Monitoramento Térmico de Transformadores por meio da Utilização de Sensores em Fibras Ópticas: Tecnologias e Aplicações

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1 BEM-VINDOS AO WEBINAR Monitoramento Térmico de Transformadores por meio da Utilização de Sensores em Fibras Ópticas: Tecnologias e Aplicações Apresentador: Msc. Ivan Paulo de Faria UNIFEI, Brasil

2 1. Teste de som: Reunião Assistente de configuração de áudio Sigam as instruções. 3. Digitem aqui 2. Espaço para apresentação pessoal, eventuais perguntas e/ou comentários - respostas no final da apresentação.

3 PRINCIPAIS REGRAS DESTE WEBINAR: As perguntas e/ou comentários deverão ser feitas unicamente por escrito, utilizando-se o campo apropriado; Perguntas e/ou comentários podem ser enviadas durante o desenvolvimento da apresentação, mas serão respondidas somente após ofinaldamesma; Pode acontecer que, dependendo do número de perguntas e do tempo disponível, algumas perguntas fiquem sem resposta durante o webinar; Se houver interrupção inesperada do webinar, certifique-se que sua conexão com a internet esteja funcionando normalmente e tente se conectar novamente; 3

4 PALESTRANTE: Msc. Ivan Paulo de Faria Ivan Paulo de Faria possui graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas Elétricos de Potência (2010) pela (UNIFEI) e mestrado em Engenharia Elétrica na área de Alta Tensão (2012) pela UNIFEI. Atuou na área de projetos e estudos elétricos pela empresa Siemens (2010). Iniciou o doutorado em Engenharia Elétrica na UNIFEI no ano de 2012, atuando como colaborador do Laboratório de Alta Tensão (LAT-EFEI) na mesma universidade. No LAT-EFEI, desenvolve estudos na área de sensoriamento térmico para transformadores por meio da utilização de sensores em fibras ópticas.. MEDIADOR: Eng Eduardo Gradiz Consultor do Procobre Instituto Brasileiro do Cobre

5 Monitoramento Térmico de Transformadores por meio da Utilização de Sensores em Fibras Ópticas: Tecnologias e Aplicações

6 Equipe de Execução Msc. Ivan Paulo de Faria UNIFEI, Brasil Dr. Manuel Luis Barreira Martinez UNIFEI, Brasil Dr. Marcel Fernando da Costa Parentoni UNIFEI, Brasil

7 Tópicos Objetivos Introdução Medição de Temperatura via Fibra Óptica Aplicação em Transformadores Comparação das Técnicas Resultados Esperados Conclusões

8 Objetivos Relatar brevemente sobre o princípio de funcionamento de técnicas de medição de temperatura via FO; Demonstrar a aplicação de técnicas em FO em transformadores; Comparar as características técnicas dos sensores de temperatura abordados neste trabalho.

9 Introdução Perfil de temperatura do transformador: Tradicionalmente: Topo do Óleo; Indireto; Baixa Exatidão; Não Localiza o hot spot ; Sugestão Norma IEC (2011): Sensores em FO; Direto; 4 a 8 Sensores; Topo da Bobina;

10 Introdução Alguns Benefícios: Medição Direta do Hot Spot; Otimização da Ventilação Forçada; Não Uso de Modelos Matemáticos; Avaliação da Sobrecarga; Obtenção dos Perfis Térmicos; Detecção de Problemas de Refrigeração;

11 Introdução Informações Gerais: Sensores Convencionais: Sensores em FO: Monitoramento térmico; Topo do óleo; Problemas de Isolação em AT; Interferência Eletromagnética Decaimento Fluorescente; FBG; DTS; DTSS;

12 Medição de Temperatura via FO Classificação: Sensores em FO Extrínsecos Intrínsecos Decaimento FBG DTSS Rayleigh DTS Raman DTSS Brillouin

13 Medição de Temperatura via FO Decaimento Fluorescente: Conceituação: Topo: Tipo de Sensores: Campo Evanescente: Utilização: AIZAWA et al (2006):

14 Medição de Temperatura via FO Redes de Bragg: Conceituação:

15 Medição de Temperatura via FO Redes de Bragg: Utilização: ALLIL (2010): Gerador 15 kv, 43,2 MW; 6 Sensores FBG; Linear: 40 C a 95 C; 1528 nm a 1570 nm;

16 Medição de Temperatura via FO DTSS Rayleigh: Conceituação: Pequenas Imperfeições na FO; Flutuação do Índice de Refração; Utilização: SANG et al (2008): Revestimentos; Resolução: cm; Alcance: 70 m.

17 Medição de Temperatura via FO DTS Raman: Conceituação: Vibrações Moleculares; Temperatura => Intensidade; Localização => Tempo; Utilização: INAUDI e GLISIC (2006): Alcance de 8 km; Resolução de 0,1 C;

18 Medição de Temperatura via FO DTS Brillouin: Conceituação: Vibrações Onda Acústica Campo Óptico Espalhamento Brillouin Temperatura => Frequência; Localização => Tempo;

19 Medição de Temperatura via FO DTS Brillouin: Utilização: WAIT e HARTOG (2001): 26 km de Fibra; 300 Últimos Metros de Fibra: 87,8 C, -0,8 C e 40,6 C; Resolução: 2 m e 1 C; Resolução: 7 C (extremidade); Resolução: 1 C (extremidade) => 180 min.;

20 Aplicação em Transformadores Decaimento Fluorescente: MCNUTT et al. (1984): Autotransformador: 246 MVA, 230 kv/69 kv; Instalação de 8 Sensores Pontuais (d = 0,4 mm);

21 Aplicação em Transformadores Decaimento Fluorescente: NORTON et al. (1987): Melhoramento do Sistema; Aumento do Número de Canais; Utilização de Teflon e Kevlar;

22 Aplicação em Transformadores Decaimento Fluorescente: LUNDQUIST e KNUTH (2008): Levantamento da Instalação; Doze Autotransformadores: 230 kv/69 kv; Seis Autotransformadores: 525 kv/230 kv; Oito Transformadores: 69 kv/12 kv;

23 FBG: Aplicação em Transformadores RIBEIRO et al. (2008): 12 Sensores FBG; Transformador : 20 MVA;

24 FBG: Aplicação em Transformadores PICANÇO (2009): Transformador 100 kva; 12 Sensores FBG; 3 Fibras Ópticas;

25 FBG: Aplicação em Transformadores TEUNISSEN et al. (2002): Teste Tensão Mecânica; Validação Óptica; Rigidez Dielétrica;

26 FBG: Aplicação em Transformadores WEI-GEN et al. (2008): Transformador 100 kva; Comparação: FBG x Termopar; FBG: Resposta Rápida; Menor Variação;

27 Aplicação em Transformadores DTS/DTSS: DOWNES e LEUNG (2004): Fibra em Contato com o Condutor; Instalação em Transformadores; UKIL et al. (2011): Transformador de 22 MVA; Instalação de 1 km de FO. Locomotiva; Perfis Térmicos.

28 Comparação das Técnicas Sensor Fluorescente: Instalação do Sensor: 1 Sensor por Fibra; N Sensores = N Cabos; Posicionamento: Pontos-chave; Interrogação: Paralelo: Simultânea;

29 FBG/DTS/DTSS: Instalação FBG: Comparação das Técnicas Multiplexagem: Tempo; Comprimento de Onda; Posicionamento: Pontos-chave; Interrogação: Série: Simultânea; Paralelo: Uma FO por vez;

30 FBG/DTS/DTSS: Comparação das Técnicas Instalação DTS/DTSS: Posicionamento; Multiplexagem no Tempo; Resolução Espacial e Alcance: Variam com a Técnica; Interrogação: Série: ~1min.; Paralelo: Uma FO por vez;

31 Comparação das Técnicas Características Fluorescente Rayleigh DTSS FBG DTS Raman DTSS Brillouin Operação Operação [ C] -30 a a a a a 700 Medição [ C] -30 a a a a a 700 Exatidão [ C] 2 0,5 a 1 0,2 0,5 0,1 Resolução [ C] 0,1 0,1 0,2 0,1 0,005 Resolução [m] NA 0,1 0,01 0,5 a 50 0,1 a 50 Interrogador Aquisição [s] 1 1 a 5 2 a a a 300 N de Canais 4 a 16 1, 2, 4 ou ou 2 1 ou 2 Sensores por Canal 1 1 a 80 1/cm 1 /m 1/m Multiplexador Dimensões N de Canais NA 4, 8, 16 ou 32 NI 2, 4, 8, 12, 24 4, 6, 8,..., 18, 20 Chaveamento [s] NA ~1 NI 30 a a 120 Diâmetro do Sensor [mm] <3 ~3,2 NA NA NA Diâmetro do Cabo [mm] 3 1 a 3 1 a 3 4,4 1 a 3 Alcance [km] 0,07 NI 0,07 a

32 Resultados Esperados Sensor Fluorescente; Sensor FBG; Quasi-distribuído Pontual Sensor DTS/DTSS; Distribuído

33 Conclusões Seleção das tecnologias capazes de operar no mapeamento térmico proposto; Investigação da aplicação em transformadores; Comparação técnica dos sensores; Características Fluores. FBG DTSS Ray. Robustez Robusto Revestido Sens. Cruzada DTS Raman Intensidade DTSS Brillo. Sens. Cruzada Leitura 1 s 1 s/canal 3 min/canal 1~5 min/canal 1~10 min/canal Sensores/Canal /cm 1 a 2/m 1 a 2/m Canais Sensores Total Alcance ~70 m ~km 2 km 40 km 100 km

34 Muito Obrigado

35 Perguntas?

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