Como Selecionar um Transformador de Distribuição para um Projeto de Micro-rede

A seleção de transformadores para micro-redes difere daquela realizada em projetos comuns de distribuição. O transformador deve suportar equipamentos como sistemas fotovoltaicos (PV), armazenamento de energia, carregadores para veículos elétricos (EV) e outros dispositivos baseados em eletrônica de potência, com fluxo de potência bidirecional e maior geração de harmônicos. Caso o transformador seja subdimensionado, poderá sofrer sobrecarga e desligamento por proteção. Se for superdimensionado, operará por longos períodos em carga reduzida, aumentando as perdas em vazio e, consequentemente, os custos com energia elétrica. Os seis pontos a seguir explicam a lógica de seleção.

1. Capacidade: Calcular Primeiro a Carga, Depois Considerar Expansão

Não basta simplesmente somar as potências nominais de todos os equipamentos. Uma fórmula comum é:

Carga calculada = Potência total instalada

× Fator de simultaneidade ÷ Fator de potência

O fator de simultaneidade é tipicamente 0.5–0.7para edifícios industriais convencionais, 0.6–0.7para estações de recarga de veículos de passageiros, e 0.75–0.85para estações de recarga rápida para caminhões pesados. O fator de potência é normalmente considerado 0,9. Após calcular o resultado, arredonde para cima até a capacidade-padrão e reserve uma margem de expansão de 10%–20% para futuras colunas de recarga, módulos fotovoltaicos ou novas cargas.

As normas de projeto de microrredes também especificam que a capacidade do transformador pode ser selecionada com base na potência máxima contínua de intercâmbio entre a microrrede e a rede externa, e que devem ser preferidos transformadores de refrigeração natural e baixas perdas.

Classificações comuns podem servir como referência rápida: 630 kVA para pequenos sistemas fotovoltaicos distribuídos, poucas colunas de recarga e carga limitada; 800 kVA para sistemas fotovoltaicos-armazenamento-recarga em nível de parque, estações de recarga médias e sistemas fotovoltaicos centralizados convencionais; 1250 kVA para recarga ultrarrápida de caminhões pesados, grandes arranjos fotovoltaicos ou nós com planos claros de expansão. A carga de longo prazo deve preferencialmente situar-se entre 70% e 85%. Evite sobrecarga contínua ou períodos prolongados abaixo de 50%.

2. Tensão e frequência: alinhar-se com a rede e com os equipamentos do lado da fonte

O nível de tensão depende do condições de conexão à rede de um lado e os parâmetros de saída dos inversores fotovoltaicos, do armazenamento de energia E dos carregadores do outro.

Uma configuração comum é 10 kV lado de alta tensão, 0,4 kV (380 V) lado de baixa tensão e 50 Hz . Se o PCS de armazenamento de energia tiver uma saída de 0,69 kV, o lado de baixa tensão deve ser selecionado em 0,69 kV, em vez de impor uma configuração padrão de 0,4 kV. Quanto ao grupo vetorial, Dyn11 é comumente utilizado em transformadores de distribuição de 10 kV/0,4 kV. Ele suprime bem as harmônicas de terceira ordem e lida melhor com cargas desequilibradas, o que é adequado para microrredes com muitas fontes harmônicas.

3. A sua família. Tipo de imersão em óleo ou tipo seco: verificar primeiro as condições de protecção contra incêndio

Este é o primeiro questão de conformidade , então uma questão de custo e desempenho.

Transformadores a seco

Sem óleo, retardador de chama e à prova de explosão. - Estão bem. em ambientes fechados, porões, densamente povoados ou estritamente locais com controlo de incêndio, como complexos comerciais, hospitais, centros de dados e estações de recarga subterrâneas. O seu custo inicial é geralmente 20%-30% superior ao das unidades de imersão em óleo da mesma capacidade, mas para os projectos de interior a conformidade com os requisitos de incêndio é um requisito rigoroso.

Transformadores Imersos em Óleo

Eficiente em termos de custos, dissipam bem o calor e têm uma forte capacidade de sobrecarga. Podem carregar 120% de carga durante várias horas sem tropeçar. - Estão bem. estações independentes ao ar livre, espaços abertos e requisitos relativamente relaxados de protecção contra incêndios, tais como instalações fotovoltaicas em solo, estações de carregamento ao ar livre e estações de reforço independentes de armazenamento de energia. Os modelos de eficiência energética de grau 1, como o S22, apresentam baixas perdas em estado de zero carga e uma vantagem em termos de custos operacionais a longo prazo.

Em resumo: tipo seco para ambientes internos com alta densidade populacional; tipo a óleo para espaços externos abertos .

4. Perdas, Elevação de Temperatura e Tensão de Impedância: Avalie o Custo a Longo Prazo

Transformadores de microrrede operam frequentemente por longos períodos; portanto, as perdas em vazio e sob carga afetam diretamente o retorno do projeto. Exija que os produtos atendam a GB 20052 e priorize a eficiência energética Classe 1. Por exemplo, um transformador tipo seco de 1000 kVA Classe 1 pode reduzir as perdas em vazio em cerca de 30% em comparação com uma unidade Classe 2. O custo adicional do equipamento normalmente é recuperado em 3–5 anos por meio de economia de energia elétrica.

Tensão de Impedância para transformadores convencionais de distribuição é, em geral, 4%–6%. Se vários transformadores operarem em paralelo, a diferença de tensão de impedância não deve exceder 10%. Os limites de elevação de temperatura devem estar em conformidade com a norma GB 1094.2; a elevação de temperatura do enrolamento normalmente não deve ultrapassar 65 K. Em ambientes de alta temperatura ou fechados, a dissipação térmica deve ser verificada especificamente.

5. Compatibilidade com Inversores FV e Sistemas de Conversão de Energia de Armazenamento (PCS)

Um transformador de distribuição comum tem fluxo de potência unidirecional. Um transformador de microrrede enfrenta três problemas adicionais:

Primeiro, fluxo de potência bidirecional. A direção da potência pode alternar dezenas ou centenas de vezes por dia entre carregamento e descarregamento. A resistência mecânica dos enrolamentos deve considerar impactos frequentes nos sentidos direto e inverso, não apenas os padrões ordinários de distribuição unidirecional.

Segundo, tolerância a harmônicos. Inversores fotovoltaicos e conversores de potência de armazenamento de energia (PCS) geram harmônicos de 3ª, 5ª e 7ª ordem, causando perdas adicionais nos enrolamentos e superaquecimento local. O fator K do transformador não deve ser inferior a K4 ; em cenários de comutação de alta frequência, pode ser necessário o fator K13. A impedância de curto-circuito deve ser coordenada com os fabricantes de PCS e inversores para evitar ressonância.

Terceiro, margem de sobrecarga reservada para armazenamento de energia. Transformadores para armazenamento de energia são normalmente projetados para descarga contínua de 1 hora. A capacidade de sobrecarga de curta duração deve ter margem; não configure uma relação um-para-um com base apenas na potência nominal do PCS.

6. Parâmetros Técnicos a Apresentar Antes da Aquisição

Antes de solicitar cotações, forneça o maior número possível destes parâmetros:

Parâmetros básicos

• Capacidade nominal (kVA), tensão nominal de alta/baixa tensão (kV), frequência (Hz), número de fases, grupo vetorial (ex.: Dyn11).

Desempenho

• Perda em vazio (kW), perda em carga (kW), impedância de curto-circuito (%), limite de elevação de temperatura (K), classe de isolamento, descarga parcial.

Ambiente e Estrutura

• Instalação interna/externa, grau de proteção (invólucro externo não inferior a IP54), método de refrigeração, altitude, faixa de temperatura ambiente.

Específico para Micro-redes

• Projeto de operação bidirecional, fator K, espectro harmônico ou parâmetros do PCS, requisitos de sobrecarga de curta duração, coordenação da proteção de conexão à rede.

Certificação

• Relatório de ensaio de eficiência energética, relatório de ensaio de tipo, certificado de conformidade com a norma GB 20052.

Soluções Correspondentes da Jiangsu Unita

A linha de produtos da Jiangsu Unita atende às necessidades de seleção acima:

• Transformadores de distribuição imersos em óleo (série S20/S22): Para usinas fotovoltaicas ao ar livre, estações de reforço independentes de armazenamento de energia e estações de carregamento em espaços abertos. Modelos com eficiência energética classe 1 oferecem baixas perdas e forte capacidade de sobrecarga para operação contínua.
• Transformadores a seco (série SCB18): Para estações de carregamento internas, complexos comerciais, centros de dados e porões com requisitos rigorosos de proteção contra incêndios. Isentos de óleo, retardadores de chama, com eficiência energética classe 1 e adequados ao ambiente harmônico dos inversores fotovoltaicos e dos sistemas de armazenamento de energia (PCS).
• Soluções Personalizadas: Configurações específicas para capacidade, impedância, elevação de temperatura, grupo vetorial e grau de proteção, com base nas curvas de carga, nas características harmônicas dos PCS, nas condições de conexão à rede elétrica e nos planos de expansão. Oferecemos também suporte a empreiteiros EPC e proprietários na verificação de cargas e na elaboração da documentação para conexão à rede.