Power Systems
Transformadores móveis
Transformadores modulares de implantação rápida
para sistemas de transporte de energia em alta tensão
Miguel Oliva – Os sistemas que fornecem a energia
eléctrica à sua casa ou instalação fabril são concebidos
e mantidos para oferecerem os níveis mais elevados de
fiabilidade. Contudo, mesmo uma boa concepção e uma
manutenção cuidada não conseguem eliminar completamente a ocorrência de falhas.
Um incidente grave pode colocar um transformador fora
de serviço por um período indo de vários meses a mais
de um ano, enquanto decorre a sua reparação ou o aprovisionamento de uma substituição. Durante este período,
é claramente necessária uma alternativa para assegurar
o serviço aos clientes.
Uma solução é a instalação de um transformador móvel.
Os reduzidos peso e dimensões destes transformadores
permitem a sua deslocação por transporte rodoviário, quer
em forma final, quer numa configuração com uma montagem e entrada em serviço rápidas no local de destino.
Até ao presente, os transformadores móveis têm estado
limitados a tensões até 230 kV mas, em resultado de uma
concepção inovadora, a ABB tem agora a possibilidade
de fornecer transformadores móveis de 400 kV.
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A continuidade e a qualidade do fornecimento de energia
são os dois objectivos operacionais mais importantes para
as concessionárias do sector da energia eléctrica. A gestão
da crescente procura de energia requer novos investimentos
e uma utilização ainda mais eficaz dos equipamentos
existentes. Nesse contexto, as concessionárias necessitam
de dispor de estratégias que lhes permitam minimizar os
custos de operação e manutenção e simultaneamente reduzir
o número de interrupções acidentais de serviço e a taxa
de falhas.
Os transformadores de potência são activos importantes
na cadeia de fornecimento das concessionárias. São um dos
componente mais importantes e também mais dispendiosos,
e são nós críticos nas redes de transporte de energia em alta
tensão. Os grandes transformadores de potência constituem
uma das principais preocupações de qualquer concessionária
no que concerne a fiabilidade, dado serem elementos críticos
para a operação do sistema de transporte de energia e terem
substituição demorada e dispendiosa. Um transformador é um
equipamento complexo, representando um custo elevado e
exigindo domínio técnico de engenharia e esforço de produção.
Tem, além disso, um tempo de entrega elevado e necessita
de manutenção adequada para uma optimização da sua
operação e vida útil.
Dependendo da importância estratégica da unidade, a indisponibilidade não planeada de um transformador pode acarretar
uma perda significativa de produção ou de receitas para
a concessionária, bem como ter um impacte de larga escala
no sistema. Numa situação extrema, uma falha pode levar
a um interrupção generalizada de serviço, com perda de
imagem junto do público, reclamações dos consumidores
e coimas administrativas.
O tempo necessário para a instalação
de um transformador numa situação de
emergência pode ser reduzido de várias
semanas ou meses para 10 ou 15 dias,
incluindo a mobilização e o transporte.
Para evitar este tipo de problemas, são necessários planos
de contingência que permitam uma reacção rápida a falhas
de transformadores capazes de originar interrupções prolongadas de serviço. Existem várias estratégias de planos
de contingência para incidentes relacionados com transformadores de potência, exemplos das quais são:
-
Emalhamento da rede
Transformadores redundantes
Normalização dos modelos utilizados
Unidades de substituição
Politransformadores
Transformadores móveis
O aprovisionamento de um novo transformador com especificações próprias pode demorar desde vários meses até mais de
um ano. A instalação de uma unidade de substituição já
existente pode requerer desde semanas a meses, tempo este
necessário para o seu transporte e montagem, bem como para
outras actividades, no caso de a unidade de substituição não
estar situada no local da falha. Em tais circunstâncias, é
essencial a existência de planos de recuperação de emergência
com tempos de resposta rápidos. Os transformadores móveis
podem aqui desempenhar um papel importante.
230 kV. Tipicamente, abarcam uma gama de tensões de 35 a
245 kV e uma gama de potências de 5 MVA a 100 MVA em
unidades trifásicas. É normalmente utilizado isolamento de alta
temperatura com o fim de minimizar os seus peso e dimensões.
Para possibilitar uma rápida implantação, são transportados
completamente montados e com o enchimento de óleo já
efectuado.
O peso e as dimensões constituem as maiores restrições na
construção de transformadores móveis para gamas de tensão
acima dos 230 kV, tendo sido até agora este o valor máximo
da tensão disponível. A ABB tem desenvolvido esforços para
ultrapassar esta limitação e fornecer soluções para planos
de contingência de reacção rápida para redes de transporte
operando a tensões mais elevadas.
O conceito
Os transformadores de potência acima de 100 MVA são
relativamente pesados e volumosos. O seu transporte exige
veículos específicos, uma avaliação e um planeamento detalhados e ainda autorizações administrativas que podem ser causa
de atrasos elevados -4.
A ABB propôs-se o desafio do nível de potência e da transportabilidade para os transformadores móveis. Foi estabelecido
o requisito de produzir um transformador para um nível de
potência elevado e com dimensões reduzidas, possibilitando o
seu transporte por estrada com procedimentos administrativos
simplificados.
O objectivo principal do projecto foi a obtenção dos valores
nominais máximos compatíveis com as restrições existentes
para o transporte rodoviário.
A ABB adoptou uma abordagem modular. Vários módulos
de transformadores monofásicos de menores dimensões são
combinados numa unidade de maior dimensão -1.
Por exemplo, dois módulos monofásicos originam uma unidade
monofásica de maior dimensão e três módulos originam uma
unidade trifásica -2. Para uma optimização em termos de
dimensão, são utilizados transformadores couraçados (shell).
Algumas das vantagens dos transformadores couraçados são:
Os transformadores móveis não são um conceito novo.
Têm, contudo, estado tradicionalmente limitados a tensões até
– Concepção compacta, com os enrolamentos envolvidos pelo
núcleo magnético, de forma a serem satisfeitas as restrições
1 Modularidade flexível: Módulos monofásicos de menores
dimensões combinados numa unidade maior
2 Conceito modular: Transformador móvel de 400 kV
para suprimento de falhas
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Power Systems | Transformadores móveis 2
3 Transformadores móveis num relance
4 Transporte rodoviário de um transformador standard
de elevadas dimensões, requerendo veículos
e autorizações especiais
Características principais do transformador móvel
de alta tensão:
– Conceito modular para aplicações a 345 kV, 400 kV
e 525 kV
– Implantação rápida
– Transporte simples e rápido
– Possibilidade de unidades de politransformadores para
cobertura de valores adicionais de tensão
Vantagens e aplicações de transformadores móveis
de valores nominais mais elevados:
– Planos de contingência com resposta rápida e flexibili
dade de recuperação de serviço em subestações críticas
em casos de falhas de transformadores, com horizonte
temporal reduzido
– Instalações temporárias para eventos importantes e para
permitir aumento temporário de capacidade em áreas
críticas, em épocas de pico ou para eventos específicos
– Redução de prémios de seguros
– Redução de riscos de segurança interna
– Redução de riscos de interrupção de serviço, evitando
coimas administrativas e reduzindo reclamações
e pedidos de indemnização por parte dos clientes
– Investimento com retorno imediato aquando da sua
primeira utilização e elevado custo de oportunidade
de transporte.
– Operação em posição horizontal, permitindo uma melhor
transportabilidade e uma melhor optimização da concepção
do transformador.
O transformador é montado directamente no veículo de
transporte, de forma a permitir um transporte por estrada mais
rápido e com um mínimo de autorizações administrativas.
Foi escolhido um isolamento celulósico tradicional, dado o
isolamento de alta temperatura não ter sido até agora utilizado
em aplicações acima dos 230 kV. Encontra-se em curso
investigação sobre a utilização de isolamento de alta temperatura para valores nominais mais elevados dentro das mesmas
dimensões e sobre a redução de peso para uma mesma gama
de valores nominais.
Um aspecto importante é a rapidez da implantação destes
transformadores. No caso de serem excedidas as limitações de
peso e dimensões, os transformadores têm que ser expedidos
parcialmente desmontados e sem o óleo de isolamento.
A concepção do transformador é adaptada à aplicação e tem
o objectivo de minimizar o trabalho de desmontagem.
O transformador pode também ser projectado de forma a ser
transportado e montado com dissipadores térmicos no próprio
veículo. Dependendo do tipo de ligações externas, os isola-
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5 Um transformador móvel pronto para o transporte
dores de travessia de alta tensão têm de ser removidos para o
transporte, embora possam ser usadas terminações inseríveis.
A montagem final deve ser planificada cuidadosamente,
tomando em consideração todos os aspectos práticos:
enchimento do óleo, comissionamento e testes, bem como
a minimização do tempo necessário para colocação da unidade
em serviço. O tempo de instalação pode ser reduzido se
a unidade for armazenada numa forma bem preparada para
o transporte, o pessoal técnico tiver tido uma formação
adequada e os procedimentos tiverem sido bem definidos.
Com este conceito, o tempo de reacção pode ser reduzido de
várias semanas ou meses para 10 ou 15 dias, incluindo a
mobilização e o transporte, trazendo assim vantagens para a
restauração rápida pelas concessionárias de falhas de transformadores na rede de transporte -3.
Um caso concreto
O conceito do transformador móvel de implantação rápida foi
desenvolvido com o fim de suportar planos de contingência
estratégicos para o operador do sistema espanhol de transporte de energia eléctrica e proprietário do sistema de 400 kV,
a Red Electrica de España (REE). Esta foi a primeira referência
a nível mundial a um transformador móvel de 400 kV.
Power Systems | Transformadores móveis 3
O transformador é montado directamente no veículo de transporte,
de forma a permitir um transporte por
estrada mais rápido e com um mínimo
de autorizações administrativas.
Foi utilizada uma abordagem colaborativa, de forma
a potenciar as sinergias entre a ABB e a concessionária.
A potência nominal dos módulos monofásicos, 117 MVA,
e outras características tais como a impedância foram escolhidas de forma a permitir a substituição directa dos transformadores normalizados da concessionária (unidade monofásicas
de 200 MVA) e a fornecer um elevado valor nominal enquanto
unidade trifásica (350 MVA), satisfazendo ao mesmo tempo
as restrições dimensionais para o transporte rodoviário.
Foi construído um politransformador com 400 kV no lado da
alta tensão, possibilidade de selecção de 230 kV ou 138 kV no
lado da baixa tensão e três níveis de tensão diferentes no lado
terciário (33 kV, 26,4 kV e 24 kV).
Esta característica dá a estes transformadores uma facilidade
de utilização acrescida e um campo de aplicação alargado,
permitindo-lhes substituírem um elevado número de unidades,
quer monofásicas, quer trifásicas, do parque da concessionária.
Foi tomada a opção de não inclusão de comutação de derivações em carga para evitar aumentos de peso ou de volume.
Contudo, foi incluída a possibilidade de comutação de derivações em vazio, de forma a disponibilizar alguma funcionalidade
extra e permitir alguma capacidade de regulação fora de
serviço.
O objectivo principal do projecto foi a obtenção dos valores
nominais máximos compatíveis com as restrições existentes
para o transporte rodoviário. Foi utilizado um transformador
couraçado com disposição horizontal, tendo o produto final
um peso inferior a 60 toneladas e uma altura e largura não
excedendo 3,4 m e 2,7 m, respectivamente.
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Os transformadores móveis não são
um conceito novo. Têm, contudo, estado
tradicionalmente limitados a tensões
até 230 kV.
O transformador foi preparado para o transporte com montagem directa no veículo, sem óleo -5, tendo sido acordado com
a concessionária o transporte sem os isoladores de atravessamento e com os dissipadores térmicos desmontados. Foi
preparado com a concessionária um plano de montagem
detalhado, incluindo o fornecimento de formação adequada ao
pessoal técnico, de forma a minimizar o tempo de montagem
no local de destino. A concessionária também efectuou todos
os preparativos necessários para a interligação com a rede
e instalação dos descarregadores de sobretensão e isoladores
para as ligações de linha, cabos de ligação, controlos, etc.
Foram ainda considerados os aspectos de segurança
e ambientais, tendo-se providenciado um receptáculo portátil
para óleo para a eventualidade de uma fuga.
Foram construídas três unidades de 400 kV. Com a finalidade
de estar preparada para uma situação de emergência,
a concessionária construiu uma instalação de teste que
permitiu verificar, num único ensaio, os níveis de desempenho,
de tempo de reacção e de formação do pessoal técnico.
A concessionária considerou os resultados do teste como
satisfazendo as suas expectativas e indicativos de uma rápida
recuperação de serviço numa situação real.
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