Projeto de isolamento de enrolamento e controle de elevação de temperatura de um transformador cheio de óleo-de 1.500 kVA

Em um transformador a óleo-de 1.500 kVA, o isolamento deficiente leva a curtos-circuitos, enquanto o aumento excessivo da temperatura destrói os enrolamentos. O sistema de isolamento deve separar o enrolamento de alta-tensão do enrolamento de baixa-tensão e ambos do núcleo e do tanque, sob tensão operacional contínua, bem como sobretensões transitórias. O aumento da temperatura, a diferença entre a temperatura do enrolamento e a temperatura ambiente de resfriamento, é o maior inimigo da longevidade do transformador: o envelhecimento do isolamento segue uma relação exponencial com a temperatura, portanto, pequenos aumentos na temperatura operacional produzem grandes reduções na vida útil.

Projeto de isolamento de enrolamento

Isolamento principal e isolamento de volta-a-de volta

O isolamento em um transformador a óleo-de 1.500 kVA é classificado em duas categorias. O isolamento principal fornece as barreiras entre os enrolamentos de alta e baixa tensão e entre os enrolamentos e o aterramento, normalmente usando cilindros de papelão prensado de alta-densidade e o próprio óleo. O isolamento-a{6}}espira é o revestimento de esmalte ou papel no condutor de cobre ou alumínio que evita curtos-circuitos entre espiras adjacentes. Ambos devem suportar a tensão de frequência elétrica, o impulso do raio e as sobretensões de comutação especificadas para o nível de isolamento.

Seleção de Materiais

Unidades-imersas em óleo usam sistemas de isolamento classe A classificados em 105 graus como padrão, com classe B em 130 graus disponíveis mediante solicitação. Papel kraft-de alta qualidade é enrolado em torno dos condutores para isolamento das curvas, cilindros prensados ​​formam as principais barreiras de isolamento e óleo mineral ou óleo éster natural serve tanto como refrigerante quanto como fluido dielétrico. Esses materiais são secos sob vácuo antes da montagem para remover a umidade, o que melhora drasticamente a rigidez dielétrica e reduz o risco de arco interno.

Controle de aumento de temperatura

Limites térmicos de acordo com IEC 60076-2 e IEC 60076-7

Para um transformador a óleo-de 1.500 kVA com isolamento classe A, o aumento médio da temperatura do enrolamento é limitado a 65 K e o aumento da temperatura-do ponto quente a 78 K, medido ou calculado de acordo com a IEC 60076-2 e o guia de carga IEC 60076-7. O aumento da temperatura máxima do óleo é normalmente limitado a 60 K. Cada 6 a 10 K adicionais acima da temperatura nominal do isolamento reduz pela metade a vida útil esperada do isolamento de papel, portanto, manter a temperatura dentro dos limites é essencial para uma vida útil projetada de 25 anos ou mais.

Perdas que geram calor

O aumento da temperatura é o resultado direto de perdas internas. As perdas de carga, às vezes chamadas de perdas de cobre, são geradas pela resistência dos enrolamentos e são proporcionais ao quadrado da corrente de carga. Perdas sem{2}}carga, também chamadas de perdas no núcleo, vêm de histerese e correntes parasitas no núcleo e existem sempre que o transformador é energizado. A simulação térmica é usada durante o projeto para prever locais-de pontos quentes e para otimizar o fluxo de óleo antes da construção de qualquer protótipo.

Práticas de Design e Fabricação

Configuração de enrolamento

Os enrolamentos de-baixa tensão normalmente são enrolados em camadas com uma folha ou tira de cobre de seção- grande para minimizar perdas por redemoinho e fornecer uma superfície lisa para isolamento. Enrolamentos de alta-tensão usam enrolamento de disco ou enrolamento de disco intercalado para controlar a distribuição de tensão e reduzir a tensão de impulso; cada disco é separado por espaçadores de cartão prensado que criam dutos de óleo axiais para resfriamento.

Secagem a Vácuo e Impregnação de Óleo

Todos os enrolamentos são submetidos a um ciclo de secagem a vácuo e impregnação de óleo. A umidade é inimiga do isolamento: um transformador úmido pode apresentar níveis de descarga parcial muitas vezes maiores que um transformador seco. O processo remove o ar e a umidade do papel, permite a penetração total do óleo em cada vazio microscópico e aumenta a rigidez dielétrica do sistema de isolamento.

Coordenação de Isolamento para Impulso de Raios

Para transformadores conectados a linhas aéreas, o isolamento deve sobreviver aos impulsos de raios com forma de onda de 1,2/50 microssegundos. Blindagens eletrostáticas entre os enrolamentos de alta e baixa tensão, anéis angulares e anéis de classificação para distribuir o campo elétrico uniformemente e maiores distâncias de fuga nas torres de buchas são as medidas de projeto padrão.

Especificações Técnicas

Parâmetro	Especificação
Potência nominal	1.500kVA
Tensão AT/BT	11 kV / 0,4 kV, personalizável
Classe de isolamento	Classe A, grau 105 ou classe B mediante solicitação
Aumento médio da temperatura do enrolamento	Não mais que 65 K
Aumento da temperatura superior do óleo	Não mais que 60 K
Aumento-da temperatura em pontos quentes	Não mais que 78 K de acordo com IEC 60076-7
Material de isolamento	Papel prensado-de alta densidade e papel kraft, seco a vácuo
Rigidez dielétrica do óleo	Não inferior a 40 kV / 2,5 mm
Tipo de resfriamento	ONAN, ONAF ou OFAF
Nível de descarga parcial	Não mais que 50 pC a 1,5 vezes a tensão nominal
Padrões de referência	IEC 60076, IEEE C57.12

Métodos ativos de controle de aumento de temperatura

O controle do aumento da temperatura requer um projeto hidráulico e térmico deliberado. O tamanho e a posição dos dutos de óleo radiais e axiais dentro da pilha de enrolamentos são calculados de modo que a velocidade do óleo seja alta o suficiente para transportar o calor sem criar pontos quentes turbulentos. Os painéis do radiador são dimensionados para as perdas; unidades destinadas a ambientes-de alto nível podem ser equipadas com radiadores maiores, circulação forçada de óleo com uma bomba ou ventiladores de ar forçado montados abaixo dos radiadores. Para instalações críticas, sondas de fibra óptica podem ser incorporadas aos enrolamentos durante a fabricação para fornecer dados de temperatura de pontos quentes-em tempo real-para manutenção preditiva.

Perguntas frequentes

Q:A classe de isolamento de um transformador a óleo-de 1.500 kVA pode ser atualizada?

A:Sim, o projeto pode usar sistemas de isolamento classe B, 130 graus ou superiores com papel termicamente atualizado e óleo-de temperatura mais alta, desde que todo o sistema de isolamento seja coordenado.

Q:O que acontece se o aumento da temperatura ultrapassar o limite?

A:O isolamento do papel envelhece mais rápido e a vida útil do transformador é reduzida; indicadores de temperatura do enrolamento e indicadores de temperatura do óleo com contatos de alarme e desarme são padrão para evitar operação sustentada em-temperatura excessiva.

Q:Como a umidade afeta o projeto de isolamento do enrolamento?

A:A umidade reduz drasticamente a rigidez dielétrica e aumenta a descarga parcial; a montagem na fábrica é realizada sob umidade controlada e cada transformador é seco a vácuo antes do enchimento com óleo.

Q:Quais testes são necessários para um transformador a óleo-de 1.500 kVA?

A:Os testes de rotina incluem resistência do enrolamento, relação de espiras, tensão de impedância, perda-sem carga, perda de carga, resistência de isolamento e testes dielétricos; os testes de tipo incluem testes de aumento de temperatura e{1}}resistência a curto-circuito de acordo com a IEC 60076.

Q:Qual é o limite de descarga parcial para um transformador de 1500 kVA?

A:Para esta classe de unidade, o nível de descarga parcial a 1,5 vezes a tensão nominal normalmente não excede 50 pC, verificado durante o teste de tipo.

Q:Como o transformador é protegido durante o transporte?

A:A unidade é enviada na posição vertical sobre estruturas de aço, protegida de vibrações excessivas e vedada contra umidade; dependendo da distância e dos regulamentos, pode ser enviado com óleo ou seco com óleo abastecido no local.