O planejador de distribuição está olhando para um mapa da rede de uma região que ainda está crescendo. Embora a espinha dorsal de 110kV esteja bem desenvolvida, o problema está com os alimentadores de 10kV que estão localizados no final de cada ramal de 35kV: as aldeias mais distantes estão recebendo apenas 9,2kV durante o pico de carga da noite, enquanto no barramento da subestação localizada ao lado da estação 110/35kV, pode-se ler 10,8kV. Não há solução para o problema na forma de novos alimentadores— a concessionária não pode arcar com esse investimento no ano atual, mas pode-se ter uma ideia melhor de posicionamento e dimensionamento das estações de transformadores imersos em óleo de 35kV que estão localizadas entre os dois níveis de tensão, onde estão reduzindo, regulando e distribuindo a eletricidade em todas as saídas abaixo.
O artigo fornece uma descrição da situação com o transformador imerso em óleo de 35kV e dá a ideia de por que esse equipamento é considerado o nó crucial da rede elétrica, como ele se relaciona com a hierarquia de 110/35/10kV, quais especificações são significativas nesse nível e qual é a sua precificação, bem como como os clientes de economias emergentes devem lidar com isso.
Um transformador de 35kV refere-se a um transformador imerso em óleo que ajuda a diminuir a alta tensão tipicamente classificada em 110kV ou 66kV para um nível de comutadores em torno de 10kV e até mesmo mais baixo para a classificação do transformador de 400V. O transformador geralmente utilizado tem uma classificação entre 3.150 kVA e 31.500 kVA, enquanto a eficiência da unidade é superior a 99%. A aquisição do transformador deve ser baseada nos resultados dos testes, na influência de um fabricante sobre as perdas do transformador, bem como no nível de serviço da maquinaria de energia elétrica, em vez de apenas no custo de compra.
O Papel do Nível de Tensão de 35kV
A distribuição de energia ocorre em camadas porque não é economicamente viável transmitir em baixa tensão por longas distâncias. O nível de 35 kV desempenha um papel importante em muitas redes ao redor do mundo, situando-se entre a distribuição de 10-20 kV e os níveis de transmissão de 110-220 kV. Na China e em muitas regiões da Ásia, África, Oriente Médio e partes da Europa, 35 kV é a tensão padrão de subtransmissão, permitindo a coleta de energia de subestações de 110 kV e o fornecimento de energia para alimentadores de 10 kV, fábricas e grandes consumidores de energia.
Mas por que 35 kV e não uma tensão mais alta ou mais baixa? Este é o nível que é ótimo para as empresas de utilidade porque elas são capazes de atender várias centenas de quilômetros quadrados usando um número prático de subestações e linhas aéreas. A 10 kV, a distribuição de eletricidade de subestações de 110 kV levaria a cerca de três vezes a corrente dos alimentadores, o que exigiria quantidades significativamente maiores de cobre ou alumínio utilizados. Praticamente em todos os lugares, aumentar a tensão para 110 kV aumentaria consideravelmente as despesas relacionadas às subestações.
O que Faz um Transformador de 35kV um Nó Chave
Transformadores são nós onde a tensão, proteção e controle mudam simultaneamente. Na subestação elétrica, o transformador imerso em óleo de 35kV é a unidade mais cara, pois é aquele que fornece eletricidade a todos os alimentadores secundários. Portanto, se ele falhar, o fornecimento de eletricidade para todos os usuários de eletricidade também será perdido (até 100 subestações de distribuição ou milhares de usuários). Se o transformador for superdimensionado, a concessionária incorrerá em custos de perda a vazio por muitos anos. Se o transformador for subdimensionado, pontos quentes danificarão a isolação.
Sendo um transformador de 35kV, ele também é um nó de controle. Isso se deve à presença de comutadores sob carga que estabilizam a tensão em 10kV durante oscilações de carga. Se o transformador não conseguir manter isso, a tensão flutuará de acordo com a curva de carga durante todo o dia. O transformador de 35kV também é um nó econômico e o nível de perdas, a impedância e a posição do comutador influenciarão os custos operacionais e a confiabilidade de toda a rede.
Tipos de Transformadores Imersos em Óleo de 35kV
| Tipo | Classificação típica | Comutador de derivação | Uso típico |
|---|---|---|---|
| Tipo de distribuição (35/0.4kV) | 315–2.500 kVA | Fora de circuito | Fornecimento para vilas e pequenas cidades |
| Tipo de potência (35/10.5kV) | 150–31.500 kVA | Sob carga ou fora de circuito | Redução de subestação |
| Tipo elevador (gerador) | 000–50.000 kVA | Fora de circuito tipicamente | Plantas renováveis e térmicas pequenas |
| Tipo de três enrolamentos (35/10/6kV) | 300–31.500 kVA | Sob carga em HV | Subestações de tensão mista |
| Rural / monofásico | 50–200 kVA | Nenhum | Distribuição monofásica remota |
A maioria dos clientes comprará sistemas de distribuição pequenos (35/0.4kV) responsáveis por fornecer energia às vilas locais ou sistemas de energia maiores (35/10.5kV ou 35/10kV) que cuidam de fábricas e subestações. Dispositivos de 6.3–20 MVA são os mais amplamente utilizados, grandes o suficiente para fornecer boa qualidade de engenharia e acessíveis em relação aos custos de transporte e instalação.
Especificações e Normas Chave
Todos os transformadores de 35kV são construídos e testados de acordo com a série IEC 60076 (ou o paralelo IEEE C57.12.00 nas Américas). Os números que importam em 35kV:
| Parâmetro | Valor típico | Observações |
|---|---|---|
| Resistência a impulso de raios | 170 kVp | IEC 60076-3, classe 35kV LI |
| Resistência à frequência de potência | 70 kV | Teste aplicado de CA conforme IEC 60076-3 |
| Impedância de curto-circuito | 7–8% | IEC 60076-5 |
| Aumento de temperatura do enrolamento | 65K em média | A 40°C ambiente |
| Grupo vetorial | YNd11 (35/10.5kV) | Ou Dyn11 para 35/0.4kV |
| Eficiência | 99.0–99.5% | Depende da classificação e nível de perda |
| Resfriamento | ONAN / ONAF | IEC 60076-2 |
| Níveis de perda | GB/T 6451 ou classe IEC | As classificações de eficiência GB 20052 se aplicam |
A 35 kV, é importante considerar a impedância com cuidado. Impedância mais baixa (7%) reduz a queda de tensão, mas aumenta a corrente de curto-circuito, o que coloca pressão sobre o equipamento de manobra e nos enrolamentos do próprio transformador. Impedância mais alta (8-9%) reduz a corrente de falha, mas causa uma pior regulação de tensão. Valores suficientes são determinados de acordo com o nível de falha da rede e a classificação do equipamento de manobra da subestação, portanto, deve-se ter cuidado e realizar a coordenação adequada de todos os esquemas estudados antes de alterar a impedância.
Dimensionamento e Características de Carga
Para dimensionar um transformador de 35kV, deve haver uma consideração cuidadosa de 3 parâmetros de carga:
- Demanda de pico – esta é a carga coincidente mais alta de kVA derivada de pesquisas de carga ou leituras dos medidores; o transformador deve ser capaz de gerenciar essa carga para sempre em modo de resfriamento base.
- Fator de carga médio – este é calculado levando em consideração a média anual e dividindo-a pela carga de pico. Se o fator de carga for alto (cerca de 0,7 ou mais), designs de baixa perda em vazio são incentivados; se o fator de carga for baixo, então um custo inicial baixo é preferido.
- Margem de crescimento – geralmente, o fator é de cerca de 15-25% da vida útil planejada, mas apenas se o plano da rede permitir. Um transformador superdimensionado não gerará lucro.
Como um dos exemplos para utilização de subestações 35/10,5 kV, pode-se dizer que o transformador com uma potência de 10MVA será suficiente para uma cidade com aproximadamente 8000-15000 famílias ou mini-indústrias.
| Classificação (35/10,5kV) | Carga típica atendida | Aplicação típica |
|---|---|---|
| 15 MVA | 000–5.000 lares ou pequeno industrial | Subestações rurais, pequenas plantas |
| 3 MVA | 000–8.000 lares | Subestações municipais |
| 10 MVA | 000–15.000 lares / indústria de médio porte | Subestações distritais |
| 20 MVA | 000–30.000 lares | Distribuição urbana |
| 5 MVA | 000+ lares / complexo industrial grande | Subestações principais |
O fator de carga e os cenários de crescimento afetam esses números, e eles são uma ferramenta de planejamento, não um substituto para um estudo de carga.
Um transformador de 31.5 MVA é utilizado em uma grande área urbana ou instalação industrial. Um transformador de distribuição típico em 35/0.4 kV tem uma capacidade de 400 a 1.000 kVA dependendo da área, em consistência com a teoria dos estudos de carga já considerados um nível abaixo.
Posição na Hierarquia da Rede
O lugar do transformador de 35kV na pilha da rede é melhor visto como uma tabela:
| Camada de tensão | Equipamento típico | Função |
|---|---|---|
| Transmissão 220/110kV | Grandes transformadores de potência 63–400 MVA | Transferência em massa a longa distância |
| Subtransmissão 110/35kV | Transformadores de potência 20–63 MVA | Alimenta a rede regional de 35kV |
| Distribuição 35/10kV | Transformadores imersos em óleo 3.15–31.5 MVA | Reduz para alimentadores de 10kV |
| 10/0.4kV última milha | Transformadores de distribuição 50–2.000 kVA | Último passo para a tensão do consumidor |
O nível de tensão 35/10kV atua como o nó “tronco” da distribuição. É também o ponto em que a rede se torna radial, onde as zonas de proteção diminuem, e onde a regulação de tensão encontra sua última oportunidade antes que os alimentadores forneçam as cargas aos transformadores externos. É também por isso que uma falha do transformador de 35kV reverbera tão amplamente; este é o tronco, e tudo que vem depois perde o fornecimento.
| Classificação | Perda em vazio (indicativa) | Perda de carga (indicativa) | Eficiência em carga total |
|---|---|---|---|
| 15 MVA | ~4,5 kW | ~20 kW | >99,2% |
| 10 MVA | ~10 kW | ~50 kW | >99,4% |
| 20 MVA | ~18 kW | ~95 kW | >99,4% |
| 5 MVA | ~22 kW | ~140 kW | >99,5% |
Principais Marcas e Faixas de Preço
O mercado de 35kV é atendido por todas as principais casas de transformadores. Preços FOB representativos para transformadores de potência 35/10.5kV:
| Marca | Origem | Preço de 3.15 MVA | Preço de 10 MVA | Preço de 31.5 MVA |
|---|---|---|---|---|
| Hitachi Energy | Japão/Global | $38.000–$52.000 | $55.000–$82.000 | $130.000–$200.000 |
| ABB | Suíça/Global | $35.000–$48.000 | $52.000–$78.000 | $130.000–$190.000 |
| Siemens Energy | Alemanha/Global | $34.000–$47.000 | $50.000–$75.000 | $125.000–$185.000 |
| Schneider Electric | França/Global | $32.000–$44.000 | $48.000–$72.000 | $120.000–$175.000 |
| Toshiba / Hyundai | Japão/Coreia | $30.000–$42.000 | $46.000–$68.000 | $110.000–$170.000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | China | $18.000–$30.000 | $28.000–$48.000 | $65.000–$110.000 |
As disparidades nos preços são um reflexo da profundidade da engenharia, da capacidade de monitoramento do serviço de campo e do risco da marca de cada fabricante significativo e não representam apenas um aumento de preço. Os fabricantes mais prestigiados trazem consigo décadas de evidências de falhas, numerosos testes de tipo e serviços de peças sobressalentes em todo o mundo. As empresas de utilidade que dependem de uma instalação crítica, mas singular, podem aceitar o prêmio. Com instalações de alto volume onde o serviço local está disponível, as entidades da China oferecem o equivalente ao teste IEC 60076 a preços inferiores a 40-50%.
Jiangsu Subian Electric Power é uma empresa da China que vende transformadores imersos em óleo com tensões de 35kV de 3,15 MVA a 31,5 MVA, incluindo modelos 35/10,5kV, 35/0,4kV e transformadores de três enrolamentos de acordo com IEC 60076. A Subian trouxe seus produtos para a Ásia, África, Oriente Médio e América do Sul para apoiar empresas de utilidade e contratantes EPC com níveis de perdas tanto padrão quanto personalizados, juntamente com os respectivos relatórios de teste de aceitação de fábrica. A Subian é uma boa escolha para planejadores de utilidade que precisam de seus transformadores de 35kV dentro do orçamento e de acordo com os padrões IEC. Detalhes do produto e certificados estão em subian-electric.com.
Como Sourcing um Transformador de 35kV
- Certifique-se de que a especificação elimina ambiguidades. Forneça detalhes sobre a relação de tensão, classificação, impedância, grupo vetorial, classe de perda, nível de impulso, faixa de derivação, método de resfriamento e padrão aplicável (IEC ou IEEE). Ambiguidade aponta para a oferta mais barata em conformidade em vez da melhor.
- Analise o custo total de propriedade. Leve em conta o impacto das perdas em vazio e em carga na sua tarifa e calcule por um período de 20–25 anos. A diferença de $10 kW em perdas em vazio se traduz em $7,000–8,700 anualmente com base em $0,08 a $0,1 por kWh.
- Forneça resultados de testes. Solicite relatório de testes de rotina por unidade e relatório de teste de tipo para o design (incluindo aumento de temperatura, impulso de relâmpago, resistência a curto-circuito).
- Inclua inspeções de terceiros. Em caso de pedidos de exportação, a auditoria da fábrica ou teste de testemunha em ponto crítico é avaliada em 1-2% do pedido e evita surpresas de qualidade.
- Discuta logística. A unidade de 10 MVA pesa cerca de 25 toneladas e pode ser transportada em caminhão padrão, enquanto a unidade de 31,5 MVA pesa aproximadamente 50-60 toneladas e requer levantamento de rota e planejamento de guindaste.
- Considere peças sobressalentes e serviço. Fale sobre relé Buchholz, juntas, respiradores e contatos sobressalentes para o trocador de derivação durante o processo de pedido, juntamente com o compromisso de serviço do fabricante.
Operação e Cuidado
A vida útil de um transformador de 35kV é monitorada através das seguintes quatro medidas rotineiras de manutenção:
- Análise anual de óleo: DGA de acordo com IEC 60599 e resistência dielétrica de acordo com IEC 60422 (>50 kV/2,5mm para esta classe em operação), incluindo avaliação de água, acidez e tan delta.
- Inspeção visual trimestral: Verifique o gel de sílica do respirador, nível de óleo, vazamentos, corrosão e gerenciamento de vegetação do radiador e do tanque.
- Serviço do trocador de tomadas: Para aderir ao cronograma de fabricação do OLTC. Na maioria dos casos, deve estar em torno de 50.000-100.000 para tipos de resistores imersos em óleo em operação.
- Monitoramento de temperatura: As temperaturas do óleo superior e das bobinas devem ser acompanhadas de acordo com as curvas de carga da IEC 60076-7 e em caso de monitoramento de pontos quentes.
A implementação dessas rotinas se mostra capaz de garantir que a vida útil projetada de um transformador aumente de 25 anos para mais de 30 anos. A maioria dos casos de falha de transformadores em serviço pode ser explicada por pequenas mudanças que passam despercebidas: aumento da razão de gás, diminuição da resistência dielétrica do óleo ou vedação com vazamento.
Perguntas Frequentes
Quanto custa um transformador de 35kV?
Unidades de potência de 35/10,5kV custam em média $18.000–$30.000 (3,15 MVA), $28.000–$48.000 (10 MVA) e $65.000–$110.000 (31,5 MVA) de acordo com o fornecedor de produtos fabricados na China. Os preços dos produtos de fabricantes europeus e japoneses tendem a ser 50–80% mais altos para a mesma classificação. Além disso, o custo das unidades varia de acordo com as perdas, tipo de trocador de tomadas ou acessórios.
Qual é a impedância padrão para um transformador de 35/10,5kV?
Normalmente 7-8%. O valor preciso depende do nível de curto-circuito da rede e da capacidade nominal do equipamento de comutação. O valor padrão é 7.5% para transformadores de distribuição e 8% para transformadores de maior capacidade, mais/menos 7.5% conforme a IEC 60076-1.
Um transformador de 35kV pode ser usado para sistemas de 33kV?
Não como está. O projeto para alternadas de 35kV quase sempre pode ser re-tapado ou redesenhado para um nível de 33kV, mas existem diferenças nos níveis de isolamento, testes de impulso e faixas de tap. 33kV é a norma em países da Commonwealth e no Golfo, enquanto 35kV é a norma na China e em grande parte da Europa. Sempre especifique a tensão do seu sistema e obtenha o design mais apropriado.
Como sei se preciso de um trocador de tomadas sob carga?
Se você usar uma tensão de barramento de 35kV ou 10kV e em torno de ±2.5% experimentada durante operações normais — geralmente no caso de alimentadores longos, cargas industriais variáveis e redes fracas — e tiver que pagar a mais por ter tais barramentos, nesse caso, isso significa que o OLTC pode ser útil. Em casos em que não há flutuações na corrente ou carga, é suficiente optar por taps fixos com ±2 × 2.5%.
Qual é a vida útil típica de um transformador de 35kV?
A manutenção de rotina varia de 25 a 35 anos. A idade do isolamento é influenciada pela temperatura do ponto quente (cada 6K acima do projeto reduz aproximadamente a vida útil do papel pela metade), qualidade do óleo e forma de carga. Os dois principais fatores que afetam a expectativa de vida são o DGA anual e a manutenção da carga de acordo com as diretrizes da IEC 60076-7.
Referências
- IEC 60076-1: Transformadores de potência – Geral — Classificações, derivação, aumento de temperatura e requisitos de teste para transformadores de potência.
- IEC 60076-3: Níveis de isolamento, testes dielétricos e distâncias de segurança em ar — Define o nível de impulso de 170 kVp para a classe de 35kV.
- IEC 60076-5: Capacidade de suportar curto-circuito — Verificação de projeto de curto-circuito para transformadores de potência de 35kV.
- IEC 61936-1: Instalações de potência superiores a 1 kV a.c. — Requisitos de instalação para equipamentos de subestação de 35kV.
- IEEE C57.12.00: Transformadores de Distribuição e Potência Imersos em Líquido — Requisitos da América do Norte equivalentes à IEC 60076.
- Portfólio de transformadores Siemens Energy — Referência para ofertas de transformadores de 35kV de grau utilitário.
- Site oficial da Jiangsu Subian Electric Power — Linha de produtos de transformadores imersos em óleo de 35kV e detalhes de certificação.
Conclusão
O transformador imerso em óleo de 35kV representa o núcleo da rede. É o ativo onde decisões de custo, proteção e tensão acontecem e onde falhas têm efeitos em milhares de clientes. Especificações corretas sobre um transformador como sua classificação, classe de perda e impedância se tornam a escolha de engenharia mais importante para um distribuidor.
Pontos principais:
- 35kV representa o ponto de transição entre linhas de transmissão e distribuição final de custos e opera dentro de uma área de centenas de quilômetros.
- Neste nível, as especificações padrão incluem impulso de 170 kVp, 7-8% de impedância, 65K de elevação.
- O preço aproximado de uma unidade chinesa é $18000-110000 FOB, dependendo de sua classe.
Se você está adquirindo transformadores de 35kV para uma subestação ou projeto industrial, Jiangsu Subian Electric Power fornece unidades imersas em óleo certificadas pela IEC 60076 na faixa de 3,15–31,5 MVA a preços amigáveis para exportação. Revise a gama e solicite certificados de teste em subian-electric.com.