A Especificação Técnica é o documento no qual se apresentam os requisitos elétricos e demais informações de sistema de modo a fornecer os elementos necessários para o desenvolvimento do projeto do transformador.
Na elaboração da Especificação Técnica de transformadores, a partir de estudos englobando transitórios eletromagnéticos, considerando modelos detalhados da subestação e do transformador, pode-se determinar de modo preciso as formas de onda das solicitações dielétricas a que o transformador estará submetido, até o horizonte de planejamento. Essas informações proporcionam ao fabricante melhores condições para desenvolver o cálculo da isolação interna desse transformador. Adicionalmente, esses estudos permitem caracterização de formas de ondas e níveis de ensaios dielétricos representativos das solicitações a que o transformador será submetido na sua vida útil. A seguir apresentam-se algumas recomendações referentes aos ensaios dielétricos a serem incluídas nas especificações de transformadores, as quais foram baseadas na análise das diversas formas de onda dos eventos simulados e dos respectivos fatores de severidade, FSDF.
8.1. Ensaios Dielétricos
A especificação dos níveis dos ensaios dielétricos com valores acima das solicitações que o sistema poderá impor ao transformador em toda a faixa de frequência, a partir de valores adequados de FSDF, permite um projeto mais seguro para a aplicação a que o transformador se destina.
Na determinação dos níveis dos ensaios, pode-se adicionalmente considerar que o ensaio de impulso atmosférico cortado na frente (IAF) pode provocar solicitações mais elevadas que as aplicadas nos ensaios dielétricos com as formas de onda atualmente especificadas. Conforme mostrado na figura 5.2.2, para frequências acima de aproximadamente 350 kHz a envoltória definida pela IAF supera a envoltória definida pelas formas de onda padronizadas atualmente pela ABNT NBR 5356.
Para atender o exposto no item acima, recomenda-se analisar em conjunto com os fabricantes a viabilidade de especificar ensaios com a frente de onda e uma tensão de ensaio na faixa de 1,30 a 1,50 vezes a tensão suportável normalizada de impulso atmosférico.
A frente de onda, com tempos de corte na faixa de 0,5 µs a 1,0 µs, cobre a região de frequências mais elevadas, presente nas tensões transitórias resultantes de manobras de chaves secionadoras, melhor que a onda cortada na cauda com tempos variando de 2 a 6 µs.
O mesmo princípio pode também ser aplicado para os possíveis ensaios alternativos. Assim, nos casos em que são esperadas interações entre o sistema e o transformador em frequências acima de algumas centenas de kHz, especificar o ensaio de impulso atmosférico com corte na frente da onda (com tempos de corte variando de 0,5 a 1,0 µs), em adição aos demais ensaios padronizados, pode ser apropriado.
Para exemplificar o benefício proporcionado pela elevação da amplitude da tensão de ensaio, observa- se que para o caso de manobra de chaves secionadoras na subestação Luiz Gonzaga, o FSDF na frequência de 840 kHz (ver Tabela 6.3.2) seria reduzido de 1,19 para 0,88, considerando a envoltória com a frente de onda para uma tensão de ensaio igual a 1,3 vezes a tensão suportável normalizada
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de impulso atmosférico.
Todavia, faz-se necessário observar os riscos de execução deste ensaio, uma vez que o pico de tensão desta forma de onda é limitado pelo corte do gerador, e não pela carga dos capacitores. Para este ensaio, os capacitores serão carregados com uma tensão mais alta que o pico da forma de onda cortada na frente e, na ocorrência de falha no circuito de corte do gerador, o equipamento sob ensaio estará sujeito a um IA significativamente superior ao seu dimensionamento.
As análises dos diversos valores de FSDF calculados permitem constatar a relevância do ensaio normalizado de onda cortada na cauda (IAC) uma vez que, numa faixa importante de frequências, este é o ensaio que melhor representa as solicitações impostas pelo sistema para a maioria dos casos considerados.
8.2. Modelo do Transformador
A disponibilidade de um modelo adequado do transformador permite a sua utilização em simulações, seja para a obtenção de valores mais precisos de tensão em seus terminais, visando um melhor dimensionamento, como para uma futura representação em análises de ocorrências que envolvam este equipamento. Deste modo, a especificação técnica deve solicitar um modelo tão detalhado quanto possível do transformador para estudos de tensões transitórias de alta frequência, sintetizado por uma rede de circuitos RLC capaz de representar o comportamento do transformador na faixa de frequências especificada, permitindo, com isso, o cálculo das tensões transitórias nos seus terminais. Sendo possível, este circuito deve incluir as impedâncias entre terminais viabilizando uma representação mais completa, conectando-o em todos os terminais.
8.3. Ensaios de Resposta em Frequência
Especificar ensaios de resposta em frequência com o objetivo de medir as impedâncias terminais, próprias e mútuas, em função da frequência (módulo e ângulo), com os demais terminais abertos, e o fator de amplificação entre os terminais, módulo e ângulo, para um sinal de tensão senoidal aplicado em um terminal, com os terminais de neutro aterrados e os demais terminais abertos.
Poderá também ser especificada a medição da matriz admitância do transformador (obtida com os terminais curtos-circuitados), o que irá possibilitar a elaboração de um modelo “caixa preta” (black box model) mais completo do transformador, conforme já mencionado no item 4.4.
Os ensaios de resposta em frequência poderão ser utilizados como insumos para a elaboração de um modelo, para aferir um modelo já existente, bem como para identificar faixas de frequências de ressonância dos enrolamentos do transformador.
8.4 Interação Fabricante com Usuário
A Especificação Técnica pode ser considerada como o documento onde o usuário do transformador expressa as necessidades de seu Sistema Elétrico, geralmente através de requisitos dielétricos normatizados.
Tais requisitos visam cobrir a maioria das solicitações dielétricas passíveis de ocorrer em um transformador que, há muitos anos, estão sendo usadas como parâmetros no cálculo de
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Ao se observar os resultados das simulações de transitórios eletromagnéticos e as análises de falhas em serviço feitas pelo JWG A2/C4-03, torna-se clara a necessidade de se ter um melhor conhecimento do comportamento do transformador em faixas de frequência acima de 60 kHz, nas quais as solicitações de tensão podem não ser bem representadas pelos ensaios dielétricos padronizados e consagradas em normas técnicas.
O fluxograma da Figura 8.5.1 sugere alguns passos a serem seguidos pelos usuários e fabricantes de transformadores, incluindo uma interação estreita entre as partes, durante a fase de projeto dos transformadores. A principal idéia é achar meios que viabilizem modelos mais representativos do transformador, permitindo que os usuários encontrem resultados mais realistas nas simulações. Por outro lado, os fabricantes terão um melhor conhecimento das solicitações impostas pelo sistema ao transformador, a fim de considerá-las ainda na fase de projeto.
E s p e c i f i c a ç ã o d o s n í v e i s d e i s o l a m e n t o ( T S I A / T S I M ) E s t u d o d e t e n s õ e s t r a n s i t ó r i a s d e a l t a f r e q ü ê n c i a c o m a n á l i s e d o a r r a n j o f í s i c o d a s u b e s t a ç ã o E s p e c i f i c a ç ã o d a s f o r m a s d e o n d a e f a i x a s d e f r e q ü ê n c i a s d o m i n a n t e s I n í c i o P r o j e t o b á s i c o d o t r a n s f o r m a d o r A v a l i a ç ã o d o i m p a c t o d a s t e n s õ e s t r a n s i t ó r i a s n o p r o j e t o d o t r a n s f o r m a d o r G e r a ç ã o d e u m m o d e l o R L C d o t r a n s f o r m a d o r R e a v a l i a ç ã o d o e s t u d o d e t e n s õ e s t r a n s i t ó r i a s ( c a s o s c r í t i c o s ) D e f i n i ç ã o d e n o v a s f o r m a s d e o n d a c o m f r e q ü ê n c i a s m a i s d e f i n i d a s d a s c o m p o n e n t e s p r i n c i p a l e s e c u n d á r i a s R e a v a l i a ç ã o d o i m p a c t o d a s t e n s õ e s t r a n s i t ó r i a s R e s u l t a d o s s a t i s f a t ó r i o s ? N Ã O S I M P r o j e t o f i n a l e f a b r i c a ç ã o M o d i f i c a ç õ e s n a i n s t a l a ç ã o o u p r o j e t o d o t r a n s f o r m a d o r ? T r a n s f o r m a d o r I n s t a l a ç ã o C O N C E S S I O N Á R I A F A B R I C A N T E A l t e r a ç ã o p r o p o s t a p a r a i n c l u i r a i n t e r a ç ã o t r a n s f o r m a d o r - s i s t e m a
Etapas anteriores à licitação
Figura 8.5.1 – Fluxograma proposto para o processo de especificação de transformadores
Os passos sugeridos pelo fluxograma podem encontrar algumas dificuldades na sua execução, por isso são relatados a seguir alguns desafios já visualizados para a realidade brasileira:
- A especificação técnica, que contém as características dos níveis de isolamento e as tensões transitórias que estão sendo propostas, geralmente só se torna de conhecimento dos fabricantes após a publicação de edital público. Conforme a Legislação, até que o edital torne-se oficialmente público, essas informações são sigilosas e o repasse a fabricantes é proibido.
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- Os prazos para os empreendimentos tornaram-se menores, o que dificulta ainda mais as interações entre a concessionária e o fabricante do transformador.
- A modificação de alguma grandeza dielétrica especificada e/ou a inclusão de novo requisito técnico, não previsto inicialmente, poderá vir a alterar o preço do transformador.
- Para avaliar o impacto no projeto do transformador causado por requisitos dielétricos não normatizados, o fabricante de transformadores terá que dispor de tempo e da utilização de ferramenta computacional, a qual muitas das vezes somente sua fábrica matriz domina.
- Geometrias e configurações críticas no projeto de transformadores que venham a ser necessárias, decorrentes de estudos de solicitações dielétricas não convencionais, precisam de desenvolvimento e testes que comprovem sua eficácia antes de serem implementadas pelos fabricantes.
Muito embora se possam encontrar algumas das dificuldades citadas anteriormente, somente a prática e a vivência decorrentes de uma maior avaliação Transformador-Sistema Elétrico é que levará a se ter um maior conhecimento e domínio dos passos sugeridos no fluxograma da Figura 8.5.1 e seus benefícios.
Os usuários de transformadores não adotam a mesma prática para utilização dos valores padronizados de norma, ficando a critério de cada um definir, conforme sua necessidade, os valores dos níveis de isolamento que julguem necessários para atender as solicitações da instalação onde irá operar o transformador.
Alguns usuários de transformadores já começam a solicitar em suas Especificações Técnicas, além dos modelos monofásicos em 60 Hz, modelos de representação do transformador para frequências entre 60 Hz e 1 MHz, fornecidos em arquivo magnético com formato ATP/EMTP para realização de estudos de transitórios eletromagnéticos de alta frequência.
A conjugação da realização de Design Review com o Ensaio de Resposta em Frequência e técnicas de avaliação de seus resultados usando ferramentas computacionais de análise tem proporcionado um maior conhecimento do comportamento do transformador frente às solicitações do Sistema Elétrico, e tende a se tornar uma ferramenta muito útil a todos os usuários.
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