ABB Brasil

Transcrição

ABB Brasil

Santiago CL Jornadas Técnicas 2013Jun04&05
Dr. José Carlos Mendes
Gte Desenvolvimento & Engenharia
Corporate Executive Engineer
ABB Asea Brown Boveri
Divisão de Transformadores
São Paulo, SP - Brasil
email:
tel:
cel:
[email protected]
+55 11 2464 8410
+55 11 9 8354 5358
ABB Brasil Div Transformadores
1
Dr. JCMendes -
ABB Brasil
Transformadores
Potência em Alta Tensão:
Carregamento – Novas Tecnologias,
Análise de Estado e Monitoração
Carregamento
Conteúdo
 introdução
 panorama atual, expansão e tendências
 carregamento de transformadores
 guias & normas, consequências e riscos
 temperaturas – ambiente, óleo, enrolamento
 isolação líquida & sólida e expectativa de vida
 ciclos de carga
 capacidade de carregamento - recomendações
 transf novos – processo de Compra, Projetos e Qualificação em Ensaios
 transf existentes – processo de Análise de Estado, Determinação da
Capacidade de Carregamento e Qualificação através da Monitoração da Operação
 exemplos de aplicações – reator novo, transf novos e transf existente
 novas tecnologias
 conclusões
2
Dr. JCMendes -
ABB Brasil Div de Transformadores
ABB Brasil
Transformadores
 PPTR Transformadores de Distribuição
 transformadores de distribuição
Guarulhos, São Paulo
 PPTR Transformadores de Potência
 transformadoes de potência até 765kV
 reatores shunt até 765kV
 transformadores HVDC até 600kVDC
 transformadores Defasadores
 transformadores industriais
 transformadores com Óleo Vegetal até 245kV
 serviços (soluções de eng, reparo em fábrica,
reparo em campo, serviços em transformadores)
 componentes para transformadores (Buchas,
Comutadores, Sistemas de Monitoração)
 componentes isolantes
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Dr. JCMendes -
Blumenau, SC
Transformadores e Reatores
ABB Brasil - HVAC até 765kV, 1 550MVA, 3 750MVA e HVDC 600kV 315MVA
FURNAS Itaipú HVDC
TransfConversor, 1, 314MVA
550kV AC / 600kV DC, 56unid
RIO MADEIRA BtB DC
Transf Conversor, 3, 424MVA
550kV AC / 37.8kV DC, 6unid
FURNAS - TIJUCO PRETO, Brasil
Autotransformadores, 1 , 500 MVA,
765/345/20 kV + OLTC, 27unid
4
Dr. JCMendes -
RIO MADEIRA Bipolo HVDC
Transf Conversor, 1, 292MVA
550kV AC / 600kV DC, 14unid
Transformadores e Reatores de Potência
Panorama Atual, Expansão GDP e Tendências
5
Dr. JCMendes -
Transformadores
Panorama
Atuale Reatores
Potencial de Expansão do Consumo de Energia
America do Sul
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Dr. JCMendes -
Transformadores e Reatores
Expansão da Transmissão HVAC e HVDC
Expansão da Geração
Hidroelétrica 2013-2021
Expansão da
Geração
2013-2021
Sistema de Transmissão
Linhas Longas HVAC & HVDC
Expansão da
Transmissão
HVDC 2020
2013-2021
Até 18000 MW
HVDC
até 2020
18000 MW
total GT: 270 BiBRL (135 BiUSD)
Demandas Severas na Infra-Estrutura e Envelhecida do Sistema Elétrico
Existente (carregamento, potência de curto-circuito, controle de tensão,
transitórios de tensões, harmônicos de tensão e corrente, etc)
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Dr. JCMendes -
Transformadores
Panorama
Atuale Reatores
Meta – Dobrar Capacidade de Geração em 15 Anos
Geração
Transmissão
 230 kV
Distribuição
SubTransmissão ≤ 145kV
TrElev
Auxiliares
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Dr. JCMendes -
AutoTransf
Abaixador
Defasador
Reator Derivação
AutoTransf
Abaixador
Tr Aterramento
Distribuição & Carga
Transformadores de Potência
Transformadores Novos – Carregamento e Expectativa de Vida Útil
Transformadores Existentes – Expectativa de Vida Útil Residual e Carregamento
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Dr. JCMendes -
Expansão da Geração e Transmissão
InfraEstrutura Nova
REATOR ABB
1 45.33MVAr 500kV
ID
Carga
Classe Térmica da Isolação
Norma/Guia (NBR ou IEEE)
A
B
Expectativa Normal de Vida
Reator 1Fa 45.33MVAr 500kV ONAN 65/65grC TermoEstabilizado
100%Snx24h
65grC TermoEstabilizado
horas
IEEE
-11.833
6514.417
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
30.0
1.3
41.0
52.0
56.0
15.0
19.5
71.5
86.0
101.5
35.0
1.3
41.0
52.0
56.0
15.0
19.5
71.5
91.0
106.5
364730
41.6
0.006580
215174
24.6
0.011154
Temperaturas
Temp Ambiente
Fator Pto+Quente
Elev Oleo-Amb Media
Elev Oleo-Amb Topo (Garantia)
Elev Enrol-Amb Media (Garantia)
Elev Enrol-Óleo
Elev Pto+Q Enrol-Topo Óleo
Elev Pto+Q Enrol-Ambiente
Temp Media Enrol
Temp Pto+Quente Enrol (Garantia)
Temp. Pto+Quente Enrolamento
Expectativa Vida
Perda Vida Diária
Reator Derivação
grC
pu
grC
grC
grC
grC
grC
grC
grC
grC
Horas
anos
%/24h
285623
32.6
0.008403
30.0
35.0
25.0
1.3
1.3
1.3
46.0
46.0
41.0
58.0
58.0
52.0
62.0
62.0
56.0
16.0
16.0
15.0
20.8
20.8
19.5
78.8
78.8
71.5
92.0
97.0
81.0
108.8
113.8
96.5
169582
102052
627130
19.4
11.6
71.6
0.014152
0.023517
0.003827
MVAr
Preço Inicial Reator R$
Temp Ambiente
grC
Reator
Expectativa Vida
Anos
R$/MVAr x Vida
ABB Brasil JCM
A-10
25.0
1.3
46.0
58.0
62.0
16.0
20.8
78.8
87.0
103.8
45.33
2000000.00
30.0
ABB
101.5
41.6
1060
-54%
ESPEC
108.8
19.4
2279
-
Otimização da Operação e Investimentos
InfraEstrutura Existente
765/550kV
bancos Autos 1650MVA
765kV páteo
550kV páteo
345kV páteo
765/345kV
bancos Autos 1500MVA
345kV bancos capacitores
FURNAS SE TijucoPreto São Paulo
Sist Transmissão 765kV Itaipu
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SE Tijuco Preto - Terminal
HVAC ITAIPU-SaoPaulo
InfraEstrutura Existente - Campo Magnético de Dispersão e Consequências
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InfraEstrutura Existente
Expansão do Carregamento
páteo 550kV, 50Hz
T Auto 3, 375MVA, 525/230/13.8kV
R Reg 3, 375MVA, 241.5/241.5±110%kV
Ações:
 sobrecarregamento seguro de T+R
 análise de estado
 repotenciação
páteo 220kV, 50Hz
ITAIPÚ SE Margem Direita
Sist Transmissão 550kV 50Hz Itaipu
Potência Instalada de Transformação 1875MVA
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Dr. JCMendes -
ref ITAIPU e ABB Mendes, JC & Velasquez, E.
CIGRE A2 ERIAC 2011 Ciudad del Este PY
Carregamento – Guias & Normas, Consequências e Riscos
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Dr. JCMendes -
Carregamento
Guias e Normas
IEC 60076-7 2005-12
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IEEE Std C57.91 1995
ABNT NBR 5416 1997
Carregamento
Consequências
 sobreaquecimento excessivo (óleo, enrolamentos,






isolação, ligações, núcleo, partes metálicas, etc)
elevação do fluxo de dispersão e sobreaquecimentos
localizados (correntes induzidas e perdas localizadas em
partes metálicas)
sobreexcitação do núcleo por combinação do fluxo
principal e elevação do fluxo de dispersão
correspondente à sobrecarga
variações no teor de umidade e concentrações de gases
na isolação e no óleo
elevação das solicitações térmicas e mecânicas em
Comutadores, Buchas, Terminações de Cabos, TCs, etc
elevação do volume de óleo expandido e inadequação de
Tanques de Expansão (COnservadores)
elevação do risco de falha
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Carregamento
Riscos
 Riscos Imediatos
 geração de bolhas e redução da suportabilidade dielétrica
 temp. pto+quente acima da temp. crítica de geração de bolha
 temp. crítica dependente da umidade e saturação do óleo por gases
 sobreaquecimento localizado (pontos quentes > 180grC):
 geração de gases
 deterioração da isolação e redução da suportabilidade mecânica
 elevação da pressão de óleo e vazamento em buchas
 sobreaquecimento da isolação própria e geração de gases em buchas
 expansão do óleo e vazamento através do conservador
 falhas de Comutadores por interupção de correntes elevadas
 Riscos à Longo Prazo




aceleração da deterioração térmica cumulativa da isolação sólida e do óleo
envelhecimento de outros componentes isolantes estruturais
elevação de resistências de contatos em Comutadores (falhas, fusão, etc)
deterioração de gaxetas
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Capacidade de Carregamento – Temperatura Ambiente,
Temperatura do Óleo, Temperatura do Enrolamentos e Expectativa de Vida Útil
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Carregamento
Condições de Contorno
Capacidade de Carregamento e Expectativa de Vida:
 temperatura ambiente
 elevação temperatura topo do óleo
 elevação de temperatura enrolamento-óleo
 fator de HotSpot (constante Hs)
 tipo do óleo (OMI ou OVI)
 tipo da isolação sólida (constantes A e B):
 papel KRAFT
 papel KRAFT TERMOESTABILIZADO
 papel NOMEX
 ciclo de carga diário MVA = f(tempo)
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Carregamento
Temperatura Ambiente
 Método Preferencial: medição direta da Temp Ambiente
 Método Alternativo:
relatórios de Serviços de Meteorologia INMET MA
Ta mín j
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Carregamento
Elevações de Temperaturas do Óleo e do Enrolamento
topo
oa
heo =Hs•eo
Pto+Quente
e
m
oa
m
ea
eo
inf
oa
a
Hs=1.1 para Sn  2500kVA
Hs=1.3 para Sn > 2500kVA
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Dr. JCMendes -
topo
e = a + oa + heo = a +oa + Hs•eo
topo
IEC60076-7
IEEE C57.91
NBR5416
Carregamento
Envelhecimento do Papel Isolante
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Carregamento
Perda de Vida da Isolação
 Perda de Vida
 determinada pela Teoria de Arrhenius
AeB
- parâmetros da curva de expectativa de vida da

isolação
 Te = e+ 273 - temperatura absoluta (grK) da isolação
 t
- intervalo de tempo (horas) no qual a temperatura do
ponto+quente permanece constante
-
PV% = 10
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B
+A
273+ e
• t • 100
Carregamento
Curva Carga Diária
2009Fev20
Carga Diária
400
380
P, MW
Q,MVAr
S, MVA
360
340
potências P, MW Q, MVAr e S, MVA
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
20-fev-09
00:00:00
20-fev-09
02:00:00
24
Dr. JCMendes -
20-fev-09
04:00:00
20-fev-09
06:00:00
20-fev-09
08:00:00
20-fev-09
10:00:00
20-fev-09
12:00:00
20-fev-09
14:00:00
20-fev-09
16:00:00
20-fev-09
18:00:00
20-fev-09
20:00:00
20-fev-09
22:00:00
21-fev-09
00:00:00
Carregamento
Curva de Carga e Carga Equivalente (base e ponta)
150
S/Sn %
Sp
Base
S/Sn %150
Sb
Sp
Sa
100
S (t)
100
tp
Si
50 S1
Sj
S (t)
Si
Sk
50
S2
t1 t2
Base
Ponta
25
Dr. JCMendes -
Ponta
6h
12h
18h
tk
24h
ta tb
tj
18h
Capacidade de Carregamento – Transformadores Novos
Processo de Compra, Projetos e Qualificação em Ensaios
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Transformadores Novos
Avaliação e Seleção de Alternativas
Expectativa de Vida Útil Garantida, anos
Ciclo de Vida, anos
Custo do Ativo:
 compra
 transporte $1
 instalação
Custo da Operação:
 perdas (Vazio,
Carga, Auxiliares)
 manutenção
 reparos
$2
 desempenho
Custo Fim de Vida:
 substituição
 transferência
$3
 revitalização
NPV, Custo Total / Ciclo de Vida $ = $1+$2+$3
R$
kVA x Vida Útil x FatorSobreCarga
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Avaliação e Seleção de Alternativas
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Dr. JCMendes -
Carregamento e Especificação Detalhada
Requerer Certificação e Comprovação:
 OFERTA – dado de garantia nas tabelas técnicas
 fator de ponto+quente (Hs) dos enrolamentos
 certificação do Papel Isolante TermoEstabilziado
 elevações de temperaturas do óleo e do enrolamento
ao longo do Ciclo de Carga Especificado
 temperaturas do óleo e do enrolamento ao longo do
Ciclo de Carga Especificado
 perda de vida diária ao longo do Ciclo de Carga
Especificado
 expectativa de vida da isolação em
HORAS e ANOS (mínimo 40 anos)
referida ao ponto+quente do enrolamento
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Dr. JCMendes -
etapa 1 - OFERTA
IEEE C57.91-1995
 PROJETO – certificação do projeto em etapa de
Revisão de Projeto (Design Review)
 fator de ponto+quente (Hs) dos enrolamentos
 certificação do Papel Isolante TermoEstabilziado
 elevações de temperaturas do óleo e do enrolamento
ao longo do Ciclo de Carga Especificado
 temperaturas do óleo e do enrolamento ao longo do
 perda de vida diária ao longo do
 expectativa de vida da isolação em
HORAS e ANOS (mínimo 40 anos)
referida ao ponto+quente do enrolamento
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Dr. JCMendes -
etapa 2 - PROJETO
IEEE C57.91-1995
etapa 3 - ENSAIOS
 ENSAIOS DE AQUECIMENTO – certificação final do transformador:
 Ensaio de Aquecimento regular, conforme NBR 5356-02:2005
 Aplicação de Corrente correspondente à condição de Perdas Máximas Totais (Vazio + Carga)
 Não-permitir ensaio de aquecimento com corrente reduzida (típica 80%In), pois efeitos de
campos magnéticos (pontos quentes, formação de gases, etc) podem não ser revelados.
Medições e Registros em Tempo Real:




Elevação de temperatura média do óleo
Elevação de temperatura do topo do óleo
Elevação de temperatura enrolamento-óleo referida à temperatura média do óleo
DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes e após o ensaio)
Cálculos Complementares:
 Elevação de temperatura do ponto+quente do enrolamento sobre a elevação de temperatura do topo do
óleo (utilizar Fator de Ponto+Quente, HotSpot - Hs)
 Expectativa de vida da isolação em HORAS e ANOS (mínimo 40 anos)
Controle de Qualidade - DGA:
 DGA Gases Dissolvidos no Óleo
 TermoVisão (IRS)
31
Dr. JCMendes -
etapa 3 - ENSAIOS
 ENSAIOS DE SOBRECARGA – certificação final do transformador:
 Ensaio de Aquecimento com Carregamento Transitório, conforme NBR 5356-02:2005, Anexo B, seção B.4
 Aplicação de Corrente de Carga conforme Ciclo de Carga Especificado (Carga 1 ou Carga 2 ou Outro)
Medições e Registros em Tempo Real:




Elevação de temperatura média do óleo
Elevação de temperatura do topo do óleo
Elevação de temperatura enrolamento-óleo referida à de temperatura média do óleo
DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes e após o ensaio)
Cálculos Complementares:
 Elevação de temperatura do ponto+quente do enrolamento sobre a elevação de temperatura do topo do
óleo (utilizar Fator de Ponto+Quente, HotSpot - Hs)
 Expectativa de vida da isolação em HORAS e ANOS (mínimo 40 anos)
Controle de Qualidade - DGA:
 DGA Gases Dissolvidos no Óleo
 TermoVisão (IRS)
32
Dr. JCMendes -
etapa 3 - ENSAIOS
 DGA Gases Dissolvidos no Óleo – certificação final do transformador:
 ENSAIO DE AQUECIMENTO - conforme NBR 5356-02:2005
 DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes; a cada 6 horas; após ensaio)
 DGA e controle da formação de gases durante o ensaio:
Gás
H2
CH4
CO
CO2
C2H4
C2H6
C2H2
Pós-Antes, ppm
15
2
25
250
1
2
nd
 ENSAIO DE SOBRECARGA - conforme NBR 5356-02:2005, Anexo B, seção B.4
 DGA Gases Dissolvidos no Óleo (amostras antes; a cada 6 horas; após ensaio)
 DGA e controle da formação de gases durante o ensaio:
Gás
H2
CH4
CO
CO2
C2H4
C2H6
C2H2
Pós-Antes, ppm
20
2
50
300
1
2
nd
Método Alternativo de Controle:
 NBR5356-2:2005 Anexo C, seção C.4
CIGRÉ Electra No. 12, Maio 1982
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Capacidade de Carregamento – Transformadores Existentes
Processo de Análise de Estado, Determinação da Capacidade de Carregamento e
Qualificação através da Monitoração da Operação
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Transformadores Existentes
Evolução Típica da Taxa de Falhas
extensão vida
fim de vida
falhas por
envelhecimento
vida normal
 falhas
prematuras
 Taxa de Falhas
novo
Taxa de Falhas Aceitável
 falhas normais
2-6 anos
35
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 tempo
20-30
anos
40-60
anos
70-80
anos
Aceleração da Perda de Vida da Isolação
 Fator Aceleração Perda de Vida – FApv
 vida consumida atual da isolação – Vida CA Estado=Condição
Requisito:
f(Te; Vida Operacional; Estado Isolação)
Análise de Estado Atual
do Transformador ou Reator
Térmico
 vida consumida normal – Vida CN
f(Te; Vida Operacional; Ciclo de Carga Diário)
FApv =
36
Dr. JCMendes -
Vida CA
Vida CN
[pu]
FApv  1.0
Carregamento e Estado Global dos Transformadores
Avaliar Passado:
 histórico do carregamento
 histórico de temperatura ambiente local
 evolução do estado global
 estado do óleo; e
 estado da isolação sólida
Analisar:
 combina aspectos
 carregamento; e
 estado global da isolação
 a vida residual da isolação do transformador de interesse
Potencializar a Capacidade de Carregamento Futuro:
 análise do desempenho térmico – fundamentado no Ensaio de Aquecimento Original
 carregamento adicional do transformador
 temperatura ambiente local esperada
 requisitos de expectativa de vida operacional futura
 capacidade adicional de sistema de resfriamento externo necessária
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Dr. JCMendes -
Estado Global dos Transformadores
etapa 1 – Análise de Estado
Estado do Óleo:
 dados históricos (Base Dados de até até 26 anos de vida operacional)
 evolução das concentrações de gases combustíveis e de suas relações
 evolução da taxa de formação de gases combustíveis
 evolução das concentrações de CO e CO2, suas relações e volumes
 evolução do estado de saturação de gasosa do óleo isolante
 correlações de evolução de gases dissolvidos (TGC, CO, CO2)
 relações características (CO2/CO, H2/CH4 e C2H4/C2H6)
 correlações entre os transformadores do grupo de interesse com
transformadores similares - históricos conhecidos de DGA e FQE e Carga
 evolução das propriedades FQE:
 rigidez dielétrica
 acidez
 tensão interfacial
 teor de água
 fator de dissipação á 90grC
 cor
 enxôfre corrosivo
 estado de oxidação
 número de partículas
 concentração de furanos (2Fal)
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Dr. JCMendes -
Estado Global dos Transformadores
etapa 1 – Análise de Estado
Estado da Isolação Sólida:
 umidade da isolação sólida
 risco de formação de bolhas
evolução do estado de saturação do óleo por gases dissolvidos
evolução do estado de formação de vapor de umidade
correlação com temperatura de formação de gases originados pela isolação sólida
correlação com temperatura de formação de gases originados em sobreaquecimento
localizados (ponto quente) em estruturas metálicas da parte ativa do transformador
 estimativa da vida consumida da isolação sólida (celulose)
 conforme estado atual da isolação sólida e óleo
 determinação de fatores de aceleração da perda de vida da isolação
 estimativa da vida residual da isolação sólida (celulose)
 no estado atual da isolação sólida e óleo
 no estado futuro pós-repotenciação
f(temperaturas, sistema de resfriamento, expectativa de carregamento)
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Carregamento dos Transformadores
etapa 3 – Capacidade de Carregamento
Temperatura Ambiente Local:
 carregamento é limitada pela temp absoluta do ponto+quente (Te= e +273, grK) do enrolamento
e = a + oa + heo = e = a + oa + Hs.eo (grC)
 a
 oa
 eo
 heo
 Hs
-
temperatura ambiente
elevação da temp do topo do óleo sobre a temperatura ambiente
elevação de temp do do enrolamento sobre a temperatura do topo do óleo
elevação de temp do ponto+quente do enrolamento sobre a temp do topo do óleo
fator do ponto+quente (hot spot), Hs  1.3 típico para transformadores de potência
Temperatura Ambiente Local – Real ou Dados Históricos:
 medida em tempo real
 séries históricas – Ministério da Agricultura ou similar
 média das temp médias diárias de cada mês de interesse
 média das temp máximas diárias de cada mês de interesse
 margem em caso de dúvida da adequação da temp ambiente local:
 adicionar 5grC à temp ambiente
40
Dr. JCMendes -
Carregamento dos Transformadores
2009Fev20
Carga Diária
400
380
P, MW
Q,MVAr
S, MVA
360
340
potências P, MW Q, MVAr e S, MVA
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
20-fev-09
00:00:00
20-fev-09
02:00:00
41
Dr. JCMendes -
20-fev-09
04:00:00
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06:00:00
20-fev-09
08:00:00
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10:00:00
20-fev-09
12:00:00
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14:00:00
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16:00:00
20-fev-09
18:00:00
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20:00:00
20-fev-09
22:00:00
21-fev-09
00:00:00
Carregamento dos Transformadores: Qualificação - Monitoração em Tempo Real
Carregamento e Monitoração em Tempo Real:
 Sensores
 carga - correntes & tensões
 temperatura topo do óleo
 temperatura pto+quente enrolamento
 umidade do óleo e isolação
 gases H2, CO, C2H2 (Hydran)
42
Dr. JCMendes -
Carregamento – Exemplos de Aplicação
Reator Novo, Transformador Novo e Transformador Existente
43
Dr. JCMendes -
Carregamento
REATOR, 1, 45.33MVAr, 500kV, ONAN, 65grC/65grC
Garantia: 65
Reator Derivação:
topo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
1Fa, 60Hz, ONAN
500kV
Classe Térmica 65grC
Papel TermoEstabilizado
Elevações Temp Especificadas:
 Óleo 65 grC
 Enrolamentos 65grC
 Ponto+Quente 80grC
Perdas:
 Vazio
27kW
 Carga
198kW
 Garantia
-kW
Resfriamento
 Radiadores -
oa
ea
m
oa
16
46
m
ea
78.8
Garantia: 80
eo
62
Garantia: 65
inf
oa
a
44
Dr. JCMendes - 44
58
Pto+Quente
34
Local Instalação
1.3 x 16 = 20.8
NBR5416 1997
Hs= 1.1 para Sn  2500kVA
Hs= 1.3 para Sn > 2500kVA
IEC60076-7
Carregamento
REATOR : Ciclo de Carga 100%Sn 24h – Expectativa de Vida da Isolação
ID
Carga
Dados Gerais
Sn Potência Base
Po Perdas em Vazio
Pc Perdas em Carga
To Constante Tempo Óleo
Te Constante Tempo Enrolamento
m Expoente Enrolamento
n Expoente Óleo
R Relação Perdas
Reator 1Fa 45.33MVAr 500kV ONAN 65/65grC TermoEstabilizado
100%Snx24h
MVA
kW
kW
horas
horas
pu
pu
pu
Classe Térmica da Isolação
Norma/Guia (NBR ou IEEE)
A
B
Expectativa Normal de Vida
horas
45.3
27.0
198.0
1.0
0.08
0.8
0.8
7.33
IEEE
IEEE
IEEE
-11.833
-11.833
-11.833
6514.417 6514.42
6514.42
150000
150000
150000
NBR
-13.391
6972.15
65000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
IEEE
-11.833
6514.417
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
IEEE
-11.833
6514.42
150000
35.0
16.0
16.5
1.3
1.3
1.3
46.0
46.0
46.0
58.0
58.0
58.0
62.0
62.0
62.0
16.0
16.0
16.0
20.8
20.8
20.8
78.8
78.8
78.8
97.0
78.0
78.5
113.8
94.8
95.3
593653 5328348
5014089
67.8
608.3
572.4
0.00404 0.00045
0.00048
102052
756565
715815
11.6
86.4
81.7
0.023517 0.003172
0.003353
17.0
1.3
46.0
58.0
62.0
16.0
20.8
78.8
79.0
95.8
Temperaturas
Temp Ambiente
Fator Pto+Quente
Elev Oleo-Amb Media
Elev Oleo-Amb Topo (Garantia)
Elev Enrol-Amb Media (Garantia)
Elev Enrol-Óleo
Elev Pto+Q Enrol-Topo Óleo
Elev Pto+Q Enrol-Ambiente
Temp Media Enrol
Temp Pto+Quente Enrol (Garantia)
Temp. Média Enrolamento
Expectativa Vida
Perda Vida Diária
Expectativa Vida
Perda Vida Diária
45
Dr. JCMendes -
grC
pu
grC
grC
grC
grC
grC
grC
grC
grC
Horas
anos
%/24h
Horas
anos
%/24h
25.0
1.3
46.0
58.0
62.0
16.0
20.8
78.8
87.0
103.8
30.0
1.3
46.0
58.0
62.0
16.0
20.8
78.8
92.0
108.8
1830639
209.0
0.00131
1034470
118.1
0.00232
285623
169582
32.6
19.4
0.008403 0.014152
4719179
538.7
0.00051
677361
77.3
0.003543
Carregamento
REATOR: Ciclo Carga – Perda e Expectativa de Vida da Isolação
Ciclo de Carga
Carga
Carga
Carga
Carga
46
Dr. JCMendes -
Pré-Ponta
Ponta
Pós-Ponta
Equivalente
perda de vida da isolação
pu/ciclo normal
pu por ciclo
fator de aceleração
horas/ciclo
expectativa de no. de ciclos
expectativa de vida
expectativa de vida
pu
1.00
1.00
1.00
1.00
MVA
45.33
45.33
45.33
45.3
pu
pu
pu
horas
pu
horas
anos
IEEE
NBR
0.000142
0.000324
0.000142
0.000324
1.00
21.23
21.03
7065.9
3090.7
169582
74176
8.47
19.36
horas
4.0
4.0
16.0
24.0
Temperaturas
ambiente
topo
óleo
grC
grC
30.0
88.0
30.0
88.0
30.0
88.0
pto+quente
enrolamento
grC
108.8
108.8
108.8
Carregamento
AutoTrReg, 1, 200MVA, 500±10%/230/13.8kV, ONAN/ONAF, 65grC/65grC
Garantia: 65
AutoTransformador:
topo
1Fa, 60Hz, ONAN/ONAF
AT&BT 120/160/200MVA
TERC
12/16/20MVA
500±10%/230/13.8kV
Classe Térmica 65grC
Papel TermoEstabilizado
Elevações Temp Especificadas:
 Óleo 65 grC
 Enrolamentos 65grC
 Ponto+Quente 80grC
8. Perdas:
 Vazio
87.5kW
 Carga
411.2kW
 Garantia 600.0kW
9. Resfriamento
 Radiadores 12 x 2300x32el
 MotoVentiladores 8 x D900
10. Ruído 88dB(A) ONAF
oa
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Local Instalação
47
Dr. JCMendes - 47
1.3 x 22 = 28.6
50
Pto+Quente
ea
m
oa
22
38
m
ea
78.9
Garantia: 80
eo
60
Garantia: 65
inf
oa
26
a
NBR5416 1997
Hs= 1.1 para Sn  2500kVA
Hs= 1.3 para Sn > 2500kVA
IEC60076-7
Carregamento
AutoTrReg : Ciclo Carga 1 – Perda e Expectativa de Vida da Isolação
48
Dr. JCMendes -
Carregamento
TrExistente – Conjunto AutoTr+TrReg e Expansão da Capacidade de Carregamento
Ciclo de Carga Futuro:
 modelo para a determinação:
 da revitalização do sistema de resfriamento dos transformadores T/R
 do desempenho térmico correspondente
 caracterizado à partir do ciclo típico passado C4 (potência máxima mensal)
 ciclo de carga futuro:
 estimada expansão da potência média de 20%
 estimada expansão da carga de ponta de 25% (com duração de 2 horas)
 Tamb
40 grC - temperatura ambiente máxima diária de (constante em 24h)
 Sb
375 MVA – potência base de referência (potência de placa)
 Sm
305 MVA - carga média diária (20% em relação à carga média passada)
 Si
290 MVA - carga inicial pré-ponta
 Sp
485 MVA - carga de ponta (+29% em relação à carga de ponta passada)
 tp
2 horas - tempo de duração da ponta, 2 horas
49
Dr. JCMendes -
Carregamento
TrExistente – Conjunto AutoTr+TrReg e Expansão da Capacidade de Carregamento
Repotenciação, Carregamento Futuro e Expectativa de Vida:
 considerando o ciclo de carga típico expandido futuro C4
 a revitalização do sistema de resfriamento dos transformadores de interesse
 a vida consumida (passada) da isolação
estima-se que:
a expectativa da vida da isolação dos 5 Grupos AutoTr/TrReg seja
ainda superior à 40 anos !!!
Sm: 305MVA, 120% (média histórica)
50
Dr. JCMendes -
Transformador de Potência
Carregamento - Aplicação de Novas Tecnologias
ABB Brasil JCM
A-51
Novas Tecnologias
NOMEX: Isolante para Altas Temperaturas
Nomex ®
N
H
H
 polímero
 estabilidade >220grC
 excelente desempenho:
N
Características
 altas temperaturas em líquidos isolantes
 impregnável por líquido isolante
 compatibilidade com tintas, adesivos, etc
 estabilidade dimensional
CH2OH
O
 suportabilidade elétrica
H H
 descargas parciais reduzidas
OH H
 não-inflamável
HO
Celulose
ABB Brasil JCM
A-52
H
H
OH
O
O
C
C
n
H
O
OH
H
OH
H
H
O
H
O
CH2OH
Novas Tecnologias
ABB BIOTEMP® : Óleo Vegetal Isolante de Alto Desempenho
Características
 óleo vegetal
 ecológico de fonte renovável
 segurança e eficiência operacional
 biodegradável
 excelente desempenho:
 transferência de calor
 altas estabilidade a oxidação
 alta temperaturas de combustão > 360grC
 compatibilidade com tintas, adesivos, etc
 estabilidade dimensional
 suportabilidade elétrica
 preservação da isolação
ABB Brasil JCM
A-53
Novas Tecnologias
Expectativa de Vida Útil
Expectativa de Vida – Horas (Anos)
Temperatura
Pto+Quente
(°C)
ÓLEO MINERAL
BIOTEMP®
55°C
Kraft
65°C
TermoEstabilizado
85
220 000 (25.1)
1 214 000 (138.6)
440838 (50.3)
95
65 000 (7.5)
359 000 (41.0)
130335 (14.9)
100
36232 (4.1)
200 028 (22.8)
72626 (8.3)
105
20 500 (2.4)
113 200 (12.9)
110
11 800 (1.4)
65 000 (7.5)
23607 (2.7)
120
4 050
22 500 (2.6)
8125
130
-
8 150
-
140
-
-
2 850 000 (325)
-
160
-
-
533 000 (61)
-
115 500 (13)
-
180
54
Dr. JCMendes -
B )
(A+
T
Vida (horas) = 10
-
95°C
NOMEX
não
significante
55°C
Kraft
41100 (4.7)
Carregamento – Constatações e Recomendações
56
Dr. JCMendes -
Carregamento
Conclusões
 cenário atual




transformadores são ativos importantes e de custo alto
população mundial de Transformadores com vida operacional elevada
expectativa de demanda elevada por estes ativo
expectativa de utilização/carregamento limite nos próximos anos
 seleção de alternativas (compra, revitalizar, substituir) são complexas
 fundamentada em avaliação econômica global




R$/(kVA x VidaÚtilxFSobrecarga)
requer especificação de comprovação de desempenho elétrico, dielétrico,
térmico, mecânico
inclusão de novas tecnologia
avaliação detalhada de capacitação de fabricante (engenharia, fábrica,
ensaios, qualidade, fornecedores)
revisão de projeto (design review)
57
Dr. JCMendes -
Carregamento
Conclusões
 capacidade de carregamento para Transf Novos como suporte efetivo para:





determinar a capacidade limite de carregamento e expectativa de Vida Útil
avaliação comparada de fornecedores em Processo de Compra – etapa de OFERTA
certificação de fornecedor – etapa de PROJETO
qualificação de fornecedor – etapa de ENSAIOS
critério quantitativo para a PENALIZAÇÃO ou a REJEIÇÃO de fornecedor
 capacidade de carregamento de Transf Existentes suportada em Estado/Condição:
 utilização de técnicas de Análise de Estado
 acessar a vida consumida e a expectativa de vida útil residual
 utilização otimizada de capacidade de carregamento e da expectativa vida útil residual
(sem e com revitaização do sistema de resfriamento externo)
 qualificação do processo através da monitoração em tempo real e análise de
desempenho global (Térmico e do Estado)
 aplicação de Novas Tecnologias em suporte




da otimização e a extensão da vida de Transformadores
da otimização e compactação de Subestações
da elevação da segurança de Equipamentos, Subestações, Ambiente e Pessoas
da expansão e modernização da Manutenção
58
Dr. JCMendes -
59
Dr. JCMendes -

ABB Brasil

Transcrição

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