Dimensionamento de Transformadores de Distribuição para Projetos Solares e de Armazenamento

Por que projetos renováveis são diferentes

Um transformador de distribuição em uma fábrica ou edifício comercial opera próximo à sua potência nominal durante grande parte do dia. Um transformador em uma usina solar, não. A produção aumenta pela manhã, atinge o pico por volta do meio-dia e diminui à noite, de modo que a unidade passa grande parte de suas horas de operação bem abaixo da capacidade nominal. Os valores tipicamente citados para usinas fotovoltaicas indicam um carregamento médio anual inferior à metade da potência nominal.

O armazenamento em baterias se comporta de maneira diferente ainda. Um sistema de armazenamento carrega e descarrega repetidamente ao longo do dia, de modo que seu transformador passa por mais ciclos de operação e um carregamento médio mais alto do que uma unidade fotovoltaica de mesma potência nominal.

Ambos os casos levam à mesma conclusão para a especificação: a unidade é energizada por muito mais horas do que está totalmente carregada. A perda que se acumula ao longo do dia é a perda em vazio no núcleo, não a perda em carga nos enrolamentos.

Comece pelo inversor ou pelo PCS, não pelo transformador

O enrolamento de baixa tensão tem de corresponder à saída CA do inversor ou do sistema de conversão de potência. Isso é habitualmente 0,4 kV para inversores string e de média dimensão, com 0,69 kV e 0,8 kV utilizados por unidades centrais maiores. O enrolamento de alta tensão corresponde ao sistema coletor da central, que é geralmente 10 kV, 20 kV ou 35 kV, dependendo da dimensão da central e da prática local.

Dois detalhes são frequentemente definidos demasiado tarde. O primeiro é o grupo de vetores e a disposição do neutro: a configuração de ligação à terra do transformador tem de estar de acordo com o projeto de ligação à terra da instalação. O segundo é o que acontece quando as unidades são operadas em paralelo. Quando vários transformadores alimentam um único alimentador, ou vários inversores alimentam um único transformador, a impedância e o grupo de vetores têm de corresponder, e isso é uma decisão de especificação e não um detalhe a corrigir no local.

Qual valor de perdas está efetivamente a pagar

As perdas em vazio estão presentes sempre que o transformador é energizado. As perdas em carga variam com o quadrado da carga. Numa instalação que opera com carga média baixa, as perdas em vazio podem representar a maior parte do custo energético ao longo da vida útil — razão pela qual um projeto de núcleo com perdas mais baixas por vezes custa mais na compra e menos ao longo da vida do projeto.

Muitos concursos lidam com isto através da avaliação de perdas capitalizadas: um valor monetário por watt é aplicado a cada valor de perda e adicionado ao preço de compra antes de as ofertas serem comparadas. Se o seu concurso não utiliza perdas capitalizadas, tenha em atenção que o preço de compra mais baixo não é automaticamente o custo total mais baixo.

Condições que alteram o projeto

Temperatura ambiente. A IEC 60076-1 considera condições normais de serviço uma temperatura ambiente máxima de 40°C, com média de 30°C em 24 horas e média anual de 20°C. Locais que excedam estes valores exigem que a unidade seja desclassificada ou encomendada para uma classe de temperatura ambiente superior.

Altitude. As condições normais de serviço são declaradas até 1.000 m. Acima disso, a resistência de isolamento do ar diminui e o arrefecimento é menos eficaz, pelo que tanto os níveis de isolamento como a elevação de temperatura necessitam de correção.

Harmónicos. A saída do inversor e do PCS transporta conteúdo harmónico para o qual um transformador de distribuição convencional não foi concebido. As perdas harmónicas adicionais elevam a temperatura dos enrolamentos e podem exigir desclassificação. Se a ficha técnica do seu inversor indicar um valor de distorção de corrente, transmita-o ao fornecedor do transformador na fase de consulta.

Condições do local. Locais desérticos e de alta irradiância combinam temperatura ambiente elevada com ganho solar. As instalações em contentor ou em interior com transformadores secos necessitam que o percurso do fluxo de ar seja planeado antes de especificar a unidade. Os projetos costeiros necessitam que a classe de corrosão do tanque e dos acessórios seja definida desde cedo, porque afeta o prazo de entrega, bem como o preço.

O que confirmar antes de encomendar

· Capacidade nominal e a relação baixa tensão / alta tensão

· Faixa de tap, tipicamente ±2 × 2,5%

· Grupo de ligação e arranjo do neutro

· Impedância, e se as unidades serão ligadas em paralelo

· Valores de perdas em vazio e em carga, e a correção de ambiente / altitude aplicada

· Para tipo seco: classe de arrefecimento (AN ou AF) e potência nominal sob arrefecimento forçado

· Âmbito dos testes e se é necessária inspeção por terceiros

· Nível de eficiência energética exigido no mercado de destino, quando regulamentado

Sobre este último ponto, se o projeto estiver na União Europeia, a conformidade apenas com a IEC 60076 não é suficiente. O Regulamento (UE) 2019/1783 da Comissão estabelece níveis máximos de perdas para transformadores de potência pequenos, médios e grandes colocados no mercado da UE, com a série EN 60076 como normas harmonizadas. O nível de perdas exigido deve ser indicado nas especificações desde o início, porque altera o projeto do núcleo e não o acabamento.