Transformador elevador imerso em óleo de 160 kVA e 11 kV para centrais de energia solar fotovoltaica e eólica – Ligado à rede / Isolado da rede, IEC 60076

Modelo:S22-M-160/11 (S20-M-160/11 e S13-M-160/11 opcionais)

Capacidade nominal:160 kVA

Fase::Trifásico

Frequência::50 Hz / 60 Hz

Tensão nominal elevada (AT)::11 kV (10, 12, 13,8, 20, 22, 24, 33, 35 kV opcionais)

Gama de derivação AT::±2×2,5% fora do circuito (±5% opcional, OLTC por encomenda)

Tensão nominal baixa (BT)::0,4 kV (0,415, 0,48, 0,69, 0,8 kV opcionais)

Sentido de utilização::Elevação (0,4 → 11 kV) e redução (11 → 0,4 kV) na mesma unidade

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160kVA Oil-Immersed Transformer

Resposta Rápida

Um transformador imerso em óleo de 160 kVA e 11 kV para uma pequena central fotovoltaica ou eólica é uma unidade trifásica hermeticamente selada que eleva a tensão de saída do inversor ou da turbina de 0,4 kV — ou 0,69 kV em caso de energia eólica — para 11 kV para a ligação à rede, e reduz a tensão de 11 kV para 400/230 V quando o mesmo local opera em modo isolado (fora da rede). A geração solar e eólica é dominada por perdas em vazio, e não por perdas em carga: o transformador permanece energizado durante 8.760 horas por ano, enquanto um conjunto fotovoltaico produz com um fator de capacidade de apenas 12–20%, pelo que as perdas em vazio representam aproximadamente 60% da energia anual perdida. Recomenda-se a especificação de um projeto com baixas perdas em vazio (S22, GB 20052-2024 Classe 1), grupo vetorial Dyn11 e um tanque corrugado selado.

Visão Geral do Produto

Trata-se de um transformador trifásico imerso em óleo, de 50/60 Hz, com uma potência nominal de 160 kVA, com enrolamentos de 11 kV e 0,4 kV. Pode ser utilizado em ambos os sentidos: como transformador elevador, alimentando 11 kV provenientes do inversor ou da turbina, ou como transformador abaixador, servindo cargas de 400/230 V quando a central opera isoladamente. Ambos os enrolamentos são em cobre. A parte ativa é selada dentro de um tanque de aço com alhetas onduladas, sem conservador, de modo a que o óleo isolante nunca entre em contacto com o ar e nunca necessite de amostragem, filtragem ou reposição durante a sua vida útil projetada de 25 anos.

Está concebido para pequenas instalações de energia renovável: sistemas fotovoltaicos de solo e telhado com uma potência até aproximadamente 150–200 kWp, turbinas eólicas individuais de média dimensão e pequenos parques eólicos, mini-redes fotovoltaicas com baterias, sistemas híbridos solar-diesel para aldeias, quintas, ranchos e estações de telecomunicações, bem como cargas isoladas da rede, como bombagem para irrigação e tratamento de água. O fornecimento padrão inclui a monitorização da temperatura do óleo com contactos de alarme e de paragem, e uma interface RS485/Modbus RTU, com uma interface DTU 4G ou LoRa opcional para que o sistema SCADA da central ou um painel de controlo na nuvem possa ler a temperatura do óleo e do enrolamento, a corrente e a tensão da carga. Concebido e testado de acordo com as normas IEC 60076-1/-2/-3/-5/-10, com aplicações em aerogeradores também concebidas de acordo com a norma IEC 60076-16; desempenho energético de acordo com a GB 20052-2024. Fabricado sob as normas ISO 9001, ISO 14001 e ISO 45001.

Porque é que as centrais solares e eólicas optam por transformadores selados imersos em óleo em vez de transformadores a seco?

A nossa recomendação: para um conjunto fotovoltaico exterior, um parque eólico ou uma mini-rede híbrida, especifique um transformador hermeticamente selado imerso em óleo. Reserve os transformadores a seco com resina fundida para salas elétricas interiores, locais em planaltos de altitude acima de aproximadamente 3.000 m e qualquer local onde as normas de segurança contra incêndios ou ambientais contraindiquem a utilização de óleo mineral.

O motivo é o ciclo de funcionamento. A geração de energia renovável é intermitente — a energia fotovoltaica varia com as mudanças de direção das nuvens, a energia eólica com as rajadas — e o óleo tem uma massa térmica muito maior que o ar, pelo que o tanque absorve cada pico sem elevar o ponto quente do enrolamento. O depósito selado elimina também duas falhas específicas das centrais de energia renovável: a condensação noturna quando o lado de baixa tensão está aberto e o depósito arrefece, e a manutenção periódica do óleo, que os locais remotos têm menos condições para realizar.

Critério de avaliação	Selado a óleo (este produto)	Seco com resina fundida (cast resin)	Impacto numa central solar / eólica
Funcionamento em vazio à noite	Perdas em vazio de 170 W (S22); o tanque selado bloqueia o ar húmido ao arrefecer	Perdas em vazio mais elevadas; os enrolamentos abertos acumulam orvalho e pó	O óleo selado elimina tanto as perdas em vazio como o risco de condensação
Carga intermitente	A inércia térmica do óleo suaviza os transitórios de nuvens e os picos de rajadas	Menor inércia térmica, subida mais rápida do ponto quente	O óleo adapta-se melhor aos ciclos de trabalho solar e eólico
Instalação no exterior	Caixas de cabos IP54, recinto exterior, com bacia de retenção	Requer sala ou invólucro	O óleo vence em locais de campo aberto
Incêndio e ambiente	Óleo combustível; opção com éster ou bacia de retenção quando exigido	Autoextinguível, sem óleo	Perto de florestas ou água, escolha o tipo seco ou óleo de éster
Custo por kVA	O mais baixo	Normalmente 10–15 % superior	O óleo convém a projetos pequenos sensíveis ao capex
Altitude	Redução de potência ou projeto especial acima de 1.000 m	Suporta melhor a altitude	Tipo seco para locais de planalto acima de 3.000 m
Ruído	≤ 55 dB(A), versão de baixo ruído ≤ 50 dB(A)	Ligeiramente mais silencioso	Raramente decisivo em centrais renováveis remotas

Níveis de Eficiência Energética e o Custo Operacional a 20 Anos

Numa central de energia renovável, o transformador permanece energizado durante muito mais tempo do que a central produz. Um conjunto fotovoltaico opera com um fator de capacidade de 12 a 20%, enquanto o transformador se mantém a 11 kV durante todas as 8.760 horas do ano, incluindo todas as noites. É por isso que o valor em vazio, e não o preço de compra, determina o custo em 20 anos — e porque o nível de eficiência energética especificado é mais importante neste caso do que num transformador de distribuição com carga convencional.

Grau de eficiência energética GB 20052-2024	Modelo	Perdas em vazio P0	Perdas em carga Pk (75 °C)	Perdas anuais — serviço solar	Perdas anuais — serviço eólico	Custo a 20 anos — solar	Custo a 20 anos — eólico
Classe 3	S13-M-160/11	200 W	2,310 W	≈ 2,780 kWh	≈ 4,034 kWh	≈ USD 6,672	≈ USD 9,682
Classe 2	S20-M-160/11	180 W	1,850 W	≈ 2,400 kWh	≈ 3,405 kWh	≈ USD 5,760	≈ USD 8,172
Classe 1	S22-M-160/11	170 W	1,650 W	≈ 2,223 kWh	≈ 3,119 kWh	≈ USD 5,335	≈ USD 7,486

A mudança da Classe 3 para a Classe 1 permite poupar cerca de 11.140 kWh ao longo de 20 anos num parque fotovoltaico e cerca de 18.300 kWh num parque eólico — a 0,12 dólares/kWh, isto representa aproximadamente 1.340 e 2.200 dólares, respetivamente, geralmente várias vezes a diferença de preço entre os dois projetos. Note-se a divisão: nos sistemas fotovoltaicos, a perda em vazio representa cerca de 63% do total anual, pelo que um projeto que apenas melhora a perda em carga é a escolha errada para esta aplicação.

Ligado à rede vs. Isolado da rede: O que muda?

O transformador em si é bidirecional e não necessita de alterações entre os dois modos. O que muda é a ligação à terra, o sistema de proteção e, nos alimentadores fracos, a faixa de derivação.

Item	Ligado à rede (grid-tied)	Isolado / em ilha (off-grid)
Fluxo de potência	De 0,4 kV a 11 kV, exportação para a rede	Ambos os sentidos: 0,4 → 11 kV de dia, 11 → 0,4 kV para as cargas do local
Neutro e ligação à terra	Conforme exigido pela concessionária	O neutro de BT deve ser ligado à terra (TN-S ou TT) — o Dyn11 disponibiliza-o
Gama de regulação	±2×2,5 % normalmente suficiente	Gama mais ampla ou comutador em carga (OLTC) se a tensão da ilha oscilar
Elevação de tensão	Alimentadores longos podem exigir ±5 % ou comutador em carga	Não aplicável
Nível de curto-circuito	A rede contribui com a corrente de curto-circuito	Apenas os inversores — baixo; o Uk% afeta a sensibilidade da proteção
Comportamento noturno	Em vazio, apenas perdas em vazio	Pode ser desligado junto com a ilha
Proteção	Interligação com a rede e anti-ilhamento	Proteção de ilha; não é necessário anti-ilhamento

Principais Características

Projeto bidirecional — conversor elevador de 0,4 kV para 11 kV para exportação para a rede e conversor abaixador de 11 kV para 0,4 kV para cargas isoladas. Uma única unidade abrange ambos os modos de funcionamento de um sistema híbrido de energia solar, eólica e baterias.
Baixa perda em vazio otimizada para energias renováveis — o modelo S22 tem uma potência de 170 W, contra 200 W para a Classe 3. Em funcionamento fotovoltaico, a perda em vazio é de aproximadamente 63% do total anual, uma vez que a unidade é energizada durante 8.760 horas, enquanto o conjunto fotovoltaico produz com um fator de capacidade de 12 a 20%.
Tanque ondulado selado — sem conservador, o óleo nunca entra em contacto com o ar. Não há necessidade de amostragem, filtragem ou reposição de óleo durante os 25 anos de vida útil prevista, e não há entrada de ar húmido quando o depósito arrefece durante a noite com o lado de baixa tensão aberto.
Concebida para funcionamento intermitente — a massa térmica do óleo suaviza os transitórios das nuvens em painéis fotovoltaicos e os picos de rajadas em turbinas eólicas sem aumentar o ponto quente do enrolamento.
Concebido para formas de onda de inversores e conversores — o design do enrolamento tem em conta a corrente harmónica agregada do inversor, de acordo com as normas IEEE 519 / IEC 61000-3-12 e IEEE C57. 110, e a injeção de corrente contínua, que polariza o núcleo e aumenta a corrente de magnetização, o ruído e as perdas em vazio se não for tratada.

Aplicações típicas

Centrais fotovoltaicas de solo e em telhados com uma potência até aproximadamente 150–200 kWp, alimentando uma rede de 11 kV
Turbinas eólicas individuais de média dimensão e pequenos parques eólicos com geradores de 690 V
Mini-redes híbridas fotovoltaicas + baterias + gasóleo para aldeias, quintas, ranchos e estações de telecomunicações
Ilhas isoladas, acampamentos de mineração, estações de bombagem e irrigação de água
Sistemas solares em coberturas comerciais e industriais com exportação de 11 kV
Micro-redes solares com armazenamento de energia e projetos de eletrificação remota
Central de energia renovável para agricultura e dessalinização em climas desérticos e costeiros

Normas e certificações

Concebido e testado de acordo com as normas IEC 60076-1 (geral), IEC 60076-2 (elevação de temperatura), IEC 60076-3 (níveis de isolamento e ensaios dielétricos) e IEC 60076-5 (resistência a curto-circuitos). Em conformidade com as normas IEC 60076-10 (nível de ruído) e IEC 60076-16 (aplicações em transformadores para aerogeradores), para além das séries GB 1094 e GB/T 6451. O desempenho energético cumpre a Classe 2 da norma GB 20052-2024 e a Classe 1 com o design S22. O dimensionamento para os harmónicos do inversor e do conversor foi realizado com base nas normas IEEE C57.110, IEEE 519 e IEC 61000-3-12. Fabricado sob as normas ISO 9001, ISO 14001 e ISO 45001. Certificação CE disponível; relatórios de ensaios de terceiros (laboratório acreditado pela CNAS, KEMA ou equivalente) disponíveis mediante pedido.

P1: Qual o tamanho do transformador necessário para um sistema fotovoltaico de 150 kW?

O transformador deve ser dimensionado de acordo com a potência de saída CA do inversor, e não com a potência CC do arranjo fotovoltaico. Um arranjo de 150 kWp é normalmente combinado com um inversor de 120 a 150 kW de capacidade, uma vez que os módulos raramente atingem a potência nominal e o lado CC é normalmente sobredimensionado em 1,1 a 1,2 vezes. Um transformador de 160 kVA satisfaz esta necessidade, com margem para potência reactiva e futuras expansões. Regra prática: kVA do transformador ≈ kW CA do inversor ÷ 0,9, arredondando para a potência nominal padrão seguinte.

P2: O mesmo transformador pode ser utilizado para operação ligada à rede e para operação isolada?

Sim — um transformador é bidirecional, e esta unidade é especificada para ambos os sentidos. No modo ligado à rede, eleva a tensão de saída do inversor de 0,4 kV para 11 kV para exportação; No modo ilha, a tensão da mini-rede de 11 kV é reduzida para 400/230 V para as cargas do local. O que muda entre os dois modos não é o transformador em si, mas a ligação à terra e a proteção: o neutro de baixa tensão deve ser ligado à terra (TN-S ou TT) no modo ilha, e a proteção anti-ilhamento só é necessária no modo ligado à rede.

P3: Porque é que a perda em vazio é mais importante do que a perda em carga num transformador solar?

Porque o transformador está energizado durante muito mais tempo do que a central produz. Um conjunto fotovoltaico opera com um fator de capacidade de 12 a 20%, mas o transformador mantém-se a 11 kV durante todas as 8.760 horas do ano, incluindo todas as noites. Numa unidade de 160 kVA, a perda em vazio contribui com cerca de 63% das perdas anuais em operação fotovoltaica e cerca de 43% em operação eólica. É por isso que o design Classe 1 S22 de 170 W é mais importante aqui do que seria num transformador de distribuição com carga convencional.

Q4: Qual a tensão para a qual um transformador solar de 160 kVA eleva a tensão?

Nesta unidade, a tensão padrão é de 0,4 kV a 11 kV. 11 kV é a tensão de distribuição comum no Reino Unido, em grande parte da Ásia, África, Médio Oriente e Austrália; 10 kV é o padrão na China e 13,8 kV em partes das Américas. O enrolamento de alta tensão é configurável de 10 kV a 24 kV, com opções de 33 kV e 35 kV para alimentadores mais longos. As configurações eólicas utilizam normalmente 0,69 kV no lado de baixa tensão.

P5: O lado de BT pode ser de 0,69 kV para uma turbina eólica?

Sim. 690 V é a saída padrão do gerador da maioria das turbinas eólicas de média dimensão, e este transformador é fornecido com um enrolamento de BT de 0,69 kV para operação em turbinas. Para sistemas fotovoltaicos de 1500 V, o enrolamento de BT é de 0,8 kV. A relação de tensão, o grupo vetorial, a gama de derivação e a frequência são todos configuráveis no momento da encomenda.

P6: Os inversores solares danificam o transformador através de harmónicos?

Os inversores modernos mantêm-se dentro dos limites das normas IEEE 519 e IEC 61000-3-12, com THDi tipicamente abaixo dos 3–5%, pelo que o aquecimento por harmónicos é muito menos severo do que em estações de carregamento rápido CC. Dois efeitos relacionados com o inversor ainda têm de ser considerados na especificação: a injeção de corrente CC, que polariza o núcleo e aumenta a corrente de magnetização, o ruído audível e a perda em vazio; e a corrente harmónica agregada de muitos inversores num transformador, que consideramos no projeto do enrolamento de acordo com a norma IEEE C57.110.

P7: Um transformador fotovoltaico necessita de um comutador de derivação sob carga (OLTC)?

Geralmente não. Derivações fora do circuito de ±2×2,5% cobrem a variação normal da rede. Um OLTC ou uma gama mais ampla de ±5% vale a pena quando a central se liga a um alimentador rural fraco, porque a exportação de energia eleva a tensão no ponto de ligação e um alimentador longo pode elevá-la para além dos limites ao meio-dia. Solicite à concessionária o nível de curto-circuito e o estudo de elevação de tensão antes de decidir.

P8: O que acontece ao transformador à noite quando os inversores param?

Permanece energizado no lado de 11 kV e consome apenas a perda em vazio — cerca de 170 W para o projeto S22, aproximadamente 1.490 kWh por ano. Dois detalhes de projeto são aqui importantes: o tanque selado impede a entrada de ar húmido à medida que o tanque arrefece durante a noite, o que é a causa habitual da degradação do isolamento em centrais de energia renovável; E se o proprietário desejar eliminar por completo as perdas noturnas, o lado de alta tensão pode ser desativado, o que podemos contemplar no esquema de proteção.

P9: Um transformador imerso em óleo pode ser instalado numa central solar ou eólica?

Sim, e é a escolha habitual para locais de energia renovável ao ar livre, uma vez que custa menos por kVA e lida melhor com cargas intermitentes do que os transformadores a seco. As normas locais exigem frequentemente uma bacia de contenção, contenção de derrames ou um recuo adequado, e algumas autoridades restringem a utilização de óleo mineral perto de florestas, bacias hidrográficas ou áreas protegidas — para estes locais, a opção de éster natural oferece uma alternativa biodegradável com um ponto de ignição mais elevado.

P10: É adequado para o calor desértico, altitudes elevadas ou locais costeiros?

O projeto padrão abrange temperaturas ambiente de -25 °C a +40 °C e altitudes até 1.000 m. Acima dos 1.000 m, o ar rarefeito reduz a capacidade de arrefecimento, pelo que é necessário um projeto para altitudes elevadas ou uma potência nominal reduzida — comum para sistemas fotovoltaicos em planaltos acima dos 3.000 m. Em locais desérticos, é geralmente necessário um ambiente com uma classificação de +50 °C e proteção contra a corrosão C5-M; em locais costeiros e junto a plataformas marítimas, é necessário um revestimento C5-M e uma selagem reforçada da caixa de cabos.

P11: Devo escolher o óleo éster natural em vez do óleo mineral?

Escolha o éster quando o local é ambientalmente sensível ou sujeito a restrições de incêndio: é facilmente biodegradável, o seu ponto de combustão é superior a 300 °C, contra aproximadamente 160 °C para o óleo mineral, e absorve humidade, o que retarda o envelhecimento do papel e pode prolongar a vida útil do isolamento. As desvantagens são o custo inicial mais elevado, a viscosidade mais elevada (considerada no projeto de arrefecimento) e a necessidade de confirmar se a concessionária o aceita. Para um local padrão de instalação de energia solar fotovoltaica ou eólica em campo aberto, o óleo mineral continua a ser a opção mais económica.

P12: Qual é o prazo de entrega e como é embalada a unidade?

A produção demora geralmente 3 a 6 semanas, dependendo da classe de tensão, grau de perda e quantidade da encomenda. As unidades são enviadas com óleo e seladas de fábrica numa palete de madeira reforçada com aço, envoltas em película de barreira contra a humidade com dessecante, casquilhos de alta e baixa tensão, bem como caixas de cabos protegidas por contraplacado, equipadas com olhais de elevação e indicadores de choque/inclinação. Está disponível embalagem completa em contraplacado para exportação; quando exigido pelas normas do destino, a unidade pode ser enviada sem óleo, em bidons selados. O peso bruto final, as dimensões da caixa e a lista de embalagem são confirmados antes do envio.

Enviado com óleo e selado de fábrica em palete de madeira reforçada com aço, envolto em filme de barreira contra a humidade com dessecante, casquilhos de alta e baixa tensão, bem como caixas de cabos protegidas por proteções de contraplacado, equipadas com olhais de elevação e indicadores de choque/inclinação. Adequado para transporte marítimo, rodoviário e ferroviário; caixa de contraplacado para exportação disponível mediante pedido. Quando exigido pelas normas do destino, a unidade pode ser enviada drenada com óleo em bidons selados. O peso bruto final, as dimensões da caixa e a lista de embalagem serão confirmados antes do envio.