A elevação de temperatura do transformador é a diferença entre a temperatura de um componente e uma referência, normalmente o ar ambiente ou o meio de resfriamento. Não corresponde a uma temperatura absoluta. Óleo, enrolamento e ponto quente podem apresentar elevações próprias. Para comparar ensaios e leituras de operação, é necessário conhecer o elemento avaliado, a temperatura de referência e as condições de medição.
A confusão surge porque “temperatura” e “aumento de temperatura” são frequentemente usados de forma intercambiável. Um enrolamento que mede 80°C em um dia frio e outro que mede 80°C em um dia quente têm a mesma temperatura absoluta, mas diferentes aumentos de temperatura.
O que é o aumento da temperatura do transformador?
Na sua forma mais simples, o aumento de temperatura é uma temperatura componente menos uma temperatura de referência:
Aumento de temperatura = temperatura do componente − temperatura de referência
O componente pode ser o óleo superior, o enrolamento ou um local específico dentro do enrolamento. A referência normalmente é a temperatura ambiente ou a temperatura do meio de resfriamento, dependendo da definição usada. A referência aplicável depende do projeto do transformador, do arranjo de resfriamento e da especificação ou padrão em uso.
A temperatura absoluta informa o quão quente é um local. O aumento da temperatura informa quanto desse calor vem da operação do próprio transformador e não do ambiente. Ambos são úteis, mas respondem a perguntas diferentes. A temperatura absoluta está intimamente relacionada ao estresse térmico no isolamento, enquanto o aumento da temperatura ajuda a comparar o desempenho térmico em diferentes condições ambientais.
Diferentes partes de um transformador podem ser descritas por seu próprio aumento de temperatura: óleo superior, enrolamento, ponto quente e regiões estruturais ou de tanque.
Por que a temperatura do transformador aumenta?
Os transformadores são eficientes, mas não são isentos de perdas. A energia perdida durante a operação aparece como calor, e esse calor deve ser transferido para o óleo, ar ou outro meio de resfriamento circundante. O aumento da temperatura é o resultado da geração de calor equilibrada com a remoção de calor.
Perdas no Enrolamento
A corrente de carga que flui através dos enrolamentos produz perdas resistivas. Em geral, uma corrente de carga mais elevada significa maiores perdas nos enrolamentos e mais calor gerado nos condutores. Esta é a principal razão pela qual a temperatura do enrolamento aumenta quando a carga aumenta.
O relacionamento não é instantâneo. Os enrolamentos, o óleo e o isolamento têm massa térmica, portanto as temperaturas respondem a uma mudança na carga ao longo do tempo, e não imediatamente. O óleo geralmente responde mais lentamente que os condutores do enrolamento.
Perdas principais e perdidas
O núcleo produz perdas sempre que o transformador é energizado, em grande parte independente da carga. As perdas parasitas surgem do fluxo de fuga em peças estruturais, como paredes de tanques, estruturas de fixação e outros componentes metálicos, e também contribuem para o aquecimento local. Ambos contribuem para o quadro térmico geral, embora os detalhes dependam do design.
Condições de resfriamento
O calor precisa sair do transformador para manter as temperaturas estáveis. Dependendo do projeto do transformador, isso pode envolver circulação natural de óleo, fluxo forçado de óleo, radiadores, ventiladores ou bombas e o ar circundante. Se a remoção de calor for menos eficaz, as mesmas perdas produzirão um aumento de temperatura mais elevado. Isto pode acontecer devido a uma temperatura ambiente mais elevada, fluxo de ar restrito ou uma alteração no sistema de refrigeração.
Por esta razão, o aumento de temperatura é melhor entendido como o resultado da carga, das perdas e do resfriamento juntos, e não como uma propriedade fixa do transformador.
Temperatura ambiente, do topo do óleo, do enrolamento e do ponto quente
Essas temperaturas estão relacionadas, mas não são intercambiáveis. A tabela abaixo resume como cada um se conecta ao aumento da temperatura.
| Temperatura | O que representa | Como isso se relaciona com o aumento da temperatura | Por que é importante |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Temperatura do ar ou ambiente | Normalmente usado como referência a partir da qual o aumento de temperatura é contado | Define a linha de base que o transformador aquece acima de |
| Temperatura superior do óleo | Temperatura do óleo na região superior do tanque | O aumento da temperatura do topo do óleo é a diferença entre o topo do óleo e a temperatura de referência | Indica o estado térmico geral do óleo, mas não a temperatura em cada local do enrolamento |
| Temperatura do enrolamento | Temperatura do enrolamento, geralmente como um valor estimado ou médio | O aumento da temperatura do enrolamento é normalmente maior que o aumento da temperatura do óleo sob carga | Reflete o aquecimento dos condutores e isolamento adjacente |
| Temperatura do ponto quente do enrolamento | Temperatura mais alta dentro do enrolamento | A temperatura do ponto quente pode ser expressa como um valor absoluto ou como um aumento acima da referência | Representa o local com maior estresse térmico no enrolamento |
| Temperatura direta do enrolamento de fibra óptica | Temperatura real na ponta de detecção da sonda | Pode ser usado para calcular o aumento naquele local quando uma temperatura de referência estiver disponível | Fornece dados medidos de um local físico selecionado |
Vale a pena ter em mente três distinções. A temperatura superior do óleo não é igual à temperatura do enrolamento, porque o enrolamento geralmente fica mais quente que o óleo ao seu redor. A temperatura média do enrolamento não é igual à temperatura do ponto quente, porque a média combina regiões mais quentes e mais frias. E uma leitura direta da sonda é a temperatura real do ponto no local da ponta de detecção, que não é necessariamente o ponto mais quente no enrolamento.
Aumento da temperatura do transformador versus temperatura do ponto quente
O aumento da temperatura descreve o quão longe uma temperatura fica acima de uma referência. A temperatura do ponto quente descreve a temperatura em uma posição local específica no enrolamento, normalmente o local onde a temperatura é mais alta. São conceitos diferentes, embora muitas vezes apareçam na mesma discussão.
Uma temperatura de ponto quente pode ser expressa como uma temperatura absoluta e também pode ser analisada como um aumento acima de uma referência. Quando alguém se refere a "aumento de temperatura", pode significar um aumento médio do enrolamento, um aumento do petróleo ou um aumento de ponto quente, por isso vale a pena esclarecer a qual deles se refere. A origem do aquecimento localizado nos enrolamentos é abordada em nosso artigo sobre pontos quentes do transformador .
Como é medido o aumento da temperatura do transformador?
O aumento da temperatura não é medido por um único instrumento. É determinado combinando uma temperatura de referência com uma ou mais temperaturas componentes, cada uma das quais pode ser medida ou estimada de uma maneira diferente. Para uma visão mais ampla das abordagens de monitoramento ao longo da vida útil de um transformador, consulte nossa página sobre monitoramento de temperatura do transformador .
Medição de temperatura ambiente/referência
Como o aumento da temperatura é uma diferença, a temperatura de referência deve ser conhecida. A temperatura ambiente é comumente medida com um sensor colocado fora do transformador, em um local representativo do ar de resfriamento. A escolha da referência e o seu local de medição afetam o resultado, por isso devem ser definidos de forma consistente, principalmente quando se comparam resultados ao longo do tempo ou entre unidades.
Medição da temperatura superior do óleo
A temperatura do óleo superior é medida na região superior do tanque, onde o óleo aquecido é coletado. É uma medida amplamente disponível e fornece uma indicação útil do estado térmico geral do óleo. Subtraindo a temperatura de referência obtém-se o aumento da temperatura do topo do óleo. No entanto, não descreve a temperatura de locais de enrolamento individuais.
Estimativa de temperatura do enrolamento
A temperatura do enrolamento é comumente obtida por cálculo. Um indicador de temperatura do enrolamento (WTI) ou um modelo térmico normalmente combina a temperatura medida do topo do óleo com um sinal proporcional à corrente de carga e, em seguida, aplica parâmetros do modelo para estimar a temperatura do enrolamento. Os modelos WTI e térmicos fornecem temperaturas de enrolamento calculadas ou simuladas com base em dados medidos e suposições do modelo. Eles estão bem estabelecidos e são úteis para monitoramento e proteção. Para uma análise mais detalhada desses métodos, consulte como a temperatura do enrolamento do transformador é medida .
Medição direta de temperatura do enrolamento
A medição direta utiliza uma sonda cuja ponta de detecção está instalada em um local de enrolamento selecionado. O valor medido é a temperatura real naquele ponto físico, não uma estimativa calculada. Com uma sonda de fibra óptica baseada em fluorescência, a fibra óptica transporta o sinal do transformador para um instrumento que o converte em uma leitura de temperatura. Combinado com uma temperatura de referência, o resultado pode ser expresso como um aumento de temperatura naquele local. Isso será abordado com mais detalhes em uma seção posterior.
O que é um teste de aumento de temperatura do transformador?
Um teste de aumento de temperatura do transformador, às vezes chamado de corrida de calor, é um teste controlado usado para observar como um transformador aquece sob condições definidas de carga e teste. Geralmente é realizado em um transformador antes de ele ser colocado em serviço, como parte da verificação do projeto ou dos testes de fábrica.
O objetivo é observar o comportamento térmico do óleo e dos enrolamentos, avaliar como eles respondem às condições de teste aplicadas e comparar os resultados medidos com valores de projeto ou requisitos especificados. O teste é um instantâneo sob condições controladas. Mostra como o transformador funciona nessa configuração, e não como ele será carregado e resfriado ao longo de anos de serviço.
Os detalhes de um teste de aumento de temperatura, incluindo suas condições de teste, duração e como os resultados são avaliados, são definidos pela norma aplicável e pela especificação do projeto. Esses documentos devem ser consultados diretamente, em vez de se basearem em descrições gerais.
Teste de aumento de temperatura versus monitoramento contínuo de temperatura
Um teste de aumento de temperatura e monitoramento contínuo envolvem temperatura, mas respondem a perguntas diferentes.
| Aspecto | Teste de aumento de temperatura | Monitoramento de temperatura on-line |
|---|---|---|
| Finalidade | Verifique o desempenho térmico em relação ao projeto ou aos requisitos especificados | Observe o comportamento da temperatura durante a operação real |
| Quando executado | Normalmente na fábrica ou durante testes definidos | Contínua ou periodicamente durante toda a vida útil |
| Condições operacionais | Condições de teste controladas e definidas | Carga real, refrigeração e condições ambientais |
| Duração dos dados | Limitado ao período de teste | Tendências de longo prazo ao longo de dias, estações e anos |
| Informações típicas de temperatura | Comportamento da temperatura do óleo e do enrolamento sob condições de teste | Tendências de temperatura sob carga e resfriamento variados |
| Uso em serviço | Referência para verificação de projeto | Conscientização operacional, comparação de tendências e validação de modelo térmico |
Um teste controlado ou de fábrica não é o mesmo que operação de longo prazo em condições reais. O monitoramento on-line pode mostrar como as temperaturas mudam com a carga e o resfriamento no campo, mas não substitui um teste de aumento de temperatura na fábrica e o teste não substitui o monitoramento.
Como é calculado o aumento da temperatura do transformador?
No nível básico, o cálculo é uma simples subtração:
Aumento de temperatura = temperatura do componente − temperatura de referência
Como exemplo puramente matemático, suponha que a temperatura ambiente seja 25°C e a temperatura medida de um componente seja 75°C. O aumento da temperatura é 75 − 25 = 50°C. Este número é apenas uma ilustração da aritmética. Não é um aumento de temperatura permitido, um valor típico ou uma classificação do transformador.
O cálculo da temperatura do enrolamento ou do ponto quente a partir dos dados operacionais é mais complicado. Pode depender da corrente de carga, da temperatura do óleo, das constantes de tempo térmico, da diferença de temperatura entre o enrolamento e o óleo e das condições de resfriamento. Esses cálculos normalmente dependem de um modelo térmico, um guia de carga como IEC 60076-7 ou IEEE C57.91 e dados de projeto do transformador. Os parâmetros são específicos do projeto e devem vir do fabricante ou do guia aplicável, e não de suposições gerais.
O que significa a classificação de aumento de temperatura do transformador?
A classificação de aumento de temperatura do transformador refere-se ao aumento de temperatura para o qual um transformador foi projetado, conforme especificado para seu sistema de isolamento e arranjo de resfriamento. Está vinculado aos requisitos de projeto, ao sistema de isolamento, ao método de resfriamento e às especificações aplicáveis. Diferentes projetos e padrões utilizam diferentes limites especificados ou condições de referência, portanto, nenhum valor único se aplica a todos os transformadores.
Para encontrar a classificação de uma unidade específica, verifique a placa de identificação do transformador, a documentação do fabricante, a especificação do projeto e a norma aplicável. Um valor cotado para um tipo de transformador não deve ser aplicado a outro sem confirmar que as mesmas condições e requisitos de referência se aplicam.
Medição direta de temperatura do enrolamento por fibra óptica
A tecnologia da INNO é a detecção de temperatura por fibra óptica pontual baseada em fluorescência. Uma sonda é instalada com sua ponta sensora em um local de enrolamento selecionado. Uma fibra óptica transporta o sinal para fora do transformador e um instrumento compatível lê a temperatura.
Um sensor de temperatura de enrolamento de fibra óptica oferece diversas características adequadas à medição de enrolamento:
- Medição direta de temperatura pontual no local da ponta de detecção
- Isolamento elétrico do caminho de detecção óptica
- Alta resistência à interferência eletromagnética
- Medição multiponto usando múltiplas sondas
Como a sonda informa a temperatura real em um local escolhido, ela pode ser usada para verificar a saída do modelo térmico, comparar temperaturas sob mudança de carga ou calcular o aumento de temperatura naquele ponto quando uma temperatura de referência é registrada. Onde o objetivo da medição é a região do ponto quente, o monitoramento direto do ponto quente pode medir a temperatura em locais de enrolamento que se espera que sejam termicamente críticos.
Quando vários locais precisam de gravação de longo prazo, múltiplas sondas podem ser conectadas a um sistema de monitoramento de temperatura de transformador imerso em óleo , que registra os canais juntos e segue suas tendências ao longo do tempo.
A medição de pontos deve ser planejada
Uma sonda mede um local físico selecionado. Se vários locais necessitarem de medição direta, serão necessárias diversas sondas. Uma sonda não monitora todo o enrolamento e a fibra entre a ponta sensora e o instrumento não mede a temperatura ao longo de seu comprimento. Várias sondas pontuais juntas não formam um sistema de detecção distribuído e o sistema não encontra automaticamente um ponto quente desconhecido.
Portanto, o posicionamento da sonda deve ser decidido antecipadamente, com base em:
- Projeto do transformador
- Análise térmica
- Informações de teste de fábrica
- Locais termicamente críticos conhecidos ou esperados
- O objetivo de medição
Por esta razão, as sondas de enrolamento direto são normalmente planejadas durante o projeto e a fabricação. O acesso ao interior de um transformador existente é geralmente limitado, portanto não é possível prever a adaptação de sondas internas.
Como o aumento da temperatura se relaciona com o envelhecimento do transformador
Temperaturas operacionais mais altas e, especialmente, temperaturas sustentadas em um ponto quente local, aumentam a tensão térmica no isolamento do enrolamento. O aumento da temperatura é uma forma de descrever as condições térmicas sob as quais o transformador opera, pois mostra o quanto o transformador se aquece acima do ambiente. Interpretá-lo em termos de vida útil do isolamento requer mais do que apenas temperatura. A umidade, a condição do óleo, o histórico de carregamento e outros fatores também desempenham um papel. Nosso artigo sobre envelhecimento do transformador cobre esse relacionamento em detalhes.
Quando o aumento da temperatura do transformador deve ser revisado?
Vale a pena revisar o aumento de temperatura em pontos específicos da vida útil de um transformador. Nenhuma observação na lista abaixo indica uma falha por si só. Cada um é um motivo para examinar mais de perto os dados.
- Carga mais alta que o normal: carga pesada sustentada ou repetida altera a geração de calor e a temperatura.
- Alterações de resfriamento: modificações, manutenção ou alterações na operação de resfriamento podem alterar a temperatura atingida em uma determinada carga.
- Temperatura mais alta em carga semelhante: se as temperaturas tenderem a subir sob carga e condições ambientais comparáveis, vale a pena investigar a causa.
- Diferenças entre fases ou enrolamentos: temperaturas desiguais em enrolamentos semelhantes podem apontar para diferenças na carga, resfriamento ou medição.
- Teste de aumento de temperatura na fábrica: para verificar o desempenho térmico em relação ao projeto e às especificações.
- Comissionamento: para estabelecer o comportamento da temperatura basal em serviço.
- Validação do modelo térmico: para comparar temperaturas calculadas do enrolamento com valores medidos.
- Monitoramento de longo prazo: para rastrear tendências sazonais e relacionadas à carga ao longo do tempo.
Qual medição de temperatura lhe diz o quê?
Medições diferentes respondem a perguntas diferentes. A tabela não é uma classificação e nenhuma linha é a melhor em todas as situações.
| Medição | Útil para | Direto ou Indireto | Limitação Principal |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Fornecendo a referência para aumento de temperatura | Medição direta do ambiente | Depende da localização do sensor e de quão representativo ele é |
| Temperatura superior do óleo | Estado térmico geral do óleo e aumento da temperatura do óleo | Direto para óleo, indireto para enrolamento | Não representa locais de enrolamento individuais |
| WTI | Temperatura estimada do enrolamento para operação e proteção | Indireto | Depende dos dados medidos e das suposições do modelo |
| Modelo térmico | Cálculo da temperatura do enrolamento e do ponto quente a partir de dados de carga e óleo | Indireto | Depende dos dados e parâmetros do projeto |
| Sonda de fibra óptica de enrolamento direto | Temperatura real em um local de enrolamento selecionado | Direto | Mede apenas um ponto e o posicionamento deve ser planejado |
| Sondas de múltiplos enrolamentos | Temperaturas reais em vários locais selecionados | Direto | Abrange apenas os locais onde as sondas estão instaladas |
Conclusão
O aumento da temperatura do transformador descreve o quanto um componente aquece acima de sua temperatura de referência. Resulta da ação conjunta de carga, perdas e resfriamento, e aparece de forma diferente no óleo, no enrolamento e em um ponto quente. A temperatura do topo do óleo, a temperatura média do enrolamento e a temperatura do ponto quente são valores relacionados, mas distintos, e cada um pode ser discutido em termos absolutos ou como um aumento acima da referência.
As sondas diretas de fibra óptica podem fornecer valores reais de temperatura em locais de enrolamento selecionados, o que é útil para comparar dados medidos com valores calculados e seguir tendências sob condições operacionais reais. A interpretação de qualquer aumento de temperatura ainda depende do projeto do transformador, do arranjo de resfriamento, das condições de carga e das especificações aplicáveis.
Se um projeto de transformador exigir temperatura direta do enrolamento ou medição de ponto quente, o INNO pode ajudar a revisar a localização das sondas, roteamento de fibra e requisitos de canal de monitoramento.
Discuta seu projeto de monitoramento de temperatura do transformador