EXPERIÊNCIAS DO DESENVOLVIMENTO DE
TRANSFORMADOR BASEADO EM
ISOLAÇÃO HÍBRIDA E ÓLEO VEGETAL
ISOLANTE
Carlos Alves da Silva
AES ELETROPAULO
São Paulo , 02/10/2014
• INFORMAÇÕES INSTITUICIONAIS
• OBJETIVOS
• CONSIDERAÇÕES INICIAIS
• TRANSFORMADOR: IMPORTÂNCIA E CARACTERÍSTICAS
• COMPORTAMENTO TÉRMICO DO TRANSFORMADOR
• TRANSFORMADOR DESENVOLVIDO PARA ALTA TEMPERATURA
• CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES
AES
NO MUNDO
Uma das maiores empresas globais de energia
Presente em 20 países nos cinco continentes
8 distribuidoras de energia
115 plantas de geração (39 mil MW)
100 milhões de clientes
AES Brasil
Presente no País desde 1997, o
Grupo AES Brasil é formado por
cinco empresas que atuam no setor
de energia
Distribuição
7,5 milhões unidades
consumidoras
22 milhões de clientes
Market Share: 14,3%
Geração
Capacidade Instalada: 3.298 MW
Market Share: 2,3%
7.700 colaboradores
AES ELETROPAULO
•
20,1 milhões de clientes e 6,7
milhões de unidades consumidoras
•
Atende 24 municípios da Região
Metropolitana de São Paulo,
incluindo a capital
•
151 subestações
•
13.999 MVA de capacidade instalada
•
41.497 km de rede de distribuição
aérea
•
2.532 km de rede de distribuição
subterrânea
•
1,2 milhão de postes
•
6.208 colaboradores próprios e 9.293
terceirizados
Missão, Visão e Valores da
AES BRASIL
MISSÃO
Promover o bem-estar e o desenvolvimento com o fornecimento seguro,
sustentável e confiável de soluções de energia
VISÃO DAS DISTRIBUIDORAS
Serem a melhor concessionária de distribuição de energia elétrica do
Brasil até 2016
VISÃO DAS GERADORAS
Serem líder na gestão operacional, comercial e financeira do setor de
geração de energia no Brasil e ampliar a capacidade em 3 mil MW, até
2016, por meio de práticas sustentáveis
VALORES
• Segurança em primeiro lugar
• Agir com integridade
• Honrar compromissos
• Buscar a excelência
Realizar-se no trabalho
OBJETIVO
• ESTUDAR A APLICAÇÃO DO ISOLANTE NOMEX E ÓLEO VEGETAL
NO TRANSFORMADOR
• AVALIAR A INFLUÊNCIA DA ELEVAÇÃO DA TEMPERATURA NA
ISOLAÇÃO DO TRANSFORMADOR
• ANALISAR
O
COMPORTAMENTO
TÉRMICO
TRANSFORMADOR COM ISOLAÇÃO HÍBRIDA
DE
UM
• COMPARAR VALORES DE TEMPERATURA CALCULADA E MEDIDA
ATRAVÉS DE SENSOR DE FIBRA ÓTICA
• PROPOR
NOVOS
LIMITES
DE
TRANSFORMADORES
SUJEITOS
CARREGAMENTO
TEMPERATURA
À
CONDIÇÃO
PARA
DE
IMPORTÂNCIA DO TRANSFORMADOR
CONSUMIDORES RESIDENCIAIS
TRANSFORMADOR: COMPONENTES
1) Núcleo
2) Enrolamento
3) Tanque principal
4) Tanque de expansão
5) Bucha de alta tensão
6) Comutador derivações
7) Mecanis. acionamento
8) Radiadores
9) Painel de comando
10) Secador de ar
11) Termômetros
NESTE PAPER: TRANSFORMADOR = TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
O SISTEMA DE ISOLAÇÃO: ÓLEO ISOLANTE
DÉCADA DE 30...
ASCAREL (PCB – BIFENILA POLICLORADA)
 PROIBIDO DÉCADA 70,TÓXICO E CANCERÍGENO
ÓLEO MINERAL - ÓLEO VEGETAL
 CARACTERÍSTICAS
 VANTAGENS
 DESVANTAGENS
O SISTEMA DE ISOLAÇÃO: ISOLAÇÃO SÓLIDA
APLICADO EM: ENROLAMENTOS, ANÉIS ESTÁTICOS, ESPAÇADORES
DETERMINA A VIDA ÚTIL DO TRANSFORMADOR
GP ENTRE 1200 E 200 (FIM DA VIDA ÚTIL)
TIPOS COMUNS
 PAPEL KRAFT E PAPEL TERMO ESTABILIZADO
NÃO REAGENTE COM ÓLEO
PREÇO ACESSÍVEL
DISPONIBILIDADE NO MERCADO
 PAPEL NOMEX
ORIGINADO EM FIBRA SINTÉTICA CRIADA PELA DUPONT
POUCO HIGROSCÓPICO
RESISTENTE AO CALOR (ATÉ 200o C)
PREÇO ALTO: ~ 10X
TIPOS DE ISOLAÇÃO SÓLIDA
 HOMOGÊNEA:
 HÍBRIDA:
 SEMI- HÍBRIDA:
 MISTA:
NOMEX EM TODA ISOLAÇÃO + OVI
NOMEX EM PARTES QUENTE DO
ENROLAMENTO + OMI/ OUTRO
NOMEX EM PARTE DO ENROLAMETO + OMI
NOMEX EM PARTE DO ENROLAMENTO
EXPOSTA A ENVELHECER + OMI/ OUTRO
TRANSFORMADOR: CARREGAMENTO
MAS, E O TRANSFORMADOR EM OPERAÇÃO, EM QUAL CONTEXTO
SE ENQUADRA?
• NORMAS ESTABELECEM LIMITES TEMPERATURA X POTÊNCIA
• POTÊNCIA NOMINAL X CAPACIDADE TÉRMICA: VIDA ÚTIL
• CORRETO: LIMITE TÉRMICO = EVITA BOLHAS, UMIDADE, GP
• GESTORES “PODEM DEFINIR TEMPO DE VIDA ÚTIL” (?)
• MAIOR TEMPERATURA, MAIOR EXPOSIÇÃO, MENOR VIDA ÚTIL
TIPOS DE CARREGAMENTO
 CONDIÇÃO NORMAL DE OPERAÇÃO
 CONDIÇÃO EMERGENCIAL DE CURTA E LONGA DURAÇÃO
DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO
COMO DETERMINAR A TEMPERATURA CORRETA?
O ASPECTO TÉRMICO É QUEM DEFINE O LIMITE DA VIDA ÚTIL...
PORÉM, DETERMINAÇÃO É COMPLEXA...CONSIDERA VÁRIOS FATORES...
A PREMISSA DEVE SER A TEMPERATURA PONTO MAIS QUENTE!
ENTÃO…
A NORMA IEEE C57.91-1995*:
θH
θA
θH = θA + ∆θTO + ∆θH
Temperatura do ponto mais quente do transformador
É medida direta (fibra ótica) e indireta (imagem térmica)
Temperatura ambiente
É medida com instrumento
∆θTO
Elevação de temperatura do topo de óleo sobre o ambiente
Medida com termômetro ou monitor
∆θH
Elevação de temperatura do ponto mais quente sobre óleo
Cálculo complexo (tipo enrol, sist. resfrig, etc)
DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO
MAS ENTÃO O QUE FAZER? O CÁLCULO É COMPLEXO!
O CARREGAMENTO É DINÂMICO! ENVOLVE VÁRIOS FATORES...
RESP: NORMAS DISPÕEM MÉTODOS ESPECÍFICOS DE CÁLCULO:
PORÉM...
 APLICAM EXPRESSÕES DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
 MUITAS VARIÁVEIS ANALISADAS
 DEMANDA UTILIZAÇÃO DE PROGRAMAS COMPUTACIONAIS
OUTRAS...
 SÃO PROPOSTAS NAS NORMAS ABNT* E IEEE**
 EXPRESSÕES MAIS SIMPLIFICADAS
 LIMITADAS (NÃO CONSIDERAM FATORES EXTERNOS)
 FORNECE RESULTADOS CONFIÁVEIS!!!
DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO
LOGO, CALCULADOS OS LIMITES DE TEMPERATURA...
Diagrama térmico do
ENROLAMENTO*
NOTAS: NO CÁLCULO GRADIENTE DA TEMPERTURA ÓLEO- ENROLAMENTO...
A IEC 60076-7* CONSIDERA ELEVAÇÃO LINEAR TEMPERATURA;
PORÉM...PESQUISADORES INDICAM QUE A IEC NÃO CONSIDERA TODAS
VARIÁVEIS (?), POIS É UM MODELO SIMPLIFICADO
DEFINIÇÃO DO PROJETO
“PARTINDO PARA A PRÁTICA”...
FOI UTILIZADO 01 TRANSFORMADOR OBJETO DE AVARIA:
 MARCA, MODELO, POTÊNCIA, ANO, SISTEMA DE VENTILAÇÃO
 MEIO ISOLANTE (SÓLIDO, LÍQUIDO), COMUTAÇÃO
AS ETAPAS DO PROJETO:
1) CARACTERIZAÇÃO: REPOTENCIAÇÃO
2) DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS: ISOLANTE SÓLIDO, LÍQUIDO
3) DEFINIÇÃO DE TECNOLOGIA: FIBRA ÓTICA, MONITORAMENTO
:
VALIDAÇÃO DO PROJETO
A PRÓXIMA ETAPA: ENSAIOS ELÉTRICOS CONFORME NORMA
NOTAS:
A ET IEC 60076-14 LIMITA EM 135o C
NORMAS NÃO AGRACIARAM NOVOS ISOLANTES
ENTÃO...
TEMPERATURAS MEDIDAS NOS SENSORES PT100 E FIBRA ÓTICA:
Período Potência
(hr:min)
13:00
15:00
16:00
16:30
(pu)
1,00
1,10
1,15
1,20
Temperatura (°C)
Sensor
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4
óleo
70,3
96,5
96,2
103,6
103,4
76
116
115,8
126,8
125,1
79,4
122,1
121,8
133,6
131,5
81,6
126,5
126,2
138,6
136,5
CÁLCULOS E MEDIÇÕES FICARAM DE ACORDO COM A E.T. IEC...
VALIDAÇÃO DO PROJETO: COMPARATIVO
PARA VALIDAR O PROJETO...
TAMBÉM FOI ENSAIDO 01 TRANSFORMADOR CONVENCIONAL
(MARCA, MODELO, POTÊNCIA, MATERIAL ISOLANTE)
E, DOS ENSAIOS ELÉTRICOS, APRESENTAMOS UMA AMOSTRA:
ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
VALIDAÇÃO DO PROJETO: ENSAIO ELÉTRICO
TAMBÉM...
O TRANSFORMADOR DO PROJETO FOI SUBMETIDO AOS ENSAIOS E,
RESULTADO AMOSTRAL DO ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA:
CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES
• Materiais termicamente estáveis se apresentam como boa opção ao
mercado exigente, mesmo demandando apreciação das normas
• A aplicação de sensores de fibra ótica garante melhor eficiência no
monitoramento de temperatura
• Resultados mostraram que a Repotenciação com NOMEX e óleo
vegetal isolante é aplicável – acrescenta potência nominal
• O comparativo entre projeto convencional e híbrido confirmou que a
metodologia da pesquisa é plausível
• Transformador desenvolvido com materiais termicamente
estabilizados possibilitam melhor mobilidade operativa – podem
operar em regime de sobrecarga
CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES
• A metodologia da gestão térmica poderá ser melhor avaliada com a
instalação de transformadores similares em campo
• Desenvolvimento de sistema de gestão com vistas ao
carregamento térmico e preservação do ativo se apresenta como
boa opção
• Pesquisas com materiais termicamente estabilizados que interagem
com partes do transformador possibilitarão melhor embasamento
• A aplicação do isolante sólido NOMEX pode alterar a configuração
térmica de um transformador e demanda continuidade de estudos
Carlos Alves da Silva
E-mail: [email protected]
Telefone: 2195-4804/ 996178038