Transformador de distribuição de baixa perda-trifásico totalmente selado de 20 kV: dados e projeto

Por que a distribuição de 20 kV é especificada

Uma rede de média-tensão de 20 kV transporta aproximadamente o dobro da potência de um alimentador de 10 kV na mesma seção transversal-do condutor, o que reduz as perdas na linha e o número de subestações necessárias para atender uma determinada área de carga. É aplicado em distribuição urbana densa, parques industriais, minas e circuitos coletores de usinas eólicas e solares. O transformador trifásico-imerso-em óleo totalmente vedado na interface reduz 20 kV até 0,4 kV ou 0,415 kV, e muitos projetos aceitam um primário de 20 kV ou 10 kV para que uma unidade possa atender a qualquer tensão da rede.

A cobertura de capacidade padrão vai de 50 kVA a 5.000 kVA, a 50 Hz ou 60 Hz, com resfriamento ONAN e enrolamento de cobre.

Especificação da Série 20 kV

Capacidade (kVA)	Sem-perda de carga (kW)	Perda de carga (kW)	Sem-carga atual (%)	Impedância (%)
50	0.13	0.96	2.0	5.5
100	0.20	1.65	1.6	5.5
200	0.33	2.86	1.3	5.5
400	0.57	4.73	1.0	6.0
630	0.81	6.82	0.9	6.0
1000	1.15	11.33	0.7	6.0
1600	1.63	15.95	0.6	6.0
2500	2.34	22.22	0.5	6.0

A derivação primária é mais/menos 5% ou mais/menos 2 x 2,5%, fora do-circuito, com uma combinação de tensão como 20 kV/10 kV no lado-de alta tensão. A impedância de-curto-circuito para a classe de 20 kV é maior do que para uma unidade de 10 kV da mesma classificação, normalmente 5,5% até 315 kVA e 6% acima, porque a tensão mais alta do sistema requer uma geometria de enrolamento mais rígida para controlar as forças-de curto-circuito.

Projeto de núcleo-de baixa perda

Modelo	Capacidade (kVA)	Sem-perda de carga (W)	Perda de carga (W)	Sem-carga atual (%)
S13-M-100	100	150	1580	1.8
S13-M-250	250	290	3200	1.4
S13-M-630	630	570	6200	1.1
S13-M-1000	1000	830	10300	1.0
S13-M-1600	1600	1170	14500	0.8
S13-M-2000	2000	1510	17800	0.8
S13-M-2500	2500	1780	20700	0.7

O núcleo de-volta escalonado é construído a partir de laminações de aço silício orientadas a-grãos isolados-de superfície fina da classe especificada em padrões como ASTM A876. As juntas escalonadas-reduzem a relutância-do entreferro nos cantos, que é onde uma parcela significativa de perda-de carga é gerada, e a secagem a vácuo do núcleo montado e das bobinas remove a umidade do isolamento de papel antes do enchimento com óleo.

Gabinete, Proteção e Tanque Selado

O tanque corrugado suporta a pressão interna gerada por uma falha de arco, dissipa o calor através da área da parede e absorve a expansão do óleo no lugar de um conservador, de modo que o óleo nunca entre em contato com o ar. Onde o esquema de proteção do local assim o exigir, um relé Buchholz (relé de gás) é montado na tubulação entre o tanque e qualquer recipiente de armazenamento de petróleo: o gás de decomposição ou um surto de óleo produzido por uma falha interna aciona os contatos, que desarmam o transformador ou acionam um alarme antes que a falha se desenvolva ainda mais. Um dispositivo de alívio de pressão, indicação-do nível de óleo e um terminal de aterramento claramente marcado são padrão. Os arranjos de terminais possuem identificação de fiação para simplificar o comissionamento.

Perdas, Isolamento e Limites de Temperatura

O projeto e os testes seguem IEC 60076-1 para requisitos gerais e medição de perda e impedância, IEC 60076-2 para aumento de temperatura e IEC 60076-3 para níveis de isolamento. Para a classe de equipamento de 24 kV aplicável a um enrolamento de 20 kV, a IEC 60076-3 define uma resistência ao impulso atmosférico de pico de 125 kV e uma resistência à frequência de potência de 50 kV rms. O aumento de temperatura é limitado a um aumento de óleo superior de 60 K e um aumento médio de enrolamento de 65 K para resfriamento ONAN com óleo mineral, de modo que a parede corrugada e o volume de óleo são dimensionados para o perfil de carga real e não apenas para a classificação da placa de identificação.

Perguntas frequentes

Q:Um transformador pode aceitar 20 kV ou 10 kV no primário?
R: Sim. Os projetos de relação-dupla são construídos com um primário classificado para a classe de 20 kV e arranjos de derivação ou enrolamento que permitem a operação a 10 kV, o que simplifica a retenção de peças sobressalentes onde existem ambas as tensões de rede.

Q:Qual é a faixa de capacidade nominal?
R: A série trifásica-selada cobre de 50 kVA a 5.000 kVA. As classificações solicitadas com mais frequência para uma interface de 20 kV/0,4 kV estão entre 100 kVA e 2.000 kVA.

Q:Por que a impedância de um transformador de 20 kV é maior que a de uma unidade de 10 kV?
R: A tensão mais alta do sistema produz forças de curto-circuito maiores para o mesmo kVA, e uma tensão de impedância mais alta reduz a corrente de falha potencial e o estresse mecânico nos enrolamentos. A série padrão utiliza 5,5% a 6%.

Q:Contra o que o relé Buchholz protege?
R: Desenvolvimento-lento de falhas internas. O gás produzido pela decomposição do óleo ou por um surto de óleo aciona os contatos do relé, que podem alarmar ou desarmar a unidade, dependendo da configuração da proteção.

Q:Com que frequência é necessária a manutenção do óleo em uma unidade selada de 20 kV?
R: Nenhuma troca de óleo é necessária em serviço normal porque o tanque é vedado. A inspeção anual abrange buchas, juntas de tanques e limpeza, enquanto a amostragem de óleo para umidade, acidez e rigidez dielétrica é realizada em um ciclo de vários-anos.