Fusíveis e Proteção contra Animais Silvestres em Transformadores Montados em Plataforma: Uma Lista de Verificação para Concessionárias com Menos Interrupções

Uma equipe no centro de Oklahoma abriu uma unidade montada em pedestal em novembro passado, que havia disparado seu alimentador duas vezes em uma semana. O transformador estava em boas condições. Um esquilo havia feito uma ponte entre os bujões de alta tensão, causando uma descarga elétrica e deixando um traço de carbono que provocou nova descarga a cada religamento. Dois disparos, um único animal, nenhuma falha nos enrolamentos e um relatório de confiabilidade que ainda apontava a unidade como o problema.

Nós fabricamos essas unidades, portanto trate esse viés com desconfiança. Contudo, o padrão é difícil de refutar: a maioria das chamadas para unidades montadas em pedestal sobre as quais somos consultados não começa no interior do tanque. Ocorre na fronteira — no fusível que protege o transformador e no compartimento projetado para impedir a entrada de animais silvestres.

 

 

 

Dois Modos de Falha Responsáveis pela Maioria das Chamadas para Unidades Montadas em Pedestal

Fusível para transformadores montados em pedestal é o primeiro. O fusível primário é o único dispositivo que separa uma falha secundária de um transformador que precisa ser substituído em um prazo de entrega medido em meses. Dimensioná-lo muito pequeno faz com que ele se abra a cada vez que uma alimentação recupera após uma tempestade, devido à sobrecarga inicial a frio. Dimensioná-lo muito grande faz com que ele fique acima da curva de falha direta, o que significa que o transformador absorve falhas que o fusível deveria eliminar.

O segundo é a vida selvagem. Poços de buchas, placas de barreira e o espaço entre o teto do invólucro e o compartimento de cabos são todos pontos de entrada. Um guaxinim atravessa uma abertura de 75 mm sem diminuir a velocidade. Uma cobra não precisa de nenhuma abertura se o gabinete tiver uma vala de cabos abaixo do nível do solo.

Nenhuma dessas falhas aparece em uma revisão rotineira de projeto elétrico, pois ambas ocorrem entre a especificação do transformador e as configurações de proteção da concessionária. Como fabricante de transformadores montados em pedestal , as perguntas que nos chegam nas últimas duas semanas antes do embarque quase sempre dizem respeito a esses dois itens.

 

Leia a Curva de Falha Através Antes de Ler a Tabela de Fusíveis

Toda decisão sobre o tamanho de um fusível começa com uma curva, não com uma tabela. A norma IEEE C57.109 define por quanto tempo um transformador imerso em líquido pode suportar um determinado múltiplo da corrente nominal antes que ocorra acúmulo de danos; o escopo e o status estão na Página IEEE C57.109-2018 . O guia apresenta curvas de coordenação para quatro categorias de transformadores, e essas curvas levam em conta tanto a solicitação térmica quanto a tensão mecânica que uma falha impõe aos enrolamentos.

Aqui está o número que torna isso concreto. Considere uma unidade de 1.000 kVA com primário em delta de 12,47 kV, secundário de 480 V e impedância de 5,75%. A corrente nominal primária é de 46 A. A corrente nominal secundária é de 1.203 A, e uma falha direta nos terminais secundários gera aproximadamente 20,9 kA antes de se considerar a impedância do cabo. O fusível deve interromper essa falha antes que a corrente primária vista pelo transformador ultrapasse sua curva C57.109, e também deve suportar a corrente de magnetização transitória na próxima energização.

Esses dois requisitos puxam em direções opostas. Essa tensão é todo o trabalho, e é por isso que um cronograma de fusíveis copiado de um projeto anterior representa um risco, e não um atalho.

 

Os Três Números por Trás da Escolha de um Fusível do Tipo Baioneta

A maioria dos transformadores montados em pedestal na América do Norte utiliza um fusível do tipo baioneta NEMA Tipo B no compartimento de alta tensão, e as correntes nominais mantidas em estoque pela maioria das concessionárias variam de 8 A a 200 A. Três números determinam qual deles será instalado.

Corrente nominal de plena carga. Calculada a partir da potência aparente nominal (kVA) e da tensão primária, e não a partir do desenho da unidade que está sendo substituída. Os 46 A citados acima são típicos para 1.000 kVA em um sistema de 12,47 kV.

Sobrecarga inicial a frio. Após uma interrupção, todos os termostatos, compressores e acionamentos reiniciam simultaneamente. A corrente de pico somada à sobrecarga inicial a frio pode atingir várias vezes a corrente nominal de plena carga (FLA) durante algumas décimas de segundo, razão pela qual um fusível ajustado em 1,2 vezes a FLA torna-se uma fonte constante de disparos indevidos em uma manhã fria.

Coordenação com dispositivos a montante. A curva rápida do religador deve atuar antes do fusível para falhas temporárias, e o fusível deve atuar antes da curva lenta do religador para falhas permanentes. Quando as duas curvas se cruzam num mesmo ponto no gráfico tempo-corrente, a concessionária obtém o pior resultado possível: um fusível queimado numa falha que o religador poderia ter eliminado.

Na prática, a maioria dos padrões das concessionárias situa-se entre 1,5 e 2,5 vezes a corrente nominal primária (FLA) para o fusível tipo baioneta, seguida da verificação do resultado contra a curva de falha por condução. Essa faixa é um ponto de partida. Uma unidade alimentando uma carga de motor de grande porte e uma unidade alimentando um centro comercial não merecem a mesma resposta, e o fusível para transformadores montados em pedestal cronograma deve indicar qual premissa foi utilizada.

Mais um detalhe sem custo algum: solicite a curva do fusível na mesma folha da curva de dano do transformador. Quando essas duas linhas são impressas juntas, uma falta de coordenação torna-se visível em cinco segundos. Quando estão em documentos separados, ela só se torna visível no terceiro ano.

 

Proteção da Vida Selvagem É um Item Específico, Não um Acessório

Proteção contra vida selvagem para transformadores geralmente é tratada como um item individual que uma concessionária adiciona após o transformador ser instalado na base. Deveria constar, porém, nas especificações técnicas, pois o local mais econômico para resolvê-la é a linha de produção da fábrica.

A norma IEEE 1656 estabelece como os dispositivos de proteção da vida selvagem devem ser ensaiados quanto ao desempenho elétrico, mecânico e à durabilidade em sistemas de distribuição com tensão nominal até 38 kV, e o Registro IEEE 1656-2010 é a referência a ser citada quando um fornecedor afirma que uma tampa resistirá a uma década ao ar livre. A sequência de ensaios responde a essa pergunta. Uma ficha técnica não o faz.

As medidas que realmente reduzem a contagem de interrupções:

Poços e tampas isolados para buchas. Em unidades de 15 kV e 25 kV, tampas que permanecem fixadas mesmo durante a tração de cabos, não o tipo de encaixe simples que se solta já na primeira tempestade de vento.

Placas divisoras entre compartimentos. Altura total, instalado antes do fechamento do tanque. Um animal trepador que entre no interior ainda não deve conseguir alcançar uma parte energizada.

Aberturas de ventilação protegidas por tela. Malha inoxidável em todas as lâminas e na base, dimensionada para um probe de 12 mm, em vez de usar o que o fabricante tiver disponível no estoque.

Interface selada do canal de cabos. Uma tela removível na entrada do canal é a diferença entre uma carcaça e uma via expressa para cobras.

Nenhum desses itens acrescenta custo significativo na fase de projeto. Todos eles exigem uma equipe de instalação, uma ordem de comutação e uma interrupção para serem adaptados posteriormente.

 

Quais Alterações na Fábrica

A Ryan Electric fabrica transformadores de distribuição desde 2007 em um local de 120.000 m², com mais de 180 conjuntos de equipamentos de produção e teste e 37 patentes. Desde 2023, a empresa opera como parceira oficial de joint-venture da Eaton, credencial que as concessionárias norte-americanas costumam solicitar em primeiro lugar. As unidades possuem certificação UL, podem ser fabricadas conforme os requisitos CSA C22.2 para projetos canadenses e são enviadas com dados de testes de rotina conforme IEEE C57.12.90 no pacote de aceitação de fábrica.

Para pedidos de transformadores tipo pad-mount, incorporamos o pacote para proteção contra vida selvagem no projeto básico, em vez de cotá-lo como opção: hardware em aço inoxidável 316 no gabinete, buchas revestidas com epóxi, placas de barreira instaladas antes do fechamento do tanque e venezianas protegidas, verificadas quanto à sua resistência a uma sonda de 12 mm. Como fabricante de transformadores montados em pedestal trabalhamos conforme os requisitos UL e CSA, preferimos discutir um detalhe de proteção na fase de desenho a ter de explicar a entrada de uma cobra durante a comissionamento.

A proteção por fusíveis é onde um fabricante de transformadores montados em pedestal deve fazer as perguntas mais importantes. Queremos o estudo de proteção da concessionária ou, no mínimo, as curvas do religador e a corrente de curto-circuito disponível no ponto de instalação. Um pedido saiu de nossa fábrica com um conector tipo baioneta de 200 A em uma unidade de 500 kVA porque o esquema de fusíveis foi copiado de um projeto maior; o erro foi detectado durante a comissionamento, e o atraso de duas semanas custou mais do que o frete do transformador.

 

Uma lista breve de verificação antes de aprovar o desenho

Seis itens, e a maioria dos problemas de proteção em unidades instaladas no solo desaparece antes de a unidade deixar a fábrica.

1. Corrente nominal primária calculada a partir da potência aparente nominal (kVA) na placa e da tensão nominal do sistema.

2. Tamanho do fusível entre 1,5 e 2,5 vezes a corrente nominal (FLA), seguido de verificação contra a curva IEEE C57.109 para a corrente de curto-circuito disponível.

3. Perfil de energização de carga fria confirmado com os dados de pesquisa de carga da concessionária, especialmente em alimentadores com cargas de aquecimento elétrico ou irrigação.

4. Curvas rápida e lenta do religador plotadas na mesma folha tempo-corrente do fusível.

5. Pacote para proteção da vida selvagem especificado pela norma de ensaio, não pela descrição. Solicite a sequência de ensaio IEEE 1656 ou equivalente.

6. Detalhes da barreira e da tela indicados no desenho de aprovação, incluindo a interface com a vala de cabos.

 

 

 

O Custo de Fazer Errado

Um fusível mal coordenado não falha de forma dramática. Ele abre, uma equipe o substitui e o registro anota uma interrupção transitória. Faça isso três vezes no mesmo alimentador em uma única estação e a concessionária terá gasto mais com mão de obra e manobras do que o custo de um estudo de coordenação. O proteção contra vida selvagem para transformadores pacote segue a mesma lógica aritmética: uma tela custa dezenas de dólares, enquanto uma cobra sobre os terminais secundários resulta em uma semana de serviço interrompido, além da substituição do equipamento retirado de uma janela de produção já comprometida.

Esse é o argumento para definir ambos os detalhes já na fase de desenho. Um fabricante de transformadores montados em pedestal pode alterar uma placa de barreira antes do fechamento do tanque por quase nada. Após a unidade estar instalada sobre a base, a mesma alteração torna-se uma modificação em campo com interrupção associada.

Se você estiver especificando unidades de distribuição montadas em base para uma janela de entrega em 2027, os detalhes de proteção e de proteção contra animais devem ser definidos agora. Os prazos de entrega da fábrica são longos o suficiente para que uma alteração no desenho após a liberação custe o que não custava há cinco anos.

 

Próxima etapa

Envie-nos o diagrama unifilar, as curvas do religador e a corrente de curto-circuito disponível na base. Nosso grupo de engenharia retornará uma tabela de fusíveis e um pacote de proteção contra animais adaptado ao seu padrão, geralmente em até três dias úteis.

Sobre o autor

Este artigo foi preparado pelo grupo de engenharia de vendas da Ryan Electric, um fabricante de transformadores que produz unidades montadas em base, a seco e imersas em óleo para concessionárias e empreiteiras EPC na América do Norte, Oriente Médio, Sudeste Asiático e África. O grupo apoia projetos desde a especificação até os testes de aceitação de fábrica. Dúvidas técnicas sobre este artigo podem ser direcionadas à equipe de engenharia de vendas por meio de ryantransformers.com.