Temperatura de ponto quente do transformador: verificações de projeto e verificação de FAT para unidades imersas em óleo

Quando um transformador é discutido na fase de cotação, o desempenho térmico é frequentemente reduzido a duas linhas em uma folha de dados: método de resfriamento e aumento de temperatura permitido. Isso não é suficiente. Na Zisheng Electric, nossa revisão de projeto geralmente começa perguntando onde o calor é criado, como ele se move através do enrolamento e do óleo e qual ponto se tornará o gargalo térmico sob o ciclo de carga real. A resposta está intimamente ligada à temperatura do ponto quente do transformador , e não apenas à temperatura média mostrada em um instrumento de rotina.

Um transformador pode ter uma indicação aceitável de óleo do tanque enquanto uma seção de um enrolamento opera muito mais quente do que o esperado. A temperatura local afeta o envelhecimento do isolamento, a margem de sobrecarga e a utilidade das configurações de alarme. Para empreiteiros de EPC e compradores industriais, a questão prática não é, portanto, “o transformador possui um indicador de temperatura?”, mas sim “o projeto térmico representa o projeto e as suposições relevantes podem ser verificadas durante o FAT?”

Aplicação em destaque: um transformador imerso em óleo em um sistema de distribuição industrial.

O que realmente significa a temperatura do ponto quente do transformador

Três temperaturas são comumente misturadas em discussões técnicas. A temperatura do óleo superior descreve o óleo a granel mais quente próximo à parte superior do tanque. A temperatura média do enrolamento é normalmente derivada de medições de resistência durante um teste de aumento de temperatura. A temperatura do ponto quente do enrolamento refere-se à temperatura local mais alta no sistema de isolamento do enrolamento. Esses valores estão relacionados, mas não são intercambiáveis.

O ponto quente aparece onde as perdas do condutor, as perdas parasitas, a distribuição do fluxo de óleo e a geometria do isolamento se combinam desfavoravelmente. Pode estar próximo de uma extremidade de enrolamento, de uma transposição, de uma saída de chumbo ou de uma região com circulação restrita de óleo. Uma medição de resistência calcula a média de todo o enrolamento. Não pode revelar diretamente uma pequena zona quente local. É por isso que uma avaliação térmica confiável combina resultados medidos de aumento de temperatura com um modelo térmico revisado e, para projetos apropriados, medições diretas de fibra óptica.

A IEC 60076-2:2011 aplica-se a transformadores imersos em líquido, define requisitos de aumento de temperatura e estabelece métodos para testes de aumento de temperatura. A IEC 60076-7:2018 aborda a influência da temperatura ambiente e da carga na temperatura operacional e na vida útil do isolamento. Os limites específicos do projeto, as condições ambientais de referência e o método de aceitação ainda precisam ser definidos na especificação. Um número padrão por si só não define o serviço térmico completo.

Como as decisões de projeto térmico criam ou reduzem um ponto quente

Comece com o perfil de carga real, não apenas com a placa de identificação kVA

O mesmo transformador nominal pode enfrentar funções térmicas muito diferentes. Uma unidade de distribuição que atende cargas comerciais pode ter um pico noturno prolongado. Um transformador de uma fábrica de cimento pode apresentar partidas repetidas do motor e uma carga elevada sustentada. Um transformador elevador solar segue a irradiância, enquanto um transformador de armazenamento de energia de bateria pode operar em ambas as direções do fluxo de energia com um perfil de despacho que muda rapidamente.

O engenheiro precisa da carga contínua esperada, duração do pico, padrão cíclico, fator de potência e conteúdo harmônico. As correntes harmônicas aumentam as perdas nos enrolamentos e parasitas, mas seu efeito depende do espectro e da disposição dos condutores. Escrever “carga não linear” em uma planilha de dados não é suficiente. Para cargas alimentadas por conversor, normalmente solicitamos o espectro de corrente antecipado ou os dados harmônicos do fabricante do conversor antes de finalizar o modelo de perdas.

A geometria do enrolamento controla as perdas e o fluxo de óleo

O tamanho do condutor não pode ser selecionado apenas pela densidade de corrente. As dimensões radiais e axiais influenciam o campo de vazamento, a perda parasita e a resistência mecânica. Os dutos de resfriamento devem permitir que o óleo chegue aos locais que realmente geram calor. Se um duto for estreitado pela construção do isolamento, deslocamento do espaçador ou deformação excessiva da fixação, o caminho de fluxo calculado pode não existir no enrolamento fabricado.

Durante nossa revisão de projeto, verificamos a relação entre distribuição de perdas no enrolamento, disposição dos dutos e suporte mecânico. Aumentar um duto não é automaticamente uma melhoria; altera as dimensões do enrolamento, a reatância de fuga e as forças de curto-circuito. O projeto térmico e mecânico deve ser resolvido em conjunto. É também por isso que uma solicitação tardia para alterar a impedância pode exigir outra revisão térmica, em vez de uma simples correção de desenho.

A disposição do núcleo, do enrolamento e do caminho do óleo determinam onde o calor pode se acumular.

A distribuição de perdas é mais importante do que um valor de perda total

A perda de carga garantida é importante para a eficiência e a geração de calor, mas a perda total de carga não mostra onde esse calor está concentrado. A perda do enrolamento CC é amplamente distribuída. Perdas parasitas em condutores e perdas parasitas em peças estruturais podem ser localizadas. Condutores, extremidades de enrolamento, paredes de tanques, braçadeiras e blindagens magnéticas requerem atenção em projetos maiores ou de alta corrente.

Uma perda total menor não prova automaticamente um ponto quente menor. O que importa é se as dimensões dos condutores, transposições, blindagem e caminhos de resfriamento são consistentes com a distribuição de perdas calculada. Para obter informações úteis sobre como a parte ativa é produzida e controlada, revise nosso artigo sobre o Guia de monitoramento e manutenção preditiva de transformadores imersos em óleo . Quando cargas industriais orientam o projeto, a equipe do projeto também deve comparar o fatores de projeto de transformadores de distribuição industrial em relação ao cronograma de carga.

Radiadores e resfriamento forçado devem ser verificados como um sistema

A área de superfície do radiador, a cabeça de circulação de óleo, as dimensões do tubo, o fluxo de ar do ventilador e o espaçamento dos equipamentos trabalham juntos. Adicionar ventiladores a um arranjo de circulação natural fraco pode não corrigir uma restrição de fluxo de óleo dentro da parte ativa. Da mesma forma, um transformador que passa com todos os ventiladores em operação pode ter pouca resiliência operacional se um grupo de ventiladores estiver indisponível.

Um ponto que esclarecemos antecipadamente é a relação entre a classificação do transformador e o modo de resfriamento: se a saída nominal é baseada em ONAN ou ONAF, quantos estágios de resfriamento são fornecidos, qual estágio é normal e se a operação total é necessária com um grupo de ventiladores indisponível. Contatos de alarme e desarme, tensão de alimentação do motor, seleção local/remota e pontos de ajuste de controle automático pertencem à programação da interface.

O que uma gordura com aumento de temperatura pode e não pode provar

Um teste de aumento de temperatura é valioso porque verifica a unidade montada como um sistema térmico. Isso pode expor o desempenho inadequado do radiador, a rotação incorreta do ventilador, erros na fiação de controle, perdas totais inesperadas ou uma margem de temperatura baixa. Ele não reproduz todas as condições do site. O ambiente de teste, o método de injeção de perdas, o equipamento de refrigeração e os cálculos de aceitação precisam, portanto, ser registrados claramente.

Revise a sequência de teste antes da data da testemunha

O procedimento de teste aprovado deve identificar o padrão aplicável, método de conexão, instrumentos de medição, medição de temperatura ambiente, perdas injetadas, configuração de resfriamento, critério de estabilização, sequência de desligamento e tempo de medição de resistência. Se a temperatura do enrolamento for determinada a partir da resistência, o tempo após o desligamento será crítico. Uma série de leituras atrasadas ou incompletas pode tornar a extrapolação pouco confiável.

Para unidades com vários estágios de resfriamento, o procedimento deve indicar qual classificação e modo de resfriamento estão sendo verificados. A corrente do ventilador e da bomba, o status operacional e a sequência de controle devem ser registrados. Se o projeto exigir um teste de aumento de temperatura em uma determinada posição de tap, essa condição deverá ser acordada antes do teste porque a posição de tap afeta as perdas e pode afetar o resultado térmico.

A aceitação térmica deve corresponder à classificação, torneira e modo de resfriamento especificados.

Verifique as correções em vez de ler apenas a linha final

Um relatório FAT útil preserva as medições brutas, bem como os cálculos finais. Revise as leituras ambientais, temperaturas do óleo, corrente, tensão, potência de entrada, resistência do enrolamento, status do dispositivo de resfriamento e registros de data e hora. Confirme como as perdas medidas foram corrigidas para a condição de referência exigida e como as temperaturas foram ajustadas quando as perdas de teste diferiram das perdas garantidas.

Um relatório que contém apenas “aprovado” remove as evidências necessárias para a revisão de engenharia. O aumento medido do topo do óleo e o aumento médio do enrolamento devem ser rastreáveis ​​aos registros do instrumento. Se um valor de ponto crítico for calculado, o relatório deverá identificar o modelo ou fator de ponto crítico utilizado. Se forem especificados sensores de fibra óptica, as localizações dos sensores e os canais válidos deverão ser acordados antes da fabricação do enrolamento, e não após a montagem da parte ativa.

Condições de campo que podem anular um bom resultado de fábrica

A instalação no local altera o fluxo de ar. Um transformador colocado próximo a uma parede, dentro de um gabinete mal ventilado ou ao lado de outra fonte de calor pode operar mais quente que a unidade FAT em espaço aberto de laboratório. Os radiadores precisam de espaço para convecção natural. A descarga do ventilador não deve recircular o ar quente. Para instalações internas, o cálculo da ventilação ambiente deve incluir as perdas do transformador na operação real.

A contaminação também é importante. Poeira, fibras ou depósitos de óleo nas superfícies do radiador reduzem a transferência de calor. Um contator do ventilador com defeito, um resfriador bloqueado, um nível de óleo baixo ou uma seleção incorreta do modo de controle podem remover a margem térmica sem uma falha elétrica. O comissionamento deve verificar o nível de óleo, as posições das válvulas, a operação do resfriador, a direção do ventilador, os instrumentos de temperatura e os contatos de alarme antes do carregamento sustentado.

As configurações de temperatura devem estar alinhadas com a filosofia de proteção. Um indicador de temperatura do enrolamento pode incluir uma imagem térmica baseada na corrente, enquanto um monitor eletrônico pode calcular a temperatura a partir da temperatura e da carga do óleo. Suas leituras não corresponderão necessariamente a um sensor de fibra óptica local. A equipe EPC deve definir qual valor será utilizado para alarme, desarme, exibição SCADA e tendência operacional.

Dados de aquisição necessários para uma garantia térmica defensável

O comprador não precisa realizar o cálculo térmico do fabricante, mas a consulta deve fornecer as condições de contorno corretas. No mínimo, envie o cronograma de carga, perfil do ambiente, altitude, disposição da instalação, dados de ventilação do gabinete ou ambiente, informações harmônicas, requisitos de redundância de resfriamento e interfaces de alarme/desarme necessárias.

Indique os testes e pontos de verificação necessários no pedido de compra. Os testes de aumento de temperatura afetam o tempo do laboratório e o planejamento da produção, por isso não devem aparecer como um comentário de inspeção tardia. Para uma comparação mais ampla das tecnologias de transformadores e seu comportamento térmico, use o guia de seleção de transformadores industriais.

O desempenho térmico depende tanto do projeto aprovado quanto da consistência de fabricação.

O que a Zisheng Electric verifica antes de confirmar o projeto

Para uma unidade imersa em óleo, normalmente solicitamos a folha de dados, diagrama unifilar, perfil de carga, informações harmônicas, dados ambientais do local, altitude, filosofia de resfriamento e requisitos de monitoramento. Nossos engenheiros então verificam as perdas eletromagnéticas, o arranjo dos enrolamentos, os caminhos internos do óleo, o funcionamento do radiador, as classificações dos acessórios e o escopo FAT como um único pacote. O objetivo não é adicionar equipamentos sem motivo. É para remover a incerteza do serviço térmico antes que o cobre seja enrolado e o aço seja cortado.

Suprimentos elétricos Zisheng transformadores de potência imersos em óleo para subestações , transformadores de distribuição e de potência, unidades do tipo seco e equipamentos de subestações relacionados. Se o seu projeto estiver avaliando a temperatura do ponto quente do transformador , envie a ficha técnica do transformador, cronograma de carga, condições ambientais, requisitos de resfriamento e especificação FAT. Nossa equipe de engenharia analisará os requisitos e responderá às consultas do projeto dentro de 24 horas.