacao da temperatura média do enrolamento; e
Dte 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.
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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.
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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 Entidade
Adinã Martins Pena CEMIG
Alan Sbravati CARGILL
André Luiz P. da Cruz CHESF
Angélica Rocha CONSULTORA
Carlos Julio Dupont CEPEL
Cassiano Aires Teixeira ELETROSUL
Cleber A. Amorim Junior TOSHIBA
Cleusomir Santos ELETRONORTE
Delmo de Macedo Correia ONS
Denis de Oliveira Neto ELETRONORTE
Helvio J. A. Martins CEPEL
Henrique Carlos Campiche CTEEP
Hitochi Taninaga ABB
Iran Prado Arantes ELETRONORTE
Ito Carlos Capinos ALSTOM
Jorge Sá Alves STATE GRID
José Eurico Daniel Junior TREETECH
Julio Cesar Alves de Aguiar ELETROBRAS
Mateus Cruz Lunardi ELETROSUL
Pedro Peroni ELETROSUL
Paulo Afonso Pasquotto de Lima WEG
Ricardo André Gonçalves FURNAS
Roberto Jander Costa Padilha ELETRONORTE
Rodinei Carraro CEEE
Rogério Peres Bersi WEG
Tiago Bertran SIEMENS
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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
