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
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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
3.5.3.2 Tenso e corrente de ensaio 20
3.5.3.3 Durao 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 leo para ensaio de gascromatografia 21
3.5.4 Etapa t2 a t3 21
3.5.4.1 Objetivo 21
3.5.4.2 Tenso e corrente de ensaio 21
3.5.4.3 Durao 21
3.5.4.4 Grandezas monitoradas 21
3.5.4.5 Valores medidos 21
3.5.4.6 Valores calculados 22
4 Concluses e recomendaes 23
5 Crditos 24
Lista de figuras e tabelas 25
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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.
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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;
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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
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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
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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
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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
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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.
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Figura 2-4: Ciclo de sobrecarga para dimensionamento
Carregamento (%)
Tempo (hora)
100
120
140
24
4h 0,5h
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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 )
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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 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
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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.
3.5.3.2 Tenso e corrente de ensaio
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.
3.5.3.4 Grandezas monitoradas
As temperaturas do leo e do ambiente so monitoradas ao longo do ensaio em
intervalos de 15 min ou inferior.
3.5.3.5 Valores medidos
No instante t2 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.
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.
3.5.3.6 Valores calculados
So calculadas as seguintes grandezas referenciadas ao instante t2:
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:
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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).
3.5.4.2 Tenso e corrente de ensaio
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.
3.5.4.4 Grandezas monitoradas
As temperaturas do leo e do ambiente so monitoradas ao longo do ensaio em
intervalos de 5 min ou inferior.
3.5.4.5 Valores medidos
Para a determinao das temperaturas do leo e do enrolamento devem ser
utilizados os procedimentos definidos na NBR 5356-2. No instante t3 so medidas e
registradas as seguintes grandezas:
Tamb temperatura ambiente;
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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.
3.5.4.6 Valores calculados
So calculadas as seguintes grandezas referenciadas ao instante t3:
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.
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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.
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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
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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
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