Detectores e indicadores de temperatura de enrolamentos são usados em transformadores, motores e geradores, mas o termo não identifica uma única construção. Dependendo do equipamento, podem ser utilizados RTDs embutidos, WTI com imagem térmica ou sondas de fibra óptica em posições escolhidas. Cada solução mede ou estima uma grandeza diferente; a interpretação da leitura deve acompanhar o princípio e o local de medição.
Dependendo da aplicação, a temperatura do enrolamento pode ser medida diretamente em um ponto físico ou estimada indiretamente a partir de outras grandezas térmicas e elétricas. A leitura deve, portanto, ser identificada como uma temperatura pontual medida ou como uma estimativa.
O que é um detector de temperatura do enrolamento?
Os enrolamentos geram calor devido a perdas elétricas. A corrente que flui através dos condutores produz aquecimento resistivo, e o calor deve ser transportado pelo sistema de resfriamento do equipamento. O monitoramento de temperatura é utilizado para observar a condição térmica resultante do enrolamento.
Um detector de temperatura do enrolamento é o dispositivo de detecção ou monitoramento que fornece essas informações. Na prática pode ser um sensor incorporado, um dispositivo de indicação de temperatura, um dispositivo de simulação térmica ou uma sonda óptica direta. “Detector” não significa necessariamente o mesmo hardware em todas as aplicações, e uma especificação que o solicite deve ser lida juntamente com o tipo de equipamento e o objetivo da medição.
Detector de temperatura do enrolamento vs sensor vs indicador
Os três termos são frequentemente usados como se fossem intercambiáveis. Eles descrevem diferentes níveis da cadeia de medição.
Detector de temperatura do enrolamento
Este é o termo mais amplo. Refere-se a um arranjo de detecção ou monitoramento usado para detectar, obter ou determinar a temperatura do enrolamento. O arranjo pode consistir em um elemento sensor e um instrumento, ou em um dispositivo que calcula o valor a partir de outras entradas.
Sensor de temperatura do enrolamento
Um sensor de temperatura do enrolamento geralmente significa o elemento sensor real. Os exemplos incluem um RTD, um termistor, um termopar ou uma sonda de fibra óptica. O sensor produz um sinal que depende da temperatura em sua localização.
Indicador de temperatura do enrolamento
Um indicador de temperatura do enrolamento normalmente é um instrumento que exibe, simula, calcula ou processa um valor de temperatura do enrolamento. Em transformadores imersos em óleo, um WTI normalmente utiliza a temperatura superior do óleo juntamente com um efeito de aquecimento relacionado à carga ou simulação térmica para representar a temperatura do enrolamento. Não é correto supor que um sensor WTI seja sempre instalado diretamente no enrolamento.
Alguns indicadores também fornecem saídas de alarme ou controle, portanto um indicador não é apenas um display. As saídas de alarme e controle dependem do indicador selecionado.
Por que a temperatura do enrolamento é monitorada?
A temperatura do enrolamento é influenciada pela carga elétrica, perdas, desempenho de refrigeração, condições ambientais e condições térmicas locais dentro do equipamento. O monitoramento fornece informações sobre como esses fatores se combinam durante a operação.
As informações podem ser usadas para observar a tensão térmica do isolamento, detectar tendências de superaquecimento, verificar o desempenho de resfriamento e compreender o comportamento da carga. Uma leitura de temperatura não é um veredicto por si só. Os valores aceitáveis e as configurações de alarme dependem do projeto do equipamento, do sistema de isolamento e das especificações aplicáveis, portanto devem vir da documentação do equipamento e não de números gerais.
Detectores de temperatura de enrolamento RTD
RTD significa detector de temperatura de resistência. Designações comuns como Pt100 e PT1000 referem-se à resistência nominal do elemento a uma temperatura de referência. Um RTD mede a temperatura através de uma mudança previsível na resistência elétrica, que o instrumento conectado converte em um valor de temperatura.
Quando um RTD é incorporado ou instalado em um local enrolado, ele mede a temperatura próxima a esse local. Sensores de temperatura de enrolamento RTD são comuns em enrolamentos de estator de motor e enrolamentos de estator de gerador, e também são usados em equipamentos elétricos do tipo seco e arranjos de transformadores selecionados. Eles não são usados em todos os enrolamentos do transformador e não deve ser assumido que um determinado transformador possua um.
Vantagens e Considerações sobre Seleção
Os RTDs oferecem diversas vantagens práticas:
- Medição direta no local instalado
- Uma tecnologia industrial bem estabelecida
- Adequação para monitoramento contínuo
- Fácil integração com muitos instrumentos convencionais
As considerações de seleção decorrem do fato de o sensor ser elétrico. Um RTD precisa de fiação condutora, portanto, o isolamento elétrico, o roteamento dos condutores, o espaço de instalação e o ambiente eletromagnético devem ser considerados. Em aplicações de alta tensão, os requisitos de isolamento elétrico e fiação devem ser tratados com cuidado. Isso não exclui RTDs, e muitas máquinas de alta tensão os utilizam com sucesso.
Indicador de temperatura do enrolamento do transformador (WTI)
Em arranjos WTI tradicionais ou comuns para transformadores imersos em óleo, o sensor geralmente não é colocado no enrolamento do condutor. O dispositivo mede a temperatura do topo do óleo e adiciona uma simulação térmica dependente da carga, muitas vezes derivada da corrente de carga, para representar a temperatura do enrolamento ou o comportamento do ponto quente do enrolamento.
Nem todo WTI é construído da mesma maneira e os detalhes diferem entre fabricantes e projetos de transformadores. O princípio geral, entretanto, é que o valor exibido seja uma representação calculada ou simulada com base em dados medidos e suposições do modelo. Esta é uma abordagem legítima e amplamente utilizada, e é adequada para funções de indicação, alarme e controle de resfriamento em transformadores que não possuem sensores de enrolamento internos.
Um WTI mede diretamente a temperatura do enrolamento do transformador?
Não necessariamente. Os arranjos tradicionais de transformadores WTI geralmente fornecem uma temperatura de enrolamento indireta ou simulada com base na temperatura do topo do óleo e na carga do transformador. O resultado é uma indicação térmica útil, mas não é uma leitura de um sensor no condutor do enrolamento.
Uma comparação completa das duas abordagens está disponível em nosso artigo sobre transformador WTI vs sensor de temperatura de fibra óptica , portanto, não é repetido aqui.
Detectores de temperatura de enrolamento de 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 e a temperatura é medida nessa ponta. Uma fibra óptica transporta os sinais ópticos de excitação e retorno entre o ponto de detecção e um instrumento compatível, que converte o sinal em um valor de temperatura.
Para transformadores imersos em óleo, um sensor de temperatura do enrolamento de fibra óptica permite a medição direta da temperatura em posições de enrolamento selecionadas quando a sonda é incorporada ao transformador durante a fabricação.
Limites de detecção de ponto
O princípio de medição estabelece limites claros que devem ser entendidos na fase de especificação:
- Uma sonda corresponde a um ponto de medição física definido.
- Múltiplas sondas fornecem vários pontos independentes de temperatura do enrolamento.
- A fibra transporta o sinal, mas não mede a temperatura ao longo de seu comprimento. Esta é uma detecção pontual, não uma detecção de temperatura distribuída.
- Uma ponta de prova não monitora todo o enrolamento.
- O sistema não localiza automaticamente pontos quentes desconhecidos. Onde os pontos quentes são de interesse, as sondas são colocadas em locais de enrolamento termicamente críticos selecionados ou previamente identificados.
Características das sondas de fibra óptica
- Medição de ponto direto na ponta de detecção
- Isolamento elétrico do caminho de detecção óptica
- Alta resistência à interferência eletromagnética
- Geometria da sonda de detecção pequena
- Monitoramento multiponto usando diversas pontas de prova independentes
Estas são características do método de detecção. A adequação de uma sonda a um enrolamento específico depende do projeto, dos locais de medição acessíveis e da maneira como a fibra pode ser roteada para fora do equipamento.
Detecção de temperatura de enrolamento RTD vs WTI vs fibra óptica
A tabela compara as três abordagens de acordo com a forma como funcionam e onde são comumente usadas. É uma comparação neutra e cada entrada reflete características gerais que variam de acordo com o produto e a instalação específicos.
| Método | Princípio de Medição | Direto ou Indireto | Aplicação Típica | Sinal Elétrico no Ponto de Medição | Consideração da Seleção Principal |
|---|---|---|---|---|---|
| IDT | A resistência elétrica muda com a temperatura | Direto, no local de instalação | Enrolamentos de estator de motor e gerador, equipamento tipo seco, arranjos de transformadores selecionados | Sim, a fiação condutora vai até o elemento sensor | Fiação, isolamento e roteamento no ambiente elétrico |
| Transformador WTI | Temperatura do óleo superior mais uma simulação térmica relacionada à carga | Indireto, calculado ou simulado | Indicação de transformador imerso em óleo, alarme e arranjos de controle | Não aplicável, pois nenhum sensor é colocado no condutor do enrolamento em arranjos tradicionais | Se a indicação calculada é suficiente ou se os dados medidos no enrolamento são necessários |
| Sensor de ponto de fibra óptica | Sinal óptico da ponta de detecção, como comportamento de fluorescência | Direto, no local da ponta de detecção | Enrolamentos de transformadores, motores e geradores, incluindo condições de alta tensão ou campo forte | Não, o caminho do sinal no ponto de medição é óptico | Posicionamento da sonda, roteamento de fibra e canais de instrumentos compatíveis |
Detecção de temperatura de enrolamento direta versus indireta
Na medição direta, um sensor mede fisicamente a temperatura em um local selecionado. Um RTD instalado em um ponto escolhido e uma sonda de fibra óptica instalada em um ponto escolhido são exemplos. A leitura descreve esse ponto.
Na determinação indireta, a temperatura do enrolamento é derivada de outras grandezas, como temperatura do topo do óleo, corrente de carga, modelo térmico ou simulação térmica. Um transformador tradicional WTI é o exemplo padrão. A leitura descreve a condição calculada do enrolamento, com base no modelo.
Direto não significa automaticamente mais apropriado em todas as aplicações. Os métodos indiretos são simples, estabelecidos e estão disponíveis sem acesso interno ao enrolamento, e os métodos diretos fornecem dados medidos em locais escolhidos. Eles atendem a diferentes finalidades de engenharia e a escolha depende do que o projeto precisa saber. A temperatura do enrolamento também pode ser avaliada como um valor absoluto ou como um aumento de temperatura em relação a uma referência apropriada, conforme explicado em nosso artigo sobre aumento de temperatura do transformador .
Detectores de temperatura de enrolamentos em transformadores
Em transformadores imersos em óleo, o acesso ao enrolamento interno após a fabricação é difícil. Portanto, sondas internas diretas normalmente precisam ser planejadas durante o projeto e a fabricação. Os arranjos WTI e as medições do top oil são amplamente utilizados como arranjos de monitoramento externo, porque não exigem acesso ao enrolamento.
Quando sondas de fibra óptica são integradas ao transformador, elas podem fornecer medições diretas em posições de enrolamento selecionadas. A temperatura sustentada do enrolamento e do ponto quente contribui para o estresse térmico no isolamento, uma relação abordada em nosso artigo sobre envelhecimento do transformador .
Para conhecer a variedade de abordagens de medição disponíveis em transformadores, consulte nossa página sobre monitoramento de temperatura do transformador . Os métodos individuais, incluindo como cada um deles é aplicado, são comparados no artigo sobre como a temperatura do enrolamento do transformador é medida .
Detectores de temperatura de enrolamentos em motores e geradores
Motores e geradores geralmente monitoram a temperatura do enrolamento do estator em locais incorporados selecionados. A temperatura do rolamento é monitorada separadamente e tem uma finalidade diferente. Os dois não devem ser confundidos, uma vez que a temperatura do rolamento não descreve a condição do enrolamento.
Os RTDs são amplamente utilizados para monitoramento de enrolamentos de estator em motores e geradores. Sensores de fibra óptica podem ser considerados onde o isolamento elétrico, um ambiente eletromagnético forte, condições de alta tensão ou condições de teste especiais tornem a detecção óptica útil. Nesse caso, uma sonda de temperatura de fibra óptica do enrolamento do motor é instalada com sua ponta de detecção no local do enrolamento selecionado.
Esta seção descreve como a detecção de temperatura do enrolamento é implementada em motores e geradores. Ele não compara detalhadamente todos os tipos de sensores de motor, pois essa é uma questão separada. Para um contexto de aplicação mais amplo, consulte monitoramento de temperatura de motores e geradores .
Indicador de temperatura do enrolamento vs detector de temperatura do enrolamento
Os usuários que procuram um termo geralmente querem dizer o outro. Um detector é o termo mais amplo e pode se referir ao método real de detecção ou detecção, seja um sensor em um local físico ou um cálculo de outras quantidades. Um indicador geralmente enfatiza a exibição, indicação, processamento ou simulação de um valor de temperatura do enrolamento.
Nos transformadores, o WTI tem um contexto específico da indústria e geralmente se refere ao arranjo baseado em óleo e carga descrito acima. Nem todo indicador de temperatura do enrolamento é apenas um display, pois alguns incluem funções de alarme ou controle. Os resultados específicos dependem do produto e não são abordados aqui.
Onde está instalado um detector de temperatura do enrolamento?
Enrolamentos do Transformador
As sondas diretas precisam de locais físicos selecionados dentro do enrolamento. Esses locais são acordados durante o projeto e a fabricação, quando o enrolamento estiver acessível. Uma sonda informa a temperatura em sua própria posição e em nenhuma outra.
Enrolamentos do estator do motor e do gerador
Sensores embarcados podem ser posicionados enquanto o enrolamento está sendo feito. As posições dependem do projeto da máquina e do objetivo de monitoramento.
Arranjos Externos ou Indiretos
Um arranjo WTI ou top-oil não pode envolver nenhum sensor embutido no enrolamento. A medição é feita no óleo e dele deriva o valor do enrolamento. As posições exatas, os números das camadas ou as distâncias não são fixados por nenhuma regra geral e devem provir do projeto do equipamento e dos dados de engenharia.
Monitoramento de múltiplos pontos de temperatura do enrolamento
Se for necessário monitorar vários locais físicos independentes, serão necessários vários pontos de detecção. Para detecção de ponto de fibra óptica fluorescente, um ponto corresponde a uma sonda e um canal ativo compatível no instrumento.
Por exemplo, três pontos independentes normalmente precisariam de três pontas de prova e pelo menos três canais ativos compatíveis. Esta é apenas uma ilustração e não uma regra de design universal. O número de pontos depende do equipamento e do objetivo do monitoramento. Várias sondas fornecem diversas medições de pontos independentes e não formam um perfil de temperatura distribuído.
Como escolher um detector de temperatura do enrolamento
Trabalhar os seguintes pontos em ordem ajuda a restringir as opções:
- Tipo de equipamento: transformador, motor ou gerador.
- Objetivo da medição: para que serão usados os dados de temperatura.
- Medição direta ou indicação: se os dados medidos no enrolamento são necessários ou se uma indicação calculada é suficiente.
- Faixa de temperatura esperada: confirmada na documentação do sensor ou instrumento.
- Ambiente de tensão elétrica: as demandas de isolamento e isolamento no ponto de medição.
- Ambiente eletromagnético: o efeito de campos fortes na fiação e nos sinais.
- Número de pontos de medição: cada local independente precisa de seu próprio sensor.
- Acesso à instalação: se o enrolamento pode ser alcançado durante a fabricação ou manutenção.
- Espaço disponível: o espaço para o sensor no ponto pretendido.
- Fiação ou roteamento de fibra: como a conexão sai do equipamento.
- Canais de monitoramento necessários: canais compatíveis suficientes para todos os pontos.
- Requisitos de integração: a interface do sistema de monitoramento ou controle existente.
- Equipamento novo ou modernização: qual dos dois se aplica.
Novo equipamento vs instalação de retrofit
Em um novo transformador, motor ou gerador, sensores embarcados podem ser planejados durante a fabricação. Os pontos de medição podem ser acordados com o projetista, os sensores colocados enquanto o enrolamento estiver acessível e o roteamento dos fios ou fibras embutidos na construção.
Em equipamentos existentes, o acesso ao enrolamento interno pode ser restrito. Não se pode presumir que sensores internos diretos de fibra óptica sempre possam ser adaptados. A viabilidade depende do acesso físico, do projeto do equipamento e do escopo da manutenção, e cada caso necessita de uma revisão de engenharia.
Limites de leitura de temperatura do enrolamento
"Um WTI sempre mede o enrolamento diretamente."
Não necessariamente. Os arranjos tradicionais de transformadores WTI geralmente derivam o valor do enrolamento da temperatura e da carga do óleo superior, de modo que o resultado é calculado ou simulado e não lido a partir de um sensor no condutor.
"Um detector mede todo o enrolamento."
Os sensores pontuais medem apenas os locais onde estão instalados. A cobertura de um enrolamento requer sensores suficientes em posições adequadas.
"A temperatura do topo do óleo é a temperatura do enrolamento."
São grandezas de medição diferentes. Sob carga, o enrolamento é geralmente mais quente que o óleo ao seu redor, e a diferença muda com a carga e o resfriamento.
"Várias sondas de fibra óptica são DTS."
Eles não são. Várias sondas ainda fornecem diversas medições de pontos independentes e nenhum perfil contínuo ao longo da fibra é produzido.
"O mesmo arranjo de detector se adapta a todos os transformadores e motores."
O projeto do equipamento e o objetivo de medição diferem entre as aplicações, portanto o arranjo deve ser escolhido para cada caso.
Conclusão
Um detector de temperatura de enrolamento não é uma tecnologia de sensor único. Dependendo do equipamento, a temperatura do enrolamento pode ser medida diretamente por meio de RTDs ou sondas de fibra óptica, ou representada indiretamente por dispositivos como um transformador WTI.
Os RTDs são uma forma estabelecida de detecção elétrica direta em locais instalados. Um WTI é uma abordagem de indicação e simulação térmica orientada para transformadores. Sensores de fibra óptica fornecem medição pontual direta por meio de um caminho de detecção opticamente isolado. Nenhum dos três é o melhor em todos os casos.
O método apropriado depende do equipamento, ponto de medição, ambiente elétrico e se o projeto requer dados diretos de temperatura ou indicação térmica indireta.
Se o seu projeto exigir medição direta da temperatura do enrolamento, o INNO pode ajudar a revisar os locais de detecção, configuração da sonda, roteamento de fibra e requisitos de canal.
Discuta seu projeto de monitoramento de temperatura do enrolamento