NT ONS 038 2014 - Transformadores - Ensaios e Elevação de Temperatura em Sobrecarga

ENSAIO DE ELEVAO DE

TEMPERATURA DE

TRANSFORMADORES EM

SOBRECARGA

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ENSAIO DE ELEVAO DE

TEMPERATURA DE

TRANSFORMADORES EM

SOBRECARGA

25 de fevereiro de 2014

ONS NT 038/20144 -ENSAIO DE ELEVAO DE TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES EM SOBRECARGA 3 / 25

Sumrio

1 Introduo e objetivo 5

2 Requisitos funcionais e especificao para fabricao 6

2.1 Referncias normativas 6

2.2 Vida til 6

2.3 Capacidade de carregamento 6

2.3.1 Subsdios para elaborao da especificao para fabricao da unidade transformadora 6

2.3.2 Situaes de carregamento normatizadas e reguladas 7

2.3.3 Situaes estabelecidas no CPST e no CD 8

2.3.3.1 Ciclos de carregamento em condio normal de operao e de emergncia de longa durao 8

2.3.3.2 Ciclo de carregamento de emergncia de curta durao 9

2.3.4 Situaes 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 elevao de temperatura em sobrecarga 13

3.1 Objetivo 13

3.2 Premissas 13

3.2.1 Temperatura ambiente 13

3.3 Critrios 13

3.3.1 Expectativa de vida 13

3.3.2 Limites de temperatura 13

3.3.3 Gases dissolvidos no leo DGA 14

3.3.4 Estanqueidade aps a realizao do ensaio 15

3.4 Configurao da unidade transformadora para ensaio 16

3.4.1 Enrolamentos 16

3.4.2 Potncia de referncia 16

3.4.3 Derivao 16

3.5 Procedimento para o ensaio de sobrecarga 16

3.5.1 Mtodo de ensaio 16

3.5.2 Etapa 0 a t1 19


3.5.2.1 Objetivo 19

3.5.2.2 Tenso e corrente de ensaio 19

3.5.2.3 Durao 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 gs 19

3.5.3 Etapa t1 a t2 20

3.5.3.1 Objetivo 20


3.5.3.3 Durao 20




3.5.3.7 Amostra de leo para ensaio de gascromatografia 21

3.5.4 Etapa t2 a t3 21

3.5.4.1 Objetivo 21


3.5.4.3 Durao 21




4 Concluses e recomendaes 23

5 Crditos 24

Lista de figuras e tabelas 25


1 Introduo e objetivo

Uma nova unidade transformadora de potncia a ser integrada rede bsica deve

atender aos requisitos funcionais relativos capacidade operativa estabelecidos nos

anexos tcnicos dos editais de leilo e nos procedimentos de rede. Tais requisitos

representam o compromisso entre a transmissora, no que se refere capacidade da

unidade transformadora, e o ONS, no que se refere s condies operativas que a

unidade poder ser submetida ao longo de sua vida til. Entende-se por requisito

funcional o conjunto de informaes que permite concessionria do servio de

transmisso (proponente ao edital de leilo ou transmissora qual ser feita a

autorizao de instalao) avaliar o modo ou modos de operao sob os quais o

transformador ser solicitado a operar ao longo de sua vida til.

Desde que atendidos os requisitos funcionais constantes do anexo tcnico do edital

de leilo, a especificao para dimensionamento e fabricao da unidade

transformadora 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 til do equipamento, o

relacionamento entre a transmissora e o fabricante se extingue formal e

contratualmente ao final do perodo de garantia. Por conseguinte, interesse de

todos os envolvidos no processo ONS, transmissora e fabricante que no haja

dvidas quanto s condies a que a unidade transformadora poder vir a ser

submetida ao longo de sua vida til, de forma a possibilitar que a unidade a ser

fornecida pelo fabricante seja adequada e a garantir uma base mnima homognea

para projeto e dimensionamento.

O processo estocstico que representa mais realisticamente as condies operativas

a que uma unidade transformadora pode vir a ser submetida ao longo da vida til

tratado, por simplicidade, deterministicamente. Ou seja, para efeito de

dimensionamento, as condies operativas so reduzidas a um conjunto reduzido

de condies de referncia. Em simplificaes desse tipo, usual que as condies

de referncia reflitam um corte estatstico ou um percentil para representao

determinstica. No caso em questo, considerando o modelo regulatrio brasileiro,

foi escolhido o percentil 100%. Dito de outra forma, as condies de referncia so

tratadas como envoltrias e as condies operativas nunca as ultrapassaro.

O objetivo do presente relatrio descrever um ensaio de tipo de elevao de

temperatura em sobrecarga que permita a comprovao do atendimento aos

requisitos funcionais referentes capacidade de carregamento constante nos

procedimentos de rede, nos anexos tcnicos dos editais de leilo e nas

caractersticas bsicas a serem atendidas nas autorizaes, com o regime de

carregamento pretendido e com a expectativa de vida til de 35 (trinta e cinco) anos.

Tais requisitos servem de subsdio para elaborao da especificao para

fabricao, atribuio da transmissora, e no a substituem.


2 Requisitos funcionais e especificao para fabricao

2.1 Referncias normativas

Os requisitos funcionais a serem atendidos por novas unidades transformadoras de

potncia, no que diz respeito aos procedimentos para aplicao de carga e

capacidade de carregamento, que balizam o relacionamento entre a transmissora e

o ONS, esto regulados atravs das resolues normativas da ANEEL REN 191-

2005 e 513-2002. Por sua vez, o dimensionamento e fabricao devem ser feitos

conforme as normas tcnicas brasileiras, mais particularmente a NBR 5416 e 5356

da ABNT. No momento, a NBR 5416 est em processo de reviso e ser publicada

como NBR 5356-7.

O perodo de sobrecarga de 4 horas para a definio da capacidade operativa de

curta durao foi estabelecido no ofcio 035/2008-SRT/ANEEL, de 18 de fevereiro

de 2008.

2.2 Vida til

As unidades transformadoras de potncia devem ser dimensionadas para

expectativa de vida til de 35 (trinta e cinco) anos e ser especificadas com papel

termoestabilizado ou de classe trmica superior. Tal requisito deve ser levado em

conta tambm na gesto da manuteno, atribuio da transmissora.

A formulao para a modelagem das temperaturas e a avaliao do envelhecimento

devem seguir o modelo da IEC 60076-7. O critrio para a considerao do fim de

vida til deve ser o GP200, ou seja, 150000 horas. Os critrios e a metodologia

citados constam da reviso da NBR 5356-7 em andamento, que substituir a NBR

5416.

2.3 Capacidade de carregamento

2.3.1 Subsdios para elaborao da especificao para fabricao da unidade

transformadora

atribuio da transmissora a especificao para fabricao da unidade

transformadora, de forma que sejam atendidos os requisitos funcionais

estabelecidos nos anexos tcnicos dos editais de leilo e nos procedimentos de

rede. A especificao para fabricao pode levar em conta, entre outros, os

seguintes aspectos:

(a) Temperatura ambiente mdia mxima (temperatura mxima segundo NBR 5356)

do local de implantao da unidade transformadora;

(b) Carregamento tpico em regime permanente da unidade transformadora em

questo, funo da quantidade total de unidades transformadoras em paralelo no

mesmo barramento at o horizonte de planejamento da subestao;


responsabilidade da transmissora a gesto da unidade transformadora, do ponto

de vista de rotinas de manuteno, de forma a possibilitar o atendimento aos

requisitos funcionais.

2.3.2 Situaes de carregamento normatizadas e reguladas

Conforme definido na NBR 5416, os carregamentos de transformadores so

considerados em termos de ciclo de carga, com durao de 24 horas cada ciclo. Os

ciclos de carga podem ser classificados como de carregamento em condio normal

de operao, em condio de emergncia de longa durao e em condio de

emergncia de curta durao. Por sua vez, a REN 191-2005 define capacidade

operativa de longa durao, capacidade operativa de curta durao e mantm a

definio de emergncia de curta durao.

O ciclo de carregamento em condio normal de operao definido na NBR 5416

aquele no qual em nenhum momento excedida a temperatura do topo do leo ou

a do ponto mais quente do enrolamento para a condio normal, mesmo que, em

parte do ciclo, seja ultrapassada a potncia nominal. Tal ciclo corresponde

capacidade operativa de longa durao definida na REN 191 e ser ut ilizado pelo

ONS para as condies normais de operao.

J no ciclo de carregamento em condio de emergncia de longa durao definido

na NBR 5416, pode-se permitir que sejam ultrapassados os limites de temperatura

do ciclo de carregamento em condio normal de operao, uma vez que so

consideradas sadas prolongadas de unidades transformadoras por desligamento de

algum elemento do sistema. O carregamento das unidades transformadoras se situa

acima dos valores nominais, porm decorre de desligamentos prolongados de um

elemento do sistema. Uma vez que tenha ocorrido a contingncia, o carregamento

pode repetir-se periodicamente, at o restabelecimento das condies anteriores ao

desligamento. Tal ciclo corresponde capacidade operativa de curta durao

definida na REN 191 e ser utilizado pelo ONS durante contingncia decorrente do

desligamento prolongado de uma funo transmisso. O ciclo de carregamento

resultante pode repetir-se periodicamente, at que a referida funo retorne

condio normal de operao.

Por sua vez, o ciclo de carregamento em condio de emergncia de curta durao

definido na NBR 5416 envolve condies de maior risco, devendo, portanto, ser

utilizado apenas em raras ocasies. O tempo de operao nessa condio deve ser

menor do que a constante de tempo trmica do transformador e depende da

temperatura em operao antes da contingncia, no devendo ser maior do que 30

minutos. Durante esse intervalo de tempo, deve-se retornar condio de

carregamento de longa durao; caso contrrio, o transformador deve ser desligado,

para se evitar o risco de falha. Conforme estabelecido na REN 191, o carregamento

de emergncia de curta durao ser utilizado em situaes de contingncia no SIN,

como ltimo recurso operativo antes do corte de carga, mediante monitoramento da


transmissora e acordo com o ONS. Essa situao pode ocorrer a qualquer momento

e compromisso do ONS que sua durao no seja superior a 30 minutos.

A capacidade operativa de longa durao (carregamento em condio normal de

operao) e a capacidade operativa de curta durao (carregamento em condio

de emergncia de longa durao) constam do CPST (contrato de prestao dos

servios de transmisso), enquanto que o carregamento em condio de emergncia

de curta durao tem foco operativo e consta do Submdulo 10.18 Cadastro de

Informaes Operacionais ou CD (cadastro de documentos) dos Procedimentos de

Rede.

2.3.3 Situaes estabelecidas no CPST e no CD

2.3.3.1 Ciclos de carregamento em condio normal de operao e de emergncia

de longa durao

Esses ciclos de carregamento so utilizados historicamente no mbito do

planejamento.

A transmissora deve garantir que, em condio normal de operao, a unidade

transformadora possa operar continuamente desde sua entrada em operao e ao

longo de toda a vida til de 35 (trinta e cinco) anos com carregamento de 100% da

potncia nominal, como ilustrado na Figura 2-1.

Figura 2-1: Ciclo de carregamento em condio normal de operao (capacidade operativa de

longa durao)

Carregamento (%)

Tempo (hora)

100

24


A transmissora deve garantir que, em condio de emergncia de longa durao, a

unidade transformadora possa operar sempre que solicitada pelo ONS desde sua

entrada em operao e ao longo de toda a vida til de 35 (trinta e cinco) anos com

carregamento de 120% da potncia nominal por perodo de 4 (quatro) horas do seu

ciclo dirio de carga para a expectativa de perda de vida til estabelecida nas normas

tcnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 20% deve

poder ser alcanada para qualquer condio de carregamento do transformador no

seu ciclo dirio de carga, inclusive com carregamento prvio de 100% da sua

potncia nominal, como ilustrado na Figura 2-2.

O critrio de planejamento indicar uma nova unidade transformadora se em

condio de N-1 da transformao da subestao, as unidades remanescentes

tiverem na condio de emergncia um carregamento superior a 120% da potncia

nominal.

Figura 2-2: Ciclo de carregamento em condio de emergncia de longa durao (capacidade

operativa de curta durao)

2.3.3.2 Ciclo de carregamento de emergncia de curta durao

Esse ciclo de carregamento utilizado historicamente no mbito da operao.

A transmissora deve garantir que, em condio de emergncia de curta durao, a

unidade transformadora possa operar sempre que solicitada pelo ONS desde sua

entrada em operao e ao longo de toda a vida til de 35 (trinta e cinco) anos com

carregamento de 140% da potncia nominal por perodo de 0,5 (meia) hora do seu

ciclo dirio de carga para a expectativa de perda de vida til estabelecida nas normas

Carregamento (%)

Tempo (hora)

100

120

24

4h


tcnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 40% deve

poder ser alcanada para qualquer condio de carregamento do transformador no

seu ciclo dirio de carga, inclusive com carregamento prvio de 100% da sua

potncia nominal, como ilustrado na Figura 2-3. O carregamento de 140% refere-se

ao ciclo de carregamento em condio de emergncia de curta durao, ser

utilizado em situaes de contingncia no SIN como ltimo recurso operativo antes

do corte de carga e, portanto, no considerado historicamente no mbito do

planejamento e consta apenas do CD.

Figura 2-3: Ciclo de carregamento em condio de emergncia de curta durao (emergncia de

curta durao)

2.3.4 Situaes de carregamento para dimensionamento

2.3.4.1 Ciclos a serem considerados

O dimensionamento da unidade transformadora de potncia deve ser feito

considerando dois ciclos de carga de referncia: ciclo de carga normal e ciclo de

sobrecarga. Deve-se considerar que em 90% dos dias tpicos a unidade

transformadora esteja submetida ao ciclo de carga normal e nos 10% dos dias tpicos

restantes ao ciclo de sobrecarga. A expectativa de vida nessa condio 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 operao e por 90% dos dias tpicos ao longo

Carregamento (%)

Tempo (hora)

100

140

24

0,5h


da vida til de 35 (trinta e cinco) anos com carregamento de 100% da potncia

nominal, como representado na Figura 2-1.

2.3.4.3 Ciclo de sobrecarga

A unidade transformadora deve ser dimensionada para que, em condio de

sobrecarga, possa operar nas condies descritas a seguir sempre que solicitada

pelo ONS desde sua entrada em operao e por um tempo mximo acumulado de

10% dos dias ao longo da vida til de 35 (trinta e cinco) anos, totalizando 3,5 (trs e

meio) anos.

(a) Carregamento de 120% da potncia nominal por perodo de 4 (quatro) horas do

seu ciclo dirio de carga para a expectativa de perda de vida ti l estabelecida nas

normas tcnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 20%

deve poder ser alcanada para qualquer condio de carregamento do transformador

no seu ciclo dirio de carga, inclusive com carregamento prvio de 100% da sua

potncia nominal.

(b) Carregamento de 140% da potncia nominal por perodo de 30 (trinta) minutos

do seu ciclo dirio de carga para a expectativa de perda de vida til estabelecida nas

normas tcnicas de carregamento de transformadores. A referida sobrecarga de 40%

deve poder ser alcanada para qualquer condio de carregamento do transformador

no seu ciclo dirio de carga. Uma vez que o carregamento de 140% decorre de uma

contingncia no prevista, por segurana, a unidade transformadora deve ser

dimensionada considerando que os carregamentos de 120% e 140% possam ocorrer

dentro do mesmo ciclo dirio, mesmo que no tenha havido intervalo de tempo entre

ocorrncias 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 condio de emergncia de curta

durao, ser utilizado em situaes de contingncia no SIN como ltimo recurso

operativo antes do corte de carga e, portanto, no considerado historicamente no

mbito do planejamento.


Figura 2-4: Ciclo de sobrecarga para dimensionamento

Carregamento (%)

Tempo (hora)

100

120

140

24

4h 0,5h


3 Ensaio de elevao de temperatura em sobrecarga

3.1 Objetivo

De forma a comprovar que uma unidade transformadora de potncia atende aos

requisitos funcionais estabelecidos e tem expectativa de vida til de 35 (trinta e

cinco) anos, calculada conforme detalhado no item 2.2, deve ser realizado ensaio de

tipo de elevao de temperatura em sobrecarga. O ensaio tem o objetivo de

demonstrar que o transformador completo incluindo seus acessrios poder suportar

os ciclos de carga especificados no item 2.3.4. O ensaio aqui descrito visa

proporcionar uma base mnima homognea para a especificao para fabricao,

que responsabilidade da transmissora.

3.2 Premissas

3.2.1 Temperatura ambiente

A avaliao da expectativa de vida da unidade transformadora deve ser feita

considerando temperatura ambiente mdia da regio, majorada pela elevao de

temperatura local devido ao ambiente da subestao. Por sua vez, a avaliao das

temperaturas mximas atingidas internamente unidade deve ser feita considerando

a temperatura mdia mxima da regio, tambm majorada pela elevao de

temperatura local devido ao ambiente da subestao (temperatura mxima segundo

NBR 5416). Tais valores devero ser no mnimo 30C e 40C, respectivamente,

conforme estabelecido na NBR 5356-2. Valores superiores, a critrio da

transmissora, devero constar da especificao de compra do transformador, a ser

considerada pelo fabricante em seu projeto.

3.3 Critrios

3.3.1 Expectativa de vida

Os resultados do ensaio fornecem subsdios suficientes para a determinao do

perfil de temperatura do ponto mais quente do enrolamento durante a sobrecarga,

para uma determinada temperatura mdia ambiente. Com esse perfil de

temperatura, possvel calcular a perda de vida e, portanto, a expectativa de vida

do transformador.

Os valores obtidos no ensaio de elevao de temperatura em sobrecarga e em

regime normal devem ser avaliados utilizando-se o equacionamento matemtico

apresentado na IEC 60076-7, para garantir que a perda de vida til seja compatvel

com uma vida til esperada de 35 (trinta e cinco) anos.

3.3.2 Limites de temperatura

A unidade transformadora deve ser dimensionada para que, na temperatura

ambiente mdia mxima (temperatura mxima segundo NBR 5356) para efeito de

dimensionamento (mnimo de 40C), a temperatura do topo do leo, do ponto mais


quente do enrolamento e de outras partes metlicas sem contato com celulose seja

inferior aos valores estabelecidos na Tabela 3-1.

Tabela 3-1: Temperaturas limite (C) (para temperatura ambiente de 40C ou superior)

Tipo de carregamento

Temperaturas limite (C)

leo Ponto mais quente do

enrolamento

Outras partes metlicas 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 leo DGA

Componentes metlicos tais como ncleo, vigamentos de ncleo, tanque, blindagens

etc. podem apresentar temperaturas inadmissveis devido a fluxo de disperso, o

que aumenta o risco posterior de falhas durante a operao e pode se tornar um

fator mais importante que a simples medio de pontos quentes no enrolamento.

Temperaturas elevadas aliadas a alto teor de umidade no leo podem gerar bolhas

que, atingindo regies de campo eltrico elevado, criam riscos de ocorrncia de uma

descarga eltrica.

Pode-se detectar esse problema apenas de maneira indireta, por meio de anlise

cromatogrfica do leo em vrias etapas do ensaio e, em funo do perfil dos gases

gerados, estimar a ordem de grandeza de possveis temperaturas atingidas. Por

exemplo, se for detectada a presena de C2H2 acetileno pode-se inferir que a

temperatura pontual algum local tenha atingido valores superiores a 1000C.

O incremento absoluto do teor e composio dos gases dissolvidos no leo durante

o ensaio diferena do teor antes e depois do ensaio deve atender ao estabelecido

na Tabela 3-2. As amostras devem ser coletadas no mnimo em dois instantes:

imediatamente aps o ciclo de sobrecarga e 6 horas aps o trmino do ensaio.

Outras amostras podero ser retiradas, mediante acordo entre o fabricante e a

transmissora. Caso os valores de incremento absoluto obtidos no ensaio no

atendam ao estabelecido na Tabela 3-2, devem ser tomadas medidas investigativas

e/ou corretivas de comum acordo entre fabricante e transmissora e no so motivo

para rejeio imediata da unidade transformadora.

A Tabela 3-3 apresenta valores de referncia orientativos para a taxa de gerao de

gs (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 experincia nacional, que poder subsidiar eventual reviso da

presente Nota Tcnica, no sentido de que os limites se tornem determinativos.


Tabela 3-2: Gerao admissvel de gases durante o ensaio de aquecimento em sobrecarga

Gs Incremento admitido durante o ensaio (ppm = L/L)

H2 Hidrognio 20

CO Monxido de carbono 50

CO2 Dixido de carbono 300

CH4 Metano 2

C2H4 Etileno 1

C2H6 Etano 2

C2H2 Acetileno Nd

Tabela 3-3: Taxa orientativa de gerao admissvel de gases durante o ensaio de aquecimento

Critrio

Gs Taxa de gerao de gases (ppm/h = L/L/h)

Condio 1 Condio 2 Condio 3

H2 Hidrognio < 0,8 0,8 e < 1,5 1,5

CO Monxido de carbono

< 2,0 2,0 e < 5,0 5,0

CO2 Dixido 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

Diagnstico Sem anormalidade

Possvel anormalidade Anormalidade detectada; Possvel falha trmica

Ao recomendada Nenhuma

Testar nova amostra

Investigar a causa, analisando os resultados e prolongando o ensaio de elevao de temperatura

Avisar o cliente

Reunio entre fabricante e cliente

Executar aes corretivas e repetir ensaio de elevao de temperatura

Nota: A presena de acetileno (C2H2) durante o ensaio indcio de defeito e deve

ser investigada.

3.3.4 Estanqueidade aps a realizao do ensaio

O leo do tanque do transformador no deve vazar e as buchas no devem

apresentar vazamento.


3.4 Configurao da unidade transformadora para ensaio

3.4.1 Enrolamentos

O ensaio deve ser feito somente para os enrolamentos de alta e mdia tenso. O

efeito do enrolamento tercirio sob carga deve ser considerado atravs de clculo.

Nas situaes em que o tercirio seja utilizado para alimentao de carga, como

previsto nos Procedimentos de Rede (compensao reativa e eliminao de

harmnicos) ou nas raras situaes em que houver especificao de utilizao do

tercirio em carga (por exemplo, quando o transformador em questo for utilizado

em SEs existentes, nas quais tenha havido essa prtica anteriormente), deve haver

acordo entre transmissora e o fabricante. A princpio, sero determinadas as perdas

mximas na condio de carregamento com tercirio, conforme definido no item

5.2.3 da NBR5356-2. Para o clculo da perda de vida durante a sobrecarga, as

temperaturas do leo e do enrolamento sero corrigidas por clculo na derivao

nominal.

3.4.2 Potncia de referncia

O ensaio de elevao de temperatura em sobrecarga deve ser realizado no ltimo

estgio de resfriamento.

3.4.3 Derivao

O ensaio de elevao de temperatura em sobrecarga deve ser realizado na

derivao de maiores perdas. As comprovaes do atendimento ao critrio de

temperatura mxima devem ser feitas tambm na derivao de perda mxima,

enquanto que a comprovao ao atendimento ao critrio de vida til deve ser feito

por clculo na derivao nominal. Devem ser seguidas as recomendaes do item

5.6 da NBR 5356-2.

3.5 Procedimento para o ensaio de sobrecarga

3.5.1 Mtodo de ensaio

O ensaio de sobrecarga descrito a seguir um ensaio de tipo realizado normalmente

na sequncia do ensaio de elevao de temperatura. As diversas etapas do ensaio

completo so ilustradas na Figura 3-1, onde o ensaio de elevao de temperatura

representado no lado esquerdo da figura, antes do instante zero, que representa o

incio do ensaio de aquecimento em sobrecarga.

As grandezas referenciadas nos itens subsequentes esto ilustradas na Figura 3-2.

O fator de hot-spot utilizado deve ser o valor fornecido previamente pelo fabricante.

Uma avaliao mais detalhada pode ser obtida atravs de design review.


Figura 3-1: Etapas de ensaio

1,4 x I

1,2 x I

It

I

Top-oil

4h 1/2h

Ensaio de Aquecimento Ensaio de Sobrecarga

It

1 a 6h

0 t1 t2 t3

M1

G0

M0

G2

M2

G3

Tempo

Carregamento

5 a 10h 1 a 7h


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 )


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 leo e mdia

do leo sobre a temperatura do meio ambiente em regime permanente atinjam o

valor no qual houve estabilizao do leo no ensaio de aquecimento normal, de

forma que a etapa seguinte de ensaio, o primeiro perodo de ensaio de sobrecarga

de 1,2 x I por 4 horas, seja iniciada nessa temperatura de estabilizao. A corrente

I corresponde aquela que resulta nas maiores perdas no cobre, na derivao de

maiores perdas.

3.5.2.2 Tenso e corrente de ensaio

O ensaio deve ser realizado com a corrente It, que corresponde corrente que

resulta em perdas totais no transformador: perdas no cobre (Pco) e perdas no ferro

(Pfe), na derivao de maiores perdas.

3.5.2.3 Durao

O ensaio perdura at que uma elevao de temperatura do leo em regime seja igual

atingida no ensaio de elevao de temperatura, durante o perodo de 1 hora, com

variao menor do que 1C no ltimo estgio de resfriamento.

3.5.2.4 Grandezas monitoradas

As temperaturas do leo e do ambiente so monitoradas ao longo do ensaio em

intervalos de 15 min ou inferior.

3.5.2.5 Valores medidos

Para a determinao das temperaturas do leo e do enrolamento, devem ser utilizados os procedimentos definidos na NBR 5356-2.

No instante t1 so medidas e registradas as seguintes grandezas:

Tamb temperatura ambiente;

Dtop elevao de temperatura do topo do leo sobre a temperatura ambiente; e

Dtbot elevao de temperatura da base do leo sobre a temperatura ambiente.

3.5.2.6 Valores calculados

So calculadas as seguintes grandezas referenciadas ao instante t1:

Dtom elevao de temperatura mdia do leo sobre a temperatura ambiente.

3.5.2.7 Amostra de gs

No instante 0, retirada amostra de leo G0 para realizao de ensaio de

gascromatografia durante o ensaio de sobrecarga. Caso o ensaio de aquecimento e

o ensaio de sobrecarga sejam realizados em sequncia, os teores G0 servem tanto

para o clculo dos incrementos e taxas gerados durante o ensaio de aquecimento


quanto para permitir a totalizao dos incrementos e taxas gerados no ensaio de

sobrecarga. Caso o ensaio de aquecimento e de sobrecarga sejam realizados

separadamente, os teores G0 permitiro a avaliao 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 leo durante o perodo

da condio de emergncia de longa durao, correspondendo ao perodo de ensaio

de sobrecarga 1,2 x I por 4 horas.


A corrente 1,2 x I aplicada no perodo t1 a t2 corresponde a sobrecarga de 20%

sobre a corrente nominal mxima que resulta em perdas iguais s perdas no cobre

(Pco).

3.5.3.3 Durao

O ensaio tem durao fixa de 4 horas.





No instante t2 so medidas e registradas as seguintes grandezas:


Dtop elevao de temperatura do topo do leo sobre a temperatura ambiente; e

Dtbot elevao de temperatura da base do leo sobre a temperatura ambiente.

No entorno do instante t2, devero ser feitas por termografia medies de

temperatura em partes externas do tanque. Os procedimentos a serem seguidos

caso os valores obtidos estejam prximos dos estabelecidos na Tabela 3-1 (coluna

referente a outras partes metlicas sem contato com celulose) sero objeto de

anlise e acordo entre fabricante e transmissora.



Dtom elevao de temperatura mdia do leo; e

Dtco elevao de temperatura mdia do enrolamento sobre a temperatura ambiente.

A temperatura do leo medida deve ser corrigida para incluir as perdas no ferro, com as seguintes etapas de clculo:


Corrigir a elevao de temperatura do topo do leo 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 elevao de temperatura do enrolamento sobre o leo (Dte) de I para

1,2 x I, a partir da elevao de temperatura do enrolamento sobre o leo medida

no ensaio de elevao de temperatura, que tinha sido determinada para I

A temperatura do ponto mais quente do enrolamento dever ser obtida a partir

da soma das duas grandezas anteriores adicionada temperatura ambiente

mdia mxima (mnimo de 40C)

As correes devero ser feitas segundo os procedimentos estabelecidos no item

8.2.2 da IEC 60076-7, utilizando os parmetros da tabela 5 da mesma norma.

3.5.3.7 Amostra de leo para ensaio de gascromatografia

No instante t2, retirada amostra de leo G2 para realizao 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 leo durante o perodo

da condio de emergncia de curta durao, correspondendo ao perodo 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 aps o ensaio completo (1,2 x I por 4

horas e 1,4 x I por meia hora).


A corrente 1,4 x I aplicada no perodo t2 a t3 corresponde a sobrecarga de 40%

sobre a corrente nominal mxima que resulta em perdas iguais s perdas no cobre

(Pco), para medio da temperatura dos enrolamentos.

3.5.4.3 Durao

O ensaio tem durao fixa de meia hora.





Para a determinao das temperaturas do leo e do enrolamento devem ser

utilizados os procedimentos definidos na NBR 5356-2. No instante t3 so medidas e

registradas as seguintes grandezas:



Dtop elevao de temperatura do topo do leo sobre a temperatura ambiente;

Dtbot elevao de temperatura da base do leo sobre a temperatura ambiente; e

Dte gradiente mdio de temperatura cobre-leo.

No entorno do instante t3, devero ser feitas por termografia medies de

temperatura em partes externas do tanque. Os procedimentos a serem seguidos

caso os valores obtidos estejam prximos aos estabelecidos na Tabela 3-1 (coluna

referente a outras partes metlicas sem contato com celulose) sero objeto de

anlise e acordo entre fabricante e transmissora.



Dtom elevao de temperatura mdia do leo;

Dtco elevacao da temperatura mdia do enrolamento; e

Dte gradiente mdio de temperatura cobre-leo.

A temperatura do leo medida deve ser corrigida para incluir as perdas no ferro, com

as seguintes etapas de clculo:

Corrigir a elevao de temperatura do topo do leo 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 elevao de temperatura do enrolamento sobre o leo (Dte) de 1,2 x I

para 1,4 x I, a partir da elevao de temperatura do enrolamento sobre o leo

calculada no instante t2, que tinha sido determinada para 1,2 x I

A temperatura do ponto mais quente do enrolamento dever ser obtida a partir

da soma das duas grandezas anteriores adicionada temperatura ambiente

mdia mxima (mnimo de 40C)

As correes devero ser feitas segundo os procedimentos estabelecidos no item

8.2.2 da IEC 60076-7, utilizando os parmetros da tabela 5 da mesma norma.

Para efeito de avaliao da verificao do atendimento ao critrio de temperatura

mxima, deve ser utilizado o valor de temperatura do ponto mais quente do

enrolamento obtido a partir da temperatura do leo medida e corrigida por clculo.

Uma vez que a temperatura final do leo no estar estabilizada, o que poderia

provocar distores nos resultados, o valor medido no dever ser utilizado para

avaliao do atendimento ao critrio e apenas servir de subsdio para futuro ajuste

dos procedimentos de clculo e parmetros de correo.

Seis horas aps o instante t3, ou conforme acordo prvio entre fabricante e

transmissora, retirada amostra de leo G3 para realizao de ensaio de

gascromatografia.


4 Concluses e recomendaes

O atendimento aos requisitos mnimos assegura que a unidade transformadora a ser

integrada rede bsica atende aos pressupostos de planejamento, mantendo

espao para o diferencial competitivo atravs do conhecimento acumulado da

transmissora e dos avanos tecnolgicos do fabricante.

Entretanto, recomendvel haver uma base mnima comum de desempenho

tcnico. Questes no discutidas detalhadamente no grupo, como, por exemplo, os

custos/benefcios associados insero futura de sensores para o monitoramento

contnuo das unidades ainda na sua fase de especificao e seu impacto no

desempenho tcnico, admitem ainda aprofundamento.

O ensaio de elevao de temperatura em sobrecarga aqui descrito um primeiro

passo na direo da base comum mencionada. Coroou um esforo conjunto das

transmissoras, fabricantes, CEPEL e ONS. recomendvel avanar e estabelecer

uma base homognea de especificao tcnica para dimensionamento e fabricao.

Para tanto, sugere-se que seja criado um grupo de trabalho, que pode ser a

continuao do grupo criado para a elaborao do texto do ensaio. O objetivo desse

grupo seria a elaborao de um texto bsico para especificao de uma unidade

transformadora.


5 Crditos

O presente documento foi elaborado no mbito 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 elaborao do presente documento

Profissional Entidade

Adin Martins Pena CEMIG

Alan Sbravati CARGILL

Andr Luiz P. da Cruz CHESF

Anglica 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 S Alves STATE GRID

Jos Eurico Daniel Junior TREETECH

Julio Cesar Alves de Aguiar ELETROBRAS

Mateus Cruz Lunardi ELETROSUL

Pedro Peroni ELETROSUL

Paulo Afonso Pasquotto de Lima WEG

Ricardo Andr Gonalves FURNAS

Roberto Jander Costa Padilha ELETRONORTE

Rodinei Carraro CEEE

Rogrio Peres Bersi WEG

Tiago Bertran SIEMENS


Lista de figuras e tabelas

Figuras

Figura 2-1: Ciclo de carregamento em condio normal de operao

(capacidade operativa de longa durao) 8

Figura 2-2: Ciclo de carregamento em condio de emergncia de longa

durao (capacidade operativa de curta durao) 9

Figura 2-3: Ciclo de carregamento em condio de emergncia de curta

durao (emergncia de curta durao) 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 40C ou

superior) 14

Tabela 3-2: Gerao admissvel de gases durante o ensaio de aquecimento

em sobrecarga 15

Tabela 3-3: Taxa orientativa de gerao admissvel de gases durante o

ensaio de aquecimento 15

Tabela 5-1: Profissionais que participaram da elaborao do presente

documento 24

Documents

NT ONS 038 2014 - Transformadores - Ensaios e Elevação de Temperatura em Sobrecarga