Transformador para Fundição de Alumínio: Como Dimensionar Seis Retificadores e uma Alimentação de 220 kV para uma Linha de Cubas de 420 kA, e Por Que o Barramento CC Determina o Projeto

A resposta primeiro: uma linha de cubas de 420 kA é uma carga CC de 514 MW a 1.224 V, portanto os retificadores-transformadores e o barramento CC — não a demanda CA — é que definem a subestação

Uma linha de cubas de alumínio com 288 cubas operando a 420 kA e 4,25 V por cuba é uma carga CC de 514 MW a 1.224 V. Acrescente 45 MW de auxiliares e a planta consome 567 MW, 590 MVA com fator de potência 0,96 — o que corresponde a duas redes principais de 400 MVA e 220/33 kV a 74% cada. Mas nada nessa aritmética CA lhe diz como comprar os transformadores que realmente importam. Seis retificadores-transformadores de 87 MVA, cada um entregando 70 kA a 1.224 V, definem o projeto, e três números em suas placas de identificação definem se a linha de cubas opera: impedância de 8,5% (que define o compartilhamento de corrente em ±2% e a corrente de falta do barramento CC em cerca de 500 kA por grupo), um comutador de derivação em carga a vácuo com pelo menos 16 degraus (que define o fator de potência e a injeção de harmônicos) e um enrolamento ensaiado quanto às perdas por correntes parasitas, construído conforme a IEC 61378-1 e não apenas a IEC 60076. Acertando esses pontos, o pacote de transformadores custa USD 30–40 milhões, aproximadamente 4–5% de uma fundição de 840 milhões; você pode reproduzir os cálculos de CC e MVA com as calculadoras de sistemas de potência. Errando, o modo de falha não é um transformador avariado — é uma linha de cubas congelada, de quatro a seis semanas de produção perdida e USD 20–40 milhões em banho sucateado e cubas re-revestidas de tijolos.

Principais conclusões

• Dimensione o banco de retificadores em CC, não em CA: 288 cubas × 4,25 V = 1.224 V; 420 kA = 514 MW CC; 45 MW de auxiliares levam a planta a 567 MW / 590 MVA.
• Seis retificadores-transformadores de 87 MVA, não uma única unidade grande: 70 kA cada, 12 pulsos por grupo escalonados para 72 pulsos no total, e operação N-1 a 5/6 da corrente em vez de um desligamento da linha de cubas.
• A impedância de 8,5% é um compromisso triplo: compartilhamento de corrente entre grupos paralelos, corrente de falta do barramento CC e consumo de potência reativa. Especifique tolerância de impedância de ±2,5%, não de ±7,5%.
• Controle a tensão primeiro com o comutador de derivação em carga e depois com o tiristor — cada 1% de controle por ângulo de fase abaixo da tensão nominal custa cerca de 0,6% de fator de potência e adiciona harmônicos.
• Uma fundição é uma carga de 590 MVA que deve suportar a perda de uma rede principal de 400 MVA, portanto a conformidade N-1 vem de um protocolo contratual de redução de corrente (para 285 kA em 15 minutos), não do superdimensionamento das redes principais.

Que carga elétrica uma linha de cubas de 420 kA realmente representa?

A linha de cubas é um único circuito em série. Cada cuba conduz os mesmos 420 kA, e as tensões se somam: 288 cubas a 4,25 V em média resultam em 1.224 V CC de ponta a ponta. Esse é o número que o retificador deve produzir, e é uma baixa tensão no que diz respeito ao isolamento — 1,2 kV CC — e uma corrente enorme no que diz respeito a barramentos, retificadores e compartilhamento de corrente.

Duas coisas decorrem imediatamente. Primeiro, 590 MVA é a maior carga única que a maioria das redes jamais conectará a 220 kV, e é notavelmente estável — uma linha de cubas é uma carga de corrente constante, não uma carga de motor. Segundo, 14,8 kWh/kg significa que a eletricidade representa cerca de 40% do custo do metal, portanto cada quilowatt de perda no transformador é um item na linha de custo de caixa da fundição, razão pela qual o custo total de propriedade e não o preço de compra decide essas licitações. É por isso que a avaliação de perdas nesta aplicação é feita a USD 0,05–0,07 por kWh e 8.000–8.500 horas — a mesma aritmética da fórmula de dimensionamento e orçamento de transformadores, e por que um transformador 0,1% menos eficiente pode perder uma licitação no valor de USD 1,2 milhão por unidade.

Por que 4,25 V por célula e não 4,0 V? O trade-off energético por trás da tensão CC

A tensão de célula é um equilíbrio entre energia e eficiência de corrente. Aproximadamente 1,2 V é o potencial de decomposição reversível e não pode ser eliminado; o restante é a queda ôhmica no banho, nos ânodos, nos cátodos e nas barras coletoras. Reduzir a distância ânodo–cátodo diminui a queda no banho e economiza energia, mas também aumenta a chance de efeitos anódicos e reduz a eficiência de corrente. Na prática, uma fundição estabiliza-se em 4,15–4,35 V, e cada 100 mV vale cerca de 2,4% da energia CC. Para esta linha de cubas, passar de 4,25 V para 4,15 V economiza 4,5 MW — cerca de 39 GWh por ano, ou USD 2,3 milhões a USD 0,06/kWh — sem trocar um único transformador. É por isso que a conversa de projeto elétrico com uma fundição sempre começa pela tensão de célula e pela eficiência de corrente, e não pelos kVA.

Por que uma linha de cubas de 420 kA usa seis grupos retificadores em vez de um único retificador grande?

Quatro razões, e apenas a primeira diz respeito à fabricação. Um retificador de 514 MW não existe; mesmo que existisse, sua corrente de falta no barramento CC e seu ponto único de falha seriam inaceitáveis.

Fabricação e transporte. Um transformador conversor de 90 MVA, 33 kV pesa 110–130 t com óleo. Seis deles cabem no mesmo envelope de transporte de uma unidade de 540 MVA que não poderia ser construída, transportada ou substituída. A estratégia de unidade sobressalente também se torna prática: uma fundição mantém um sobressalente de 90 MVA em vez de um de 540 MVA.

Harmônicos. Cada grupo é um retificador de 12 pulsos (dois secundários, um delta e um estrela). Seis grupos defasados em 5° dão uma característica efetiva de 72 pulsos, deslocando o primeiro harmônico característico do 11º para o 71º — o mecanismo por trás de por que correntes harmônicas superaquecem transformadores — e reduzindo o banco de filtros de 200 MVAr para 120 MVAr. A defasagem é feita nos enrolamentos do transformador — secundários em delta estendido ou zig-zag —, portanto é um item de especificação, não um ajuste do retificador.

Corrente de falta no barramento CC. O barramento da linha de cubas é um condutor de alumínio de 420 kA ao longo de uma sala de cubas de 1 km. Um curto-circuito em qualquer ponto dele é alimentado por todos os grupos retificadores ao mesmo tempo. A corrente prospectiva de um grupo de 90 MVA com 8,5% de impedância é de cerca de 500 kA; seis grupos dão uma falta de barramento na região de 2–3 MA, limitada pela impedância do barramento e eliminada pelo disparo de todos os seis disjuntores CA. Seis seccionadoras CC individuais e seis disjuntores CA é o único arranjo que permite isolar um grupo para manutenção enquanto a linha de cubas continua operando.

N-1 com corrente reduzida. Perder um grupo e a linha de cubas cai de 420 kA para 350 kA em vez de zero. As cubas de alumínio toleram corrente reduzida por dias; não toleram um circuito aberto. Essa única propriedade — operação 5/6 — vale mais do que os custos extras de manobra, porque um trip da linha de cubas é medido em semanas.

Quanto desequilíbrio de corrente os grupos retificadores em paralelo podem tolerar?

O compartilhamento de corrente entre grupos é definido quase inteiramente pela incompatibilidade de impedância, e é a mesma física que rege qualquer operação de transformadores em paralelo. A 420 kA totais, um grupo carregando 5% acima da sua parcela opera 5% mais quente no enrolamento e 10% mais quente nas perdas por correntes parasitas, e seu isolamento envelhece a aproximadamente o dobro da taxa. A relação é quase linear e é brutal:

Esta é a frase mais importante em um pedido de compra de retiformador: tolerância de impedância ±2,5% da média do banco, medida no tape que será usado para carga base. A IEC 60076-1 permite ±7,5% sobre o valor declarado para uma unidade individual, e um fornecedor que cotiza com essa tolerância está em conformidade com a norma e é inútil para um banco de seis unidades. A mesma lógica se aplica à tolerância de relação (±0,25%) e aos secundários dentro de uma unidade, onde uma incompatibilidade de 1% entre os enrolamentos delta e estrela se transforma em um desequilíbrio da ponte de 12 pulsos e em uma componente de 6º harmônico para a qual nenhum filtro foi projetado.

O que acontece quando um grupo dispara — e por que isso não para a linha de cubas?

A 420 kA, a tensão da linha de cubas é de 1.224 V. Perder um dos seis grupos faz a tensão CC colapsar para cerca de 1.020 V, enquanto as cubas, ainda cheias de banho fundido a 960 °C, continuam conduzindo. Os cinco grupos restantes assumem a corrente em 20–50 ms; o sistema de regulação de corrente então mantém 350 kA e a linha de cubas continua, mais quente no cátodo e menos eficiente, até que o grupo seja restabelecido. A vida do revestimento do cátodo é consumida mais rapidamente em corrente mais baixa porque o perfil de solidificação da parede lateral se desloca, e é por isso que uma fundição restabelece o grupo em poucas horas e por que um retificador-transformador sobressalente no local importa mais do que um transformador principal sobressalente.

O cenário que nunca deve acontecer é a perda de todos os grupos, ou um circuito aberto CC. Abaixo de cerca de 200 kA o banho começa a solidificar contra as paredes laterais; após 4–6 horas as cubas estão sólidas e a partida se torna um projeto mecânico: escavar o banho solidificado, refazer o revestimento refratário, reiniciar cuba por cuba ao longo de 30–45 dias. Essa assimetria — 5/6 é sobrevivível, 0/6 não é — é a razão pela qual o arranjo do retificador, a conexão de 220 kV e o esquema de proteção são projetados em conjunto, e não separadamente.

Como especificar um transformador retificador para uma linha de cubas de 420 kA?

Um retificador-transformador não é um transformador de distribuição com um tanque maior. Ele é definido pela IEC 61378-1, suporta um regime de conversor que a IEC 60076-1 não descreve, e sua perda em carga deve ser medida e garantida para uma corrente não senoidal. A folha de especificação abaixo é a que produz propostas comparáveis.

Por que o comutador em carga deve controlar a tensão, e o tiristor apenas ajustá-la?

Um retificador comutado pela linha tem duas formas de reduzir a tensão CC: reduzir a tensão CA com um comutador de tap, ou atrasar o ângulo de disparo. A primeira é quase sem perdas e mantém a corrente em fase com a tensão. A segunda não é nem uma coisa nem outra. Disparar no ângulo α drena corrente com um ângulo de deslocamento de aproximadamente α/2 mais a sobreposição de comutação, e cada 1% de controle de ângulo de fase abaixo da tensão nominal custa cerca de 0,6% de fator de potência e injeta harmônicos de baixa ordem adicionais para os quais o banco de filtros não foi dimensionado.

Portanto, a especificação deve dizer: controle grosseiro em degraus de tap de ±1,25%, controle fino no tiristor para apenas ±2%, e o comutador de tap dimensionado para 300.000 operações com um interruptor a vácuo em óleo. As fundições movem os taps constantemente — as trocas de anodos deslocam a tensão da cuba em 20–40 mV, as cubas são desligadas e re-revestidas, a corrente de linha é rampeada a 5 kA/h durante a partida — e um comutador de tap sem carga simplesmente não pode ser usado nesta carga — o compromisso geral está descrito em comutadores de tap em carga versus sem carga.

Por que 8,5% de impedância é o número certo?

A impedância em um retificador-transformer desempenha três funções ao mesmo tempo, e elas atuam em direções opostas. Ela limita a contribuição de falha do barramento CC, define a reatância de comutação que determina o ângulo de sobreposição e o consumo reativo, e estabelece quanto da regulação de tensão você pode obter com taps. A tabela mostra o compromisso em 90 MVA:

A 8,5%, um grupo contribui com cerca de 500 kA para uma falha no barramento CC — um número que deve ser inserido na especificação dos fusíveis e disjuntores do retificador, no escoramento das barras e no estudo de arco elétrico; o método é o mesmo usado no cálculo de corrente de curto-circuito de transformadores. Isso também significa que o banco consome cerca de 62 MVAr por grupo, 165 MVAr no total para 567 MW, o que dimensiona o banco de filtros. Reduza a impedância para ganhar eficiência e você gastará o ganho três vezes em painéis de manobra, fusíveis e filtros.

O que mais difere de um transformador de distribuição? Os itens de regime de conversor

Três itens são rotineiramente esquecidos por fornecedores cuja experiência está em unidades de distribuição. Primeiro, medição de perdas: a IEC 61378-1 exige que a perda em carga seja garantida e medida com uma forma de onda de corrente representativa do regime do conversor, incluindo o fator de perda harmônica — um transformador que atende 320 kW no ensaio senoidal pode dissipar 380 kW em serviço. Segundo, isolamento sob pulsos repetitivos: o enrolamento de BT vê entalhes de comutação centenas de vezes por ciclo, e o isolamento entre espiras que passa em um impulso de 1,2/50 µs ainda pode falhar em cinco anos se o requisito de onda cortada e pulso repetido não for declarado. Terceiro, eletrificação do fluxo de óleo e carga estática: o resfriamento a óleo forçado em alta velocidade de fluxo em unidades grandes gera carga estática; a especificação deve exigir que o tanque e a tubulação sejam aterrados e que a velocidade do fluxo de óleo seja limitada, o que é o único requisito que separa um transformador de conversor de um transformador de potência da mesma potência nominal.

Quanta distorção harmônica injeta uma cuba de 420 kA?

Um grupo de 12 pulsos produz harmônicos característicos de ordem 12k ± 1: o 11º, 13º, 23º, 25º e assim por diante, com amplitudes de aproximadamente 1/h da fundamental. Seis grupos defasados em 5° cancelam a maioria deles, deixando um residual dominado pelo 5º e 7º pela saturação do transformador e pelo 11º/13º pelo defasamento imperfeito. No ponto de acoplamento comum de 220 kV, a IEEE 519 permite 1,5% de distorção total de demanda para uma planta deste porte; uma cuba sem filtragem fica em 8–14%.

Observe a forma do problema: o defasamento faz a maior parte do trabalho, e os filtros limpam o residual e fornecem potência reativa. É por isso que o banco de filtros é especificado em MVAr, e não em ampères — sua função principal em uma fundição é o fator de potência, e a atenuação harmônica é o segundo benefício. Dois bancos de filtros tipo C de 60 MVAr no barramento de 33 kV fornecem 120 MVAr dos 165 MVAr que os retificadores precisam; a rede de 220 kV vê cerca de 45 MVAr, bem dentro do requisito de fp 0,95 que a maioria dos operadores de transmissão impõe.

Por que os filtros estão no barramento de 33 kV e não em 220 kV?

Custo e comutação. Um banco de filtros de 60 MVAr a 33 kV é uma instalação de capacitores convencional, reparável e montada no local; os mesmos MVAr a 220 kV exigem uma plataforma totalmente isolada, equipamentos de manobra de 220 kV e uma área muito maior. Colocar os filtros a 33 kV também os posiciona eletricamente próximos aos retificadores, de modo que as correntes harmônicas circulam localmente e nunca chegam aos transformadores principais, cujas perdas por correntes parasitas aumentariam de outra forma. Os transformadores principais passam então a ver uma carga com fator de potência de 0,99 e conduzem 5–8% menos corrente para os mesmos MW — o que vale cerca de 4 MW de perdas nos dois principais, ou USD 2 milhões por ano aos preços de energia da fundição.

Como dimensionar os principais de 220/33 kV para N-1 em uma fundição?

A demanda total é de 590 MVA. Dois principais de 400 MVA e 220/33 kV carregam cada um 295 MVA, com 74% de carga. Perde-se um e o sobrevivente enfrenta 148% — um transformador que não suportará 148% por mais que alguns minutos, e uma linha de cubas que não pode simplesmente ser desligada. A resposta da indústria não é uma terceira unidade de 400 MVA; é um protocolo contratual e operacional de redução de corrente respaldado pela capacidade de sobrecarga do transformador.

A aritmética: 400 MVA a 0,96 de fator de potência são 384 MW. Os auxiliares são 45 MW e não podem ser desligados. Os retificadores recebem, portanto, 339 MW, o que a 1.224 V e 98,5% de eficiência do retificador é 275 kA — 65% da corrente de linha. Uma linha de cubas a 275 kA é desconfortável, mas estável por dias: a temperatura do banho cai alguns graus, a eficiência de corrente cai dois pontos e as cubas permanecem fundidas. Reduzir de 420 kA para 275 kA na taxa máxima de rampa de 5 kA/h leva 29 horas, razão pela qual o protocolo é escrito como um plano escalonado (420 → 380 kA em 1 hora por supressão de efeito anódico, → 320 kA em 8 horas, → 275 kA em 30 horas) e pela qual os principais são especificados para 130% de sobrecarga contínua com resfriamento forçado e 150% por 30 minutos.

Por que superdimensionar os principais é a resposta errada?

Três principais de 400 MVA dariam verdadeiro N-1 em plena corrente, e custariam cerca de USD 6 milhões a mais, ocupariam um terceiro vão e adicionariam aproximadamente 180 kW de perdas em vazio cada — 1,6 GWh por ano para a terceira unidade, USD 95.000 por ano para sempre, para um cenário que ocorre uma vez a cada cinco a dez anos. Pior ainda, um terceiro principal não resolve o caso que realmente acontece: a perda da linha de 220 kV que alimenta dois dos três. As fundições investem, portanto, naquilo que reduz a probabilidade e a duração das interrupções: linhas duplas de 220 kV em torres separadas, equipamentos de manobra de 220 kV isolados a gás, DGA online em cada principal e retiformador, e um retiformador reserva de 90 MVA no local. Esse pacote custa menos que o terceiro principal e aborda tanto a interrupção da linha quanto a do transformador.

Quanto custa uma parada da linha de cubas, e como isso muda a especificação do transformador?

Uma linha de cubas que perde corrente por mais de 4–6 horas congela. O banho solidifica contra as paredes laterais, o leito de metal se contrai, e reiniciar significa escavar 288 cubas, substituir blocos catódicos e revestimento lateral, e reiniciar a 50–100 kA com uma rampa lenta — 30–45 dias e USD 20–40 milhões, mais a produção perdida de 336.000 t/ano dividida por doze. Diante desse número, o monitoramento de condição em um transformador de USD 1,3 milhão é gratuito.

As consequências para a especificação são concretas: análise de gases dissolvidos online em cada retiformador (tendências de hidrogênio e acetileno detectam um ponto quente semanas antes da falha), temperatura de enrolamento por fibra óptica em vez de ponto quente calculado, contagem de operações do OLTC e monitoramento da corrente do motor, e um esquema de proteção diferencial de barra que dispara os seis disjuntores CA em menos de 80 ms; a filosofia de proteção está resumida em dispositivos de proteção de transformadores. Nos principais, o requisito é uma conexão de 220 kV que possa ser transferida entre barras sem desligar a linha de cubas, o que significa que o lado de 33 kV é projetado para uma transferência make-before-break e o controle do retificador pode suportar uma queda de tensão de 300 ms sem perder a regulação de corrente.

Com que frequência o comutador de derivação realmente se move?

Mais do que a maioria das especificações presume. Uma linha de cubas de 420 kA varia 30–60 V por dia à medida que os ânodos são trocados e as cubas são desligadas; a malha de regulação de corrente mantém 420 kA movendo o comutador um passo de 1,25% por vez, o que a 1.224 V é 15 V por passo. Adicione rampas de partida, supressão de efeito anódico e acompanhamento de carga noturno onde a fundição tem um contrato de fornecimento interrompível, e 30–60 operações por dia é normal — 20.000 por ano, 300.000 ao longo de uma vida útil de 15 anos do transformador. Um OLTC a vácuo classificado para 300.000 operações é, portanto, um componente para toda a vida do ativo, não um acessório, e seu modo de falha (um comutador travado) só é gerenciável se o retificador ainda puder regular ±2% no tiristor. Essa é a razão pela qual o requisito de controle fino existe.

Como dimensionar a subestação auxiliar?

Quarenta e cinco megawatts de auxiliares parecem pouco diante de uma linha de cubas de 514 MW, e é justamente a parte da planta que interrompe a produção quando falha. A perda de um ventilador no tratamento de gases significa que as cubas precisam ser cobertas e a corrente reduzida; a perda de um forno de espera na casa de fundição significa que o metal se acumula nas cubas.

O conjunto auxiliar é composto por dois transformadores de 25 MVA 33/11 kV a 90% cada, com barramento dividido para que um possa ser mantido, além de transformadores de distribuição 11/0,4 kV de 1.000–2.500 kVA em todas as salas de cubas e na casa de fundição. Como a maior parte da carga auxiliar é de ventiladores e compressores acionados por VFD, as unidades de 0,4 kV devem ser classificadas com fator K ou alimentadas por meio de front ends ativos — o problema de harmônicos em uma fundição não está apenas nos retificadores, que é onde se aplica a seleção de transformadores com fator K.

Onde a resina fundida se aplica em uma fundição, e onde não se aplica?

A resina fundida se aplica em ambientes internos nas salas de comutação da linha de cubas e na casa de fundição, onde um incêndio de óleo mineral próximo a metal a 960 °C é inaceitável e onde as unidades 11/0,4 kV são pequenas. Não se aplica a 33 kV e 25 MVA: um transformador de resina fundida de 25 MVA está no topo da faixa de tipo seco — o limite é discutido em transformadores imersos em óleo versus tipo seco — e custa 40–60% mais que uma unidade imersa em óleo, além de exigir um sistema de isolamento Classe F com elevação de 100 K para se manter dentro de uma carcaça razoável. O arranjo padrão é de unidades externas imersas em óleo 33/11 kV com separação por parede corta-fogo e reator de interligação de barramentos de 6%, e resina fundida a partir de 11 kV para baixo.

O que o próprio barramento CC exige do conjunto transformador e retificador?

O barramento de 420 kA é a parte da planta que mais frequentemente surpreende um fornecedor de transformadores. É de alumínio, resfriado a água na extremidade do retificador, e conduz corrente que produz uma falta prospectiva de 2–3 MA se for curto-circuitado. Três requisitos decorrem disso.

Eliminação de falta em dezenas de milissegundos. A proteção do próprio retificador deve detectar uma sobrecorrente CC e disparar o disjuntor CA em menos de 80 ms; o transformador deve suportar as forças eletromagnéticas resultantes, razão pela qual o enrolamento é especificado com condutor continuamente transposto e ensaio de curto-circuito na impedância real do banco, em vez de um ensaio genérico de 25 kA.

Detecção de falta à terra em um sistema CC não aterrado. A linha de cubas não é aterrada — uma única falta à terra não pode parar 514 MW. O monitoramento de isolamento no barramento CC, além de um enrolamento BT do transformador isolado para a tensão CC plena em relação à terra (1,2 kV CC mais transitórios), são ambos necessários. Fornecedores que tratam a BT como um enrolamento de distribuição de 690 V falham neste teste no primeiro ano.

Ruído de modo comum. A comutação do retificador produz tensões de modo comum que retornam pela capacitância do transformador para o sistema de 33 kV e para a eletrônica de controle. A blindagem eletrostática especificada acima é o que impede isso; sem a blindagem, a própria eletrônica de regulação de corrente do retificador torna-se a maior fonte de disparos indevidos na planta.

Quais perdas devem ser capitalizadas a 8.000 horas por ano?

Uma fundição opera 8.500 horas por ano com 96–98% de disponibilidade, portanto a capitalização de perdas não é uma formalidade de licitação. Neste banco:

Mais de 20 anos com 6% de desconto, USD 1,05 milhão por ano representa um valor presente de cerca de USD 12 milhões — aproximadamente o preço de compra dos seis transformadores. É por isso que uma avaliação de propostas numa fundição pondera as perdas em 30–40% da pontuação, e por isso que cotar 340 kW em vez de 320 kW de perda em carga pode perder um pedido mesmo a um preço inferior. É também por isso que a perda deve ser garantida sob regime de conversor: um fornecedor que garante 320 kW num ensaio sinusoidal e entrega 380 kW em carga retificadora deu à fundição uma surpresa de USD 320.000 por ano que nenhuma cláusula de garantia cobrirá.

Deve comprar um transformador principal mais eficiente em vez de um terceiro?

Sim. Os dois transformadores principais de 400 MVA com 180 kW em vazio e 900 kW de perda em carga cada custam cerca de USD 1,1 milhão por ano em perdas. Passar de um núcleo convencional de grão orientado para um núcleo de alta qualidade ou amorfo em unidades deste tamanho não é prático, mas especificar o projeto económico de menor perda e avaliar a USD 0,06/kWh normalmente recupera 15–20% da perda por 3–4% do preço. Numa unidade de 400 MVA, 150 kW de perda em carga poupada são USD 72.000 por ano, um retorno inferior a dois anos.

O que deve conter a folha de especificações do transformador?

Catorze itens, pela ordem que decide a proposta:

Quais são os cinco erros de especificação que custam mais?

1. Tolerância de impedância cotada segundo a IEC 60076-1 (±7,5%). Seis unidades de três fábricas, ou mesmo de uma só fábrica com a dispersão normal de fabrico, não repartirão a corrente. O sintoma aparece no segundo ano como uma unidade a funcionar 12 K mais quente do que as vizinhas; a solução é um rebobinamento ou um limite de corrente permanente no banco.

2. Perda medida com corrente sinusoidal. O regime de conversor acrescenta 15–20% à perda em carga no enrolamento e mais nas partes estruturais. Uma garantia que indica 320 kW sem nomear o espetro não é uma garantia.

3. Sem blindagem eletrostática. Poupa cerca de 1,5% do preço e produz anos de disparos inexplicáveis no controlo do retificador e ruído de modo comum a 33 kV que ninguém consegue localizar.

4. Controlo de tensão apenas por tirístores. Mais barato pelo custo de um OLTC, e perde 1–2% de fator de potência e um banco de filtros dimensionado para harmónicas que o comutador de tomadas teria evitado. A 567 MW, 1% de fator de potência são USD 300.000 por ano em encargos de reativa em muitas tarifas.

5. Regime de curto-circuito padrão de transformador de distribuição. O defeito no barramento DC é de 500 kA por grupo e 2–3 MA no total; um enrolamento projetado e ensaiado ao nível genérico da IEC deformar-se-á no primeiro defeito real, e a deformação será invisível até o DGA mostrar acetileno dois anos depois.

Como se comissiona um retiformador sem esforçar a linha de cubas?

O comissionamento ocorre antes do arranque da linha de cubas, pelo que o banco é ensaiado com um reóstato de água ou uma barra de curto-circuito com corrente escalonada: 10%, 25%, 50%, 75% e 100% da corrente DC nominal, cada patamar mantido pelo tempo necessário para estabilizar a temperatura do enrolamento. Os ensaios que importam são os que revelam um problema do banco e não um problema da unidade.

O teste de compartilhamento é aquele que se deve exigir tanto na fábrica quanto no local, porque é o único teste que comprova o banco e não a unidade. Um fornecedor pode atender a todas as garantias individuais e ainda entregar seis transformadores que não operam em paralelo, e o retrabalho é feito na sala de cubas, em altitude, em atmosfera com fluoreto, com a linha de cubas esperando.

Sources / 资料来源

Fonte: IEC 61378-1 — Transformadores para conversores, Parte 1: Transformadores para aplicações industriais.
Fonte: IEC 60146-1-1 — Conversores semicondutores: requisitos gerais e conversores comutados pela linha.
Fonte: IEC 60076-1 — Transformadores de potência: geral.
Fonte: IEC 60076-2 — Transformadores de potência: elevação de temperatura para transformadores imersos em líquido.
Fonte: IEC 60076-3 — Transformadores de potência: níveis de isolamento, ensaios dielétricos e distâncias externas no ar.
Fonte: IEC 60076-5 — Transformadores de potência: capacidade de suportar curto-circuito.
Fonte: IEC 60076-7 — Transformadores de potência: guia de carregamento para transformadores de potência imersos em óleo mineral.
Fonte: IEC 60076-11 — Transformadores de potência: transformadores a seco.
Fonte: IEEE 519 — Prática recomendada e requisitos para controle de harmônicos em sistemas de energia elétrica.
Fonte: IEC 61936-1 — Instalações de potência superiores a 1 kV CA e 1,5 kV CC: regras comuns.
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Fonte: Equipe de Engenharia QDTB — fornecimento de transformadores imersos em óleo e em resina fundida para projetos de metais, industriais e de infraestrutura, 2015–2025 (tensões de célula, fatores de demanda, dispersões de impedância, taxas de capitalização de perdas, faixas de preço e prazos de entrega aqui citados são valores de experiência do setor, não normas publicadas).