Transformadores a óleo e a seco apresentam requisitos diferentes para medir a temperatura. Seus sistemas isolantes, métodos de resfriamento e construções de enrolamento não são iguais. Portanto, posições de medição e formas de avaliação não podem ser transferidas sem adaptação entre os tipos. A escolha deve considerar o contato térmico, os materiais ao redor da sonda e a informação necessária em ensaios e operação.
Transformadores imersos em óleo normalmente monitoram temperaturas como a do óleo no topo e a do enrolamento ou de seu ponto quente. A temperatura do enrolamento pode ser estimada por um indicador de temperatura de enrolamento ou modelo térmico, ou medida diretamente em pontos internos selecionados usando sondas de temperatura de fibra óptica incorporadas. Transformadores a seco não usam óleo isolante; portanto, o monitoramento de temperatura se concentra principalmente nos enrolamentos, bobinas, núcleo ou outras temperaturas selecionadas do equipamento. Sensores Pt100 / RTD são comumente usados em sistemas de controle de temperatura de transformadores a seco, enquanto sensores de temperatura de fibra óptica podem ser usados quando se exige medição óptica direta, isolação elétrica ou medição em alta tensão / resistência à interferência eletromagnética.
Em resumo: transformadores imersos em óleo precisam monitorar a condição térmica tanto do óleo quanto dos enrolamentos, enquanto transformadores a seco se concentram principalmente nas temperaturas dos enrolamentos e bobinas porque não há óleo isolante. O método correto depende do que realmente precisa ser medido — temperatura do óleo, temperatura média do enrolamento, ponto quente estimado ou temperatura real em um ponto físico selecionado do enrolamento.
Quais temperaturas são medidas em um transformador imerso em óleo?
Um transformador imerso em óleo comumente monitora a temperatura do óleo no topo, temperaturas selecionadas do óleo quando necessário, temperatura do enrolamento, temperatura do ponto quente do enrolamento e temperatura interna direta do enrolamento quando são usados sensores incorporados.
A temperatura do óleo não é igual à temperatura do enrolamento. O condutor do enrolamento pode operar em temperatura diferente da do óleo ao redor, dependendo da carga, do resfriamento e do projeto do enrolamento; portanto, as duas grandezas geralmente são acompanhadas separadamente, em vez de tratadas como um único valor.
Quais temperaturas são medidas em um transformador a seco?
Transformadores a seco não contêm óleo isolante; portanto, o monitoramento se concentra na temperatura do enrolamento, da bobina, dos enrolamentos de fase e em temperaturas selecionadas do núcleo ou da estrutura, quando necessário.
Esses transformadores geralmente usam sensores Pt100 / RTD conectados a um controlador de temperatura para transformadores a seco. Sondas de fibra óptica também podem ser usadas em pontos selecionados de medição direta nos enrolamentos, embora nem toda instalação de transformador a seco precise delas.
Visão geral da medição de temperatura em transformadores imersos em óleo e a seco
| Item | Transformador imerso em óleo | Transformador a seco |
|---|---|---|
| Meio principal de resfriamento | Óleo / óleo e sistema externo de resfriamento | Ar / ventilação natural ou forçada, conforme o projeto |
| Principais alvos de temperatura | Óleo e enrolamento | Principalmente enrolamento / bobina |
| Medição da temperatura do óleo | Sim | Não aplicável |
| Medição comum do enrolamento | WTI / estimativa térmica / sensores diretos | Pt100 / RTD / sensores diretos |
| Medição interna direta | Possível com sondas de fibra óptica incorporadas | Fibra óptica / RTD, conforme o projeto |
| Controlador típico | Instrumento de monitoramento de transformador / WTI / OTI | Controlador de temperatura para transformador a seco |
| Instalação do sensor | Frequentemente planejada durante a fabricação do transformador | Depende do projeto do enrolamento / bobina e do controlador |
| Monitoramento multiponto | Disponível | Disponível |
Os arranjos reais de sensores dependem do projeto do transformador e dos objetivos do monitoramento.
Como a temperatura do óleo é medida em um transformador imerso em óleo?
A temperatura do óleo no topo é comumente medida usando um sensor de temperatura ou indicador de temperatura do óleo posicionado para representar a temperatura do óleo próximo à parte superior do transformador. Esse valor pode ser usado para indicação de temperatura, alarmes, controle de resfriamento e monitoramento geral do transformador.
A temperatura do óleo não equivale diretamente à temperatura do condutor mais quente do enrolamento. Ela fornece informações úteis sobre a condição térmica geral do transformador, mas a temperatura do enrolamento precisa ser avaliada separadamente.
Como a temperatura do enrolamento é medida em um transformador imerso em óleo?
A temperatura do enrolamento de transformadores imersos em óleo geralmente é abordada por uma de três formas:
Indicador de temperatura de enrolamento. Um WTI geralmente estima ou simula a temperatura do enrolamento usando a temperatura do óleo mais a compensação de aquecimento relacionada à corrente de carga, dependendo do projeto do instrumento. Ele não mede diretamente o condutor do enrolamento.
Modelo térmico. Com base na carga, na temperatura do óleo e nas características térmicas do transformador, um modelo térmico é usado para produzir um valor estimado da temperatura do enrolamento ou do ponto quente.
Sensor de temperatura de fibra óptica incorporado. Uma sonda incorporada mede diretamente a temperatura real no ponto físico selecionado do enrolamento, em vez de um valor estimado ou simulado.
Como a temperatura do enrolamento é medida em um transformador a seco?
Sensores Pt100 / RTD são comumente colocados em locais selecionados do enrolamento ou da bobina e conectados a um controlador de temperatura. Dependendo do modelo, o controlador pode ser usado para exibição, alarme, controle de ventiladores, saída de desligamento ou comunicação.
Sondas de fibra óptica podem ser usadas para medição direta nos enrolamentos, locais de alta tensão, ambientes de campos eletromagnéticos intensos ou aplicações em que se prefere medição eletricamente isolada. Pt100 continua sendo uma opção prática, consolidada e amplamente usada em muitas instalações convencionais de transformadores a seco.
WTI, Pt100 e sensor de temperatura de fibra óptica
| Método | Aplicação típica | O que mede | Característica principal |
|---|---|---|---|
| WTI | Transformador imerso em óleo | Temperatura estimada / simulada do enrolamento | Útil para monitoramento térmico convencional de transformadores |
| Pt100 / RTD | Transformadores a seco e pontos de temperatura acessíveis | Temperatura no local do sensor | Sensor elétrico de temperatura consolidado |
| Sonda de fibra óptica | Aplicações em enrolamentos de transformadores imersos em óleo ou a seco | Temperatura real em um ponto físico selecionado de medição | Isolação elétrica e resistência à interferência eletromagnética |
Medição direta e estimativa de temperatura do enrolamento
Medição direta significa que o sensor está fisicamente localizado em um ponto selecionado do enrolamento. A temperatura estimada é derivada da temperatura do óleo, da corrente de carga, de um modelo térmico e de outros parâmetros do transformador, em vez de uma leitura física direta.
| Tipo de medição | Resultado | Método típico |
|---|---|---|
| Temperatura pontual direta | Temperatura real em um ponto selecionado | Sonda de fibra óptica / sensor incorporado adequado |
| Temperatura estimada do enrolamento | Valor térmico calculado | WTI / modelo térmico |
| Temperatura média do enrolamento | Resultado térmico médio do enrolamento | Método da resistência |
Um sensor direto ainda mede apenas o ponto físico selecionado, e não todos os pontos do enrolamento. Ele não deve ser interpretado como uma leitura automática do local absolutamente mais quente do transformador.
Como o posicionamento dos sensores difere?
Em transformadores imersos em óleo, o posicionamento de sensores pode envolver regiões selecionadas de pontos quentes dos enrolamentos, locais internos incorporados aos enrolamentos, posições de medição no óleo e trajetos até uma passagem. Em transformadores a seco, o posicionamento pode envolver um enrolamento de fase, uma bobina, uma superfície selecionada do enrolamento ou ponto interno e os locais de sensores exigidos pelo controlador de temperatura.
Nenhum dos tipos de transformador usa uma posição fixa de instalação em todos os projetos; o posicionamento deve seguir a estrutura específica dos enrolamentos e do resfriamento. Mais detalhes sobre como esses locais normalmente são selecionados são apresentados em um artigo complementar sobre o posicionamento de sensores de fibra óptica em enrolamentos de transformadores.
Como a instalação dos sensores difere?
Em transformadores imersos em óleo, sondas de fibra óptica incorporadas aos enrolamentos geralmente precisam ser planejadas durante a fabricação ou montagem dos enrolamentos, pois o acesso interno se torna muito limitado depois que o enrolamento e o tanque estão concluídos.
Em transformadores a seco, o arranjo dos sensores também pode ser integrado durante a fabricação, enquanto algumas posições acessíveis de sensores podem ser mais fáceis de manter, dependendo do projeto do transformador. Nos dois casos, a medição interna incorporada deve ser planejada antes da montagem final, em vez de adicionada depois.
Quantos sensores de temperatura são normalmente usados?
A quantidade de sensores depende do tipo de transformador, da quantidade de fases, dos enrolamentos monitorados, das alturas de medição, dos locais de pontos quentes de interesse e do objetivo geral do monitoramento.
Sistemas de fibra óptica para transformadores imersos em óleo frequentemente usam 6, 8, 9, 12 ou 16 canais como padrões comuns de configuração. Controladores de temperatura de fibra óptica para transformadores a seco comumente usam 3, 4, 6 ou 7 canais. Esses são padrões comuns de configuração, e não normas obrigatórias do setor; a quantidade real de sensores deve corresponder aos pontos reais de medição definidos para o transformador específico.
Como o monitoramento multicanal de temperatura difere?
Em transformadores imersos em óleo, o monitoramento multicanal pode abranger vários locais dos enrolamentos, fases, seções de enrolamentos de alta / baixa tensão e diferentes alturas dos enrolamentos. Em transformadores a seco, o monitoramento multicanal pode abranger três fases, vários pontos dos enrolamentos e pontos adicionais de temperatura do equipamento.
Nos dois casos, uma sonda pontual de fibra óptica normalmente usa um canal de medição. Um artigo separado discute como determinar a quantidade necessária de canais para um sistema de monitoramento de temperatura de fibra óptica.
Como o comprimento da fibra difere entre os dois tipos de transformador?
Em transformadores imersos em óleo, a fibra pode seguir um trajeto interno mais longo — do enrolamento, por trajetos internos, até uma passagem e depois até o instrumento externo. Em transformadores a seco, o controlador de monitoramento frequentemente fica mais próximo do enrolamento ou da bobina, dependendo do projeto, embora isso não aconteça em todas as instalações.
Para muitas aplicações em transformadores, 3-5 m é uma referência inicial prática de comprimento de fibra, e configurações típicas de sondas de fibra óptica suportam aproximadamente 0-20 m, dependendo da estrutura da sonda e dos requisitos do projeto. Essa é uma consideração de trajeto, e não uma regra fixa vinculada ao tipo de transformador, e é abordada em mais detalhes em um guia específico sobre a escolha do comprimento da fibra para um sensor de temperatura de fibra óptica.
Como as funções de alarme e controle diferem?
O monitoramento de transformadores imersos em óleo pode interagir com ventiladores de resfriamento, bombas de óleo, alarmes, sistemas de monitoramento de transformadores e integração com PLC / SCADA. Controladores de transformadores a seco podem gerenciar exibição de temperatura, controle de ventiladores, saída de alarme, funções de desligamento e comunicação.
As funções disponíveis dependem do instrumento de monitoramento ou controlador selecionado, e não do tipo de transformador em si. Dependendo do produto, as interfaces podem incluir RS485, Modbus RTU, saídas analógicas ou relés de alarme.
Quando a medição de temperatura de fibra óptica é útil?
Em transformadores imersos em óleo, a medição de fibra óptica é útil para medição direta de pontos quentes dos enrolamentos, medição incorporada aos enrolamentos, ambientes de alta tensão e monitoramento interno multiponto. Em transformadores a seco, é útil para medição direta nos enrolamentos, isolação elétrica, locais de alta tensão nos enrolamentos, ambientes de campos eletromagnéticos intensos e requisitos especiais de monitoramento.
Sensores de fibra óptica complementam, em vez de substituir automaticamente, todos os sensores convencionais de temperatura de transformadores. A escolha depende do que o objetivo do monitoramento realmente exige.
Qual método de medição de temperatura escolher?
Se for necessária a temperatura do óleo, deve-se usar um método adequado de medição de temperatura do óleo. Se uma temperatura convencional estimada do enrolamento for suficiente, um WTI ou modelo térmico pode ser adequado. Se for necessária a temperatura real em um ponto interno selecionado do enrolamento, a medição de fibra óptica incorporada pode ser apropriada.
Para controle convencional dos enrolamentos de transformadores a seco, Pt100 / RTD com um controlador de temperatura é comum. Quando se exige isolação elétrica ou medição óptica direta, a medição de temperatura de fibra óptica pode ser considerada em conjunto com sensores convencionais ou em seu lugar.
Monitoramento de temperatura em transformadores imersos em óleo e a seco por aplicação
| Requisito | Transformador imerso em óleo | Transformador a seco |
|---|---|---|
| Temperatura do óleo | Importante | Não aplicável |
| Temperatura do enrolamento | Importante | Principal alvo de monitoramento |
| Ponto quente estimado | Comumente possível por WTI / modelo | Depende do projeto de monitoramento |
| Medição direta de ponto no enrolamento | Sonda óptica incorporada | Sensor óptico ou de contato adequado |
| Sensor convencional comum | Indicador de óleo / WTI | Pt100 / RTD |
| Medição de fibra óptica | Útil para pontos internos diretos | Útil para medição isolada nos enrolamentos |
| Monitoramento multicanal | Sim | Sim |
Quais informações são necessárias para selecionar um método de monitoramento de temperatura de transformadores?
- Tipo de transformador
- Imerso em óleo ou a seco
- Potência nominal do transformador
- Quantidade de fases
- Estrutura dos enrolamentos
- Pontos de temperatura a medir
- Necessidade de temperatura do óleo
- Necessidade de temperatura do enrolamento
- Medição direta ou estimada
- Quantidade de pontos de medição
- Comprimento da fibra
- Canais necessários
- Localização do instrumento de monitoramento
- Funções de alarme necessárias
- Interface de comunicação necessária
- Requisito de integração com PLC / SCADA
Equívocos comuns sobre medição de temperatura de transformadores
A temperatura do óleo e a temperatura do enrolamento são iguais. Elas representam locais térmicos diferentes, e a temperatura do condutor do enrolamento pode diferir da temperatura do óleo ao redor.
WTI mede diretamente o condutor do enrolamento. Um WTI comumente representa a temperatura simulada ou estimada do enrolamento, dependendo do projeto, e não uma leitura direta do condutor.
Transformadores a seco usam apenas um sensor de temperatura. A quantidade de sensores depende da quantidade de fases e dos pontos de medição necessários.
Uma sonda de fibra óptica mede todo o enrolamento. Uma sonda pontual mede um local físico definido, e não o enrolamento inteiro.
Transformadores imersos em óleo e a seco usam o mesmo arranjo de sensores. Seus objetivos de resfriamento, isolação e medição diferem; portanto, o arranjo de sensores difere conforme essas necessidades.