Sondas de fibra óptica são instaladas em posições do enrolamento onde se esperam temperaturas elevadas ou pontos quentes locais. A localização depende da geometria, do resfriamento, da distribuição de corrente, da isolação e do projeto térmico do transformador. Não existe uma posição universal. A montagem precisa atender aos requisitos mecânicos e elétricos e permitir o encaminhamento das fibras até o instrumento.
Em transformadores imersos em óleo, sondas de fibra óptica são comumente incorporadas ou posicionadas dentro da estrutura do enrolamento durante a fabricação, próximas a locais selecionados de condutores ou pontos quentes do enrolamento. Em transformadores a seco, as sondas podem ser posicionadas em locais selecionados dos enrolamentos ou dentro de estruturas acessíveis do enrolamento, dependendo da construção do transformador.
Na medição pontual de temperatura de fibra óptica baseada em fluorescência, uma única sonda mede um ponto de temperatura definido, e a fibra óptica transporta o sinal para fora do enrolamento até um instrumento de monitoramento. A posição nunca é fixa e universal; é definida pelo projetista ou fabricante do transformador com base no projeto térmico e na estrutura dos enrolamentos.
Onde os sensores de temperatura de fibra óptica normalmente são instalados nos enrolamentos de transformadores?
Locais comuns para sensores de temperatura nos enrolamentos de transformadores podem incluir regiões selecionadas de pontos quentes, locais próximos a condutores que devem operar em temperatura mais alta, regiões superiores dos enrolamentos onde as condições térmicas podem ser mais severas em alguns projetos e posições intermediárias ou inferiores selecionadas onde é necessária verificação térmica. Os sensores também podem ser colocados em locais do enrolamento de alta tensão, do enrolamento de baixa tensão ou em seções específicas identificadas por cálculos térmicos ou experiência de projeto.
Em muitos projetos de transformadores, as regiões superiores dos enrolamentos podem ser importantes pela interação entre perdas, fluxo de óleo e resfriamento, mas o local real do ponto quente varia conforme o projeto do enrolamento e do resfriamento. Não existe uma única posição aplicável a todos os transformadores; portanto, o posicionamento deve sempre se basear no projeto térmico específico, e não em uma regra genérica.
Por que o sensor geralmente fica próximo de um ponto quente do enrolamento?
Um dos principais benefícios da medição direta da temperatura do enrolamento é captar a temperatura física real em uma região selecionada onde se prevê um ponto quente, em vez de um valor estimado. A localização do ponto quente do enrolamento é influenciada pela densidade de corrente, pelas perdas nos condutores, pelas perdas dispersas, pela eficácia do resfriamento, pela circulação do óleo, pela geometria do enrolamento e pela estrutura de isolação.
Por isso, o local do sensor deve representar um ponto de medição termicamente relevante, e não apenas um local de fácil acesso. Selecionar um ponto de medição correspondente ao comportamento térmico esperado do transformador torna a medição útil para monitorar pontos quentes do enrolamento.
Os sensores são sempre instalados no topo do enrolamento?
Não. Em alguns projetos de transformadores, a região superior do enrolamento pode ser uma área importante de temperatura, mas o ponto quente não fica universalmente fixado no topo. O local real depende do tipo de enrolamento, do fluxo de óleo, dos dutos de resfriamento, do arranjo dos condutores, da distribuição da carga e do método de resfriamento do transformador.
Alguns fabricantes de transformadores, portanto, posicionam sondas em várias alturas do enrolamento em vez de depender de um único ponto de medição superior, permitindo observar a distribuição de temperatura ao longo do enrolamento em vez de presumi-la.
Os sensores devem ser instalados no enrolamento de alta tensão, de baixa tensão ou em ambos?
Depende do projeto do transformador e dos objetivos do monitoramento. Um sistema de monitoramento pode abranger o enrolamento de alta tensão, o de baixa tensão, ambos, fases selecionadas ou seções selecionadas dos enrolamentos, dependendo do comportamento térmico calculado, da corrente nos enrolamentos, da geometria dos condutores, das condições de resfriamento, da potência nominal do transformador e do objetivo do monitoramento.
Não existe uma regra geral segundo a qual o enrolamento de alta tensão ou o de baixa tensão seja sempre mais quente; isso varia conforme o projeto do transformador, e a decisão deve seguir a análise térmica específica daquela unidade.
Por que são usadas várias posições de sensores?
Um único ponto de temperatura não pode representar a condição de um enrolamento inteiro. Vários pontos de medição são usados para abranger fases diferentes, alturas diferentes do enrolamento, locais de enrolamentos de alta e baixa tensão, zonas térmicas diferentes e locais selecionados de pontos quentes identificados durante o projeto do transformador.
Essa é a base do monitoramento multiponto de temperatura, em que cada sonda pontual de fibra óptica normalmente corresponde a um canal de medição no instrumento multicanal de monitoramento de temperatura, permitindo observar vários locais dos enrolamentos ao mesmo tempo.
Locais típicos de sensores de fibra óptica em um transformador
| Área de medição | Por que pode ser monitorada | Critério de seleção |
|---|---|---|
| Região superior do enrolamento | Possível região de alta temperatura em alguns projetos | Projeto de resfriamento e do enrolamento |
| Região intermediária do enrolamento | Verificação do perfil de temperatura | Geometria do enrolamento e fluxo de óleo |
| Região inferior do enrolamento | Monitoramento da distribuição térmica | Trajeto de resfriamento e estrutura do enrolamento |
| Enrolamento de alta tensão | Ponto selecionado de monitoramento elétrico / térmico | Projeto térmico do transformador |
| Enrolamento de baixa tensão | Ponto selecionado de monitoramento térmico | Corrente e construção do enrolamento |
| Fases diferentes | Comparar o comportamento térmico das fases | Arranjo das fases do transformador |
| Várias seções do enrolamento | Construir um perfil térmico mais completo | Canais de monitoramento disponíveis |
Esses são locais possíveis de medição, e não posições obrigatórias de sensores para todos os transformadores.
Onde fica a ponta da sonda?
A ponta sensora geralmente precisa ficar próxima ao local selecionado para medição no enrolamento. Dependendo do projeto do transformador, isso pode ser entre condutores do enrolamento e estruturas de isolação, dentro de um espaçador ou canal destinado ao sensor, junto a um condutor selecionado ou em um local projetado para medição no enrolamento.
As distâncias específicas de montagem, os métodos de prensagem e as distâncias de isolação são determinados pelo fabricante do transformador como parte do projeto do enrolamento. A própria fibra óptica segue para fora do ponto de medição por um trajeto protegido projetado para a estrutura do enrolamento, assunto abordado em mais detalhes em como escolher o comprimento de fibra adequado para um sensor de temperatura de fibra óptica.
Quando são instalados os sensores de fibra óptica nos enrolamentos de transformadores?
Em aplicações de enrolamentos de transformadores imersos em óleo, as sondas geralmente são integradas durante a fabricação do transformador ou a montagem dos enrolamentos. Depois que o enrolamento está concluído, a isolação montada e o tanque fechado, o acesso interno ao enrolamento é extremamente limitado.
Por isso, os locais dos sensores e o trajeto das fibras normalmente são planejados na etapa de projeto e fabricação do transformador, em vez de decididos posteriormente em campo.
É possível adicionar sensores de fibra óptica a um transformador existente?
Isso depende do que será medido. Para medição da temperatura interna do enrolamento, geralmente não é possível simplesmente acrescentar sensores ao enrolamento de um transformador imerso em óleo já concluído, porque o posicionamento de sensores internos exige acesso físico à estrutura do enrolamento durante a montagem.
Por outro lado, a modernização do monitoramento de transformadores pode abranger pontos de temperatura acessíveis, como óleo no topo ou outras temperaturas acessíveis do equipamento. O monitoramento de pontos acessíveis em uma modernização não deve ser confundido com a medição interna incorporada ao enrolamento, planejada na etapa de fabricação.
Posicionamento de sensores em transformadores imersos em óleo
Em transformadores imersos em óleo, a sonda sensora deve ficar em locais selecionados durante o projeto térmico, considerando os dutos de resfriamento dos enrolamentos e o fluxo de óleo, enquanto a fibra óptica segue até uma passagem adequada do transformador e depois até o instrumento externo de monitoramento.
Essa abordagem de medição direta de temperatura do enrolamento é descrita em mais detalhes em como a temperatura do enrolamento de um transformador é medida, e a aplicação geral é abordada na página de monitoramento de temperatura de transformadores .
Posicionamento de sensores em transformadores a seco
Transformadores a seco não são idênticos aos imersos em óleo quanto ao posicionamento dos sensores. Dependendo da estrutura do transformador, as sondas podem ficar em um enrolamento de fase, na superfície da bobina, em uma região interna do enrolamento, em um condutor ou seção de enrolamento selecionados ou próximas à posição do controlador de temperatura.
Sondas de fibra óptica podem ficar em locais selecionados dos enrolamentos onde a medição óptica direta, a isolação elétrica ou a resistência à interferência eletromagnética sejam úteis. Sensores Pt100 são comumente usados em muitos sistemas de controle de temperatura de transformadores a seco, enquanto sensores de fibra óptica podem ser considerados quando se exige medição óptica direta, isolação elétrica ou condições especiais de medição em alta tensão.
Quantos sensores de fibra óptica são necessários nos enrolamentos de transformadores?
A quantidade necessária de sensores depende da quantidade de fases, da quantidade de enrolamentos monitorados, da quantidade de alturas de interesse nos enrolamentos, do objetivo do monitoramento, do tamanho do transformador, do projeto térmico e dos canais de monitoramento disponíveis.
Sistemas de fibra óptica para transformadores imersos em óleo frequentemente usam configurações multicanal como 6, 8, 9, 12 ou 16 canais, enquanto o monitoramento de fibra óptica de transformadores a seco pode usar comumente 3, 4, 6 ou 7 canais. Essas são configurações comuns de sistema, e não quantidades obrigatórias de sondas; a quantidade real de sensores deve corresponder aos pontos de medição definidos para o transformador específico.
Cada sensor precisa de seu próprio canal de monitoramento?
Sim. Em um sistema de monitoramento pontual de temperatura de fibra óptica, cada sonda sensora ativa normalmente usa um canal de medição. Por exemplo, seis pontos selecionados de medição nos enrolamentos exigem seis canais ativos de sensores no instrumento de monitoramento.
Se houver previsão de expansão futura, um instrumento de monitoramento com maior capacidade de canais pode ser selecionado antecipadamente. O planejamento de canais é abordado em mais detalhes em quantos canais são necessários para monitoramento de temperatura de fibra óptica.
Como o projeto do transformador afeta o posicionamento dos sensores?
O posicionamento dos sensores é diretamente influenciado por vários aspectos do projeto do transformador, incluindo:
- Geometria do enrolamento
- Construção do enrolamento em discos, camadas ou folhas
- Dutos de resfriamento e direção do fluxo de óleo
- Projeto de isolação
- Arranjo dos condutores
- Localização dos enrolamentos de alta / baixa tensão
- Arranjo das fases
- Distribuição térmica esperada
O posicionamento dos sensores deve seguir o projeto térmico do transformador, e não um diagrama genérico aplicado a todas as unidades.
Medição direta e temperatura estimada do enrolamento
| Método | O que representa | Uso típico |
|---|---|---|
| Sensor de fibra óptica incorporado | Temperatura real em um ponto físico selecionado do enrolamento | Monitoramento direto da temperatura do enrolamento |
| Indicador de temperatura de enrolamento | Temperatura calculada / simulada do enrolamento baseada na temperatura do óleo e na carga, dependendo do projeto do sistema | Monitoramento tradicional de transformadores |
| Método da resistência | Temperatura média do enrolamento | Ensaios de transformadores |
| Sensor de temperatura do óleo | Temperatura do óleo do transformador | Monitoramento térmico do óleo |
Uma sonda de fibra óptica mede a temperatura no ponto exato de medição selecionado. Ela não representa a temperatura média de todo o enrolamento e não informa automaticamente a temperatura máxima em todos os locais do enrolamento.
O que caracteriza um bom ponto de medição de temperatura do enrolamento?
Um bom ponto de medição de temperatura deve representar um local termicamente importante do enrolamento, corresponder à análise térmica ou à experiência de projeto do transformador, ser mecanicamente adequado à integração do sensor, permitir um trajeto protegido da fibra e fornecer informações úteis de temperatura para o monitoramento contínuo.
Limites de posicionamento e cobertura
1. Presumir que todos os transformadores têm o mesmo local de ponto quente. A posição do ponto quente varia conforme o projeto do enrolamento e do resfriamento e, portanto, não deve ser copiada de outro projeto.
2. Colocar o sensor apenas onde a instalação é mais fácil. Um local conveniente nem sempre representa um ponto termicamente relevante.
3. Usar um ponto de medição para representar todos os enrolamentos e fases. Um único sensor não pode descrever a condição do transformador inteiro.
4. Selecionar locais de sondas sem considerar o trajeto da fibra. O ponto de medição também precisa permitir um caminho prático e protegido até a passagem.
5. Escolher a quantidade de sensores antes de definir os pontos necessários de medição nos enrolamentos. A quantidade de canais deve seguir o plano de medição, e não o contrário.
Quais informações são necessárias antes de selecionar as posições dos sensores?
- Tipo de transformador
- Imerso em óleo ou a seco
- Potência nominal do transformador
- Quantidade de fases
- Estrutura dos enrolamentos de alta / baixa tensão
- Construção dos enrolamentos
- Região esperada do ponto quente
- Quantidade de pontos de medição
- Alturas de medição
- Quantidade de sondas
- Trajeto da fibra
- Comprimento da fibra
- Localização da passagem
- Localização do instrumento de monitoramento
- Quantidade de canais necessária
- Saída de comunicação necessária