Para a aquisição internacional de transformadores, o processo de seleção não deve começar apenas com o preço ou a capacidade do transformador. A abordagem correta é primeiro definir o sistema elétrico, as características de carga, o ambiente operacional e os padrões aplicáveis, depois determinar a capacidade necessária e otimizar a eficiência, o aumento da temperatura, os materiais e o método de refrigeração.

O princípio básico é simples:

Defina primeiro as condições de carga e operação, determina a capacidade do transformador em segundo lugar e, em seguida, otimize a eficiência, a confiabilidade, os materiais e o custo do ciclo de vida de acordo com os padrões locais aplicáveis e os requisitos do projeto.

1. Defina os requisitos do projeto primeiro

Antes de solicitar orçamentos, um comprador internacional deve coletar as informações básicas do projeto que determinam o projeto do transformador.

Sistema Elétrico

Confirmação:

• Tensão primária e secundária

• Frequência: 50 Hz ou 60 Hz

• Unifásico ou trifásico

• Disposição de aterramento do sistema

• Regulação de tensão e faixa de torneira necessária

• Nível de curto-circuito do sistema elétrico

• Instalação interior ou exterior

• Normas e requisitos de certificação aplicáveis

Para projetos norte-americanos, os requisitos elétricos aplicáveis CSA, UL e locais devem ser confirmados. Para os mercados IEC, devem ser identificadas as normas IEC relevantes e os requisitos regulamentares locais.

A marcação CE não deve ser tratada como uma norma técnica universal para transformadores. Sua aplicabilidade depende do produto específico e dos requisitos regulamentares europeus.

Condições Ambientais

O projeto do transformador também deve considerar:

• Temperatura ambiente máxima e mínima

• Altitude

• Umidade

• poeira e poluição

• Gases ou produtos químicos corrosivos

• Requisitos sísmicos

• Instalação interior ou exterior

• Encerramento ou nível de proteção necessário

Por exemplo, um transformador instalado em um ambiente industrial quente pode exigir um design térmico diferente do instalado em uma sala elétrica interior fresca.

Características da carga

O comprador deve fornecer:

• Carga conectada total

• Carga máxima da demanda

• Cargas contínuas e intermitentes

• Cargas do motor e condições de partida

• HVAC, bombas e compressores

• VFDs, sistemas UPS e retificadores

• Fator de potência esperado

• Perfil de carga média esperado

• Requisitos de expansão futura

As cargas de arranque do motor e não lineares não devem ser avaliadas apenas a partir de seus kW nominais. Corrente de arranque, queda de tensão, armônicos e efeitos térmicos adicionais também podem influenciar a seleção do transformador.

2. Determine a capacidade do transformador

A capacidade do transformador é normalmente especificada emKVA ou MVAe não em kW.

Um cálculo preliminar pode ser feito usando:

S = P × Kd / cosφ

Onde:

• S = potência aparente calculada, kVA

• P = carga ativa total, kW

• Kd = demanda ou fator de diversidade de carga

• cosφ = fator de potência médio

Por exemplo, se a carga total conectada for de 200 kW, o fator de demanda é de 0,85 e o fator médio de potência é de 0,80:

S = 200 × 0,85 / 0,80 = 212.5 kVA

Um padrão250 kVA transformadorpoderia, portanto, ser considerado, sujeito à verificação das condições reais de funcionamento.

Não aplique uma margem de capacidade fixa cegamente

Normalmente é necessária uma margem de capacidade, mas não há regra universal de que cada transformador deve simplesmente ser sobredimensionado em 10%, 20% ou 40%.

A margem necessária depende de:

• Corrente de partida do motor

• Demanda máxima

• Caida de tensão

• Temperatura ambiente

• Capacidade de sobrecarga do transformador

• Expansão futura

• Carga armônica

• Requisitos de redundância

Para uma planta com muitos motores grandes, por exemplo, as condições de partida podem determinar o tamanho do transformador mesmo quando a carga de funcionamento normal parece relativamente pequena.

Evite tanto o subdimensionamento quanto o sobredimensionamento

Um transformador subdimensionado pode operar com carga excessiva, resultando em aumento de temperatura maior, queda de tensão e envelhecimento acelerado do isolamento.

Um transformador de grande dimensão, por outro lado, pode ter desnecessariamente alto consumo anual de energia sem carga e um custo inicial de compra maior.

Portanto, o objetivo não é simplesmente selecionar o maior transformador. A capacidade adequada deve ser determinada a partir do perfil de carga real, das condições operacionais e do custo do ciclo de vida.

3. Avaliar perda sem carga e perda de carga

A eficiência do transformador deve ser avaliada ao longo da vida útil esperada, em vez de apenas comparando os preços de compra.

As duas principais perdas do transformador são:

• Perda sem carga (P) ₀):principalmente associado ao núcleo magnético e presente sempre que o transformador é energizado.

• Perda de carga (Pk):principalmente associado à resistência ao enrolamento e às perdas erradas e geralmente aumenta aproximadamente com o quadrado da corrente de carga.

Por conseguinte:

Perda total ≈ Perda sem carga + Perda de carga

Por exemplo, se o transformador operar a 50% de carga, sua perda de carga é aproximadamente um quarto da perda de carga nominal, assumindo que o componente de perda relevante siga a relação de lei quadrada esperada.

Operação contínua

Para centros de dados, hospitais, plantas industriais e outras instalações que permanecem energizadas 24 horas por dia, 7 dias por semana, tanto a perda de carga quanto a perda de carga podem ter um impacto significativo no custo do ciclo de vida.

Podem ser considerados materiais de núcleo de baixa perda, como aço elétrico orientado a grãos Hi-B de alta qualidade ou metal amorfo, dependendo da aplicação.

Operação intermitente

Para instalações que operam apenas durante determinadas horas, a contribuição anual de perda sem carga pode ser diferente. O comprador deve comparar as horas de funcionamento anuais reais, o perfil de carga e o preço da eletricidade em vez de escolher um projeto de baixa perda baseado apenas em sua eficiência nominal.

Custo do Ciclo de Vida

Uma adequada comparação de contratos deve considerar:

Custo do Ciclo de Vida = Custo de Compra + Custo de Energia + Custo de Manutenção + Outros Custos Operacionais

Para projetos de transformadores de longa vida, um transformador com um preço inicial mais alto às vezes pode fornecer um custo global mais baixo quando suas perdas mais baixas são consideradas ao longo de muitos anos.

Para projetos canadenses, o comprador também deve confirmar se o transformador se enquadra nos requisitos aplicáveis.Requisitos de eficiência energética da CSA C802 e requisitos regulamentares canadenses.

4. Verifique o aumento da temperatura e o sistema de isolamento

O aumento da temperatura é um fator importante que afeta a vida útil do transformador e a confiabilidade operacional, masclasse de isolamento e aumento da temperatura do transformador não devem ser tratados como o mesmo parâmetro.

Por exemplo:

O isolamento de classe F não significa automaticamente um aumento da temperatura do transformador 100 K.

O comprador deve confirmar separadamente:

• Classe térmica do sistema de isolamento

• Aumento nominal da temperatura de enrolamento

• Aumento da temperatura do óleo superior, para transformadores imersos em óleo

• Temperatura ambiente

• Método de refrigeração

• Temperatura do ponto quente

• Limites padrão aplicáveis

Um transformador projetado para um ambiente de alta temperatura ambiente pode exigir um aumento menor da temperatura, maior capacidade de resfriamento ou outras medidas de projeto térmico.

Ambientes de alta temperatura

Para projetos em regiões onde a temperatura ambiente pode atingir 45°C ou superior, o fabricante do transformador deve verificar se a capacidade selecionada, o sistema de isolamento, a elevação da temperatura e o arranjo de refrigeração são adequados às condições reais do local.

Simplesmente especificar uma classe de isolamento superior não resolve por si só um problema de projeto térmico.

Ambientes frios

Para projetos em regiões com temperaturas muito baixas, como o norte do Canadá, o fabricante deve considerar:

• Desempenho do material de baixa temperatura

• Propriedades do óleo e características do fluxo frio

• Condições de partida e energização

• Materiais de vedação

• Projeto de recinto exterior

• Requisitos do aquecedor, quando aplicável

O aumento da temperatura deve, portanto, ser avaliado juntamente com a temperatura ambiente real em vez de ser tratado como um número independente.

5. Selecione materiais de núcleo, enrolamento e isolamento

A seleção de materiais afeta a eficiência, o desempenho térmico, a resistência mecânica, o custo e a vida útil.

Material do núcleo

Aço Elétrico Convencional Orientado a Grãos

Isso fornece uma solução econômica para muitas aplicações de transformadores padrão.

Aço elétrico orientado a grãos Hi-B

Aço elétrico Hi-B de alta qualidade fornece desempenho magnético melhorado e baixa perda de núcleo. É amplamente utilizado em transformadores modernos de energia e distribuição de alta eficiência.

metal amorfo

Os núcleos metálicos amorfos podem alcançar perdas muito baixas sem carga em comparação com o aço elétrico convencional orientado para grãos.

Eles podem ser particularmente atraentes para transformadores que permanecem energizados por longos períodos, mas operam com uma carga média relativamente baixa.

No entanto, os núcleos metálicos amorfos são mecanicamente mais sensíveis do que os núcleos de aço laminado convencionais. Os requisitos de transporte, fixação, manuseio e instalação devem, portanto, ser considerados cuidadosamente.

A vantagem real de poupança de energia deve ser avaliada utilizando a perda de carga garantida pelo fabricante em vez de confiar em uma comparação percentual fixa.

Cobre vs. enrolamentos de alumínio

O cobre e o alumínio são ambos condutores de enrolamento amplamente usados.

cobre

O cobre oferece alta condutividade elétrica e pode fornecer desenhos de enrolamento compactos. É comumente selecionado onde espaço, perdas ou requisitos mecânicos específicos são importantes.

alumínio

O alumínio fornece menor custo de material e menor peso, embora uma seção transversal maior do condutor possa ser necessária para o mesmo desempenho elétrico.

A escolha deve ser baseada em:

• Perda de carga garantida

• Dimensões de enrolamento

• Projeto mecânico

• Capacidade de resistência ao curto-circuito

• Peso

• Custo

• Requisitos de aplicação

O cobre e o alumínio não devem ser julgados apenas pelo nome do material. O desempenho de curto-circuito depende fortemente da construção do enrolamento, das dimensões do condutor, do suporte mecânico e da qualidade de fabricação.

Se forem usadas conexões cobre-alumínio, o método de conexão e a proteção contra a corrosão devem ser claramente especificados.

Recomendação de Compras

O material condutor deve ser explicitamente indicado na especificação técnica:

Condutor de enrolamento: cobre / alumínio — a ser confirmado e garantido pelo fabricante.

Isso evita ambiguidade ao comparar orçamentos de diferentes fornecedores.

6. Especifique o sistema de isolamento e o método de refrigeração

Para transformadores de tipo seco, os sistemas de isolamento comuns incluem desenhos de resina fundida e impregnados.

Para transformadores imersos em óleo, o líquido isolante pode ser:

• Óleo mineral

• Ester natural

• Outros líquidos isolantes especificados

A seleção depende dos requisitos de segurança contra incêndios, considerações ambientais, condições de instalação e regulamentos aplicáveis.

Os líquidos éster naturais podem ser considerados para projetos em que a segurança contra incêndios e as características ambientais são importantes, mas sua adequação e certificação devem ser confirmadas para o projeto e a jurisdição específicas do transformador.

Métodos de refrigeração

Os arranjos típicos de refrigeração incluem:

Tipo seco:

• AN — Ar natural

• AF - Forçado Aéreo

Imerso em óleo:

• ONAN — Óleo Natural, Ar Natural

• ONAF — Óleo Natural, Forçado ao Ar

• Outros arranjos de refrigeração para transformadores maiores

O método de resfriamento deve ser selecionado de acordo com a capacidade do transformador, o perfil de carga, a temperatura ambiente e as condições de instalação.

7. Confirme a impedância de curto-circuito e outros parâmetros técnicos

A impedância de curto-circuito é um parâmetro importante do transformador porque afeta tanto a corrente de falha quanto a regulação da tensão.

Uma impedância menor geralmente permite uma corrente de curto-circuito prospectiva maior, enquanto uma impedância maior geralmente reduz a corrente de falha limitada ao transformador disponível, mas pode resultar em maior queda de tensão.

Portanto, a impedância deve ser coordenada com:

• Capacidade de curto-circuito do sistema

• Equipamento de proteção

• Capacidade do transformador

• Iniciação do motor

• Regulação de tensão

• Requisitos de operação paralela

Para muitos transformadores de distribuição, valores em torno de 4%-6% são comuns, mas isso não deve ser tratado como um requisito universal.

Outros parâmetros que devem ser confirmados incluem:

• Grupo de vetores

• Rango da torneira

• Tipo de trocador de torneira

• Configuração neutra

• Disposição do bushing

• Monitoramento da temperatura

• Fãs

• Dispositivo de alívio de pressão

• conservador

• Terminais de aterramento

• Encerramento/nível de proteção

• Nível de ruído

• Proteção contra a corrosão

• Dimensões e peso

• Limitações de transporte

8. Verifique as certificações e os testes de fábrica

Os compradores internacionais não devem confiar apenas na declaração geral de um fornecedor de que um transformador é "certificado IEC" ou "aprovado UL".

O comprador deve solicitar e verificar o aplicável:

• Relatórios de ensaios de tipo

• Documentos de certificação

• Relatórios de ensaios de rotina

• Procedimentos de ensaio de fábrica

• Especificações do material

• Valores de perda garantidos

• Dados de aumento da temperatura

• Níveis de isolamento

O ponto mais importante é verificar se as evidências de certificação e teste disponíveis realmente cobrem o projeto do transformador proposto, as classificações, a construção e a categoria de produto aplicável.

Um relatório de ensaio para um transformador diferente não deve ser tratado automaticamente como prova da unidade proposta.

Requisitos FAT

Para grandes projetos internacionais, a especificação de compra deve definir claramente os testes de aceitação de fábrica necessários.

As verificações típicas podem incluir:

O escopo exato do FAT deve seguir a norma aplicável e a especificação técnica do projeto.

9. Dois exemplos típicos de seleção do transformador

Exemplo 1: Transformador de tipo seco 1000 kVA para um edifício comercial

Um edifício comercial na América do Norte exige um transformador de três fases para sair13.8 kV para 480Y/277 V, 60 Hz.

O edifício inclui sistemas HVAC, elevadores, iluminação, servidores e cargas gerais de energia.

A demanda máxima calculada é aproximadamente800 kWcom um fator de potência médio de 0,90:

S = 800 / 0,90 ≈ 889 kVA

Depois de considerar a expansão futura, variação de carga e requisitos do projeto, um1000 kVA transformador de tipo secopode ser considerado.

Como o transformador é instalado no interior, umtransformador de tipo seco de resina fundidapode ser selecionado quando o projeto requer uma solução de tipo seco.

O projeto também inclui VFDs e equipamentos UPS, por isso o comprador deve confirmar a corrente harmônica esperada e o projeto térmico do fabricante para cargas não lineares.

Especificação de Compras Típicas

Lógica de Seleção

Instalação interna + sistema norte-americano 60 Hz + cargas comerciais + cargas VFD / UPS

→ A construção de tipo seco, a certificação aplicável, o desempenho térmico, a capacidade harmônica, o ruído e a eficiência se tornam considerações-chave de aquisição.

Exemplo 2: Transformador imerso em óleo 2500 kVA para uma planta industrial

Uma planta industrial requer um transformador exterior para sair33 kV para 6.6 kV, 50 Hz.

O transformador fornece motores, bombas, compressores e equipamentos de produção e espera-se que opere continuamente.

A demanda máxima calculada é aproximadamente2100 kWcom um fator de potência médio de 0,90:

S = 2100 / 0,90 ≈ 2333 kVA

Após considerar as condições de funcionamento, variação de carga e expansão futura, um2500 kVA transformador imerso em óleopode ser considerado.

Para instalação ao ar livre e operação industrial contínua, umONAN transformador imerso em óleopode ser adequado, sujeito ao desempenho térmico e ao perfil de carga necessários.

Deve-se prestar especial atenção à garantia de perda de carga, perda de carga, impedância, aumento da temperatura, nível de isolamento e confiabilidade operacional a longo prazo.

Especificação de Compras Típicas

Lógica de Seleção

Instalação ao ar livre + operação industrial contínua + cargas de motor + sistema 33 kV

→ A construção imersa em óleo, a capacidade de refrigeração, a impedância de curto-circuito, as perdas, o nível de isolamento e a confiabilidade a longo prazo se tornam as principais considerações de aquisição.

10. Lista de verificação de aquisição do transformador final

Antes de fazer uma encomenda de compra, um comprador internacional deve ser capaz de responder às seguintes perguntas:

Conclusão

Para a aquisição internacional de transformadores, o processo de seleção correto é:

1. Defina o sistema elétrico, ambiente, características de carga e padrões aplicáveis.

2. Calcule o kVA necessário com base na demanda real, fator de potência e diversidade de carga, em seguida, considere a partida do motor, a expansão futura e as condições operacionais.

3. Compare sem carga e perdas de carga usando o perfil de carga real e avalie o custo do ciclo de vida em vez do preço de compra sozinho.

4. Confirme o sistema de isolamento, aumento nominal da temperatura e método de resfriamento de acordo com as condições padrão e local aplicáveis.

5. Selecione materiais de núcleo e enrolamento de acordo com eficiência, confiabilidade, requisitos mecânicos e orçamento.

6. Finalizar a impedância, o grupo vetorial, a gama da torneira, os acessórios, os requisitos do recinto e outros parâmetros específicos do projeto.

7. Verifique a cobertura da certificação, a evidência do teste, os dados técnicos garantidos e os requisitos FAT antes de colocar a ordem de compra.

Portanto, o melhor transformador não é necessariamente o transformador mais barato ou o transformador com a maior capacidade. É o transformador quecapacidade, eficiência, desempenho térmico, materiais, proteção, certificação e custo do ciclo de vida são adequados corretamente ao projeto real.