Especificação de Transformador para Parques Eólicos Offshore: Neblina Salina, Peso da Plataforma e Harmônicos do Conversor

Um empreiteiro de plataforma já nos enviou uma especificação de unidade de exportação de 132 kV com noventa páginas de requisitos elétricos e apenas uma linha sobre transporte: peso máximo de içamento, 240 toneladas. Nosso primeiro projeto pesava 262 toneladas com óleo. Recriamos o tanque, separamos o reservatório de expansão e enviamos com 238 toneladas. A especificação elétrica nunca mudou. O número que definiu o projeto foi o limite da grua.

A energia eólica offshore continua estabelecendo recordes que as equipes terrestres de aquisição ainda não acompanharam. Em 2025, 9,3 GW de nova capacidade offshore foram conectados à rede mundialmente , elevando o total global para 92,5 GW , e a potência média das turbinas instaladas ultrapassou 10 MW pela primeira vez, segundo o Relatório Global de Energia Eólica Offshore 2026 da GWEC . Cada megawatt nessa cifra passa por pelo menos dois transformadores: uma unidade elevadora na turbina ou na plataforma do parque e um transformador de exportação que eleva a tensão de coleta para 132 kV ou 220 kV para o cabo submarino.

A maioria dos transformadores de exportação encomendados atualmente é especificada como um transformador de potência terrestre, com um sistema de pintura mais robusto. É aí que os projetos sofrem prejuízos. Três restrições distinguem um transformador para parque eólico offshore de qualquer transformador instalado em um pátio cercado em terra firme: salinidade, peso e a assinatura harmônica dos equipamentos eletrônicos de potência.

 

 

Função de coleta e função de exportação não são a mesma tarefa

 

Um transformador de coleta opera em 33 kV ou 66 kV e recebe a saída combinada de oito a quinze turbinas. Um transformador de exportação etapas que elevam a tensão de coleta até o nível de transmissão — tipicamente 132 kV, 220 kV ou 275 kV — e transportam toda a fazenda eólica por meio de um único ativo. Em um projeto de 1 GW, isso normalmente significa duas ou três unidades na classe de 300 MVA operando em paralelo, ou uma única unidade de 400 MVA com uma estratégia de reserva que a maioria dos proprietários não consegue justificar.

O perfil de carga é o que altera o projeto. Uma unidade elevadora de tensão para gerador em terra, em uma usina térmica, opera continuamente a uma carga estável de 85–95% por décadas. Uma unidade offshore segue o vento: carga média de 40%, longos períodos a 20%, seguidos de semanas a 100% quando o vento sopra e o cabo de exportação está disponível. A ciclagem térmica dessa amplitude submete o isolamento e a estrutura de fixação a esforços que uma unidade de base nunca experimenta. definimos a pressão de fixação dos enrolamentos e o torque dos parafusos do núcleo para serviço cíclico, em vez de serviço contínuo, exatamente por esse motivo.

A impedância é a decisão silenciosa. Uma impedância de 12,5 % em uma unidade de 180 MVA, 220/66 kV limita a corrente de curto-circuito nos quadros de comando da plataforma, mas também aumenta a queda de tensão sob carga e absorve potência reativa que a plataforma tem pouca capacidade de suprir. A impedância, portanto, deve ser acordada com os engenheiros responsáveis pelos cabos e pelos quadros de comando antes que o projeto do transformador seja finalizado. Observe também que IEC/IEEE 60076-16 abrange transformadores para aplicações em turbinas eólicas até 72,5 kV; a unidade de exportação normalmente fica fora de seu escopo e é especificada conforme a norma IEC 60076-1, com um suplemento específico ao projeto.

Neblina Salina: A Proteção Contra Corrosão É uma Especificação, Não uma Cor de Tinta

 

A atmosfera offshore é classificada como C5-M ou CX segundo a norma ISO 12944. Essa classificação não é meramente decorativa: ela estabelece uma espessura mínima de filme seco, um sistema de revestimento e uma duração de ensaio — normalmente 1.440 horas de névoa salina neutra para a classe C5-M e muito mais para a classe CX. Um tanque pintado com um sistema C3 destinado a ambientes terrestres apresentará bolhas nas regiões adjacentes às soldas em apenas dois ou três anos de operação em uma plataforma do Mar do Norte.

Um sistema viável para C5-M consiste numa demão inicial rica em zinco com aproximadamente 80 µm, uma demão intermediária epóxi com 120 µm e uma demão final de poliuretano com 60 µm — totalizando cerca de 260 µm. Para a classe CX, essa mesma sequência passa para 320 µm ou mais, com demãos complementares (stripe coats) aplicadas em todas as soldas, parafusos e bordas, pois são exatamente esses locais onde proteção contra Corrosão a espessura diminui primeiro.

A pintura representa metade do trabalho. Parafusos galvanizados a fogo ou em aço inoxidável 316, arruelas de isolamento entre parafusos de aço inoxidável e resfriadores de alumínio, um respirador que impede a entrada de ar carregado de sal no conservador e armários IP66 para equipamentos de monitoramento devem constar na mesma cláusula. Na nossa fábrica, a discussão com os contratados da plataforma quase nunca envolve o enrolamento. Trata-se, sim, de saber se o suporte da placa de identificação, os bornes de aterramento e a placa de entradas de cabos foram incluídos no cronograma de revestimento.

Peso e interface com a plataforma

 

O convés de uma plataforma possui um orçamento rígido de peso definido pela estrutura do topo e pela capacidade da grua do navio de instalação. O transformador é normalmente o item individual mais pesado desse convés, e cada quilograma acima do limite de içamento deve ser retirado do projeto — não é possível negociar esse valor com o operador da grua. A Tabela 1 apresenta uma divisão realista para uma unidade de exportação de 180 MVA, 220/66 kV. Os valores são típicos, não universais, mas as proporções permanecem válidas.

Componente	Massa típica (t)
Núcleo e Enrolamentos	104
Tanque, tampa e reforços	42
Óleo isolante	58
Radiadores e ventiladores de refrigeração	12
Buchas e acessórios	6
Estrutura de base e calços de elevação	4
Total, cheio de óleo	226

Duas decisões decorrem dessa tabela. Primeiro, se a unidade é transportada cheia de óleo ou com o óleo drenado em tambores. A drenagem remove 50–60 toneladas do peso a ser içado, o que pode ser a diferença entre uma grua padrão e uma grua para cargas pesadas; o custo envolvido inclui a proteção com nitrogênio, o reforço para transporte e uma sequência de comissionamento mais longa na plataforma. Segundo, a posição do centro de gravidade. A marcação do CG, as posições das alças de içamento e os calços de elevação são dados de interface de que o engenheiro estrutural necessita na revisão dos desenhos, não no momento do embarque.

 

 

As cargas de transporte constituem um caso de projeto próprio. As especificações do projeto normalmente exigem aceleração vertical de 3 g e aceleração longitudinal de 2 g durante o transporte marítimo, que é mais severo do que o caso sísmico na maioria dos locais europeus. A fixação do núcleo, a fixação do enrolamento e o suporte interno do tanque devem todos ser verificados quanto a essa condição, e essa verificação deve constar no relatório de projeto, e não em uma nota de embarque.

Harmônicos do Conversor e Margem Térmica

 

Um transformador de exportação em uma moderna fazenda eólica offshore raramente apresenta uma onda senoidal limpa por muito tempo. Links HVDC, STATCOMs e os conversores das turbinas injetam harmônicos que aquecem os enrolamentos por perdas parasitas (eddy losses), e o espectro varia conforme a configuração da rede. A norma IEEE C57.110 estabelece o cálculo do fator de perdas por harmônicos; o resultado prático é ou uma redução de potência (derating) ou uma classe de refrigeração aprimorada.

Aqui está a parte que a maioria dos compradores ignora. A classe de refrigeração não é uma etiqueta fixa. Uma unidade ONAN/ONAF que suporta 180 MVA com os ventiladores ligados pode suportar apenas 130 MVA com os ventiladores desligados. Se a plataforma exigir redundância de ventiladores N+1, o transformador deve demonstrar sua classificação com um grupo de refrigeração fora de serviço — e esse requisito altera a área do radiador, as dimensões do tanque e, eventualmente, o peso que a grua deve içar. Refrigeração, peso e classificação são um único problema, não três.

A elevação de temperatura é o valor pelo qual se deve responsabilizar o fornecedor. Uma elevação de 65 K em um ambiente de 40 °C parece generosa até que a unidade seja instalada dentro de uma cabine acústica, onde o ar local atinge 50 °C. Unidades offshore frequentemente exigem um projeto de 60 K ou uma correção explícita da temperatura ambiente na garantia, pois a diferença entre 60 K e 65 K equivale a aproximadamente oito por cento da classificação contínua. Harmônicos do conversor fazem essa margem ter mais importância, não menos: as perdas harmônicas concentram-se no mesmo ponto quente contra o qual a garantia é estabelecida.

Testes de Fábrica que Realmente Preveem a Sobrevivência em Ambiente Offshore

 

Um certificado de teste rotineiro comprova que a unidade corresponde ao seu projeto. Não comprova, contudo, que a unidade sobreviverá vinte e cinco anos de exposição à salinidade e a ciclos térmicos. Para aplicações offshore, o teste de aceitação de fábrica de um transformador para parques eólicos offshore deve incluir os itens listados abaixo, supervisionados pelo engenheiro do proprietário ou por uma terceira parte, como a DNV ou a Bureau Veritas.

• Relação e polaridade em todas as derivações, além da resistência de enrolamento por fase

• Impedância e perdas sob carga a 100 % e 50 % da corrente nominal, bem como perdas em vazio e corrente em vazio

• Elevação de temperatura a 100 % e 110 % da potência nominal, com registro do gradiente de temperatura nos enrolamentos

• Descargas parciais a 1,3 Um/√3, com limite de 100 pC para unidades imersas em óleo

• Impulso atmosférico no enrolamento de alta tensão, além de ensaio de vácuo e pressão no tanque

• Nível de ruído a 1 m, tipicamente entre 75 dB(A) e 80 dB(A) nesta potência nominal

• Rigidez dielétrica do óleo, além de amostragem para análise cromatográfica de gases dissolvidos (DGA) após o ensaio de elevação de temperatura

Dois desses merecem mais atenção do que normalmente recebem. A descarga parcial é o melhor indicador único de defeitos de isolamento que surgem após um ano de ciclagem. A análise cromatográfica de gases (DGA) após a elevação da temperatura — e não antes — detecta superaquecimento local que os termopares nunca registraram. executamos ambas em todas as unidades de classe exportação e inserimos os valores medidos no relatório, em vez de uma simples classificação de aprovação.

O que incluir na especificação do transformador para parques eólicos offshore

 

Se você está redigindo a especificação para um transformador para parque eólico offshore , essas cinco cláusulas desempenham um trabalho maior do que outra página de requisitos gerais.

• Limite de peso para transporte e raio de içamento da grua, declarados como valores exatos, com a condição do óleo definida.

• Sistema de revestimento conforme categoria ISO 12944, com espessura total de filme seco (DFT), exigência de revestimento de reforço (stripe coat) e duração do ensaio de névoa salina.

• Redundância de refrigeração expressa como uma classificação com um grupo de refrigeração fora de serviço, à temperatura ambiente real da plataforma.

• Espectro harmônico fornecido pelo conversor e pelo fornecedor de HVDC, com cálculo do fator de perdas exigido na proposta.

• Direitos de testemunha FAT, limite PD e ponto de amostragem DGA após o ensaio de elevação de temperatura.

Onde a Ryan Electric se insere

 

Construímos transformadores imersos em óleo e transformadores a seco em Jiangsu desde 2007, em um local de 120.000 m² equipado com mais de 180 conjuntos de equipamentos de produção e ensaio, além de 37 patentes que abrangem projetos de enrolamento e refrigeração. Desde 2023, operamos como parceiro oficial de joint venture da Eaton, o que submete nossa documentação e controle de processos a um regime de auditoria por parceiro, em vez de um regime de auditoria por cliente.

Para projetos costeiros e marítimos, a aplicação do revestimento é feita internamente, mantendo assim sob nosso controle o sistema C5-M e as camadas de reforço (stripe coats); além disso, cada unidade de exportação passa por medição de descarga parcial e análise DGA pós-ensaio de elevação de temperatura antes de sair da baía. Nossos engenheiros analisarão um conjunto de desenhos de interface da plataforma juntamente com suas equipes de estrutura e cabos antes do congelamento do projeto do tanque. Quanto mais cedo essa conversa ocorrer, maior será a economia de peso.

Se você estiver especificando um transformador para parque eólico offshore ou uma unidade de exportação costeira, envie a classificação, o limite de peso da plataforma, a temperatura ambiente e o espectro harmônico. Nós forneceremos uma análise detalhada do peso, um cronograma de revestimento e um plano de testes — os três documentos que determinam se a unidade é compatível com a plataforma antes que qualquer pessoa discuta o preço. Entre em contato com a equipe por meio de ryan-transformers.com ou no endereço [email protected].

Sobre o Autor: Este artigo foi escrito pela equipe de engenharia de transformadores da Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), parceira conjunta da Eaton e fabricante certificada pela UL/CSA de transformadores imersos em óleo, a seco e montados em pedestal, atendendo projetos de serviços públicos, energias renováveis e industriais nas Américas, Europa, Oriente Médio e Sudeste Asiático.