BR102014017961A2 - sealing and active drying process of electrical energy transformers with insulating oils by monitoring and controlling the atmosphere of dehydrated nitrogen - Google Patents
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Abstract
processo de selagem e secagem ativa de transformadores de energia elétrica com óleos isolantes através do monitoramento e controle da atmosfera de nitrogênio desidratado, pertencente a área de eletricidade, especificamente de distribuição e transmissão de energia elétrica, refere-se a um processo que realiza a selagem de transformadores através de um gás inerte, normalmente nitrogênio, que evita a penetração de umidade do meio ambiente no interior dos mesmos, a secagem ativa do gás, por meio de um processo composto de aquecimento, resfriamento e condensação da água nele presente, que ao entrar em contato com o óleo isolante do transformador(1) retira a umidade do mesmo preservando seus elementos constituintes. através do monitoramento e controle eletrônico(13) de forma contínua e automática da pressão positiva do colchão de nitrogênio e de sua desidratação, o processo estabelece uma atmosfera interna seca, estável e segura às condições operacionais e à vida útil do trans formador( 1).The process of sealing and actively drying electrical energy transformers with insulating oils by monitoring and controlling the atmosphere of dehydrated nitrogen, belonging to the area of electricity, specifically the distribution and transmission of electricity, refers to a process that performs sealing. transformers through an inert gas, usually nitrogen, which prevents the penetration of moisture from the environment inside them, the active drying of the gas, through a process composed of heating, cooling and condensation of the water present in it, which when Contact with the insulating oil of the transformer (1) removes its moisture preserving its constituent elements. Through continuous and automatic electronic monitoring and control (13) of the positive pressure of the nitrogen mattress and its dehydration, the process establishes a dry, stable and safe internal atmosphere to the operating conditions and the service life of the transformer (1) .
Description
“PROCESSO DE SELAGEM E SECAGEM ATIVA DE TRANSFORMADORES DE ENERGIA ELÉTRICA COM ÓLEOS ISOLANTES ATRAVÉS DO MONITORAMENTO E CONTROLE DA ATMOSFERA DE NITROGÊNIO DESIDRATADO” A presente invenção, pertencente a área de eletricidade, especificamente de distribuição e transmissão de energia elétrica, refere-se a um processo capaz de realizar a selagem de transformadores elétricos que evita a penetração de umidade do meio ambiente no interior dos mesmos por meio de um sistema fechado, contendo um gás inerte, normalmente nitrogênio, e a secagem ativa do gás, por resfriamento e condensação da água nele presente, que ao entrar em contato com o óleo isolante do transformador retira a umidade do mesmo preservando seus elementos constituintes. Através do monitoramento e controle eletrônico de forma contínua e automática da pressão positiva do colchão de nitrogênio e de sua desidratação, o processo estabelece uma atmosfera interna estável e segura às condições operacionais e à vida útil do transformador.“SEALING AND ACTIVE DRYING PROCESS OF ELECTRIC POWER TRANSFORMERS WITH INSULATING OILS THROUGH MONITORING AND CONTROLING THE NITROGEN ATMOSPHERE” The present invention, pertaining to the area of electricity, specifically electric power distribution and transmission, A process capable of sealing electrical transformers that prevent the penetration of moisture from the environment into them by means of a closed system containing an inert gas, usually nitrogen, and active drying of the gas by cooling and condensing water. present in it, which when in contact with the insulating oil of the transformer removes the moisture of the same preserving its constituent elements. Through continuous and automatic electronic monitoring and control of the positive pressure of the nitrogen mattress and its dehydration, the process establishes a stable and safe internal atmosphere to operating conditions and transformer life.
Tradicionalmente os transformadores elétricos possuem um sistema de conservação do óleo isolante, de baixo desempenho para contenção da contaminação. A taxa de entrada de umidade nos enrolamentos é elevada mesmo para as recentes vedações e membranas disponíveis. \ Diferentes arranjos e dispositivos de preservação do óleo isolante nos transformadores foram desenvolvidos nos últimos 80 anos, capazes de manter a eficiência da refrigeração dentro dos limites especificados em projeto, porém não suficientemente eficientes no desempenho das contaminações. O sistema de tanque de expansão aberto é o mais antigo, trata-se de um reservatório auxiliar acessório ao transformador, de formato cilíndrico com chapas de aço, que é parcialmente cheio do óleo isolante, ligado ao tanque do transformador de modo a mantê-lo completamente cheio, e possui um espaço para permitir a livre expansão e contração que o óleo isolante tem devido a oscilações de temperatura e de pressão, minimizando a contaminação do óleo isolante pela redução da área de contato deste com o ar; O sistema de tanque de expansão selado com ar é composto de um reservatório auxiliar que provem a respiração do transformador e é fechado com válvulas de segurança em relação a atmosfera externa ao transformador, requerendo periodicamente a manutenção dos níveis de óleo.Traditionally electric transformers have a low-performance insulating oil conservation system to contain contamination. The moisture input rate in the windings is high even for recent seals and membranes available. \ Different arrangements and preservation devices for insulating oil in transformers have been developed over the last 80 years, capable of keeping cooling efficiency within design specified limits but not sufficiently efficient in contaminant performance. The older open expansion tank system is a cylindrically shaped, steel-plate auxiliary transformer auxiliary reservoir that is partially filled with the insulating oil attached to the transformer tank to maintain it. completely full, and has space to allow free expansion and contraction of the insulating oil due to temperature and pressure fluctuations, minimizing contamination of the insulating oil by reducing the contact area with the air; The air-sealed expansion tank system is comprised of an auxiliary reservoir that provides transformer breathing and is closed with safety valves to the atmosphere outside the transformer, periodically requiring maintenance of oil levels.
Recentemente, há cerca de três décadas, que colchões de gases normalmente de nitrogênio, por ser um gás seco e mais higroscópico que o óleo isolante, são usados em transformadores de potência de subestações com o intuito de inibir o contato do óleo isolante do transformador com o ar atmosférico. Nesse arranjo os gases gerados no interior do transformador se distribui entre as fases líquida e gasosa e são impedidos de contaminar a atmosfera; de forma inversa, os gases, a água e as partículas atmosféricas são também impedidas de contaminar o óleo isolante do transformador.Recently, about three decades ago, normally nitrogen gas mattresses, being a dry gas and more hygroscopic than insulating oil, have been used in substation power transformers in order to inhibit the contact of transformer insulating oil with the atmospheric air. In this arrangement the gases generated inside the transformer are distributed between the liquid and gas phases and are prevented from contaminating the atmosphere; Conversely, gases, water and atmospheric particles are also prevented from contaminating the insulating oil of the transformer.
Neste sistema o reservatório auxiliar do transformador é selado com nitrogênio reduzindo substancialmente a contaminação do óleo.In this system the auxiliary transformer reservoir is sealed with nitrogen substantially reducing oil contamination.
Uma outra disposição usual de colchão de gás em transformador é o uso de um sistema com diafragma selado a pressão constante, denominado membrana ou bexiga, onde um bolsão de material plástico a prova de óleo, normalmente contendo nitrogênio, é inserido entre a tampa superior e o nível do óleo isolante do transformador, de forma a permitir a respiração do mesmo e reduzir a área de contato do óleo isolante com o ar do meio ambiente. Nesta configuração membranas poliméricas de novos materiais higroscópicos são utilizadas conjuntamente. ; Em pesquisa no banco de patentes do Instituto Nacional da Propriedade Industrial - INPI destacam-se no campo desta invenção: o pedido de patente PI 9201048-2 atualmente arquivado, que descreve um pulmão de ar para operação de respiro, fabricado com uma película impermeável e flexível, resistente a corrosão, de geometria adequada para utilização em reservatórios abertos ou fechados de armazenagem e/ou transporte de produtos líquidos sob pressão atmosférica evitando a entrada de umidade e elementos estranhos no líquido que se quer transportar; o pedido de patente PI 9703148-8 atualmente arquivado, que descreve um equipamento para preservação de óleo isolante autocompensado em transformadores de potência através da selagem dos transformadores, impedindo que o contato com o oxigênio e a umidade do ar atmosférico contaminem e deteriorem o sistema papel-óleo de isolamento elétrico dos transformadores e promova com facilidades as montagens e desmontagens, as manutenções, as inspeções e o monitoramento da qualidade dos isolantes; a patente PI 9612094-0 em vigor, que descreve um equipamento elétrico hermeticamente vedado, sem ventilação, com fluído dielétrico, tal como um transformador, que inclui uma câmara interna expansível não ventilada, ou que não se comunica com o exterior, e que está completa e permanentemente vedada em relação ao meio ambiente, é também descrito um método para o processamento do fluido dielétrico e preenchimento e vedação ou selagem do transformador sob a pressão subatmosférica; o pedido de patente MU 8802621-3 que descreve um tanque-pulmão polimérico para confina mento dos gases de respiração do tanque conservador de equipamentos elétricos de potência imersos em liquido dielétrico, constituído de um corpo polimérico, bolsa respiradora, tomada de respiro, meio gasoso de nitrogênio, meio de ar atmosférico, válvula automática para purga do excesso de gases, válvula para injeção de gás nitrogênio e válvula de bloqueio da interligação; e o pedido de patente PI0910085-7 que descreve um sistema de monitoramento e controle automático da atmosfera gasosa em transformadores de potência de energia elétrica com isolantes líquidos que garante a selagem do transformador por uma atmosfera gasosa através de pressão positiva em relação a pressão atmosférica. 1 Buscas realizadas no banco de patentes dos Estados Unidos da América não foram encontradas patentes que se destacam no campo desta invenção.Another common transformer gas mattress arrangement is the use of a constant pressure sealed diaphragm system called a membrane or bladder, where a pocket of oil-proof plastic material, usually containing nitrogen, is inserted between the top cover and the insulating oil level of the transformer to allow the transformer to breathe and to reduce the contact area of the insulating oil with the ambient air. In this configuration polymeric membranes of new hygroscopic materials are used together. ; In research at the patent office of the National Institute of Industrial Property - INPI, the following patent application stands out: the currently filed patent application PI 9201048-2, which describes a breather-operated air lung made of a waterproof film and flexible, corrosion resistant, of suitable geometry for use in open or closed storage tanks and / or transport of liquid products under atmospheric pressure to prevent moisture and foreign elements from entering the liquid to be transported; currently filed patent application PI 9703148-8, which describes self-compensating insulating oil preservation equipment in power transformers by sealing the transformers, preventing contact with oxygen and atmospheric air moisture from contaminating and deteriorating the paper system. -Electrical insulation oil of transformers and easily promote the assembly and disassembly, maintenance, inspections and quality monitoring of insulators; PI 9612094-0, which describes a hermetically sealed, unventilated, dielectric fluid electrical equipment, such as a transformer, which includes an unventilated, or non-communicable, expandable inner chamber Completely and permanently sealed from the environment, a method for processing dielectric fluid and filling and sealing or sealing the transformer under subatmospheric pressure is also described; patent application MU 8802621-3 describing a polymeric lung tank for confinement of the conserving tank of dielectric liquid-immersed conserving electrical power equipment consisting of a polymeric body, breather bag, breather outlet, gaseous medium nitrogen, atmospheric air media, automatic overflow purge valve, nitrogen gas injection valve and interconnect shutoff valve; and patent application PI0910085-7 which describes an automatic gas atmosphere monitoring and control system in liquid insulating electric power transformers which ensures the sealing of the transformer by a gas atmosphere through positive pressure relative to atmospheric pressure. 1 Searches carried out in the United States Patent Bank have not found any outstanding patents in the field of this invention.
As patentes nacionais referem-se a aspectos construtivos de tanques, de um tanque-pulmão e de um sistema de controle capazes de receber gases que realizam a preservação de líquidos de modo geral, e em especial do óleo isolante em transformadores, com o intuito de reduzir a contaminação dos mesmos por umidade e elementos atmosféricos diversos, trazendo inovações em relação aos materiais e controles usados nestes e na facilidade operacional de manuseio, manutenção e inspeção dos transformadores.National patents refer to constructional aspects of tanks, a lung tank and a control system capable of receiving gases that generally preserve liquids, and especially of insulating oil in transformers, in order to reduce their contamination by humidity and various atmospheric elements, bringing innovations in relation to the materials and controls used in these and the operational ease of handling, maintenance and inspection of transformers.
Embora os processos que utilizam os tanques auxiliares abertos ou fechados com ar são capazes de reduzir a contaminação do óleo isolante dos transformadores com vantagens em relação aos sistemas tradicionais e serem capazes de prolongar a vida útil dos transformadores, os mesmos não solucionam totalmente a problemática das contaminações do óleo, mesmo com o uso de filtro desumidificador à base de Sílica-Gel, que apresentam eficiência pequena.Although processes using air-assisted open or closed auxiliary tanks are capable of reducing transformer insulating oil contamination with advantages over traditional systems and being able to extend the life of transformers, they do not fully address the problem of transformer insulation. oil contamination, even with the use of a silica gel-based dehumidifier filter, which has low efficiency.
Em que pese ainda a pequena utilização dos colchões de gases nos transformadores elétricos de potência, e da capacidade higroscópica destes, alguns inconvenientes podem lhes ser atribuídos como a degradação do óleo isolante pela contaminação de umidade, ainda que menor que nos sistemas convencionais existentes sem colchões, causadas por partículas de água e de contaminantes atmosféricos diversos, gerado por falhas no controle da pressão dos colchões em função da perda de compressão. Outro fator observado em alguns desses sistemas é que durante as elevações na pressão dos gases os mesmos são descartados no meio ambiente gerando poluição atmosférica pela presença de contaminantes oriundos do óleo isolante e das partículas formadas nas partes sólidas isolantes dos transformadores. ÍSTo sistema de diafragma selado a pressão constante, as contaminações também menores do que nos sistemas tradicionais, se dão ainda por falhas nas vedações da tampa superior do transformador e pela formação de água devido a degradação da isolação celulósica dos papéis e madeiras usados na isolação dos enrolamentos dos transformadores.Despite the small use of gas mattresses in power transformers and their hygroscopic capacity, some drawbacks can be attributed to them, such as the degradation of the insulating oil due to moisture contamination, although smaller than in existing conventional systems without mattresses. , caused by water particles and various atmospheric contaminants, generated by failures in the pressure control of mattresses due to loss of compression. Another factor observed in some of these systems is that during elevations in gas pressure they are discharged into the environment generating atmospheric pollution due to the presence of contaminants from the insulating oil and particles formed in the insulating solid parts of the transformers. In this constant pressure sealed diaphragm system, contamination also lower than in traditional systems is also due to failures in the transformer top cover seals and water formation due to degradation of the cellulosic insulation of the papers and woods used in the insulation of the windings of transformers.
Outros problemas observados nos arranjos e dispositivos de preservação do óleo atualmente utilizados e propostos nas patentes anteriormente citadas é que os mesmos por se tratarem de sistemas passivos requerem manutenções periódicas para complemento dos volumes de óleos e de nitrogênio, além de não terem ações de eliminação constante da umidade do gás nitrogênio, que mesmo se tratando de um gás seco e higroscópico, ainda assim, retém umidade do óleo isolante e da atmosfera contaminando a longo prazo as isolações elétricas dos transformadores.Other problems observed in the arrangements and oil preservation devices currently used and proposed in the aforementioned patents are that they are passive systems requiring periodic maintenance to complement the oil and nitrogen volumes, besides not having constant elimination actions. Nitrogen gas humidity, which even if it is a dry and hygroscopic gas, still retains moisture from the insulating oil and the atmosphere, contaminating the transformer electrical insulation in the long term.
Tendo em vista os problemas apresentados no estado da arte atual e nos processos existentes, e no propósito de superá-los é que na presente invenção foi desenvolvido um novo e inédito processo abordando três objetivos: a selagem do transformador através do monitoramento e controle da pressão do gás nitrogênio contido no sistema, a secagem ativa do gás nitrogênio em fluxo pela frequente desgaseificação e desumidificação, utilizando-se um processo conjunto de aquecimento, resfriamento e condensação, e o monitoramento contínuo e automático do processo de forma a garantir uma atmosfera interna mais seca, estável e segura às condições operacionais e à vida útil do transformador.In view of the problems presented in the state of the art and existing processes, and the purpose of overcoming them is that in the present invention a new and unprecedented process was developed addressing three objectives: the sealing of the transformer through pressure monitoring and control. nitrogen gas contained in the system, active drying of the nitrogen gas in the stream by frequent degassing and dehumidification using a combined heating, cooling and condensing process, and continuous and automatic process monitoring to ensure a smoother internal atmosphere. dry, stable and safe to operating conditions and transformer life.
De acordo com o primeiro objetivo da presente invenção, a selagem do transformador consiste na utilização de um sistema fechado, sem contato com o meio ambiente, contendo gás inerte, normalmente nitrogênio, com pressão interna positiva. Com isso, no interior do tanque de expansão do transformador se forma uma camada de nitrogênio líquido sobre a superfície do óleo isolante e em contato com o mesmo. O nitrogênio é um gás seco e higroscópico que ao entrar em contato com o óleo isolante do transformador retira umidade do mesmo. O processo possui um reservatório de nitrogênio que insere ou retira quantidades de nitrogênio do tanque de expansão, em função da variação do volume de óleo motivada pelo acréscimo ou diminuição da temperatura de trabalho. Ao se aumentar a carga do transformador o acréscimo de corrente propicia a elevação da temperatura de trabalho, com consequente elevação da temperatura do óleo. O aumento da temperatura do óleo faz com que ele se dilate, ocupando um volume maior. Como o sistema de conservação é selado, o aumento de volume do óleo provoca um aumento da pressão interna no tanque de expansão. O processo percebe esse aumento da pressão interna e providencia a retirada de nitrogênio do tanque de expansão, para que a pressão se reduza e volte aos valores aceitáveis. De forma inversa, quando as correntes de carga do transformador reduzem, a temperatura, o volume e a pressão do óleo caem com a consequente queda de pressão no interior do tanque de expansão. Se a pressão interna cair abaixo do valor limite estipulado, o processo libera a inserção de gás nitrogênio para retomar a pressão dentro dos limites estabelecidos. No processo há sensores de pressão que verificam a diferença entre a pressão interna do tanque de expansão do transformador e a pressão externa, a atmosférica. A faixa de pressão desejada para a operação do colchão é de 0,2 mbar a 15 mbar, isto é, se a diferença entre a pressão interna e externa atingir 18 mbar, o processo retira nitrogênio do tanque de expansão, enviando a parte retirada de volta ao reservatório de nitrogênio até que a pressão atinja 2 mbar. Por outro lado, quando e$sa diferença cair a 0,2 mbar, o processo injeta nitrogênio do reservatório para o tanque de expansão até que a pressão do colchão atinja 15 mbar. 1 De acordo com o segundo objetivo da presente invenção, o gás nitrogênio em fluxo entre o reservatório de nitrogênio e o tanque de expansão passa por um mecanismo de aquecimento e secagem por resfriamento e condensação, que retira a umidade presente no nitrogênio por menor que ela seja. Esse mecanismo é composto de um filtro coalescente, tipo peneira molecular que retira grande parte da umidade existente no nitrogênio e elimina compostos de vapores de óleo e ácidos, e por aquecedores elétricos e célula tipo Peltier com dissipadores que através de placas resfriadas entre -40°C e -60°C condensa e retira os vapores de água que a peneira molecular não conseguiu eliminar. A temperatura do nitrogênio na entrada da câmara de secagem é mantida acima de 3 5°C para que sejam criadas condições adequadas para atingir um Ponto de Orvalho de -40°C. Da mesma forma, ao ser liberado do reservatório para inserção no tanque de expansão, o gás nitrogênio passa novamente pelo sistema de secagem, para garantir que esteja completamente seco ao ser utilizado. A umidade retirada do gás nitrogênio durante a passagem pelo sistema de secagem é concentrada em local onde é medida antes de ser descartada. Esse ciclo de passagem do gás pelo sistema de secagem durante a operação do transformador é que possibilita retirar paulatinamente e de forma contínua, a umidade presente no óleo isolante do transformador e consequentemente na isolação sólida. O condensado gerado é eliminado por drenagem ao meio ambiente sem qualquer poluição.In accordance with the first object of the present invention, the sealing of the transformer consists of the use of a closed, environmentally non-contact system containing inert gas, usually nitrogen, with positive internal pressure. As a result, a layer of liquid nitrogen forms on the transformer expansion tank inside the insulating oil surface and in contact with it. Nitrogen is a dry and hygroscopic gas that when it comes into contact with the insulating oil of the transformer removes moisture from it. The process has a nitrogen reservoir that inserts or removes nitrogen quantities from the expansion tank, due to the variation of the oil volume caused by the increase or decrease of the working temperature. By increasing the transformer load, the increase of current increases the working temperature, with consequent increase of the oil temperature. Increasing the temperature of the oil causes it to expand, occupying a larger volume. As the preservation system is sealed, increasing the oil volume causes an increase in the internal pressure in the expansion tank. The process senses this increase in internal pressure and provides for nitrogen removal from the expansion tank so that the pressure drops and returns to acceptable values. Conversely, when transformer load currents decrease, the temperature, volume and oil pressure drop with the consequent pressure drop inside the expansion tank. If the internal pressure drops below the set limit value, the process releases nitrogen gas insertion to resume pressure within the set limits. In the process there are pressure sensors that check the difference between the internal pressure of the transformer expansion tank and the external pressure, atmospheric. The desired pressure range for mattress operation is 0.2 mbar to 15 mbar, ie if the difference between internal and external pressure reaches 18 mbar, the process removes nitrogen from the expansion tank, sending the removed part of back to the nitrogen tank until the pressure reaches 2 mbar. On the other hand, when the difference falls to 0.2 mbar, the process injects nitrogen from the reservoir into the expansion tank until the pressure of the mattress reaches 15 mbar. According to the second object of the present invention, the nitrogen gas flowing between the nitrogen reservoir and the expansion tank undergoes a cooling and condensing heating and drying mechanism, which removes moisture present in the nitrogen even less than it. be. This mechanism is composed of a coalescent, molecular sieve-type filter that removes much of the moisture in nitrogen and eliminates compounds from oil and acid vapors, as well as electric heaters and Peltier-type cells with heatsinks that are cooled to -40 °. C and -60 ° C condenses and removes water vapors that the molecular sieve could not eliminate. The nitrogen temperature at the inlet of the drying chamber is maintained above 35 ° C so that adequate conditions are created to achieve a dew point of -40 ° C. Likewise, upon being released from the reservoir for insertion into the expansion tank, nitrogen gas again passes through the drying system to ensure that it is completely dry when used. Moisture removed from nitrogen gas as it passes through the drying system is concentrated where it is measured prior to disposal. This cycle of gas passing through the drying system during the transformer operation is what makes it possible to gradually and continuously remove the moisture present in the transformer insulating oil and consequently in the solid insulation. The generated condensate is eliminated by draining into the environment without any pollution.
De acordo com o terceiro objetivo o processo é monitorado de forma constante e automática por um controlador lógico programável responsável pelos processamentos dos sinais provenientes dos sensores de pressão, temperatura e umidade e controle das válvulas de forma a garantir a atmosfera interna de nitrogênio seca, estável e segura. 1 Assim, a presente invenção baseia-se em um processo inédito e inventivo que garante a selagem e a secagem ativa da atmosfera de nitrogênio desidratado nos tanques de expansão dos transformadores elétricos. O processo de acordo com a presente invenção é adicionalmente explicado por meio dos desenhos anexos, nos quais. A figura 1 mostra o diagrama em blocos do processo de selagem e secagem ativa. A figura 2 mostra o fluxo de nitrogênio no processo durante a "respiração" do transformador. A figura 3 mostra as partes constituintes do processo de selagem. A figura 4 mostra as partes constituintes do processo de secagem ativa do nitrogênio quando o mesmo atravessa o módulo de secagem regenerativo. A figura 5 apresenta o fluxograma básico de operação do processo durante o esvaziamento do colchão de nitrogênio. A figura 6 apresenta o fluxograma básico de operação do processo durante o enchimento do colchão de nitrogênio. A figura 7 apresenta o fluxograma básico de operação do processo de descarte da água condensada oriunda da desidratação do nitrogênio em fluxo. A figura 8 mostra o diagrama em blocos do módulo de monitqramento e controle do processo de selagem e secagem ativa de transformadores de energia elétrica.According to the third objective, the process is constantly and automatically monitored by a programmable logic controller responsible for the processing of signals from pressure, temperature and humidity sensors and valve control to ensure a dry, stable internal nitrogen atmosphere. and safe. Thus, the present invention is based on a novel and inventive process which ensures the sealing and active drying of the dehydrated nitrogen atmosphere in the expansion tanks of electric transformers. The process according to the present invention is further explained by means of the accompanying drawings in which. Figure 1 shows the block diagram of the active drying and sealing process. Figure 2 shows the nitrogen flow in the process during transformer "breathing". Figure 3 shows the constituent parts of the sealing process. Figure 4 shows the constituent parts of the active nitrogen drying process as it passes through the regenerative drying module. Figure 5 shows the basic flowchart of process operation during nitrogen mattress emptying. Figure 6 shows the basic flowchart of process operation during nitrogen mattress filling. Figure 7 shows the basic operation flowchart of the condensed water discharge process from dehydration of flowing nitrogen. Figure 8 shows the block diagram of the monitoring and control module of the sealing and active drying process of power transformers.
De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, na figura 1 pode-se observar o diagrama em blocos do processo de selagem e secagem ativa descrita nessa patente. O transformador(l) elétrico é conectado ao tanque de expansão(2) que possui em seu interior o colchão de nitrogênio(3) cujo volume e pressão se alteram conforme a "respiração" do transformador(l), dado pelo movimento de expansão e retração do óleo isolante no seu interior imposto pela carga que o alimenta. O filtro desumidificador(5) tradicionalmente usado nos transformadores de potência é composto de uma substância sólida de sílica-gel desidratante que retém a umidade existente no nitrogênio. Conectada a tubulação de nitrogênio(4) está a câmara de sensoriamento de pressão(ó) que faz a medição da pressão do colchão de nitrogênio(3) e a envia ao módulo de monitoramento e controle(13); a câmara de medição(8) que faz o sensoriamento e transdução dos valores da temperatura e da umidade do colchão de nitrogênio(3) e também os envia ao módulo de monitoramento e controle(13); o módulo de secagem regenerativo(7) que faz a secagem ativa do nitrogênio em fluxo pelo processo; o módulo de vácuo(9) que aspira o gás do colchão de nitrogênio(3) quando a pressão do mesmo se eleva e o deposita no módulo de produção de nitrogênio(l 0); a válvula de controle(9) normalmente fechada e a válvula de controle(lO) normalmente fechada controladas pelo módulo de monitoramento e controle(13) em função da respiração do transformador(l) e do fluxo de nitrogênio imposto pelo processo; ê o módulo de produção de nitrogênio(lO) que injeta o gás no colchão de nitrogênio(3) quando a pressão do mesmo se reduz.As illustrated by the above related figures, Figure 1 shows the block diagram of the active drying and sealing process described in that patent. The electric transformer (l) is connected to the expansion tank (2) which has inside it the nitrogen mattress (3) whose volume and pressure change according to the "breath" of the transformer (l), given by the expansion movement and retraction of the insulating oil inside imposed by the load that feeds it. The dehumidifying filter (5) traditionally used in power transformers is composed of a dehydrating silica gel solid substance that retains moisture in nitrogen. Connected to the nitrogen piping (4) is the pressure sensing chamber (ó) which measures the pressure of the nitrogen mattress (3) and sends it to the monitoring and control module (13); the measuring chamber (8) which senses and transduces the temperature and humidity values of the nitrogen mattress (3) and also sends them to the monitoring and control module (13); the regenerative drying module (7) which performs the active drying of the flowing nitrogen by the process; the vacuum module (9) which draws in the gas from the nitrogen mattress (3) when its pressure rises and deposits it in the nitrogen production module (10); the normally closed control valve (9) and the normally closed control valve (10) controlled by the monitoring and control module (13) as a function of transformer respiration (l) and the nitrogen flow imposed by the process; It is the nitrogen production module (10) that injects the gas into the nitrogen mattress (3) when its pressure is reduced.
No módulo de monitoramento e controle(13) existe o controlador lógico programável(14) com um software(15) que em função dos valores sensoriados na câmara de sensoriamento de pressão(6), e da temperatura e da umidade sensoriadas na câmara de medição(8) controlam todo o processo de forma a garantir a atmosfera positiva e seca do colchão de nitrogênio(3) dentro dos parâmetros almejados. O módulo de monitoramento e controle( 13), o inversor a bateria(17) e todo o processo são normalmente alimentados pela rede de energia elétrica(ló) de frequência industrial, porém quando esta encontra-se em falta, tanto o módulo de monitoramento e controle(13) como todo o processo passam a ser alimentados pelo inversor a bateria( 17) que os mantém energizados e operando.In the monitoring and control module (13) there is the programmable logic controller (14) with software (15) which, depending on the sensed values in the pressure sensing chamber (6), and the sensed temperature and humidity in the measuring chamber (8) control the entire process to ensure the positive and dry atmosphere of the nitrogen mattress (3) within the desired parameters. The monitoring and control module (13), the battery inverter (17) and the entire process are normally powered by the industrial frequency power supply (spike), but when it is missing, both the monitoring module and control (13) as the whole process is powered by the inverter battery (17) that keeps them energized and operating.
Nas figuras 2a e 2b pode-se visualizar os fluxos de nitrogênio no processo durante a "respiração" do transformador(l) elétrico. Durante a "respiração" dois movimentos são identificados no colchão de nitrogênio(3) em função das cargas impostas ao transformador( 1): o movimento de expansão do óleo isolante que ocorre quando do aumento de carga do transformador( 1) e o movimento de contração do óleo isolante que ocorre quando a carga do transformador(l) se reduz.Figures 2a and 2b show the nitrogen fluxes in the process during the "breathing" of the electric transformer (1). During "breathing" two movements are identified in the nitrogen mat (3) as a function of the loads imposed on the transformer (1): the expansion movement of the insulating oil that occurs when the transformer load increases (1) and the movement of contraction of the insulating oil that occurs when the transformer load (l) is reduced.
As setas na figura 2a mostram o fluxo de nitrogênio no processo durante a expansão do óleo isolante. Quando a carga imposta ao transformador(l) aumenta, as correntes que circulam em seus enrolamentos também aumentam, elevando a temperatura e o volume do óleo isolante contido em seu interior. Como o sistema de conservação é selado, o aumento de volume do óleo isolante provoca a redução do volume e consequentemente o aumento da pressão interna do colchão de nitrogênio(3) contido no interior do tanque de expansão(2). O módulo de monitoramento e controle(13) percebe o aumento da pressão interna através da câmara de sensoriamento de pressão(ó) e providencia a retirada de nitrogênio do tanque de expansão(2), para que a pressão do colchão de nitrogênio(3) volte aos valores aceitáveis.Quando a pressão do colchão de nitrogênio(3) em relação a pressão atmosférica for igual ou superior a 18 mbar o módulo de monitoramento e controle(13) energiza o módulo de vácuo(ll), abre a válvula de controle(lO) normalmente fechada e começa a sugar o nitrogênio através da tubulação de nitrogênio(4) e do módulo de secagem regenerativo(7) depositando-o no módulo de produção de nitrogênio(12). O esvaziamento do colchão de nitrogênio(3) ocorre até que sua pressão em relação a atmosférica for de 2 mbar, quando o módulo de vácuo(9) é desenergizado e a válvula de controle(lO) fechada, cessando o esvaziamento e consequentemente o fluxo de nitrogênio no processo.The arrows in figure 2a show the nitrogen flow in the process during insulation oil expansion. As the load imposed on the transformer (1) increases, the currents circulating in its windings also increase, increasing the temperature and volume of the insulating oil contained within it. As the preservation system is sealed, the volume increase of the insulating oil causes the volume reduction and consequently the internal pressure increase of the nitrogen mattress (3) contained inside the expansion tank (2). The monitoring and control module (13) senses the increase in internal pressure through the pressure sensing chamber (ó) and provides nitrogen removal from the expansion tank (2) so that the pressure of the nitrogen mattress (3) return to acceptable values.When the nitrogen mattress pressure (3) to atmospheric pressure is 18 mbar or more, the monitoring and control module (13) energizes the vacuum module (ll), opens the control valve. (10) normally closed and begins to suck nitrogen through the nitrogen tubing (4) and the regenerative drying module (7) depositing it in the nitrogen production module (12). The nitrogen mattress (3) is emptied until its atmospheric pressure is 2 mbar, when the vacuum module (9) is de-energized and the control valve (10) is closed, thus emptying and consequently the flow nitrogen in the process.
As setas na figura 2b mostram o fluxo de nitrogênio no processo durante a contração do óleo isolante. Quando a carga imposta ao transformador(l) elétrico diminui, as correntes que circulam em seus enrolamentos também diminuem, reduzindo a temperatura e o volume do óleo isolante contido em seu interior. Como o sistema de conservação é selado, a redução de volume do óleo isolante provoca o aumento do volume e consequentemente a redução da pressão interna do colchão de nitrogênio(3) contido no tanque de expansão(2). O módulo de monitoramento e controle(13) percebe a redução da pressão interna através da câmara de sensoriamento de pressão(ó) e providencia o bombeamento de nitrogênio para que a pressão do colchão de nitrogênio(3) volte aos valores aceitáveis.The arrows in figure 2b show the nitrogen flow in the process during the insulation oil contraction. As the load imposed on the electrical transformer (1) decreases, the currents circulating in its windings also decrease, reducing the temperature and volume of the insulating oil contained within. As the preservation system is sealed, the volume reduction of the insulating oil causes the volume to increase and consequently the internal pressure reduction of the nitrogen mattress (3) contained in the expansion tank (2). The monitoring and control module (13) realizes the reduction in internal pressure through the pressure sensing chamber (ó) and provides nitrogen pumping to bring the pressure of the nitrogen mattress (3) back to acceptable values.
Quando a pressão do colchão de nitrogênio(3) em relação a pressão atmosférica for igual ou inferior a 0,2 mbar o módulo dê monitoramento e controle(13) abre a válvula de controle(9) normalmente fechada e permite que o nitrogênio armazenado no módulo de produção de nitrogênio( 12) comece a encher o colchão de nitrogênio(3) através do módulo de secagem regenerativo(7). Esse enchimento acontece porque o nitrogênio armazenado no módulo de produção de nitrogênio(l2) esta sob pressão de saída de 28 mbar, muito superior a do colchão de nitrogênio(3). O enchimento do colchão ocorre até que a sua pressão em relação a atmosférica é igual ou superior a 15 mbar, quando o módulo de monitoramento e controle(13) fecha a válvula de controle(9) cessando o enchimento do colchão de nitrogênio(3) e consequentemente o fluxo de nitrogênio no processo. A figura 3 mostra as partes constituintes do processo de selagem. No interior do tanque de expansão(2) acessório ao transformádor(l) elétrico existe o colchão de nitrogênio(3) desidratado que comunica-se com o processo através da tubulação de nitrogênio(4), nesta existe a válvula de controle(18) normalmente aberta e a válvula de segurança(19) que assegura a não ultrapassagem da pressão do gás contido no colchão de nitrogênio(3) acima de 3 0 mbar, ambas as válvulas são conectadas ao filtro desumidificador(5) que constantemente retira parte da umidade do nitrogênio e não permite que a pressão do mesmo nunca ultrapasse os 30 mbar.When the pressure of the nitrogen mattress (3) relative to atmospheric pressure is 0.2 mbar or less, the monitoring and control module (13) opens the normally closed control valve (9) and allows the nitrogen stored in the Nitrogen production module (12) Begin filling the nitrogen mattress (3) through the regenerative drying module (7). This filling happens because the nitrogen stored in the nitrogen production module (l2) is under 28 mbar outlet pressure, much higher than the nitrogen mattress (3). Filling of the mattress occurs until its atmospheric pressure is equal to or greater than 15 mbar, when the monitoring and control module (13) closes the control valve (9) and the nitrogen mattress ceases to be filled (3). and consequently the flow of nitrogen in the process. Figure 3 shows the constituent parts of the sealing process. Inside the expansion tank (2) accessory to the electrical transformer (l) there is the dehydrated nitrogen mattress (3) that communicates with the process through the nitrogen pipe (4), in this there is the control valve (18) normally open and safety valve (19) which ensures that the pressure of the gas contained in the nitrogen mattress (3) is not exceeded above 30 mbar, both valves are connected to the dehumidifying filter (5) which constantly removes part of the moisture nitrogen and does not allow its pressure to ever exceed 30 mbar.
Conectado ao colchão de nitrogênio(3) existe a câmara de sensoriamento de pressão(ó) onde encontra-se instalado o sensor de pressão do colchão(20) e a câmara de medição(8) conectada através da válvula de controle(21) normalmente aberta que faz o monitoramento do colchão através do sensor de temperatura(22) e do sensor de umidade(23). i Existe ainda conectado ao colchão de nitrogênio(3) o módulo de secagem regenerativo(7) responsável pela secagem ativa do nitrogênio em fluxo tanto no esvaziamento como no enchimento do colchão.Connected to the nitrogen mattress (3) is the pressure sensing chamber (ó) where the mattress pressure sensor (20) and the measuring chamber (8) connected via the control valve (21) are normally installed. which monitors the mattress through the temperature sensor (22) and the humidity sensor (23). i There is also connected to the nitrogen mattress (3) the regenerative drying module (7) responsible for the active drying of the flowing nitrogen both when emptying and filling the mattress.
Quando a pressão do colchão de nitrogênio(3) é igual ou superior a 18 mbar em relação a pressão atmosférica o módulo de monitoramento e controle(13) impõe ao processo o esvaziamento do colchão através da abertura da válvula de controle(25) normalmente fechada e o acionamento do módulo de vácuo(9). Nesse módulo, o compressor(29) e a câmara de vácuo(27), com seu sensor de vácuo(28), são responsáveis pela sucção do gás contido no colchão de nitrogênio(3) fazendo-o passar pelo módulo de secagem regenerativo(7) onde é desidratado, pelo filtro de membrana molecular(24) que retém as partículas contaminantes existentes no óleo isolante do transformador(l) dissolvidos no nitrogênio, e pelo filtro condensado(30) que retém as substâncias condensadas, normalmente as gotículas de água e de óleo existentes no gás, a fim de não contaminar o reservatório de nitrogênio(33) do módulo de produção de nitrogênio(12) que irá receber o gás sugado do colchão.When the pressure of the nitrogen mattress (3) is 18 mbar or more in relation to atmospheric pressure, the monitoring and control module (13) imposes the process of emptying the mattress through the normally closed control valve (25) opening and the activation of the vacuum module (9). In this module, the compressor (29) and the vacuum chamber (27), with their vacuum sensor (28), are responsible for the suction of the gas contained in the nitrogen mattress (3) by passing it through the regenerative drying module ( 7) where it is dehydrated, by the molecular membrane filter (24) which holds the contaminant particles in the transformer insulating oil (l) dissolved in nitrogen, and by the condensed filter (30) which holds the condensed substances, usually water droplets. and oil in the gas so as not to contaminate the nitrogen reservoir (33) of the nitrogen production module (12) which will receive the sucked gas from the mattress.
De forma inversa, quando a pressão do gás no colchão dé nitrogênio(3) fica igual ou abaixo de 0,2 mbar em relação a pressão atmosférica a válvula de controle(31) normalmente fechada, se abre, conectando o reservatório de nitrogênio(33) através da válvula reguladora de pressão(32) que regula a pressão do gás injetado em 28 mbar, ao filtro de membrana molecular(24), ao módulo de secagem regenerativo(7) e ao colchão de nitrogênio(3), até que sua pressão aumente até o valor de 15 mbar em relação a pressão atmosférica quando o módulo de monitoramento e controle(13) fecha a válvula de controle(31) interrompendo o fluxo de nitrogênio e o enchimento do colchão. 1 Junto ao reservatório de nitrogênio(33) existe o sensor de pressão do reservatório(34) que faz seu contínuo monitoramento, a válvula de controle(37) normalmente fechada que pode acionar o purgador automático(36) capaz de separar os líquidos condensados no interior do reservatório de nitrogêniò(33) sem deixar que o gás ai contido escape ao meio ambiente(38), e o ponto de recarga(35) por onde o reservatório de nitrogênio(33) é recarregado quando seu volume e consequentemente sua pressão cai abaixo de 3 0 mbar. A figura 4 mostra as partes constituintes do processo de secagem ativa do nitrogênio quando o mesmo atravessa o módulo de secagem regenerativo(7).Conversely, when the gas pressure in the nitrogen mattress (3) is at or below 0.2 mbar relative to atmospheric pressure the normally closed control valve (31) opens, connecting the nitrogen reservoir (33). ) through the pressure regulating valve (32) which regulates the injected gas pressure to 28 mbar, the molecular membrane filter (24), the regenerative drying module (7) and the nitrogen mattress (3) until its pressure increases to 15 mbar relative to atmospheric pressure when the monitoring and control module (13) closes the control valve (31) by interrupting the nitrogen flow and the mattress filling. 1 Next to the nitrogen reservoir (33) is the reservoir pressure sensor (34) which continuously monitors, the normally closed control valve (37) which can operate the automatic trap (36) capable of separating condensed liquids in the inside the nitrogen reservoir (33) without allowing the gas contained therein to escape into the environment (38), and the recharging point (35) through which the nitrogen reservoir (33) is recharged when its volume and consequently its pressure drops. below 30 mbar. Figure 4 shows the constituent parts of the active nitrogen drying process as it passes through the regenerative drying module (7).
Tanto no interior do colchão de nitrogênio(3) como no reservatório de nitrogênio(33) o gás encontra-se liquefeito devido as condições de temperatura, próximas às do ambiente, e das pressões em que se encontram.Both inside the nitrogen mattress (3) and the nitrogen reservoir (33) the gas is liquefied due to the temperature conditions, close to those of the environment, and the pressures in which they are.
No processo de esvaziamento do colchão o gás sugado pelo módulo de vácuo(9) via tubulação de nitrogênio(4) entra na câmara de aquecimento(39), em temperatura próxima a do ambiente, onde é pré-aquecido pela resistência elétrica(40) blindada em cerca de 40°C, passa pela câmara de resfriamento(41) onde atravessa a placa fria(44) que encontra-se entre -40°'C e -60°C, e onde acontece a condensação dos vapores de água contidos no nitrogênio devido as condições propiciadas por ai ser atingido um Ponto de Orvalho em torno de -40°C, e posteriormente é pós-aquecido na câmara de aquecimento(42) pela resistência elétrica(43) blindada sendo injetado no filtro de membrana molecular(24) novamente à temperatura próxima a do ambiente. • No processo de enchimento do colchão o gás injetado pelo módulo de produção de nitrogênio(l 2) via filtro de membrana molecular(24) entra na câmara de aquecimento(42), em températura próxima a do ambiente, onde é pré-aquecido pela resistência elétrica(43) blindada em cerca de 40°C, passa ■ pela câmara de resfriamento(41) onde atravessa a placa fria(44), e onde acontece a condensação dos vapores de água contidos no nitrogênio, e posteriormente é pós-aquecido na câmara de aquecimento(39) pela resistência elétrica(40) blindada sendo injetado na tubulação de nitrogênio(4) novamente à temperatura próxima a do ambiente. A placa fria(44) da câmara de resfriamento(41) é resfriada pelo conjunto célula Peltier/dissipador/ventilador(45) instalado externamente junto à câmara de resfriamento(41). Junto a placa fria(44) onde é liquefeita a umidade existente no nitrogênio, a água condensada escorre através do dreno(46) conectado ao recipiente de água(48) através da válvula de controle(47) normalmente aberta. Junto ao recipiente de água(48) existe o sensor do nível de água(49) que é acionado toda vez que o volume de água for igual ou superior a 118 ml. Quando acionado, este sensor sensibiliza o módulo de monitoramento e controle(13) que fecha a válvula de controle(47) normalmente aberta, e abre a válvula de controle(5Õ) normalmente fechada, permitindo que a água contida nó recipiente de água(48) seja eliminada para o meio ambiente(3 8). Após um dado período de tempo suficiente para o esvaziamento o módulo de monitoramento e controle(13) fecha a válvula de controle(50) e abre a válvula de controle(47) voltando o dreno(46) à sua operação normal. A água e o pouco nitrogênio contido no recipiente de água(48) descartados no meio ambiente(38) não causam poluições fendo em vista que seus elementos constituintes não são poluídos e nem agressivos à natureza. íNa figura 5 pode ser visto o fluxograma básico de operação do processo de selagem e secagem ativa durante o processo de esvaziamento do colchão de nitrogênio(3) contido no interior do tanque de expansão(2). Basicamente o processo dá inicio à retirada de nitrogênio do colchão de nitrogênio(3) quando a diferença de pressão do colchão e a atmosférica encontra-sç igual ou superior a 18 mbar, e para de retirar quando esta diferença for igual ou inferior a 2 mbar. Ό processo encontra-se no estado normal(51) com o transformador(l) elétrico "respirando", quando porém a diferença de pressão entre a do colchão e a atmosférica for igual ou superior a 18 mbar(52) o processo energiza(53) as resistências elétricas(40, 43) blindadas, o conjunto célula Peltier/dissipador/ventilador(45) que resfria a placa fria(44) e o temporizador(55), e enquanto esta diferença for inferior a 18 mbar o processo não atua(54), continuando a ser monitorado.In the process of emptying the mattress, the gas sucked by the vacuum module (9) via nitrogen piping (4) enters the heating chamber (39), at a temperature close to the ambient, where it is preheated by the electric resistance (40). at about 40 ° C, passes through the cooling chamber (41) where it passes through the cold plate (44) which is between -40 ° C and -60 ° C, and where condensation of water vapors in nitrogen due to the conditions provided by the dew point being reached around -40 ° C, and is then postheated in the heating chamber (42) by the shielded electrical resistance (43) being injected into the molecular membrane filter ( 24) again at room temperature. • In the mattress filling process the gas injected by the nitrogen production module (l 2) via molecular membrane filter (24) enters the heating chamber (42), at a temperature close to the environment, where it is preheated by resistor (43) shielded at about 40 ° C, passes through the cooling chamber (41) where it crosses the cold plate (44), and where condensation of water vapors contained in nitrogen occurs, and is subsequently postheated in the heating chamber (39) by the shielded electrical resistor (40) being injected into the nitrogen tubing (4) again at near ambient temperature. The cold plate (44) of the cooling chamber (41) is cooled by the Peltier cell / heatsink / fan assembly (45) installed externally next to the cooling chamber (41). Along the cold plate (44) where the moisture in nitrogen is liquefied, condensed water flows through the drain (46) connected to the water container (48) through the normally open control valve (47). Next to the water container (48) is the water level sensor (49) which activates whenever the water volume is equal to or greater than 118 ml. When triggered, this sensor sensitizes the monitoring and control module (13) that closes the normally open control valve (47), and opens the normally closed control valve (5Õ), allowing water contained in the water container (48) ) is disposed of in the environment (3 8). After a sufficient period of time for emptying the monitoring and control module (13) closes the control valve (50) and opens the control valve (47) by returning the drain (46) to its normal operation. The water and the little nitrogen contained in the water container (48) disposed of in the environment (38) do not cause pollution, since its constituent elements are not polluted or aggressive to nature. In figure 5 the basic flow chart of the active drying and sealing process can be seen during the emptying process of the nitrogen mattress (3) contained within the expansion tank (2). Basically the process initiates nitrogen removal from the nitrogen mattress (3) when the pressure difference of the mattress and the atmospheric pressure is 18 mbar or greater, and stops withdrawing when this difference is 2 mbar or less. . The process is in the normal state (51) with the electric transformer (1) "breathing", but when the pressure difference between the mattress and the atmospheric pressure is 18 mbar or greater (52) the process energizes (53). ) the shielded electrical resistors (40, 43), the Peltier cell / heatsink / fan assembly (45) which cools the cold plate (44) and the timer (55), and as long as this difference is less than 18 mbar the process does not work. (54), continuing to be monitored.
Quando o temporizador(55) é atuado após um determinado período de tempo ele energiza o compressor(29), e após uma outra temporização(56) energiza a válvula de controle(25) normalmente fechada, abrindo-a, de forma a permitir sügar o nitrogênio contido no colchão de nitrogênio(3) para o reservatório de nitrogênio(33).When the timer (55) is activated after a certain period of time it energizes the compressor (29), and after another delay (56) energizes the normally closed control valve (25), opening it to allow it to flow. the nitrogen contained in the nitrogen mattress (3) to the nitrogen reservoir (33).
Enquanto a diferença de pressão do colchão e a atmosférica encontra-se acima da pressão de 2 mbar(57) o processo continua a esvaziar o colchão e monitorar a diferença das pressões; no entanto, quando esta diferença for igual ou inferior a 2 mbar o processo desenergiza(58) a válvula de controle(25) interrompendo o esvaziamento do colchão e inicializando o temporizador(59) que após um determinado período de tempo desenergiza(óO) o compressor(29), as resistências elétricas(40, 43) blindadas e o conjunto célula Peltier/disSÍpador/ventilador(45) que resfria a placa fria(44), voltando ao estado normal(51).While the pressure and atmospheric pressure difference is above the 2 mbar pressure (57) the process continues to empty the mattress and monitor the pressure difference; however, when this difference is equal to or less than 2 mbar the process will de-energize (58) the control valve (25) interrupting the mattress emptying and initializing the timer (59) which after a certain period of time de-energizes (óO) compressor (29), the shielded electrical resistors (40, 43) and the Peltier cell / heatsink / fan assembly (45) which cools the cold plate (44) to normal (51).
Na figura 6 pode ser visto o fluxograma básico de operação do processo de selagem e secagem ativa durante o processo de enchimento do colchão de nitrogênio(3) contido no interior do tanque de expansão(2). Basicamente o processo dá inicio ao enchimento do colchão de nitrogênio quando a diferença de prèssão entre a do colchão e a atmosférica for igual ou inferior a 0,2 mbar e para de enchê-lo quando esta diferença for igual oíu superior a 15 mbar. O processo encontra-se no estado normal(61) com o transformádor(l) elétrico "respirando", quando porém a diferença de pressão entre a do colchão e a atmosférica for igual ou menor que 0,2 mbar(62) o processo energiza(63) as resistências elétricas(40, 43), o conjunto formado pela célula Peltier/dissipador/ventilador (45) que resfria a placa fria(44), e o temporizador(65), e enquanto a diferença de pressões for superior a 0,2 mbar não atua(64) continuando a monitorar o processo. r Quando o temporizador(65) é atuado após um determinado período de tempo energiza a válvula de controle(3jl) normalmente fechada, abrindo-a, de forma a permitir bombear o nitrogênio contido no reservatório de nitrogênio(33) de alta pressão para o colchão de nitrogênio(3). Enquanto a diferença de pressão entre o colchão e a atmosférica encontrar-se abaixo de 15 mbar(66) o processo continua a encher o colchão e monitorar sua pressão, quando esta diferença for igual ou superior a 15 mbar o processo desenergiza(67) a válvula de controle(31), fechando-a, interrompendo o enchimento do colchão e inicializando o temporizador(68) que após um determinado período de tempo desenergiza(69) as resistências elétricas(40, 43) e o conjunto célula Peltier/dissipador/ventilador(45) que resfria a placa fria(44), voltando ao estado normal(61). A figura 7 apresenta o fluxograma básico de operação do processo de descarte da água condensada oriunda da desidratação do nitrogênio em fluxo. Esta água encontra-se armazenada no recipiente de água(48). O processo encontra-se no estado normal(70) com o módulo de monitoramento e controle(13) periodicamente verificando se o sensor do nível de água(49) está ativado(71), caso positivo o processo energiza(72) o temporizador(74) e a válvula de controle(47) normalmente aberta, fechando-a, e enquanto o sensor do nível de água(49) não for ativado(73) o processo continua a monitorar o nível de água no recipiente de água(48).Figure 6 shows the basic operating flowchart of the active sealing and drying process during the nitrogen mattress filling process (3) contained within the expansion tank (2). Basically, the process begins to fill the nitrogen mattress when the pressure difference between that of the mattress and the atmospheric is less than or equal to 0.2 mbar and to stop filling it when this difference is greater than 15 mbar. The process is in the normal state (61) with the electric transformer (l) "breathing", but when the pressure difference between the mattress and the atmospheric pressure is equal to or less than 0.2 mbar (62) the process energizes (63) the electrical resistors (40, 43), the Peltier cell / heatsink / fan assembly (45) cooling the cold plate (44), and the timer (65), and as long as the pressure difference is greater than 0.2 mbar does not work (64) continuing to monitor the process. r When the timer (65) is actuated after a certain period of time it energizes the normally closed control valve (3jl) and opens it to allow the nitrogen contained in the high pressure nitrogen reservoir (33) to be pumped into the nitrogen mattress (3). As long as the pressure difference between the mattress and the atmospheric pressure is below 15 mbar (66) the process continues to fill the mattress and monitor its pressure, when this difference is equal to or greater than 15 mbar the process de-energizes (67) control valve (31), closing it, interrupting the mattress filling and initializing the timer (68) which after a certain period of time de-energizes (69) the electric resistors (40, 43) and the Peltier / heatsink / cell assembly. fan (45) which cools the cold plate (44) to normal (61). Figure 7 shows the basic operation flowchart of the condensed water discharge process from dehydration of flowing nitrogen. This water is stored in the water container (48). The process is in the normal state (70) with the monitoring and control module (13) periodically checking that the water level sensor (49) is activated (71), if positive the process energizes (72) the timer ( 74) and the control valve (47) normally open, closing it, and as long as the water level sensor (49) is not activated (73) the process continues to monitor the water level in the water container (48) .
Quando o temporizador(74) é atuado, após um determinado período de tempo, energiza a válvula de controle(50) normalmente fechada, abrindo-a, e dá inicio a temporização(75). Essa temporização gera um período de tempo um pouco maior que o necessário para drenar todo o volume de água de 118 ml retida no recipiente de água(48) para o meio ambiente(38). Após esse período de tempo o processo energiza(76) o temporizador(77) e a válvula de controle(50) fechando-a. ‘Acionado o temporizador(77) e já fechada a válvula de controle(SO) após um determinado período de tempo é aberta a válvula de controle(47) voltando o processo ao estado seu estado nofmal(70). f A figura 8 mostra o diagrama em blocos do módulo de monitoramento e controle(13) do processo de selagem e secagem ativa de transformadores de energia elétrica. O controlador lógico programável(14) é a unidade central do módulo de monitoramento e controle(13), trata-se de um equipamento computacional especializado para gerenciamento de procesjsos que possui uma estrutura similar às arquiteturas dos computadores digitais, formado basicamente pelo microproçessador(80), a memória(81) onde são armazenados tanto os dados processados como o software(15) de operação do processo ; e o software executivo(82), os barramentos de interligação por onde circulam os sinais de entrada, saída, endereçamentos de memória e fluxo de dados, a interface de comunicáção(83) e o conector de comunicação(84) por onde o controladlor lógico programável(14) pode ser interligado com outros sistemas informatizados ou a um microcomputador tipo PC para supervisioná-lo, a interface para o mostrador(85) e o mostrador(86) que permite o operador do processo acompanhar sua operação. O principio básico de funcionamento do controlador lógico programável(14) é a execução pelo microprocessador(80) de um software denominado executivo(82) fornecido pelo fabricante do controlador lógico programável(14) que realiza as ações de leitura da unidade de entrada(78), executa o software(15) do usuário e atualiza a unidade de saída(79). O software residente executivo(82) realiza uma sequência específica de instruções selecionadas de um conjunto de operações oferecidas pelo fabricante do controlador lógico programáv|el(l 4) em uso que irão efetuar as ações de , monitoramento e controles desejadas, ativando ou não a memória(Sl) e a unidade de saída(79) a partir do processamento das informações contidas na memória(81) e ou das informações coletadas na unidade de entrada(78). ;No processo de selagem e secagem ativa o controladór lógico programável(14) faz o monitoramento do colchão de nitrogênio(3) através do processamento dos sinais oriundos do sensor de pressão(20), do sensor de temperatura(22) e do sensor de umidade(23); da câmara de vácuo(27) através do sensor de j vácuo(28); do reservatório de nitrogênio(33) através do sensor|de pressão do reservatório(34) e do nível de água no recipiente;de água(48) através do sensor do nível de água(49).When the timer (74) is activated after a certain period of time, it energizes the normally closed control valve (50), opening it, and starts the timing (75). This timing generates a slightly longer period of time than is required to drain the entire volume of 118 ml water retained in the water container (48) into the environment (38). After this time the process energizes (76) the timer (77) and the control valve (50) closing it. ‘When the timer (77) is activated and the control valve (SO) is closed after a certain period of time, the control valve (47) is opened and the process returns to its normal state (70). f Figure 8 shows the block diagram of the monitoring and control module (13) of the sealing and active drying process of power transformers. The programmable logic controller (14) is the central unit of the monitoring and control module (13). It is a specialized computational equipment for process management that has a structure similar to the architectures of digital computers, formed basically by the microprocessor (80). ), the memory (81) where both processed data and process operation software (15) are stored; and the executive software (82), the interconnection buses through which the input, output, memory and data stream addresses circulate, the communication interface (83) and the communication connector (84) through which the logic controller The programmable controller (14) may be interconnected with other computer systems or a PC-type microcomputer to supervise it, the interface for the display (85) and the display (86) which allows the process operator to monitor its operation. The basic operating principle of the programmable logic controller (14) is the execution by the microprocessor (80) of so-called executive software (82) provided by the manufacturer of the programmable logic controller (14) which performs the read actions of the input unit (78). ), run the user software (15) and update the output unit (79). Executive resident software (82) performs a specific sequence of instructions selected from a set of operations offered by the programmable logic controller manufacturer (l 4) in use that will perform the desired monitoring, control, and control actions, whether or not to activate the program. (Sl) and the output unit (79) from processing the information contained in the memory (81) and or the information collected in the input unit (78). ; In the active sealing and drying process the programmable logic controller (14) monitors the nitrogen mattress (3) by processing signals from the pressure sensor (20), temperature sensor (22) and the sensor. moisture (23); from the vacuum chamber (27) through the vacuum sensor (28); nitrogen reservoir (33) through the reservoir pressure sensor (34) and the water level in the container, water (48) through the water level sensor (49).
Os sinais de todos estes sensores são recebidos pela unidade de entrada(78) do controlador lógico programável(14), que após processados pelo microprocessador(72) geram estados digitais, de energizado ou não energizado, que controlam as válvulas de controle(18, 21, 25, 31, 37, 47, 50); o compressor(29) que faz o vácuo na câmara de vácuo(27); as resistências elétricas(40, 43) blindadas das câmaras de aquecimento(39, 42) respectivamente; e o conjunto formado pela célula Peltier/dissipador/ventilador(45) que faz o resfriamento da placa fria(44) da câmara de resfriamento(41). Todos os estados dos elementos controlados são disponibilizados na unidade de saída(79) para o controle do processo. j O processo aqui descrito, objeto da presente patente de invenção, pode ter a construção de seus elementos básicos constituintes em diferentes tecnologias, diferentes dimensões, diferentes configurações acessórias, bem como diferentes temporizações no processo conforme a necessidade de cada usuário e do tipo e capacidade do transformador(l) elétrico utilizado. Logicamente outras alterações podem ser feitas no “PROCESSO DE SELAGEM E SECAGEM ATIVA DE TRANSFORMADORES DE ENERGIA ELÉTRICA COM ÓLEOS ISOLANTES ATRAVÉS DO MONITORAMENTO E CONTROLE DA ATMOSFERA DE NITROGÊNIO DESIDRATADO” sem a perda da inovação aqui apresentada.The signals from all these sensors are received by the input unit (78) of the programmable logic controller (14), which after processed by the microprocessor (72) generate digital energized or non-energized states that control the control valves (18, 21, 25, 31, 37, 47, 50); the compressor (29) which makes the vacuum in the vacuum chamber (27); the shielded electrical resistors (40, 43) of the heating chambers (39, 42) respectively; and the assembly formed by the Peltier cell / heatsink / fan (45) which cools the cold plate (44) of the cooling chamber (41). All states of the controlled elements are made available in the output unit (79) for process control. The process described herein, object of the present invention patent, may have the construction of its constituent basic elements in different technologies, different dimensions, different accessory configurations, as well as different process timings according to the needs of each user and the type and capacity. of the electrical transformer (l) used. Of course other changes can be made to the “ACTIVE SEALING AND DRYING PROCESS OF ELECTRIC POWER TRANSFORMERS WITH INSULATING OILS THROUGH MONITORING AND CONTROLING THE NITROGEN ATMOSPHERE” without losing the innovation presented here.
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