A temperatura do enrolamento de um transformador pode ser medida diretamente em posições selecionadas ou estimada pela temperatura do óleo, corrente de carga e comportamento térmico. WTIs convencionais e modelos de cálculo fornecem principalmente estimativas. Sondas pontuais embutidas medem a temperatura na própria posição. O plano deve definir qual informação é necessária e quais locais são relevantes para acompanhar o estado térmico.
Métodos diferentes respondem a perguntas diferentes: temperatura média do enrolamento, temperatura estimada do enrolamento, temperatura estimada do ponto quente e temperatura real em um ponto selecionado do enrolamento. Esses quatro conceitos estão relacionados, mas não representam a mesma medição.
Métodos de medição direta e de estimativa
| Método | Direto ou indireto | O que mede | Monitoramento on-line | Uso típico |
|---|---|---|---|---|
| Sonda de fibra óptica incorporada | Direto | Temperatura em um ponto interno selecionado do enrolamento | Sim | Monitoramento de ponto quente / interior do enrolamento |
| Indicador de temperatura de enrolamento (WTI) | Indireto | Temperatura simulada ou indicada do enrolamento | Sim | Monitoramento tradicional de transformadores / controle de resfriamento |
| Modelo térmico | Indireto | Temperatura calculada do ponto quente do enrolamento | Sim | Sistemas de monitoramento de transformadores |
| Método da resistência | Indireto / temperatura média derivada da resistência | Temperatura média do enrolamento | Geralmente baseado em ensaios | Ensaios de elevação de temperatura / ensaios de transformadores |
| RTD / Pt100 | Direto no local do sensor, quando o projeto permite | Ponto físico selecionado | Sim | Comum em alguns arranjos de transformadores a seco |
| Infravermelho | Medição direta de superfície | Superfície externa acessível | Sim / periódico | Inspeção de superfície, não do ponto quente interno do enrolamento |
O que "temperatura do enrolamento do transformador" realmente significa?
Temperatura média do enrolamento
A temperatura média geral do enrolamento, que pode ser derivada de métodos como a variação da resistência do enrolamento.
Temperatura do ponto quente do enrolamento
A posição localizada dentro do enrolamento que se espera atingir a maior temperatura, ou um local de interesse térmico específico — um valor fundamental no monitoramento térmico de transformadores.
Temperatura pontual medida
A temperatura real no local físico onde um sensor está instalado.
Temperatura calculada / indicada do enrolamento
Um valor derivado ou simulado a partir da temperatura do óleo, da corrente de carga e de um modelo térmico.
Esses valores estão relacionados, mas não representam a mesma medição.
Método 1: indicador de temperatura de enrolamento (WTI)
Um WTI mede diretamente a temperatura do enrolamento? Em muitos projetos tradicionais de transformadores, não.
Um WTI tradicional geralmente usa um bulbo ou sensor de temperatura relacionado à temperatura do óleo, combinado com uma entrada de transformador de corrente e um elemento de aquecimento ou mecanismo de compensação, para simular a elevação de temperatura do enrolamento em relação à temperatura do óleo. Dispositivos eletrônicos modernos podem, em vez disso, usar uma entrada de corrente e a temperatura medida do óleo no topo para calcular eletronicamente a temperatura do enrolamento.
As saídas de WTI são comumente usadas para indicação local de temperatura, alarmes, controle de ventiladores, controle de bombas e controle de resfriamento do transformador. Um WTI não representa necessariamente o ponto real mais quente do condutor no enrolamento.
Método 2: modelos térmicos de transformadores
Sistemas modernos de monitoramento de transformadores podem estimar a temperatura do ponto quente do enrolamento usando dados operacionais medidos e um modelo térmico. As entradas típicas podem incluir temperatura do óleo no topo, corrente de carga, carregamento do transformador e estado do resfriamento, além de parâmetros térmicos específicos do transformador.
As saídas podem incluir uma temperatura calculada do enrolamento, uma temperatura estimada do ponto quente ou informações de carregamento térmico.
Essa abordagem tem vantagens práticas: não exige um sensor eletrônico interno em cada local, permite monitoramento on-line contínuo e pode ser integrada a sistemas de monitoramento de condição de transformadores. Entretanto, a temperatura calculada do ponto quente continua sendo uma saída do modelo, e não uma medição física direta no ponto do enrolamento.
Método 3: medição da resistência do enrolamento
A resistência de enrolamentos de cobre ou alumínio varia com a temperatura. Comparando a resistência medida do enrolamento com um valor de referência, pode-se determinar a temperatura média do enrolamento.
Esse método é comumente usado em ensaios de fábrica, ensaios de elevação de temperatura e ensaios de comissionamento ou diagnóstico, quando aplicável.
Uma distinção importante: a medição de resistência fornece a temperatura média do enrolamento, e não o ponto quente local real. O método é valioso para ensaios de transformadores, mas normalmente não é usado como monitoramento on-line contínuo da temperatura pontual dentro de um enrolamento energizado.
Método 4: medição direta com sondas de temperatura de fibra óptica
Sondas pontuais de temperatura de fibra óptica baseadas em fluorescência medem diretamente locais selecionados dos enrolamentos quando o projeto do transformador permite sondas ópticas incorporadas.
O trajeto típico do sinal é: sonda de temperatura de fibra óptica → fibra óptica → passagem / trajeto no transformador → transmissor de temperatura ou instrumento de monitoramento. A ponta sensora é posicionada em um local selecionado do enrolamento durante a fabricação do transformador ou a montagem do enrolamento.
| Parâmetro | Valor típico |
|---|---|
| Faixa de temperatura | -40 a 260 °C |
| Exatidão | ±0.5 a ±1 °C |
| Tempo de resposta | <1 s |
| Diâmetro da sonda | Aproximadamente 2–3 mm |
| Comprimento da fibra | Geralmente configurado conforme as dimensões do transformador e a posição do instrumento |
As especificações exatas dependem da configuração da sonda.
Por que sensores de fibra óptica são usados dentro dos enrolamentos de transformadores
- Caminho de medição eletricamente isolado
- Alta resistência à interferência eletromagnética
- Estrutura pequena de sonda adequada aos espaços compactos do enrolamento
- Medição direta em posições selecionadas do enrolamento
- A fibra óptica pode seguir do ponto interno de medição até um instrumento externo de monitoramento
- Vários pontos de medição podem ser monitorados simultaneamente
Onde são instaladas as sondas de temperatura de fibra óptica?
Os locais das sondas são determinados durante o projeto do transformador com base no comportamento térmico esperado e no objetivo da medição. Áreas comuns de interesse podem incluir locais selecionados de pontos quentes do enrolamento, seções do enrolamento sujeitas a maior esforço térmico, posições de medição específicas por fase e locais superiores, intermediários ou inferiores do enrolamento, conforme o projeto térmico do fabricante do transformador.
A quantidade e a localização finais dos pontos de medição dependem do projeto do transformador, do arranjo dos enrolamentos e dos objetivos do monitoramento.
Método 5: medição com RTD ou Pt100 em aplicações de transformadores
Sensores RTD / Pt100 são amplamente usados no monitoramento de temperatura de transformadores e equipamentos elétricos, especialmente quando a fiação condutora do sensor pode ser integrada com segurança.
Em transformadores a seco, esses sensores são comumente usados para monitoramento da temperatura do enrolamento, medição de temperatura das fases, controladores de temperatura, controle de ventiladores e funções de alarme ou desligamento. A posição do sensor depende do projeto de isolação do transformador e da construção do fabricante.
A medição de fibra óptica se torna mais atraente quando a isolação elétrica no local de medição é importante, há EMI intensa ou a fiação condutora dentro da estrutura do enrolamento é indesejável.
Câmeras infravermelhas podem medir a temperatura do enrolamento do transformador?
Não a temperatura interna do enrolamento de um transformador fechado.
A medição infravermelha pode ser útil para superfícies acessíveis, como conexões externas, buchas, terminais, componentes de resfriamento e superfícies acessíveis de transformadores a seco. Entretanto, ela não consegue observar diretamente pontos quentes internos dos enrolamentos através do tanque ou da estrutura de isolação do transformador.
Medição de temperatura do enrolamento de transformadores imersos em óleo
Monitoramento tradicional: temperatura do óleo no topo, WTI, corrente de carga, estado do resfriamento.
Monitoramento moderno: temperatura do óleo no topo, modelo térmico eletrônico, sondas de fibra óptica no enrolamento quando instaladas, monitoramento multicanal de temperatura e integração com PLC / SCADA / monitoramento do transformador.
A medição interna direta normalmente exige que as sondas sejam incorporadas durante a fabricação do transformador ou intervenções internas de grande porte.
Medição de temperatura do enrolamento de transformadores a seco
Transformadores a seco comumente usam medição direta de temperatura em enrolamentos ou bobinas com sensores integrados à construção do transformador, envolvendo sensores Pt100 / RTD, sondas de fibra óptica, controladores multicanal de temperatura, controle de ventiladores e saídas de alarme e desligamento.
Sensores RTD / Pt100 são amplamente usados e compatíveis com muitos controladores de temperatura de transformadores a seco. A medição de fibra óptica é útil quando se prefere isolação elétrica, resistência a EMI intensa ou medição óptica direta. A medição de fibra óptica não substitui necessariamente Pt100 em todos os casos.
Medição direta e temperatura calculada do enrolamento
| Comparação | Sensor direto incorporado | WTI / modelo térmico |
|---|---|---|
| Origem da medição | Ponto físico de medição no enrolamento | Temperatura do óleo, corrente de carga, simulação térmica |
| Ponto físico real | Sim | Não — estimado |
| Estimativa de ponto quente | Depende da posição da sonda | Projetado para estimar o ponto quente |
| Requisito de instalação | Geralmente durante a fabricação | Instrumentação padrão do transformador |
| Monitoramento on-line | Sim | Sim |
| Capacidade multiponto | Sim, por meio de várias sondas | Geralmente um único valor calculado |
| Isolação elétrica | Sim (fibra óptica) | Não aplicável |
| Melhor uso | Temperatura real em um local específico | Temperatura estimada do enrolamento / ponto quente a partir das condições de operação |
Sensores diretos respondem: "Qual é a temperatura neste local específico?" Modelos térmicos respondem: "Qual é a temperatura estimada do enrolamento ou ponto quente com base nas condições de operação do transformador?" As duas abordagens podem se complementar.
Quantos sensores de temperatura de enrolamento são necessários?
A quantidade necessária de sondas depende da quantidade de fases, da configuração dos enrolamentos, do tamanho do transformador, dos locais térmicos identificados, dos requisitos de redundância, do objetivo do monitoramento e dos canais disponíveis no instrumento.
Uma sonda pontual de fibra óptica geralmente representa um local definido de temperatura. Várias sondas podem se conectar a um transmissor multicanal de temperatura de fibra óptica, a um instrumento de monitoramento de temperatura de transformador ou a um sistema de monitoramento de condição de transformador.
Como são usados os dados de temperatura do enrolamento?
Os dados de temperatura do enrolamento podem apoiar a exibição local, alarmes de alta temperatura, lógica de desligamento quando necessária, controle de ventiladores de resfriamento, controle de bombas e integração com um sistema de monitoramento de transformador, PLC ou SCADA, incluindo registro de dados e análise de tendências.
Dependendo do instrumento de monitoramento, as opções de saída comumente incluem RS485, Modbus RTU, 4–20 mA e saídas de relé de alarme.
Qual método de medição de temperatura do enrolamento se adequa a cada situação?
| Necessidade de medição | Orientação de método adequado | O que fornece |
|---|---|---|
| Ensaio de elevação de temperatura em fábrica | Método da resistência + outras medições de ensaio | Temperatura média do enrolamento |
| Indicação contínua do óleo no topo / enrolamento | WTI | Temperatura simulada / indicada do enrolamento |
| Ponto quente estimado do enrolamento | Modelo térmico | Temperatura calculada do ponto quente |
| Temperatura interna direta do enrolamento | Sondas de fibra óptica incorporadas | Temperatura real em pontos internos selecionados |
| Temperatura do enrolamento de transformador a seco | RTD / Pt100 ou sondas de fibra óptica | Temperatura pontual direta integrada ao controlador |
| Medição em enrolamento sob alta tensão / EMI intensa | Sondas de fibra óptica incorporadas | Medição direta eletricamente isolada |
| Inspeção de superfície | Medição infravermelha | Apenas temperatura da superfície acessível |
| Monitoramento de transformador por PLC / SCADA | Modelo térmico, WTI ou saída de instrumento de fibra óptica | Dados integrados de monitoramento |
O que confirmar antes de selecionar um método de medição de temperatura do enrolamento?
- Transformador imerso em óleo ou a seco?
- Transformador novo ou existente?
- É necessária medição direta ou temperatura calculada?
- Temperatura média do enrolamento ou temperatura de um ponto quente selecionado?
- Quantos locais do enrolamento precisam de monitoramento?
- O sensor é instalado durante a fabricação do transformador?
- É necessária isolação elétrica?
- Há EMI intensa?
- Qual o tamanho de sonda necessário?
- Qual o comprimento de fibra / cabo necessário?
- Quantos canais de monitoramento são necessários?
- É necessário visor local?
- É necessário RS485 / Modbus?
- É necessária saída de 4–20 mA?
- É necessário relé de alarme?
- É necessário controle de resfriamento?
- É necessária integração com PLC / SCADA?
Limites de cada método de temperatura do enrolamento
"Um indicador de temperatura de enrolamento mede diretamente o condutor do enrolamento." Sistemas WTI tradicionais frequentemente simulam ou estimam a temperatura do enrolamento, em vez de medir diretamente o condutor.
"A temperatura do óleo no topo é igual à temperatura do enrolamento." Elas estão relacionadas, mas representam locais e condições térmicas diferentes.
"A medição de resistência fornece a temperatura do ponto quente do enrolamento." A medição de resistência representa principalmente a temperatura média do enrolamento.
"Câmeras infravermelhas podem medir a temperatura interna do enrolamento." Elas podem medir superfícies acessíveis, mas não conseguem observar diretamente pontos quentes internos do enrolamento através da estrutura do transformador.
"Um sensor de temperatura é suficiente para qualquer transformador." A quantidade e a localização dos pontos de medição dependem do projeto do transformador e dos objetivos do monitoramento.