Transformadores imersos em óleo para expansão da rede elétrica no sul da Ásia: normas de tensão e refrigeração

Resumindo:A rede elétrica do Sul da Ásia — que atende 1,9 bilhão de pessoas na Índia, Bangladesh, Paquistão, Sri Lanka e Nepal — está passando pela maior expansão de infraestrutura de transmissão e distribuição de sua história. Só a Índia planeja adicionar 500 GW de capacidade de geração renovável até 2030, o que exigirá um investimento estimado em US$ 30 bilhões em infraestrutura de rede. Transformador de potênciaOs transformadores representam aproximadamente 15 a 20% do orçamento de aquisição de equipamentos. A National Transmission and Despatch Company (NTDC) do Paquistão tem vários projetos de subestações de 500 kV e 220 kV em desenvolvimento, a Power Grid Company (PGCB) de Bangladesh está expandindo a cobertura da rede de 132 kV e 230 kV para áreas rurais, e as linhas de transmissão transfronteiriças do Nepal com a Índia estão impulsionando a demanda por transformadores de 132/33 kV em centros de carga. Para os gerentes de compras de concessionárias de energia do Sul da Ásia, distribuidores de transformadores de potência e empreiteiras EPC, as decisões de especificação — classe de tensão, método de resfriamento, grau do material do núcleo e sistema de preservação de óleo — determinam se a confiabilidade em serviço do transformador atende à meta da concessionária de 99,5% de disponibilidade ao longo de sua vida útil de projeto de 25 anos. Este artigo aborda o perfil de demanda de classe de tensão para a região, a seleção do sistema de resfriamento para temperaturas ambientes tropicais, a especificação do grau do aço do núcleo que controla as perdas em vazio e os testes de comissionamento que as concessionárias exigem antes da conexão à rede.

Desenvolvimento da rede elétrica no Sul da Ásia: Quais classes de tensão terão maior demanda entre 2026 e 2030?

A demanda por classes de tensão no Sul da Ásia é impulsionada pelos planos de expansão da capacidade de geração das principais concessionárias da região e pelos projetos de interconexão transfronteiriços que estão remodelando o subcontinente. Transmissão de potência Como Gerente de Vendas Internacionais da Tianan Overseas, tenho acompanhado os padrões de aquisição de equipamentos em toda a região nos últimos 5 anos, e a tendência é clara: a demanda está migrando de transformadores de distribuição (33 kV e abaixo) para transformadores de transmissão (132 kV, 220 kV e 500 kV), à medida que os projetos de rede elétrica passam da eletrificação rural (foco na distribuição, em grande parte concluída na Índia e em Bangladesh) para a transferência inter-regional de energia (foco na transmissão, fase atual).

Classe de 500 kV (segmento com maior crescimento de demanda): Os projetos do Corredor de Energia Verde da Índia — linhas de transmissão que conectam os estados do oeste, ricos em energia solar (Rajasthan, Gujarat), e os estados do sul, ricos em energia eólica (Tamil Nadu, Karnataka), aos centros de carga no norte (Delhi, Uttar Pradesh) e oeste (Mumbai) — requerem autotransformadores de 500/220 kV em subestações de interligação e transformadores abaixadores de 500/33 kV em estações inversoras. A necessidade anual de transformadores de 500 kV somente na Índia é estimada em 150 a 200 unidades por ano até 2030. A planejada linha de transmissão de 500 kV de Bangladesh, da usina de Payra até Dhaka — uma linha de circuito duplo de 500 kV com 250 km de extensão — exigirá de 15 a 20 transformadores adicionais de 500/230 kV em estações de chaveamento intermediárias.

Classes de 220 kV e 132 kV (segmento de demanda constante): A NTDC do Paquistão mantém um programa em andamento para modernizar subestações de 220 kV, substituindo o isolamento a ar (AIS) por isolamento a gás (GIS). Essa modernização se deve à dificuldade de aquisição de terrenos para novas subestações em áreas urbanas. As subestações GIS são de 70% a 80% menores que as AIS e podem ser construídas na mesma área, com a substituição gradual dos equipamentos antigos. Cada subestação GIS requer de 2 a 4 transformadores de potência de 220/132 kV e de 4 a 6 transformadores de distribuição de 132/33 kV. A demanda anual por transformadores de 220 kV e 132 kV no Paquistão, Bangladesh e Sri Lanka é de aproximadamente 400 a 600 unidades.

Classes de 66 kV e 33 kV (distribuição rural e industrial): O Programa de Eletrificação Rural do Nepal e a expansão contínua da rede da Companhia de Eletrificação Rural de Bangladesh são os principais impulsionadores dessa classe de tensão. Os transformadores geralmente têm potência entre 5 e 30 MVA e são adquiridos por meio de licitações competitivas com especificações padronizadas. O preço unitário de um transformador de 33/11 kV e 10 MVA da linha de produção da Tianan varia de US$ 25.000 a US$ 45.000 FOB (dependendo da especificação de refrigeração ONAN ou ONAF e da qualidade do material do núcleo), e a demanda anual na região é de 1.000 a 1.500 unidades.

Tianan's gama de transformadores de potência Abrange todas as classes de tensão de 11 kV a 500 kV, sendo que os segmentos de 132 kV e 220 kV representam a maior parte das nossas entregas de projetos no Sul da Ásia.

Refrigeração ONAN vs ONAF: Adequação do sistema de refrigeração à temperatura ambiente e ao perfil de carga

O sistema de refrigeração de um transformador de potência imerso em óleo — o método pelo qual o calor gerado pelas perdas no núcleo e nos enrolamentos é transferido do óleo do transformador para o ar ambiente — deve ser adequado à temperatura ambiente do local e ao perfil de carga do transformador. A variação de temperatura ambiente no sul da Ásia — de 5 °C no inverno (norte da Índia, Nepal) a 50 °C no verão (região do Punjab, Paquistão, período pré-monção em Bangladesh) — e o perfil de carga típico (pico à noite para consumidores residenciais, contínuo para consumidores industriais) tornam a seleção do sistema de refrigeração uma decisão crítica de especificação.

ONAN (Óleo Natural, Ar Natural): O sistema de refrigeração mais simples — o óleo do transformador circula por convecção natural através do núcleo e dos enrolamentos (onde absorve calor) e através dos painéis do radiador (onde rejeita calor para o ar ambiente). Sem ventiladores, sem bombas. O sistema de refrigeração ONAN fornece aproximadamente 60-70% da potência nominal em MVA do transformador a uma temperatura ambiente de 40°C (a temperatura ambiente de referência padrão da IEC para especificações do Sul da Ásia). Para um transformador de 50 MVA com refrigeração ONAN, a capacidade nominal contínua real a 40°C de temperatura ambiente é de aproximadamente 32-35 MVA — os 15-18 MVA restantes estão disponíveis apenas quando a temperatura ambiente cai abaixo de 40°C ou quando a duração da carga é menor que a constante de tempo térmica do transformador (tipicamente de 2 a 4 horas). O ONAN é o sistema de refrigeração padrão para transformadores com potência inferior a 50 MVA e para transformadores de distribuição.

ONAF (Óleo Natural, Ar Forçado): Os ventiladores são montados nos painéis do radiador e controlados por um termostato que os ativa quando a temperatura do óleo na parte superior atinge 55-60 °C (o ponto de ajuste para ativação dos ventiladores). Os ventiladores forçam a passagem de ar através do conjunto de radiadores a uma velocidade de 4-6 m/s, aumentando a taxa de rejeição de calor em 20-30% em comparação com a convecção natural. Para um transformador de 50 MVA projetado com classificação ONAN/ONAF (a especificação mais comum para transformadores de transmissão no Sul da Ásia), a classificação ONAN é de 35 MVA e a classificação ONAF é de 50 MVA. O transformador opera em ONAN em condições de baixa carga (noite, fora do horário de pico) e alterna para ONAF quando a carga aumenta — os ventiladores normalmente operam de 12 a 18 horas por dia em um transformador de transmissão no Sul da Ásia durante os meses de verão.

OFAF e ODAF: Para transformadores acima de 200 MVA — os autotransformadores de 500/220 kV que são cada vez mais especificados para o Corredor de Energia Verde da Índia — o sistema de refrigeração é OFAF (Oil Forced, Air Forced) ou ODAF (Oil Directed, Air Forced). Bombas de óleo forçam a circulação do óleo através do núcleo e dos enrolamentos a uma vazão controlada, e ventiladores forçam a circulação de ar pelos resfriadores. A circulação forçada de óleo elimina o gradiente de temperatura existente na circulação natural de óleo, reduzindo a temperatura do ponto quente (o ponto mais quente do enrolamento) em 8 a 12 °C em comparação com o sistema ONAF sob a mesma carga. O sistema OFAF/ODAF aumenta o custo do transformador em 15 a 25% em comparação com o sistema ONAN/ONAF da mesma potência nominal (MVA), mas justifica-se pela maior capacidade por unidade de volume — importante para subestações onde a área ocupada pelo transformador é limitada.

Para compradores do Sul da Ásia, a Tianan recomenda ONAN/ONAF para transformadores de até 100 MVA (que atendem à grande maioria das necessidades de subestações de 132 kV e 220 kV) e OFAF para transformadores acima de 100 MVA. Transformador trifásico imerso em óleo de 10-35 kV O sistema de refrigeração é ONAN de série, com a opção ONAN/ONAF disponível mediante especificação do comprador.

Especificação do material do núcleo: Classes de aço silício CRGO e seu efeito na perda em vazio

O núcleo do transformador é feito de aço silício laminado a frio com grãos orientados (CRGO) — a orientação dos grãos alinha os domínios magnéticos do aço na direção de laminação, que está alinhada com o caminho do fluxo magnético do núcleo, reduzindo a relutância magnética do núcleo e as perdas em vazio. A qualidade do aço CRGO determina as perdas em vazio do transformador (a potência consumida pelo núcleo quando o transformador está energizado, mas sem carga), que representam aproximadamente 20 a 30% das perdas totais ao longo da vida útil do transformador.

As classes de aço CRGO disponíveis na indústria de fabricação de transformadores variam da classe padrão M4-85 (perda total específica de 0,85 W/kg a uma densidade de fluxo de 1,7 T e 50 Hz) à classe premium M3-70 (0,70 W/kg na mesma densidade de fluxo) e à classe mais alta M2-65 (0,65 W/kg). A diferença de perda entre o M4-85 e o M3-70 é de 18% — para um transformador de 50 MVA com um núcleo de aproximadamente 10 a 12 toneladas, a economia de perda em vazio resultante da atualização do M4-85 para o M3-70 é de 1,5 a 2,0 kW. Ao longo da vida útil projetada de 25 anos do transformador, a economia cumulativa de energia, considerando as tarifas de eletricidade do Sul da Ásia (US$ 0,06 a US$ 0,10 por kWh), é de US$ 20.000 a US$ 44.000 por transformador. O custo adicional do material do M3-70 em relação ao M4-85 é de 8 a 12%, o que se paga em 2 a 3 anos de operação devido à redução das perdas em vazio.

A Tianan especifica o M4-85 como o material padrão para o núcleo de transformadores de distribuição e de pequena potência (até 30 MVA) e o M3-70 como padrão para transformadores de transmissão (30-500 MVA). Para compradores que especificam um valor mínimo de perda em vazio em suas propostas — um requisito comum em licitações de concessionárias de energia na Índia e em Bangladesh que seguem a metodologia de avaliação de perdas da norma IEC 60076-1 — oferecemos o M2-65 com um acréscimo de 15 a 20% em relação ao M4-85, sendo o custo adicional justificado pelo menor custo energético ao longo da vida útil do transformador em mercados com tarifas de eletricidade elevadas.

Sistemas de Preservação de Petróleo: Tanque Conservador vs. Tanque Selado para Climas Tropicais

O sistema de preservação de óleo — o mecanismo que acomoda a expansão e a contração térmica do óleo do transformador à medida que este aquece e arrefece — é um detalhe de especificação aparentemente insignificante, mas que tem um grande impacto na confiabilidade dos transformadores em climas tropicais. A combinação de altas temperaturas ambientes (que provocam grandes variações no volume de óleo) e alta umidade (que causa contaminação do óleo se o sistema de preservação não for selado) no Sul da Ásia torna a seleção do sistema de preservação de óleo crucial.

Tanque conservador (o sistema mais comum para transformadores de transmissão): Um pequeno tanque montado acima do tanque principal do transformador, conectado por um tubo, contém uma bolsa de borracha flexível (a "bexiga" ou "membrana") em seu interior, que separa o óleo do transformador da atmosfera. À medida que o óleo do transformador se expande quando aquecido, ele flui para o tanque conservador e a bexiga infla. Conforme o óleo esfria e se contrai, a bexiga desinfla e o óleo retorna ao tanque principal. A bexiga impede que a umidade e o oxigênio atmosféricos entrem em contato com o óleo — a contaminação por umidade acelera a degradação do isolamento de papel celulósico, e o oxigênio acelera a oxidação do óleo (formação de lodo). O sistema conservador é a especificação preferida para transformadores de transmissão no Sul da Ásia, pois a bexiga isola eficazmente o óleo da atmosfera tropical, ao mesmo tempo que acomoda as grandes variações de volume de óleo (até 8-10% do volume total de óleo em um transformador de 50 MVA na faixa de temperatura ambiente de 5-50°C).

Tanque selado (usado para transformadores de distribuição e pequenos transformadores de potência): O tanque principal do transformador é completamente isolado da atmosfera — sem tanque conservador, sem respiro. A expansão do óleo é acomodada pela deformação elástica do tanque e por uma almofada de ar (inertizada com nitrogênio) ou uma membrana elástica (um fole metálico ou diafragma de borracha) em seu interior. Tanques selados são mais simples, têm custo menor e exigem menos manutenção do que transformadores equipados com conservadores — não há bolsa para inspecionar ou substituir. A limitação reside na faixa de pressão: a pressão interna do tanque selado sobe e desce com a temperatura, e o tanque deve ser projetado para suportar a pressão interna máxima na temperatura máxima esperada do óleo, sem vazamentos ou deformações.

Para compradores do Sul da Ásia, a recomendação da Tianan é: tanque de conservação com membrana para todos os transformadores acima de 10 MVA e para qualquer transformador que será instalado em locais costeiros ou com alta umidade (a maior parte de Bangladesh, Sri Lanka e estados costeiros da Índia). Tanque selado para transformadores de distribuição (até 10 MVA) instalados no interior, onde a umidade é menor e a economia de custos do sistema mais simples é significativa.

Instalação e Comissionamento: Quais testes em campo são necessários antes da conexão à rede?

Os testes em campo de um transformador de potência antes da conexão à rede são especificados pela série IEC 60076 (normas para transformadores de potência) e pelo próprio procedimento de comissionamento da concessionária. Os testes são a última etapa de controle de qualidade antes que o transformador seja energizado e entre em operação comercial, e uma reprovação neste estágio atrasa o comissionamento da subestação em semanas ou meses, enquanto o transformador é reparado ou substituído. Para projetos de concessionárias no Sul da Ásia com cronogramas de comissionamento apertados, atrelados às datas de início dos contratos de compra de energia (PPAs), o custo de um atraso no comissionamento pode exceder o preço de compra do transformador em multas e perda de receita.

A sequência mínima de testes em campo para um transformador de potência imerso em óleo no Sul da Ásia inclui:

• Teste de resistência de isolamento (teste IR, conforme IEC 60076-1): Uma medição de megôhmetro de 5.000 V entre os enrolamentos e de cada enrolamento para o terra. O valor mínimo aceitável para um transformador em bom estado é de 1.000 MΩ a 20 °C para um enrolamento de 132 kV, com o valor medido corrigido para 20 °C usando o fator de correção de temperatura (a resistência de isolamento cai pela metade a cada aumento de 10 °C na temperatura).
• Teste de relação de espiras do transformador (teste TTR, conforme IEC 60076-1): A relação de espiras entre os enrolamentos de alta e baixa tensão é medida em cada posição de derivação e comparada à relação calculada. A tolerância é de ±0,5% da relação calculada. Uma falha no teste TTR sempre indica uma falha no enrolamento — tipicamente uma espira em curto-circuito no enrolamento de alta ou baixa tensão — e o transformador deve ser retirado de serviço e devolvido à fábrica para reparo.
• Testes de óleo (conforme IEC 60296): Tensão de ruptura dielétrica (mínimo de 50 kV para óleo de transformador novo, conforme a norma IEC 60296), teor de umidade (máximo de 15 ppm para a classe de 132 kV, 10 ppm para 220 kV e acima) e análise de gases dissolvidos (AGD — concentração de hidrogênio, metano, acetilano, etileno e etano dissolvidos no óleo). Uma concentração de acetilano acima de 5 ppm indica arco elétrico interno, e o transformador não deve ser energizado até que a falha seja localizada e reparada.
• Teste de alta potência (conforme IEC 60076-3): Um teste de sobretensão induzida a 1,5 vezes a tensão nominal durante 30 segundos a 200 Hz para verificar a capacidade de resistência do isolamento do enrolamento. O teste é realizado no enrolamento de alta tensão com o enrolamento de baixa tensão em curto-circuito e aterrado.

A Tianan disponibiliza um engenheiro de comissionamento para supervisionar os testes em campo de todos os transformadores de transmissão encomendados, com uma duração padrão de visita de 5 a 7 dias úteis por subestação. O engenheiro leva consigo o equipamento de teste calibrado (megómetro, conjunto TTR, kit de teste de óleo) e fornece o relatório de testes assinado tanto pelo engenheiro da Tianan quanto pelo engenheiro de comissionamento da concessionária.

Perguntas e respostas: Gerentes de compras de empresas de serviços públicos do sul da Ásia estão adquirindo transformadores de energia da China.

P1: Qual é a quantidade mínima de encomenda (MOQ) para um transformador de potência da Tianan?
R: A quantidade mínima de encomenda (MOQ) é de 1 unidade para transformadores de classe de tensão padrão (11 kV a 132 kV, até 50 MVA) da nossa gama de produtos padrão. Para classes de tensão não padrão (acima de 132 kV, acima de 50 MVA), a MOQ também é de 1 unidade, mas o transformador é projetado sob encomenda com um prazo de produção de 45 a 60 dias úteis. Para encomendas em contêineres (múltiplos transformadores consolidados para otimização do custo do frete marítimo), oferecemos um desconto por volume de 5 a 8% para encomendas de 3 ou mais transformadores com a mesma especificação.

P2: Quais são as condições de pagamento oferecidas pela Tianan para compradores do sul da Ásia que adquirem produtos pela primeira vez?
A: Padrão: 30% de entrada no ato do pedido, 30% após a inspeção do transformador na fábrica (o comprador ou uma agência de inspeção terceirizada indicada pelo comprador testemunha o teste de aceitação na fábrica), 30% contra o conhecimento de embarque e 10% após o comissionamento (dentro de 30 dias após o transformador ser energizado no local). A retenção de 10% proporciona ao comprador maior poder de negociação para suporte de garantia pós-comissionamento.

P3: A Tianan realiza testes de aceitação em fábrica (FAT) para transformadores de potência?
R: Sim. Todos os transformadores de potência passam por um Teste de Aceitação de Fábrica (TAF) na fábrica da Tianan antes do envio, acompanhado pelo representante do comprador ou pela agência de inspeção terceirizada indicada pelo comprador (SGS, Bureau Veritas, TÜV). O TAF inclui todos os testes de rotina conforme a norma IEC 60076-1 (resistência de isolamento, relação de espiras, resistência do enrolamento, perdas e corrente em vazio, perdas e impedância em carga, testes dielétricos). O TAF tem duração de 3 a 4 dias úteis por transformador. O representante do comprador recebe um cronograma do TAF por escrito com pelo menos 2 semanas de antecedência da data do teste, e os resultados são registrados em um relatório de teste assinado e carimbado tanto pelo gerente de qualidade da Tianan quanto pelo representante do comprador.

Q4: Qual é o período de garantia de um transformador de potência Tianan?
A: A Tianan oferece uma garantia de 24 meses a partir da data de chegada ao local do comprador ou de 30 meses a partir da data de expedição da fábrica, o que ocorrer primeiro. A garantia cobre defeitos de fabricação no núcleo, enrolamentos, tanque, buchas, comutador de derivação e sistema de refrigeração. A garantia exclui: danos causados ​​por transporte, manuseio ou instalação inadequados (o transformador deve ser instalado e comissionado de acordo com as instruções escritas da Tianan, com o relatório de instalação do comprador analisado pela Tianan em até 30 dias após o comissionamento), danos causados ​​por distúrbios no sistema elétrico (surtos de raios, surtos de manobra) que excedam o nível de isolamento nominal do transformador e danos causados ​​pela operação fora dos limites especificados de tensão, frequência e carga do transformador.

Q5: Como a Tianan lida com as solicitações de garantia para transformadores instalados no Sul da Ásia?
R: Para reclamações de garantia, a Tianan envia um técnico ao local em até 10 dias úteis após o recebimento da reclamação por escrito. O técnico diagnostica a falha e elabora um plano de reparo. Dependendo da gravidade da falha: falhas menores (vazamentos em juntas, substituição de buchas, substituição do ventilador de refrigeração) são reparadas no local pelo técnico da Tianan com o auxílio do eletricista local do comprador. Falhas maiores (falha no enrolamento, falha no núcleo, falha no comutador de derivação) exigem que o transformador seja devolvido à fábrica da Tianan para reparo, com o custo do transporte dividido entre a Tianan e o comprador (a Tianan cobre 50% dos custos de transporte para transformadores dentro do período de garantia de 12 meses).

Q6: Qual é o prazo de entrega típico, desde o pedido até a chegada, de um transformador de 132 kV em Dhaka ou Lahore?
A: Produção: 45 a 60 dias úteis (padrão) ou 60 a 75 dias úteis (caso seja especificado um aço especial para o núcleo ou um sistema de refrigeração). Frete marítimo de Ningbo para Chittagong (Bangladesh): 14 a 18 dias. Para Karachi (Paquistão): 16 a 20 dias. Para Colombo (Sri Lanka): 12 a 16 dias. Prazo total de entrega: 12 a 16 semanas para um transformador padrão até os principais portos do Sul da Ásia. O desembaraço aduaneiro no porto de destino geralmente leva de 5 a 10 dias úteis para transformadores de potência (que são classificados como equipamentos de infraestrutura prioritários em todos os países do Sul da Ásia e estão sujeitos a taxas reduzidas de inspeção alfandegária).

Sobre o autor: Senhor Henrique é Gerente de Vendas Internacionais da Ningbo Tianan Imp. & Exp. Co., Ltd., com mais de 15 anos de experiência em exportação de equipamentos de energia para a Ásia, África, Oriente Médio e América do Sul. Ele é especializado em soluções para subestações, transformadores de potência e painéis elétricos para projetos de infraestrutura e concessionárias de energia.

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