O transformador de potência é uma máquina complexa que, apesar de estática e de fluxo constante é construída por diversos elementos.
As informações em tempo real sobre o estado de operação do transformador tornaram-se uma necessidade crítica para o controlo e manutenção de transformadores.
Para responder a esta necessidade foram desenvolvidos sistemas de monitorização online que processam dados, fornecidos pelos sensores instalados no transformador, mediante a aplicação de algoritmos matemáticos correspondentes aos modelos de cálculo da IEC 60076 Parte 7 e IEEE C57.
O objectivo destes modelos de cálculo é fornecer informações em tempo real sobre o estado de operação do transformador, associados à importância tanto para os operadores como para o pessoal de manutenção. Os benefícios do sistema centram-se na segurança através da detecção de falhas incipientes e anomalias no funcionamento do transformador reduzindo, significativamente, o risco de falha catastrófica, explosões e incêndios e minimizando a possibilidade de saídas de serviço não programadas e facilitando o planeamento de tarefas de manutenção preditiva.
Os dados necessários são obtidos de forma contínua a partir de diferentes sensores instalados no transformador:
• Sensores de temperatura;
• Temperatura do óleo na parte superior da cuba;
• Temperatura do óleo na parte inferior da cuba;
• Temperatura do óleo do comutador em carga;
• Sensores de corrente no circuito de medida;
• Sensor de temperatura ambiente;
• Posição do comutador em carga;
• Estado do circuito de refrigeração;
• Monitor de humidade e gases dissolvidos no óleo do transformador;
• Sensores capacitivos nas travessias;
• Sensores acústicos de descargas parciais.
As informações fornecidas pelos sistemas de monitorização online e modelos de cálculo são descritas de seguida:
Monitorização da Carga
A corrente de carga é medida através de sensores de corrente do tipo split core colocados no armário de comando do transformador e do lado secundário dos transformadores de corrente, instalados nas travessias.
A monitorização da carga permite obter:
• O tempo restante que o transformador pode operar no estado actual;
• A carga máxima de operação em segurança.
O tempo restante ou a carga em relação ao tempo fornece o tempo total que o transformador pode operar nas condições actuais antes que a temperatura exceda o limite térmico admissível para o transformador.
A carga máxima indica a carga que o transformador pode suportar com segurança em relação ao estado actual do transformador como refrigeração, condições ambientais e operacionais do transformador sem levar este, além do seu limite térmico admissível.
Análise Térmica
A análise térmica deve ser realizada de acordo com as Normas IEC 60076 Parte 7 e IEEE C57.
O modelo térmico requer a carga do transformador, a temperatura do óleo no topo (top oil), a posição do comutador de tomadas em carga e o estado do sistema de refrigeração.
Para este cálculo do modelo térmico (imagem térmica digital) e temperatura (hot spot) terão necessárias as seguintes informações:
• Desenho do transformador (características do transformador);
• Sensor de temperatura na parte superior da cuba;
• Corrente de carga;
• O estado do sistema de refrigeração;
• Perdas para cada posição do comutador em carga.
Análise de Humidade no Isolamento
A actividade de água no papel é um factor crítico que determina o estado de secagem dos transformadores, através da medição da actividade da água no papel. Assim é possível prever o grau de contaminação da humidade dentro do transformador.
Além disso, a actividade da humidade no papel pode desempenhar um papel significativo na determinação do risco de avaria do transformador e a probabilidade de formação de bolhas. Portanto, o controlo da humidade no papel torna-se um método importante na manutenção da qualidade de isolamento eléctrico.
Para esta análise é necessário que um equipamento monitorize a humidade no óleo do transformador.
Temperatura de Concentração de Gases e Condensação
O papel isolante possui uma certa quantidade de humidade tal que, se a temperatura do ponto quente (hot spot) for elevada pode libertar essa humidade sob a forma de bolhas de vapor. As bolhas podem circular no óleo ou permanecer dentro do isolamento sólido mas representam, de qualquer forma, um problema muito grave na redução da rigidez dieléctrica destes materiais isolantes, comprometendo a sua integridade e favorecendo o aparecimento de descargas parciais internas.
Para esta análise é necessário que um equipamento monitorize a humidade e os gases dissolvidos no óleo do transformador.
Cálculo do Envelhecimento do Isolamento
O envelhecimento do isolamento sólido está directamente relacionado com a despolimerização gradual do papel isolante.
Neste processo, as cadeias de celulose são quebradas e o papel torna-se frágil, perdendo as suas propriedades mecânicas e também a sua rigidez dielétrica.
A taxa de envelhecimento do isolamento depende de vários factores como a temperatura do isolamento, o teor de humidade do papel e o conteúdo de oxigénio no óleo isolante.
O sistema determina o envelhecimento através da utilização do transformador, referida ao envelhecimento correspondente para a operação nominal do transformador.
Controlo do Sistema de Refrigeração
Os sistemas de refrigeração são diferentes de acordo com a construção do transformador, de forma a fornecer o melhor desempenho operacional e fiabilidade. Existem diversos tipos de controlo de refrigeração:
• Controlo discreto: controlo simples para várias etapas de refrigeração;
• Dupla velocidade: para aplicações de baixo nível de ruído em que é utilizada uma lógica de controlo dos ventiladores de duas velocidades;
• Controlo da bomba paralela: para sistemas projectados com bombas em paralelo, gerindo automaticamente o ciclo de funcionamento das bombas para garantir a igualdade de desgaste;
• Controlo de velocidade variável: para refrigeração que opera com ventiladores de velocidade variável.
O sistema controla as diferentes fases do circuito de refrigeração, iniciando a sua operação em conformidade com os valores dos seguintes parâmetros:
• A temperatura do óleo na parte superior da cuba (top oil);
• Temperatura do ponto quente (hot spot);
• Corrente de carga.
Controlo de Ciclo de Funcionamento da Refrigeração
Registo das horas de serviço para cada estágio de refrigeração e quando é necessário iniciar a refrigeração, a lógica de ciclo de funcionamento seleccionará automaticamente o estágio de refrigeração, com menos horas de funcionamento.
Exercício do Sistema de Refrigeração
O exercício automático do sistema pode ser usado para operar o sistema de refrigeração com base numa programação periódica. Esta rotina de exercício irá:
• Redistribuir os lubrificantes aumentando a vida útil dos rolamentos;
• Minimizar problemas de obstruções como ninhos de pássaros;
• Fornecer a confirmação de que o sistema de refrigeração está a funcionar correctamente.
Refrigeração Preditiva
Este é um recurso que, quando activado, de forma proactiva, activa o sistema de refrigeração mais cedo para reduzir o desgaste do isolamento do transformador e manter a refrigeração, reservando uma maior capacidade de sobrecarga para quando for necessário.
A refrigeração preditiva utiliza:
• A temperatura do óleo na parte superior da cuba (top oil);
• Temperatura do ponto quente (hot spot);
• Corrente de carga.
Cálculo da Eficiência do Sistema de Refrigeração
A partir da carga do transformador e da temperatura ambiente, o sistema avalia a temperatura teórica do óleo na parte superior da cuba. Em seguida executa a sua comparação com a temperatura do óleo medida pelo sensor de temperatura instalado no transformador: se a temperatura calculada exceder o valor medido são gerados alarmes.
Temperatura do Comutador de Tomadas em Carga
A análise térmica de comutador de tomadas em carga ou análise da temperatura diferencial é realizada por comparação com a temperatura do óleo na cuba do transformador e a temperatura do óleo no compartimento do comutador de tomadas em carga.
O sistema avalia a diferença entre ambas as temperaturas. Quando é detectado um aumento da temperatura correspondente ao óleo no comutador de tomadas em carga são gerados alarmes.
Contagem de Manobras do Comutador de Tomadas em Carga
Um contador de manobras para cada posição totaliza toda a operação histórica do comutador de tomadas em carga. O resumo fornece uma indicação das tomadas ou intervalo de tomadas mais utilizadas.
Além disso são analisadas e registadas as posições do comutador de tomadas em carga, o que permite detectar anomalias na sua operação.
Desgaste dos Contactos do Comutador de Tomadas em Carga
A análise de desgaste dos contactos é realizada a partir de um modelo que permite calcular o desgaste acumulado em cada tomada. Estes cálculos fornecem uma avaliação do estado dos contactos dentro do comutador de tomadas em carga e pode ser usado para melhorar o processo de manutenção, eliminando a manutenção desnecessária e indicando casos em que pode ser necessário uma manutenção adicional.
Monitorização da Corrente do Motor do Comutador de Tomadas em Carga
Existem também disponíveis módulos para o controlo da corrente do motor do comutador de tomadas em carga e da sua alimentação. A informação recolhida é utilizada para analisar e comparar a energia consumida durante a mudança de tomada com um valor pré-determinado. Um alarme será emitido se a energia necessária para fazer a mudança de uma tomada estiver fora do limite aceitável, o que indica uma condição de avaria no motor ou no mecanismo.
Monitorização da Condição das Travessias
A monitorização online das travessias fornece informações em tempo real da capacitância e do factor de potência, que permite a detecção precoce de possíveis falhas.
Através da instalação de sensores nas travessias é possível:
• Calcular a capacitância e o factor de potência de cada travessia;
• Saber a magnitude da soma das correntes (severidade do defeito) como a informação vectorial (determinar qual a travessia em defeito);
• Avaliação automática do comportamento com a carga, humidade e temperatura.
Além de todo o software de cálculo e interface gráfico de apresentação de resultados e alarmes é necessário que o sistema de monitorização permita, através de cabo de cobre, fibra óptica ou sem fio comunicar alarmes e estados ao sistema de controlo da subestação onde está instalado, devendo suportar os seguintes protocolos:
• IEC 61850;
• DNP 3.0;
• Modbus;
• TCP/IP;
• FTP/SFTP;
• HTTP/HTTPS.
AUTOR: João Romão, Business Development Manager | MVA - Electrotecnia, Lda.
FONTE: Revista O Electricista