Você está na sala de controle de uma subestação de 110kV às 7 da manhã em uma manhã quente de julho. A demanda por ar-condicionado está aumentando na cidade e o despachante quer saber por que a tensão do barramento no nível de 10kV caiu para 9,8kV em vez de permanecer na tensão alvo de 10,5kV. Em um transformador convencional que não possui um dispositivo de mudança de derivação, essa situação significa interrupção do serviço ou uma noite passada reconectando os circuitos. No entanto, quando você tem um transformador imerso em óleo SZ11-31500kVA 35/10,5kV com mudança de derivação sob carga, tudo é resolvido de forma automatizada e a tensão do barramento retorna ao necessário 10,5kV em segundos.
Essa é a razão pela qual as concessionárias, empresas de manufatura e produtores independentes de energia continuam a contatar os fabricantes de transformadores imersos em óleo com mudadores de tensão sob carga e não modelos muito mais baratos que utilizam derivação fora do circuito. O presente artigo examina como o transformador SZ11-31500kVA 35/10,5kV funciona, qual é o preço do seu transformador imerso em óleo e como adquiri-lo sem surpresas.
O transformador SZ11-31500kVA 35/10,5kV é um dispositivo trifásico, imerso em óleo, com uma capacidade de 31.500 kVA. Ele possui um enrolamento de alta tensão de 35 kV e um enrolamento de baixa tensão de 10,5 kV. Esta unidade utiliza um mudador de derivação sob carga (OLTC), o que significa que pode ajustar a tensão enquanto está em operação. A perda em vazio é tipicamente em torno de 20-25 kW e a perda em carga é de cerca de 130-150 kW. Ele tem uma impedância padrão de 8% e geralmente pertence ao grupo vetorial YNd11.
O que é o transformador SZ11-31500kVA 35/10,5kV?
A designação da série SZ11 segue o sistema de classificação nacional da China para transformadores de potência. A letra “S” refere-se a transformadores trifásicos, “Z” indica transformadores com mudadores de derivação sob carga, e o número “11” significa a série de projetos de transformadores com perdas em vazio que são 30% menores que as perdas da série S9 anterior, de acordo com GB/T 6451 e GB 20052. O transformador de 31500 kVA possibilita conectar a rede de média tensão de 35kV ao barramento de distribuição de 10,5kV, e é frequentemente utilizado em subestações de 110/35/10kV, grandes parques industriais e usinas de energia renovável.
A principal razão para usar o transformador SZ11-31500kVA em vez de um transformador fixo é a melhoria da qualidade da tensão. A tensão nas redes de distribuição varia continuamente, tornando necessário que o barramento de 10,5kV mude de 9,5kV para 11kV. O mudador de derivação sob carga permite o ajuste da tensão no barramento em todos os momentos durante o processo de operação. A faixa de derivação estimada para tais transformadores é (de acordo com IEC 60076-1) ±8 x 1.25%, dando assim a faixa total de ±10%. No entanto, geralmente os transformadores SZ11 designados para redes de 35kV operam na faixa de 35 ± 3 x 2.5% ou 35 ± 8 x 1.25%, dependendo das especificidades do projeto.
No caso de um transformador de 31,5 MVA, existem dois lados: um pode atender às necessidades de todo o distrito da cidade ou de uma planta industrial média, mas também é transportável como uma unidade completa. O peso de 45-55 toneladas torna possível transportar o dispositivo facilmente por muitas regiões.
Como Funciona a Regulagem de Tensão em Carga
Usar um cambiador de tomadas em carga significa que um transformador pode ajustar sua relação de espiras mesmo enquanto conduz corrente ativamente. Isso é diferente de quaisquer mudanças de tomadas fora de linha, pois com uma mudança de tomada fora de linha ou desenergização, o transformador não deve estar conduzindo energia de forma alguma. Ambos os tipos de mudanças envolvem os mesmos elementos de comutação e sistema de transição baseados em resistores ou reatores que facilitam o processo de mudança de tomada sem causar danos por arco ao sistema a ser alterado ou interrupção de qualquer circuito de energia durante a sequência de comutação.
No caso de OLTCs do tipo resistor, uma sequência de etapas de comutação é realizada. Assim, para o OLTC de um transformador operando a 35 kV e representando um dos principais tipos na prática, as etapas em um processo de comutação são as seguintes:
- O interruptor desviador atua como um elemento de comutação, conectando tanto os condutores de entrada quanto os de saída a um resistor de transição.
- A introdução do resistor no circuito torna possível manter a limitação da corrente circulante no momento em que o transformador está interconectado ao sistema energizado.
- O processo de comutação é concluído dentro de alguns milissegundos após a iniciação da mudança de tensão na tomada.
Com exceção do aspecto prático do OLTC, operar o dispositivo tem muito a ver com o funcionamento do aparelho conhecido como regulador automático de tensão (AVR). O dispositivo pode gerenciar o processo de OLTC remotamente, monitorando os níveis de tensão reais. O trabalho do controlador AVR é controlar os valores de tensão secundária usando o transformador de potencial como dispositivo de medição. Ele envia um comando de mudança quando o tempo gasto em uma zona de tensão é excedido, o que frequentemente acontece durante procedimentos de comutação.
A manutenção do OLTC é crítica em termos de custos incorridos na operação de qualquer um dos tipos de transformadores. Nesse aspecto, os banhos plug-in de OLTCs imersos em óleo são a parte mais demorada do processo, uma vez que esses OLTCs, como os do tipo MR VACUTAP ou os do tipo ABB UZ, precisam que o óleo em seu tanque seja monitorado regularmente para desempenho.
| Tipo de cambiador de tomadas | Faixa típica | Intervalo de manutenção | Impacto de custo |
|---|---|---|---|
| Fora de circuito (DETC) | ±2 × 2.5% | Inspecionar apenas | Base de referência |
| OLTC de resistor imerso em óleo | ±8 × 1.25% | 000–100.000 operações | +$6.000–$12.000 |
| OLTC a vácuo | ±8 × 1.25% | 000–200.000 operações | +$10.000–$18.000 |
Para uma unidade de subestação de 31,5 MVA que muda tomadas várias vezes por dia, o intervalo de manutenção mais longo do tipo a vácuo muitas vezes justifica seu custo adicional.
Características de Design e Construção
O transformador SZ11-31500kVA 35/10.5kV refere-se a um transformador do tipo conservador imerso em óleo, o que significa que possui um tanque de expansão selado preenchido com gel de sílica em vez de um tanque completamente à prova de gás. As principais partes da construção incluem o seguinte:
- Núcleo: O núcleo é feito de aço silício orientado a grão frio (CRGO) do tipo 30ZH120 ou 27ZH110 e pode ter um núcleo de três ou cinco pernas. O uso de juntas em degrau torna possível diminuir as perdas em vazio e o nível de ruído.
- Enrolamentos: Os enrolamentos são feitos de condutor de cobre, enquanto o enrolamento de alta tensão de 35 kV é construído como um enrolamento de disco contínuo e o enrolamento de baixa tensão de 10.5 kV é feito de maneira helicoidal ou espiral para suportar as altas forças durante o curto-circuito de acordo com a norma IEC 60076-5.
- Isolamento: O isolamento aqui é feito de papel isolante de grau transformador e prensa impregnada com óleo com tipo de isolamento Classe A para aumento médio de temperatura do enrolamento de 65K e aumento de temperatura do ponto quente de 78 K a 40°C.
- Mudador de tap em carga: O mudador de tap em carga está localizado dentro do tanque ou em uma câmara separada e funciona com um mecanismo de motor e possui um indicador de posição e interface de monitoramento remoto.
- Dispositivos anexados: Relé Buchholz (gás), medidor de nível de óleo, dispositivo de alívio de pressão, indicador de temperatura do óleo, indicador de temperatura do enrolamento e dois ou mais respiradores de gel de sílica.
- Resfriamento: O modo de operação é ONAN (óleo natural, ar natural) para esses níveis de potência, mas é possível mudar para a opção ONAF para aumentar o desempenho em 20-30% sob sobrecarga de curto prazo.
O tanque em si é feito de chapa de aço e é coberto com um sistema de pintura de duas camadas que o protege da corrosão. O tanque é projetado para o procedimento de enchimento de tanque a vácuo. O volume de óleo para o transformador do tipo 31.5 MVA é de aproximadamente 9.000-12.000 litros e o peso total do dispositivo com óleo é de aproximadamente 50-60 toneladas, o que é importante para o projeto da fundação e transporte muito antes do transformador ser entregue ao seu local de trabalho.
Principais Especificações Técnicas
| Parâmetro | Valor Típico (IEC 60076) | Observações |
|---|---|---|
| Potência nominal | 500 kVA | As classificações ONAN / ONAF diferem |
| Relação de tensão | 35 ± 8 × 1.25% / 10,5 kV | A faixa depende da especificação |
| Frequência | 50 Hz | Opções de 60 Hz disponíveis |
| Grupo vetorial | YNd11 | Delta LV, estrela aterrada HV |
| Impedância de curto-circuito | 8% (±7.5% de tolerância por IEC) | Conforme IEC 60076-5 |
| Perda em vazio | ~20–25 kW | Valor da série GB/T 6451 |
| Perda de carga | ~130–150 kW | A 75°C de referência |
| Corrente em vazio | ~0.6–0.8% | Medido na tensão nominal |
| Eficiência em carga total | > 99.5% | Fator de potência 1.0 |
| Método de resfriamento | ONAN / ONAF | Designação IEC 60076-2 |
| Aumento de temperatura | 65K média de enrolamento | 40°C base ambiente |
| Peso total | ~50–60 toneladas métricas | Incluindo óleo |
| Padrão | Série IEC 60076 | Também GB/T 6451 |
Devemos prestar atenção especial à eficiência. Ao funcionar em plena capacidade e com um fator de potência de 1.0, um transformador com capacidade de 31.5 MVA, uma perda em vazio de 20 kW e uma perda em carga de 140 kW alcança uma eficiência de cerca de 99.49%. Embora 0.5% possa parecer pequeno, após 25 anos de serviço e uma carga média de 60%, isso pode levar a cerca de 14–18 GWh de perdas acumuladas custando cerca de $1.1–$1.7 milhões a um preço típico de eletricidade industrial de $0.08–$0.10 por kWh. É por isso que a capitalização de perdas é uma parte inerente das licitações de transformadores na maioria das empresas de energia, e é também por isso que o TCO do transformador é geralmente muito maior do que o preço inicial de sua compra.
| Elemento de custo | 20 kW perda em vazio / 140 kW perda em carga | Valor de 25 anos a $0.08/kWh |
|---|---|---|
| Perdas em vazio (P0) | 20 kW × 8.760 h | $350,000 |
| Perdas em carga (Pk) a 60% de carga | 140 kW × 0.36 × 8.760 h | $882,000 |
| Custo total de perda | — | $1,232,000 |
| Preço típico de compra | FOB, exportação chinesa | $65.000–$110.000 |
As perdas superam o valor do transformador várias vezes ao longo de sua vida — a razão principal pela qual a capitalização de perdas pertence a cada licitação.
SZ11 vs. S11 vs. Outros Tipos de 35kV
| Tipo | Perda em vazio | Comutador de derivação | Melhor ajuste | Preço relativo |
|---|---|---|---|---|
| S9 (legado) | Base de referência | Fora de circuito | Retrofit orçamentário | Mais baixo |
| S11 | ~30% inferior ao S9 | Fora de circuito | Distribuição de razão fixa | +10–15% vs S9 |
| SZ11 | ~30% inferior ao S9 | Sob carga (OLTC) | Redes críticas de tensão | +20–35% vs S11 |
| S13 | ~50% inferior ao S9 | Fora de circuito | Projetos de ultra-baixa perda | +25–40% vs S9 |
| Amórfico (SBH15) | ~70% inferior ao S9 | Varia | Subestações de alto fator de carga | +40–60% vs S9 |
A principal diferença entre SZ11 e um transformador de razão fixa geralmente será a flutuação de tensão. Por exemplo, se você tiver uma rede de 35kV que é estável, os níveis de tensão dos alimentadores permanecerão dentro de ±2.5% quando ocorrerem mudanças de carga muito lentamente, então um S11 ou S13 fora de circuito equipado com um interruptor de derivação manual que opera em ±2 x 2.5% faria o trabalho por um custo de capital inicial muito menor. No entanto, se você estiver fornecendo uma atividade industrial de fabricação flutuante ou uma longa linha de alimentadores pertencentes a uma instalação de geração renovável, o uso de um transformador OLTC se pagará em termos de evitar desligamentos por sub-tensão e danos por sobre-tensão.
Aplicações Típicas
- Subestações de rede 110/35/10kV: SZ11 oferece uma classificação de transformação de 31.5 MVA e serve como a etapa de transformação de 35 kV para 10.5 kV para subestações secundárias que controlam a tensão do barramento para toda a região.
- Plantas industriais: Grandes plantas para produção de aço, processamento de cimento, aplicação química ou extração mineral com motores ou arcos resultam em quedas no nível de tensão que tornam a regulação contínua benéfica.
- Coleta de energia renovável: Estações solares ou parques eólicos que têm variações muito grandes com o processo de geração; OLTC é usado para permitir que o barramento de coleta funcione legalmente.
- Distribuição urbana: Alimentadores mistos fornecendo tanto consumidores comerciais quanto residenciais enfrentando cargas de pico à noite, tendo necessidade de alguma manutenção regulatória da tensão no nível de 95% do nominal.
- Infraestrutura eletrificada: Centros de dados, redes de transporte e campi médicos onde a qualidade da energia é uma questão contratual.
Para muitos dos projetos mencionados acima, o transformador pode operar em altos níveis de regulação de tensão conforme o modo de resfriamento ONAN e no nível de até 100% de carga nominal, e aceitar sobrecarga no nível de 130% por duas horas com a ajuda de ventiladores, de acordo com as recomendações da IEC 60076-7. Uma das razões pelas quais o transformador de 31,5 MVA é tão popular entre desenvolvedores e engenheiros é a grande flexibilidade na operação.
Principais Marcas e Faixas de Preço
A classe de 31,5 MVA é um mercado genuinamente global. Abaixo está uma comparação de preços indicativa; os números reais variam com o preço do cobre, nível de perdas, marca de OLTC e destino.
| Marca | Origem | Preço típico (USD, FOB) | Observações |
|---|---|---|---|
| ABB | Suíça/Global | $130.000–$190.000 | Rede de serviços premium e global |
| Siemens Energy | Alemanha/Global | $125.000–$185.000 | Forte em licitações de utilidades |
| Hitachi Energy | Japão/Global | $130.000–$200.000 | Alta especificação, longos prazos de entrega |
| Hyundai / Toshiba | Coreia/Japão | $110.000–$170.000 | Qualidade de grau industrial |
| Schneider Electric | França/Global | $120.000–$175.000 | Foco em distribuição |
| Fabricantes indianos (TBEA, EMCO) | Índia | $80.000–$120.000 | Competitivo para projetos regionais |
| Jiangsu Subian Electric Power | China | $65.000–$110.000 | Certificado IEC 60076, focado em exportação |
Organizações internacionais como ABB, Siemens Energy e Hitachi Energy lideram a charge em expertise de engenharia e serviço pós-venda, portanto, seus preços refletem seu status. Seus principais concorrentes em termos de tecnologia são fabricantes chineses e indianos, que podem atender à maioria dos requisitos tecnológicos a preços significativamente mais baixos devido às suas cadeias de suprimento totalmente estabelecidas para aço orientado a grãos, cobre e materiais isolantes.
Como exemplo de uma empresa que produz transformadores de potência imersos em óleo confiáveis até 110kV, a Jiangsu Guomai Electric Co opera em conformidade com os padrões IEC 60076. A produção diária da Jiangsu Guomai inclui transformadores modernos de 35/10,5kV SZ11-31500kVA, que são um produto padrão para a empresa e são construídos e testados de acordo com as diretrizes IEC 60076 para teste de materiais, incluindo perdas, resistência e temperatura. A linha de produtos da fábrica inclui transformadores de diferentes versões para fornecedores de energia e contratantes de instalação de equipamentos elétricos na Ásia, África e América do Sul, incluindo transformadores feitos sob encomenda. Visite subian-electric.com para gamas de produtos e documentação de teste.
Como Escolher Este Transformador
- Confirme a especificação de perda. As perdas são convertidas em custo de vida útil. Compare as propostas com base no TCO da tarifa local e não apenas no primeiro preço.
- Especifique o arranjo de derivação. Decida se vai optar por ±8 × 1.25%, ±6 × 1.67% ou ±3 × 2.5% com base no perfil de tensão da sua rede. Não deixe que o fabricante dite esse processo para você.
- Selecione a marca OLTC com sabedoria. OLTC da MR e ABB são mais caros, mas oferecem maior confiabilidade, enquanto OLTC genéricos podem economizar entre $5.000 e $10.000 no preço em detrimento de uma manutenção mais frequente.
- Certifique-se de verificar a resistência a curto-circuito. Solicite o relatório IEC 60076-5 ou justificativa de projeto se ocorrerem falhas em sua rede.
- Verifique as dimensões de transporte. O comprimento da unidade é de cerca de 4,5–5,5 metros e pesa entre 50–60 toneladas. Certifique-se de que o transporte por pontes ou estradas é permitido.
- Confirme o modo de resfriamento. Especifique apenas ONAN ou ONAN/ONAF em caso de sobrecargas esperadas.
- Solicite FAT completo. Testemunhe/registre em vídeo os testes de rotina e peça certificados de teste como parte da licitação.
Instalação, Teste e Manutenção
O processo de instalação para transformadores de óleo do tipo conservador envolve um procedimento padrão. O dispositivo foi fornecido com equipamento de transporte seco a gás nitrogênio ou com óleo, colocado em uma fundação de 300 mm ou mais para fins de drenagem, e conectado ao turrete de bushing e caixas de cabos. As seguintes ações devem ser realizadas pela equipe do local antes que o dispositivo seja ligado:
- Determine a resistência de isolamento em todas as bobinas usando megger. Para a unidade que foi projetada para 35kV, o valor aceitável de resistência de isolamento é superior a 1000MΩ a 20°C.
- Teste a resistência dielétrica do óleo do transformador. O óleo deve atender à resistência dielétrica mínima de 50kV/2,5mm.
- Confirme pelo relé Buchholz e pelo sistema de alívio de pressão que os circuitos de alarme e desligamento estão funcionando corretamente.
- Realize a operação do OLTC em toda a faixa sem carga.
- Mantenha o dispositivo por 168 horas sem carga enquanto realiza a amostragem de DGA.
As verificações de rotina para a unidade SZ11-31500 podem incluir a verificação trimestral de um respirador se seu gel de sílica estiver no estado rosa, bem como a amostragem anual de óleo para DGA e verificações das condições do óleo de trabalho do OLTC conforme os requisitos do sistema do fabricante.
| Atividade | Frequência | Verificação chave |
|---|---|---|
| Inspeção visual | Trimestral | Gel de sílica do respirador, nível de óleo, vazamentos, corrosão |
| Amostragem de óleo e DGA | Anualmente | Razões de gás chave por IEC 60599 |
| Serviço do OLTC | Por contagem de operações | Contatos, condição do óleo, mecanismo do motor |
| Teste do dispositivo de proteção | Anualmente | Desligamentos de gás/surge do Buchholz, PRD, alarmes |
| Resistência de isolamento | A cada 2–3 anos | Tendências de leituras do megger vs. linha de base |
Ignorar tendências de DGA é a causa mais comum de falha prematura, portanto, reserve um orçamento para um contrato de laboratório de DGA, mesmo que o transformador em si tenha sido barato.
Perguntas Frequentes
Quanto custa um transformador SZ11-31500kVA 35/10,5kV?
Uma estimativa aproximada indica que se pode esperar que o preço de um forno fabricado na China esteja em torno de $65,000–$110,000 FOB, enquanto fabricantes europeus ou japoneses cobram algo na faixa de $120,000–$190,000, excluindo os custos relacionados ao transporte, seguro ou trabalhos no local. O preço estimado depende, finalmente, do nível de perda, marca do OLTC, equipamentos extras e preços do cobre no momento. Transportar uma unidade com peso de 50–60 toneladas adiciona $8,000–$25,000, com o total dependendo da distância entre os portos de origem e destino.
O que significa realmente a designação “SZ11”?
Aqui, S representa a designação trifásica e Z significa o comutador de tap on-load, conhecido como “有载调压” em chinês. O número 11 indica que este é um design que reduz perdas (isso tem aproximadamente 30% de perda sem carga a menos do que a série S9). Portanto, a designação SZ11 indica um transformador trifásico com um comutador de tap on-load nos modernos níveis de perda da série 11 conforme a especificação GB/T 6451.
Este transformador pode operar em sistemas de 60 Hz?
A resposta é sim, devido às especificações do núcleo e das bobinas redesenhadas. A seleção da frequência entre 50/60Hz influenciará a densidade de fluxo e, portanto, as dimensões do núcleo devem sempre especificar a frequência de operação na consulta para recalcular as classificações do motor, pois 50Hz não pode ser transferido diretamente para 60Hz sem verificar as perdas sem carga e os limites de saturação.
Com que frequência o comutador de tap on-load precisa de manutenção?
Um comutador de tap on-load imerso em óleo do tipo resistor (OLTC) deve ser inspecionado após cada 50.000 a 100.000 operações ou 5 a 7 anos, o que ocorrer primeiro. OLTCs do tipo vácuo podem alcançar cerca de 150.000 a 200.000 operações antes da inspeção. Acompanhe o número de operações usando o contador do mecanismo do motor e siga o cronograma do fabricante do OLTC, pois isso provavelmente será mais frequente do que o do transformador.
Por que escolher 10,5kV em vez de 10kV ou 11kV no lado de baixa tensão?
10,5kV tornou-se a tensão de projeto designada para os sistemas de distribuição chineses da classe 10kV, onde a tensão nominal é 10kV com uma tolerância de 5%. A implementação de uma tensão de projeto de 10,5kV leva em consideração a queda de impedância do transformador durante o processo de carga, com a tensão em condição de sem carga ajustável para aproximadamente 10,5kV e o barramento carregado fornecendo uma tensão de 10kV. Nas áreas que aplicam redes de 11kV, amplamente utilizadas em países asiáticos e do Oriente Médio, 11kV deve ser mencionado em vez disso.
Referências
- IEC 60076-1: Transformadores de potência – Parte 1: Geral — Define classificações, captações e requisitos de aumento de temperatura para transformadores de potência.
- IEC 60076-5: Capacidade de suportar curto-circuito — Especifica requisitos de resistência a curto-circuito e procedimentos de teste.
- IEC 60296: Fluidos para aplicações eletrotécnicas – Óleos isolantes minerais — Estabelece requisitos de qualidade para óleo isolante de transformadores.
- IEEE C57.12.00: Norma para Transformadores de Distribuição e Potência Imersos em Líquido — O equivalente norte-americano à IEC 60076, útil para comparação.
- Mudanças de tap on-load da Maschinenfabrik Reinhausen (MR) — Documentação do fabricante sobre a operação e intervalos de manutenção do OLTC.
- Transformadores Hitachi Energy — Informações de produtos de referência para grandes transformadores de potência e sistemas OLTC.
- Site oficial da Jiangsu Subian Electric Power — Gamas de produtos do fabricante, certificações e informações de contato.
Conclusão
O transformador regulador de tensão on-load de resfriamento a óleo SZ11-31500kVA 35/10.5kV é projetado para implementação em redes de média tensão com uma tensão estável sob as variações das condições de carga. Ele alcança uma eficácia notável devido à utilização do tipo de resfriamento a óleo que apresenta um conservador e a possibilidade de mudar os taps a qualquer momento com mais de 99.5% de eficiência. Coisas essenciais a ter em mente:
- Prepare um orçamento de $65.000-$110.000 FOB para uma unidade da China; marcas europeias e japonesas custarão mais.
- Calcule as perdas sob o conceito de custo ao longo da vida útil, pois elas excederão o custo do equipamento em 25 anos.
- Escolha deliberadamente a marca do OLTC e a faixa de tapping, pois elas determinam os custos de operação a longo prazo.
- Planeje o transporte, teste de instalação e manutenção rotineira de DGA a partir do dia 1.
Caso você esteja procurando os fabricantes, a Jiangsu Subian Electric Power fornecerá o equipamento SZ11 em conformidade com a IEC 60076 pelos preços de exportação, fornecendo a documentação de teste de fábrica a seu pedido. Confira a gama deles em subian-electric.com antes de finalizar sua lista curta de licitações.